CN104483244A - 一种可自动再生的气溶胶扩散干燥装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自动再生的气溶胶扩散干燥装置，包括气溶胶进样通道、气溶胶扩散干燥装置、气路温湿度测量装置、干燥吹扫气体发生装置、气路自动切换控制装置。本发明通过自动切换两路干燥装置，使一路在干燥气溶胶气流的同时，利用干燥吹扫气体使另一路干燥装置中的干燥剂再生，并根据设定的气溶胶气流相对湿度阈值自动切换两路干燥装置，达到连续自动运行，无需手动更换干燥剂，无需中断测量。

Description

一种可自动再生的气溶胶扩散干燥装置

技术领域

本发明涉及一种可自动再生的气溶胶扩散干燥装置，属于大气气溶胶监测技术领域。

背景技术

大气气溶胶颗粒物的粒径及其光学特性与其所悬浮的气体相对湿度有关，然而在对气溶胶采样运输过程中会经历环境温湿度到测量仪器内温湿度的变化，这种变化无法预测，导致不同环境下测量的气溶胶粒径和光学特性不具有可比性。由于气溶胶颗粒物在相对湿度高于50％时有明显吸湿增长行为，所以通常的做法是将气溶胶气流湿度控制在40％以下，减小吸湿增长作用的影响，使得不同环境下测量的气溶胶粒径和光学性质具有可比性。

目前常用的气溶胶干燥方法主要有两种：(1)薄膜干燥。利用半透薄膜对水的透过性来分离气溶胶气流中的水蒸气，商业化的干燥器如Nafion干燥管，水分子通过Nafion膜壁渗透，然后蒸发至干燥的吹扫气体中。气溶胶气流和干燥吹扫气中的水分子浓度差驱使气溶胶气流中的水分子渗透到吹扫气中，所以要求吹扫气体的湿度必须足够低，通常要求为露点低于-20℃的仪表风。另外，Nafion膜直径很小，仅适合于干燥小流量的气溶胶气流。对于大流量的气溶胶气流，集成多根Nafion膜的干燥管可以降低气流湿度，但易造成小粒子的损失。此外，Nafion膜成本较高，使用寿命有限且不可再生。(2)扩散干燥。气溶胶气流通过由硅胶等干燥剂包裹的不锈钢纱管时，气流中的水蒸气扩散并被干燥剂吸附，从而降低气流湿度。即使在流量很大的情况下，也不会造成大量的颗粒物损失。然而，干燥剂需要经常更换导致频繁中断测量。且流量越大，更换干燥剂的频率越高。针对上述两种干燥方法的不足，设计了一种适用于大流量气溶胶干燥、无需人工更换干燥剂的可自动再生的气溶胶扩散干燥装置。

发明内容

本发明的目的是：克服现有气溶胶干燥技术的不足，提出一种可自动再生的气溶胶扩散干燥装置，可以有效干燥大流量气溶胶气流且无需人工更换干燥剂，无需中断测量。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种可自动再生的气溶胶扩散干燥装置，其特征在于包括：气溶胶进样通道、气溶胶扩散干燥装置、气路温湿度测量装置、干燥吹扫气体发生装置、气路自动切换控制装置；所述的气溶胶进样通道包括一个内壁光洁的一分二气溶胶分流器，以最小的颗粒物损失代价将气溶胶主气流分到两个单独的扩散干燥管支路中；所述气溶胶扩散干燥装置包括不锈钢纱管、不锈钢干燥管和硅胶干燥剂填充物，气溶胶扩散干燥装置包括四根不锈钢纱网管，均匀对称分布在不锈钢干燥管内，干燥管与纱网管之间用硅胶干燥剂填充。利用一分四的气流分流器将气溶胶气流均匀分到四个支路中，四路支流分别进入与支路相连的不锈钢管纱网管，气溶胶气流中的水蒸气通过纱网管的孔隙扩散并被硅胶干燥剂吸附，从而降低了气流相对湿度。在干燥管出口处，四路支流通过倒置的分流器汇聚并流出干燥管；所述的气路温湿度测量装置可同时测量干燥后的气溶胶气流和扩散干燥管下游的吹扫气流温湿度；所述的干燥吹扫气体发生装置包括空气压缩机、冷却器、前级过滤器、干燥器、后级过滤器、减压阀、压力表和流量控制器；所述的气路自动切换控制装置包括微控制器、气动元件和开关元件。气溶胶经过进样通道进入扩散干燥管1，此路气流的球阀1为打开状态，电磁阀1、2为关闭状态，气溶胶气流通过扩散干燥管后相对湿度降低到40％以下，经气溶胶出口流入分析仪器。同时球阀2为关闭状态，电磁阀3、4为打开状态，干燥吹扫气体经过电磁阀3进入扩散干燥管2，对其中已吸附大量水蒸气的硅胶干燥剂进行吹扫再生，并通过电磁阀4流出。温湿度传感器1和2分别实时测量气溶胶气流和吹扫气流的相对湿度。微控制器实时读取温湿度传感器的数据，如果气溶胶气流的相对湿度低于设定的相对湿度阈值，通常为40％，则不采取任何动作，反之高于设定的湿度阈值时，首先关闭电磁阀1和3，阻止吹扫气进入，再关闭电磁阀2和4，防止吹扫气流倒流。打开所有球阀，气溶胶气流被缓慢地分流到另一路干燥管中。判断切换前使用的是哪一路干燥管，如当前使用的是干燥管1，需要切换到干燥管2中，则首先关闭控制干燥管1的气路的球阀，使气溶胶气流缓缓切换到干燥管2中，之后打开控制干燥管1吹扫气流的电磁阀，先打开电磁阀2，后打开电磁阀1，防止压力过高。

