CS218979B1

CS218979B1 - Continuous aerosol dilution device

Info

Publication number: CS218979B1
Application number: CS85481A
Authority: CS
Inventors: Ladislav Majer
Original assignee: Ladislav Majer
Priority date: 1981-02-05
Filing date: 1981-02-05
Publication date: 1983-02-25

Abstract

Zařízení na kontinuální zřeďování aerosolu pro jeho vyhodnocování počítačem částic se skládá ze směšovací komory s přívodem aerosolu a ze vzduchové komory s výtokem ředicího plynu do směšovací komory. Vzduchové komoře je předřazen vysokoúčinný filtr na filtraci části z celkového množství aerosolu přiváděného do zařízení. Toto zařízení umožňuje kontinuální zřeďování aerosolu o vyšších koncentracích pro účely vyhodnocování počítačem částic v provozních podmínkách.The device for continuous dilution of aerosol for its evaluation by particle counting consists of a mixing chamber with an aerosol inlet and an air chamber with an outlet of the diluent gas into the mixing chamber. The air chamber is preceded by a high-efficiency filter for filtering a part of the total amount of aerosol fed into the device. This device allows continuous dilution of aerosol with higher concentrations for the purposes of evaluation by particle counting under operating conditions.

Description

3 4 2189193 4 218919

Vynález se týká zařízení na kontinuálnízřeďování aerosolu pro jeho vyhodnocenípočítačem částic, které se skládá ze smě-šovací komory s přívodem aerosolu a vzdu-chové komory s výtokem ředicího plynu dosměšovací komory. V oblasti filtrace je třeba v provozníchpodmínkách vyhodnocovat aerosoly značněrozdílných koncentrací. Aerosoly o nižšíchkoncentracích lze rychle a přesně měřit po-čítači částic. Aerosoly o vyšších koncentra-cích, které již nelze počítači vyhodnocovat,se zpracovávají jinými metodami, většinougravimetricky. Nevýhoda použití těchto me-tod spočívá v tom, že jsou časově i ekono-micky náročnější. Kromě toho může při ne-zbytném určování odlučivosti filtru dochá-zet k nepřesnostem při použití dvou roz-dílných metod k stanovení koncentrace předa za zkoušeným filtrem.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for continuously diluting an aerosol for evaluating it by a particle counter consisting of a mixing chamber with an aerosol inlet and an air chamber with a dilution gas outlet of a mixing chamber. In the field of filtration, aerosols of considerably different concentrations should be evaluated in the operating conditions. Lower concentration aerosols can be measured quickly and accurately by a particle counter. Higher concentration aerosols, which can no longer be evaluated by computers, are processed by other methods, mostly gravimetrically. The disadvantage of using these methods is that they are more time consuming and economical. In addition, if necessary, the filter separation may result in inaccuracies using two different methods to determine the pre-concentration of the filter under test.

Zařízení na kontinuální zřeďování aero-solu v komorovém provedení, jak je známoz popisu vynálezu k čs. autorskému osvěd-čení č. 211 306, umožňuje dosáhnout velmivysokých zředění, až 50 000, s velkou přes-ností. Vyžaduje však přívod vysoce filtrova-ného plynu a přesné měření stejnotlakostiaerosolové a vzduchové komory. Je protourčeno spíše pro přesná laboratorní měře-ní. Pro rozšíření měřicího rozsahu počítačůčástic směrem k vyšším koncentracím připrovozních měřeních postačuje ředění lOx,100 x, příp. 1000 x. Cílem vynálezu je umožnit kontinuálnízřeďování aerosolu o vyšších koncentracíchpro- jeho vyhodnocování počítačem částic vprovozních podmínkách.Apparatus for Continuously Diluting an AeroSol in a Chamber Design, as is known from the description of the invention for MS. No. 211,306, permits high-dilutions of up to 50,000 to be achieved with great precision. However, it requires the supply of highly filtered gas and accurate measurement of the same pressure and aerosol chamber. Rather, it is guided for accurate laboratory measurements. 10x, 100x, or 10x dilutions are sufficient to extend the measuring range of the PCs towards higher concentrations of the runoff measurements. 1000 x. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide continuous dilution of higher concentration aerosols for evaluation by a particle counter under operating conditions.

