一种碳尘颗粒物发生器及其控制方法

本发明涉及机动车尾气排放控制，具体涉及一种碳尘颗粒物发生器及其控制方法。

背景技术：

1、近年来，我国的汽车保有量直线提升，这在给人们生活带来便利的同时，汽车行驶过程中产生的各种有害气体，也在污染着人类生存环境，对人体的伤害也不容小觑。随着我国对汽车尾气污染的重视，对汽车尾气排放限值要求愈加严格的同时，尾气监测测量仪器技术也日渐成熟。但是，对于监测测量仪器的标定系统的研究相对薄弱，研究碳尘颗粒物的燃烧特性与排放后的处理特性以及改进碳尘颗粒物测量仪器，对于环境领域具有重大意义。

2、目前，国内对碳尘颗粒物发生器的研究成果比较薄弱。目前颗粒物检测仪器的标定，通常采用柴油发动机作为产生碳尘颗粒物的颗粒源。柴油发动机产生碳尘颗粒物的主要原理是燃料的不充分燃烧，但是其重复性和可再生性比较差。近两年比较流行的倒置式碳尘颗粒物发生器的燃烧火焰位于仪器的上端，火焰方向朝下，由于结构原因，该碳尘颗粒物发生器产生的颗粒物较轻，浮于仪器的上部分。虽然这样有利于稳定火焰，但这也导致颗粒物在火焰中的燃烧时间过长，颗粒物尺寸过大，粒径范围较小，很难发生90nm以下的碳尘颗粒物，发生小粒径碳尘颗粒物时稳定性与可重复性较差，在实际应用中局限性比较大。不能满足目前超细碳尘颗粒物检测仪器的标定需求。现有的碳尘颗粒物发生器所产生的碳尘颗粒物从粒子分布、数量浓度、化学分布到实用性、便捷性、稳定性及可再生性都存在一定的缺陷，并不能很好的满足目前的实验需求。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种碳尘颗粒物发生器及其控制方法。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、一种碳尘颗粒物发生器，该发生器包括颗粒物发生单元、颗粒物收集单元和气路单元；

4、所述颗粒物发生单元包括座体和安装在所述座体上的芯体；所述芯体包括同轴设置的多个气体管路及设置在所述多个气体管路外侧的用于稳定火焰的外管；所述多个气体管路的出气口端面平齐，进气口端面层叠设置；所述芯体外设计了一个不锈钢管用于稳定火焰，所述座体内设置有多个气体通道；所述气体通道和所述气体管路的数量相等，一一对应设置，且相对应的气体通道与气体管路相连通；

5、所述颗粒物收集单元，用于罩设在所述颗粒物发生单元的芯体的外侧，收集所述颗粒物发生单元燃烧产生的颗粒物；

6、所述气路单元，用于向气体通道及气体管路中通入气体，并调节气体的空燃比及稀释比。

7、进一步的，所述气体管路包括燃料气体管路、助燃气体管路、稀释气体管路和备用管路，共四条气体管路能适用于多样化燃烧实验。

8、多个气体管路中，最中间的气体管路为燃料气体管路。

9、进一步的，所述气体管路固定安装在所述座体上，且所述气体管路与所述座体通过过盈配合方式压装，密封性良好，使各气路独立。

10、进一步的，所述颗粒物收集单元包括依次相连的收集器一、颗粒物燃烧仓和收集器二；

11、所述颗粒物燃烧仓的一端与所述收集器一相连，另一端与所述收集器二相连，且所述颗粒物燃烧仓与所述收集器一的连接处设置有密封圈一，所述颗粒物燃烧仓与所述收集器二的连接处设置有密封圈二；所述收集器二可拆卸安装在所述座体上，且所述收集器二与所述座体之间设置有密封圈三；

