CN205761068U - 一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置，灰分盛放杯连接到混合溶液盛放杯，蒸馏水盛放杯通过气动管三通连接到混合溶液盛放杯，混合溶液搅拌器出口与混合溶液过滤网、漏斗、过滤溶液盛放杯、过滤溶液搅拌器、搅拌器阀门、喷射器三通、溶液喷射器依次相连，气动管三通一个出口通过喷射器清洗阀门连接到喷射器三通一入口；溶液喷射器与混合管、加热线管、加热线管三通依次相连，混合管与第一浮子流量计、空气过滤器、空气压缩机依次相连；加热线管三通一出口与空气过滤器、第二浮子流量计、稀释段三通一入口依次相连。本实用新型结构简单、成本低廉，通过多种调节方式来控制灰分发生浓度，更真实地模拟柴油机排气颗粒流中灰分。

Description

一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置

技术领域

本实用新型涉及柴油机汽车尾气处理装置领域，特别涉及一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置。

背景技术

柴油机具有较高的热效率和经济性，较低的CO₂排放等优点，被广泛应用于运输业。但其颗粒物排放量大(排放量为同排量汽油机的30倍～80倍)，会对环境造成严重的污染。严格的排放标准就要求有效的、可靠的技术以减少颗粒物排放。从控制技术上来看，仅靠柴油机机内净化和改善燃油品质已经难以满足目前的排放标准。目前，满足“国Ⅳ”排放法规的柴油机都普遍需要采用后处理技术，并且未来更严格的排放法规将对后处理技术提出更高的要求。柴油机颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter，DPF)是降低柴油机排气颗粒物的重要手段，也是目前后处理技术中商业应用前景最好的技术之一。其中，壁流式DPF由于其交错式的结构，具有极高的捕集效率(物理捕集柴油机颗粒，颗粒捕集效率常常高于95％)而得到了广泛的应用。

目前，在实验室研究DPF中，使用碳黑气溶胶模拟柴油机排气颗粒流是一种比较常用的做法，免去了直接进行柴油机实验而带来的资金、人员以及台架的消耗。但由于柴油机排气颗粒流中含有一定量的灰分，灰分的沉积会增加DPF的过滤压降，因此，纯粹使用碳黑气溶胶模拟柴油机排气颗粒流的方法不太合理，使得通过使用商业飞灰模拟柴油机排气颗粒流中灰分进行灰分气溶胶发生显得很有必要。在粉尘气溶胶发生装置上，国内常用的几款产品多为国外研发，价格上普遍偏高，动辄上十万元人民币。其中，德国PALAS公司RBG系列粉尘气溶胶发生装置通过使用旋转电刷均匀的移除一定粉末从而产生粉尘气溶胶，其浓度稳定，但由于灰分颗粒粒径及质量原因，直接利用灰分与气体形成气溶胶后极易沉淀，因此使用粉尘气溶胶发生装置产生灰分气溶胶的方法达不到良好的灰分悬浮效果。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题提供一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置，本装置结构简单、成本低廉，模拟柴油机排气颗粒流中灰分的气溶胶发生，通过多种调节方式来控制灰分发生浓度，更真实地模拟柴油机排气颗粒流中灰分。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置，包括混合溶液产生段、混合溶液蒸发段和灰分气溶胶稀释沉积段；

混合溶液产生段：灰分盛放杯通过灰分盛放杯阀门连接到混合溶液盛放杯，蒸馏水盛放杯与气动管三通、蒸馏水盛放杯阀门、混合溶液盛放杯依次相连，所述混合溶液盛放杯设有混合溶液搅拌器，所述混合溶液搅拌器出口与混合溶液过滤网、漏斗、过滤溶液盛放杯、过滤溶液搅拌器、搅拌器阀门、喷射器三通、溶液喷射器依次相连，在所述过滤溶液盛放杯上设有过滤溶液搅拌器；

混合溶液蒸发段：喷射器三通出口连接到溶液喷射器，所述溶液喷射器与混合管、加热线管、加热线管三通依次相连，所述混合管还连接到加热器，还与第一浮子流量计、空气过滤器、空气压缩机依次相连，所述溶液喷射器还连接到用于控制溶液喷射器的喷射量、喷射间隔的单片机；

