一种用于雾霾环境模拟的多功能组合实验箱

摘要

本发明公开了一种用于雾霾环境模拟的多功能组合实验箱，包括组合式实验箱本体，所述组合式实验箱本体由多个结构、尺寸相同的单体拼接而成，所述组合式实验箱本体外部设有雾霾发生系统，所述组合式实验箱本体上设有雾霾接入口，所述雾霾接入口和雾霾发生系统通过设有流量控制阀、轴流式吸气风机和防逆流抽风扇的主路烟道和支路烟道相连；所述组合式实验箱本体内部设有可快速均匀混合雾霾的雾霾混合系统，所述组合式实验箱本体顶部设有新风换气系统和照明系统。本发明能同时独立产生多种雾霾组成成分，提高了雾霾环境模拟的真实性。并采用多套传感器从3个高度层对雾霾环境参数进行采集，确保了雾霾场各项参数的有效性与准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及环境试验的研究领域，特别涉及一种用于雾霾环境模拟的多功能组合实验箱。 

背景技术

目前的烟雾实验箱多用于大气环境研究，尤其是形成过程与反应机理的研究。这类设备具有特殊的应用领域和应用环境，因其研究对象与内容的特殊性，导致使用的材料具有特殊的化学性能与物理性能，这往往导致制造成本较高，不适合进行常规化研究使用。此外，已有部分企业或研究机构针对烟雾探测器的检测、烟雾浓度检测和消防灯具的烟雾穿透性能开展了相关研究，并开发了相应设备。根据其描述可知，通过不同的装置和方法，虽然可使这些设备在处理烟雾浓度均匀性方面具有一定的可靠性，但该类设备具有总体功能单一、检测对象有限、系统集成粗放、自动化程度低等特点，更无废气处理装置。鉴于以上现状，需要开发一款系统集成化程度高的雾霾模拟装置，以便能广泛开展相关科学问题研究。 

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种组合灵活、自动化程度高的多功能组合式雾霾环境模拟实验箱。 

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案： 

一种用于雾霾环境模拟的多功能组合实验箱，包括组合式实验箱本体，所述组合式实验箱本体由多个基本结构、尺寸相同的实验箱单体拼接而成，所述组合式实验箱本体外部设有雾霾发生系统，所述组合式实验箱本体上设有雾霾接入口，所述雾霾接入口和雾霾发生系统通过设有流量控制阀、轴流式吸气风机和防逆流抽风扇的主路烟道和支路烟道相连；所述组合式实验箱本体内部设有可快速均匀混合雾霾的雾霾混合系统，所述组合式实验箱本体顶部设有新风换气系统和照明系统；所述组合式实验箱本体的X轴方向等距离安装有多套传 感器布局装置。 

优选的，所述组合式实验箱本体由实验箱单体通过“H”型柔性密封件衔接，并采用螺栓与连接板紧固为一体；所述组合式实验箱本体内部为中空结构，四周密封。 

优选的，所述组合式实验箱本体内部底板为非透明硬质板材，其余各面为透明有机玻璃板，透明有机玻璃板由定位板和密封压条紧紧嵌套在铝型材腔体中；其中一个单体顶部设有推拉式密封门板，所述推拉式密封门板由2块相互交错堆叠的透明有机玻璃板组成。 

优选的，所述雾霾发生系统包括雾霾发生器、防逆流抽风扇、轴流式吸气风机、流量控制阀及烟道；所述雾霾发生器由2个单体上下堆叠而成，共拥有6个可独立产生水雾、烟雾、酸雾雾霾组成成分的雾霾发生室，且每个雾霾发生室出口处均设有防逆流抽风扇，并分别通过支路烟道与主路烟道连通。 

