复合型VOCs污染物加载装置的制作方法

复合型vocs污染物加载装置
技术领域
[0001]
本公开涉及环境测试领域，尤其涉及一种复合型vocs污染物加载装置。


背景技术：

[0002]
空气净化器性能测试中，需要用人工的方法来发生vocs污染物，并且将其加载到测试舱中，通过净化加载的污染物来评估空气净化器对vocs的净化能力和寿命。
[0003]
当前主流的性能测试主要采用甲苯等单一的voc作为污染源。但是在真实的工作和生活场景中，污染源往往是复合型的，即由多种vocs组成的混合物。该些vocs污染物可能会相互影响空气净化器对它们的净化效率(由于竞争吸附或材料毒化等原因)，因此通过单一vocs污染源加载，来表征净化器的复合污染物净化存在一定风险。
[0004]
常见的复合型室内vocs污染物包括甲醛、甲苯、苯乙烯、乙酸丁酯等。为了更加接近真实的污染浓度，在测试过程中，需要以几十mg/h的速率连续稳定的加载。目前主流的单组份污染物加载方法包括：
[0005]
(1)滴加蒸发法。采用注射器滴加到加热板上进行定量蒸发，其优点是总量精确，但是具备加载速率不易控制、浓度波动大的缺点。
[0006]
(2)鼓泡法/扩散法。该类方法使vocs液体自然或者强迫挥发形成气相vocs，通过载气载带进行加载，其缺点是波动较大，总量控制精度较低。另外由于不同vocs组分的饱和蒸汽压不同，可能会出现低沸点组分和高沸点组分挥发比例和溶液配比差别很大的情况。
[0007]
(3)混合标气法。通过气瓶配置多组分vocs的混合标气，通过精密流量计计量加载，其优点是使用简单，在短时间内加载精度、连续性和稳定性都很好，缺点是所需浓度范围的复合型vocs标气不易配制，价格太高且存储时间短。
[0008]
由此可见，已有的单组份污染物加载方法及装置无法胜任复合型vocs的连续稳定发生和加载的要求。并且在vocs污染物中，甲醛的加载与其它vocs有很大的不同。甲醛非常活泼，难以储存。如果采用福尔马林等加有稳定剂(通常为甲醇)的溶液来发生，会引入较多杂质。如果采用多聚甲醛热裂解等方法则存在不易控制加载速率的问题。


技术实现要素：

[0009]
(一)要解决的技术问题
[0010]
本公开提供了一种复合型vocs污染物加载装置，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
[0011]
(二)技术方案
[0012]
根据本公开的一个方面，提供了一种复合型vocs污染物加载装置，包括：
[0013]
vocs发生单元，用于输出vocs气体源，包括多路vocs液体发生单元、第一载气源单元及第一发生器，所述第一发生器与所述多路vocs液体发生单元及第一载气源单元连接；
[0014]
甲醛发生单元，用于输出甲醛气体源，包括甲醇溶液发生单元、第二载气源单元、第二发生器及催化包，所述第二发生器与所述甲醇溶液发生单元、第二载气源单元、第二发
生器及催化包连接，其中，所述催化包用于将甲醇气体通过多聚甲醛热裂解发生转化为甲醛气体；以及
[0015]
混合输出单元，用于输出复合型vocs污染物，分别连接vocs发生单元的第一发生器和甲醛发生单元的催化包。
[0016]
根据本公开的实施例，所述第一发生器包括：
[0017]
第一蒸发层，与所述多路vocs液体发生单元相连，用于实现多路vocs液体的蒸发；以及
[0018]
第一混合层，与所述第一载气源单元连接，用于将蒸发的vocs气体和载气预热混合。
[0019]
根据本公开的实施例，所述第一蒸发层及第一混合层为具有毛细结构的微纳米尺度的多孔介质。
[0020]
根据本公开的实施例，所述第一蒸发层具有多个用于加热vocs液体的蒸发块。
[0021]
根据本公开的实施例，所述vocs液体发生单元包括：
[0022]
液体vocs单元，用于输送液体vocs；及
[0023]
恒流泵，连接至所述液体vocs单元，用于控制所述液体vocs的流量。
[0024]
根据本公开的实施例，所述第二发生器包括：
[0025]
第二蒸发层，与所述甲醇溶液发生单元相连，用于实现甲醇溶液的蒸发；以及
[0026]
第二混合层，与所述第二载气源单元连接，用于将蒸发的甲醇气体和载气预热混合。
[0027]
根据本公开的实施例，所述第二蒸发层及第二混合层为具有毛细结构的微纳米尺度的多孔介质。
[0028]
