TWI467149B - 多濾紙ｐｍ １０－ｐｍ ２.５採樣器 - Google Patents

多濾紙ｐｍ １０－ｐｍ ２.５採樣器 Download PDF

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Description

多濾紙PM 10-PM 2.5採樣器
本發明係與空氣污染物採樣裝置有關，特別是指一種可同時使用多張濾紙進行微粒採集之多濾紙採樣器。
美國第2010/0089183號專利揭露了一種多濾紙採樣器，其利用一入口(inlet)以及一分離器(separator)來進行微粒之篩選，空氣動力直徑(aerodynamic diameter)介於2.5~10μm的粗微粒會通過第一分離裝置(separation assembly)而被一張102mm以及三張47mm的濾紙所收集，而空氣動力直徑低於2.5μm之細微粒則是通過第二分離裝置而被一張8×10inch以及四張47mm的濾紙所收集；其中，各個濾紙之採集流量差異相當大，導致該採樣器之校正及操作相當麻煩，也容易導致誤差。
鑑於上述缺失，本發明之一目的在於提供一種多濾紙PM10-PM2.5採樣器，其各採樣通道之流量及壓損相同，而可大大提高採樣之準確度者。
為達前揭目的，本發明之多濾紙PM 10-PM 2.5採樣器係包含有一PM 10慣性衝擊器、一分歧管、一PM 10流量分配器、多數PM 10濾紙裝置、一PM 2.5慣性衝擊器、一PM 2.5流量分配器、多數PM 2.5濾紙裝置、一合流組件以及一抽氣泵浦，該分歧管具有一頂端、一左端以及一右端，該頂端是與該PM 10慣性衝擊器連接，該PM 10流量分配器具有一入口端以及多數出口端，該入口端是與該分歧管之左端連接，該等PM 10濾紙裝置是分別與該PM 10流量分配器之出口連接，該PM 2.5慣性衝擊器是連接於該分歧管之右端，該PM 2.5流量分配器具有一入口端以及多數出口端，該入口端是與該PM 2.5慣性衝擊器連接，該等PM 2.5濾紙裝置是分別與該PM 2.5流量分配器之出口端連接，該合流組件是分別與該等PM 10濾紙裝置以及PM 2.5濾紙裝置連接，該抽氣泵浦是與該合流組件連接。
於本發明之一較佳實施例之中，該PM 10慣性衝擊器或是該PM 2.5慣性衝擊器包含有一外殼、一噴嘴以及一衝擊板，該外殼具有一腔室以及一出口，該噴嘴是設於該外殼，並具有一加速通道連通該腔室，該衝擊板是設於該腔室內，且位於該加速通道之軸心延伸線上；該多濾紙PM10-PM2.5採樣器更包含有一防護網，罩設於該PM 10慣性衝擊器頂端；該多濾紙PM10-PM2.5採樣器還包含有多數流量均衡裝置設置於該等PM 10濾紙裝置與該合流組件之間，或是該等PM 2.5濾紙裝置與該合流組件之間，該流量均衡裝置包含有一流孔板，該流孔板具有一穿孔，該流量均衡裝置包含有一上組件以及一下組件，該上組件具有一軸孔，該軸孔具有一小徑段、一大徑段以及一螺紋段，該大徑段是位於該小徑段及該螺紋段之間，且供該流孔板容置，該下組件也具有一螺紋部以及一軸孔位於螺紋部之內，該螺紋部是與該上組件之軸孔螺紋段嚙合，該下組件之軸孔是經由該流孔板之穿孔而與該上組件之軸孔小徑段連通；該合流組件包含有一PM 10合流器、一PM 2.5合流器以及一終端合流器，該PM 10合流器是包含有多數入口端以及一出口端，該PM 10合流器之任一入口端各與其中一該PM 10濾紙裝置連接，該PM 2.5合流器也包含有多數入口端以及一出口端，該PM 2.5合流器之任一入口端各與其中一該PM 2.5濾紙裝置連接，該終端合流器是連接於該PM 10合流器之出口端、該PM 2.5合流器之出口端與該抽氣泵浦之間；該多濾紙PM10-PM2.5採樣器更包含有二流量計、一壓力感測器、一溫度感測器以及一主控器，該二流量計、該壓力感測器、該溫度感測器以及該抽氣泵浦均與該主控器電性連接。
為了詳細說明本發明之構造及特點所在，茲舉以下一較佳實施例並配合圖式說明如後，其中：第一圖係本發明一較佳實施例之示意圖；第二圖係本發明一較佳實施例流量分配器之立體圖；第三圖係本發明一較佳實施例濾紙裝置以及流量均衡裝置之立體圖；第四圖係本發明一較佳實施例流量均衡裝置之分解圖。