Toho· se dosáhne zařízením podle vynále-zu, jehož podstata spočívá v tom, že vzdu-chové komoře je předřazen vysokoúčinnýfiltr, kterým je vedena část z celkovéhomnožství aerosolu přiváděného- do zařízení. Výhodou zařízení podle vynálezu je mož-nost odběru aerosolu přímo z okolního pro-storu. Je-li třeba odebírat malá množstvíaerosolu z určitého místa, použije se aero-solové komory, která v odnímatelném a vý-měnném provedení rozšiřuje použitelnostcelého zařízení. Další výhoda spočívá v tom,že odpadá samostatný přívod vysoce filtro-vaného plynu k ředění aerosolu, poněvadžse k tomuto účelu používá část z celkové-ho nasávaného množství po filtraci přímov zařízení. Dále je výhodné to, že není tře-ba provádět přesná měření stejnotlakostiaerosolové a vzduchové komory. Příklad provedení vynálezu je schematic-ky znázorněn na výkresech, kde obr. 1 jepodélný řez zařízením ha kontinuální zře-ďování aerosolu, obr. 2 značí ve dvou nasebe kolmých řezech odběrovou komoru,na obr. 3 je zapojení celého zařízení proměření vysoké koncentrace aerosolu v po-trubí.This is achieved by the device according to the invention, which is characterized by the fact that a high-efficiency filter is arranged upstream of the air chamber, through which part of the total quantity of aerosol supplied to the device is conducted. An advantage of the device according to the invention is the possibility of taking aerosol directly from the surrounding area. If a small amount of aeroosol is to be removed from a particular site, an aero-sol chamber is used which extends the usability of the entire apparatus in a removable and variable embodiment. A further advantage is that there is no separate supply of highly filtered aerosol-diluting gas, since a portion of the total intake quantity is used after the direct-line filtration. Further, it is preferred that accurate measurements of the same pressure and aerosol and air chambers are not required. 1 shows a longitudinal section through the device and a continuous aerosol dilution; FIG. 2 shows the sampling chamber in two vertical sections; FIG. conduit.

Zařízení 1 podle obr. 1 se skládá z válco-vé směšovací komory 2, v jejíž podélné oseje proveden otvor 6 pro vstup aerosolu, ze vzduchové komory 3 propojené se směšo-vací komorou 2 otvory 7 v jejím pláštL az filtrační komory 4 s vysokoúčinným fil-trem 10. Pokud jde — jako v tomto příkla-du provedení — o odběr vzorku aerosoluz určitého místa, např. z potrubí, je zaříze-ní doplněno odnímatelnou aerosolovou ko-morou 5. K plášti 9 aerosolové komory 5je připojena výstupní hubice 8 aerosolu.Zařízení je dále vybaveno kontrolním ná-sadcem 11 ke kontrole odlučivosti a tlako-vé ztráty vysokoúčinného filtru 10.The device 1 according to FIG. 1 consists of a cylindrical mixing chamber 2 in the longitudinal axis of which is an aerosol inlet opening 6, an air chamber 3 connected to the mixing chamber by 2 openings 7 in its housing and a filter chamber 4 with a high performance filter -trem 10. As in this example, for aerosol sampling of a particular site, e.g., from a duct, the device is supplemented with a removable aerosol chamber 5. An aerosol outlet nozzle 8 is attached to the aerosol chamber housing 9. The apparatus is further provided with a control cartridge 11 to control the separation and pressure loss of the high efficiency filter 10.

Na obr. 2 je znázorněna odběrová komo-ra 12 určená k odběrům aerosolu ve vět-ším množství, než může být počítačem 18částic vyhodnoceno. Odběrová komora 12,která je pro tyto případy nasazena na zaří-zení 1 pro kontinuální zřeďování aerosolumísto odnímatelné aerosolové komory S, jeopatřena na vstupu vstupní hubicí 13 aero-solu a na výstupu hadicovým násadcem 14.K hadicovému násadci 14, kterým odcházívětšina aerosolu, je připojena hubice 13aerosolu, který protekl počítačem 18 čás-tic. V místě svého nejširšího průřezu je od-běrová komora 12 spojena se zařízením 1na kontinuální zřeďování aerosolu.FIG. 2 illustrates a collection chamber 12 intended to receive aerosol at a greater rate than can be evaluated by the particle counter 18. The sampling chamber 12, which in this case is mounted on the device 1 for the continuous dilution of aerosol instead of the removable aerosol chamber S, is provided at the inlet nozzle 13 of the aerosol and at the outlet of the hose handpiece 14. To the hose handpiece 14 leaving most of the aerosol is a nozzle 13aerosol is connected which has passed through the particle counter 18. At its widest cross-section, the wicking chamber 12 is connected to the device 1 for continuous aerosol dilution.

