CN114112550A - 气溶胶收集器及借助气溶胶收集器来收集气溶胶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气溶胶收集器，其包括：进气模块，用于使含气溶胶的气体输入气溶胶收集器；蒸汽模块，用于向气溶胶收集器提供蒸汽；混合室，从进气模块输入的含气溶胶的气体与由蒸汽模块提供的蒸汽在混合室内混合；冷凝模块，用于使经混合的含气溶胶的气体冷凝成含气溶胶的冷凝液；将进气模块与混合室设置成：使流入混合室的含气溶胶的气体的温度与混合室内部的温度之间的第一温差处于20‑100摄氏度之间。本发明还涉及一种借助气溶胶收集器来收集气溶胶的方法。由此，通过对气溶胶收集器的相邻两个模块之间的分区温度控制，可以使得混合效率以及最终萃取效率达到最佳。

Description

气溶胶收集器及借助气溶胶收集器来收集气溶胶的方法

技术领域

本发明涉及一种气溶胶收集器、主要是蒸汽喷射式气溶胶收集器。此外，本发明还涉及一种借助气溶胶收集器来收集气溶胶的方法。

背景技术

目前大气污染物的种类很多，根据其存在的状态，可以概括为两大类：即气态污染物和气溶胶状态污染物。气溶胶是指能悬浮于气体介质中的固态粒子或液态粒子，包括但不限于原子或分子单质或混合物、原子离子或分子离子、大分子簇(譬如病毒分子)。目前捕集大气中气溶胶的采样方法一般分为离线采样方法和在线采样方法两种，其中离线采样收集的方法包括：膜采样法、撞击式分级采样法等方法。例如，可以通过滤膜采集颗粒物，然后送至实验室称量、溶解、提取并使用离子色谱进行分析。但该方法具有颗粒物采样误差大、样品存储易损失、费时费力、不能反映大气颗粒物中水溶性组分的高频变化规律等缺点。

目前，在线采样收集气溶胶中可溶或亲水成分(譬如离子、病毒分子)的方法包括：颗粒物-液体转换采集系统(Particle-into-liquid sampler，简称PILS)、蒸汽喷射气溶胶收集装置(Steam Jet Aerosol Collector，简称SJAC)等方法。例如，采用水蒸气喷射气溶胶采样技术，颗粒物在过饱和水蒸气作用下吸湿长大，气溶胶中可溶成分(譬如离子、病毒分子)与非容性固体颗粒物分离并溶入水蒸汽中，水蒸气冷凝后收集，或者也可以经冷凝后自动送至离子色谱进行分析。

与离线采样收集相比，在线采样收集可以实现实时在线监测大气气溶胶(颗粒物)及气体阴阳离子。目前，此类产品可以将离子色谱技术成功应用于大气环境监测，具备在线监测仪器的连续自动化可操作性。一般，此类产品单个监测周期耗时很短，一次更换溶液，可持续工作几十天，而且由于“只加水”技术操作简单方便，免维护，自动化程度高，省时省力。

具体来说，在现有的此类气溶胶收集器中，首先气溶胶和水蒸气充分混合形成悬浮的小水滴，小水滴逐渐长大然后在玻璃表面形成冷凝水，这些冷凝水中的离子后续会萃取出来进行进一步检测。

然而，各种气溶胶收集器的混合效率差异很大，这导致后续离子萃取效率差异也很大。当此类气溶胶收集器用在在线空气质量监控时，其数据的可靠性可能备受质疑。

因此，在气溶胶收集器领域中，始终存在对提高收集器的效率以及确保数据可靠性的需求。

发明内容

为此，本发明旨在提供一种高效的气溶胶混合和冷凝效率的气溶胶收集器，最终可使可溶成分(譬如离子、病毒分子)萃取效率提高至少20％，并且使萃取效率稳定。

具体来说，本发明提供一种气溶胶收集器，该气溶胶收集器包括：进气模块，进气模块用于使含气溶胶的气体输入气溶胶收集器；蒸汽模块，蒸汽模块用于向气溶胶收集器提供蒸汽；混合室，从进气模块输入的含气溶胶的气体与由蒸汽模块提供的蒸汽在混合室内混合；冷凝模块，冷凝模块用于使经混合的含气溶胶的气体冷凝成含气溶胶的冷凝液；其中，将进气模块与混合室设置成：使流入混合室的含气溶胶的气体的温度与混合室内部的温度之间的第一温差处于20-100摄氏度之间。

