CN114910607B - 车载式室内室外双烟雾箱 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种车载式室内室外双烟雾箱，可根据研究需要快速转移至关注地点/区域，直接引入关注区域的大气进行双烟雾箱同步仿真模拟研究。该车载式室内室外双烟雾箱可以包括室内烟雾箱和室外烟雾箱，其中，室外烟雾箱在工作状态下直接暴露于自然光下，在非工作状态下可折叠放置，便于运输和维护；室内烟雾箱可在室外烟雾箱工作状态时同步模拟和收集人工光源实验数据以提供对比和参考。本申请为研究大气光化学反应机理及大气污染物控制提供了一种便捷可靠的实验装置和手段。
Description
技术领域
本申请涉及大气科学领域、环境工程领域和环境监测技术领域，是一种用于研究大气光化学反应机理和大气污染物控制的车载式室内室外大气仿真模拟实验装置。
背景技术
大气中由自然源和人为源构成的多种污染物在一定的光照和气象条件下会发生均相或非均相反应，相互耦合构成了复杂的大气污染体系，导致空气质量显著恶化，并以城市为中心向周围区域蔓延。而这一现象在城市群区域表现得尤其突出：在以二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)和可吸入颗粒物(PM10)为特征的传统煤烟型污染问题依然严重且尚未根本解决的同时，臭氧(O3)和细颗粒物(PM2.5)等二次污染问题又接踵而至，且污染态势严峻、危害更大，两种污染形式结合在一起形成了大气复合型污染。
城市群大气复合型污染近年来日益严重，严重制约了区域社会经济的可持续发展，威胁了人民群众的身体健康。现有研究表明，城市群污染大气传输至郊区后会显著促进郊区和山区气溶胶的生成，最终影响全球辐射变化。
烟雾箱是研究大气污染过程的有效工具。烟雾箱始于20世纪50年代英国科学家Finlayson和Pitts为研究对流层光化学作用而建立的反应器，而最初阶段烟雾箱实验的主要课题也集中于与能见度损害现象有关的基本O3化学和由气态空气污染物导致的气溶胶形成(Prager等人，1960年；Stephenset等人，1956年)。此后，来自美国、德国、西班牙、澳大利亚、日本和韩国的科学家们对烟雾箱进行了各种改造，包括形状、大小、材料以及控制和测量系统等。
虽然烟雾箱发展历史悠久，但是单个烟雾箱所暴露的问题也日益显现。例如，尽管建立于室外的烟雾箱可以获得独特的自然光，但强烈依赖于天气条件，雨、云量和光照强度的复杂多变使得模拟实验重现性较差；室内烟雾箱克服了上述温湿度不可控、重复性差的缺点，但人工光谱和太阳光谱存在差异，导致人工系统和自然系统之间的光解反应速率存在明显偏差(Takekawa等人，2003，Paulsen等人，2005)。
双烟雾箱克服了上述缺点，可以在相同的大气条件下同时进行对照实验。2005年，Carter等人报道了使用双烟雾箱诠释气相化学反应过程和二次气溶胶的生成机理；2010年，Lee等人使用双烟雾箱模拟研究了韩国首尔地区光强和O3形成之间的关系。
虽然双烟雾箱已在一些国家被应用于研究光化学反应过程机理，但由于烟雾箱箱体本身和测量仪器都具有较大的体积和质量，整个实验系统只能固定在同一位置，无法自如选择不同地区的真实大气进行仿真实验，对实验范围的选择有很大的限制，实验结果与大气真实状况也存在较大偏差。
2019年，希腊Kaltsonoudis等人开发了一种可用于大气气溶胶外场研究的便携式双烟雾箱系统(每个1.5m3)，并以环境空气为出发点模拟研究各种大气环境。虽然该烟雾箱便于拆卸和运输，但是箱体和仪器在运输后需进行重新安装和调试，在实效性方面存在缺陷。
在中国，自20世纪80年代以来，已经开发了一些小体积的烟雾室来研究气相动力学机制。2007年，清华大学用FEP聚四氟乙烯薄膜构建了一个2m3、精确控温的室内烟雾室，研究了SOA的形成。然而，这些小体积的烟雾室通常都有壁效应较大的缺点，也使长时间的实验变得困难。