根据本公开的实施例，所述第二蒸发层具有多个用于加热甲醇溶液的蒸发块。
[0029]
根据本公开的实施例，所述甲醇溶液发生单元包括：
[0030]
甲醇溶液单元，用于输送甲醇溶液；及
[0031]
恒流泵，连接至所述甲醇溶液单元，用于控制所述甲醇溶液的流量。
[0032]
根据本公开的实施例，所述第一载气源单元包括依次连接的第一载气入口、第一质量流量计及第一单向阀；和/或
[0033]
所述第二载气源单元包括依次连接的第二载气入口、第二质量流量计、第二单向阀。
[0034]
(三)有益效果
[0035]
从上述技术方案可以看出，本公开复合型vocs污染物加载装置至少具有以下有益效果其中之一：
[0036]
(1)相对于单一vocs污染源加载，本公开复合型vocs污染物加载装置将多种vocs液体蒸发块集成于同一发生器中，实现多种vocs在一个发生器中发生；
[0037]
(2)相对于滴加蒸发法，本公开复合型vocs污染物加载装置通过毛细蒸发结构，抑制蒸发波动，并通过精密微量泵控制加载速率；相对于鼓泡法/扩散法，本公开复合型vocs污染物加载装置通过特殊的毛细蒸发结构，补偿了沸点不同引发的蒸发差异，实现了低沸点组分和高沸点组分的同时蒸发，并通过精密微量泵精确控制总量；相对于混合标气法，本公开复合型vocs污染物加载装置可以发出指定浓度范围的复合vocs，且即用即发，无需存
储；
[0038]
(3)相对于通过福尔马林溶液发生甲醛，本公开可以发生较为纯净的甲醛气体；相对于通过多聚甲醛热裂解发生甲醛，本公开可以精确控制加载速率。
附图说明
[0039]
图1为本公开实施例复合型vocs污染物加载装置的结构示意图。
[0040]
图2为本公开实施例第一发生器的结构示意图。
[0041]
图3a-3f为本公开实施例蒸发混合器的布置结构示意图。
[0042]
图4a-4d为本公开实施例蒸发混合器中蒸发块的分布示意图。
[0043]
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
[0044]
100-vocs发生单元；101-vocs液体发生单元；102-第一载气源单元；103-第一发生器；1011-液体vocs单元；1012-液体vocs恒流泵；1021-第一载气入口；1022-第一质量流量计；1023-第一单向阀；1031-蒸发层；1032-混合层；200-甲醛发生单元；201-甲醇溶液发生单元；202-第二载气源单元；203-第二发生器；2011-甲醇溶液单元；2012-甲醇溶液恒流泵；2021-第二载气入口；2022-第二质量流量计；2023-第二单向阀；300-混合输出单元；301-混合器。
具体实施方式
[0045]
本公开提供了一种复合型vocs污染物加载装置，其特征在于，包括：vocs发生单元，用于输出包含vocs的混合气体，包括多路vocs液体发生单元、第一载气源单元及第一发生器，所述第一发生器与所述多路vocs液体发生单元及第一载气源单元连接；甲醛发生单元，用于输出包含甲醛的混合气体，包括甲醇溶液发生单元、第二载气源单元、第二发生器及催化包，所述第二发生器与所述甲醇溶液发生单元、第二载气源单元、第二发生器及催化包连接，其中，所述催化包用于将甲醇气体通过多聚甲醛热裂解发生转化为甲醛气体；以及混合输出单元，用于输出复合型vocs污染物，分别连接vocs发生单元的第一发生器和甲醛发生单元的催化包。
[0046]
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
[0047]
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以由许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
[0048]
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种复合型vocs污染物加载装置。
[0049]
图1为本公开实施例复合型vocs污染物加载装置的结构示意图。如图1所示，本公开一种复合型vocs污染物加载装置包括vocs发生单元100、甲醛发生单元200及混合输出单元300。
[0050]
以下对本实施例复合型vocs污染物加载装置的各个部分进行详细说明。
[0051]
