CN113375994A - 一种层流型凝结核气溶胶粒子生长装置及其生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种层流型凝结核气溶胶粒子生长装置及其生长方法，生长装置包括冷凝组件、隔热组件、饱和组件、进气组件，饱和组件分别与隔热组件、进气组件相连接，隔热组件与冷凝组件相连接；生长方法包括以下步骤：S1、将外部气溶胶气流分流成两部分；S2、其中一部分气溶胶气流从毛细管进入到饱和弯头内部；S3、令饱和腔体内充满正丁醇蒸汽，同时将另一部分气溶胶气流经过滤器过滤成洁净空气后进入到饱和腔体中；S4、饱和腔体内的洁净空气与正丁醇蒸汽一同进入到饱和弯头内部并与先前的气溶胶气流混合，形成混合气流；S5、混合气流通过隔热管后进入冷凝管受到降温处理，正丁醇蒸汽冷凝于气溶胶颗粒，完成冷凝生长。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测领域，尤其涉及一种层流型凝结核气溶胶粒子生长装置及其生长方法。
背景技术
气溶胶是指固体或液体颗粒分散在气体中的分散系统，颗粒的尺度范围通常分布在1nm-100μm之间。大气的气溶胶浓度与环境质量和生命健康息息相关，出于工业应用和雾霾防治等的实际需求，微纳气溶胶颗粒的检测成为相关科研人员的研究重点。
传统微米量级粉尘颗粒检测仪器所使用的光散射检测技术，受到光学散射理论的限制，通常只能检测出尺度在0.5μm以上的颗粒，对于尺度更小的纳米量级粒子的检出，需要对气溶胶颗粒进行冷凝生长处理，使气溶胶颗粒生长到可以进行光学检测的尺寸。
目前，纳米量级气溶胶颗粒的检出主要存在以下不足：第一，当气溶胶颗粒浓度过高时，会出现漏检的现象；第二，不同的工作液直接影响了气溶胶颗粒的生长情况，进而影响检测效率，例如专利CN 111426543 A中选用水作为工作液，由于许多气溶胶粒子表面化学的疏水性质使得水无法冷凝附着在这些粒子表面，进而严重影响了粒子计数效率；第三，气溶胶颗粒在生长过程中会有一部分附着在气道上，造成颗粒的损失。因此，本发明提出一种层流型凝结核气溶胶粒子生长装置及生长方法来解决上述问题。
发明内容
本发明目的是针对上述问题，提供一种结构简单、操作便利的层流型凝结核气溶胶粒子生长装置及其生长方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种层流型凝结核气溶胶粒子生长装置，包括冷凝组件、隔热组件、饱和组件、进气组件，饱和组件分别与隔热组件、进气组件相连接，隔热组件与冷凝组件相连接；所述饱和组件包括饱和管、密封盖、饱和弯头，饱和管的一端与密封盖相连接，饱和管的另一端与饱和弯头的一端相连接；饱和管内部设置有饱和腔体，饱和腔体内填充有多孔介质；所述密封盖中心位置设置有空气入口，密封盖的偏心位置设置有正丁醇入口；所述饱和弯头的一侧与饱和管相连接，饱和弯头底端与进气组件相连接，饱和弯头顶端通过隔热组件与冷凝组件相连接。
进一步的，所述进气组件包括毛细管、漏斗喷嘴，漏斗喷嘴底端设置有气溶胶入口，漏斗喷嘴顶端与毛细管底端相连通，毛细管顶端穿过饱和弯头底端端壁后伸入饱和弯头内部，毛细管内部设置有上下两端开口的进气通道。
进一步的，所述隔热组件包括隔热管，隔热管底端与饱和弯头顶端相连接，隔热管顶端与冷凝组件相连接。
进一步的，所述冷凝组件包括冷凝管，冷凝管底端与隔热管顶端相连接，冷凝管内部设置有气溶胶流道，气溶胶流道顶端设置有呈缩口状的气溶胶出口。
进一步的，所述冷凝管顶端外侧、密封盖上的空气入口外侧均设置有连接卡扣。
进一步的，所述冷凝管外侧壁上、饱和管外侧壁上均设置有温度传感器插口。
进一步的，所述饱和管与饱和弯头的连接位置设置有第一密封垫圈，隔热管与冷凝管的连接位置设置有第二密封垫圈。
一种层流型凝结核气溶胶粒子生长装置的生长方法，包括以下步骤：
S1、将外部气溶胶气流分流成两部分；
S2、将其中一部分气溶胶气流从毛细管中的进气通道进入到饱和弯头内部；
S3、令饱和腔体内充满正丁醇蒸汽，同时将另一部分气溶胶气流经过滤器过滤成洁净空气后从空气入口进入到饱和腔体中；
S4、饱和腔体内的洁净空气与正丁醇蒸汽一同进入到饱和弯头内部并与先前的气溶胶气流混合，形成混合气流；
S5、混合气流通过隔热管后进入冷凝管的气溶胶流道内并受到降温处理，待气溶胶流道内的混合气流中正丁醇蒸汽达到过饱和状态时会冷凝于混合气流中的气溶胶颗粒上，气溶胶颗粒完成冷凝生长后，混合气流通过气溶胶出口进入外界的光学检测装置中进行检测操作。