由此，通过对气溶胶收集器的相邻两个模块之间的分区温度控制，可以使得混合效率以及最终萃取效率达到最佳。

优选的是，可以将冷凝模块与混合室设置成：使混合室内部的温度与用于冷凝经混合的含气溶胶的气体的冷凝温度之间的第二温差处于20-100摄氏度之间。

由此，通过进一步控制混合室与冷凝模块之间的第二温差，可以进一步提高混合效率以及最终萃取效率。

特别是，气溶胶收集器还可以包括温度控制器，温度控制器构造成保持第一温差和/或第二温差稳定。

借助控制器可以实现对各种温差的稳定控制，当温差稳定时才能获得稳定的萃取效率。

优选地，进气模块可以包括供含气溶胶的气体流入的进气管路以及对进气管路进行冷却的冷却元件。由此，可以通过简单的结构、即进气结构来实现较大的第一温差。

有利地，冷凝模块可以包括冷凝管路和冷却池，经混合的含气溶胶的气体经冷凝管路流出气溶胶收集器，冷凝管路至少部分地借助冷却池中的冷却液进行冷却。由此，可以通过简单的布置来实现较大的第二温差(即，确保冷凝模块中的较低温度)。

特别有利地，蒸汽模块可以包括通入混合室的蒸汽口，混合室的内径与蒸汽口的直径之比可以在10-30的范围内。在此直径比下可以实现良好的蒸汽与气溶胶之间的混合效果，从而改善气溶胶的生长。

此外，蒸汽模块可以包括蒸发室和从蒸发室延伸到混合室的蒸发管路，蒸发管路的末端可以设有喷嘴，蒸汽口由伸入混合室的喷嘴来提供。借助简单的结构来可靠地送入热蒸汽流，并且通过喷嘴的尺寸有利于控制混合效果。

可选地，进气模块向混合室内提供的含气溶胶的气体的流速可以设置成可变的。由此，可以提高气溶胶收集器的适用浓度范围，使气溶胶与水蒸气更好的混合，进而提高可溶成分(譬如离子、病毒分子)萃取效率。

例如，进气模块可以包括用于调节流速的流量控制阀。借助简单的流量阀可以调节气溶胶的流速，从而控制混合效果和萃取效率。

特别优选的是，从进气模块输入的含气溶胶的气体与由蒸汽模块提供的蒸汽在混合室内进行混合的混合比是可调节的。通过调节混合比例可以实现最佳的混合效率和萃取效率。

例如，进入混合室的蒸汽的流量与进入混合室的含气溶胶的气体的流量之比可以在0.1-0.5的范围内。当流量比处于该范围时，在相同的温度条件下可以获得气溶胶与蒸汽的最佳混合。

此外，气溶胶收集器还可以包括收集容器，收集容器用于收集经冷凝模块冷凝的冷凝液，其中，在冷凝模块与收集容器之间可以布置有气泡传感器，用于检测冷凝液中所含气泡的比例。

借助气泡传感器可以精确计算所收集到的冷凝液的体积，从而为后续数据监测提供可靠依据。

另外，本发明还提供一种借助气溶胶收集器来收集气溶胶的方法，该方法包括：使含气溶胶的气体输入气溶胶收集器；向气溶胶收集器提供蒸汽；使从进气模块输入的含气溶胶的气体与由蒸汽模块提供的蒸汽在气溶胶收集器的混合室内混合；使经混合的含气溶胶的气体冷凝成含气溶胶的冷凝液；其中，使流入混合室的含气溶胶的气体的温度与混合室内部的温度之间的第一温差处于20-100摄氏度之间。

