CZ2010284A3 - Mobilní zarízení pro odber spalin z dopravních prostredku a zpusob odberu spalin merícím zarízením - Google Patents

Abstract

Mobilní zarízení pro odber spalin z dopravních prostredku sestávající z merícího nástavce (3), který je smerem k zádi prívesu opatren otvorem (4), pricemž v mericím nástavci (3) je usporádána sonda (6) a do mericího nástavce (3) je zaústeno potrubí (8), na jehož pocátku je usporádána sonda (7) pro nasávání reprezentativního vzorku spalin do potrubí (8) hlavního proudu, na jehož konci je usporádána výveva (9) opatrená i otvorem (10) pro odchod vzorek vzdušiny do ovzduší, pricemž za sondou (7) je umísten filtr (11) a za ním je umísten prutokomer (12) pro merení objemu hlavního proudu, pricemž za prutokomerem (12) je delicí T-kus (13) a odbocná vetev je vytvorená jako potrubí (14) pro dílcí proud vzorku a potrubí (14) je zaústeno do kanystru (16) a z kanystru (16) je vyvedena sací trubka (23) na jejímž konci je usporádána výveva (15) pro vytvorení vakua v kanystru (16), pricemž v kanystru (16) je usporádán tedlarový vak (24) pro jímání veškerého objemu odsátého dílcího proudu, pricemž na potrubí (14) jsou usporádány absorbéry uložené v chladicím boxu (17) a prutokomer (18), pricemž na prívesu je ješte usporádána merící ústredna (21) pro regulaci prutoku spojená s vývevami (15, 9) a frekvencním menicem (20), pricemž merící zarízení je usporádáno na prívesu (1) pripojeném za promerovaným vozidlem, pricemž mezi merícím nástavcem (3) a výfukem promerovaného vozidla je usporádána ohebná hadice (2), pricemž na prívesu je usporádána benzínová elektrocentrála (21) jako zdroj elektrické energie a príves (1) je opatren pod podlahou betonovými deskami (22) pro úpravu jeho hmotnosti.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká mobilního vzorkovacího zařízeni spadajícího do oboru měření emisi škodlivin, konkrétně do oblasti měření koncentrací škodlivin proudících v potrubí v podobě heterogenních směsí typu aerosol.

Dosavadní stav techniky

Jedná se o směsi vzdušiny a pevných či kapalných částiček. V těchto případech se k měření používá vzorkovací zařízení s tzv. izokinetickým odběrem vzorku aerosolu. Takovýto princip vzorkování je popsán např. v technické normě ISO 9096 na měření koncentrace prachu ve vzdušině nebo v normě EN 1911 pro měření koncentrace chloridů v aerosolu. Jmenované normy řeší vzorkování pro stacionární zdroje emisí typu kotlů, spaloven a pod.

Vzorkovací zařízení odebírá vzorek aerosolu z potrubí tím způsobem, že trubková sonda zahnutá do tvaru L se kruhovým ústím natočí kolmo ke směru proudění vzdušiny. Do sondy se nasává dílčí vzorek znečištěné vzdušiny. Objem odsátého vzorku je měřen. Specialitou izokinetického vzorkování je to, že odsávání vzdušiny je vedeno právě takovou intenzitou, že v ústí sondy se dosahuje stejné rychlosti vzdušiny jako má vzdušina v okolí ústí sondy a tím odsávání nenarušuje proudění aerosolu v okolí ústí sondy. Do sondy pak vstupuje po nezměněných trajektoriích reprezentativní vzorek aerosolu a ten pak prochází dalšími částmi vzorkovacího zařízení, kde se jednotlivé škodliviny obsažené v aerosolu jímají do různých typů zachycovačů. Po skončení vzorkování se zachycovače vyjmou a v laboratoři se v nich příslušnými analytickými metodami zjistí hmotnost zachycených škodlivin. Podíl hmotnosti škodliviny a objemu odsátého vzorku vzdušiny je hledaná koncentrace škodliviny ve vzdušině.