进一步的，所述步骤S3中令饱和腔体内充满正丁醇蒸汽具体包括以下步骤：
S31、外界加热装置对饱和管进行加热，饱和管升温后带动饱和腔体以及饱和腔体内的多孔介质升温；
S32、从密封盖上的正丁醇入口注入液体正丁醇，液体正丁醇浸入多孔介质中，受到多孔介质的温度影响，液体正丁醇蒸发并充满饱和腔体。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
1、本发明使用正丁醇作为工作液可以使得绝大多数的气溶胶粒子生长，包括一些疏水性的粒子，提高了粒子的检出效率；
2、本发明通过饱和管和冷凝管的设置使得气溶胶粒子可以处于合适的正丁醇蒸汽浓度和温度下，从而达到最高的生长效率；
3、本发明在进行操作时首先将气溶胶气流分为两部分，其中一部分经过滤后进入饱和腔体内用于携带正丁醇蒸汽，不直接让气溶胶气流流经饱和腔体，防止了气溶胶颗粒的损失，提高了粒子检测的准确性；
4、本发明通过令洁净空气在隔热管附近与毛细管中的气溶胶气流汇合，洁净空气可以对气溶胶气流进行稀释并在气溶胶气流外侧形成鞘流保护，降低气溶胶浓度的同时减小了气溶胶颗粒在气溶胶流道内的损失，从而进一步提高了粒子检测的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的剖视结构图；
图3为图2中A位置的结构示意图；
图4为图2中B位置的结构示意图；
图5为图2中C位置的结构示意图；
图6为多孔介质的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，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。
如图1至图6所示，本实施例公开了一种层流型凝结核气溶胶粒子生长装置，包括冷凝组件1、隔热组件2、饱和组件3、进气组件4，隔热组件2连接了冷凝组件1和饱和组件3，饱和组件3与冷凝组件1呈90°夹角分布，进气组件4直插入饱和组件3内，进气组件4中的毛细管41顶端与饱和组件3和隔热组件2的连接处齐平。
所述饱和组件3包括饱和管35、密封盖31、饱和弯头38，饱和管35的一端与密封盖31相连接，饱和管35的另一端与饱和弯头38的一端相连接，饱和管35与饱和弯头38的连接位置设置有第一密封垫圈37；饱和管35内部设置有饱和腔体6，饱和腔体6内填充有多孔介质36(如图6所示，其材料为玻璃纤维烧结滤芯，孔径大小为50微米)；所述密封盖31中心位置设置有空气入口32，空气入口外侧均设置有第二连接卡扣33，用于与过滤器连接；密封盖31的偏心位置设置有正丁醇入口34；所述饱和弯头38的一侧与饱和管35相连接，饱和弯头38底端与进气组件相连接，饱和弯头38顶端通过隔热组件2与冷凝组件1相连接。
所述进气组件4包括毛细管41、漏斗喷嘴42，漏斗喷嘴42底端设置有气溶胶入口43，漏斗喷嘴42顶端与毛细管41底端相连通，毛细管41顶端穿过饱和弯头38底端端壁后伸入饱和弯头38内部，毛细管41内部设置有上下两端开口的进气通道5。
所述隔热组件2包括隔热管21，隔热管21底端与饱和弯头38顶端相连接，隔热管21顶端与冷凝组件1相连接。
所述冷凝组件1包括冷凝管13，冷凝管13底端与隔热管21顶端相连接，隔热管21与冷凝管13的连接位置设置有第二密封垫圈22；冷凝管13顶端外侧设置有第一连接卡扣12，用于与检测设备相连接，冷凝管内部设置有气溶胶流道7，气溶胶流道7顶端设置有呈缩口状的气溶胶出口11。
所述冷凝管13外侧壁上、饱和管35外侧壁上均设置有温度传感器插口8，用于连接温度传感器，实时监测冷凝管、饱和管的内部温度。
本实施例中的层流型凝结核气溶胶粒子生长装置在进行工作时包括以下步骤：先将外部气溶胶气流被分流成为两部分，一部分直接由漏斗喷嘴42进入进气通道5，另一部分经过高效过滤器过滤变成洁净空气之后进入饱和管35内的饱和腔体6并携带上一定浓度和温度的正丁醇蒸汽，然后经过饱和弯头38与进气通道5喷出的气溶胶气流汇合，并对其稀释和形成鞘流保护，混合的气溶胶气流通过隔热管21进入冷凝管13内的气溶胶流道7并受到降温处理，待气溶胶流道7内的气溶胶气流中正丁醇蒸汽达到过饱和状态时，会冷凝于气溶胶颗粒上，使气溶胶颗粒完成冷凝生长后，气溶胶气流从气溶胶出口进入外部光学检测装置中进行检测操作。