近二十年，来自中科院广州地化所、清华大学、北京大学的研究团队在开发和使用烟雾箱上做了很多工作，但是依旧以单烟雾箱为主。2015年，中科院化学研究院首次利用固定式双烟雾箱研究气相氧化机制和SOA的形成过程，但是仅仅以丙烯-NOx体系为研究对象，以不同UV光源的波长、光强为比较条件，所使用的环境空气和污染物均为模拟，与真实大气依旧存在差异。
2018年，复旦大学团队开发了一种双化学模拟大气环境的大气气溶胶烟雾系统，包括了并联模拟大气污染物排放到大气中的气溶胶烟雾箱和模拟生物质露天燃烧的燃烧装置。但是该系统并不能用于模拟和对比光化学反应过程。
2020年，广东工业大学团队报道了利用两室均为2m3的固定式双烟雾箱并使用真实大气进行了苯乙烯-NOx体系的模拟研究，但应用研究仍处于初步阶段，能够表征的参数和模拟的体系还较单一。
目前已见报道的烟雾箱，包括室内或室外烟雾箱、单或双烟雾箱，仅能单一模拟室内零气背景或室外真实大气背景下的污染物变化特征，不具有室内和室外同步模拟和对比的属性。
另外，目前复合型大气污染状况日趋严重，复合大气传输至不同区域后显著影响当地空气质量和气候变化；而现有已报道的烟雾箱均不能车载并快速转移至污染区域开展外场工作，严重制约了复合型大气污染研究的时效性。为深入研究复杂的大气污染物变化过程和不同区域的复合型大气污染状况，同时也为大气污染控制方案的研究提供依据，急需建立一种多参数、可移动且能用于模拟和研究光化学反应过程机理和影响因素的高质量烟雾箱。
基于以上原因，迫切需要建立一种用于大气同步仿真模拟的车载式双烟雾箱。
发明内容
鉴于上述现有技术的状态而做出本申请。本申请的目的在于提供一种车载式室内室外双烟雾箱。
提供一种车载式室内室外双烟雾箱，其包括：
室内烟雾箱、室外烟雾箱；以及
配气/清洗系统、大气在线监测系统和双烟雾箱同步耦合控制系统，三者均与所述室内烟雾箱和所述室外烟雾箱连接，用于进行大气同步仿真模拟测试。
在至少一个实施方式中，所述的车载式室内室外双烟雾箱还包括车载平台，所述车载平台配备有交/直流配电系统、独立电源系统、辅助后备电源系统、空调系统、避雷系统、整车调平支撑系统。
在至少一个实施方式中，所述室内烟雾箱包括室内烟雾箱气体反应室和室内烟雾箱环境模拟室，所述室内烟雾箱气体反应室包括可伸缩框架和柔性材料制成的气体反应袋，能够根据反应室气体导入和排出量的不同改变所述室内烟雾箱气体反应室的容量的大小，使所述气体反应袋内的气压与大气压保持平衡，实现反应室体积变形追踪。
在至少一个实施方式中，所述室内烟雾箱气体反应室整体布置于所述室内烟雾箱环境模拟室内，所述室内烟雾箱环境模拟室包括室内烟雾箱保温层、室内烟雾箱光照模拟系统组件、室内烟雾箱环境温度模拟组件。
在至少一个实施方式中，所述室内烟雾箱光照模拟系统组件包括作为光源的黑光灯、氙灯，以模拟不同光照条件，所述室内烟雾箱光照模拟系统组件与所述双烟雾箱同步耦合控制系统连接，通过所述双烟雾箱同步耦合控制系统对所述光源的开关和强度进行控制和调节。
在至少一个实施方式中，所述室内烟雾箱环境温度模拟组件为上部微孔板送风、下部回风的模式，所述室内烟雾箱还包括室内烟雾箱环境类传感器组件，所述室内烟雾箱环境类传感器组件包括用于测量所述室内烟雾箱气体反应室内的温度的温度传感器，所述室内烟雾箱环境温度模拟组件和所述室内烟雾箱环境类传感器组件与所述双烟雾箱同步耦合控制系统连接，从而对所述室内烟雾箱气体反应室的温度进行采集和自动反馈控制。
在至少一个实施方式中，所述室外烟雾箱搭建于所述室内烟雾箱的上方，所述室外烟雾箱包括室外烟雾箱气体反应室和室外烟雾箱体积追踪变形组件，所述室外烟雾箱气体反应室包括可伸缩框架和由柔性材料制成的气体反应袋，所述室外烟雾箱体积追踪变形组件能够使所述可伸缩框架垂直升降和变形调节，使所述气体反应袋能够根据气体的导入和排出量而改变所述室外烟雾箱气体反应室的容量的大小。
在至少一个实施方式中，所述配气/清洗系统是所述双烟雾箱的反应气体制备配制系统，包括零气发生单元、准真实大气单元、气体湿度控制模拟单元、气溶胶制备单元、其他种类标准气体及制备类气体单元、系统净化排气单元。
