CN201707244U - 一种大气冷凝水采样器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大气冷凝水采样器，由送风系统和制冷系统构成，送风系统中包括气体稳流阀和空气过滤器；制冷系统中包括蒸发器，蒸发器后方平行固定一块四周留有一定缝隙的保温挡板，蒸发器一端依次连接时间继电器和压缩机，另一端连接毛细管，连接于冷凝器两端形成回路，冷凝器后设置有风机，蒸发器下方设置有出水管道。本实用新型能高效采集大气中已除去核膜态颗粒物的冷凝水和用于考察空气中水分酸性乃至酸雨情况和模拟降水和雾的作用，可以采集大气中已除去核膜态颗粒物的冷凝水，通过分析冷凝水从而可以得知大气水分中所含的污染成分与颗粒物中污染成分的差异情况，进而对人类的健康提供参考指标。

Description

一种大气冷凝水采样器

技术领域

本实用新型涉及一种采样器，尤其涉及一种大气冷凝水采样器。

背景技术

从目前国内外现有技术设备来看，为了能检测出空气中水溶性物质的化学成分和评价其与大气环境质量的关系，探明大气气溶胶(如硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶等)化学特性，许多研究采用的仍是常规的比如除湿机、雾水采集器、八级采样器等，其中如雾水采集器采集雾水时，对气象因素要求苛刻，基本上只能在雾多且浓厚的山区进行采样检测；雨水采集同样也只能在雨天进行，这样就极大地限制了对许多大中型城市进行大气环境检测。常规的被动式的冰冷法和主动式的利用除湿机冷凝法均只能粗略地采集空气中含TSP的所有颗粒物在内的水分，并且不能精确定量采气体积以及易受天气因素影响，从而使所得指标数据不具说服力。

实用新型内容

为了克服传统采样器被动式和主动式的采集选择性低、且只能采集包含大气中颗粒物在内的水分和受制于温湿度等气象因素等缺陷，本实用新型目的在于提供一种大气冷凝水采样器。

本实用新型提出的大气冷凝水采样器，由送风系统和制冷系统构成，送风系统包括气体稳流阀1和空气过滤器2；制冷系统包括蒸发器3、保温挡板4、时间继电器5、压缩机6、冷凝器7、毛细管8和风机9，蒸发器3后方平行固定一块四周留有一定缝隙的保温挡板4，蒸发器3一端依次连接时间继电器5、压缩机6，冷凝器7和毛细管8，毛细管8另一端连接蒸发器3另一端，形成回路，冷凝器7后设置有风机9，蒸发器3下方设置有出水管道10。

本实用新型中，蒸发器3盘管为缠绕排布方式，沿着空气流入方向螺旋向后排布，且螺旋直径沿着气流方向逐渐缩小，相邻两平行盘管之间留5mm的空隙。

本实用新型中，冷凝器7盘管为S型排布。

本实用新型中，空气过滤器2和蒸发器3之间接有气体稳流阀。

本实用新型中，装置外表包裹有铝箔纸。

本实用新型是在大气雾水采集器、大气颗粒物采集器和除湿机基础上进行改组创新，在采集器空气进样口处利用HEPA/ULPA(High efficiency particulate air Filter/Ultra lowpenetration air filter)高超/空气过滤器优先过滤空气(以强力风机来保证足够空气进入量和气流通畅)，除去大气中粒径大于3nm的核模态颗粒物，已过滤的空气被分散接触蒸发器盘管群上，在过滤头与蒸发器盘管群之间可以连接气体稳流阀确保气流稳定。通过重排除湿机蒸发器盘管和冷凝器盘管布局，采用时间继电器控制蒸发器与冷凝器工作时间。该种创新能在各种天气条件下高效采集大气中已滤去制定核模态颗粒物的冷凝水和用于考察空气中水分酸性(乃至酸雨)规律和模拟降水及雾的作用，不仅可解决采集空气中不含颗粒物的冷凝水的问题，同时可以保证冷凝水采集量满足分析要求，以及精确定量采气体积和密闭性问题等。

本实用新型的有益效果在于：

(1)利用除湿机工作原理，重新布局蒸发器和冷凝器盘管，利用时间继电器合理控制制冷时间，从而大大改善了仪器对冷凝水的采集效率；

(2)利用铝箔纸包裹整个仪器外表，从而改善了仪器的密闭性能；

(3)利用HEPA/ULPA高效空气颗粒物过滤器过滤掉空气样品中的颗粒物，从而可从空气中提取出未溶入颗粒物的水分，进而可以揭示出大气气溶胶的化学特性；同时起到模拟类雾霜、降水等天气状况的作用；HEPA/ULPA空气过滤器对大于等于3nm的微粒、烟雾和微生物等尘埃粒子的过滤效率达到99.9999％以上，空气透过率为40％-50％；

(4)利用铝塑保温挡板，可有效使透过过滤器的空气充分分散降速并与蒸发器接触，保证了气体能够充分冷凝，从而大大提高了冷凝效率。此外，保温挡板还能耐高低温和腐蚀，有效地避免了在接触冷凝水和加热过程中对挡板材料产生的电化学腐蚀现象；

(5)本实用新型冷凝水采样器不仅可以根据实际天气如温湿度调节压缩机工作时间差以控制采液量，也可以通过冷凝开关调节(分通风档、中制冷档和强制冷档三档)以增强仪器对不同天气的适应性；

