CN112903375B - 一种气溶胶采集富集仪及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气溶胶采集富集仪及工作方法，包括，送气装置，其以限定的流速稳定的将气体输送到后续的采集装置中；采集装置，其包括第一采集机构、雾化机构和第二采集机构；通过送气装置和采集装置，使用多个工序处理气体中的气溶胶颗粒物；通过气流分布板为雾化机构提供了小规模、低速的气溶胶紊流；雾化机构中使用超声波喷雾口，气流分布板感应到超声波产生自震，抖落未能通过气流分布板的筛孔的气溶胶，使用玻璃纤维过滤片进行了第一次气溶胶颗粒物富集；雾化机构使得气溶胶雾化带电，为第二采集机构的电富集过程提供了条件，第二采集机构通过电场作用使得气体中的气溶胶掉落至第二采集单元，使气体中的气溶胶得到富集。

Description

一种气溶胶采集富集仪及工作方法

技术领域

本发明属于气溶胶的采集技术领域，尤其是一种气溶胶采集富集仪。

背景技术

餐饮业、工业等产生的废气含有大量的气溶胶颗粒物，其气溶胶颗粒物指的是大气中的悬浮、滞留和沉降的物质粒子，称为大气粒子(Atmospheric particles)、大气颗粒物(Atmospheric Particulate Matter)、或者悬浮颗粒物(Suspending particulates)，此外，还有人将其称为“大气气溶胶”，其中的有害颗粒物的分析研究仍是目前重要的课题，本发明意在公开一种气溶胶的富集设备，通过此设备对气溶胶的富集，便于对待测样品进行采集分析。目前，对含有气溶胶颗粒物通常采用的富集方法包括溶液吸收法、填充柱阻留法、滤料阻留法等方法进行富集处理，但效果均不明显。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种气溶胶采集富集仪，可以高效富集气体中的气溶胶，充分利用能源，保证气溶胶样本的完整性。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种气溶胶采集富集仪，进一步的，包括，

送气装置，其以限定的流速稳定的将气体输送到其后端的采集装置中；

所述采集装置，其包括第一采集机构、雾化机构和第二采集机构；

所述第一采集机构，其前端可拆卸的安装于所述送气装置的出气端，其包括气流分布板和第一采集单元，其中所述气流分布板与气体流动方向垂直设置，并开设有多个供气体流通的筛孔；所述气流分布板感应所述雾化机构的发出的振动产生自振，使未能通过所述筛孔的气体中的气溶胶颗粒掉落至所述第一采集单元上；

所述雾化机构，其前端安装于所述第一采集机构的后端，其设置有带有振动雾化片的喷雾器，其对流过所述第一采集机构的气体喷射电解质溶液，使气体中的气溶胶带电；

所述第二采集机构，其前端安装于所述雾化机构的后端，其后端封闭；所述第二采集机构和所述雾化机构的接触面设置有绝缘机构；所述第二采集机构包括电场和第二采集单元，所述电场垂直于气体流动方向设置，所述电场的一极接地，另一极为带电极，接入与电解质溶液电极相反的高压直流电；经过所述雾化机构的带电气溶胶，其经过所述电场被吸引至所述带电极上；所述第二采集单元设置于所述带电极上。

进一步的，所述第二采集单元设置有液位传感器，其电连接控制器；所述控制器用于控制所述送气装置、所述雾化机构和所述电场的开/关。

进一步的，所述送气装置包括外壳和罗茨鼓风机，所述外壳设置有管状腔体并水平放置，所述罗茨鼓风机安装于所述外壳内，通过所述罗茨鼓风机后气体呈水平方向流动。进一步的，所述第一采集机构、所述雾化机构和所述第二采集机构均设有管状外壳并水平方向放置，其相互可拆卸连接。

进一步的，所述第一采集机构中的第一采集单元为玻璃纤维过滤片；所述气流分布板为压电材料制成；所述玻璃纤维过滤片安装于所述气流分布板下方的管壁上。

进一步的，所述雾化机构垂直于气体流动方向沿管状外壳的周向均匀设置多个喷雾器；所述管状外壳上设置有水管接口，用于接入电解质溶液。

进一步的，所述第二采集机构其管状外壳为导电金属，其沿水平方向分为上极管和下极管，所述上极管和所述下极管之间设有绝缘材料；所述上极管和所述下极管的后端密封安装有PM10滤膜。