灰分气溶胶稀释沉积段：所述加热线管三通一出口与空气过滤器、第二浮子流量计、稀释段三通一入口依次相连，加热线管三通另一出口通过稀释段阀门连接到所述稀释段三通另一个入口，所述稀释段三通出口连接到DPF。

根据上述方案，所述气动管三通另一个出口通过喷射器清洗阀门连接到喷射器三通另一个入口。

根据上述方案，所述混合溶液过滤网由不同孔目数的304不锈钢滤网组成，从上到下依次为200目、300目、400目、500目和600目。

根据上述方案，所述溶液喷射器的喷头与混合管密封连接。

根据上述方案，所述空气过滤器一端通过Ф8mm316不锈钢钢管连接加热管线三通，另一端通过Ф8mm气动管连接。

根据上述方案，所述稀释段阀门一端通过Ф8mm316不锈钢钢管连接加热管线三通，另一端通过Ф8mm316不锈钢钢管连接稀释段三通。

根据上述方案，所述灰分气溶胶稀释沉积段还设置有加热保温装置。

根据上述方案，所述空气过滤器采用三级空气过滤器，第一级采用FC级离心式油水分离器，第二级采用FT级主管路过滤器，第三级采用的是FA微油雾过滤器。

根据上述方案，所有所述的通路均采用Ф8mm管进行连接，Ф8mm管包括气动管与316不锈钢钢管。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1)结构简单可靠，设计独特，可长时间运行。使用常用的仪器、设备即可搭建；2)能连续提供稳定量的灰分。利用电控控制灰分蒸馏水混合溶液高压喷射器喷出量，具有相同的灰分送出量，能保证稳定的灰分浓度并长时间连续提供；3)灰分气溶胶浓度范围广。在不改变结构情况下，可以通过调节蒸馏水量、灰分蒸馏水混合溶液高压喷射器喷出量、喷射间隔、空气量以及气体分流稀释比这些方式来改变灰分在出口端的浓度，模拟柴油机在不同工况下的排气颗粒流中灰分量，多种方式相互协调；4)混合溶液产生段可单次提供足量的混合溶液实现溶液定浓度，也可持续性提供混合溶液实现溶液变浓度，这样可模拟柴油机在定工况或变工况下排气颗粒流中灰分；5)灰分气溶胶稀释沉积段采用了常用的分流稀释原理，基于一个平行的灰分气溶胶流量阻力和旁通的高效过滤系统，稀释比为总流量与球阀通过流量(总流量减去灰分气溶胶稀释沉积段过滤部分流量)的比值；6)本实用新型装置具有良好的经济、节能、环保效果。使用商业飞灰模拟柴油机排气颗粒流中灰分进行灰分气溶胶发生，有利于节约资金及时间，整套系统耗电量低，在过滤灰分与蒸馏水的混合溶液时，过滤网可回收多余灰分循环再利用，不会产生排放物质，同时过滤网可拆卸更换、循环使用，使用三级过滤方式过滤空气以及灰分气溶胶，从而最后排空；7)本实用新型装置操作简单，应用性强，由于其灰分气溶胶浓度范围广，除了能用于模拟柴油机颗粒流中灰分外，也可应用其他领域如化工的过滤系统性能测试、大气颗粒物研究等。

附图说明

图1是本实用新型一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置的结构示意图。

图中：灰分盛放杯1、蒸馏水盛放杯2、灰分盛放杯阀门3、气动管三通4、蒸馏水盛放杯阀门5、混合溶液盛放杯6、混合溶液搅拌器7、混合溶液过滤网8、漏斗9、过滤溶液盛放杯10、过滤溶液搅拌器11、搅拌器阀门12；单片机13、喷射器三通14、溶液喷射器15、喷射器清洗阀门16、混合管17、加热器18、加热线管19、加热线管三通20、空气压缩机21、空气过滤器22、第一浮子流量计23；空气过滤器24、第二浮子流量计25、稀释段阀门26、加热保温装置27、稀释段三通28。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。如图1所示，本实用新型提供的模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置，整个通路的流动方向为：灰分盛放杯1连接灰分盛放杯阀门3，蒸馏水盛放杯2连接气动管三通4后分别连接蒸馏水盛放杯阀门5与喷射器清洗阀门16，灰分盛放杯阀门3、蒸馏水盛放杯阀门5利用气动管通入混合溶液盛放杯6，混合溶液搅拌器7在混合溶液盛放杯6内，混合溶液盛放杯6下端接入混合溶液过滤网8，过滤溶液通过混合溶液过滤网8流经漏斗9并进入过滤溶液盛放杯10，过滤溶液搅拌器11在过滤溶液盛放杯10内，过滤溶液搅拌器11连接搅拌器阀门12，喷射器三通14分别连接搅拌器阀门12、喷射器清洗阀门16与溶液喷射器15，与单片机13连接传输信号的溶液喷射器15的喷头与混合管17密封连接，空气通过空气压缩机21、空气过滤器22、第一浮子流量计23进入混合管17，混合管17出口连接加热线管19，加热线管19出口的加热线管三通20一路连接空气过滤器24、第二浮子流量计25，一路连接稀释段阀门26，第二浮子流量计25与稀释段阀门26之后连接稀释段三通28，最后稀释段三通28过管路连接到DPF。

