廢氣取樣稀釋器及方法
專利匯可以提供廢氣取樣稀釋器及方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 涉及一種用于稀釋特別是 發(fā)動(dòng)機(jī) 或車輛的廢氣的裝置(稀釋器)。更特別地，本發(fā)明涉及一種裝置和一種方法，其能夠保持恒定的稀釋率，而不必考慮排氣管線中的廢氣背壓，并無需使用任何移動(dòng)部件。所提出的稀釋器使用非常少的一部分廢氣，該廢氣經(jīng)過毛細(xì)管道而被取樣，所述毛細(xì)管道只是被浸沒到排氣氣流中，否則，排氣氣流會(huì)自由地排放到大氣中。經(jīng)過毛細(xì)管的樣品流量通過在毛細(xì)管出口處保持經(jīng)調(diào)節(jié)的 負(fù)壓 力 來實(shí)現(xiàn)。隨后，經(jīng)稀釋的排氣被收集在穩(wěn)定化腔室中，在該穩(wěn)定化腔室中， 溫度 、濕度和 停留時(shí)間 均可以隨意調(diào)整，以調(diào)節(jié)所收集的 氣溶膠 。多個(gè)毛細(xì)管和穩(wěn)定化腔室可以被級(jí)聯(lián)以增加稀釋率。在最終的稀釋階段之后，顆粒樣品可以被收集在用于重量分析測定法的 過濾器 上，或者通過計(jì)數(shù)器、表面監(jiān)測器或用于顆粒的物理或化學(xué)特性的任何其它技術(shù)來分析。在一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方案中，毛細(xì)管道利用皮下 注射器 針頭來實(shí)現(xiàn)，并且兩個(gè)級(jí)聯(lián)的皮下注射器針頭/穩(wěn)定化腔室被結(jié)合以提供所需的稀釋率。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，廢氣可以借助于兩個(gè)探針而被導(dǎo)入到所述稀釋器的毛細(xì)管道，所述兩個(gè)探針分別位于需要被表征的任何后處理裝置的上游和下游。借助于 截止 閥 ，廢氣可以通過所述上游或下游探針而被送入稀釋器的毛細(xì)管，由此對(duì)該裝置的過濾效率提供評(píng)估。，下面是廢氣取樣稀釋器及方法專利的具體信息內(nèi)容。
1、一種用于特別是車輛或發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣取樣的稀釋器，該稀釋器 包括第一毛細(xì)管(1)，所述第一毛細(xì)管(1)連接到第一穩(wěn)定化腔室 (2)，所述第一穩(wěn)定化腔室的壓力借助于真空泵(9)而被保持在環(huán) 境壓力以下，所述真空泵(9)借助于第一出口管道(4)而連接到所 述第一穩(wěn)定化腔室，所述第一穩(wěn)定化腔室中的稀釋空氣借助于第一稀 釋空氣管道(3)經(jīng)過第一混合尖端而被引入，
其特征在于，提供過度流量配置，用于提供超過所述毛細(xì)管(1) 中的樣品流量的廢氣流量，所述廢氣流量總體上環(huán)繞所述毛細(xì)管入口 尖端，其中所述第一毛細(xì)管(1)被浸沒在具有所述配置的廢氣流量中， 其中所述稀釋器經(jīng)由所述第一毛細(xì)管(1)抽取廢氣。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀釋器，其特征在于，提供節(jié)流機(jī)構(gòu)(11)， 借助于所述節(jié)流機(jī)構(gòu)(11)對(duì)所述第一穩(wěn)定化腔室(2)的樣品的稀釋 率和停留時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的稀釋器，其特征在于，提供第二穩(wěn) 定化腔室(6)和第二毛細(xì)管(5)，所述第二毛細(xì)管(5)被浸沒在所 述第一穩(wěn)定化腔室(2)中，用于將樣品從所述穩(wěn)定化腔室(2)導(dǎo)入 到所述第二穩(wěn)定化腔室(6)，所述第二穩(wěn)定化腔室(6)的壓力被保 持在所述第一穩(wěn)定化腔室(2)的壓力以下，且其中提供樣品管道(8)， 通過利用所述泵(9)或不同的真空泵而從所述樣品管道(8)抽取樣 品以實(shí)現(xiàn)該低壓力，并且其中提供第二稀釋空氣管道(7)和第二混合 尖端，所述第二穩(wěn)定化腔室(6)中的稀釋空氣經(jīng)過所述第二混合尖端 而引入。
4、根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的稀釋器，其特征在于， 每個(gè)所述混合尖端通過分別將對(duì)應(yīng)毛細(xì)管(5)的軸線和對(duì)應(yīng)稀釋空氣 管道(7)的軸線對(duì)準(zhǔn)而形成，其中由所述毛細(xì)管運(yùn)送的樣品流被暴露 到所述稀釋空氣管道的所述出口尖端上游的稀釋空氣流中。