Pro vyhodnocování vysoké koncentraceaerosolu v potrubí počítačem 18 částic jecelé zařízení zapojeno takto: Sonda 17 u-místěná v potrubí 18 je propojena spojovacíhadicí s odběrovou komorou 12, nasazenouna zařízení 1 pro kontinuální zřeďováníaerosolu. Toto zařízení 1 je hadicovým ná-sadcem spojeno s odnímatelnou aerosolo-vou komorou 5 dalšího zařízení 1 pro kon-tinuální zřeďování aerosolu, které je umís-těno před počítačem 18 částic. Hubicí 1Sje do hadicového násadce 14 na výstupu zodběrové komory 12 zaústěna spojovací ha-dice z výstupu aerosolu z počítače 18 čás-tic. Mezi vývěvou 21, kterou je odsávánaerosol z potrubí 16, a měřičem 19 průtokuje umístěn škrticí prvek 20 k nastavovánípotřebného průtoku sondou 17.To evaluate the high concentration of aerosol in the pipeline by the particle computer 18, the scaffolding device is connected as follows: The probe 17 located in the pipeline 18 is connected by a connecting tube to a sampling chamber 12 mounted on the continuous dilution apparatus 1. This device 1 is connected to the removable aerosol chamber 5 of another device 1 for continuous dilution of the aerosol, which is located upstream of the particle computer 18, by means of a hose cartridge. A nozzle is connected to the hose handpiece 14 at the outlet of the collection chamber 12 by a connecting hose from the aerosol outlet from the particle computer 18. A throttle element 20 is provided between the vacuum pump 21 that is sucked off the conduit from the conduit 16 and the flow meter 19 to adjust the flow rate through the probe 17.

Aerosol se do- směšovací komory 2 zaří-zení 1 na kontinuální zřeďování aerosolunasává otvorem 6 buď z okolního prostoru,nebo z odnímatelné aerosolové komory S.Část z celkového množství aerosolu přivá-děného do zařízení 1 se nasává do filtračníkomory 4, přes vysokoúčinný filtr 10 vstu-puje do vzduchové komory 3 a odtud otvo-ry 7 do směšovací komory 2 k ředění aero-solu. Tok aerosolu zajišťuje zdroj sání po-čítače 18 částic, spojeného ,se zařízením 1výstupní hubicí 8 aerosolu.The aerosol is mixed into the mixing chamber 2 of the device 1 for continuous dilution with an aerosol chamber 6 through either the surrounding space or the removable aerosol chamber S. Part of the total amount of aerosol fed into the device 1 is sucked into the filter chamber 4 via a high efficiency filter 10 enters the air chamber 3 and from there the openings 7 into the mixing chamber 2 to dilute the aerosol. The aerosol flow provides a source of suction of the particle counter 18 coupled to the device 1 of the aerosol nozzle 8.