进一步的，所述的气溶胶分流器、不锈钢纱管和不锈钢干燥管材质为不锈钢，减少颗粒物静电损失。分流器内壁采用电化学抛光，粗糙度Ra值保证在1um以下，减少颗粒物沉积损失。

进一步的，所述的气溶胶扩散干燥装置包括四根内径不小于10mm的不锈钢纱网管，均匀对称分布在不锈钢干燥管内。不锈钢干燥管管径不小于60mm，管长不小于500mm。干燥管与纱网管之间用硅胶干燥剂填充，纱网孔隙小于1mm，确保硅胶干燥剂不会进入纱网管堵塞气路。

进一步的，所述的空气压缩机为无油式空压机，避免造成气路的污染，提高过滤器的使用寿命。

进一步的，所述的两级过滤器过滤精度达到99.99％，使过滤干燥后的压缩空气露点低于-20℃。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明能对大流量气溶胶气流进行干燥。

(2)本发明采用微控制器控制两路扩散干燥管自动切换，一路用于干燥气溶胶气流，一路进行吹扫再生。

(3)本发明无需手动更换干燥剂，无需中断测量。

附图说明

图1为本发明结构组成框图；

图2为本发明气溶胶扩散干燥装置结构图；

图3为本发明干燥吹扫气发生装置组成框图；

图4为本发明气路自动切换控制软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

如图1所示，一种可自动再生的气溶胶扩散干燥装置，包括气溶胶进样通道、气溶胶扩散干燥装置、气路温湿度测量装置、干燥吹扫气体发生装置、气路自动切换控制装置。图1中实线表示气溶胶气路，虚线表示吹扫气路，点线表示电路。正常工作状态下，控制进样通道的球阀一只处于打开状态，另一只处于关闭状态，气溶胶气流通过开启的球阀进入一路扩散干燥管，此时该路控制吹扫气流的电磁阀均处于关闭状态，另一路扩散干燥管的电磁阀处于打开状态，吹扫气流流经该路扩散干燥管，对其中的干燥剂进行吹扫再生。温湿度传感器实时测量气溶胶气流和吹扫气流的相对湿度，微控制器读取温湿度传感器的数据，一旦气溶胶气流的湿度大于设定阈值(一般为40％)，微控制器利用开关元件关闭所有的电磁阀，利用气动元件将气溶胶气流缓缓切换到另一路扩散干燥管，同时将吹扫气流切换到已失效的扩散干燥管中。

如图2所示，气溶胶扩散干燥装置包括四根内径不小于10mm的不锈钢纱网管4，均匀对称分布在不锈钢干燥管3内，不锈钢干燥管管径不小于60mm，管长不小于500mm。干燥管与纱网管之间用硅胶干燥剂填充，纱网孔隙小于1mm，确保硅胶干燥剂不会进入纱网管4堵塞气路。利用一分四的气流分流器1将气溶胶气流均匀分到四个支路2中，四路支流分别进入与支路相连的不锈钢管纱网管4，气溶胶气流中的水蒸气通过纱网管的孔隙扩散并被硅胶干燥剂吸附，从而降低了气流相对湿度。在干燥管出口处，四路支流通过倒置的分流器汇聚并流出干燥管。

如图3所示，干燥吹扫气体发生装置包括空气压缩机、冷却器、前级过滤器、干燥器、后级过滤器、减压阀、压力表和流量控制器。空气压缩机产生的压缩空气温度很高，且含有大量的水(水蒸气、凝结水)和颗粒物，含油空压机可能还会输出油滴或油雾。首先需要对压缩空气进行冷却，冷却器可以将压缩空气温度控制在40℃以下。前级过滤器主要过滤压缩空气中的大部分的水、油和颗粒物。干燥器可以将过滤后的压缩空气露点降低到-20℃，再经过后级过滤器精细过滤即可获得干燥洁净的吹扫气体。最后，利用针阀和流量计控制输出吹扫气流流量在一个稳定的范围内。