优选的，所述雾霾混合系统包括位于箱体同侧的多个涡轮式循环扇和位于箱体底部的多个防沉积风扇；所述涡轮循环扇产生的气流以某仰角沿箱体对角流动。 

优选的，新风换气系统包括新风进气扇、废气排放扇以及废气收集装置；所述废气排放扇安装在组合式实验箱本体顶部的透明有机玻璃上，并位于新风进气扇两侧，所述废气排放扇出口通过排烟支管道、排烟主管道与盛有水或活性炭试剂的废气收集装置连通；照明系统包括安装在灯具安装板上的LED灯具，灯具安装板位于透明有机玻璃板下方35-45mm处，通过链接件与组合式实验箱本体连接。 

优选的，所述灯具安装板上设有长孔，所述传感器布局装置安装在灯具安装板的长孔内，传感器布局装置包括外壳、驱动电机、绕带、绕带轮、光电传感器、定位部件以及固定在绕带上的多个环境参数传感器，所述驱动电机驱动绕带轮带动绕带运动，绕带过焊接在外壳上的定位部件，光电传感器设置在绕带的下端；所述多个环境参数传感器包括雾霾浓度传感器、温度传感器以及湿度传感器。 

优选的，沿X方向等距离安装有3套传感器布局装置；所述绕带表面有3个等间距圆孔，通过与光电传感器配对，可使固定在绕带上的传感器沿Z轴方向定位。 

优选的，每个单体的底部设有4个脚轮。 

优选的，所述雾霾发生系统、雾霾混合系统、新风换气系统、照明系统和传感器布局装置均由控制系统经数据线或无线模块实施智能控制，相关参数动态显示在系统界面上。 

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果： 

1、本发明通过对各操作系统集成，使设备自动化、智能化程度更高，减少了因人为操作所带来的实验误差。 

2、本发明能同时独立产生多种雾霾组成成分，提高了雾霾环境模拟的真实性。并采用多套传感器从3个高度层对雾霾环境参数进行采集，确保了雾霾场各项参数的有效性与准确性。 

3、本发明增设了废气收集与处理装置，有效降低了因废气直接排放而产生的各种次生破坏和环境影响。 

4、本发明采用多个带脚轮的实验箱单体组合而成，既便于安装放置又可根据实验内容与实验场所需灵活选择单体数量进行组合。 

附图说明

图1为本发明的多功能组合实验箱总体结构示意图； 

图2为本发明的实验箱单体结构及其内部设备安装示意图； 

图3(a)为本发明的实验箱单体间的组合连接的主示意图； 

图3(b)为本发明的实验箱单体间的组合连接的俯视图； 

图4为本发明的透明有机玻璃安装示意图； 

图5为本发明的雾霾发生器结构示意图； 

图6为本发明的灯具安装板结构示意图； 

图7为本发明传感器布局装置主视图； 

图8为本发明传感器布局装置左视图； 

图9为本发明传感器布局装置俯视图。 

附图标号说明： 

1 组合式实验箱本体 2 新风换气系统 2a 新风进气扇 2b 废气排放扇 3 照明系统 3a LED灯具

3b 灯具安装板 4 传感器布局装置 4a 蝶形螺母 4b 法兰螺母 4c 螺杆 4d 绕带轮 4e 光电传感器 4f 定位部件 4g 电机 4h 外壳 4i 带法兰轴承座 4j 绕带 4k 环境参数传感器 5 流量控制阀 6 轴流式吸气风机 7 雾霾发生系统 7a 雾霾发生室 7b 防逆流抽风扇 7c 支路烟道 8 主路烟道 9 废气收集装置 9a 排烟主管道 9b 排烟支管道 10 防沉积风扇 11 涡轮式循环扇 12 实验箱单体 13 铝型材 14 脚轮 15 非透明硬质板材 16 透明有机玻璃板 17 连接板 18 “H”型柔性密封件 19 定位板 20 密封压条        

