CN111474018A - 悬浮微粒冲击板及悬浮微粒分径采样器 - Google Patents

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Abstract

一种悬浮微粒冲击板，包含基板、多孔金属片、玻璃纤维滤纸、第一硅油层及第二硅油层。该多孔金属片设置在该基板上，具有多个孔洞。该玻璃纤维滤纸设置在该多孔金属片上。该第一硅油层形成在该玻璃纤维滤纸上。该第二硅油层含浸在该玻璃纤维滤纸及该多孔金属片的孔洞中。本发明也提供一种悬浮微粒分径采样器，包含外壳、导流管、该悬浮微粒冲击板及分径入口。该导流管的出口端是设置在该分径入口与该悬浮微粒冲击板之间。该悬浮微粒冲击板可提供该悬浮微粒分径采样器维持长时间采样的稳定性。

Description

悬浮微粒冲击板及悬浮微粒分径采样器
技术领域
本发明涉及一种悬浮微粒冲击板，特别是涉及一种PM10冲击板及一种包含该悬浮微粒冲击板的PM10分径采样器。
背景技术
现有悬浮微粒分径采样器适用于收集周围环境中含有悬浮微粒的气体，利用其中的冲击板分离及收集具有不同惯性质量(或气动粒径)的悬浮微粒。但由于悬浮微粒分径采样器内部气流会发生紊流，因此收集效率并不理想，一般是通过在冲击板的表面涂覆润滑油，以提高悬浮微粒的收集效率。
然而，冲击板表面微粒的累积负载量会随着收集时间持续增加，使得后续进入分径采样器的气体中的悬浮微粒不再撞击到冲击板上，而是撞击在堆积于此的微粒上，导致悬浮微粒的收集效率显著下降、采样浓度产生误差及微粒粒径分布往小粒径的区间偏移等问题，因此持续收集一段时间后，往往需要清洁冲洗累积在冲击板上的微粒并重新涂覆润滑油。
发明内容
本发明的目的在于提供一种悬浮微粒冲击板，可以克服上述背景技术的缺点。
本发明的悬浮微粒冲击板包含基板、多孔金属片、玻璃纤维滤纸、第一硅油层及第二硅油层。该多孔金属片设置在该基板上，具有多个孔洞。该玻璃纤维滤纸设置在该多孔金属片上。该第一硅油层形成在该玻璃纤维滤纸上。该第二硅油层含浸在该玻璃纤维滤纸及该多孔金属片的孔洞中。
本发明的悬浮微粒冲击板，所述孔洞的平均直径范围为50-150μm。
本发明的悬浮微粒冲击板，该第一硅油层的厚度范围为0.9-1.1mm。
本发明的悬浮微粒冲击板，该玻璃纤维滤纸的厚度范围为0.20-0.25mm。
本发明的悬浮微粒冲击板，该第一硅油层及该第二硅油层是由黏度范围为30-300mm2/s的硅油所形成。
本发明的悬浮微粒冲击板，该多孔金属片的材质为不锈钢。
本发明的另一个目的在于提供一种悬浮微粒分径采样器，可以克服上述背景技术的缺点。
本发明的悬浮微粒分径采样器包含外壳、导流管、如上所述的悬浮微粒冲击板及分径入口。该外壳界定出位于内部的分径腔室，且包括连通外部的采样口。该导流管设置在该外壳内，包括连通该采样口的进口端及位于该分径腔室中的出口端。该悬浮微粒冲击板的第一硅油层设置在该分径腔室，且与该导流管的出口端间隔设置。该分径入口设置在该外壳内，且该导流管的出口端是设置在该分径入口与该悬浮微粒冲击板之间。
本发明的悬浮微粒分径采样器，该分径入口的开口方向相反于该导流管的出口端的开口方向。
本发明的悬浮微粒分径采样器，该导流管垂直于该第一硅油层的水平面。
本发明的悬浮微粒分径采样器，该分径入口为环型开口。
本发明的有益效果在于：该悬浮微粒冲击板可提供该悬浮微粒分径采样器维持长时间采样的稳定性。
附图说明
本发明的其他的特征及功效，将于参照附图的实施方式中清楚地呈现，其中：
图1是本发明悬浮微粒冲击板的实施例的剖面示意图；及
图2是本发明悬浮微粒分径采样器的实施例的剖面示意图。
具体实施方式
在本发明被详细描述前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
本发明将就以下实施例来作进一步说明，但应了解的是，该实施例仅为例示说明用，而不应被解释为本发明实施的限制。
参阅图1，本发明悬浮微粒冲击板1的实施例包含基板11、多孔金属片12、玻璃纤维滤纸13、第一硅油层14及第二硅油层15。
该多孔金属片12设置在该基板11上，具有多个孔洞120。该多孔金属片12的厚度为3.4mm，其材质为不锈钢，例如是316不锈钢。所述孔洞120的平均直径为100μm。
该玻璃纤维滤纸13设置在该多孔金属片12上。该玻璃纤维滤纸13的厚度为0.21mm。
该第一硅油层14形成在该玻璃纤维滤纸13上。该第一硅油层14的厚度为1mm。
该第二硅油层15含浸在该玻璃纤维滤纸13及该多孔金属片12的孔洞120中。
该第一硅油层14及该第二硅油层15是由黏度为100mm2/s的硅油所形成。
参阅图2，本发明悬浮微粒分径采样器2的实施例包含外壳21、导流管22、如上所述的悬浮微粒冲击板1及分径入口23。
该外壳21界定出位于内部的分径腔室210，且包括连通外部的采样口211。
该导流管22设置在该外壳21内，包括连通该采样口211的进口端221及位于该分径腔室210中的出口端222。
该悬浮微粒冲击板1的第一硅油层14设置在该分径腔室210，且与该导流管22的出口端222间隔设置。该导流管22垂直于该第一硅油层14的水平面。
该分径入口23设置在该外壳21内，且该导流管22的出口端222是设置在该分径入口23与该悬浮微粒冲击板1之间。该分径入口23的开口方向相反于该导流管22的出口端222的开口方向。该分径入口23为环型开口。