請參閱第一圖，本發明一較佳實施例所提供之多濾紙PM 10-PM 2.5採樣器10，是包含有一PM 10慣性衝擊器20、一分歧管22、一PM 10流量分配器24、四PM 10濾紙裝置26、一PM 2.5慣性衝擊器28、一PM 2.5流量分配器30、四PM 2.5濾紙裝置32、一防護網36、一合流組件40、一流量控制系統50以及多個流量均衡裝置60。
PM 10慣性衝擊器20具有一外殼201、一噴嘴205以及一衝擊板207，該外殼201具有一腔室202以及一出口204，噴嘴205是設於外殼201，並具有一加速通道206連通腔室202與外界，該衝擊板207是設於腔室202內，且位於該加速通道206之軸心延伸線A上。
該分歧管22是由二管體221所組成，具有一頂端224、一左端226以及一右端228，該頂端224是與該PM 10慣性衝擊器20之出口204連接，而可將通過該PM 10慣性衝擊器20之氣流平均分成二等分。
該PM 10流量分配器24(如第二圖)，是具有一入口端241、四出口端243以及四通道245，該等通道245是呈等角分佈，並連通該入口端241以及該出口端243，而可將氣流平均分成四等分。
該等PM 10濾紙裝置26(如第三圖)各與其中一PM 10流量分配器24之出口端243連接，內部具有一個可設置37mm濾紙的濾紙匣261，而可收集PM 10之微粒樣本。
該PM 2.5慣性衝擊器28同樣包含有一外殼281、一噴嘴285以及一衝擊板287，該外殼281具有一腔室282以及一出口284，該噴嘴285是設於外殼281，並具有一加速通道286連通腔室282與外界，該衝擊板287是設於腔室282內，且位於加速通道286之軸心延伸線上，該PM 2.5慣性衝擊器28以及該PM 10慣性衝擊器20之結構類似，只是尺寸以及截取氣動直徑(cutoff aerodynamic diameter)不同，前者之截取氣動直徑為2.5μm而後者為10μm。
該PM 2.5流量分配器30(如第二圖)之結構及尺寸類似於該PM 10流量分配器24，同樣具有一入口端301、四出口端303，以及四等角分佈之通道305連通該入口端301以及該出口端303。
該等PM 2.5濾紙裝置32(如第三圖)各與其中一PM 2.5流量分配器30之出口端303連接，內部具有一個可設置37mm濾紙的濾紙匣321，而可收集PM 2.5之微粒樣本。
該防護網36是為一金屬網，罩設於該PM 10慣性衝擊器20頂端，而可避免昆蟲或其他異物經由該加速通道206進入該PM 10慣性衝擊器20。
該合流組件40包含有一PM 10合流器42、一PM 2.5合流器44以及一終端合流器46，該PM 10合流器42是包含有多數入口端421以及一出口端423，該PM 10合流器42之任一入口端421各與其中一該PM 10濾紙裝置26連接，該PM 2.5合流器44也包含有多數入口端441以及一出口端443，該PM 2.5合流器44之任一入口端441各與其中一該PM 2.5濾紙裝置32連接，該終端合流器46是連接於該PM 10合流器42之出口端423以及該PM 2.5合流器44之出口端443。
該流量控制系統50是包含有一抽氣泵浦52、二流量計54、一壓力感測器56、一溫度感測器58以及一主控器59，該抽氣泵浦52是與該終端合流器46連接，而可提供該採樣器10之抽氣動力，該二流量計54是各為一質量流量器，並分別串接於該PM 10合流器42與該終端合流器46之間，以及該PM 2.5合流器44與該終端合流器46之間，該主控器59是與該抽氣泵浦52、該二流量計54、該壓力感測器56以及該溫度感測器58電性連接，並可根據採樣當時之壓力及溫度參數來對應調整流量。
該等流量均衡裝置60(如第三圖及第四圖)是連接於各該PM 10濾紙裝置26與該PM 10合流器42之間，以及各該PM 2.5濾紙裝置32與該PM 2.5合流器44之間，任何一組流量均衡裝置60均包含有一上組件62、一流孔板64以及一下組件66，該上組件62是與該濾紙裝置26,32連接，並具有一軸孔621，該軸孔621具有一小徑段623、一大徑段625以及一螺紋段627，該大徑段625是位於該小徑段623及該螺紋段627之間，且供該流孔板64容置，該流孔板64具有一穿孔641，該下組件66具有一螺紋部661以及一軸孔663，該螺紋部661是與該上組件62之軸孔621螺紋段627嚙合，該下組件66之軸孔663是經由該流孔板64之穿孔641而與該上組件62軸孔621之小徑段623連通。