5、根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的稀釋器，其特征在于，提供節(jié)流機(jī) 構(gòu)(14、13)，所述節(jié)流機(jī)構(gòu)(14、13)能夠分別獨(dú)立地調(diào)節(jié)所述第 一稀釋空氣管道(3)和所述第二稀釋空氣管道(7)的流動(dòng)的阻力； 和/或節(jié)流機(jī)構(gòu)(11、12)，所述節(jié)流機(jī)構(gòu)(11、12)能夠分別獨(dú)立地 調(diào)節(jié)所述第一出口管道(4)和所述樣品出口管道(8)的流動(dòng)的阻力。
6、根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的稀釋器，其特征在于，提 供加熱元件(23)和溫度敏感元件(22)，從而能夠借助于所述加熱 元件(23)對(duì)所述樣品尖端處的廢氣的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過所述溫 度敏感元件(22)對(duì)所述樣品尖端處的廢氣的溫度進(jìn)行測量。
7、根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的稀釋器，其特征在于，多 個(gè)毛細(xì)管和穩(wěn)定化腔室級(jí)聯(lián)設(shè)置，以提高稀釋率。
8、根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的稀釋器，其特征在于，所 述毛細(xì)管道由皮下注射器針頭而實(shí)現(xiàn)，其中至少兩個(gè)級(jí)聯(lián)的皮下注射 器針頭/穩(wěn)定化腔室被結(jié)合以提供所需的稀釋率。
9、根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的稀釋器，其特征在于，所述稀釋 器的位置相對(duì)于車輛/發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管線固定，并且所述針頭插入所述排 氣管線中。
10、用于特別是車輛或發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣取樣的方法，尤其是用于操作 根據(jù)前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)的稀釋裝置的方法，其特征在于，所述穩(wěn) 定化腔室的壓力借助于真空泵(9)而被保持在環(huán)境壓力以下，并且在 所述穩(wěn)定化腔室中，所述穩(wěn)定化腔室中的稀釋空氣借助于所述第一稀 釋空氣管道(3)經(jīng)由第一混合尖端而被引入，且在于所述稀釋器經(jīng)由 所述第一毛細(xì)管(1)抽取廢氣，所述第一毛細(xì)管(1)浸沒在具有所 述過度流量配置的所述廢氣流量中，所述過度流量配置提供超過所述 毛細(xì)管中的樣品流量的廢氣流量，所述廢氣流量總體上環(huán)繞所述毛細(xì) 管入口尖端。
11、根據(jù)從屬于權(quán)利要求3至9中任意一項(xiàng)的權(quán)利要求10所述的 方法，其特征在于所述第二毛細(xì)管(5)浸沒在第一穩(wěn)定化腔室(2) 中，并將樣品從所述穩(wěn)定化腔室(2)導(dǎo)入到第二穩(wěn)定化腔室(6)， 所述第二穩(wěn)定化腔室(6)的壓力被保持在所述第一穩(wěn)定化腔室(2) 的壓力以下，并且通過利用所述泵(9)或不同的真空泵而從樣品管道 (8)抽取樣品以實(shí)現(xiàn)該低壓力，并且稀釋空氣借助于第二稀釋空氣管 道(7)經(jīng)由第二混合尖端而被引入所述第二穩(wěn)定化腔室(6)中。
12、根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，混合和溫度平衡 所需的限定的停留時(shí)間通過所述第一穩(wěn)定化腔室(3)和第二穩(wěn)定化腔 室(6)而產(chǎn)生。
13、根據(jù)前述權(quán)利要求10至12中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征 在于，所述第一稀釋空氣管道(7)中的稀釋空氣的溫度選擇性地獨(dú)立 于所述第二稀釋空氣管道(7)中的稀釋空氣的溫度而進(jìn)行調(diào)節(jié)。
14、根據(jù)權(quán)利要求10至13中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 產(chǎn)生基本恒定的稀釋率，而不必考慮上游廢氣的壓力，并無需使用任 何移動(dòng)部件。