在至少一个实施方式中，所述大气在线监测系统通过管路和电磁切换阀与所述室内烟雾箱和所述室外烟雾箱分别连接，所述大气在线监测系统配置有在线气体或颗粒物监测仪、实时分析监测仪器，从而对所述室内烟雾箱和所述室外烟雾箱进行同步采集、分析和比对大气在不同环境条件下光化学反应过程中的气态和颗粒态污染物的理化参数随时间的变化。
在至少一个实施方式中，所述室外烟雾箱包括室外烟雾箱气体反应室和室外烟雾箱环境类传感器组件，所述同步耦合控制系统与所述室外烟雾箱环境类传感器组件连接，从而采集和记录所述室外烟雾箱气体反应室内的环境参数，
所述同步耦合控制系统与所述室内烟雾箱环境模拟室连接，从而能够控制所述室内烟雾箱气体反应室的条件进行环境模拟，实现所述室内烟雾箱和所述室外烟雾箱的环境同步仿真模拟。
在至少一个实施方式中，所述车载式室内室外双烟雾箱还包括车载平台、空气悬架和钢丝减震器，
所述空气悬架对所述车载平台进行防震，所述室内烟雾箱、所述室外烟雾箱、所述配气/清洗系统、所述大气在线监测系统和所述双烟雾箱同步耦合控制系统均通过所述钢丝减震器支撑于所述车载平台。
在至少一个实施方式中，所述室外烟雾箱体积追踪变形组件包括剪式升降架，所述剪式升降架的下部固定，能够进行垂直向变形调节，从而驱动所述可伸缩框架伸缩变形，
在所述室外烟雾箱的非工作状态下，所述室外烟雾箱能够变成折叠状态。
附图说明
图1示出了根据本申请的一个实施方式的车载式室内室外双烟雾箱的正视示意图。
图2示出了根据本申请的一个实施方式的车载式室内室外双烟雾箱的主要组成部分的结构原理示意图。
附图标记说明
1 室内烟雾箱
1-1 室内烟雾箱气体反应室
1-2 室内烟雾箱环境模拟室
1-3 室内烟雾箱保温层
1-4 室内烟雾箱光照模拟系统组件
1-5 室内烟雾箱环境温度模拟组件
1-6 室内烟雾箱体积追踪变形组件
1-7 室内烟雾箱化学反应室扰流系统
1-8 室内烟雾箱环境类传感器组件
2 室外烟雾箱
2-1 室外烟雾箱气体反应室
2-2 室外烟雾箱体积追踪变形组件
2-21 剪式升降架
2-3 室外烟雾箱化学反应室扰流系统
2-4 室外烟雾箱环境类传感器组件
3 配气/清洗系统
3-1 零气发生单元
3-2 准真实大气单元
3-3 气体湿度控制模拟单元
3-4 气溶胶制备单元
3-5 其他种类标准气体及制备类气体单元
3-6 系统排气净化单元
4 大气在线监测系统
5 双烟雾箱同步耦合控制系统
6 车载平台
具体实施方式
下面参照附图描述本申请的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本申请，而不用于穷举本申请的所有可行的方式，也不用于限制本申请的范围。
基于背景技术所述现有技术的缺点，本申请通过自主研发车载式室内室外双烟雾箱，提供了一种机动灵活、可开展准真实大气条件下光化学反应动态模拟实验的装置，满足了大气光化学反应研究过程中准真实大气外场和实验室同步仿真模拟的一体化需求。
参见图1和图2，为了实现上述目的及其他相关目的，本申请的一个实施方式的车载式室内室外双烟雾箱包括室内烟雾箱1、室外烟雾箱2、配气/清洗系统3、大气在线监测系统4以及车载的双烟雾箱同步耦合控制系统5。
室内烟雾箱1和室外烟雾箱2等可搭载于车载平台6。室内烟雾箱1和室外烟雾箱2内设置有各类环境参数传感器，可通过双烟雾箱同步耦合控制系统5采集室外烟雾箱2的各类环境参数，并通过控制室内烟雾箱1的环境模拟系统调节相应环境条件(如光照、温度、湿度、压强等)，从而实现车载式室内室外双烟雾箱(有时，简称为车载双烟雾箱)的环境同步仿真模拟。
可以理解，这里的环境模拟系统可以包括后述的室内烟雾箱光照模拟系统组件1-4、室内烟雾箱环境温度模拟组件1-5、室内烟雾箱体积追踪变形组件1-6、室内烟雾箱化学反应室扰流系统1-7和室内烟雾箱环境类传感器组件1-8。
室内烟雾箱1和室外烟雾箱2可根据气体导入、排出量的不同自动改变气体反应室大小，并联动室内烟雾箱体积追踪变形组件1-6及后述的室外烟雾箱体积追踪变形组件2-2的伺服电机实现反应室体积追踪变形功能。