經由上述結構，於該抽氣泵浦52之作用下，周圍環境空氣可經由PM 10前置分徑器20之噴嘴205進入腔室202之中，其中，截取氣動直徑大於10μm之微粒將被收集於該衝擊板207上，其餘較細微粒則隨著氣流進入分歧管22，並被均勻地分成兩等分，此一採樣器10之總流量被設計為33.4 L/min，亦即，有16.7 L/min之氣流會經由該分歧管22左端226進入PM 10流量分配器24再被均勻地分成四等分，而後再被導入後端之四組PM 10濾紙裝置26之中，這些PM 10濾紙裝置26所收集的即為PM 10微粒樣本；而另外16.7 L/min之氣流則是被導入PM 2.5慣性衝器28以及該PM 2.5流量分配器30，再被後端之PM 2.5濾紙裝置32所收集。
該等PM 10濾紙裝置26以及PM 2.5濾紙裝置32可同時採集PM 10及PM2.5的濾紙樣本各4個，進行後續分析，例如秤重分析、有機碳分析、元素碳分析、金屬元素分析或是離子分析等等，因此可避免切割濾紙所導致之誤差，以及節省同時設置多組採樣器所需之設備成本；另外，由於各濾紙裝置32之流量相同，而可使該採樣器10更容易被校正及操作，以及提昇採樣之準確度。
再者，當該等濾紙裝置26,32使用不同材質之濾紙進行採樣時，由於孔隙大小或是厚度之差異，各濾紙裝置26,32之壓損(pressure drop)亦不相同，導致各濾紙裝置26,32之流量也會因此而有所差異；該流量均衡裝置60之流孔板64可提高該流量分配器24,30與合流器42,44之間各採樣通道之壓損，以降低各通道因濾紙材質不同所造成之壓損差異，如表一所示，該流孔板64之設置可使各通道壓損及流量之相對差異由(10.3%,9.1%)降低至(1.9%,1.7%)；各濾紙裝置26,32流量之等量化有助於提高採樣結果之精確度。
表一、各濾紙通道在設置流孔板前之壓損及流量差異比較
註：*　各濾紙通道之標準流量是被控制在4.17 L/min；
**　各濾紙通道之標準流量總和是被控制在16.7 L/min。
以上所述，僅為本發明之較佳實施例的詳細說明與圖示，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆包含於本發明的範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在本案之專利範圍。
10．．．多濾紙PM 10-PM 2.5採樣器
20．．．PM 10慣性衝擊器
201．．．外殼
202．．．腔室
204．．．出口
205．．．噴嘴
206．．．加速通道
207．．．衝擊板
22．．．分歧管
221．．．管體
224．．．頂端
226．．．左端
228．．．右端
24．．．PM 10流量分配器
241．．．入口端
243．．．出口端
245．．．通道
26．．．PM 10濾紙裝置
261．．．濾紙匣
28．．．PM 2.5慣性衝擊器
281．．．外殼
282．．．腔室
284．．．出口
285．．．噴嘴
286．．．加速通道
287．．．衝擊板
30．．．PM 2.5流量分配器
301．．．入口
303．．．出口
305．．．通道
32．．．PM 2.5濾紙裝置
321．．．濾紙匣
36．．．防護網
40．．．合流組件
42．．．PM10合流器
421．．．入口端
423．．．出口端
44．．．PM2.5合流器
441．．．入口端
443．．．出口端
46．．．終端合流器
50．．．流量控制系統
52．．．抽氣泵浦
54．．．流量計
56．．．壓力感測器
58．．．溫度感測器
59．．．主控器
60．．．流量均衡裝置
62．．．上組件
621．．．軸孔
623．．．小徑段
625．．．大徑段
627．．．螺紋段
64．．．流孔板
641．．．穿孔
66．．．下組件
661．．．螺紋部
663．．．軸孔
A．．．軸心延伸線
第一圖係本發明一較佳實施例之示意圖；
第二圖係本發明一較佳實施例流量分配器之立體圖；
第三圖係本發明一較佳實施例濾紙裝置以及流量均衡裝置之立體圖；
第四圖係本發明一較佳實施例流量均衡裝置之分解圖。
10．．．多濾紙PM10-PM2.5採樣器
20．．．PM 10慣性衝擊器
201．．．外殼
202．．．腔室
204．．．出口
205．．．噴嘴
206．．．加速通道
207．．．衝擊板