(6)本实用新型冷凝水采样器与雾水采集器和除湿机等相比较，结构和操作稍显复杂，但易加工且成本较低，适用于不同天气情况下的大气环境监测。开创了一种新的监测大气环境的手段，补充了现阶段大气监测手段的单一化弊端，有利于从多方面考究大气气溶胶的细致化学机理，进一步促进了大气观测方法的标准化、规范化及成果的产业化。

附图说明

图1是大气冷凝水采样器的结构示意图。

图中标号：1为气体稳流阀，2为空气过滤器，3为蒸发器，4为保温挡板，5为时间继电器，6为压缩机，7为冷凝器，8为毛细管，9为风机，10为出水管道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1：

本实用新型空气过滤器2选用HEPA/ULPA高效空气颗粒物过滤器过滤掉空气中的粒径大于3nm的颗粒物，以强力风机为抽气动力，在紧靠蒸发器3盘管(其缠绕排布方式为沿着空气流入方向螺旋向后排布，且螺旋直径沿着气流方向逐渐缩小，任意两平行盘管之间留5mm的空隙，以便气体流过)的后方平行固定一块保温挡板4(挡板周围均留有一定缝隙，以便已与蒸发器充分接触后的冷空气可绕过此保温板输送到后方的出气口)，使已过滤的空气充分分散降速并与蒸发器3接触冷凝，在空气过滤器2和蒸发器3之间接上气体稳流阀以稳定气流速度，利用时间继电器5控制蒸发器3和冷凝器7的工作时间，蒸发器3工作15分钟后自动切换至冷凝器7工作状态，此时冷凝冰结在蒸发器3盘管上的水珠和冰晶开始融化，冷凝器7工作时间为50秒，在蒸发器3下方设置一出水管道10，用于盛接冷凝水(如图1)。因此，通过改组后，采取的空气冷凝水样品已排除了颗粒物的干扰，从而可以准确地反映大气冷凝水中化学组分的特征。

本实例中所用的空气过滤器2是TSI公司生产的HEPA高效空气颗粒物过滤器，风机9和压缩机6功率分别为150W和900W，保温挡板4是铝塑板，气体稳流阀是WLF-1A型，时间继电器5是EOPLE TYPE ST3P型。

本实用新型的具体使用过程如下：

1.准备阶段：打开采样器开关至通风档，让其工作2min以疏通仪器内部残存的灰尘等杂物并检查气路的通畅性，此后依次换至中制冷档和强制冷档(中间时间间隔1min)，前两次所得的冷凝水用做清洗仪器用，不作为样品；

2.工作阶段：制冷档打开后，环境中的湿润空气就会从进气口进入WLF-1A型气体稳流阀(预先设定好流速，此后只用记录下采样时间就能很快计算出总的采气量)，然后气体被导入HEPA高效空气颗粒物过滤器(去除空气中的颗粒物)，进而已过滤的空气分散接触到蒸发器盘管群，由于铝塑保温挡板的存在，空气在保温档板左侧的空腔内循环流动(如图1)以保证了空气的充分冷凝，剩余的空气会由于后方风机的作用而绕过挡板四周排到冷凝器盘片上，进而由排风口排出。

3.收集样品并分析：在采样器自动换至冷凝器工作后即可打开出水口盛接液体样品，进而作出分析。

实施例2

采用两台同样的本实用新型采样器，其中一台不连接HEPA高效空气颗粒物过滤器作为对照组，另外一台为实验组，同时打开两台仪器。在环境温度为25℃，RH为80％时，采样器正常工作一个循环后，实验组采集到样品52mL，对照组收集到的样品为90mL。结果发现采用改进后的本采样器采集的样品量比传统的冰冷法和主动式的冷凝法都要高出许多倍。

同样的类似实验，在不同天气条件下进行采样测试，采集效率均比传统方法要高很多。

Claims (5)

1.一种大气冷凝水采样器，由送风系统和制冷系统构成，其特征在于：送风系统中包括气体稳流阀(1)和空气过滤器(2)；制冷系统中包括蒸发器(3)、保温挡板(4)、时间继电器(5)、压缩机(6)、冷凝器(7)、毛细管(8)和风机(9)，蒸发器(3)后方平行固定一块四周留有缝隙的保温挡板(4)，蒸发器(3)一端依次连接时间继电器(5)、压缩机(6)，冷凝器(7)和毛细管(8)，毛细管(8)另一端连接蒸发器(3)另一端，形成回路，冷凝器(7)后设置有风机(9)，蒸发器(3)下方设置有出水管道(10)。

2.根据权利要求1所述的大气冷凝水采样器，其特征在于蒸发器(3)盘管为缠绕排布方式，沿着空气流入方向螺旋向后排布，且螺旋直径沿着气流方向逐渐缩小，任意两平行盘管之间留5mm的空隙。

3.根据权利要求1所述的大气冷凝水采样器，其特征在于冷凝器(7)盘管为S型排布。

4.根据权利要求1所述的大气冷凝水采样器，其特征在于空气过滤器(2)和蒸发器(3)之间接有气体稳流阀。

5.根据权利要求1所述的大气冷凝水采样器，其特征在于大气冷凝水采样器外表包裹有铝箔纸。

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