15、根據(jù)權(quán)利要求10至14中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 具體量級(jí)為0.5lmp的非常少的一部分廢氣由所述稀釋器使用，其經(jīng)過 所述毛細(xì)管道而被取樣。
16、根據(jù)權(quán)利要求10至15中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 經(jīng)調(diào)節(jié)的負(fù)壓保持在毛細(xì)管出口7處，并且在于經(jīng)稀釋的排氣隨后被 收集在所述穩(wěn)定化腔室中。
17、根據(jù)權(quán)利要求10至16中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 在最終稀釋階段之后，顆粒樣品被收集在用于重量分析測定法的過濾 器上，或者通過計(jì)數(shù)器、表面監(jiān)測器等來分析。
18、根據(jù)前述權(quán)利要求10至17中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征 在于，廢氣借助于兩個(gè)探針而被導(dǎo)入到稀釋器的毛細(xì)管道，所述兩個(gè) 探針分別位于待表征的后處理裝置的上游和下游，其中所述探針具有 適當(dāng)?shù)闹睆?，從而提供在邊緣處高于所述第一皮下注射器針頭中的流 量的總體廢氣流量，過度流量被排放到處于恒定壓力下的大氣中，并 且借助于截止閥，廢氣通過所述上游或下游探針而被送至所述稀釋器 的毛細(xì)管，從而對(duì)該裝置的過濾效率提供評(píng)估。
19、根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)，特別是權(quán)利要求8或9所 述裝置用于稀釋來自諸如壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)、火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)以及整車 排氣管線的任何發(fā)動(dòng)機(jī)或車輛配置的氣溶膠的用途。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種用于稀釋特別是發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的裝置，即所謂的稀 釋器。更特別地，本發(fā)明涉及一種裝置和一種方法，其能夠保持恒定 的稀釋率，而不必考慮排氣管線中的廢氣背壓(backpressure)。
背景技術(shù)
廢氣的稀釋可以通過使用完全流動(dòng)的稀釋器來實(shí)現(xiàn)，其中所有廢 氣被導(dǎo)入到稀釋管道，在稀釋管道處，廢氣在分析之前與經(jīng)環(huán)境過濾 的空氣混合。這種稀釋系統(tǒng)包括恒定體積的取樣技術(shù)，其描述于歐洲 委員會(huì)(the?European?Commission)的法規(guī)91/441/EEC(官方公報(bào)L?242， 30/08/1991?P.0001-0106)中。由于廢氣和稀釋空氣的混合比例隨著廢氣 的瞬時(shí)流量(flowrate)而改變，所以恒定體積、完全流動(dòng)的稀釋器對(duì) 于瞬時(shí)測試引起了可變的稀釋率。當(dāng)遇到排出物，特別是顆粒物排出 物的精確表征(characterization)時(shí)，可變的稀釋率存在著顯著的缺點(diǎn)， 因?yàn)楦鶕?jù)稀釋后的揮發(fā)物和半揮發(fā)物物質(zhì)的飽和比，其會(huì)引起顆粒成 核和凝結(jié)(condensation)的可變度。
為了克服可變的稀釋率的問題，廣泛采用了部分流動(dòng)取樣系統(tǒng)， 在該系統(tǒng)中僅有一部分廢氣被取樣、測量并用測定量的稀釋空氣調(diào)節(jié)， 以提供固定的稀釋率。通過這種系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的稀釋率典型地在10∶1至 1000∶1的范圍內(nèi)。這種較寬的范圍要求在可利用儀器的測量范圍內(nèi)， 降低來自諸如傳統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、具有顆粒過濾器的柴油機(jī)的不同來 源的顆粒水平。這種部分流動(dòng)系統(tǒng)例如描述于專利申請(qǐng) US2003/0232449A1、JP2004205253A2004.T.22中。因?yàn)樗峁┑南♂?率對(duì)于廢氣壓力的變化相當(dāng)敏感，所以這些裝置主要目的是在后處理 裝置的下游對(duì)排氣進(jìn)行取樣。在后處理裝置的上游，并且特別是在柴 油機(jī)顆粒過濾器的上游，排氣背壓會(huì)在高于環(huán)境幾毫巴至數(shù)百毫巴之 間變化，從而導(dǎo)致了稀釋率的顯著變化。