Kontrola odlučivosti a tlakové ztráty vy-sokoúčinného filtru 10 se provádí pomocíkontrolního násadce 11 s připojeným měři-čem tlakové diference, např. mikromano-metrem. Koeficient průniku by měl být provelikosti částic počítačem 18 částic registro-vatelné a pro průtočné množství počítačem18 částic nasávané alespoň 100 x nižší, nežje zřeďovací poměr. Při této kontrole by se 218979 značným zhoršením filtrační účinnosti pro-jevily jakékoliv netěsnosti zařízení 1 nakontinuáLní zřeďování aerosolu. Měřič tla-kové diference při kontrole správné funkcozařízení 1 registruje tlakovou ztrátu, vzni-kající průtokem aerosolu vysokoúčinnýmfiltrem 10. Tuto tlakovou ztrátu je třeba po-suzovat ve vztahu k celkové tlakové ztrátě,vznikající průtokem aerosolu zařízením 1.Vzhledem k požadavkům na přesnost mě-ření by tato tlaková ztráta u nezanešenéhovysokoúčinného filtru 10 neměla 'být vyššínež 1 % celkové tlakové ztráty na zařízení1 pro kontinuální zřeďování aerosolu. Z to-hoto vztahu a z průtočného množství aero-solu nasávaného přes zařízení 1 do počíta-če 18 částic lze pro zvolený druh materiáluvysokoúčinného filtru 19 určit filtrační rych-lost a celkovou potřebnou filtrační plochu.U daného příkladu provedení je tato fil-trační plocha 316,5 cm2, což při průtoku1,2 1. min’1 představuje filtrační rychlost0,06 cra.s"1. Tlakovou ztrátu je nutno ob-čas kontrolovat, poněvadž vlivem zanášenívysokoúčinného filtru 10 částicemi aeroso-lu ,se tlaková ztráta zvyšuje a podle nárokůna přesnost měření je třeba stanovit hrani-ci, při jejímž dosažení se musí vysokoúčin-ný filtr 10 vyměnit.The control of the separation and pressure loss of the high-efficiency filter 10 is carried out by means of a control handpiece 11 with a connected differential pressure meter, e.g. a micromanometer. The penetration coefficient should be the particle size of the particle counter 18 and be recorded by the computer 18 of the particles aspirated at least 100 times lower than the dilution ratio. At this check, any leakage of the continuous aerosol dilution device 1 would have been shown to significantly impair filtering efficiency. When checking the correct function 1, the differential pressure meter registers the pressure drop generated by the aerosol flow through the high-efficiency filter 10. This pressure drop must be considered in relation to the total pressure loss generated by the aerosol flow through the device. This pressure drop should not be higher than 1% of the total pressure loss on the continuous aerosol dilution device 1 in the non-filtering high-performance filter 10. From this relationship and the flow rate of the aerosol sucked through the device 1 into the particle counter 18, the filtration rate and the total filtration area required can be determined for the selected type of high performance filter material 19. 5 cm 2, which at a flow rate of 1.2 min -1 represents the filtration rate of 0.06 cm -1. The pressure drop must be controlled at some time, because the clogging of the high-efficiency filter 10 with the aerosol particles, the pressure drop increases and according to The exact measurement accuracy must be determined by the limit at which the high performance filter 10 must be replaced.