进一步的，所述第二采集单元包括引流槽和厌水膜，所述引流槽开口朝向管状外壳内部，并位于下极管竖直方向的最低位置；所述引流槽水平方向两端设置有挡板；所述厌水膜覆盖于所述下极管内壁和所述引流槽两侧的内壁上。

一种气溶胶采集富集仪的工作方法，使用以上所述的一种气溶胶采集富集仪，具体工作方法如下：

S01、打开气溶胶采集富集仪，通过送气装置，使含有气溶胶的气体以限定的流速稳定地进入装置内部；

S02、含有气溶胶的气体经过气流分布板后形成低速的紊流；

S03、所述气流分布板感应所述雾化机构的发出的振动产生自振，使未能通过筛孔的气体中的气溶胶颗粒掉落至所述第一采集单元上；

S04、通过筛孔的气体紊流，进入雾化机构中得到雾化，吸附电解质水雾从而带电；

S05、雾化后的带电气溶胶进入第二采集机构后受电场作用发生用偏转，落在下极管表面的厌水膜上，然后流入引流槽；

S06、所述上极管和下极管的后端密封覆盖有PM10滤膜，阻挡因水平速度过大或带电量不足未能在限定长度内偏转进引流槽的气溶胶；

S07、液位传感器安装于引流槽内，所述液位传感器将检测到的引流槽内的水位信号，传送到控制器，控制器用于控制所述送气装置、所述雾化机构和所述电场的开/关，保证引流槽中的水位达到设定水位时，整体装置停止工作，实现全自动控制采集富集过程。

有益效果

第一、通过以上方案的实施，通过送气装置、第一采集机构、雾化机构和第二采集机构，使用多个工序处理气体中的气溶胶颗粒物；通过气流分布板为雾化机构提供了小规模、低速的气溶胶紊流；雾化机构中使用带振动雾化片的喷雾器，气流分布板感应到振动产生自振，抖落未能通过气流分布板的筛孔的气溶胶，使用玻璃纤维过滤片进行了第一次气溶胶颗粒物富集；雾化机构使得气溶胶雾化带电，为第二采集机构的电富集过程提供了条件，第二采集机构通过电场作用使得气体中的气溶胶掉落至第二采集单元，使气体中的气溶胶得到富集。

第二、第二采集单元设有液面传感器，外接控制器，控制器根据液位传感器传递的信号，向罗茨鼓风机、雾化机构以及下极管道所接的高压电源给出“开”和“关”的指令，保证第二采集单元的水位达到设定水位时，整体装置停止工作，实现全自动的采集富集过程。

第三、第一采集机构中玻璃纤维过滤片和第二采集机构中的PM10滤膜，有效弥补了在采集富集过程中对导入气溶胶收集不完整的问题，以上方案保证了收集到的气溶胶样本的完整性。

第四、整体呈分段的管道状，前端的罗茨鼓风机作为唯一动力源将气体依次吹过第一采集装置、雾化机构和第二采集机构，操作简单；同时便于安装、清洗，节省维护成本；且分段式装置能更好的发挥各部分功能，使用效果更佳。

第五、下极管的半圆柱壳形管道和引水槽开设在下极管竖直方向的最低位置，使得雾化的气溶胶受电场作用偏转至与下极管内表面接触后，继续在电场和重力作用下顺着管壁滑至引水槽中，下极管的内壁、引流槽两侧贴有厌水膜，保证气溶胶完全充分地流入引流槽，而不滞留在下极管内壁上干扰电场，降低收集效率。

附图说明

图1是本发明立体图的爆炸示意图；

图2是雾化机构立体图的示意图；

图3是第二采集装置立体图的爆炸示意图；

符号说明：

1.送气装置、1-1.罗茨鼓风机、2.第一采集机构、2-1.气流分布板、2-2.过滤片、2-3.管状外壳A、3.雾化机构、3-1.喷雾器、3-2.水管接口、3-3.管状外壳B、4.绝缘环、5.第二采集机构、5-1.上极管、5-2.下极管、5-3.PM10滤膜、5-4.绝缘条、5-5.引流槽、5-5-1.引流槽挡板、5-6.厌水膜、5-7.液位传感器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式限制。