实验开始前，关闭喷射器清洗阀门16，打开灰分盛放杯阀门3、蒸馏水盛放杯阀门5、搅拌器阀门12与稀释段阀门26。打开加热器18、加热线管19以及加热保温装置27进行预热，并打开空气通过空气压缩机21、第一浮子流量计23通过少量流量，防止干烧。当混合溶液盛放杯6、过滤溶液盛放杯10有一定量的溶液后，加热器18、加热线管19以及加热保温装置27基本达到设定温度，打开混合溶液搅拌器7、过滤溶液搅拌器11准备实验。实验开始时，打开溶液喷射器15、第二浮子流量计25。完成实验后，关闭灰分盛放杯阀门3、蒸馏水盛放杯阀门5、搅拌器阀门12，打开喷射器清洗阀门16，清洗一分钟后，关闭喷射器清洗阀门16、溶液喷射器15、加热器18、加热线管19以及加热保温装置27，待温度降至50℃左右时，关闭空气压缩机21、第一浮子流量计23、第二浮子流量计25以及稀释段阀门26。可以看到，上述操作较为真实地模拟了灰分所处的环境，并且可以通过后续的积累，通过单片机13开发相关功能。

混合溶液产生段Ⅰ的各个部件依据灰分、蒸馏水以及溶液因重力会向下流动的特点，至上而下依次连接。灰分盛放杯1与蒸馏水盛放杯2并列放在灰分气溶胶发生装置实验架顶端。灰分盛放杯1与蒸馏水盛放杯2杯体开孔分别与灰分盛放杯阀门3、蒸馏水盛放杯阀门5，混合溶液盛放杯6杯盖两孔同轴。混合溶液盛放杯6、混合溶液过滤网8、漏斗9、过滤溶液盛放杯10以及搅拌器阀门12应该中心同轴。喷射器清洗阀门16连接气动管三通4，与搅拌器阀门12并列放置，并处于喷射器三通14正上方，而溶液喷射器15则处于喷射器三通14正下方。单片机13使用仪表盒安装固定在灰分气溶胶发生装置实验架上，并与溶液喷射器15相邻。混合管17同样与溶液喷射器15相邻，混合管17下方为加热器18，便于加热，此时，加热器18处于灰分气溶胶发生装置实验架的最低端，空气过滤器22、第一浮子流量计23相邻连接，放置在灰分气溶胶发生装置实验架的中部，第一浮子流量计23通过气动管连接混合管17，并形成向上的气流，加热线管19连接混合管17并根据气流方向，向上连接加热线管三通20。空气过滤器24与空气压缩机21，第二浮子流量计25与第一浮子流量计23处于同一高度，对面安装，用于使灰分气溶胶发生装置实验架平衡，之后向上连接稀释段阀门26、加热保温装置27与稀释段三通28。

进一步的，灰分盛放杯1有杯体与杯盖，杯体下部开孔并固定连接Ф8mm气动管，杯盖开有Ф1mm小孔，目的是连接大气，同时防止杯中的灰分扬出。蒸馏水盛放杯2也包括杯体与杯盖，不同之处在于杯体还包括量程(本装置选取500mL)以及下部Ф8mm气动管需要使用气动管三通4分别连接蒸馏水盛放杯阀门5与喷射器清洗阀门16，而杯盖开有一个Ф1mm小孔，目的是连接大气，同时防止杯中的蒸馏水过快挥发。对于使用蒸馏水的原因是保证溶液无其他杂质成分。灰分盛放杯阀门3、蒸馏水盛放杯阀门5分别为灰分盛放杯1、气动管三通4连接混合溶液盛放杯6之间的阀门，通过开关阀门或调节阀门开度，可以在混合溶液盛放杯6中得到稳定浓度或变浓度的混合溶液。

