CN103712830A - 太阳能驱动的主动式空气采样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能驱动的主动式空气采样器。它包括采样箱体、太阳能电池板、直流风机、采样筒、蓄电池和蓄电池充放电管理系统；太阳能电池板设于采样箱体外；直流风机、采样筒、蓄电池和蓄电池充放电管理系统设于采样箱体内；直流风机的进风口与采样筒的开口密封连接，直流风机的出风口通过设于采样箱体上的通孔与外界相连通；蓄电池充放电管理系统分别与太阳能电池板、蓄电池和直流风机电连接，用于将太阳能电池板的发电量储存于蓄电池，以及控制蓄电池向直流风机供电。本发明突破了传统主动式空气采样装置野外采样受外部供电条件的限制；相比于传统主动式空气采样器，该采样器体积较小，野外采样携带更加便利；使用清洁能源，从而避免对环境可能造成的污染。

Description

太阳能驱动的主动式空气采样器

技术领域

本发明涉及一种太阳能驱动的主动式空气采样器。

背景技术

二噁英（Dioxins）是近年来广受关注的一类持久性有机污染物（POPs），它不仅具有极强的化学稳定性，而且具有致癌、致畸、致突变毒性。二噁英为无意排放的环境污染物，主要是由人为活动引起，包括废弃物的露天焚烧、钢铁生产、有色金属冶炼、含氯化学品生产、纸浆漂白等等，此外有少量由森林火灾、火山喷发等一些自然过程产生。这导致环境中二噁英无处不在，与人类健康紧密相关。为开展环境中二噁英的深入研究工作，相关采样技术得到不断发展。环境空气中二噁英的采集可分为主动式和被动式。主动式采集的原理是通过气泵抽动使空气通过滤膜收集颗粒物，并用吸附材料收集气相污染物。采用主动式采样器进行空气采样的优势在于采样体积可准确获得，样品定量结果可靠，可反映短时间内的污染物变化情况。但缺点是成本相对较高，采样过程中需要动力驱动（电源）及操作人员的现场监管，目前不适合野外大规模采样。被动式采集则主要依据于气体分子扩散和渗透原理，污染物分子在吸附材料和大气之间进行重新分配。被动式采集弥补了主动式采集的缺点，但是样品采样体积无法准确获得，也限制了其大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能驱动的主动式空气采样器，本发明利用太阳能电池板提供电能并加以储存，驱动小功率直流风机，实现对环境空气中二噁英的主动式采集。

本发明首先提供了一种风机风速测试装置，它包括一透明的等臂U形管；所述等臂U形管的水平管上设有一进烟孔；

所述等臂U形管的两臂的开口端均连通一T形三通管，且所述T形三通管的垂直管与所述等臂U形管的两臂相连通；

一个所述T形三通管的一端开口连接一质量流量计。

利用本发明风机风速测试装置可测定小功率直流风机的转速与其流量之间的关系，可按照如下步骤进行：一侧管路给定恒定气流，其流量可通过气体体积流量计读出；另一侧为待测风机系统。根据流体力学原理，当水平管路中有气流通过时，纵向管道内空气会有图1中箭头所示方向的运动趋势，而只有两端流速一致的情况下U形管内的空气才会因为两端气压相等而保持静止（可以通过进烟孔处烟雾方向判断），从而调节风机转速直至两端平衡，即可得出风机此时的流量与气体体积流量计的读数相等，进而可得到风机转速与其流量之间的关系。

本发明的风机风速测试装置避免了直接用流量计测试风机流量带来的误差，因为质量流量计自身存在阻力，解决了流量及压力都很低的风机无法直接测试的问题。

本发明还提供了一种太阳能驱动的主动式空气采样器，它包括采样箱体、太阳能电池板、直流风机、采样筒、蓄电池和蓄电池充放电管理系统；

所述太阳能电池板设于所述采样箱体外；

所述直流风机、所述采样筒、所述蓄电池和所述蓄电池充放电管理系统均设于所述采样箱体内；所述采样筒的底部为一过滤网，所述采样箱体的底部设有一通孔，所述过滤网通过所述通孔与外界相连通；所述直流风机的进风口与所述采样筒的开口密封连接，所述直流风机的出风口通过设于所述采样箱体上的通孔与外界相连通；