如图1-3所示，一种气溶胶采集富集仪，包括送气装置1和采集装置；其中送气装置1以限定的流速稳定的将气体样本输送到后续的采集装置中；所述送气装置1包括外壳和罗茨鼓风机1-1，所述外壳设有管状腔体并水平放置；所述罗茨鼓风机1-1安装于所述外壳内，其吹风方向呈水平即气体样本经过所述罗茨鼓风机1-1后呈水平方向流动；所述罗茨鼓风机1-1兼有往复式压气机和离心式鼓风机的优点，在转速一定时风压稍有变化，送风量可保持不变，即保持转速与风量间正比关系的特点，也具有离心式鼓风机转速高，不用气阀和曲轴，重量较轻，应用方便等优点，保证含有气溶胶的气体以限定的流速稳定地进入装置内部。

所述采集装置，其包括第一采集机构2、雾化机构3和第二采集机构5，优选的，所述第一采集机构2、雾化机构3和第二采集机构5之间相互可拆卸连接，更便于安装、清洗，使用时还可节省维护成本；且分级式处理能更好的发挥各部分功能，使用效果更佳。

所述第一采集机构2，其前端可拆卸的安装于所述送气装置2的外壳上，位于罗茨鼓风机1-1的出气端；所述第一采集机构2包括管状外壳A 2-3、气流分布板2-1和第一采集单元，管状外壳A 2-3呈水平放置，优选的，所述第一采集机构2的管状外壳A 2-3与所述送气装置1的外壳的管状腔体同心；所述气流分布板2-1呈平板状，与气体流动方向相互垂直设置即竖直方向设置，其开设多个供气体流通的筛孔；优选的，所述气流分布板2-1由压电陶瓷或PVDF压电薄膜材料制成；所述气流分布板2-1完全覆盖第一采集机构2的管状外壳A2-3的内截面；所述气流分布板2-1感应所述雾化机构3的发出的振动产生自振，使未能通过所述筛孔的气体中的气溶胶颗粒掉落至所述第一采集单元上；所述第一采集单元为过滤片2-2，优选的，其为玻璃纤维过滤片；安装于所述气流分布板2-1竖直方向的下方。

所述雾化机构3，其前端安装于所述第一采集机构2的后端，所述雾化机构设有管状外壳B 3-3，所述管状外壳B 3-3呈水平放置，优选的，所述管状外壳B 3-3与所述第一采集机构2的管状外壳A 2-3同心；所述雾化机构3沿管状外壳B 3-3的周向，在其内壁均匀设置多个喷雾器3-1，所述喷雾器3-1内部设置有振动雾化片，优选的，所述喷雾器3-1为超声波喷雾器；所述管状外壳B 3-3上设置有水管接口3-2，其用于接入电解质溶液；所述喷雾器3-1向管状外壳B 3-3内部喷射电解质溶液，使得通过第一采集机构2的气体中气溶胶带电，优选的，电解质溶液带负电；多个喷雾器3-1沿周向均匀布置，喷洒出的电解质水雾形成收集捕捉气溶胶颗粒物截面；由于气溶胶易附着带电的特性，使得气溶胶流经雾化机构3时吸附电解质雾而带电。

含有气溶胶的气体经过气流分布板2-1后形成小规模、低速的紊流，接着进入雾化机构3中得到充分雾化，吸附电解质水雾从而带电；而气流分布板2-1可感应喷雾器3-1的振动而发生自振，提高对大规模絮流的分割效率，气溶胶在气流分布板2-1后形成小规模絮流，且在短距离内絮流强度得到减弱，便于在雾化机构3中得到充分地捕捉、雾化；同时气流分布板2-1通过自振抖落未能通过气流分布板2-1的筛孔的气溶胶，使用过滤片2-2进行了第一次气溶胶颗粒物富集，保证样本的完整性。

