CN203705221U - 用于监测颗粒的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于监测包括气溶胶的通道(11)或空间中的颗粒(54)的装置(1)。装置(1)包括进气室(4)；喷射器(24)；气体供应装置(6，16，18)，其设置为经由进气室(4)将基本不含颗粒的气体流(C)供应给喷射器(24)；以及至少一个样品入口(2)，其设置为借助于由气体供应装置(6，16，8)和喷射器(24)提供的吸力将样品气溶胶流(A)从通道(11)或空间提供给进气室(4)。装置(1)还包括样品供应通道(5)，其设置在样品入口(2)与进气室(4)之间，用于将样品气溶胶混合到基本不含颗粒的气体流(C)。样品供应通道(5)设置为至少部分地沿基本不含颗粒的气体流(C)的相反方向引导样品气溶胶流(A)。
Description
本实用新型涉及一种用于监测颗粒的装置，并特别涉及一种用于监测包括气溶胶的通道或空间中的颗粒的装置。
背景技术
在许多工业过程和燃烧过程中形成微粒。此外，微粒存在于在管道和通风系统中以及在室内空间中流动的呼吸空气中。由于各种原因，监测这些微粒。由于微粒的潜在健康影响，以及为了工业过程和燃烧过程的监测操作，可能进行微粒监测。为了监测空气质量，还测量通风系统中的微粒。监测微粒的另一原因是在工业过程中越来越多地使用和产生纳米尺度的颗粒。以上原因需要可靠的微粒监测设备和方法。
在文献WO2009109688A1中描述了一种用于监测微粒的现有技术方法和装置。在这个现有技术方法中，清洁的、基本不含颗粒的气体提供给装置，并作为主流体经由进气室引导到设置在装置内的喷射器。清洁气体在提供给进气室之前和提供给进气室期间被进一步电离。电离的清洁气体可以音速或接近音速的速度优选地供应给喷射器。清洁气体的电离可例如使用电晕充电器来进行。进气室还设置有样品入口，样品入口设置为与包括具有微粒的气溶胶的通道或空间流体连通。清洁气体流和喷射器一起对样品入口产生吸力，以便从管道或空间到进气室形成样品气溶胶流。因此，样品气溶胶流设置为喷射器的侧流。电离的清洁气体使颗粒充电。带电颗粒可能进一步被引导回包含气溶胶的通道或空间。因此，通过监测由带电粒子携带的电荷来监测气溶胶样品的微粒。使用离子阱进一步去除可去除的自由离子。
微粒监测装置的一个重要需求是可靠操作和有效操作。此外，还优选这些微粒监测装置可以低能耗操作，并可连续操作，以实时进行微粒测量。
令人意外地发现，现有技术微粒测量装置的一个问题是，样品气溶胶流的颗粒的低效率充电。因为基本不含颗粒的电离气体到喷射器的速度很高，所以仅存在有限的时间使样品气溶胶流的颗粒充电。样品气溶胶流颗粒的低效率充电导致颗粒的不可靠测量。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种装置，以克服或至少减轻现有技术的缺点。本实用新型的目的是通过一种装置实现的，该装置包括进气室；喷射器；气体供应装置，所述气体供应装置设置为经由进气室将基本不含颗粒的气体流供应给喷射器；以及至少一个样品入口，所述样品入口设置为借助于由气体供应装置和喷射器提供的吸力将样品气溶胶 流从通道或空间提供给进气室，其中，所述装置还包括设置在样品入口与进气室之间的样品供应通道，用于将样品气溶胶混合到基本不含颗粒的气体流，并且样品供应通道设置为至少部分地沿基本不含颗粒的气体流的相反方向引导样品气溶胶流。
本实用新型是基于提供一种装置的思想，所述装置用于监测包括气溶胶的通道或空间中的颗粒，在该装置中，样品气溶胶基本作为与基本不含颗粒的气体相反的逆流供应给装置。换句话说，样品气溶胶流至少部分地沿基本不含颗粒的气体流的相反方向导引，用于将样品气溶胶混合到基本不含颗粒的气体流。样品气溶胶可直接沿基本不含颗粒的气体流的相反方向或与基本不含颗粒的气体流成一角度引导。因此，样品气溶胶流供应到装置，并朝向基本不含颗粒的电离气体流，以使样品气溶胶的流动方向具有沿基本不含颗粒的电离气体流的相反方向的流动分量。
在一个优选实施例中，样品供应通道设置为与基本不含颗粒的气体流成小于45°的角引导样品气溶胶流。