所述蓄电池充放电管理系统分别与所述太阳能电池板、所述蓄电池和所述直流风机电连接，用于将所述太阳能电池板的发电量储存于所述蓄电池，以及控制所述蓄电池向所述直流风机供电。

所述的主动式空气采样器中，所述主动式空气采样器包括依次排列的3块所述太阳能电池板，且位于两端的所述太阳能电池板可折叠设置，这样在没有阳光的时候，可以将所述太阳能电池板折叠起来放置。

所述的主动式空气采样器中，所述太阳能电池板与竖直方向呈45°角。

所述的主动式空气采样器中，所述直流风机与所述采样筒通过一变径接头进行密封链接。

所述的主动式空气采样器中，所述直流风机的中心轴线与所述采样筒的中心轴线重合。

所述的主动式空气采样器中，所述过滤网为20目～30目不锈钢网，以滤去空气中的大颗粒污染物。

所述的主动式空气采样器中，所述直流风机与一风机转速控制模块电连接，所述风机转速控制模块控制所述风机的转速恒定，这样通过恒定所述直流风机的转速，并结合利用所述风机风速测试装置得到的风机转速与其流量之间的关系，即可得到其流量，根据进样时间即可得到总的进样量。

本发明中，所述风机转速控制模块包括中央处理器和与之电连接的风机供电模块，所述中央处理器与所述风机供电模块均与所述直流风机相连接，所述中央处理器根据所述直流风机反馈的速度信号，向所述直流风机输出控制信号使所述直流风机的转速恒定；而等达到采样量的要求时，所述中央处理器发出报警信号，同时所述风机供电模块停止向所述直流风机供电，所述直流风机停止运转。

本发明具有如下有益效果：

1）突破了传统主动式空气采样装置野外采样受外部供电条件的限制；

2）相比于传统主动式空气采样器，该采样器体积较小，野外采样携带更加便利；

3）弥补了传统被动式采样器采样体积无法准确获得的缺点；

4）使用清洁能源，从而避免对环境可能造成的污染。

附图说明

图1为本发明风机风速测试装置的结构示意图。

图2为本发明太阳能驱动的主动式空气采样器的结构示意图。

图3为本发明风机转速控制模块的示意图。

图4为利用本发明风机风速测试装置测试风机转速与采样流量之间的线性关系图。

图中各标记如下：1等臂U形管、2进烟孔、3，4T形三通管、5气体质量流量计、6采样箱体、7太阳能电池板、8直流风机、9采样筒、10蓄电池、11蓄电池充放电管理系统、12过滤网、13通孔、14变径接头、15出风口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供的风机风速测试装置包括一透明的等臂U形管1，在该等臂U形管1的水平管上设有一进烟孔2。等臂U形管1的两臂的开口端分别连通一T形三通管3和4，且T形三通管3和4的垂直管与等臂U形管1的两臂相连通。T形三通管3的一端开口连接一气体质量流量计5。

利用本发明风机风速测试装置测定小功率直流风机的转速与其流量之间的关系时，按照如下步骤进行：一侧管路给定恒定气流，其流量可通过气体体积流量计读出；另一侧为待测风机系统（与直流风机8相连接）。根据流体力学原理，当水平管路中有气流通过时，纵向管道内空气会有图1中箭头所示方向的运动趋势，而只有两端流速一致的情况下U形管内的空气才会因为两端气压相等而保持静止（可以通过进烟孔处烟雾方向判断），从而调节风机转速直至两端平衡，即可得出风机此时的流量与气体质量流量计的读数相等，进而可得到风机转速与其流量之间的关系。

如图2所示，本发明提供的太阳能驱动的主动式空气采样器包括采样箱体6、太阳能电池板7（30W单晶硅光电池板）、直流风机8（12V DC涡流风机）、采样筒9、蓄电池10（12V、20Ah铅酸蓄电池）和蓄电池充放电管理系统11；太阳能电池板7设于采样箱体6外，且与竖直方向呈45°角设置，共有3块，为依次排列，且位于两端的2块太阳能电池板能够折叠放置。直流风机8、采样筒9、蓄电池10和蓄电池充放电管理系统11均设于采样箱体6内。采样筒9的底部为一过滤网12，该采样箱体6的底部设有一通孔13，该过滤网12为20目不锈钢网，可滤去空气中的大颗粒污染物。该过滤网12通过通孔13与外界相连通。直流风机8的进风口与采样筒的开口通过一变径接头14密封连接，且直流风机8的中心轴线与采样筒9的中心轴线重合；直流风机8的出风口15通过设于采样箱体6上的通孔（图中未示）与外界相连通。