Ve zmiňované normě EN 1911 se chloridy v tuhých či kapalných částicích zachycují na filtrech a plynné chloridy se shromaždují v absorpčním roztoku. Obecně lze tento způsob zachycování použít i na další škodliviny a podle jejich charakteru lze jejich plynnou složku jímat i jiným způsobem. Např. sorpcí na aktivní uhlí.

Současné konstrukce vzorkovací zařízení s izokinetickým odběrem vzorku aerosolu uskutečňovaným podle obecně používaného způsobu popsaném např.

• · o · · · · · ····· ·· ·

ΕΝ 1911-1 vykazují v podmínkách rychle se měnícího průtoku aerosolu poměrně velké odchylky od ideálního izokinetického vzorkování. Při aplikaci tohoto způsobu vzorkování do ještě složitějších podmínek proudění se nedostatky zvýrazňují. Příkladem může být například vzorkování aerosolu ve výfucích spalovacích motorů automobilů při reálných podmínkách provozu. Zde se průtok spalin mění podle aktuální spotřeby paliva ve velmi širokém rozsahu a splnění izokinetické podmínky pro odsávání vzorku spalin se nedaří splňovat dostatečně rychle v každém okamžiku jízdy automobilu.

Ze spisu DD 0152997 je známa lambda sonda k měřeni obsahu kyslíku ve výfukových plynech ze spalovacích motorů.

Ze spisu AT 006 511U2 je znám senzor pro uložení do proudu výfukových plynů vybavený elektronikou na vstupu a na výstupu. Tento senzor má lepší tepelnou odolnost a spolehlivost při zachování přesného měření. Nicméně týká se stacionárních zařízení.

Ze spisu DE 10 2007 029 945 A1 je znám způsob ke zlepšení měření lambda sondou, které umožňuje měřeni na jednotlivých válcích motoru. I to se týká stacionárních zařízení.

Spis DE 3414542 C2 popisuje zařízení k měření podílu částic sazí v ve výfukových plynech naftových motorů. I ten se však provádí ve stacionárních zařízeních.

V evropské patentové přihlášce EP 94926506.0 je zmiňován systém měření chemické koncentrace víceválcových spalovacích motorů. I tento systém je určen pro stacionární zařízení.

Ze spisů JP 7035660 anebo DE 20106473 U1 či DE 102006048795 A jsou známa stacionární zařízení k analýze spalin se sestávající z měřícího nástavce, který je směrem k zádi přívěsu opatřen otvorem, přičemž v měřicím nástavci je uspořádána sonda a do měřicího nástavce je zaústěno potrubí na jehož počátku je uspořádána sonda pro nasávání reprezentativního vzorku spalin do potrubí hlavního proudu, na jehož konci je uspořádána vývěva opatřená i otvorem pro odchod vzorek vzdušiny do ovzduší, přičemž za sondou je umístěn filtr a za ním je umístěn průtokoměr pro měření objemu hlavního proudu, přičemž za průtokoměrem je dělicí T-kus a odbočná větev je vytvořená jako potrubí pro dílčí proud vzorku a potrubí je zaústěno do kanystru a z kanystru je vyvedena sací trubka, na jejímž konci je uspořádána vývěva pro vytvoření vakua v kanystru, přičemž v kanystru (16) je • ·♦ · uspořádán tedlarový vak, pro jímání veškerého objemu odsátého dílčího proudu, na potrubí jsou uspořádány absorbéry uložené v chladicím boxu a průtokoměr, přičemž na přívěsu je ještě uspořádána měřící ústředna pro regulaci průtoku spojená s vývěvami a frekvenčním měničem.

Cílem vynálezu je představit zařízení pro odběr spalin z dopravních prostředků, které by bylo umístěno na mobilním zařízení a umožňovalo by měření v reálném provozu vozidla.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry mobilní zařízení pro odběr spalin z dopravních prostředků, jehož podstat spočívá v tom, že zařízení je uspořádáno na přívěsu připojeném za proměřovaným vozidlem, přičemž mezi měřicím nástavcem a výfukem proměřovaného vozidla je uspořádána ohebná hadice, přičemž na přívěsu je uspořádána benzínová elektrocentrála jako zdroj elektrické energie, a přívěs je opatřen pod podlahou betonovými deskami pro úpravu jeho hmotnosti a měřicí nástavec je uspořádán na stojanu.