22．．．分歧管
221．．．管體
224．．．頂端
226．．．左端
228．．．右端
24．．．PM 10流量分配器
241．．．入口端
243．．．出口端
26．．．PM 10濾紙裝置
28．．．PM 2.5慣性衝擊器
281．．．外殼
282．．．腔室
284．．．出口
285．．．噴嘴
286．．．加速通道
287．．．衝擊板
30．．．PM 2.5流量分配器
301．．．入口
303．．．出口
32．．．PM 2.5濾紙裝置
36．．．防護網
40．．．合流組件
42．．．PM10合流器
421．．．入口端
423．．．出口端
44．．．PM2.5合流器
441．．．入口端
443．．．出口端
46．．．終端合流器
50．．．流量控制系統
52．．．抽氣泵浦
54．．．流量計
56．．．壓力感測器
58．．．溫度感測器
59．．．主控器
A．．．軸心延伸線

Claims (7)

  1. 一種多濾紙PM 10-PM 2.5採樣器，係包含：一PM 10慣性衝擊器；一分歧管，具有一頂端、一左端以及一右端，該頂端是與該PM 10慣性衝擊器連接；一PM 10流量分配器，具有一入口端以及多數出口端，該入口端是與該分歧管之左端連接；多數PM 10濾紙裝置，分別與該PM 10流量分配器之出口連接；一PM 2.5慣性衝擊器，是連接於該分歧管之右端；一PM 2.5流量分配器，具有一入口端以及多數出口端，該入口端是與該PM 2.5慣性衝擊器連接；多數PM 2.5濾紙裝置，分別與該PM 2.5流量分配器之出口端連接；一合流組件，是分別與該等PM 10濾紙裝置以及PM 2.5濾紙裝置連接；以及一抽氣泵浦，是與該合流組件連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多濾紙PM10-PM2.5採樣器，其中，該PM 10慣性衝擊器或是該PM 2.5慣性衝擊器包含有一外殼、一噴嘴以及一衝擊板，該外殼具有一腔室以及一出口，該噴嘴是設於該外殼，並具有一加速通道連通該腔室，該衝擊板是設於該腔室內，且位於該加速通道之延伸線上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之多濾紙PM10-PM2.5採樣器，係更包含有一防護網罩設於該PM 10慣性衝擊器頂端。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之多濾紙PM10-PM2.5採樣器，係更包含有多數流量均衡裝置設置於該等PM 10濾紙裝置與該合流組件之間，或是該等PM 2.5濾紙裝置與該合流組件之間，該流量均衡裝置包含有一流孔板，該流孔板具有一穿孔。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之多濾紙PM10-PM2.5採樣器，其中該流量均衡裝置更包含有一上組件以及一下組件，該上組件具有一軸孔，該軸孔具有一小徑段、一大徑段以及一螺紋段，該大徑段是位於該小徑段及該螺紋段之間，且供該流孔板容置，該下組件也具有一螺紋部以及一軸孔位於螺紋部之內部，該螺紋部是與該上組件之軸孔螺紋段嚙合，該下組件之軸孔是經由該流孔板之穿孔而與該上組件之軸孔小徑段連通。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之多濾紙PM10-PM2.5採樣器，其中，該合流組件包含有一PM 10合流器、一PM 2.5合流器以及一終端合流器，該PM 10合流器是包含有多數入口端以及一出口端，該PM 10合流器之任一入口端各與其中一該PM 10濾紙裝置連接，該PM 2.5合流器也包含有多數入口端以及一出口端，該PM 2.5合流器之任一入口端各與其中一該PM 2.5濾紙裝置連接，該終端合流器是連接於該PM 10合流器之出口端、該PM 2.5合流器之出口端與該抽氣泵浦之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之多濾紙PM10-PM2.5採樣器，是更包含有二流量計、一壓力感測器、一溫度感測器以及一主控器，該二流量計、該壓力感測器、該溫度感測器以及該抽氣泵浦均與該主控器電性連接。
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