CN110926883A - 一种便携式云雾颗粒物采集设备和采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式云雾颗粒物采集设备和采集方法，包括：外壳，用于提供容纳腔室；第一冷凝罐，其内部盛装有翅片结构，为封闭结构，第一冷凝罐的底部设置有集水结构；蓄冷剂，填充于第一冷凝罐与外壳之间的空隙中；进样管道，其一端与第一冷凝罐的顶部连接，另一端穿过外壳，并延伸至外壳的外部；出气管道，其一端与第一冷凝罐的底部连接，另一端穿出外壳，与抽气泵连接。该采集设备可以高效收集空气中的雾滴，同时对云雾中的无机颗粒、挥发性有机物和微生物等进行采集，全面地展现云雾气溶胶内部的生态和物质结构。

Description

一种便携式云雾颗粒物采集设备和采集方法
技术领域
本发明涉及颗粒物采集技术领域，尤其涉及一种便携式云雾颗粒物采集设备和采集方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
在水气充足、微风及大气层稳定的情况下，如果接近地面的空气冷却至某种程度时，空气中的水气便会凝结，附着于空气中的灰尘上，形成小水珠，悬浮于空中，形成雾。相关研究表明，雾是大气中水的一种特殊的存在形态，构成独特的微观生态系统。将雾气冷凝成液滴并加以收集，进而分析当中颗粒物的组成和性质，对于气溶胶内部生化反应规律的揭示具有重要意义。
云雾中含有大量的水分和环境污染物，如微生物、有机和无机颗粒，所形成的高湿环境会促进微生物的繁殖。现有的浮游采样方法(如利用浮游采样仪)采用培养基收集并培养大气微生物，无法在高湿大气环境下使用，不能对无机颗粒及挥发性有机物进行采样，且最终形成的微生物群落不能代表大气的实际群落结构，存在非常大的局限性。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种便携式云雾颗粒物采集设备和采集方法。该采集设备可以高效收集空气中的雾滴，同时对云雾中的无机颗粒、挥发性有机物和微生物等进行采集，全面地展现云雾气溶胶内部的生态和物质结构。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种便携式云雾颗粒物采集设备，包括：
外壳，用于提供容纳腔室；
第一冷凝罐，其内部盛装有翅片结构，为封闭结构，第一冷凝罐的底部设置有集水结构；
蓄冷剂，填充于第一冷凝罐与外壳之间的空隙中；
进样管道，其一端与第一冷凝罐的顶部连接，另一端穿过外壳，并延伸至外壳的外部；
出气管道，其一端与第一冷凝罐的底部连接，另一端穿出外壳，与抽气泵连接。
抽气泵在出气管道的末端，提供动力，促进雾的顺利流动，该种设计使得雾样在收集过程中不会与泵体接触，避免对雾样产生污染，影响雾中颗粒物检测的准确性。
雾从外壳的外部连续进入采集设备内部，首先流入第一冷凝罐内，由于出气管道的端部位于第一冷凝罐的内部，在抽气泵的抽气作用下，在第一冷凝罐的底部形成负压，所以进入第一冷凝罐中的雾自第一冷凝罐的顶部向第一冷凝罐的底部流动，流经翅片结构，翅片结构在周围蓄冷剂的冷却作用下温度较低，对雾气进行冷凝，且提供雾气凝结后的水滴的附着位点，使雾滴从空气中分离出，并在第一冷凝罐的底部收集。分离后的空气被抽气泵抽出外壳。
由于采用该种结构，可以使雾中的小水滴以颗粒物为凝结核聚集，最终在翅片上形成大水珠，从而使气态雾中的各种成分有效的被浓缩到液态水滴中，为接下来的相关仪器测量打下坚实基础。
采用蓄冷剂对雾进行冷凝收集，能耗低，成本低，且不会受制于电力设备。