由此，通过对气溶胶收集器的相邻两个模块之间的分区温度控制，可以使得混合效率以及最终萃取效率达到最佳。

优选的是，该方法还可以包括使混合室内部的温度与用于冷凝经混合的含气溶胶的气体的冷凝温度之间的第二温差处于20-100摄氏度之间。通过进一步控制混合室与冷凝模块之间的第二温差，可以进一步提高混合效率以及最终萃取效率。

附图说明

图1示意性示出了根据本发明的一个实施例的气溶胶收集器的各组成元件或装置；

图2示意性示出了根据图1实施例的气溶胶收集器的气溶胶和蒸汽的流动路径；

图3A和3B分别示出了根据本发明的气溶胶收集器的在不同第一温差下随混合比变化的饱和率以及浓度生长的仿真变化曲线图；

图4示出了根据本发明的气溶胶收集器的在不同的饱和蒸汽温度下的饱和率的仿真变化曲线图；

图5示出了根据本发明的气溶胶收集器的收集效率随气溶胶体积流量变化的理论拟合曲线图；

图6示出了根据本发明的气溶胶收集器与现有技术的气溶胶收集器之间的萃取效率的差异图；

图7A-7C示出了根据本发明的气溶胶收集器与现有技术的气溶胶收集器之间的萃取效率的稳定性差异图；

图8A-8B示意性示出了根据本发明的气溶胶收集器的收集容器的两个不同的实施例；以及

图9示意性示出了根据本发明的气溶胶收集器的基于图8A的实施例的气泡传感器的电压信号。

附图标记列表：

100 气溶胶收集器；

110 进气模块；

120 蒸汽模块；

130 混合室；

140 冷凝模块；

142 冷凝盘管；

144 冷却池；

146 冷却液；

147 温度传感器；

150 收集注射器；

160 切换阀；

170 气泡传感器；

180 流量控制泵。

具体实施方式

应注意参考的附图并非都按比例绘制，而是可扩大来说明本发明的各方面，且在这方面，附图不应被解释为限制性的。

在各种行业应用中，使用热蒸气流进行气溶胶凝结已成为气溶胶收集的最佳选择方法，因为它具有广泛的采样流量范围(从1至50LPM)和极高的收集效率。因此，根据本发明的气溶胶收集器主要也是基于向气溶胶进行蒸气喷射、随后吸湿长大并进一步冷凝收集的工作原理。当将气溶胶收集器应用于在线大气检测或空气质量监控时，包含气溶胶的大气流入气溶胶收集器内，经冷凝的冷凝液可后续萃取出来进行检测分析(例如，与各种可连续分析气溶胶中化学成分的自动、半自动分析仪器相连)。

下文中，术语“收集效率”与“萃取效率”可互换，它们均是指气溶胶中的可溶成分(包括但不限于离子、病毒分子)被收集(萃取)到液体中的效率。

为了进行蒸汽喷射，本发明的气溶胶收集器100首先包括蒸汽模块120，该蒸汽模块120用于向气溶胶收集器100提供蒸汽，更具体来说是热蒸汽流。蒸汽模块120可以直接集成有蒸汽发生部件，例如电加热装置，蒸汽发生部件用于将液体、通常为水加热蒸发成蒸汽。蒸汽模块120还可以包括蒸发室，用于使水在其中进行蒸发。当然，蒸汽模块120可以并不集成有蒸汽发生部件或较大的蒸发室，而仅仅包括用于提供蒸汽的管路。即，蒸汽发生部件和蒸发室可以不属于本发明的气溶胶收集器100的一部分，而是外接的部件。

在本文中，蒸汽可以是水蒸汽，但为了更有选择性的萃取成分，也可以将水蒸汽换成其他液体蒸汽，例如正己烷等有机试剂。

在一些优选的实施例中，如图1中所示，该蒸汽模块120可以包括蒸发室和从蒸发室延伸到混合室130的蒸发管路，蒸汽管路可以包括通入混合室130的蒸汽口。该蒸发管路的末端可以设有至少一个喷嘴，提供热蒸汽流的蒸汽口由伸入混合室130的这种喷嘴来提供。