呈現(xiàn)在專利CH693491中的裝置解決了該問題，提供了恒定的稀 釋率，該稀釋率對(duì)于上游的廢氣條件不太敏感，但是卻引入了大量的 移動(dòng)部件，這些移動(dòng)部件對(duì)于稀釋熱而潮濕并充滿顆粒的廢氣是不合 乎需要的。
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是稀釋廢氣，提供恒定的稀釋率，而不必考慮上游 廢氣的壓力，且無需使用任何移動(dòng)部件。所提出的稀釋器使用非常少 的一部分廢氣(量級(jí)為0.5lpm)，該廢氣經(jīng)過毛細(xì)管道而被取樣。由于 廢氣的量相當(dāng)?shù)停圆恍枰♂屍骱团艢夤芫€之間的緊密固定，但 是毛細(xì)管會(huì)僅僅浸沒在排氣氣流中，否則，排氣氣流會(huì)自由地排放到 大氣中。在這方面，毛細(xì)管入口總是暴露于幾乎環(huán)境壓力中，而不考 慮廢氣的壓力，這就導(dǎo)致了恒定的稀釋率。經(jīng)過毛細(xì)管的樣品流量可 以通過在毛細(xì)管出口處保持經(jīng)調(diào)節(jié)的負(fù)壓力來實(shí)現(xiàn)。隨后，經(jīng)稀釋的 排氣被收集在穩(wěn)定化腔室中，在該穩(wěn)定化腔室中，溫度、濕度和停留 時(shí)間均可以隨意調(diào)整，以調(diào)節(jié)所收集的氣溶膠(aerosol)。不同的稀釋 率設(shè)置可以通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整穩(wěn)定化腔室中的負(fù)壓來實(shí)現(xiàn)。多個(gè)毛細(xì)管 和穩(wěn)定化腔室可以被級(jí)聯(lián)(cascaded)以增加稀釋率。在最終的稀釋階 段之后，顆粒樣品可以被收集在用于重量分析測定法的過濾器上，或 者通過計(jì)數(shù)器、表面監(jiān)測器或用于顆粒的物理或化學(xué)特性的任何其它 技術(shù)來分析。
發(fā)明內(nèi)容
在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，廢氣可以借助于兩個(gè)探針而被導(dǎo)入到 所述稀釋器的毛細(xì)管道，所述兩個(gè)探針分別位于需要被表征的任何后 處理裝置的上游和下游。所述探針具有適當(dāng)?shù)闹睆?，從而提供在邊?處高于所述第一皮下注射器針頭中的流量的總體廢氣流量。過度流量 被排放到處于恒定壓力下的大氣中。借助于截止閥，廢氣可以通過所 述上游或下游探針而被送至稀釋器的毛細(xì)管，由此對(duì)該裝置的過濾效 率提供評(píng)估。
附圖說明
圖1顯示了本發(fā)明的第一個(gè)具體實(shí)施方案。其示出了第一毛細(xì)管 (1)和第二毛細(xì)管(5)以及第一穩(wěn)定化腔室(2)和第二穩(wěn)定化腔室 (6)。排氣在穩(wěn)定化腔室(2)、(6)中調(diào)節(jié)后，借助于泵(9)而從排 氣管被抽到測量儀器。
圖2顯示了通過第一毛細(xì)管(1)在管道出口尖端的上游的第一稀 釋空氣管道(3)中排放樣品而形成的第一混合尖端的細(xì)節(jié)。
圖3顯示了本發(fā)明的第二個(gè)具體實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，第 一稀釋空氣管道(3)和第二稀釋空氣管道(7)以及樣品出口(8)的 流動(dòng)阻力借助于節(jié)流機(jī)構(gòu)(14)、(13)和(12)而進(jìn)行獨(dú)立地調(diào)節(jié)。 圖4中具體顯示的過度流量配置還被用于對(duì)后處理裝置的上游和下游 的排氣進(jìn)行連續(xù)取樣。
圖4顯示了過度流動(dòng)配置，其中，當(dāng)排氣流量自由地排放到大氣 中時(shí)，第一毛細(xì)管(1)的入口尖端由排氣流量浸沒并環(huán)繞。
具體實(shí)施方式
由于第一毛細(xì)管(1)的尖端處于環(huán)境壓力下，所以經(jīng)過第一毛細(xì) 管的流量(量級(jí)典型地為0.5lpm)僅取決于第一穩(wěn)定化腔室(2)中的 壓力、經(jīng)過第一稀釋空氣管道(3)的稀釋空氣流量(量級(jí)典型為10lpm 至更低程度)、排氣管中廢氣的溫度。負(fù)壓和第一稀釋空氣流量通過所 使用的泵(9)和節(jié)流機(jī)構(gòu)(11)的特性曲線而隱性地關(guān)聯(lián)。因此，在 穩(wěn)定狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)操作且恒定的廢氣溫度下，第一穩(wěn)定化腔室(2)中 的稀釋率僅取決于節(jié)流機(jī)構(gòu)(11)的設(shè)定。