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。 

实施例 

如图1～2、图3(a)、图3(b)所示，本实施例一种用于雾霾环境模拟的多功能组合实验箱，包括密封的组合式实验箱本体1，所述组合式实验箱本体1外部设有雾霾发生系统7，内部靠中间位置设有雾霾接入口，两者通过设有流量控制阀5、轴流式吸气风机6和防逆流抽风扇7b的主路烟道8、支路烟道7c烟道相连；所述组合式实验箱本体1内部设有包括24个防沉积风扇10和2个涡轮式循环扇11(其所产生的气流以7～10°仰角沿箱体对角线流动)为主的雾霾混合系统，所述雾霾混合系统可快速均匀混合雾霾；所述组合式实验箱本体1顶部设有新风换气系统2和照明系统3，所述新风换气系统2主要包括安装在透明有机玻璃板上的新风进气扇2a和废气排放扇2b，其中，废气排放扇2b通过排烟支管道9b与排烟主管道9a连通，用于将废气导入盛有处理剂(如水、活性等碳)的废气收集装置9，以降低因废气直接排放而产生的各种次生破坏和环境 影响；所述组合式实验箱本体1的顶部且位于透明有机玻璃板下方约40mm处安装有灯具安装板3b，其上设有多个LED灯具3a，为暗室环境下开展模拟实验提供光源与照明，其组成本实施例的照明系统3；在灯具安装板3b上设有传感器布局装置4，用于检测雾霾环境参数，实时掌握并控制箱体内部环境变化；所述组合式实验箱本体1及其排烟主管道9a由4个基本结构、尺寸相同的实验箱单体12通过“H”型柔性密封件18衔接(所述试验箱单体如图1所示的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，并采用螺栓与连接板17紧固连接而成，组合式实验箱本体1内部为中空结构，四周密封；所述单体的底部设有4个脚轮14。以上所有控制和操作除少数动作外，其余均由程序实施智能化控制。 

如图1、图6～9所示，模拟实验开始前，通过焊接在外壳4h上的螺杆4c、蝶形螺母4a、法兰螺母4b，可将3套传感器布局装置4沿组合式实验箱本体1的X轴方向等距离安装(由长孔可实现距离可调)在灯具安装板3b上。旋转运动的电机4g带动绕带轮4d正、反转，绕带轮4d上缠绕有数圈绕带4j，绕带下端连接有环境参数传感器4k，在重力和电机旋转运动的协同作用下使环境参数传感器4k能在沿Z向3个不同高度位置处采集雾霾环境参数。其中，实现3个高度定位主要依靠光电传感器4e和绕带轮4d上的圆孔与光电传感器的准确匹配，所述绕带轮4d通过带法兰轴承座固定。为此，所述绕带4j需穿过焊接在外壳4h上的定位部件4f。特别的，在正常工况下，3个环境参数传感器4k应同时处于同一水平高度。以上准备工作完成后关闭实验箱右端顶部的密封推拉门板，使组合实验箱本体内部形成密闭空间。 

如图1、图2、图4、图5所示，开启LED灯具3a(根据测试环境需要选择)、独立分布在雾霾发生室7a内的各种雾霾发生器(如水雾、烟雾、酸雾等)、流量控制阀5、轴流式吸气风机6、涡轮式循环扇11和安装在实验箱底部的非透明硬质板材15上的防沉积风扇10。透过由定位板19和密封压条20紧紧嵌套在铝型材13腔体内的透明有机玻璃板16可以观察到组合式实验箱本体1内部有雾霾进入，通过控制传感器布局装置4实施雾霾环境参数采集。其中，由程序将采集到的数据与流量控制阀5、雾霾发生系统7、防沉积风扇10、涡轮式循环扇11匹配，实现相关操作的智能化与自动化，达到环境参数可控。若参数满足要求，可开始相关雾霾模拟实验。 

如图1、图2所示，实验结束后，启动新风换气系统2；其中，被新风进气扇2a吸入的新鲜空气进入组合式实验箱本体1后，形成自上而下的急剧运动气 流场。同时位于新风进气扇2a两侧的废气排放扇2b将废气从组合式实验箱本体1内部抽出，并沿排烟支管道9b和排烟主管道9a进入盛有水或活性炭等试剂的废气收集装置9。换气结束后，取出环境参数传感器4k擦拭干净，并关闭所有设备与组合实验箱本体1顶部的密封推拉门板，如遇特殊实验，需对箱体内部进行清洁。 

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。