WO1989008245A1 - Grossisseur de particules d'aerosol par enrobage de liquide - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an aerosol particle magnifier by coating with liquid. It relates more specifically to aerosols for which the particles are at a very low concentration or else of very small diameter, which can reach one hundredth of a micrometer.
- the particles should be counted one by one; any omission may lead to a substantial error in the results of the measurements, and the aerosol volumes sampled are limited so as not to excessively prolong these measurements.
- particle counting methods generally by light scattering measurements, hardly or not at all make it possible to detect very fine particles.
- the invention arrives for these purposes above all with a humidification enclosure through which the aerosol passes and the constitution of which allows significant and rapid evaporation of vapor in the aerosol, and this under controlled conditions.
- the satisfactory homogenization of temperatures in the humidification enclosure is also beneficial.
- the particle enlarger more particularly comprises a humidifying enclosure through which the aerosol is passed and where it is charged with vapor, as well as at least one condenser in which the aerosol then passes and where the vapor condenses around the particles and Coats them, characterized in that
- the enclosure comprises a bottom bathed in liquid and under which an adjustable heating means is installed, as well as a thermometer.
- the means for homogenizing the temperature in the enclosure are preferably formed of plates
- the aerosol the latter being divided into parallel currents.
- Liquid vaporized then condensed is advantageously glycerol.
- FIG. 1 represents a view of the invention
- Figure 2 shows a top view of Figure
- FIG. 3 shows a possible variant.
- the aerosol formed of a carrier gas and of particles passes first through an inlet pipe 1, then through a conical divergent 2 which then opens into an enclosure 3.
- Liquid glycerol 4 remains on the bottom 5 of this enclosure 3, and a heating resistor 6 is disposed between the bottom 5 and a double bottom 7 below the previous one.
- a power supply 8 establishes a electrical voltage across the resistor 6, which can be varied using a rheostat 9 in series with the resistor 6.
- the enclosure 3 is made of thermal conductive material such as copper, which allows distribute the heat generated by the Joule effect equitably to homogenize the temperature under the best conditions inside enclosure 3.
- An insulating jacket 26 can surround enclosure 3.
- the aerosol present in enclosure 3 is charged with vapors glycerol at a concentration which depends on the heating and the aerosol flow, but which is preferable to adjust to approach saturation;
- the speed of the aerosol in enclosure 3 is low enough to allow it to load uniformly with vapor.
- a thermometer such as an enclosure thermocouple 10 makes it possible to check the temperature in enclosure 3 at any time and to adjust the heating accordingly. You can also check the temperature of the liquid 4 and adjust the heating accordingly.
- a condenser thermocouple 16 makes it possible to measure the temperature of the condenser at the outlet of the condenser 14, which, in connection with
- the enclosure thermocouple 10 makes it possible to rediscover the importance of the condensation of vapor.
- the glycerol vapor condenses in the condenser 14 around the aerosol particles and coats them with a liquid film which makes them more visible by magnifying them.
- the aerosol then passes if necessary through a detection zone 18, known per se, where light is projected onto the Aerosol by laser; The total diffusion achieved makes it possible to find the concentration of the particles in the carrier gas.
- the detection zone 18 can be replaced by an oblique plate 19 that the coated particles strike to remain stuck there, so that only the gas carrying the aerosol passes the oblique plate 19 and is therefore purified.
- the enclosure 3 can optionally be divided by longitudinal and vertical copper plates 11 which rise from the bottom 5 to the top 12 of the enclosure 3; these Longitudinal plates contribute, by their thermal conductivity and their aerosol flow control effect, to homogenize the overall conditions.
- glycerol does not evaporate easily once condensed, so that the droplets remain relatively stable after condensation and that it is not necessary to place the detection zone 18 immediately at the outlet of the condensers 14.
- the invention finally makes it possible to work with relatively high aerosol flow rates: for example a rectangular enclosure 200 millimeters in length, 60 in width, 70 in height, and a cylindrical condenser 20 millimeters in diameter and 350 millimeters have been used. high, with a flow rate of 2.8 liters per minute.
- the possibility of adjusting the heating and the temperatures in the enclosure 3 and in the condenser 14 makes it possible to determine the vapor content of the aerosol, which can go up to saturation, and the quantity of liquid condensed around the particles of The aerosol as a function of the flow of particles and the flow of vaporized liquid. Excessive condensations, which would lead to the formation of droplets in suspension in the carrier gas are also excluded by the control of the heating and Condensation.