所述vocs发生单元100用于输出vocs-空气混合气体源，vocs发生单元包括多路vocs液体发生单元101、第一载气源单元102及第一发生器103。示例性地，所述多个vocs液体发生单元101包括第一路液体发生单元、第二路液体发生单元...第n路液体发生单元，其
中，每路vocs液体发生单元包括液体vocs单元1011及与其连接的精密液体vocs恒流泵1012。第一载气源单元102包括依次连接的第一载气入口1021、第一质量流量计1022及第一单向阀1023。
[0052]
所述多个vocs液体发生单元101的输出，即精密液体vocs恒流泵1012的出口连接至第一发生器103的第一进口；所述第一载气源单元102的输出，即第一单向阀1023的出口连接至第一发生器103的第二进口，第一发生器103的出口连接至混合输出单元300。
[0053]
在vocs发生单元100中，采用空气作为载气经过第一质量流量计1022计量，同时，多路液体vocs(从第1路到第n路)经过精密液体vocs恒流泵1012计量后，载气与液体vocs同时进入第一发生器103，在控制算法的实时匹配下，稳定输出具有可调浓度的vocs气体源，vocs发生浓度和发生量可以通过精密液体vocs恒流泵1012连续调节。其中，第一发生器103为蒸发混合器。
[0054]
需要说明的是，本实施例中以空气作为载气输入第一载气入口1021，在其他实施例中，所述载气还可以为氮气n2等其他气体。
[0055]
所述甲醛发生单元200用于输出甲醛-空气混合气体源。甲醛发生单元200包括甲醇溶液发生单元201、第二载气源单元202、第二发生器203及催化包204。甲醇溶液发生单元201包括甲醇溶液单元2011及与其连接的精密甲醇溶液恒流泵2012。第二载气源单元202包括依次连接的第二载气入口2021、第二质量流量计2022及第二单向阀2023。其中，第二载气入口2021可以与第一载气入口1021通过同一路载气一分为二得到。即载气源的其中一路进入vocs发生单元100，另一路进入甲醛发生单元200。
[0056]
所述甲醇溶液发生单元200的输出，即精密甲醇溶液恒流泵2012的出口连接至第二发生器203的第一进口；所述第二载气源202单元的输出，即第二单向阀2023的出口连接至第二发生器203的第二进口，第二发生器203的出口输出甲醇-空气混合气体，并连接至催化包204，经催化包204输出甲醛-空气混合气体，输出至混合输出单元300。在甲醛发生单元200中，与vocs发生的工艺流程类似，不同之处在于进样液体为甲醇，并在第二发生器203后加入催化包204。需要说明的是，由于生成甲醛的催化反应需要氧气，因此本实施例中采用空气作为载气输入第二载气入口2021。
[0057]
混合输出单元300包括混合器301，混合器301的第一进口和第二进口分别连接vocs发生单元100和甲醛发生单元200，vocs发生单元100中产生的复合vocs与甲醛发生单元200中产生的甲醛进入混合器300，然后输出复合型vocs污染物。
[0058]
图2为本公开实施例第一发生器的结构示意图。第一发生器103为蒸发混合器(热腔室)。第一发生器103包括2个微纳米尺度的多孔介质层，即蒸发层1031和混合层1032。其中，蒸发层1031与多个vocs液体发生单元101的输出连接，负责将进液体展开，即液体vocs是整体进入蒸发层的，而蒸发层1031内由于具有多孔介质的毛细结构，可以将整体的液体分割为多个小块，分散到蒸发层的各个部分。因此，蒸发层1031的毛细结构有助于液体的快速、稳定蒸发。蒸发层1031包括多个vocs蒸发块1033，用于对多种vocs液体进行加热蒸发。示例性的，所述每个蒸发块1033与一路液体发生单元的输出对应。混合层1032连接载气入口，用于将蒸发的vocs气体和载气预热混合。
[0059]
当vocs液体在蒸发层1031由多孔介质组成的毛细结构中均匀展开后，其蒸发波动能被有效抑制，所以在蒸发过程是连续和稳定的。由于多种vocs液体同时进入，并且特殊的
毛细蒸发结构补偿了沸点不同引发的蒸发差异，实现了多种vocs同时蒸发；载气将多种vocs气体带出，实现了均匀混合。
[0060]
此外，本实施例的vocs发生单元100还可以通过更换vocs液体的种类，调节vocs气体的种类；通过调节各种vocs液体的流量，从而可以线性控制各种vocs在混合气中的加载速度和浓度。