为了使气溶胶能与蒸汽进行混合，本发明的气溶胶收集器100还包括混合室130。前述蒸汽模块120应与该混合室130流体连通或者说选择性流体连通，以使水蒸汽能进入该混合室130。优选的是，水蒸汽通过蒸汽口(例如，从一侧)进入混合室130的上部。

空气中的气溶胶和水蒸气可在该混合室130内充分混合，以吸湿长大。如图1中所示，混合室130优选具有大致恒定的直径，例如呈大致圆柱形，但其形状不限于此。可选的是，混合室130的直径小于蒸发模块的蒸发室(如果有的话)的直径。

为了实现使经混合的含气溶胶的蒸汽进行冷凝，本发明的气溶胶收集器100还包括冷凝模块140。该冷凝模块140通常包括冷凝管路、尤其是冷凝盘管142或者类似的螺旋管路(参见图1)。在冷凝管路中流动的混合物可以直接空气冷却或者液体冷却。在液体冷却的情况下，可将冷凝管路至少部分地置于冷却池144(冷却池内有冷却液146)中，以对其进行快速冷却。可以理解到，当蒸汽模块使用水蒸发而提供水蒸汽时，所得的冷凝液则为冷凝水。

如图2中所示，在冷凝模块140的出口可以设置有冷凝液流出口和空气流出口。空气流出口可以接有抽气泵，该抽气泵的抽取速度可以等同(或略大于)进气模块中气溶胶的入口流速。当冷凝模块140内的冷凝效率充分时，空气流出的流速等于气溶胶的入口流速，且冷凝液流出的液体体积等于饱和蒸汽的蒸发液体体积。但当冷凝模块140内的冷凝效率不充分时，空气流出的流速大于气溶胶的入口流速，且冷凝液流出的液体体积小于饱和蒸汽的蒸发液体体积。

在下文中，将流入混合室130的气体温度(即，与热蒸汽发生混合前的气溶胶温度)称为“气溶胶温度”，将流入混合室130的热蒸汽的温度称为“(饱和)蒸汽温度”，并将冷凝模块140的混合物温度称为“冷凝温度”。

通常，在理论模拟时用的冷凝温度是冷凝模块140(或者说冷凝盘管142)的出口温度，即液体流出冷凝模块140时的温度。而在实际操作过程中，可以简单地控制整个冷凝模块140的温度，假设当混合蒸汽在冷凝模块140内充分冷却后，冷凝液的温度等于冷凝模块140的温度。

为了提高气溶胶收集器100的收集效率，本发明执行收集器内各温度的分区控制。为了更好地控制流入混合室130的气体温度(即，气溶胶温度)，本发明的气溶胶收集器100可包括进气模块110，该进气模块110用于使含气溶胶的气体输入气溶胶收集器100、尤其是以受控的温度流入气溶胶收集器100的混合室130内。优选的是，进气模块110包括通向混合室130内的进气管路以及用于对该进气管路进行降温的冷却构件或装置。例如，可以通过半导体冷却元件对进气管路内流过的含气溶胶的大气进行冷却，以使得气溶胶在进入混合室130时达到预期的温度。

除了使流入混合室130的气溶胶温度保持在特定范围内，还需要使混合室130内的温度、即气溶胶与蒸汽混合的温度达到一定要求。通过降低进气温度并且保持较高的混合温度，可以使相邻模块之间的温差达到较大值。换言之，为了使收集效率最大化，本发明将将进气模块110与混合室130调节或控制成：使流入混合室130的含气溶胶的气体(通常为空气)的温度与混合室130内部的温度之间的第一温差处于特定范围内、例如20-100摄氏度之间，优选为50-70摄氏度左右。