Ve výhodném provedení jsou přívodní ohebná hadice, měřicí nástavec a potrubí hlavního proudu jsou po rozdělovači T-kus včetně filtru opatřeny elektrickým topením pro zabránění kondenzace vodní páry.

Předmětem vynálezu je rovněž způsob odběru spalin u jedoucích dopravních prostředků, jehož podstata spočívá v tom, že za dopravní prostředek se zapojí přívěs s benzínovou elektrocentrálou, na který se uspořádá měřící zařízení pro spaliny, přičemž mezi výfuk proměřovaného vozidla a měřící nástavec měřícího zařízení se uspořádá ohebná hadice a přičemž přívodní ohebná hadice, měřicí nástavec, filtr a potrubí hlavního proudu se až po rozdělovači T-kus ohřívají elektrickým topením pro zabránění kondenzace vodní páry.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále přiblížen pomocí výkresů, mna kterých obr.1 představuje schéma izokonetického odběru PAH v tuhé a plynné fázi a obr.2 představuje mobilní zařízení podle vynálezu v pohledu shora a zprava ve smyslu směru jízdy a obr.3 představuje mobilní zařízení z obr.2 v pohledu shora a zleva.

• · ·

Příklad provedení vynálezu

Na obr.1 je schéma izokonetického odběru polyaromatických uhlovodíků (PAH) v tuhé a plynné fázi. V zásadě je třeba z nástavce 3 výfukového potrubí izokineticky odebrat vývěvou 9 vzorek spalin. Tento vzorek tvoří tzv. hlavní proud á musí se z něho na filtru 11 zachytit veškerý prach včetně emisí PAH v tuhé fázi. Rychlost spalin je v měřicím nástavci měřena Prandtlovou sondou 6. Z měřicího nástavceSje odsáván reprezentativní vzorek spalin sondou 7 do potrubí 8 hlavního proudu. Objem hlavního proudu je měřen průtokoměrem 12. Pro analýzu plynných emisi PAH se z hlavního proudu odděluje pomocí vývěvy 9 tzv. dílčí proud odváděný z odbočky ve formě T-kusu 13. Vzorek spalin dílčího proudu se shromažďuje ve vaku 24, který se řízeně nafukuje díky vakuování nádoby tedy kanistru 16, ve které je vak vložen. Protože ve vzorku spalin ve vaku nesmí kondenzovat vodní páry, musí se vlhkost ze spalin odstranit v předřazeném chladiči resp chladícím boxu 17. Za ním je dlaši průtokoměr 18.

Pro regulaci poměrů odsávání vzorku spalin je podstatné, že průtok hlavního proudu je z důvodu průběžného zachovávání izokinetícké podmínky odběru proměnlivý a je v relaci se spáleným množstvím paliva. Proměnlivý přitom musí být i průtok dílčího proudu. Pro dodržení podmínky izokinetického odběru je nutné dodržet stejnou průtokovou rychlost spalin v hlavním proudu, jako je průtoková rychlost ve výfukovém potrubí. Podmínka izokinetiky není nezbytně nutná pro reprezentativní vzorkování plynné fáze. Pro tuto fázi je však nutné z důvodu reprezentativního odběru vzorků spalin udržovat neustále poměr průtoku ve všech dělicích uzlech odběrového potrubí na konstantní hodnotě ve značně velkém rozsahu průtokových rychlostí.