[0061]
第二发生器203的结构与第一发生器103类似，甲醛发生单元200的输出连接至蒸发层，第二载气源单元的输出连接至混合层，通过第二发生器203将甲醇溶液蒸发，发生出甲醇-空气混合气。
[0062]
然后，甲醇蒸汽进入催化包204，使用部分催化氧化法将甲醇蒸汽转化为甲醛，如式(1)所示。使用铁钼催化剂，以甲醇和空气为原料，在290℃反应条件下，通过部分催化氧化反应，将95％以上的甲醇转化为甲醛，约4-5％的甲醇转化成co或co2。其杂质含量远小于福尔马林溶液。该方法在流程环节上与中国计量院的多聚甲醛催化裂解发生甲醛的方法具有同等的不确定度。
[0063][0064]
通过催化包204的加入，实现了甲醛类和非甲醛类的vocs全覆盖。
[0065]
本公开实施例第一发生器与第二发生器均采用蒸发混合器，且不限于图2所示的结构。图3a-3f为本公开实施例蒸发混合器的布置结构示意图。
[0066]
如图3a所示，至少一路vocs液体从y方向进入蒸发混合器，载气于x方向进入蒸发混合器，混合vocs气体由x方向输出蒸发混合器。
[0067]
如图3b所示，至少一路vocs液体从z方向进入蒸发混合器，载气于x方向进入蒸发混合器，混合vocs气体由x方向输出蒸发混合器。
[0068]
如图3c所示，至少一路vocs液体从y方向进入蒸发混合器，载气于-y方向进入蒸发混合器，混合vocs气体由x方向输出蒸发混合器。
[0069]
如图3d所示，至少一路vocs液体从z方向进入蒸发混合器，载气于-z方向进入蒸发混合器，混合vocs气体由x方向输出蒸发混合器。
[0070]
如图3e所示，至少一路vocs液体和载气均沿x方向进入蒸发混合器，且vocs液体和载气于xy平面方向进入蒸发混合器，混合vocs气体由x方向输出蒸发混合器。
[0071]
如图3f所示，至少一路vocs液体和载气均沿x方向进入蒸发混合器，且vocs液体和载气于xz平面方向进入蒸发混合器，混合vocs气体由x方向输出蒸发混合器。
[0072]
图4a-4d为本公开实施例蒸发混合器中蒸发块的分布示意图。
[0073]
如图4a所示，多个蒸发块沿x方向均匀分布于蒸发层的xy面。所述蒸发块呈方形。
[0074]
如图4b所示，多个蒸发块沿y方向均匀分布于蒸发层的xy面。所述蒸发块呈长条状
[0075]
如图4c所示，多个蒸发块以矩阵形式均匀分布于蒸发层的xy面。所述蒸发块呈方形。
[0076]
如图4d所示，多个蒸发块以矩阵形式均匀分布于蒸发层的xz面。所述蒸发块呈长条状。
[0077]
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并
未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
[0078]
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
[0079]
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
[0080]
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中
±
10％的变化、在一些实施例中
±
5％的变化、在一些实施例中
±
1％的变化、在一些实施例中
±
0.5％的变化。
[0081]
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
[0082]
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
[0083]
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
[0084]
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
[0085]
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身
都作为本公开的单独实施例。
[0086]
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。