如上所述，通过冷却元件或装置可使进气模块110内流过的含气溶胶的大气在进入混合室130时降温到例如4-30摄氏度、尤其是10-20摄氏度左右。但应注意到，进气模块110的降温不能降低到使大气凝结的程度。还可以理解到，为了确保气溶胶在进入混合室130时的气溶胶温度达到期望值，优选的是，进气模块110或者说进气管路沿其长度可根据需要设置相应的冷却元件进行逐步冷却，以提高冷却效率。

与此同时，混合室130内的温度可以控制在40-100摄氏度之间。混合室130内的温度可以通过在混合室130外增设保温材料覆盖来维持和/或通过对混合室130进行主动加热来稳定在期望的温度范围内。

为了控制相邻的进气模块110与混合室130之间的第一温差，本发明的气溶胶收集器100可包括温度控制器，该温度控制器用于实时监测进气模块110出口(即，混合室130的入口附近)的气体温度和混合室130内部的温度，并且确保二者的第一温差稳定在某个值附近。只有当温差稳定时，气溶胶的收集效率才为最佳，否则就会大幅波动。

为了监测实时温度，本发明的气溶胶收集器100还包括多个温度传感器147，它们可以布置在例如图1中所示的各个位置处，用于监测气溶胶温度、混合室温度和冷凝温度等等。

更具体来说，当气溶胶流和蒸汽流相互混合时，首先达到超饱和点i。在该i点，根据焓和材料质量平衡方程式，温度(Ti)，相对湿度(Hi)，流量(Qi)和比热(Ci)变为：

Qi＝Qsh+Qsl

其中，Tsl是气溶胶温度，Hsl是气溶胶的相对湿度，Qsl是气溶胶的体积流量，Csl是气溶胶的比热；Tsh是蒸汽的温度，Hsh为蒸汽的相对湿度，Qsh是蒸汽的体积流量，Csh是蒸汽的比热。

当过饱和空气中存在足够数量的颗粒物(例如，PM2.5/10)时，随着冷凝的进行，i点将绝热地转变为f点。在此过程中，在气溶胶上冷凝的可冷凝蒸汽量(ΔH)为：

其中，λ是潜热。

然后，使用试验数据解出上述方程可得到图3A-3B中所示的曲线图。可以看出，第一温差越大意味着更多蒸汽冷凝到气溶胶并且加强了气溶胶的增长。如图3A-3B中所示，在一些实施例中，当蒸汽温度达到80摄氏度，而气溶胶温度仅为10摄氏度时，可以在低混合比区内获得较高的饱和率。

此外，由图4可见，当蒸汽流的参数(即，Tsh、Hsh、Qsh和Csh)相同且Tsf固定时，气溶胶温度Tsl越低，则温差越大，由此导致饱和率越高。在气溶胶温度低于15摄氏度时，饱和蒸汽温度为80摄氏度时比90摄氏度时获得更高的饱和率，但在气溶胶温度大于等于15摄氏度后，则呈现相反的趋势。

在更优选的实施例中，除了控制相邻的进气模块110与混合室130之间的第一温差，还可以控制相邻的混合室130与冷凝模块140之间的第二温差，例如也为20-100摄氏度、优选为50-70摄氏度。例如，当冷凝模块140采用液体冷却方式来冷却冷凝管路时，可以将冷凝温度控制到4-20摄氏度。

可以理解到，上文的温度控制器也可以用于保持第二温差的稳定，以进一步提高收集效率。

根据本发明，蒸汽口或称蒸汽喷射口的物理参数对于收集效率的提高也有相当作用。

具体来说，当混合室130的内径与蒸汽口(例如由蒸汽管路的末端的喷嘴提供)的直径之比在10-30的范围、优选为10-25的范围内。例如，当混合室130内内径为12mm时，我们通过仿真证明蒸汽口的开孔直径在0.5mm到1.1mm时，会达到有较好的混合效果，而混合效果的好坏则与收集效率直接相关。