Ve směšovací komoře 2 probíhá inten-zívní promísení aerosolu s ředicím vzdu-chem a postupné zřeďování aerosolu. Připrůměru směšovací komory 2 = 7,5 mm,velikosti otvorů 7 = 0,6 mm, jejich minimál-ní vzájemné osové vzdálenosti = 2,3 mm,počtu 12 a průměru otvoru 6 pro vstupaerosolu = 0,2 mm dosahuje teoreticky zře-dění 108 x. V praxi však bude vlivem ne-přesností při výrobě zředění poněkud od-lišné. Zařízení 1 pro kontinuáLní zřeďováníaerosolu je proto nutno po zhotovení na-cejchovat, popř. upravit velikost otvorů 7v plášti směšovací komory 2 nebo otvoru 8pro vstup aerosolu, aby zředění vyhovova-lo požadavkům měření. Zředěný aerosol od-téká výstupní hubicí 8 do počítače 18 čás-tic, kde se vyhodnocuje. Při použití odběrové komory 12 před zře-ďováním při měřeních vyšších koncentracíaerosolu v potrubí vstupuje aerosol po prů-toku sondou do odběrové komory 12 vstup-ní hubicí 13. S postupně se rozšiřujícímprůřezem odběrové komory 12 se rychlostaerosolu postupně snižuje. Ve středu odbě-rové komory 12, kde se již její průřez ne-mění, dochází k ustálení rychlosti proudí-cího aerosolu. Jeho rychlost je v tomto mís-tě tak nízká, že lze považovat výtok aero-solu z odběrové komory 12 otvorem 6 provstup aerosolu do směšovací komory 2 za-řízení 1 na kontinuální zřeďování do smě-šovací komory 2 zařízení 1 na kontinuálnízřeďování aerosolu za výtok z klidného pro-středí. Část aerosolu z odběrové komory 12protéká kruhovou štěrbinou mezi odběro-vou komorou 12 a zařízením 1 na konti-nuální zřeďování aerosolu přes vysokoúčin- 8 ný filtr 18 ve (filtrační komoře 4 do vzdu-chové komory 3 a odtud otvory 7 do smě-šovací komory 2, kde se rozřeďuje aerosolnasávaný přímo do směšovací komory 2.Rozředěný aerosol proudí dál odběrovoukomorou 12, jejíž průřez se zmenšuje až khadicovému nástavci 14 na jeho výstupu,odkud se aerosol odsává vývevou 21. Pokudmá počítač 18 částic vyveden výstup vyhod-noceného aerosolu, je tento výstup spojenhadicí s hubicí 15 na výstupu z odběrovékomory 12. To znamená, že průtok měřenýza odběrovou komorou 12 ve směru prou-dění je totožný s množstvím aerosolu nasá-vaným v potrubí 10 sondou 17. Tím jsoumožná také měření koncentrace aerosoluv potrubích, kde je značný podtlak, poně-vadž zdroj sání počítače 18 částic překoná-vá jen tlakovou ztrátu zařízení 1 na kon-tinuální zřeďování aerosolu a vlastní tlako-vé ztráty, zatímco odsávání aerosolu son-dou z potrubí zajišťuje vývěva 21, napoje-ná na výstup z odběrové komory 12.Intensive mixing of the aerosol with the dilution air and gradual dilution of the aerosol takes place in the mixing chamber 2. The diameter of the mixing chamber 2 = 7.5 mm, the size of the holes 7 = 0.6 mm, their minimum mutual spacing = 2.3 mm, the number 12 and the diameter of the opening 6 for the inlet / aerosol = 0.2 mm theoretically reaches 108 x. However, in practice, it will be somewhat different due to inaccuracies in dilution production. Therefore, the device 1 for continuous dilution of the aerosol must be calibrated after the fabrication. adjust the size of the openings 7 in the housing of the mixing chamber 2 or the aerosol inlet opening 8 so as to satisfy the measurement requirements. The diluted aerosol flows through the outlet nozzle 8 to the particle counter 18 where it is evaluated. Using the collection chamber 12 prior to dilution in the higher concentration measurements of the aerosol in the conduit, the aerosol enters the collection chamber 12 through the inlet nozzle 13 after passage through the probe. The velocity of the flowing aerosol is stabilized in the center of the sampling chamber 12 where its cross-section is no longer altered. Its velocity is so low in this area that the outlet of the aerosol from the collection chamber 12 through the opening 6 of the aerosol into the mixing chamber 2 of the device 1 for continuous dilution into the mixing chamber 2 of the device 1 for continuously diluting the aerosol into the outlet can be considered from a quiet environment. A portion of the aerosol from the collection chamber 12 flows through an annular gap between the sampling chamber 12 and the device 1 for continuously diluting the aerosol through the high efficiency filter 18 in the (filter chamber 4 into the air chamber 3 and thence through the openings 7 into the mixing chamber) 2, where the aerosol is diluted directly into the mixing chamber 2. The diluted aerosol continues to flow through the sampling chamber 12, the cross section of which decreases up to the hose nozzle 14 at its outlet, from which the aerosol is aspirated by the pump 21. this outlet is connected to the nozzle 15 at the outlet of the extraction chamber 12. This means that the flow rate measured by the sampling chamber 12 in the flow direction is identical to the amount of aerosol aspirated in the pipe 10 by the probe 17. This also allows the measurement of the aerosol concentration in the pipes where considerable vacuum, since the suction source of the particle computer 18 only exceeds the pressure the loss of the continuous aerosol dilution device 1 and the actual pressure loss, while the aspiration of the aerosol from the conduit provides the vacuum pump 21 connected to the outlet of the extraction chamber 12.