周围环境的气体可通过上述实施例的悬浮微粒分径采样器2的该采样口211收集，经由该导流管22加速后，受到该悬浮微粒冲击板1的阻挡而转向流至该分径入口23。气体中具有较大惯性质量的悬浮微粒会因惯性作用撞击该悬浮微粒冲击板1而被收集(负载)，气体中具有较小惯性质量的悬浮微粒则会随着气流被带至该分径入口23，借此达到悬浮微粒的分径。
以上述实施例的悬浮微粒分径采样器2作为实验组，以聚光科技(FPI)市售的颗粒物采样器(型号为B2151250015，涂覆润滑油)作为对照组，进行以下测试。
[采样误差测试]
利用下式计算采样误差：
Figure BDA0001954818900000041
(Ⅰ)连续收集96小时，每6个小时采样一次，以对照组的采样浓度C1(清洁冲击面)作为比较基准。环境PM10平均浓度为26.74±6.53μg/m3，环境温度为28.61±2.07℃，相对湿度为73.41±6.07％，环境风速为1.89±1.00km/h。
对照组采样浓度C2(不清洁冲击面)的结果显示：在0-60小时的平均采样误差为-3.74±4.7％，在66-96小时的平均采样误差为+6.6±7.51％，且超过60小时后最高的采样误差为+20.9％。显示若不清洁其冲击面，累积负载于冲击面的PM10容易导致悬浮微粒弹跳，而使采样浓度产生明显的正偏差。
实验组采样浓度C2(不清洁冲击面)的结果显示：在0-60小时的平均采样误差为-2.21±5.03％，在66-96小时的平均采样误差为+0.5±3.58％，且超过60小时后最高的采样误差仅为+7.45％。显示若不清洁其冲击面，其累积负载于冲击面的PM10较不容易导致悬浮微粒弹跳，而使采样误差的正偏差程度较低。
(Ⅱ)连续收集35天，在第1、2、3、4、5、12、13、14、20、21、27、28、34、35天进行采样，以对照组的采样浓度C1(清洁冲击面)作为比较基准。环境PM10平均浓度为21.28±5.42μg/m3，环境温度为29.28±0.89℃，相对湿度为71.45±4.61％，环境风速为1.84±0.46km/h。
实验组采样浓度C2(不清洁冲击面)的结果显示：平均采样误差为+0.01±2.99％，且与对照组的采样浓度C1(清洁冲击面)相比具有相当高的一致性(C2-C1线性关系的斜率为1.007、截距为0.13μg/m3、R2为0.989)。显示若不清洁其冲击面，其仍可有效避免悬浮微粒弹跳的问题，而使采样误差相当接近0。
(Ⅲ)连续收集14天，在第14天进行采样，以对照组的采样浓度C1(清洁冲击面)作为比较基准。环境PM10平均浓度为12.4±7.11μg/m3，环境温度为21.81±1.5℃，相对湿度为79.66±5.77％，环境风速为2.84±0.92m/s。
上述实施例的悬浮微粒分径采样器中未设置该第一硅油层14及该第二硅油层15的悬浮微粒冲击板采样浓度C2(不清洁冲击面)的结果显示：平均采样误差为+10.03％。显示对于未设置该第一硅油层14及该第二硅油层15的采样器来说，若不清洁其冲击面，长期采样会导致悬浮微粒弹跳，而使浓度产生正偏差。
[收集效率测试]
(Ⅰ)连续收集16天，环境PM10平均浓度为21.74±3.82μg/m3，环境温度为30.5±0.7℃，相对湿度为68.4±5％，环境风速为6.6±3km/h。
(Ⅱ)连续收集23天，环境PM10平均浓度为30.85±19.99μg/m3，环境温度为20.34±4.0℃，相对湿度为75.02±8.27％，环境风速为6.54±0.72km/h。
以收集效率对于气动粒径(aerodynamic diameter)作图，分别得到对照组清洁冲击面CS′、对照组不清洁冲击面CS、实验组清洁冲击面ES′的收集效率曲线、实验组不清洁冲击面ES的收集效率曲线，并计算dpa50(收集效率为50％对应的气动粒径)及GSD(几何标准偏差，利用下式计算)，结果如下表1所示。
Figure BDA0001954818900000051
表1
d<sub>pa50</sub>(μm) GSD
CS′ 10.44 1.48
CS(Ⅰ) 10.19 1.57
CS(Ⅱ) 9.76 1.61
ES′ 10.42 1.39
ES(Ⅱ) 10.41 1.43
由上表1可以清楚得知：
(1)对照组不清洁冲击面CS与清洁冲击面CS′的dpa50具有明显差异，而实验组不清洁冲击面ES与清洁冲击面ES′的dpa50非常接近。显示若不清洁其冲击面，对照组的dpa50会随着收集时间而降低，实验组的dpa50则几乎不受到收集时间影响。
(2)对照组不清洁冲击面CS与清洁冲击面CS′的GSD具有明显差异，而实验组不清洁冲击面ES与清洁冲击面ES′的GSD较接近。显示若不清洁其冲击面，对照组的GSD会随着收集时间而显著升高且明显偏离1，实验组的GSD则受到收集时间微幅影响。
此外，对照组不清洁冲击面CS(Ⅰ)在第3天时已经有0.93mg的微粒负载，到第16天时增加到4.87mg，对照组不清洁冲击面CS(Ⅱ)到第23天时，微粒负载达到8.74mg。
综上所述，本发明悬浮微粒冲击板1通过该第一硅油层14覆盖所收集的具有较大惯性质量的悬浮微粒，并通过该玻璃纤维滤纸13及该多孔金属片12含浸该第二硅油层15，得以使该第一硅油层14不易被气流吹散而维持其冲击表面，可有效避免悬浮微粒弹跳的问题，且可使本发明悬浮微粒分径采样器2的采样结果较不受到收集时间影响，以维持长时间采样的稳定性，所以确实能达成本发明的目的。
以上所述，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (10)