车载双烟雾箱的配气/清洗系统3可向室内烟雾箱1内注入准真实大气或其他各类反应气体用以模拟大气光化学反应过程，也可向室内烟雾箱1和室外烟雾箱2同时注入零空气进行清洗工作，废气经过滤处理由排气管路引至下风向数十米远后排出，有效避免了废气对烟雾箱测试工作可能产生的干扰。
车载双烟雾箱的大气在线监测系统4可根据实际使用需求灵活配置各类大气在线监测仪器设备及其组合，并通过切换采样方式同步采集、分析和比对大气在不同环境条件(如光照、温度、湿度、压强等)的光化学反应气相产物、颗粒物粒径分布和组分等数据，为研究大气光化学反应机理提供可靠的数据支撑。
车载平台6可以配备有交/直流配电系统、独立电源系统、辅助后备电源系统、空调系统、避雷系统、整车调平支撑系统等，能够有效保障各搭载仪器设备的运输安全和稳定。
室内烟雾箱1/室外烟雾箱2的车辆搭载模式，可根据需要灵活转移实验场地，将整套装置快速转移至关注地点区域进行大气光化学反应模拟研究，具有传统烟雾箱无可比拟的优势。
室内烟雾箱1可以包括室内烟雾箱气体反应室1-1和室内烟雾箱环境模拟室1-2。室内烟雾箱气体反应室1-1可以包括具有一定强度的框架(例如不锈钢框架)和柔性材料(例如氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)膜)制成的气体反应袋，可根据实验需要和车载平台6的车厢的实际大小在1-20立方米的体积范围内进行调节。室内烟雾箱气体反应室1-1可以具有反应室体积追踪变形功能，可根据气体导入和排出量的不同改变气体反应室的大小并记录体积，以保证气体反应袋内气压与大气压相等。
室内烟雾箱气体反应室1-1整体布置于室内烟雾箱环境模拟室1-2内。室内烟雾箱环境模拟室1-2可以包括室内烟雾箱保温层1-3、室内烟雾箱光照模拟系统组件1-4、室内烟雾箱环境温度模拟组件1-5。室内烟雾箱保温层1-3可以为整体利用车体构建的箱型结构，内部敷设镜面不锈钢板，夹层采用有优良热绝缘性能的材料(例如聚氨酯泡沫)填充，采用断热桥结构以保证整个环境模拟室的保温性能，尽量隔绝外部环境温度对环境模拟室的影响。
室内烟雾箱环境模拟室1-2可以设有门，门上设有观测窗。室内烟雾箱光照模拟系统组件1-4可以包括作为光源的黑光灯、氙灯等，以模拟不同光照条件。例如可用黑光灯和氙灯分别模拟紫外光和自然光的照射。光源可以均匀布设于环境模拟室的顶部和两侧，室内烟雾箱光照模拟系统组件1-4与双烟雾箱同步耦合控制系统5连接，可通过双烟雾箱同步耦合控制系统5对光源的开关和强度进行控制和调节。
室内烟雾箱环境温度模拟组件1-5可以为上部微孔板送风、下部回风的模式，可对室内烟雾箱气体反应室1-1内温度进行采集和自动反馈控制，从而实现整个反应室温度模拟的高精度和高均匀性，规避了传统温度调节控制使用大风量冷风机对反应室扰动干扰的影响。
具体地，室内烟雾箱1还包括室内烟雾箱环境类传感器组件1-8，室内烟雾箱环境类传感器组件1-8包括用于测量室内烟雾箱气体反应室1-1内的温度的温度传感器，室内烟雾箱环境温度模拟组件1-5和室内烟雾箱环境类传感器组件1-8与双烟雾箱同步耦合控制系统5连接，从而对室内烟雾箱气体反应室1-1的温度进行采集和自动反馈控制。
室外烟雾箱2可以搭建于室内烟雾箱1的上方，即车载平台6的顶部。室外烟雾箱2可以包括室外烟雾箱气体反应室2-1、室外烟雾箱体积追踪变形组件2-2、室外烟雾箱化学反应室扰流系统2-3和室外烟雾箱环境类传感器组件2-4。室外烟雾箱气体反应室2-1的构成与室内烟雾箱气体反应室1-1类似，采用具有一定强度的可伸缩框架作为外支撑结构，使用柔性材料制成的气体反应袋为室壁。室外烟雾箱体积追踪变形组件2-2可使所述可伸缩框架做垂直升降和变形调节，使室外烟雾箱2在工作状态下能够根据气体的导入和排出量所致的反应室体积变化来实现体积的变形追踪。室外烟雾箱2在非工作状态下可以为折叠状，便于车载运输和外场实验的开展。室外烟雾箱2的上方可以设置防雨防水设施，以保障其运输运行的安全性。