為了進(jìn)一步增加稀釋率，如果這需要排氣管中的高顆粒濃度，那 么第二毛細(xì)管(5)被牢固地連接到第一穩(wěn)定化腔室(2)，使第一 (primary)稀釋的樣品通向第二穩(wěn)定化腔室(6)。從第一穩(wěn)定化腔室 (2)到第二穩(wěn)定化腔室(6)的流量通過在第二穩(wěn)定化腔室(6)中產(chǎn) 生相比第一穩(wěn)定化腔室(2)中更高的負(fù)壓而實(shí)現(xiàn)。這可以通過將泵(9) 經(jīng)由樣品管道(8)連接到第二穩(wěn)定化腔室(6)而實(shí)現(xiàn)，無需任何中 間阻力，而是僅利用用于顆粒特性的裝置/技術(shù)(10)。除了前一段中提 到的變化(variables)外，該配置中的總體稀釋率取決于第二穩(wěn)定化腔 室(6)和第一穩(wěn)定化腔室(2)之間的壓力差，以及顆粒測量單元(10) 所需的經(jīng)過樣品管道(8)總體流量。當(dāng)排氣管中的排氣壓力和溫度的 變化受到限制，并且當(dāng)稀釋率不需要精確地調(diào)節(jié)時(shí)，可以采用該第一 個(gè)具體實(shí)施方案。
為了使顆粒損失最小化，為了使毛細(xì)管中的流量穩(wěn)定，并且為了 提高樣品與稀釋空氣的混合，在穩(wěn)定化腔室的上游形成混合尖端。其 略為詳細(xì)地顯示于圖2中。在該混合尖端中，來自第一毛細(xì)管(1)的 樣品流量首先暴露到在第一稀釋空氣管道(3)中流動(dòng)的稀釋空氣的流 量中。在稀釋空氣在穩(wěn)定化腔室中膨脹之前，第一稀釋空氣管道(3) 形成90度的彎曲。毛細(xì)管出口尖端沿著第一稀釋空氣管道(3)的軸 線而位于該彎曲的下游，且位于第一稀釋空氣管道尖端的上游。相似 的混合尖端還形成于第二毛細(xì)管(5)的下游。
圖3示出了第二個(gè)具體實(shí)施方案，該實(shí)施方案優(yōu)選用在例如期望 廢氣壓力和溫度發(fā)生較大變化以及對(duì)稀釋率的調(diào)節(jié)要求較高精確度的 測量中。在該具體實(shí)施方案中，第一毛細(xì)管(1)經(jīng)由傳送管線(17) 或(18)而被暴露到從排氣管線抽取的少量廢氣流量中。第一毛細(xì)管 并未固定到排氣管道，這使得其能夠在環(huán)境壓力下自由地排放到大氣 中。
圖4顯示了過度流動(dòng)配置的細(xì)節(jié)，在過度流動(dòng)配置處，第一毛細(xì) 管(1)從傳送管線(17)和(18)的出口取樣。就在其在大氣中膨脹 之前(例如，10mm)，第一毛細(xì)管(1)由廢氣流完全浸沒和環(huán)繞。傳 送管線出口中的樣品流量超過第一毛細(xì)管(1)中的樣品流量，并且其 在取樣水平處的壓力類似于環(huán)境。取樣尖端處的廢氣的溫度可以借助 于加熱元件(23)而調(diào)節(jié)，并由溫度敏感元件(22)測量。樣品可以 通過開啟截止閥(19)和(20)而從沿著排氣管線的不同位置抽取， 例如，從后處理裝置的下游和上游抽取。
第一穩(wěn)定化腔室(2)和第二穩(wěn)定化腔室(6)中的稀釋如第一具 體實(shí)施方案中所述而進(jìn)行。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)稀釋率更為精確的調(diào)節(jié)，經(jīng)過 第一稀釋空氣管道(3)和第二稀釋空氣管道(7)的稀釋空氣流量分 別借助于節(jié)流機(jī)構(gòu)(14)和(13)進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，抽取到該系統(tǒng)外 的流量借助于節(jié)流葉片(11)和(12)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在此情況下的稀釋 率計(jì)算必須也考慮這些閥的設(shè)定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該具體實(shí)施方案 具有無需任何移動(dòng)部件而能夠保持恒定的稀釋率的優(yōu)點(diǎn)，該稀釋率僅 取決于節(jié)流閥(11)、(12)、(13)、(14)以及泵(9)的設(shè)定，而與排 氣管中的廢氣的溫度和壓力無關(guān)。
此外，如果需要對(duì)樣品進(jìn)行另外的調(diào)節(jié)，溫度調(diào)節(jié)元件(16)可 以介于節(jié)流機(jī)構(gòu)(14)的下游的第一稀釋空氣管道(3)中，以便調(diào)節(jié) 第一稀釋空氣的溫度。而且，稀釋空氣凈化單元(15)可以用于控制 稀釋空氣的雜質(zhì)和濕度。
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