Na obr.2 mobilní zařízení podle technického řešení v pohledu shora a zprava ve smyslu směru jízdy. Je vidět, že přívěs 1 s měřicí aparaturou je tažen proměřovaným vozidlem. Spaliny jsou do přívěsu svedeny z výfuku měřeného vozidla ohebnou hadici 2 a vstupují do měřicího nástavce 3, který je tvořen ocelovou trubkou. Spaliny z měřicího nástavce 3 vystupují do ovzduší otvorem 4. Celý měřici nástavec 3 je nesen stojanem 5. Rychlost spalin je v měřicím nástavci měřena Prandtlovou sondou 6. Z měřicího nástavce je odsáván reprezentativní vzorek spalin sondou 7 do potrubí 8 hlavního proudu pomocí vývěvy 9. Z ní pak vystupuje vzorek vzdušiny do ovzduší otvorem 10. Za sondou 7 je umístěn filtr 11. V něm se zachycuji ···«

tuhé částice z hlavního proudu. Objem hlavního proudu je měřen průtokoměrem 12. V dělicím T-kusu 13 je odvětven do potrubí 14 dílčí proud vzorku. Jeho odsávání zabezpečuje vývěva 15 tím, že vakuuje kanystr 16. V něm se pak nafukuje tedíarový vak 24, ve kterém je jímán veškerý objemem odsátého dílčího proudu. Z kanystru 16 je vyvedena sací trubka 23 na jejímž konci je uspořádána vývěva 15. Vzorek spalin ztedlarového vaku 24 je později v laboratoři analyzován. Vzorek dílčího proudu prochází i absorbéry, které jsou uloženy v chladicím boxu 17. Objem dílčího proudu je měřen průtokoměrem 18. Regulace průtoku je řízena měřicí ústřednou 19. Ta ovládá výkon vývévy 9 pomocí frekvenčního měniče 20 a dále reguluje i vývěvu 15 dílčího proudu. Zdrojem elektrické energie je benzinová elektrocentrála 21. Hmotnost přívěsu lze měnit pomocí betonových desek 22 vkládaných pod podlahu přívěsu. Přívodní ohebná hadice 2, měřicí nástavec 3 a potrubí hlavního proudu po rozdělovači T-ks 13 včetně filtru Uje vyhříváno elektrickým topením tak, aby v něm nedocházelo ke kondenzaci vodní páry.

Na obr.3 je pohled zezadu na přívěs v pohledu shora a zleva a je dobře vidět ohebnou hadici 2, měřicí nástavec 3, stojan 5, filtr 11, vývěva 15 a některé další části z levé strany přívěsu 1.

K nastavení podmínek průtoku spalin pomocí regulovatelných vývěv 15 a 9 se měří rychlost spalin v potrubí Prandtiovou sondou 6. V hlavním proudu a dílčím proudu se pak měří turbínkovými průtokoměry. Přitom průtokoměr v hlavním proudu musí odolávat vysoké teplotě (cca 150°C). Ještě se zvažuje možnost měřit průtok v dílčím proudu pomocí hmotnostního průtokoměru. Teplota vzorku do 50 °C by zde umožňovala použití hmotnostního průtokoměru. Jeho předností je velký měřicí rozsah.

Analytickými metodami se zjistí dílčí koncentrace PAH ve filtru jako podíl jejich obsahu v navážce prachu ku proteklému množství spalin v hlavní větví. Podobně se určí dílčí koncentrace PAH v zachyceném kondenzátu v chladiči dílčí větve. Poslední podíl PAH je obsažen ve vzorku spalin z vaku. Ten se pak analyzuje v laboratoři.

Průzkum trhu v oboru měření emisí ukázal, že pro zjišťování emisí PAH v podmínkách reálného provozu motorových vozidel se aparatura v odpovídající kvalitě komerčně nedodává. Stávající aparatury jsou totiž určeny pro klasické průmyslové zdroje emisí. Jejich použití pro měření emisí PAH za motorovými vozidly by bylo hodně problematické především pro relativně malé rozměry výfukového potrubí a pro velmi proměnlivé průtoky spalin. Zásadním nedostatkem je nemožnost ··«·

regulace odběru podle rychlosti proudění ve výfukovém potrubí, což zkresluje jak výsledky stanovení pevných částic, tak plynných složek výfukových plynů. Proto bylo rozhodnuto sestavit a zkonstruovat vlastní odběrovou aparaturu. Zásadní přidanou hodnotou této aparatury je regulační systém pracující v podmínkách velkého rozmezí průtoků a rušivých elektromagnetických polí.