配气/清洗系统3是车载双烟雾箱反应气体的制备配置系统，可以包括零气发生单元3-1、准真实大气单元3-2、气体湿度控制模拟单元3-3、气溶胶制备单元3-4、其他种类标准气体及制备类气体单元3-5、系统排气净化单元3-6。
在室内烟雾箱气体反应室1-1的前端布设有多个进样口，与包括零气发生单元3-1和准真实大气单元3-2的各气体发生单元通过聚氟烷氧基树脂(PFA)管路相连；后端布设的排气口，与系统排气净化单元3-6的PFA管路相连。
室外烟雾箱气体反应室2-1的底部有多路进样口，与包括零气发生单元3-1和准真实大气单元3-2的各气体发生单元通过PFA管路相连，在底部布有的排气口，与系统排气净化单元3-6的PFA管路相连。
可以理解，图2中的各管路的布置、走向及连接位置仅是示意性的，出于方便理解本申请的方案和图示清楚的目的，这些管路的布置、走向及连接位置可能不同于具体的施行方式(施工图)，也可能与本申请中的部分文字描述(例如，上一段落的描述)不一致。
上述每一路气体发生单元(即，3-1至3-5)均配有压力表、气体质量流量控制器(MFC)，可独立控制并记录向烟雾箱内注入气体的流量和体积。烟雾箱的主要背景气体组成为零气或准真实大气，可通过零气发生单元3-1、准真实大气单元3-2向烟雾箱反应室内注入相应气体，同时也可根据研究需要通过气体湿度控制模拟单元3-3、气溶胶制备单元3-4、其他种类标准气体及制备类气体单元3-5对反应气进行加湿、改变反应气浓度、添加例如CO/CO2/O3/NO2/NO/VOCs等特殊反应气等操作。
系统排气净化单元3-6可以包括排气泵和排气净化装置，排气泵的启停由室内烟雾箱环境类传感器组件1-8的室内烟雾箱压力传感器和室外烟雾箱环境类传感器组件2-4的室外烟雾箱压力传感器自动反馈控制，流量由气体质量流量控制器进行调节，可通过系统排气净化单元3-6抽排出烟雾箱气体反应室内的气体，并通过配气/清洗系统3与系统排气净化单元3-6的进气/排气协同作业完成对气体反应室的气体置换或系统清洗。
可以分别在室内烟雾箱1和室外烟雾箱2的气体导入端配有室内烟雾箱化学反应室扰流系统1-7和室外烟雾箱化学反应室扰流系统2-3，扰流系统可以包括风扇和驱动风扇的风扇电机，通过调节风扇的转速保障反应气体的均质混合。另外，为减少壁效应和杂质干扰，风扇电机可以置于反应室外部，扇叶传动轴等反应室内置元件可以均采用惰性材料或镀惰性涂层处理。
双烟雾箱同步耦合控制系统5为烟雾箱的参数采集及控制单元，可以为可手动控制/自动化控制的控制系统。在室内烟雾箱1和室外烟雾箱2的气体反应室内设置有环境参数传感器，其中室外烟雾箱2的传感器的温度和光照条件直接受外界真实环境条件影响。
同步耦合控制系统5可以与室外烟雾箱环境类传感器组件2-4连接，从而采集和记录室外烟雾箱气体反应室2-1内的环境参数。同步耦合控制系统5还可以与室内烟雾箱环境模拟室1-2连接，从而能够控制室内烟雾箱气体反应室1-1的条件进行环境模拟，实现室内烟雾箱1和室外烟雾箱2的环境同步仿真模拟。
双烟雾箱同步耦合控制系统5可以实时采集各传感器和质量流量控制器的参数，并对室内烟雾箱光照模拟系统组件1-4、室内烟雾箱环境温度模拟组件1-5、配气/清洗系统3进行自动控制调节，使得室内烟雾箱1和室外烟雾箱2的环境条件保持一致，实现了双烟雾箱的环境同步仿真模拟。另外，也可自定义调节控制室内烟雾箱1的环境参数，从而满足各种比对研究的环境调控需求。
大气在线监测系统4通过管路和电磁切换阀与室内烟雾箱1和室外烟雾箱2分别连接，可根据实际使用需求灵活配置高时间分辨率、低检出限的在线气体或颗粒物监测仪、实时分析监测仪器设备或以上所述和其他所需设备的组合，可运用可自定义时间间隔的电磁切换阀改变采样气路和方式，对室内烟雾箱1和室外烟雾箱2进行同步采集、分析和比对大气在不同环境条件下(例如光照、温度、湿度、压强等)光化学反应过程中的气态和颗粒态污染物的理化参数随时间的变化。