如图4所示，在微控制器中运行的气路自动切换控制软件实时监测温湿度传感器数据并进行判断：如果气溶胶气流的相对湿度低于设定的相对湿度阈值，通常为40％，则不采取任何动作，反之高于设定的湿度阈值时，首先关闭电磁阀1和3，阻止吹扫气进入，再关闭电磁阀2和4，防止吹扫气流倒流。打开所有球阀，气溶胶气流被缓慢地分流到另一路干燥管中。判断切换前使用的是哪一路干燥管，如当前使用的是干燥管1，需要切换到干燥管2中，则需要关闭控制干燥管1的气路的球阀，使气溶胶气流缓缓切换到干燥管2中，之后打开控制干燥管1吹扫气流的电磁阀，先打开电磁阀2，后打开电磁阀1，防止压力过高。切换完成后，程序返回并继续判断气溶胶气流的相对湿度，等待下一次切换。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可自动再生的气溶胶扩散干燥装置，其特征在于包括：气溶胶进样通道、气溶胶扩散干燥装置、气路温湿度测量装置、干燥吹扫气体发生装置、气路自动切换控制装置；所述的气溶胶进样通道包括一个内壁光洁的一分二气溶胶分流器，以最小的颗粒物损失代价将气溶胶主气流分到两个单独的扩散干燥管支路中；所述气溶胶扩散干燥装置包括不锈钢纱管、不锈钢干燥管和硅胶干燥剂填充物，气溶胶扩散干燥装置包括四根不锈钢纱网管，均匀对称分布在不锈钢干燥管内，干燥管与纱网管之间用硅胶干燥剂填充；利用一分四的气流分流器将气溶胶气流均匀分到四个支路中，四路支流分别进入与支路相连的不锈钢管纱网管，气溶胶气流中的水蒸气通过纱网管的孔隙扩散并被硅胶干燥剂吸附，从而降低了气流相对湿度；在干燥管出口处，四路支流通过倒置的分流器汇聚并流出干燥管；所述的气路温湿度测量装置可同时测量干燥后的气溶胶气流和扩散干燥管下游的吹扫气流温湿度；所述的干燥吹扫气体发生装置包括空气压缩机、冷却器、前级过滤器、干燥器、后级过滤器、减压阀、压力表和流量控制器；所述的气路自动切换控制装置包括微控制器、气动元件和开关元件；气溶胶经过进样通道进入扩散干燥管1，此路气流的球阀1为打开状态，电磁阀1、2为关闭状态，气溶胶气流通过扩散干燥管后相对湿度降低到40％以下，经气溶胶出口流入分析仪器；同时球阀2为关闭状态，电磁阀3、4为打开状态，干燥吹扫气体经过电磁阀3进入扩散干燥管2，对其中已吸附大量水蒸气的硅胶干燥剂进行吹扫再生，并通过电磁阀4流出；温湿度传感器1和2分别实时测量气溶胶气流和吹扫气流的相对湿度；微控制器实时读取温湿度传感器的数据，如果气溶胶气流的相对湿度低于设定的相对湿度阈值，通常为40％，则不采取任何动作，反之高于设定的湿度阈值时，首先关闭电磁阀1和3，阻止吹扫气进入，再关闭电磁阀2和4，防止吹扫气流倒流；打开所有球阀，气溶胶气流被缓慢地分流到另一路干燥管中；判断切换前使用的是哪一路干燥管，如当前使用的是干燥管1，需要切换到干燥管2中，则首先关闭控制干燥管1的气路的球阀，使气溶胶气流缓缓切换到干燥管2中，之后打开控制干燥管1吹扫气流的电磁阀，先打开电磁阀2，后打开电磁阀1，防止压力过高。

2.根据权利要求1所述的一种可自动再生的气溶胶扩散干燥装置，其特征在于：所述的气溶胶分流器、不锈钢纱管和不锈钢干燥管材质为不锈钢，减少颗粒物静电损失；分流器内壁采用电化学抛光，粗糙度Ra值保证在1um以下，减少颗粒物沉积损失。

3.根据权利要求1所述的一种可自动再生的气溶胶扩散干燥装置，其特征在于：所述的气溶胶扩散干燥装置包括四根内径不小于10mm的不锈钢纱网管，均匀对称分布在不锈钢干燥管内；不锈钢干燥管管径不小于60mm，管长不小于500mm；干燥管与纱网管之间用硅胶干燥剂填充，纱网孔隙小于1mm，确保硅胶干燥剂不会进入纱网管堵塞气路。

4.根据权利要求1所述的一种可自动再生的气溶胶扩散干燥装置，其特征在于：所述的空气压缩机为无油式空压机，避免造成气路的污染，提高过滤器的使用寿命。

5.根据权利要求1所述的一种可自动再生的气溶胶扩散干燥装置，其特征在于：所述的两级过滤器过滤精度达到99.99％，使过滤干燥后的压缩空气露点低于-20℃。