本发明中，蓄电池充放电管理系统11采用RC10-I型太阳能电源单路输出控制器（北京盛日科技有限公司），其分别与太阳能电池板7、蓄电池10和直流风机8电连接，用于将太阳能电池板7的发电量储存于蓄电池10中，以及控制蓄电池10向直流风机8供电。

为了能够使直流风机在负载状态下的转速恒定，将直流风机与风机转速控制模块电连接，如图3所示，本发明的风机转速控制模块包括中央处理器和与之电连接的风机供电模块，所述中央处理器与所述风机供电模块均与所述直流风机相连接，所述中央处理器根据所述直流风机反馈的速度信号，向所述直流风机输出控制信号使所述直流风机的转速恒定；而等达到采样量的要求时，所述中央处理器发出报警信号，同时所述风机供电模块停止向所述直流风机供电，所述直流风机停止运转。

使用本发明主动式空气采样器进行采样时，首选利用风机转速控制模块和风机风速测试装置得到直流风机8的转速与其流量之间的关系，如图4所示。

采样前，将吸附材料PUF装入采样筒9中，再将采样筒9放置于采样箱体6中，并由变径接头14进行无缝隙链接。打开太阳能电池板7，使之面向太阳方向。然后将采样箱体6置于采样点准备采样。

采样时，打开电源开关（只有一个电源开关，外置工作状态指示灯，工作中频闪，停止工作熄灭），设定一定转速以保证采样速率（设定2000RPM，对应100L/min），直流风机8开始抽气，气流由通孔13进入，经采样筒9后由出风口15排出，采样筒9中吸附材料PUF开始采集空气污染物；通过蓄电池充放电控制系统11调整样品采集时间，以保证样品的采样量。

采样后，记录采样时间，并将吸附材料PUF从采样筒9中取出，用铝箔包裹后密封保存带回。将采样器的太阳能电池板7折叠好，断开蓄电池10，回收并带回采样器。

本发明采样流量可达100L/min（带PUF状态下）；本发明可在连续阴雨天不大于72小时的情况下，可24小时连续工作。

Claims (8)

1.一种风机风速测试装置，其特征在于：

所述测试装置包括一透明的等臂U形管；所述等臂U形管的水平管上设有一进烟孔；

所述等臂U形管的两臂的开口端均连通一T形三通管，且所述T形三通管的垂直管与所述U形管的两臂相连通；

一个所述T形三通管的一端开口连接一气体质量流量计。

2.一种太阳能驱动的主动式空气采样器，其特征在于：

所述空气采样器包括采样箱体、太阳能电池板、直流风机、采样筒、蓄电池和蓄电池充放电管理系统；

所述太阳能电池板设于所述采样箱体外；

所述直流风机、所述采样筒、所述蓄电池和所述蓄电池充放电管理系统均设于所述采样箱体内；所述采样筒的底部为一过滤网，所述采样箱体的底部设有一通孔，所述过滤网通过所述通孔与外界相连通；所述直流风机的进风口与所述采样筒的开口密封连接，所述直流风机的出风口通过设于所述采样箱体上的通孔与外界相连通；

所述蓄电池充放电管理系统分别与所述太阳能电池板、所述蓄电池和所述直流风机电连接，用于将所述太阳能电池板的发电量储存于所述蓄电池，以及控制所述蓄电池向所述直流风机供电。

3.根据权利要求2所述的主动式空气采样器，其特征在于：所述主动式空气采样器包括依次排列的3块所述太阳能电池板，且位于两端的所述太阳能电池板可折叠设置。

4.根据权利要求2或3所述的主动式空气采样器，其特征在于：所述太阳能电池板与竖直方向呈45°角。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的主动式空气采样器，其特征在于：所述直流风机与所述采样筒通过一变径接头进行密封链接。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的主动式空气采样器，其特征在于：所述直流风机的中心轴线与所述采样筒的中心轴线重合。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的主动式空气采样器，其特征在于：所述过滤网为20目～30目不锈钢网。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的主动式空气采样器，其特征在于：所述直流风机与一风机转速控制模块电连接，所述风机转速控制模块控制所述风机的转速恒定。

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