CN102890021A - 核生化气溶胶联合监测报警系统的进样装置 - Google Patents

Abstract

一种核生化气溶胶联合监测报警系统的进样装置，包括顺次相连的过滤装置、消声装置、缓冲腔以及粒子分离器，分流管路设于所述缓冲腔中部，所述缓冲腔上端通过进样口连接所述消声装置，下端通过出气口连接所述粒子分离器，所述进样口和出气口在同一直线上；所述粒子分离器包括一个外筒，所述外筒上设有进样口与所述缓冲腔的出气口相连，所述外筒内设有一级分离组件，以及位于所述一级分离组件下方的二级分离组件，小粒子收集口位于二级分离组件中间，大粒子收集口位于二级分离组件下层。本发明一方面提高了样品中目标物质浓度，使得仪器的灵敏度得到较大的提高；另一方面降低了样品中非目标物质的浓度，降低了非目标物质对探测器的干扰。

Description

核生化气溶胶联合监测报警系统的进样装置

技术领域

本发明涉及一种进样装置，特别是关于核生化一体化气溶胶监测系统的进样装置。

背景技术

随着社会的进步和科技的不断发展，人类在取得科技成果的同时，社会环境也遭到了破坏，各种新的病毒不断出现，对人类的生活造成恶劣的影响；同时，随着国家之间的竞争加剧，恐怖势力也愈加活跃，有时会通过施放具有放射性的，或者病毒粒子和有毒有害气体来危害人们的正常生活。因此，监测空气中的气溶胶粒子的情况显得极其重要。

但是现有的一些监测设备功能单一，只能单独对空气中的放射性物质、或者病原微生物粒子、或者有毒有害化学气体进行监测，若要实现三种功能同时监测，则需要很多的人力物力去执行。因此一种能够同时监测这些有害物质的设备就显得尤为重要。本发明就是针对这种联合系统所设计的一个同源进样装置。

发明内容

本发明提供了一种用于核生化一体化气溶胶监测系统的进样装置，它能将环境气溶胶样品进行过滤、分离浓缩出不同目标物质的气溶胶样流分别进行监测，同时通过消音装置降低了大流量气体流动所产生的噪音。

本发明的一种核生化气溶胶联合监测报警系统的进样装置，其中，包括顺次相连的过滤装置、消声装置、缓冲腔以及粒子分离器，分流管路设于所述缓冲腔中部，所述缓冲腔上端通过进样口连接所述消声装置，下端通过出气口连接所述粒子分离器，所述进样口和出气口在同一直线上；所述粒子分离器包括一个外筒，所述外筒上设有进样口与所述缓冲腔的出气口相连，所述外筒内设有一级分离组件，以及位于所述一级分离组件下方的二级分离组件，小粒子收集口位于二级分离组件中间，大粒子收集口位于二级分离组件下层。

其中，所述过滤装置采用二级过滤，第一级采用大孔径过滤网，第二级采用较小孔径过滤网。

其中，所述消声装置采用气动阀。

其中，所述一级分离组件包括在圆周上均匀分布的多个一级喷嘴，所述一级喷嘴具有上口和下口，上口内径大于下口内径，收集盘被所述多个一级喷嘴的上口环绕在中间；所述二级分离组件包括在圆周上均匀分布的多个二级喷嘴，小粒子收集口被所述多个二级喷嘴环绕在中间，所述二级喷嘴的位置与一级喷嘴的位置上下对应同轴设置。

其中，由公式

其中D₅₀是切割点粒子直径，μ是空气黏度，n是喷嘴数，St₅₀是临界点斯托克斯数，C是滑移修订系数，ρ是粒子密度，Q是气体流量，Q、μ、C、ρ、St₅₀各参数为经验数已知；代入D₅₀＝12μm，n＝1，求得进样口内径W；代入D₅₀＝2μm，n＝12，求得一级喷嘴下口内径W₂。

其中，W/W₁的值为0.71-0.77，W₁为所述收集盘直径。

其中，S/W₁的值为1.2-1.8，S为所述进样口与收集盘之间的距离。

其中，W₂/W₃的值为0.71-0.77，W₃为二级喷嘴内径。

其中，所述过滤装置的同源进样口距地面1.5m。

本发明至少具有以下优点：

(1)本发明采用同源进样装置，将环境气溶胶样品依次分离，一方面提高了样品中目标物质浓度，使得仪器的灵敏度得到较大的提高；另一方面降低了样品中非目标物质的浓度，降低了非目标物质对探测器的干扰；此外，将三个进样装置优化为一个进样装置降低了能耗，成本，并使得结构设计小型化，便于移动。

(2)本发明采用消音装置使得仪器噪声降低。

附图说明

图1是进样装置结构示意图；

图2是粒子分离器结构示意图；

图3是同源进样口位置示意图；

图4是过滤装置结构示意图；

图5a和5b是消音装置结构示意图。

附图标记说明

缓冲腔-1；粒子分离器-2；进样口-21；外筒-22；一级分离组件-23；二级分离组件-24；小粒子收集口-5；大粒子收集口-6；过滤装置-3；消声装置-4；分流管路-7。