Odběrová komora 12 umožňuje rovněžměnit v určitém rozsahu množství aerosoluodebíraného sondou z potrubí, aniž by bylovlivněn výsledek měření. To má význampro měření koncentračního profilu v závis-losti na rychlostním profilu. Rychlost aero-solu při průtoku odběrovou komorou 12 ne-musí být konstantní, měla by být však asi10x nižší, než je výtokové rychlost aeroso-lu otvorem 8 do směšovací komory 2, kte-rá je prakticky stálá. Potom lze tento vý-tok považovat 'za výtok z klidného prostře-dí. Tak např. rychlost aerosolu nasávanéhootvorem 6 do směšovací komory 2 je 15 m/s.Rychlost aerosolu proudícího odběrovou ko-morou 12 by tedy neměla překročit 1,5 m/s.Měření však nebude nijak ovlivněno, bu-de-li tato rychlost nižší, např. 0.3 m/s. Toznamená, že průtočné množství aerosoluodebíraného sondou z potrubí, se může mě-nit v poměru 1:5 bez ovlivnění výsledkůměření. Při zapojení celého zařízení pro vyhod-nocování aerosolu o vysoké koncentraci po-dle obr. 3 ,se odebírá aerosol z potrubí 16sondou 17. Odebraný aerosol se přivádí doodběrové komory 12, odkud se část nasávápočítačem 18 částic pres dvě za sebou řa-zená zařízení 1 na. kontinuální zřeďováníaerosolu, Aerosol se po vyhodnocení počí-tačem 18 částic vrací za výstup z odběro-vé komory 12, kde je spolu s aerosolem zodběrové komory 12 odsáván vývěvou 21. Sériovým zařazením dvou zařízení 1 nakontinuální zřeďování aerosolu se dosáhnenásobného zředění. Takový postupný způ-sob ředění pomocí dvou zařízení 1 je prodocílení velkých zředění nezbytný. Zředěníjedním zařízením 1 je totiž velikostí otvoru6 pro vstup aerosolu, jehož nejmenší veli-kost je dána velikostí částic aerosolu a prů-točným množstvím, které nasává počítač 18částic. Pro uvedený příklad provedení září-The sampling chamber 12 also allows to vary to some extent the amount of aerosol removed by the probe from the pipe without affecting the measurement result. This is important for measuring the concentration profile depending on the speed profile. The velocity of the aerosol must not be constant at the flow through the sampling chamber 12, but should be about 10 times lower than the outflow rate of the aerosol through the opening 8 to the mixing chamber 2, which is practically stable. Then, the effluent can be regarded as a discharge from a quiet environment. Thus, for example, the aerosol velocity drawn through the orifice 6 into the mixing chamber 2 is 15 m / s. Therefore, the aerosol velocity flowing through the sampling chamber 12 should not exceed 1.5 m / s. However, the measurement will not be affected if this rate is lower , eg 0.3 m / s. It is noted that the flow rate of aerosol removed by the probe from the pipe can be varied at a ratio of 1: 5 without affecting the measurement results. When the entire high concentration aerosol evaluation device is connected in accordance with FIG. 3, the aerosol is withdrawn from the line 16 by the probe 17. The aerosol is taken from the collection chamber 12, from where the particle counter sucked by the particle counter 18 takes place. on. continuous dilution of the aerosol, after evaluation by the particle counter 18, the aerosol is returned to the outlet of the sampling chamber 12 where, together with the aerosol of the collection chamber 12, the vacuum pump 21 is sucked off. Such a gradual method of dilution with two devices 1 is necessary to increase the large dilutions. In fact, dilution with one device 1 is the size of the aerosol inlet opening 6, the smallest quantity of which is determined by the particle size of the aerosol and the flow rate that is drawn by the particle counter 18. For this example of September-

Claims

8 218979 7 for a continuous dilution of aerosol for a particle counter with a flow rate of 1.2 l.min "1, no greater dilution than 100 x can be calculated. The diameter of the aerosol inlet opening 6 is subject to a device for the continuous dilution of the aerosol for its computer evaluation particles which consist of a mixing chamber with an aerosol and an air chamber supplying a dilution gas to the mixing chamber of 0.2 mm, which further ensures that the aerosol particles do not settle in the aperture 6 and the dispersion of the aerosol does not change during dilution BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION, characterized in that the air coil (3) is preceded by a high-efficiency filter (10) for guiding a portion of the total amount of aerosol fed to the apparatus (1).