Způsob odběru spalin u jedoucích dopravního prostředků, se provádí tak, za proměřovaný dopravní prostředek se zapojí přívěs 1 a na něm se uspořádá ohebná hadice 2 a ta se nasadí na výfuk proměřovaného vozidla, které se rozjede. Do měřícího nástavce 3 se vloží Prandtlova sonda 6 a sonda 7, kterou se nasává reprezentativní vzorek spalin do potrubí 8 hlavního proudu a vzorek se pohání vakuovou vývěvou 9, přičemž za sondou 7 se vzorek filtruje a měří se průtok objemu hlavního proudu, načež se proud rozdělí a odbočná větev vede působením další vakuové vývěvy dílčí proud vzorku do kanystru 16 do kterého se předtím vloží tedlarový vak, do kterého se jímá veškerý objem odsátého dílčího proudu, přičemž přívodní ohebná hadice 2, měřicí nástavec 3, filtr 11 a potrubí hlavního proudu 8 se až po rozdělovači T-kus 13 ohřívají elektrickým topením pro zabránění kondenzace vodní páry.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1, Mobilní zařízení pro odběr spalin z dopravních prostředků sestávající z měřícího nástavce (3), který je směrem k zádi přívěsu opatřen otvorem (4), přičemž v měřicím nástavci (3) je uspořádána sonda (6) a do měřicího nástavce (3) je zaústěno potrubí (8), na jehož počátku je uspořádána sonda (7) pro nasávání reprezentativního vzorku spalin do potrubí (8) hlavního proudu, na jehož konci je uspořádána vývěva (9) opatřená i otvorem (10) pro odchod vzorek vzdušiny do ovzduší, přičemž za sondou (7) je umístěn filtr (11) a za ním je umístěn průtokoměr (12) pro měření objemu hlavního proudu, přičemž za průtokoměrem (12) je dělicí T-kus (13) a odbočná větev je vytvořená jako potrubí (14) pro dílčí proud vzorku a potrubí (14) je zaústěno do kanystru (16) a z kanystru (16) je vyvedena sací trubka (23) na jejímž konci je uspořádána vývěva (15) pro vytvoření vakua v kanystru (16), přičemž v kanystru (16) je uspořádán tedlarový vak (24) pro jímání veškerého objemu odsátého dílčího proudu, přičemž na potrubí (14) jsou uspořádány absorbéry uložené v chladicím boxu (17) a průtokoměr (18), přičemž na přívěsu je ještě uspořádána měřící ústředna (21) pro regulaci průtoku spojená s vývěvami (15,9) a frekvenčním měničem (20), vyznačující se tím, že je uspořádáno na přívěsu (1) připojeného za proměřovaným vozidlem, přičemž mezi měřícím nástavcem (3) a výfukem proměřovaného vozidla je uspořádána ohebná hadice (2), přičemž na přívěsu je uspořádána benzínová elektrocentrála (21) jako zdroj elektrické energie a přívěs (1) je opatřen pod podlahou betonovými deskami (22) pro úpravu jeho hmotnosti a měřicí nástavec (3) je uspořádán na stojanu (5).
2. 2 Mobilní zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že přívodní ohebná hadice (2), měřicí nástavec 3 a potrubí hlavního proudu jsou po rozdělovači Tkus (13) včetně filtru (11) opatřeny elektrickým topením pro zabráněni kondenzace vodní páry.

   ' r ♦ · * «f Μ » « · « · • · ♦ * «-«•44 * b • ♦ ♦ · b λ · · #
3. 3. Způsob odběru spalin měřícím zařízením pro spaliny podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že za dopravní prostředek se zapojí přívěs (1) s benzínovou elektrocentrálou, na který se uspořádá měřící zařízeni pro spaliny, přičemž mezi výfuk proměřovaného vozidla a měřící nástavec (3) měřícího zařízení se uspořádá ohebná hadice (2) a přičemž přívodní ohebná hadice (2), měřicí nástavec (3), filtr a potrubí hlavního proudu se až po rozdělovači T-kus ohřívají elektrickým topením pro zabránění kondenzace vodní páry.