12、所述收集器一上设置有排气口。

13、进一步的，所述气路单元包括多个气瓶；

14、每个气瓶的出气口分别通过一气路与相应的气体通道的进气口相连。

15、进一步的，所述气路上设置有质量流量计、单向阀和回火阀。

16、进一步的，每个气体通道包括对称设置在相应的气体管路两侧的两半部分，两半部分气体通道通过三通相连。

17、进一步的，所述燃烧仓采用石英玻璃材质；

18、所述收集器一和所述收集器二均采用不锈钢材质。

19、本发明还包括一种上述碳尘颗粒物发生器的控制方法，该方法包括：

20、s1、通过气体通道，向相应的气体管路中通入气体，最中间的气体管路中通入燃料气体，由内向外的第二条与第三条气体管路中分别通入助燃气体和稀释气体；

21、s2、各路气体在芯体的出气断面处混合，点燃气体；

22、s3、将颗粒物收集器安装好，使颗粒物燃烧仓与收集器一、收集器二以及座体围成燃烧腔体，腔体保持密封，气体在燃烧腔体中均匀扩散燃烧，燃料气体与助燃气体燃烧生成不同粒径的碳尘颗粒物；

23、s4、在气体的带动下，碳尘颗粒物由排气口处排出收集。

24、进一步的，在步骤s1中，向相应的气体管路中通入气体时，对燃料气体和助燃气体的流量和比例进行调节；

25、所述对燃料气体和助燃气体的流量和比例进行调节，包括：

26、确定所需要的碳尘颗粒物的粒径大小与浓度；

27、根据所需要的碳尘颗粒物的粒径大小与浓度，确定燃料气体与助燃气体的目标空燃比以及燃料气体、助燃气体与稀释气体的稀释比；

28、根据目标空燃比以及稀释比，对通入到气体管路中的燃料气体、助燃气体和稀释气体的流量和比例进行调节。

29、和现有技术相比，本发明的优点为：

30、(1)本发明所述的碳尘颗粒物发生器，其产生的火焰方向是朝上的，该碳尘颗粒物发生器发生的碳尘颗粒物粒径范围广，浓度高，可稳定发生22nm～322nm的碳尘颗粒物，经稀释15l后数量浓度范围2.51×105～1.29×107个/cm3，还能够稳定发生60nm以下的小粒径碳尘颗粒物，现有的碳尘颗粒物发生器，发生的碳尘颗粒物粒径大，无法满足该需求。

31、(2)本发明所述的碳尘颗粒物发生器，其气体管路采用同轴设置的、环状的多气路通道设计，该设计可使燃烧出的碳尘颗粒物更多样化，从而能够广泛地应用于不同仪器或传感器的标定平台及监测仪器的日常维护标定。

32、(3)本发明所述的碳尘颗粒物发生器，通过控制不同空燃比，在不完全燃烧状态下产生大粒径颗粒物在120-322nm，过量燃烧状态下产生小粒径颗粒物，20-150nm左右，在不同燃烧状态下可以产生不同的粒径分布颗粒物。

技术特征：

1.一种碳尘颗粒物发生器，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的碳尘颗粒物发生器，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的碳尘颗粒物发生器，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的碳尘颗粒物发生器，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的碳尘颗粒物发生器，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的碳尘颗粒物发生器，其特征在于，

7.根据权利要求2所述的碳尘颗粒物发生器，其特征在于，

8.根据权利要求4所述的碳尘颗粒物发生器，其特征在于，

9.根据权利要求1～8任意一项所述的碳尘颗粒物发生器的控制方法，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的碳尘颗粒物发生器的控制方法，其特征在于，

技术总结本发明涉及一种碳尘颗粒物发生器及其控制方法。该发生器包括颗粒物发生单元、颗粒物收集单元和气路单元；颗粒物发生单元包括座体和安装在座体上的芯体；芯体包括同轴设置的多个气体管路；多个气体管路的出气口端面平齐，进气口端面层叠设置；座体内设置有多个气体通道；气体通道和气体管路的数量相等，一一对应设置，且相对应的气体通道与气体管路相连通；颗粒物收集单元，用于罩设在颗粒物发生单元的芯体的外侧，收集颗粒物发生单元燃烧产生的颗粒物；气路单元，用于向气体通道及气体管路中通入气体，并调节气体的空燃比及稀释比。本发明能够生成尺寸合适的碳尘颗粒物，且颗粒物的粒径范围大，颗粒物的粒径大小、范围及浓度均可调节。技术研发人员：王焕钦,张旭,周纪彤,孙强,黄舸航,陈大仁,虞发军受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/18