CZ27566U1 - Aparatura pro vzorkování složek neředěných spalin - Google Patents

Description

Aparatura pro vzorkování složek neředěných spalin

Oblast techniky

Technické řešení se týká aparatury pro odběr vzorků pro detailní analýzy za účelem stanovení organických složek škodlivin ve výfukových plynech spalovacích motorů.

Dosavadní stav techniky

Složení spalin z automobilových motorů v rámci vývoje, zkoušení a kontroly motorových vozidel je většinou stanovováno na základě fyzikálněchemických metod prostřednictvím analyzátorů, které slouží k měření koncentrace určitých látek nebo jejich skupin. V případě zážehových motorů jsou takto běžně stanovovány oxid uhelnatý (CO), uhlovodíky (HC, resp. H_xC_y) a oxidy dusíku (NO_X). U vznětových motorů je dále sledován obsah (uhlíkatých) částic. Zatímco v případě oxidu uhelnatého se jedná o chemické individuum a oxidy dusíku tvoří skupinu dvou sloučenin, uhlovodíky zahrnují desítky či stovky jednotlivých látek, které ve výsledku měření nejsou rozlišeny. Pevné částice stanovované u vznětových motorů pak mohou kromě chemicky obtížně definovaného uhlíkatého skeletu obsahovat popeloviny či adsorbované uhlovodíky a další látky.

Měření koncentrací látek jako jsou uhlovodíky, oxid uhelnatý a oxidy dusíku se provádí buď okamžitě ve spalinách přímo odebraných z výfukového potrubí při ustáleném stavu (režim chodu motoru, složení spalin), což je případ měření emisí při technických kontrolách motorových vozidel, nebo je možné stanovovat průměrné koncentrace sledovaných látek v rámci tzv. jízdního cyklu, což je zpravidla emisním předpisem definovaný průběh rychlosti vozidla a z něj vyplýva20 jícího okamžitého výkonu motoru a dalších parametrů. Příkladem je jízdní cyklus definovaný emisním předpisem EHK 83. Ten zároveň stanoví i způsob vzorkování spalin zařízením označovaným jako CVS (Constant Volume Sampling), jehož účelem je postupný odběr naředěných spalin při každé ze dvou fází jízdního cyklu do speciálního vaku. Ředění spalin vzduchem snižuje rosný bod směsi a umožňuje její ukládání ve vacích za normální teploty před následným měřením koncentrací sledovaných látek analyzátory.

Pro potřeby standardizovaného měření, u kterého jsou metodiky a postupy zpracování a uvádění výsledků upraveny emisními předpisy a normami, je uvedený způsob výhodný z důvodu rychlého stanovení, jehož účelem je porovnání výsledků, získaných za reprodukovatelných podmínek, s limitními hodnotami. Pokud je však třeba sledovat jinou skupinu látek, než jsou ty, které jsou limitované emisními předpisy, a pro jejichž stanovení jsou dostupné komerční analyzátory, nebo provádět detailní analýzu s cílem určení jednotlivých sloučenin zejména při jejich extrémně malých koncentracích, má popsaný způsob některé nedostatky. Při vzorkování za účelem stanovení stopových látek je třeba zpracovat velké množství vzorku, což však při použití vzorkovacích vaků, navíc při několikanásobném ředění, není možné. Při použití vzorkovacích vaků dále do35 chází k separaci pevných částic, které rovněž mohou obsahovat některý ze stanovovaných analytů.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky odstraňuje odběrová aparatura pro vzorkování neředěných, nefiltrovaných, tzv. mokrých spalin z výfukového potrubí spalovacích motorů nebo automobilů vybave40 ných spalovacími motory, případně jiných zdrojů spalin. Aparatura sestává z vyhřívaného sběrného potrubí pro vedení odebíraných spalin, napojeného na zdroj spalin a vybaveného odvětvením části spalin, která dále prochází systémem chladičů a cyklonových separátorů, které umožňují postupné zchlazení spalin a oddělení kondenzátu. Po zchlazení zpracovávaná část spalin prochází mikroporézním filtrem pro oddělení pevných částic. Jak kondenzát, tak materiál zachy45 cený na filtru tvoří vzorek pro stanovení málo těkavých složek spalin. Ze sběrného potrubí se dále odvětvují potrubí pro odběr vzorků horkých neředěných spalin pro další typy stanovení.

Tyto vzorky mohou být odebrány sorpcí sledovaných látek na vhodný materiál v sorpčních tru-1 CZ 27566 Ul bičkách, odběrem do vaků vyrobených z vhodného materiálu nebo kombinací obou postupů. Zbytek spalin odchází mimo odběrovou aparaturu. Kondenzaci vody ve sběrném potrubí se zabraňuje udržováním spalin nad rosným bodem elektrickým ohřevem potrubí, což zabraňuje ztrátám analyzovaných podílů. Průtoky v jednotlivých větvích jsou zajištěny čerpadly, regulovány vhodným typem ventilů a měřeny průtokoměry.