混合溶液盛放杯6也包括杯体与杯盖，杯体下部开有一个混合溶液流出孔并固定连接Ф8mm气动管，杯盖开有两个孔，分别连接灰分盛放杯阀门3、蒸馏水盛放杯阀门5，并且与灰分盛放杯1杯体开孔、蒸馏水盛放杯2杯体开孔同轴。混合溶液搅拌器7置于混合溶液盛放杯6内，对于进入混合溶液盛放杯6的灰分与蒸馏水，由于灰分颗粒较重，会快速沉降在蒸馏水底部，通过混合溶液搅拌器7可以使灰分与蒸馏水充分混合。混合溶液过滤网8使用了不同孔目数的304不锈钢滤网组成，从上到下依次为200目、300目、400目、500目以及600目。通过多层滤网，能过滤掉混合溶液中的大颗粒灰分以及不溶灰分，使得过滤溶液均匀。在多次过滤后，可以拆卸、清洗滤网，达到循环利用。多次实验发现，灰分的过滤通过率在30％左右。

过滤溶液盛放杯10也包括杯体与杯盖，是通过漏斗9与杯盖的连接将过滤溶液进行收集，漏斗9与杯盖同轴，杯体下部开孔并固定连接Ф8mm气动管用于连接搅拌器阀门12。过滤溶液搅拌器11置于过滤溶液盛放杯10内，对于过滤溶液盛放杯10内的过滤溶液若长时间不使用，灰分会静置在杯底，与蒸馏水分层，通过过滤溶液搅拌器11可以使再次灰分与蒸馏水充分混合。搅拌器阀门12是在整套装置需要运转时开启，防止过滤溶液长时间处在溶液喷射器15内，堵塞溶液喷射器15喷孔。单片机13为自行编码的单片机，用于控制溶液喷射器15的喷射量、喷射间隔。

喷射器三通14接两支溶液进口，一支接搅拌器阀门12，一支接喷射器清洗阀门16，目的是关闭搅拌器阀门12之后，利用蒸馏水清洗溶液喷射器15、防止堵塞溶液喷射器15喷孔，出口接溶液喷射器15。溶液喷射器15的喷头与混合管17密封连接，使用的是购买的现行产品。混合管17一头与溶液喷射器15的喷头密封连接，并且在附近开孔并固定连接Ф8mm316不锈钢钢管，另一头连接加热线管19。加热器18用于保持混合管内温度不低于100℃。加热线管19保持管内温度不低于100℃，在加热器18与加热线管19的连接处同样保证温度不低于100℃，在加热管线19的尾端需要使用加热线管三通20连接灰分气溶胶稀释沉积段Ⅲ。

空气压缩机21、空气过滤器22与第一浮子流量计23是用于提供压缩空气。在第一浮子流量计23前加装空气过滤器22目的是过滤压缩空气中的水分及杂质。空气过滤器24一端通过Ф8mm316不锈钢钢管连接加热线管三通20，一端通过Ф8mm气动管连接。由于此处未加热保温100℃，其中的水分、灰分会被空气过滤器24所过滤。第二浮子流量计25用于控制稀释，出口端连接稀释段三通28。灰分气溶胶稀释沉积段Ⅲ采用了常用的分流稀释原理，基于一个平行的灰分气溶胶流量阻力和旁通的高效过滤系统，稀释比为总流量与球阀通过流量(总流量减去灰分气溶胶稀释沉积段Ⅲ过滤部分流量)的比值。稀释段阀门26一端通过Ф8mm316不锈钢钢管连接加热线管三通20，一端通过Ф8mm316不锈钢钢管连接稀释段三通28。从加热管线三通20到稀释段阀门26，再到稀释段三通28使用加热保温装置27保温。

