[发明专利]一种用于10-30nm高温尾气颗粒物的粒径快速分级装置及方法

说明书

本发明涉及机动车尾气颗粒物测量技术领域，具体涉及一种用于10‑30nm高温尾气颗粒物的粒径快速分级装置及方法。该装置包括鞘气进气单元、样气进气单元、筛分单元和排气单元。鞘气进气单元包括鞘气进气口、筛网和筛网固定座。样气进气单元包括样气进气口、进气环和气流件。进气环上开设有若干通孔。筛分单元包括同轴设置的外腔体与内腔体、位于内腔体下方的支撑座和设置在内腔体底部与支撑座顶部之间的筛分狭缝。外腔体接地，内腔体接高压电极。排气单元包括安装在支撑座上的筛分气体出口和支撑座与外腔体之间构成的废气出口。本发明能够实现10‑30nm高温尾气颗粒物的粒径快速分级，提高粒径分级速度和测量分辨率。

技术领域

本发明涉及机动车尾气颗粒物测量技术领域，具体涉及一种用于10-30nm高温尾气颗粒物的粒径快速分级装置及方法。

背景技术

随着先进的G-DI(汽油缸内直喷)与G-PFI(进气道喷射)发动机的应用，其排放的粒子粒径越来越小。近年来的研究表明，亚23nm颗粒物占国Ⅴ标准GDI车辆PN总排放量的43.1-57.7％，国Ⅵ标准的G-DI车辆PN总排放量中也有相当比例是亚23nm颗粒物，且GPF(汽油机颗粒捕集器)对亚23nm颗粒物过滤效果差。在欧6标准下，关于粒径分布的调查报告显示，使用压缩天然气(CNG)为燃料的机动车，其排放颗粒物的几何平均直径(GMD)约为23nm，汽油型车辆的GMD约为30nm。随着中国机动车国标Ⅵ的实施以及欧美国家更加严格的机动车排放法规的实施，测量粒径大于23nm的颗粒物数(PN)已经有大量实践经验。然而为了避免采样和测量亚23nm固体颗粒物时产生的重大不确定性，现有的法规对于亚23nm颗粒物的排放监测尚属监管空白。

目前常用的纳米级粒子分级方法是基于带相同电荷的不同粒径粒子的电迁移率不同(差分电迁移率)，调节电场和流场条件，分级出不同粒径的粒子，实现对样气粒径谱的测量。但粒子的扩散效应随着粒子粒径变小而变大，这就导致了30nm以下粒子粒径谱测量的分辨率较差。为了提高分辨率，目前通常采用加入高速鞘气气流的方式来提高分辨率，但这会带来高鞘气流速下的层流状态难的问题。此外，目前在进行高温颗粒物分级时，一般先将样气降温至50℃左右，这会导致颗粒物粒径变化，使最终的测量结果产生较大误差。另外测量装置的机械结构参数变化也极大地影响测量分辨率，但目前研究较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于10-30nm高温尾气颗粒物的粒径快速分级装置及方法，该装置及方法能够解决现有技术中的不足，实现10-30nm高温尾气颗粒物的粒径快速分级，提高粒径分级速度和测量分辨率。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

在本发明的第一方面，提供了一种用于10-30nm高温尾气颗粒物的粒径快速分级装置，包括鞘气进气单元、样气进气及筛分单元和排气单元。

所述鞘气进气单元包括鞘气进气口、设置在鞘气进气口下方的筛网和套设在筛网外侧的筛网固定座。

所述样气进气及筛分单元包括位于筛网固定座下方且同轴设置的外腔体与内腔体、安装在内腔体顶部且位于筛网下方的气流件、设置在外腔体上端的样气进气口和位于筛网固定座与外腔体之间且位于样气进气口内侧的进气环；所述进气环上开设有若干通孔。

所述排气单元包括位于内腔体及外腔体下方的支撑座；所述支撑座上开设有筛分气体出口；所述支撑座与外腔体之间设有废气出口；所述外腔体与内腔体之间的空腔为筛分区域，所述样气进气及筛分单元还包括设置在内腔体底部与支撑座顶部之间的筛分狭缝。

进一步的，所述外腔体的内壁与内腔体的外壁之间的区域为差分电迁移区域。

进一步的，所述筛网为圆形，包括自上向下依次设置的三层，筛网的圆周处采用胶水粘在筛网固定座上，相邻层筛网之间间隔5mm，三层筛网的目数自上向下依次递减；所述筛网采用尼龙材质；所述筛网固定座为圆环状。