在一些实施例中，所述集水结构包括漏斗导水结构和收集管道，漏斗导水结构设置于第一冷凝罐的底部，收集管道的一端连接在漏斗导水结构的出口，另一端穿过外壳，向外延伸。
进一步的，所述收集管道的位于外壳外部的部分设置有止水阀。
第一冷凝罐中收集的冷凝水自漏斗导水结构和收集管道中流出。
在一些实施例中，所述外壳的顶部设置有盖子。盖子盖合时，对外壳进行密封，防止蓄冷剂与外界环境进行热量交换，延长蓄冷剂的使用时间。雾样采集完毕后，将盖子打开，可以对外壳内部的蓄冷剂重新冷冻，并对第一冷凝罐内部进行清洗、消毒。
在一些实施例中，还包括第二冷凝罐，通过连接管串联于第一冷凝罐的下游，所述连接管的一端位于第一冷凝罐的底部，连接管的另一端位于第二冷凝罐的顶部。
将两个冷凝罐串联，可以提高雾中水滴的冷凝回收率，以保证云雾颗粒物收集的全面性和完整性。
进一步的，第一冷凝罐和第二冷凝罐均由金属材料制成。金属罐具有良好的导热性，为罐体内的雾的冷凝析出提供良好的环境。
更进一步的，所述翅片结构由多层不锈钢片叠加组成，相邻不锈钢片之间留有间隙。
再进一步的，不锈钢片竖向安装在冷凝罐中。雾气通过不锈钢片之间的间隙顺利向冷凝罐的底部流动。
在一些实施例中，所述外壳的侧壁上设置有保温层。减少蓄冷剂与空气之间的热交换，延长蓄冷剂的使用时间。
在一些实施例中，所述蓄冷剂为CMC冰袋。该冰袋具有温度低、制冷时间长、成本低、可循环利用的优势。
一种云雾颗粒物采集方法，包括如下步骤：
对采集设备进行组装；
启动抽气泵，对冷凝罐中抽负压，外界雾气在负压作用下连续进入外壳内的冷凝罐中，并自上而下流经冷凝罐中的翅片结构，在低温度的翅片结构的接触降温下，水滴冷凝析出，并汇集在冷凝罐的底部，进行收集；
最终空气在抽气泵的抽力下经过出气管道流出外壳，外排。
本发明的有益效果为：
无需制冷装置，蓄冷剂可多次循环利用降低了冷凝雾水的能耗和成本。多层金属板增加制冷面积，提高捕获效率。外壳将制冷部分包覆，提升保温能力。利用冷凝法收集雾中的颗粒物降低了气象要求，能见度较高的雾天也可进行采样。该设备能全面有效的吸收雾中的无机颗粒、挥发性有机物和微生物，方便研究人员了解空气质量状况。设备体积小巧易于携带，应变能力强，待机时间久，能切实应用到大雾气象条件下微生物的研究分析中。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的新型便携式云雾颗粒物采集设备的结构示意图；
图2为本发明实施例的采集设备开盖后的俯视图结构示意图。
其中，1、外壳，2、第一冷凝罐，3、蓄冷剂，4、第二冷凝罐，5、翅片结构，6、抽气泵，7、便携电源，8、止水阀。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面结合实施例对本发明进一步说明：
如图1所示，一种便携式新型便携式云雾颗粒物采集设备，包括：外壳1、第一冷凝罐 2、蓄冷剂3、第二冷凝罐4、抽气泵6、便携电源7和止水阀8。所述外壳1是箱体结构，顶部可开合。内部并排固定着第一冷凝罐2和第二冷凝罐4，罐体底部通过倾斜的管道直通壳体外的止水阀8。所述蓄冷剂3安装在外壳1内部，位于外壳1与第一冷凝罐1和第二冷凝罐4之间，顶部不超过冷凝罐上盖，上盖可以开启和关闭。这样设计便于冷凝水的收集和罐体清洗。第一冷凝罐2和第二冷凝罐4内安装有翅片结构5。冷凝罐上盖可打开，关闭时可使罐体密闭。两个冷凝罐由气管串联，进口气管与冷凝罐的顶部连通，出口气管与冷凝罐的底部连通，第二冷凝罐4通过气管与抽气泵6连接，便携电源7为抽气泵6供电。