所述第二采集机构5，其前端安装于所述雾化机构3的后端；所述第二采集机构5其管状外壳为导电金属，优选的，材料为铝；为其沿水平方向分为半圆柱的上极管5-1和下极管5-2；所述上极管5-1和下极管5-2的前端与雾化机构3的管状外壳B 3-3接触面设置有绝缘环4，所述上极管5-1和下极管5-2的接触面上设置有绝缘条5-4；所述上极管5-1接地，下极管5-2接入与电解质溶液电极相反的高压直流电，即接入正极高压直流电；所述上极管5-1和下极管5-2形成竖直电场；将经过雾化机构3的带电气溶胶吸引至下极管5-2上；所述第二采集单元包括引流槽5-5和厌水膜5-6，所述引流槽5-5设置在下极管5-2竖直方向上的最低位置，其开口朝向内部；所述引流槽5-5水平方向两端设置有引流槽挡板5-5-1，优选的，材料为铝材，便于第二采集机构5单段取出时样品不流出；所述厌水膜5-6覆盖于下极管5-2的内壁和引流槽5-5两侧的内壁上，雾化后的带电气溶胶进入第二采集机构5后受电场作用发生用偏转，落在下极管5-2表面的厌水膜5-6上，在电场和重力作用下顺着管壁继续向下流，使得雾化后的气溶胶地流入引流槽5-5，形成富集的待测样品；所述上极管5-1和下极管5-2的后端密封覆盖有PM10滤膜5-3，为阻挡小部分因水平速度过大或带电量不足未能在限定长度内偏转进引流槽5-5的气溶胶，防止气溶胶被吹出未能有效收集，保证整个装置对气溶胶收集的完整性；所述引流槽5-5中设置有液位传感器5-7，其电连接控制器;所述液位传感器5-7将感受到的引流槽5-5内的水位信号，并传送到控制器，所述控制器的计算机将实测水位信号与设定的信号进行比较，得出偏差，然后根据偏差的性质，向罗茨鼓风机1-1、外接共电解质溶液装置、喷雾器3-1和下极管5-2所接的高压电源给出“开”和“关”的指令，保证引流槽5-5中的水位达到设定水位时，整体装置停止工作，实现全自动控制采集富集过程。

一种气溶胶采集富集仪的工作方法，具体工作方法如下：

S01、打开气溶胶采集富集仪，通过送气装置1，使含有气溶胶的气体以限定的流速稳定地进入装置内部；

S02、含有气溶胶的气体经过气流分布板2-1后形成小规模、低速的紊流；

S03、气流分布板2-1感应所述雾化机构3的发出的振动产生自振，使未能通过所述筛孔的气体中的气溶胶颗粒掉落至所述过滤片2-2上；

S04、通过所述筛孔的气体紊流，进入雾化机构3中利用多个喷雾器3-1得到充分雾化，吸附电解质水雾从而带电；

S05、雾化后的带电气溶胶进入第二采集机构5后受电场作用发生用偏转，落在下极管5-2表面的厌水膜5-6上，在电场和重力作用下顺着管壁继续向下流，使得雾化后的气溶胶流入引流槽5-5，形成富集的待测样品；

S06、所述上极管5-1和下极管5-2的后端密封覆盖有PM10滤膜5-3，阻挡小部分因水平速度过大或带电量不足未能在限定长度内偏转进引流槽5-5的气溶胶；

S07、液位传感器5-7安装于引流槽内，其电连接控制器；所述液位传感器5-7将检测到的引流槽5-5内的水位信号，并传送到控制器，所述控制器的计算机将实测水位信号与设定的信号进行比较，得出偏差，然后根据偏差的性质，向罗茨鼓风机1-1、外接共电解质溶液装置、喷雾器3-1和下极管5-2所接的高压电源给出“开”和“关”的指令，保证引流槽5-5中的水位达到设定水位时，整体装置停止工作，实现全自动控制采集富集过程。

上述实施例仅说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明,任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种气溶胶采集富集仪，其特征在于，包括，