另外，根据本发明，在混合室130内，气溶胶的流入流量和热蒸汽流的流入量之间的比例、也称混合比对于收集效率的提高也起到作用。换言之，从进气模块110输入的含气溶胶的气体与由蒸汽模块120提供的蒸汽在所述混合室130内进行混合的混合比优选是可调节的。在此，术语“混合比(例)”可以是指流量比、例如体积流量比。

为此，本发明的气溶胶收集器100的进气模块110向混合室130内提供的含气溶胶的大气流速设置成可调节变化的。例如，进气模块110可以包括用于调节气体流速的流量控制阀或者其它合适的流体装置。在优选的实施例中，布置在混合室130进气口前的流量控制阀、例如借助一个比例阀可将进气流量控制在1-3升/分钟。由于进气流量的可调节性，可以适应不同的气溶胶浓度范围，可以使气溶胶与蒸气更好的混合，进而提高离子萃取效率。

从图5中所示的理论拟合曲线图来看，收集效率也随气溶胶的体积流量Qsl(单位：升/分钟)而变化，具体来说是随气溶胶的体积流量增大而降低。

此外，蒸汽作为一股强大的射流离开喷嘴，它会在混合室130内产生非常强的湍流。高湍流度提供了必要的快速混合蒸汽，从而在大部分水损失在混合室130的壁上之前，使气溶胶就已经过饱和。术语“必要的快速混合蒸汽”的定义可以描述为基于不同温度组合的最佳混合比Rh为0.1～0.5。具体来说，以如下公式来计算混合比(假设蒸汽和含气溶胶的气体总流量为3升/分钟)：

在一个具体的示例中，将该公式转化成摩尔分子控制(即，代入水蒸汽和空气的分子量和密度值)：

换言之，通过调节进气流量以及蒸汽流量，可以使得进入混合室130的蒸汽的流量与进入混合室130的含气溶胶的气体的流量之比在0.1-0.5的范围、优选为0.1-0.3的范围内。

在图6和7中，左侧曲线分别示出了根据本发明改进后的气溶胶收集器100的测试数据，而右侧曲线分别示出了根据现有技术的气溶胶收集器的测试数据。

具体来说，在图6中，对PM2.5中的离子进行测量期间记录了冷凝液的体积，共计50个小时。前24小时的数据是通过根据本发明的气溶胶收集器100及方法获得的(试验参数：气溶胶温度、混合室130温度和冷凝温度分别为25、70和10摄氏度，蒸汽口的直径和混合室130的最大直径分别为0.8mm和12mm)。在现有技术的气溶胶收集器的情况下(例如，没有分区温度控制)获取了最后24小时的数据。如果收集了所有液体，则冷凝液的总体积应为4ml。数据表明，通过本发明的气溶胶收集器100，提取效率从75％(3ml/4ml)提高到98％(3.95ml/4ml)。

在图7A-7C中，在试验中分别收集了PM2.5中的硫酸根、硝酸根和氯离子，共计48小时。前24小时数据(即，垂直线的左侧)是通过根据本发明的气溶胶收集器100及方法(试验参数：气溶胶温度、混合室130温度和冷凝温度分别为25、70和10摄氏度，蒸汽口的直径和混合室130的直径分别为0.8mm和12mm)获取的。在现有技术的气溶胶收集器的情况下(例如，没有分区温度控制)获取了第二个24小时数据(即，垂直线的右侧)。由图7A-7C可知，根据本发明的气溶胶收集器100的离子平稳变化，而不会出现尖峰浓度，从而证明本发明能够稳定离子提取效率。

此外，本发明的气溶胶收集器100还可以包括位于冷凝模块140下游的收集容器。在本发明中，术语“上游”和“下游”都是针对气溶胶在气溶胶收集器100中的流动方向而言的。

通常，气溶胶和蒸汽的混合物在冷凝模块140中冷凝的过程中总会无法避免地产生气泡。尽管如上所述，冷凝模块140的出口可设有冷凝液流出口和空气流出口。但当气液分离效果不好时，则会有气泡从冷凝液流出口随冷凝液一同流出。或者，当冷凝模块140内还未有冷凝液时，后端的注射器就开始抽冷凝液时，空气或气泡就会进入到冷凝液管路。