第一冷凝罐2和第二冷凝罐4结构完全相同，由导热性能高的金属材料制成。冷凝罐内部安装有多层金属板组成翅片结构5的，相邻不锈钢片之间留有间隙，增加制冷面积，所述金属板表面涂有疏水材料。不锈钢片竖向安装在冷凝罐中，雾气通过不锈钢片之间的间隙顺利向冷凝罐的底部流动。
第一冷凝罐2和第二冷凝罐4底部设置漏斗导水结构，漏斗导水结构的出口通过倾斜的管道连接通到外壳外部，可以及时将冷凝罐中收集的冷凝水外排收集。管道上设置有止水阀8 ，便于定时排水。
蓄冷剂3为比热容高的蓄冷载体，如CMC冰袋，温度低，制冷时间更久。
抽气泵6在采集设备的末端，使用抽气泵6而非鼓风风扇，可以避免雾气与气泵接触，影响到微生物收集。
所述便携电源7采用大容量电池，且具有定时功能户外电源，转接12V开关电源供电。电压安全且能长时间持续供电。
所述外壳1侧壁上设置有保温层，减少与外界大气热转换，延长蓄冷剂的使用时间。
对云雾颗粒物进行收集的方法，具体为：
对采集设备进行组装；启动抽气泵，对冷凝罐中抽负压，外界雾气在负压作用下连续进入外壳内的冷凝罐中，并自上而下流经冷凝罐中的翅片结构，在低温度的翅片结构的接触降温下，水滴冷凝析出，并汇集在冷凝罐的底部，进行收集；收集外雾滴的空气在抽气泵的抽力下经过出气管道流出外壳，外排。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便携式云雾颗粒物采集设备，其特征在于：包括：
外壳，用于提供容纳腔室；
第一冷凝罐，其内部盛装有翅片结构，为封闭结构，第一冷凝罐的底部设置有集水结构；
蓄冷剂，填充于第一冷凝罐与外壳之间的空隙中；
进样管道，其一端与第一冷凝罐的顶部连接，另一端穿过外壳，并延伸至外壳的外部；
出气管道，其一端与第一冷凝罐的底部连接，另一端穿出外壳，与抽气泵连接。
2.根据权利要求1所述的便携式云雾颗粒物采集设备，其特征在于：所述集水结构包括漏斗导水结构和收集管道，漏斗导水结构设置于第一冷凝罐的底部，收集管道的一端连接在漏斗导水结构的出口，另一端穿过外壳，向外延伸。
3.根据权利要求2所述的便携式云雾颗粒物采集设备，其特征在于：所述收集管道的位于外壳外部的部分设置有止水阀。
4.根据权利要求1所述的便携式云雾颗粒物采集设备，其特征在于：所述外壳的顶部设置有盖子。
5.根据权利要求1所述的便携式云雾颗粒物采集设备，其特征在于：还包括第二冷凝罐，通过连接管串联于第一冷凝罐的下游，所述连接管的一端位于第一冷凝罐的底部，连接管的另一端位于第二冷凝罐的顶部。
6.根据权利要求5所述的便携式云雾颗粒物采集设备，其特征在于：第一冷凝罐和第二冷凝罐均由金属材料制成。
7.根据权利要求1所述的新型便携式云雾颗粒物采集设备，其特征在于：所述翅片结构由多层不锈钢片叠加组成，相邻不锈钢片之间留有间隙，不锈钢片竖向安装在冷凝罐中。
8.根据权利要求1所述的新型便携式云雾颗粒物采集设备，其特征在于：所述外壳的侧壁上设置有保温层。
9.根据权利要求1所述的便携式云雾颗粒物采集设备，其特征在于：所述蓄冷剂为CMC冰袋。
10.一种云雾颗粒物采集方法，其特征在于：包括如下步骤：
对采集设备进行组装；
启动抽气泵，对冷凝罐中抽负压，外界雾气在负压作用下连续进入外壳内的冷凝罐中，并自上而下流经冷凝罐中的翅片结构，在低温度的翅片结构的接触降温下，水滴冷凝析出，并汇集在冷凝罐的底部，进行收集；
最终空气在抽气泵的抽力下经过出气管道流出外壳，外排。
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