在另一优选实施例中，样品供应通道设置为与基本不含颗粒的气体流成小于30°的角引导样品气溶胶流。
本实用新型的目的是通过一种包括设置在样品入口与进气室之间的样品供应通道的装置实现的。样品供应通道设置为至少部分地沿基本不含颗粒的气体流的相反方向将样品气溶胶流供应到进气室。样品供应通道可设置在装置的本体内。在一个实施例中，样品供应通道设置在进气室内。样品供应通道可由装置的本体和喷射器形成，或它可以是单独的管道。
本实用新型的优点在于，至少部分地沿关于基本不含颗粒的电离气体流的相反方向引导样品气溶胶流提供了样品气溶胶与基本不含颗粒的电离气体流的有效混合。样品气溶胶流与基本不含颗粒的电离气体流的有效混合增强并加速了样品气溶胶流颗粒的充电。这确保了样品气溶胶的所有颗粒都带电。因为颗粒监测装置的操作是基于使样品气溶胶流的颗粒充电。因此，样品气溶胶流颗粒的有效可靠充电将增强装置的操作，并提供可靠正确的测量结果。
附图说明
在下文中将结合优选实施例，参照附图详细地描述本实用新型，其中
图1是用于监测微粒的装置的一个实施例的示意图；以及
图2是用于监测微粒的装置的另一实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出用于监测微粒，特别是具有小于1ìm的直径的颗粒，的装置的一个实施例。装置包括本体17，样品气溶胶流被导引到本体17内，用于监测或测量微粒。装置1连接到气溶胶管道11，在气溶胶管道11内是气溶胶流F。因此，装置1设置为监测气溶胶流F中的微粒。气溶胶管道可以是工业过程的排气管道或通风管道。替代地，气溶胶管道可以是包括气溶胶的任何空间或具有气溶胶流F的任何管道或通道。
装置1包括用于将样品气溶胶流A导引到装置1中的样品入口2。样品入口2与气溶胶管道11和装置1的内侧流体连通。装置1优选地还包括样品出口10，通过样品出口10，已分析的样品气溶胶流B从装置1排出。在图1的实施例中，已分析的样品气溶胶B返回到气溶胶管道11。样品出口10还可设置为将已分析的样品气溶胶B直接引导到环境大气或某些其他位置。因此，装置1不收集或储存样品气溶胶A。在替代实施例中，装置还可包括样品入口装置2，样品入口装置2包括一个或多个样品入口。此外，装置还可包括样品出口装置10，样品出口装置10包括一个或多个样品出口。在图1中，样品入口2和样品出口10示为短通道，但在替代实施例中，样品入口2和样品出口10可仅是设置在装置1的本体17的开口。
装置1包括进气室4，并且样品入口2设置为提供气溶胶管道11与进气室4之间的流体连通。装置还包括用于将清洁的不含颗粒的气体C供应给进气室4的气体供应装置。气体供应装置包括气体供应连接器18，经由气体供应连接器18，可从气体源带来清洁气体。气体可在过滤器等中清洁，以从气体基本去除颗粒。清洁气体可以是空气或某些其他适合的气体。清洁气体可从气体源供应给温度调节器，温度调节器可加热空气或冷却空气。电磁阀可切换为将气体供应给流量控制器，以使清洁气体流C可设置为希望的值。流量控制器可以是，例如可调阀、临界孔、流量计、质量流量控制器等。流量控制器可连接到过滤器，过滤器从压缩气体基本去除颗粒，以使压缩气体中的颗粒浓度显著低于样品气溶胶流A中的颗粒浓度。然后，清洁气体通过气体供应连接器18供应给测量装置1。
装置1还包括清洁气体供应通道16，通过清洁气体供应通道16，清洁气体供应给装置1的进气室4。清洁气体供应通道包括在进气室4中开口的喷嘴头6。清洁气体供应装置还设置有电离装置14，电离装置14用于在将清洁气体从喷嘴头6供应给进气室4之前或期间电离至少一部分清洁气体。在图1的实施例中，电离装置是在清洁气体供应通道16中延伸的电晕针14。喷嘴头6和电晕针14有利地设置为电晕针14基本上延伸到喷嘴头6的附近。这有助于电晕针14保持清洁，并提高离子产量。电晕针14通过一个或多个电绝缘体20与清洁气体流动通道和装置1的本体17隔离。根据以上所述，气 体供应通道16设置为将基本不含颗粒的电离气体流C提供给进气室4。