具体实施方式

为了使本发明的形状、构造以及特点能够更好地被理解，以下将列举较佳实施例并结合附图进行详细说明。

本发明的同源进样装置包括顺次相连的一个过滤装置3、一个消声装置4、一个缓冲腔1以及一个粒子分离器2，分流管路7设于缓冲腔1，小粒子收集口5和大粒子收集口6设于粒子分离器2。进样装置用于实现对核、生、化目标物质进行分离进样。

参见图1，按本发明的用于核生化一体化气溶胶监测系统的进样装置采用过滤装置3实现对灰尘、悬浮物和大粒子的去除；采用自行设计的消声器4实现降噪；采用虚拟撞击和常规撞击结合的技术实现对粒子的分离。

参见图1和图3，过滤装置3在整个进样装置的前级，且位于仪器中部，过滤装置3的同源进样口距地面1.5m，位于人的呼吸带附近。

参见图4所述过滤装置采用二级过滤，第一级为粗过滤，采用大孔径过滤网过滤进样气体中的悬浮物和大粒子；第二级采用较小孔径过滤网过滤进样气体中的较小粒子和灰尘等，以降低检测区长时间使用被污染情况，同时保护流量控制器件，提供工作寿命。

参见图1、图5a和图5b，消声装置4位于过滤装置3和缓冲腔1的中间，采用气动阀，当有样品气流流过时气流将气动阀顶开，此时通过风阻降低气流流动所产生的噪声。

参见图1、2，按本发明的核生化一体化气溶胶监测仪系统的进样装置包括三条支路，即分别用于核、生、化监测的气溶胶进样。

缓冲腔1位于粒子分离器2的上端，为圆形腔室，腔室中部具有分流管路7，腔室上端进样口连接消声装置4，下端有一个出气口连接粒子分离器2，进样口和出气口在同一直线上。

样品气流直接从环境空气中采集，其中包含有各种粒径的粒子，不同粒径的粒子具有的惯性质量不同，分流管路7有向外的气压，因此从进样口进入缓冲腔1内的样品气流，受到分流管路7方向的分力。样品气流中的小粒子由于惯性质量较小容易改变路径，因而从腔室中部的分流管路7流出进入核监测区的样流中小粒子浓度得到提高，大粒子浓度得到稀释。从分流管路7分流出的样流中用于核监测的目标物质浓度得到了提高。

其余用于生物、化学监测的气溶胶样流从腔室下端的出气口进入粒子分离器2进行进一步的分离。一般进样气体中核气溶胶样流与生化气溶胶样流流量较大，缓冲腔1的使用降低了这两支气流的相互影响，同时从核气溶胶样流中去除了无用的大粒子。

参见图2粒子分离器2采用常规撞击与虚拟撞击技术相结合的方式，通过多级粒径切割实现不同目标物质的分离。包括一个外筒22，外筒22上设有进样口21与缓冲腔1的出气口相连。外筒22内设有一级分离组件23，以及位于一级分离组件23下方的二级分离组件24，小粒子收集口5位于二级分离组件中间与二级分离组件24相连，大粒子收集口6位于二级分离组件24下层。

一级分离组件23包括一级喷嘴，一级喷嘴具有上口和下口，上口内径大于下口内径，为漏斗形。收集盘为圆形平板被多个一级喷嘴的上口环绕在中间，一级喷嘴在圆周上均匀分布；二级分离组件24包括多个二级喷嘴，二级喷嘴的上下内径一致。小粒子收集口5被二级喷嘴环绕在中间，二级喷嘴在圆周上均匀分布。

进样口21与一级分离组件23上端以及由多个一级喷嘴围绕的收集盘形成常规撞击式分离，由多个一级喷嘴围成的收集盘相当于撞击板，气溶胶进入分离器后由于惯性作用，12μm以上的大粒子撞击到收集盘上被去除，≤12μm的粒子进入下一级。

一级分离组件23下端、二级分离组件24与小粒子收集口5形成虚拟撞击分离。二级喷嘴的位置与一级喷嘴的位置上下对应，同轴设置。从一级分离组件23出来的气流，由于惯性作用，≤2μm的粒子被位于二级喷嘴中间的小粒子收集口5收集进入化学监测区，2μm-12μm的粒径由多个二级喷嘴进入下层被大粒子收集口6收集进入生物监测区。

上述实施例中，各级喷嘴和收集口等参数设计直接影响粒径切割点和采集效率，本发明根据已知计算方法对各部件参数进行选择设计：

对颗粒在绕流运动中的被捕机制的定性描述，一个重要参数是斯托克斯数St：

$\mathrm{St}=\frac{{\mathrm{\ρD}}_P^2\mathrm{CV}}{9\mathrm{\μW}}$

其中μ是空气黏度，W是喷嘴内径，C是滑移修订系数，ρ是粒子密度，V是喷嘴内的平均气体流速，Dp是粒子的斯托克斯(Stokes)直径，喷嘴内平均气体流速V与通过喷嘴内气体流量Q有如下关系：