在产生正丁醇蒸汽时的具体操作为：外界温控装置对饱和管35加热，饱和管35升温后对多孔介质36和饱和腔体6做升温处理，此时外界液泵控制液体正丁醇从液体正丁醇入口34进入饱和管35内，液体正丁醇沿着多孔介质36渗流并将其浸湿，受到饱和管35加热后的液体正丁醇蒸发并充满饱和腔体6，此时洁净空气携带大量正丁醇蒸汽经过饱和弯头38与进气通道5喷出的气溶胶气流汇合。
本发明具有以下优点：
1、本发明使用正丁醇作为工作液可以使得绝大多数的气溶胶粒子生长，包括一些疏水性的粒子，提高了粒子的检出效率；
2、本发明通过饱和管和冷凝管的设置使得气溶胶粒子可以处于合适的正丁醇蒸汽浓度和温度下，从而达到最高的生长效率；
3、本发明在进行操作时首先将气溶胶气流分为两部分，其中一部分经过滤后进入饱和腔体内用于携带正丁醇蒸汽，不直接让气溶胶气流流经饱和腔体，防止了气溶胶颗粒的损失，提高了粒子检测的准确性；
4、本发明通过令洁净空气在隔热管附近与毛细管中的气溶胶气流汇合，洁净空气可以对气溶胶气流进行稀释并在气溶胶气流外侧形成鞘流保护，降低气溶胶浓度的同时减小了气溶胶颗粒在气溶胶流道内的损失，从而进一步提高了粒子检测的准确性。
Claims (9)
1.一种层流型凝结核气溶胶粒子生长装置，其特征在于：包括冷凝组件、隔热组件、饱和组件、进气组件，饱和组件分别与隔热组件、进气组件相连接，隔热组件与冷凝组件相连接；所述饱和组件包括饱和管、密封盖、饱和弯头，饱和管的一端与密封盖相连接，饱和管的另一端与饱和弯头的一端相连接；饱和管内部设置有饱和腔体，饱和腔体内填充有多孔介质；所述密封盖中心位置设置有空气入口，密封盖的偏心位置设置有正丁醇入口；所述饱和弯头的一侧与饱和管相连接，饱和弯头底端与进气组件相连接，饱和弯头顶端通过隔热组件与冷凝组件相连接。
2.如权利要求1所述的层流型凝结核气溶胶粒子生长装置，其特征在于：所述进气组件包括毛细管、漏斗喷嘴，漏斗喷嘴底端设置有气溶胶入口，漏斗喷嘴顶端与毛细管底端相连通，毛细管顶端穿过饱和弯头底端端壁后伸入饱和弯头内部，毛细管内部设置有上下两端开口的进气通道。
3.如权利要求2所述的层流型凝结核气溶胶粒子生长装置，其特征在于：所述隔热组件包括隔热管，隔热管底端与饱和弯头顶端相连接，隔热管顶端与冷凝组件相连接。
4.如权利要求3所述的层流型凝结核气溶胶粒子生长装置，其特征在于：所述冷凝组件包括冷凝管，冷凝管底端与隔热管顶端相连接，冷凝管内部设置有气溶胶流道，气溶胶流道顶端设置有呈缩口状的气溶胶出口。
5.如权利要求4所述的层流型凝结核气溶胶粒子生长装置，其特征在于：所述冷凝管顶端外侧、密封盖上的空气入口外侧均设置有连接卡扣。
6.如权利要求5所述的层流型凝结核气溶胶粒子生长装置，其特征在于：所述冷凝管外侧壁上、饱和管外侧壁上均设置有温度传感器插口。
7.如权利要求6所述的层流型凝结核气溶胶粒子生长装置，其特征在于：所述饱和管与饱和弯头的连接位置设置有第一密封垫圈，隔热管与冷凝管的连接位置设置有第二密封垫圈。
8.一种如权利要求6所述的层流型凝结核气溶胶粒子生长装置的生长方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将外部气溶胶气流分流成两部分；
S2、将其中一部分气溶胶气流从毛细管中的进气通道进入到饱和弯头内部；
S3、令饱和腔体内充满正丁醇蒸汽，同时将另一部分气溶胶气流经过滤器过滤成洁净空气后从空气入口进入到饱和腔体中；
S4、饱和腔体内的洁净空气与正丁醇蒸汽一同进入到饱和弯头内部并与先前的气溶胶气流混合，形成混合气流；
S5、混合气流通过隔热管后进入冷凝管的气溶胶流道内并受到降温处理，待气溶胶流道内的混合气流中正丁醇蒸汽达到过饱和状态时会冷凝于混合气流中的气溶胶颗粒上，气溶胶颗粒完成冷凝生长后，混合气流通过气溶胶出口进入外界的光学检测装置中进行检测操作。
9.如权利要求8所述的层流型凝结核气溶胶粒子生长装置的生长方法，其特征在于：所述步骤S3中令饱和腔体内充满正丁醇蒸汽具体包括以下步骤：
S31、外界加热装置对饱和管进行加热，饱和管升温后带动饱和腔体以及饱和腔体内的多孔介质升温；
S32、从密封盖上的正丁醇入口注入液体正丁醇，液体正丁醇浸入多孔介质中，受到多孔介质的温度影响，液体正丁醇蒸发并充满饱和腔体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210910 |