1.一种悬浮微粒冲击板，其特征在于，该悬浮微粒冲击板包含：
基板；
设置在该基板上的多孔金属片，该多孔金属片具有多个孔洞；
设置在该多孔金属片上的玻璃纤维滤纸；
形成在该玻璃纤维滤纸上的第一硅油层；及
含浸在该玻璃纤维滤纸及该多孔金属片的孔洞中的第二硅油层。
2.根据权利要求1所述的悬浮微粒冲击板，其特征在于：所述孔洞的平均直径范围为50-150μm。
3.根据权利要求1所述的悬浮微粒冲击板，其特征在于：该第一硅油层的厚度范围为0.9-1.1mm。
4.根据权利要求1所述的悬浮微粒冲击板，其特征在于：该玻璃纤维滤纸的厚度范围为0.20-0.25mm。
5.根据权利要求1所述的悬浮微粒冲击板，其特征在于：该第一硅油层及该第二硅油层是由黏度范围为30-300mm2/s的硅油所形成。
6.根据权利要求1所述的悬浮微粒冲击板，其特征在于：该多孔金属片的材质为不锈钢。
7.一种悬浮微粒分径采样器，其特征在于，该悬浮微粒分径采样器包含：
外壳，界定出位于内部的分径腔室，且包括连通外部的采样口；
设置在该外壳内的导流管，包括连通该采样口的进口端及位于该分径腔室中的出口端；
根据权利要求1所述的悬浮微粒冲击板，该悬浮微粒冲击板的第一硅油层设置在该分径腔室，且与该导流管的出口端间隔设置；及
设置在该外壳内的分径入口，且该导流管的出口端是设置在该分径入口与该悬浮微粒冲击板之间。
8.根据权利要求7所述的悬浮微粒分径采样器，其特征在于：该分径入口的开口方向相反于该导流管的出口端的开口方向。
9.根据权利要求7所述的悬浮微粒分径采样器，其特征在于：该导流管垂直于该第一硅油层的水平面。
10.根据权利要求7所述的悬浮微粒分径采样器，其特征在于：该分径入口为环型开口。
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