车载双烟雾箱的大气在线监测系统4可根据实际使用需求灵活配置一种或多种分析监测仪器设备，例如O3、CO、SO2、NOx、非甲烷总烃(NMHC)、CO2、NH3、挥发性有机物(VOCs)、扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪(SMPS)、质子转移飞行时间质谱仪(PTR-ToF-MS)、化学电离飞行时间质谱仪(CIMS-ToF-MS)、气溶胶质谱仪(AMS)等高时间分辨率、低检出限(ppb/ppm级)等在线气体或颗粒物监测仪，实时监测分析不同反应气在不同模拟环境条件下的反应变化过程、趋势和结果。
可以在室内烟雾箱气体反应室1-1的后端、室外烟雾箱气体反应室2-1的底部设置多个采样口，与大气在线监测系统4的各分析仪器设备相连，采用可自定义时间间隔的电磁切换阀改变采样气路，以实现室内室外大气光化学烟雾箱的同步模拟和比对分析。通过大气在线监测系统4可在线监测、分析和记录不同环境条件下(例如光照、温度、湿度等)光化学反应的气态和颗粒态的理化参数随时间的变化，为大气光化学反应机理的研究提供可靠的数据支撑。
根据上述结构特点，本申请的一个实施方式的车载式室内室外双烟雾箱可以以如下方式使用和实施。
该车载双烟雾箱的使用可以包括：a.系统移动转移；b.系统清洗；c.环境模拟；d.气体配制；e.实时监控记录分析。其中：
a.系统移动转移：是根据研究需要选定目标研究区域，将整车(车载双烟雾箱)转移至指定地点，完成整车电源接入、车辆调平稳定，装置连接等过程；
b.系统清洗：是通过目标零气将室内室外烟雾箱反应室原气体进行置换清洗，分别开启零气发生单元3-1和系统排气净化单元3-6，并接通至室内室外烟雾箱反应室的气路；设定零气及排气泵流速，打开室内烟雾箱化学反应室扰流系统1-7和室外烟雾箱化学反应室扰流系统2-3，开启相关监测仪器设备(例如使用SMPS监测颗粒物粒径分布等)；可向室内烟雾箱1和室外烟雾箱2内注入一定浓度的O3，开启黑光灯并升高烟雾箱温度以加速清洗过程，直至监测示数低于仪器检出限。
c.环境模拟：是根据研究内容需要，通过环境温度模拟组件1-5设定室内烟雾箱1的温度，改变开启灯源数量以调节光照条件，开启气体湿度控制模拟单元3-3改变反应舱的气体湿度。环境条件参数的设定可为某一确定值，亦可为由室外烟雾箱环境类传感器组件2-4的示数确定的动态设定值，室内烟雾箱环境模拟系统可同步设定值追踪模拟。
d.气体配制：选择零气作为反应室基础气体，或参照步骤b所述的气体清洗置换过程，以准真实大气作为反应室基础气体，不开启零气发生单元3-1而开启准真实大气单元3-2和系统排气净化单元3-6。同时，可开启气溶胶制备单元3-4和其他种类标准气体及制备类气体单元3-5，接通室内室外烟雾箱反应室的气路，向目标反应室内注入所需的单一或多种反应气体。此时需打开室内烟雾箱化学反应室扰流系统1-7和室外烟雾箱化学反应室扰流系统2-3，以加速各反应室的均质混合。
e.根据监测仪器设备的不同，设定合适的采样周期，可自由切换选择室内室外烟雾箱的样品气体，记录和分析整个反应过程中各类监测数据，得出相关研究结论。
下面补充说明本申请的车载式室内室外双烟雾箱的部分有益效果。
本申请提供了一种车载式室内室外双烟雾箱，可根据研究需要快速转移至关注地点/区域，直接引入关注区域的大气进行双烟雾箱同步仿真模拟研究。该车载式室内室外双烟雾箱可以包括室内烟雾箱和室外烟雾箱，其中，室外烟雾箱在工作状态下直接暴露于自然光下，在非工作状态下可折叠放置，便于运输和维护；室内烟雾箱可在室外烟雾箱工作状态时同步模拟和收集人工光源实验数据以提供对比和参考。本申请可用于研究室外大气光化学反应过程中，不同关注区域的大气污染物(例如挥发性有机物(VOCs)/半挥发性有机物(SVOCs)、二次有机气溶胶(SOA)及其前体物质)在环境条件(例如光照等)下的变化规律。本申请为研究大气光化学反应机理及大气污染物控制提供了一种便捷可靠的实验装置和手段。
本申请的车载式室内室外双烟雾箱包括室内烟雾箱1、室外烟雾箱2、配气/清洗系统3、大气在线监测系统4和双烟雾箱同步耦合控制系统5，可以用于进行大气同步仿真模拟测试。