装置还设置有喷射器24。喷射器24包括因此形成缩放流动通道的缩放喷嘴24、喷射器24的咽喉部8。喷射器24是泵状装置，其利用缩放喷嘴的文丘里效应，将主流体流的压力能转换成动能，其产生引进并携带用于侧流体流的吸力的低压区。主流体流和侧流体流在喷射器24中至少部分地混合。主流体流和侧流体流通过喷射器入口7供应给喷射器咽喉部8。在经过喷射器24的咽喉部8之后，混合的流体膨胀，并且速度降低，这导致通过将动能转换回压力能使混合的流体再压缩。在替代实施例中，装置还可包括一个或多个清洁气体供应通道16、电晕针14和喷射器24。
在图1的实施例中，基本不含颗粒的电离气体流C作为主流供应给喷射器的咽喉部8。因此，清洁气体供应通道16和喷嘴头6设置为以高速将基本不含颗粒的气体流C供应给咽喉部8。基本不含颗粒的气体流C的速度优选地是音速或接近音速。在喷射器24中，基本不含颗粒的气体流C形成对样品入口2的吸力，以使样品气溶胶流A可吸入进气室4中。样品气溶胶流A形成喷射器24的侧流。样品气溶胶流A的流速基本上只取决于喷射器24的几何形状和基本不含颗粒的电离气体流C的流速。在优选实施例中，主流C与侧流A的比很小，优选小于1:1，更优选小于1:3。根据以上所述，不需要将样品气溶胶流A主动供应给装置1，而是可通过借助于清洁气体供应装置和喷射器24吸入。
基本不含颗粒的电离气体流C和样品气溶胶流在进气室4中和喷射器24中混合，以使样品气溶胶流A的颗粒在混合过程中通过电离的清洁气体流C带电。装置1还包括离子捕获室22。离子捕获室22包括离子阱12，离子阱12用于去除未附着到样品气溶胶流A的颗粒上的离子。离子阱12设置有用于去除所述自由离子的采集电压。用于捕获自由离子的电压取决于装置1的设计参数，但典型的离子阱12电压是10V-30kV。还可调整离子阱12电压，以去除核模式颗粒或甚至积累模式中的最小颗粒。
混合在一起的样品气溶胶和基本清洁的气体通过出口10与样品气溶胶的电离颗粒一起从装置1排出。出口10设置为与离子捕获室22流体连通，用于将排出流B排出装置1。出口10可设置为将排出流B供应回气溶胶管道11或环境大气或某些其他位置。
通过测量由样品气溶胶A的带电颗粒携带的电荷来监测气溶胶管道11中的气溶胶F的颗粒。在优选实施例中，通过测量与带电颗粒一起从装置1逃逸的电荷来监测气溶胶F的颗粒。由带电颗粒携带的电荷的测量可通过许多替代方式测量。在一个实施例中，通过测量从样品出口10逃逸的净电流来测量由带电颗粒携带的电荷。为了能测量最小电流，典型地在pA水平下，整个装置1与环境系统隔离。静电计可组装在隔离的装置（即，本体17的壁中的点）与环境系统的地面点之间。通过这种设置，静电计可测量与电离颗 粒一起从隔离的装置1逃逸的电荷。换句话说，这种设置测量逃逸的电流。
在本实用新型中，通过至少部分地沿基本不含颗粒的气体流C的相反方向将样品气溶胶流C供应给进气室4来增强基本不含颗粒的电离气体流和样品气溶胶在进气室4中的混合。因此，装置1设置有样品供应通道5。在图1中，样品供应通道5设置为基本沿基本不含颗粒的气体流C的相反方向将样品气溶胶供应给进气室4。如图1所示，样品供应通道5基本与喷射器咽喉部8和清洁气体供应通道16平行地延伸。因此，样品气溶胶作为基本不含颗粒的电离气体流C的逆流，沿箭头D的方向供应给进气室4。
如图1所示，样品供应通道5设置在样品入口2与进气室4之间。当样品气溶胶和基本不含颗粒的电离气体沿相反方向流动时，这种设置提供了它们在进气室4中的有效混合。在图1的实施例中，样品入口2设置在喷嘴头6的下游，并且样品供应通道5沿清洁气体供应通道16的相反方向从样品入口2延伸。此外，样品入口2设置在喷射器入口7的下游，并且样品供应通道5沿基本不含颗粒的气体流C的流动方向，基本在样品入口2与喷射器入口7之间延伸。在图1的实施例中，样品供应通道5设置在装置的本体17内。样品供应通道还可设置为至少部分地在进气室4内。图1的样品供应通道由装置的本体17的侧壁和喷射器24的结构形成。然而，样品供应通道还可通过设置在装置1的本体17内或进气室4内的单独导管、管等设置。