送气装置，其以限定的流速稳定的将气体输送到其后端的采集装置中；

所述采集装置，其包括第一采集机构、雾化机构和第二采集机构；

所述第一采集机构，其前端可拆卸的安装于所述送气装置的出气端，其包括气流分布板和第一采集单元，其中所述气流分布板与气体流动方向垂直设置，并开设有多个供气体流通的筛孔；所述气流分布板感应所述雾化机构的发出的振动产生自振，使未能通过所述筛孔的气体中的气溶胶颗粒掉落至所述第一采集单元上；

所述雾化机构，其前端安装于所述第一采集机构的后端，其设置有带有振动雾化片的喷雾器，其对流过所述第一采集机构的气体喷射电解质溶液，使气体中的气溶胶带电；

所述第二采集机构，其前端安装于所述雾化机构的后端，其后端封闭；所述第二采集机构和所述雾化机构的接触面设置有绝缘机构；所述第二采集机构包括电场和第二采集单元，所述电场垂直于气体流动方向设置，所述电场的一极接地，另一极为带电极，接入与电解质溶液电极相反的高压直流电；经过所述雾化机构的带电气溶胶，其经过所述电场被吸引至所述带电极上；所述第二采集单元设置于所述带电极上。

2.根据权利要求1所述的一种气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述第二采集单元设置有液位传感器，其电连接控制器；所述控制器用于控制所述送气装置、所述雾化机构和所述电场的开/关。

3.根据权利要求1所述的一种气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述送气装置包括外壳和罗茨鼓风机，所述外壳设置有管状腔体并水平放置，所述罗茨鼓风机安装于所述外壳内，通过所述罗茨鼓风机后气体呈水平方向流动。

4.根据权利要求3所述的一种气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述第一采集机构、所述雾化机构和所述第二采集机构均设有管状外壳并水平方向放置，其相互可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的一种气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述第一采集机构中的第一采集单元为玻璃纤维过滤片；所述气流分布板为压电材料制成；所述玻璃纤维过滤片安装于所述气流分布板下方的管壁上。

6.根据权利要求4所述的一种气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述雾化机构垂直于气体流动方向沿管状外壳的周向均匀设置多个喷雾器；所述管状外壳上设置有水管接口，用于接入电解质溶液。

7.根据权利要求4所述的一种气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述第二采集机构其管状外壳为导电金属，其沿水平方向分为上极管和下极管，所述上极管和所述下极管之间设有绝缘材料；所述上极管和所述下极管的后端密封安装有PM10滤膜。

8.根据权利要求7所述的一种气溶胶采集富集仪，其特征在于，所述第二采集单元包括引流槽和厌水膜，所述引流槽开口朝向管状外壳内部，并位于下极管竖直方向的最低位置；所述引流槽水平方向两端设置有挡板；所述厌水膜覆盖于所述下极管内壁和所述引流槽两侧的内壁上。

9.一种气溶胶采集富集仪的工作方法，其特征在于，使用如权利要求7-8中任意一项权利要求所述的气溶胶采集富集仪，具体工作方法如下：

S01、打开气溶胶采集富集仪，通过送气装置，使含有气溶胶的气体以限定的流速稳定地进入装置内部；

S02、含有气溶胶的气体经过气流分布板后形成低速的紊流；

S03、所述气流分布板感应所述雾化机构的发出的振动产生自振，使未能通过筛孔的气体中的气溶胶颗粒掉落至所述第一采集单元上；

S04、通过筛孔的气体紊流，进入雾化机构中得到雾化，吸附电解质水雾从而带电；

S05、雾化后的带电气溶胶进入第二采集机构后受电场作用发生用偏转，落在下极管表面的厌水膜上，然后流入引流槽；

S06、所述上极管和下极管的后端密封覆盖有PM10滤膜，阻挡因水平速度过大或带电量不足未能在限定长度内偏转进引流槽的气溶胶；

S07、液位传感器安装于引流槽内，所述液位传感器将检测到的引流槽内的水位信号，传送到控制器，控制器用于控制所述送气装置、所述雾化机构和所述电场的开/关，保证引流槽中的水位达到设定水位时，整体装置停止工作，实现全自动控制采集富集过程。

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