Přehled obrázku na výkrese

Obr. 1 - Schéma aparatury pro vzorkování složek neředěných spalin

Příklad provedení technického řešení

Aparatura pro vzorkování složek neředěných spalin na obr. 1 sestává z elektricky vyhřívaného sběrného potrubí 1, připojeného koncovkou 2 na zdroj spalin, opatřeného průtokoměrem 3 a senzory pro měření teploty 4 a tlaku 5. Ze sběrného potrubí se odvětvují podíly spalin pro sběr vzorků pro stanovení skupin organických látek sorpcí na trubičky plněné vhodnými sorbenty 6,

7. Průtok vzorku spalin trubičkami je zajištěn čerpadly 8, 9 a regulován ventily 10, li, průtok vzorků je měřen průtokoměry 12, 13 Za sorpční trubičky lze zařadit vzorkovací vak 14 z vhodného materiálu pro případ, že se dotyčná skupina látek nesorbuje kvantitativně. Ze sběrného potrubí se dále odvětvuje podíl spalin, který prochází postupným chlazením a kondenzací pomocí chladičů 15, 16. Průtok do chladící větve je měřen turbínovým průtokoměrem 17. Kondenzát vznikající při ochlazování se odvádí prostřednictvím cyklónových odlučovačů 18, 19 a shromažďuje v jímacích nádobkách 20, 2J_. Po zchlazení na teploty -10 °C až -20 °C a oddělení kondenzátu spaliny procházejí mikroporézním filtrem 22 ze skleněných vláken o vhodné ploše, na kterém se zachytí pevné částice. Průtok je zajištěn dmychadlem 23, které kompenzuje tlakovou ztrátu na chladičích a filtru.

Aparatura pro vzorkování složek spalin umožňuje paralelní získání vzorků pro stanovení několika skupin látek. Kondenzát z ochlazených spalin z jímadel 20, 21 a materiál zachycený na filtru 22 slouží ke stanovení stopových množství netěkavých látek, mezi kterými lze dále stanovit polycyklické aromatické uhlovodíky. Sorpcí na grafitizované molekulové síto v sorpční trubičce 7 vzniká vzorek pro stanovení těkavých uhlovodíků, ve vaku 14 se shromažďuje vzorek pro stanovení plynných uhlovodíků. Aldehydy se zachycují chemisorpcí analytu na sorpční trubičku 6 plněnou inertním materiálem impregnovaným roztokem dinitrofenylhydrazinu. Přebytek spalin, které nebyly odebrány ani do jedné z odběrových větví, odchází do odtahu 24. Každá z odběrových větví může být uzavřena ventily 10, 11, 25. Jak sběrné potrubí, tak jednotlivé odběrové větve jsou opatřeny průtokoměry, takže z analýz odebraných vzorků (množství analyzovaných látek) je možné vypočítat jednak koncentrace sledovaných látek ve spalinách, jednak jejich množství produkované zdrojem spalin. Při výpočtu emisí analyzovaných látek se uplatňují korekce měřených průtoků na podmínky (teplota, tlak) zjištěné při odběru vzorků.

Průmyslová využitelnost

Aparatura pro vzorkování složek neředěných spalin může být využita při hodnocení provozu motorů a vozidel, případně porovnání motorových paliv z hlediska produkce legislativně nelimitovaných složek emisí.

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Aparatura pro vzorkování složek neředěných spalin, vyznačující se tím, že sestává z vyhřívaného vstupního potrubí (1) připojeného na zdroj spalin, jako například výfukové potrubí automobilu, vybaveného průtokoměrem (3) a senzory pro měření teploty (4) a tlaku

   -2CZ 27566 Ul (5), ze kterého jsou odvětvena potrubí pro odběr vzorků pro stanovení jednotlivých typů organických látek.
2. 2. Aparatura pro vzorkování složek neředěných spalin podle nároku 1, vyznačující se tím, že jednotlivé větve pro odběry vzorků spalin jsou osazeny průtokoměry (12, 13, 17)

   5 umožňujícími stanovit poměr odebíraného vzorku vůči celkovému množství spalin.
3. 3. Aparatura pro vzorkování složek neředěných spalin podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že pro stanovení organických látek, přítomných ve stopovém množství, se podíl spalin odebíraných vjedné větvi ochlazuje na teploty 0 °C až -20 °C sérií chladičů (15, 16), stanovované látky se pak koncentrují v kondenzátu, který se odlučuje z ochlazených spalin ío v cyklónových odlučovačích (18, 19), a v látkách zachycených na filtru (22) zařazeném za chladiče.
4. 4. Aparatura pro vzorkování složek neředěných spalin podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že v dalších větvích připojených na sběrné potrubí umožňující vzorkovat spaliny pro stanovení látek sorpcí na vhodný materiál nebo odběrem do vaků z vhodného materiálu.