Q＝Vπr₁ ²，其中r₁＝W/2

采集效率曲线上50％的点所对应的粒径记为切割点，用D₅₀来表示，切割直径D₅₀对应的Stokes数，称为临界Stokes数记为St₅₀。

结合上述表达式得到公式：

$D_{50}^2=\frac{9\mathrm{\μ\πn}{W}^3\left({\mathrm{St}}_{50}\right)}{4\mathrm{C\ρQ}}$

其中D₅₀是切割点粒子直径，μ是空气黏度，n是喷嘴数由设计确定，St₅₀是临界点斯托克斯数，C是滑移修订系数，ρ是粒子密度，Q是气体流量。W是进气口内径，在本实施例中可以代入求得进样口或一级喷嘴下口内径。

根据粒径切割点可以得到D₅₀为2μm或12μm，n由设计确定，Q、μ、C、ρ、St₅₀各参数为经验数已知。将D₅₀＝12μm，n＝1代入，可以计算出进样口21内径W(μm)。其他参量根据经验量获得：W₁为收集盘直径即多个一级喷嘴所围绕的圆形平板的直径，在本实施例中设计为12个一级二级喷嘴。由经验上W/W₁的值为0.71-0.77，可以得到收集盘直径W₁(μm)。

由于12个一级喷嘴上口均匀分布在收集盘周围的圆周上，且要求一级喷嘴上口的直径尽可能大，由此可确定一级喷嘴上口的位置和上口的直径。进样口21与收集盘之间的距离S由S/W₁确定，经验上S/W₁的值为1.2-1.8。

一级喷嘴下口的内径W₂(μm)由

公式获得，其中n＝12，D₅₀＝2μm，其余同上。二级喷嘴上下口内径一致记为W₃(μm)，由经验知W₂/W₃的值为0.71-0.77。由此可以得出二级喷嘴的内径。

W/W₁、S/W₁以及W₂/W₃的取值范围的选择是为了获得较高的采集效率。当取值偏大或偏小时，采集效率均会降低。

本发明至少具有以下优点：

(1)本发明采用同源进样装置，将环境气溶胶样品依次分离，一方面提高了样品中目标物质浓度，使得仪器的灵敏度得到较大的提高；另一方面降低了样品中非目标物质的浓度，降低了非目标物质对探测器的干扰；此外，将三个进样装置优化为一个进样装置降低了能耗，成本，并使得结构设计小型化，便于移动。

(2)本发明采用消音装置使得仪器噪声降低。

以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种核生化气溶胶联合监测报警系统的进样装置，其特征在于，包括顺次相连的过滤装置、消声装置、缓冲腔以及粒子分离器，分流管路设于所述缓冲腔中部，所述缓冲腔上端通过进样口连接所述消声装置，下端通过出气口连接所述粒子分离器，所述进样口和出气口在同一直线上；所述粒子分离器包括一个外筒，所述外筒上设有进样口与所述缓冲腔的出气口相连，所述外筒内设有一级分离组件，以及位于所述一级分离组件下方的二级分离组件，小粒子收集口位于二级分离组件中间，大粒子收集口位于二级分离组件下层。

2.如权利要求1所述的核生化气溶胶联合监测报警系统的进样装置，其特征在于，所述过滤装置采用二级过滤，第一级采用大孔径过滤网，第二级采用较小孔径过滤网。

3.如权利要求1所述的核生化气溶胶联合监测报警系统的进样装置，其特征在于，所述消声装置采用气动阀。

4.如权利要求1所述的核生化气溶胶联合监测报警系统的进样装置，其特征在于，所述一级分离组件包括在圆周上均匀分布的多个一级喷嘴，所述一级喷嘴具有上口和下口，上口内径大于下口内径，收集盘被所述多个一级喷嘴的上口环绕在中间；所述二级分离组件包括在圆周上均匀分布的多个二级喷嘴，小粒子收集口被所述多个二级喷嘴环绕在中间，所述二级喷嘴的位置与一级喷嘴的位置上下对应同轴设置。

5.如权利要求4所述的核生化气溶胶联合监测报警系统的进样装置，其特征在于，由公式

其中D₅₀是切割点粒子直径，μ是空气黏度，n是喷嘴数，St₅₀是临界点斯托克斯数，C是滑移修订系数，ρ是粒子密度，Q是气体流量，Q、μ、C、ρ、St₅₀各参数为经验数已知；代入D₅₀＝12μm，n＝1，求得进样口内径W；代入D₅₀＝2μm，n＝12，求得一级喷嘴下口内径W₂。

6.如权利要求5所述的核生化气溶胶联合监测报警系统的进样装置，其特征在于，W/W₁的值取0.71-0.77，W₁为所述收集盘直径。

7.如权利要求6所述的核生化气溶胶联合监测报警系统的进样装置，其特征在于，S/W₁的值取1.2-1.8，S为所述进样口与收集盘之间的距离。

8.如权利要求5所述的核生化气溶胶联合监测报警系统的进样装置，其特征在于，W₂/W₃的值取0.71-0.77，W₃为二级喷嘴内径。

9.如权利要求1所述的核生化气溶胶联合监测报警系统的进样装置，其特征在于，所述过滤装置的同源进样口距地面1.5m。

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