图2示出本实用新型的另一实施例，其中，至少部分地沿基本不含颗粒的气体流C的相反方向，或换句话说，与基本不含颗粒的气体流C成角度地供应样品气溶胶。在一个实施例中，以与基本不含颗粒的气体流C的流动方向成小于45°的角将样品气溶胶流供应给进气室4。在另一实施例中，以与基本不含颗粒的气体流C的流动方向成小于30°的角将样品气溶胶流供应给进气室4。上述角度必须足够小，并且样品供应通道设置为基本不含颗粒的电离气体流C不由于基本不含颗粒的电离气体的流动在样品供应通道5中引起太高的压力。这意味着，基本不含颗粒的电离气体流可不渗入样品供应通道中。这确保了保持从气溶胶流动通道到装置的吸力。如图2所示，样品供应通道5沿箭头D的方向，以一角度朝向基本不含颗粒的电离气体流C引导样品气溶胶流，以使流体有效地混合，并使样品气溶胶的颗粒带电。这提供了样品气溶胶颗粒的快速电离。
如图2所示，样品供应通道朝向基本不含颗粒的气体流C提供至少部分反向流动的样品气溶胶。如图2所示，这是通过将样品供应通道5设置为以关于喷射器咽喉部8、或基本不含颗粒的电离气体流C或清洁气体供应通道16成小于45°，优选小于30°的角延伸来实现的。在图2的实施例中，样品入口2设置在喷嘴头6的下游，并且样品供应通道5沿清洁气体供应通道16的相反方向以一角度从样品入口2延伸。此外，样品入口2设置在喷射器入口7的下游，并且样品供应通道5基本在样品入口2与喷射器入口 7之间延伸。在图2的实施例中，样品供应通道5设置在装置的本体17内。样品供应通道还可设置为至少部分地在进气室4内。图1的样品供应通道由喷射器24的结构形成。然而，样品供应通道还可通过设置在装置1的本体17内或进气室4内的单独导管、管等设置。其他结构特征也可加到装置上，用于设置样品供应通道5。
本领域技术人员清楚的是，作为技术进步，可用各种方式实现本实用新型的基本思想。因此，本实用新型和其实施例不限于以上示例，而是它们可在权利要求的范围内变化。
Claims (6)
1.一种装置(1)，用于监测包括气溶胶的通道(11)或空间中的颗粒(54)，所述装置(1)包括：
进气室(4)；
喷射器(24)；
气体供应装置(6,16,18)，所述气体供应装置(6,16,18)设置为经由所述进气室(4)将基本不含颗粒的气体流(C)供应给所述喷射器(24)；以及
至少一个样品入口I (2)，所述样品入口I(2)设置为借助于由所述气体供应装置(6,16,18)和所述喷射器(24)提供的吸力将样品气溶胶流(A)从所述通道(11)或所述空间提供给所述进气室(4)，
其特征在于
所述装置(1)还包括样品供应通道(5)，所述样品供应通道(5)设置在所述样品入口I(2)与所述进气室(4)之间，用于将所述样品气溶胶混合到所述基本不含颗粒的气体流(C)；并且
所述样品供应通道(5)设置为至少部分地沿所述基本不含颗粒的气体流(C)的相反方向引导所述样品气溶胶流(A)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品供应通道(5)设置为基本沿所述基本不含颗粒的气体流(C)的相反方向引导所述样品气溶胶流(A)。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品供应通道(5)设置为与所述基本不含颗粒的气体流(C)成一角度引导所述样品气溶胶流(A)。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述样品供应通道(5)设置为与所述基本不含颗粒的气体流(C)成小于45°的角引导所述样品气溶胶流(A)。
5.如权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述样品供应通道(5)设置为与所述基本不含颗粒的气体流(C)成小于30°的角引导所述样品气溶胶流(A)。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品供应通道(5)设置为朝向所述基本不含颗粒的气体流(C)提供至少部分反向流动的样品气溶胶流(A)。
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