在冷凝模块140下游的收集容器通常具有预设容积，例如4毫升。例如，离子色谱(IC)仪器会使用固定的注射器体积作为收集的样品量来计算离子浓度，这会在产生气泡时降低仪器测量的准确性和可重复性。在此情况下，如果不对收集容器内的冷凝液进行液量检测，则通常无法获得最终的准确分析。

为此，本发明的气溶胶收集器100在冷凝模块140与收集容器之间的管路上还布置有至少一个气泡传感器170(例如，光学或超声波传感器)，用于自动检测流经该管路的冷凝液中是否存在气泡。这可以通过气泡与液体之间的不同的电压值来予以区分，如图9中所示。当通过的冷凝液的流量在一段时间内保持稳定时，可以通过检测到气泡的累计时长、检测期间的冷凝液总量、气泡压缩性等参数来确定除去气泡后的冷凝液量(以体积计算)。

为了获得较为稳定的冷凝液流量(体积/时间)，在一些实施例中，收集容器优选为收集注射器150(参见图8A)。采用收集注射器150的优势在于既可以抽取冷凝液进行收集，也可以根据需要将冷凝液推出到后续其它装置中。有利地，该收集注射器150可以与致动器(例如，自动推拉装置)和/或对应的控制装置(例如，控制泵)相关联，从而以恒定的速度进行抽或推的动作，确保以大致恒定速度抽取冷凝液或者以大致恒定速度将冷凝液推出。

在一个具体示例中，4毫升体积的收集注射器150以1毫升/分钟的速度抽取冷凝液。气泡传感器170用于在此时间范围内自动检测气泡的存在或管路中液体的不完全填充，然后可以据此计算出实际的填充液量。由于气泡和空气始终位于收集注射器150的顶部，因此可以将检测时间限制为开始的2分钟，以提高监测效率。最终体积可以通过气泡出现的时间和收集注射器150提供的流量来计算，同时还可以考虑气泡的压缩比作为校准值。

在上述实施例中，还可以在冷凝模块140与收集注射器150之间布置有切换阀160(例如，多通阀)，从而提供将冷凝液从冷凝模块140吸入收集注射器150内以及将冷凝液从收集注射器150推出到后续其它装置的可能性。

替代地，也可以不采用收集注射器150，而是在冷凝模块140与收集容器之间、优选在气泡传感器170之前布置有流量控制泵180(参见图8B)，以用于控制流入收集容器的体积流量，从而同样确保稳定的流量下对气泡出现时长或者所占比例的精确计算。但也可以将流量控制泵180布置在气泡传感器之后的合适流路上。

尽管在各附图中参照了蒸汽喷射气溶胶收集装置的实例来描述了本发明的各种实施例，但应当理解到，本发明的范围内的实施例可应用至具有相似结构和/或功能的其它类型的气溶胶收集装置中等。

前面的描述已经给出了许多特征和优点，包括各种替代的实施方式，以及装置和方法的结构和功能的细节。本文的意图是示例性的，并不是穷尽性的或限制性的。

对于本领域的技术人员来说显然可对由所附权利要求所表达的术语的宽泛上位含义所指示的全部范围内做出各种改型，尤其是在结构、材料、元素、部件、形状、尺寸和部件的布置方面，包括这些方面在此处所描述的原理范围内的结合。在这些各种改型未偏离所附权利要求的精神和范围的程度内，意味着它们也包含于此。

Claims (14)