稀释段三通28连接DPF。灰分气溶胶在通过DPF时，由于温度高于100℃，此时灰分沉积在DPF上，而水分通过DPF在后续管道中冷凝。由于DPF在柴油机排气管中所处温度常高于200℃，因此此处利用100℃过滤水分是符合情况的。当然，通过调节加热器18、加热线管19、加热保温装置27，也可达到200℃甚至更高温度，但不节能。空气过滤器24采用三级空气过滤器，第一级采用FC级离心式油水分离器，完全过滤3μ或更大的固态离子，上游气体水分负载允许达到25000ppm去除99％水分、40％的油雾；第二级采用FT级主管路过滤器完全过滤1μ或更大的固态离子，上游气体水分负载允许达到2000ppm去除100％水分、70％的油雾；第三级采用的是FA微油雾过滤器，玻璃纤维经特殊设计的密度可以过滤0.01μ的固态粒子、99.9999％的油雾。

零部件除空气压缩机21外全部安装在在灰分气溶胶发生装置实验架上。灰分气溶胶发生装置实验架安装有活动脚轮，便于移动。空气压缩机21流量控制在50～300L/min。所有的通路均采用Ф8mm管进行连接，包括气动管与316不锈钢钢管。加热器18、加热线管19、加热保温装置27的控制仪表均放在灰分气溶胶发生装置实验架上。

本实用新型利用滤网过滤大颗粒灰分，之后再形成灰分气溶胶就有良好的悬浮效果，通过使用溶液蒸发式灰分发生、溶液稀释、控制溶液喷射量稀释、控制空气量稀释以及气体分流稀释进行多方式结合、大范围调节，同时利用滤网回收多余灰分进行循环利用。

Claims (8)

1.一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置，其特征在于，包括混合溶液产生段、混合溶液蒸发段和灰分气溶胶稀释沉积段；

混合溶液产生段：灰分盛放杯(1)通过灰分盛放杯阀门(3)连接到混合溶液盛放杯(6)，蒸馏水盛放杯(2)与气动管三通(4)、蒸馏水盛放杯阀门(5)、混合溶液盛放杯(6)依次相连，所述混合溶液盛放杯(6)设有混合溶液搅拌器(7)，所述混合溶液搅拌器(7)出口与混合溶液过滤网(8)、漏斗(9)、过滤溶液盛放杯(10)、过滤溶液搅拌器(11)、搅拌器阀门(12)、喷射器三通(14)、溶液喷射器(15)依次相连，在所述过滤溶液盛放杯(10)上设有过滤溶液搅拌器(11)；

混合溶液蒸发段：喷射器三通(14)出口连接到溶液喷射器(15)，所述溶液喷射器(15)与混合管(17)、加热线管(19)、加热线管三通(20)依次相连，所述混合管(17)还连接到加热器(18)，还与第一浮子流量计(23)、空气过滤器(22)、空气压缩机(21)依次相连，所述溶液喷射器(15)还连接到用于控制溶液喷射器(15)的喷射量、喷射间隔的单片机(13)；

灰分气溶胶稀释沉积段：所述加热线管三通(20)一出口与空气过滤器(24)、第二浮子流量计(25)、稀释段三通(28)一入口依次相连，加热线管三通(20)另一出口通过稀释段阀门(26)连接到所述稀释段三通(28)另一个入口，所述稀释段三通(28)出口连接到DPF。

2.如权利要求1所述的一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置，其特征在于，所述气动管三通(4)另一个出口通过喷射器清洗阀门(16)连接到喷射器三通(14)另一个入口。

3.如权利要求1所述的一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置，其特征在于，所述混合溶液过滤网(8)由不同孔目数的304不锈钢滤网组成，从上到下依次为200目、300目、400目、500目和600目。

4.如权利要求1所述的一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置，其特征在于，所述溶液喷射器(15)的喷头与混合管(17)密封连接。

5.如权利要求1所述的一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置，其特征在于，所述空气过滤器(24)一端通过Ф8mm316不锈钢钢管连接加热管线三通(20)，另一端通过Ф8mm气动管连接。

6.如权利要求1所述的一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置，其特征在于，所述稀释段阀门(26)一端通过Ф8mm316不锈钢钢管连接加热管线三通(20)，另一端通过Ф8mm316不锈钢钢管连接稀释段三通(28)。

7.如权利要求1所述的一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置，其特征在于，所述灰分气溶胶稀释沉积段还设置有加热保温装置(27)。

8.如权利要求1所述的一种模拟柴油机蒸发式灰分气溶胶的发生装置，其特征在于，所述 空气过滤器(24)采用三级空气过滤器，第一级采用FC级离心式油水分离器，第二级采用FT级主管路过滤器，第三级采用的是FA微油雾过滤器。