车载平台6能够有效保障各搭载仪器设备的运输安全和稳定。车载式室内室外双烟雾箱可根据研究需要快速转移至关注地点或区域，直接引入当地大气，进行室内室外大气的同步仿真模拟实验。
一些现有的固定式烟雾箱配置的配气、控制、管路等系统和零配件均为固定式，且体积较大，不适合车载。本申请中的车载平台6可以整体采用空气悬架进行一级防震，对车载平台6上所有设备均可以安装例如钢丝减震器的减震器进行纵向横向二级隔震。车载平台6配套了交/直流配电系统、独立电源系统、辅助后备电源系统、空调系统、避雷系统、整车调平支撑系统等，均为车载便携式，能够有效保障各搭载仪器设备的运输安全和稳定。
可以通过室内烟雾箱体积追踪变形组件1-6改变室内烟雾箱气体反应室1-1的气体反应袋的大小，从而根据反应室气体导入和排出量的不同改变室内烟雾箱气体反应室1-1的容量的大小，使气体反应袋内的气压与大气压保持平衡，实现反应室体积变形追踪。
室内烟雾箱气体反应室1-1可以由不锈钢框架做为外部支撑骨骼结构，采用FEP膜制作成柔性气体反应袋。不锈钢框架一端固定，另一端可以在室内烟雾箱体积追踪变形组件1-6的驱动下水平活动，可根据反应室气体导入、排出量的不同联动伺服电机改变气体反应室大小，实现反应室体积追踪变形功能。
在一个具体而非限制性的示例中，不锈钢框架的两个垂直向端面之间可以通过多根直线滑动杆连接，不锈钢框架的一个垂直向端面固定，另一端面上安装直线滑动轴承。根据反应室气体导入、排出量的不同，调节室内烟雾箱体积追踪变形组件1-6的电动执行机构(包括但不限于伺服电机、电动液压油缸等)使安装有直线滑动轴承的端面在水平向伸缩移动(前进或后退)，以此改变气体反应室的大小，实现反应室体积追踪变形功能。
参照图1，示例性而非限制性地，室内烟雾箱1可以搭建于车载平台6内部，室外烟雾箱2可以搭建在室内烟雾箱1的上方，特别地，可以搭建在车载平台6顶部的下沉凹槽内，室外烟雾箱体积追踪变形组件2-2可以包括剪式升降架2-21，剪式升降架2-21的下部固定，可做垂直向变形调节。
室外烟雾箱2在工作状态下直接暴露于大气环境中，在非工作状态可以为折叠状态，在其上方可以设置防雨防水罩，以保障其运输运行的安全性。
车载平台6可以包括或者连接于车辆驱动部，从而将车载平台6及室内烟雾箱1、室外烟雾箱2等移动至期望的位置。
可以理解，在本申请中，未特别限定部件或构件的数量时，其数量可以是一个或多个，这里的多个是指两个或更多个。对于附图中示出和/或说明书描述了部件或构件的数量为例如两个、三个、四个等的具体数量的情况，该具体数量通常是示例性的而非限制性的，可以将其理解为多个，即两个或更多个，但是，这不意味着本申请排除了一个的情况。
应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本申请。本领域技术人员可以在本申请的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本申请的范围。
Claims (11)
1.一种车载式室内室外双烟雾箱，其特征在于，包括：
室内烟雾箱(1)、室外烟雾箱(2)；以及
配气/清洗系统(3)、大气在线监测系统(4)和双烟雾箱同步耦合控制系统(5)，三者均与所述室内烟雾箱(1)和所述室外烟雾箱(2)连接，用于进行大气同步仿真模拟测试，
所述室内烟雾箱(1)包括室内烟雾箱气体反应室(1-1)和室内烟雾箱环境模拟室(1-2)，所述室内烟雾箱气体反应室(1-1)包括可伸缩框架和柔性材料制成的气体反应袋，能够根据反应室气体导入和排出量的不同改变所述室内烟雾箱气体反应室(1-1)的容量的大小，使所述气体反应袋内的气压与大气压保持平衡，实现反应室体积变形追踪。
2.根据权利要求1所述的车载式室内室外双烟雾箱，其特征在于，还包括车载平台(6)，所述车载平台(6)配备有交/直流配电系统、独立电源系统、辅助后备电源系统、空调系统、避雷系统、整车调平支撑系统。