1.一种气溶胶收集器，其特征在于，所述气溶胶收集器(100)包括：

进气模块(110)，所述进气模块(110)用于使含气溶胶的气体输入所述气溶胶收集器(100)；

蒸汽模块(120)，所述蒸汽模块(120)用于向所述气溶胶收集器(100)提供蒸汽；

混合室(130)，从所述进气模块(110)输入的所述含气溶胶的气体与由所述蒸汽模块(120)提供的所述蒸汽在所述混合室(130)内混合；

冷凝模块(140)，所述冷凝模块(140)用于使经混合的所述含气溶胶的气体冷凝成含气溶胶的冷凝液；

其中，将所述进气模块(110)与所述混合室(130)设置成：使流入所述混合室(130)的所述含气溶胶的气体的温度与所述混合室(130)内部的温度之间的第一温差处于20-100摄氏度之间。

2.如权利要求1所述的气溶胶收集器，其特征在于，将所述冷凝模块(140)与所述混合室(130)设置成：使所述混合室(130)内部的温度与用于冷凝经混合的所述含气溶胶的气体的冷凝温度之间的第二温差处于20-100摄氏度之间。

3.如权利要求2所述的气溶胶收集器，其特征在于，还包括温度控制器，所述温度控制器构造成保持所述第一温差和/或所述第二温差稳定。

4.如权利要求1所述的气溶胶收集器，其特征在于，所述进气模块(110)包括供所述含气溶胶的气体流入的进气管路以及对所述进气管路进行冷却的冷却元件。

5.如权利要求2所述的气溶胶收集器，其特征在于，所述冷凝模块(140)包括冷凝管路和冷却池(144)，经混合的所述含气溶胶的气体经所述冷凝管路流出所述气溶胶收集器(100)，所述冷凝管路至少部分地借助所述冷却池(144)中的冷却液进行冷却。

6.如权利要求1-5中任一项所述的气溶胶收集器，其特征在于，所述蒸汽模块(120)包括通入所述混合室(130)的蒸汽口，所述混合室(130)的内径与所述蒸汽口的直径之比在10-30的范围内。

7.如权利要求6所述的气溶胶收集器，其特征在于，所述蒸汽模块(120)包括蒸发室和从所述蒸发室延伸到所述混合室(130)的蒸发管路，所述蒸发管路的末端设有喷嘴，所述蒸汽口由伸入所述混合室(130)的所述喷嘴来提供。

8.如权利要求1-5中任一项所述的气溶胶收集器，其特征在于，所述进气模块(110)向所述混合室(130)内提供的所述含气溶胶的气体的流速设置成可变的。

9.如权利要求8所述的气溶胶收集器，其特征在于，所述进气模块(110)包括用于调节所述流速的流量控制阀。

10.如权利要求1-5中任一项所述的气溶胶收集器，其特征在于，从所述进气模块(110)输入的所述含气溶胶的气体与由所述蒸汽模块(120)提供的所述蒸汽在所述混合室(130)内进行混合的混合比是可调节的。

11.如权利要求10所述的气溶胶收集器，其特征在于，进入所述混合室(130)的蒸汽的流量与进入所述混合室(130)的所述含气溶胶的气体的流量之比在0.1-0.5的范围内。

12.如权利要求1-5中任一项所述的气溶胶收集器，其特征在于，还包括收集容器，所述收集容器用于收集经所述冷凝模块(140)冷凝的冷凝液，其中，在所述冷凝模块(140)与所述收集容器之间布置有气泡传感器(170)，用于检测冷凝液中所含气泡的比例。

13.一种借助气溶胶收集器来收集气溶胶的方法，其特征在于，所述方法包括：

使含气溶胶的气体输入所述气溶胶收集器(100)；

向所述气溶胶收集器(100)提供蒸汽；

使从所述进气模块(110)输入的所述含气溶胶的气体与由所述蒸汽模块(120)提供的所述蒸汽在所述气溶胶收集器(100)的混合室(130)内混合；

使经混合的所述含气溶胶的气体冷凝成含气溶胶的冷凝液；

其中，使流入所述混合室(130)的所述含气溶胶的气体的温度与所述混合室(130)内部的温度之间的第一温差处于20-100摄氏度之间。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述混合室(130)内部的温度与用于冷凝经混合的所述含气溶胶的气体的冷凝温度之间的第二温差处于20-100摄氏度之间。

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