3.根据权利要求1所述的车载式室内室外双烟雾箱，其特征在于，所述室内烟雾箱气体反应室(1-1)整体布置于所述室内烟雾箱环境模拟室(1-2)内，所述室内烟雾箱环境模拟室(1-2)包括室内烟雾箱保温层(1-3)、室内烟雾箱光照模拟系统组件(1-4)、室内烟雾箱环境温度模拟组件(1-5)。
4.根据权利要求3所述的车载式室内室外双烟雾箱，其特征在于，所述室内烟雾箱光照模拟系统组件(1-4)包括作为光源的黑光灯、氙灯，以模拟不同光照条件，所述室内烟雾箱光照模拟系统组件(1-4)与所述双烟雾箱同步耦合控制系统(5)连接，通过所述双烟雾箱同步耦合控制系统(5)对所述光源的开关和强度进行控制和调节。
5.根据权利要求3所述的车载式室内室外双烟雾箱，其特征在于，所述室内烟雾箱环境温度模拟组件(1-5)为上部微孔板送风、下部回风的模式，所述室内烟雾箱(1)还包括室内烟雾箱环境类传感器组件(1-8)，所述室内烟雾箱环境类传感器组件(1-8)包括用于测量所述室内烟雾箱气体反应室(1-1)内的温度的温度传感器，所述室内烟雾箱环境温度模拟组件(1-5)和所述室内烟雾箱环境类传感器组件(1-8)与所述双烟雾箱同步耦合控制系统(5)连接，从而对所述室内烟雾箱气体反应室(1-1)的温度进行采集和自动反馈控制。
6.根据权利要求1所述的车载式室内室外双烟雾箱，其特征在于，所述室外烟雾箱(2)搭建于所述室内烟雾箱(1)的上方，所述室外烟雾箱(2)包括室外烟雾箱气体反应室(2-1)和室外烟雾箱体积追踪变形组件(2-2)，所述室外烟雾箱气体反应室(2-1)包括可伸缩框架和由柔性材料制成的气体反应袋，所述室外烟雾箱体积追踪变形组件(2-2)能够使所述可伸缩框架垂直升降和变形调节，使所述气体反应袋能够根据气体的导入和排出量而改变所述室外烟雾箱气体反应室(2-1)的容量的大小。
7.根据权利要求1所述的车载式室内室外双烟雾箱，其特征在于，所述配气/清洗系统(3)是所述双烟雾箱的反应气体制备配制系统，包括零气发生单元(3-1)、准真实大气单元(3-2)、气体湿度控制模拟单元(3-3)、气溶胶制备单元(3-4)、其他种类标准气体及制备类气体单元(3-5)、系统净化排气单元(3-6)。
8.根据权利要求1所述的车载式室内室外双烟雾箱，其特征在于，所述大气在线监测系统(4)通过管路和电磁切换阀与所述室内烟雾箱(1)和所述室外烟雾箱(2)分别连接，所述大气在线监测系统(4)配置有在线气体或颗粒物监测仪、实时分析监测仪器，从而对所述室内烟雾箱(1)和所述室外烟雾箱(2)进行同步采集、分析和比对大气在不同环境条件下光化学反应过程中的气态和颗粒态污染物的理化参数随时间的变化。
9.根据权利要求1所述的车载式室内室外双烟雾箱，其特征在于，所述室外烟雾箱(2)包括室外烟雾箱气体反应室(2-1)和室外烟雾箱环境类传感器组件(2-4)，所述同步耦合控制系统(5)与所述室外烟雾箱环境类传感器组件(2-4)连接，从而采集和记录所述室外烟雾箱气体反应室(2-1)内的环境参数，
所述同步耦合控制系统(5)与所述室内烟雾箱环境模拟室(1-2)连接，从而能够控制所述室内烟雾箱气体反应室(1-1)的条件进行环境模拟，实现所述室内烟雾箱(1)和所述室外烟雾箱(2)的环境同步仿真模拟。
10.根据权利要求1所述的车载式室内室外双烟雾箱，其特征在于，还包括车载平台(6)、空气悬架和钢丝减震器，
所述空气悬架对所述车载平台(6)进行防震，所述室内烟雾箱(1)、所述室外烟雾箱(2)、所述配气/清洗系统(3)、所述大气在线监测系统(4)和所述双烟雾箱同步耦合控制系统(5)均通过所述钢丝减震器支撑于所述车载平台(6)。
11.根据权利要求6所述的车载式室内室外双烟雾箱，其特征在于，所述室外烟雾箱体积追踪变形组件(2-2)包括剪式升降架(2-21)，所述剪式升降架(2-21)的下部固定，能够进行垂直向变形调节，从而驱动所述可伸缩框架伸缩变形，
在所述室外烟雾箱(2)的非工作状态下，所述室外烟雾箱(2)能够变成折叠状态。
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