- the conditions to be respected in order to achieve a good result are to pass the aerosol at sufficiently low speeds in the enclosure and the condensers, to adjust the heating to almost saturate the aerosol in vapor - a too weak heating will result in insufficient condensation and excessive heating, analogous to boiling, in supersaturation droplets without solid particles remaining in suspension in the aerosol - i.e. adjusting and monitoring The difference in temperatures in the enclosure and The condensers.
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Abstract
Grossisseur de particules d'aérosol. Il consiste à faire passer l'aérosol dans une enceinte (3) où un liquide stagnant (4) est vaporisé. L'aérosol passe dans un condenseur (14) où la vapeur se condense sur les particules et les rend ainsi plus visibles. Application à la mesure de concentration de particules polluantes dans une atmosphère.
Description
GROSSISSEUR DE PARTICULES D'AEROSOL PAR ENROBAGE DE LIQUIDE
DESCRIPTION
La présente invention se rapporte à un grossisseur de particules d'aérosol par enrobage de liquide. Elle concerne plus spécialement les aérosols pour lesquels les particules sont à une concentration très faible ou encore de très petit diamètre, pouvant atteindre le centième de micromètre.
Les normes de plus en plus strictes de pollution de l'atmosphère que l'on s'impose, dans les industries spatiale, pharmaceutique et de micro-électronique en particulier, nécessitent de s'intéresser à de tels aérosols et de mesurer leur concentration de particules polluantes.
A ces faibles concentrations les particules doivent être comptées une à une ; toute omission peut entraîner une erreur substantielle sur le résultat des mesures, et les volumes d'aérosol échantillonnés sont limités pour ne pas prolonger excessivement ces mesures. En outre, les méthodes de comptage des particules, généralement par des mesures de diffusion lumineuse, ne permettent guère ou pas du tout de détecter des particules très fines.
C'est pourquoi on a déjà eu l'idée de faire passer l'aérosol dans un milieu humide, puis de le refroidir à la sortie de ce milieu ; la vapeur mêlée au gaz porteur se condense autour des particules et finit par constituer une pellicule d'eau qui les enrobe et accroît leur diamètre. La détection est alors faci litée.
Les dispositifs antérieurs ne permettent toutefois pas une efficacité assez grande car il est difficile d'enrober correctement les particules en travaillant avec des débits d'aérosols importants. Il faut en particulier produire un débit suffisant : de vapeur pour saturer autant que possible le gaz porteur tout en évitant de créer des gouttelettes de condensation purement liquides qui seraient ensuite confondues avec des
particules et qui fausseraient donc les mesures.
L'invention arrive à ces fins avant tout avec une enceinte d'humidification par laquelle passe l'aérosol et dont La constitution permet une évaporation importante et rapide de vapeur dans L'aérosol, et ceci dans des conditions contrôlées.
L'homogénéisation satisfaisante des températures dans l'enceinte d'humidification est également bénéfique.
Des aérosols parfaitement calibrés, c'est-à-dire chargés en gouttelettes de même diamètre, et dont La concentration est connue, sont finalement obtenus.
Le grossisseur de particules comprend plus spécialement une enceinte humidificatrice dans Laquelle on fait passer L'aérosoL et où il se charge en vapeur, ainsi qu'au moins un condenseur dans lequel l'aérosol passe ensuite et où la vapeur se condense autour des particules et Les enrobe, caractérisé en ce que L'enceinte comprend un fond baigné par Le liquide et sous lequel est installé un moyen de chauffage réglable, ainsi qu'un thermomètre.
Les moyens pour homogénéiser la température dans L'enceinte sont formés préférentiellement de plaques
Longitudinales verticales qui fractionnent Le Liquide et
L'aérosoL, ce dernier étant divisé en courants parallèles. Le
Liquide vaporisé puis condensé est avantageusement du glycérol.
Une réalisation non Limitative de L'invention va à présent être décrite à L'aide des dessins suivants :
- la figure 1 représente une vue de L'invention,
- La figure 2 représente une vue de dessus de La figure
- La figure 3 représente une variante possible. L'aérosoL formé d'un gaz porteur et de particules passe tout d'abord par un tuyau d'entrée 1, puis par un divergent conique 2 qui débouche ensuite dans une enceinte 3. Du glycérol liquide 4 séjourne sur Le fond 5 de cette enceinte 3, et une résistance chauffante 6 est disposée entre le fond 5 et un double fond 7 au-dessous du précédent. Une alimentation 8 instaure une
tension électrique aux bornes de La résistance 6, que L'on peut faire varier à L'aide d'un rhéostat 9 en série avec La résistance 6. L'enceinte 3 est en matériau conducteur thermique tel que le cuivre, ce qui permet de répartir équitablement la chaleur engendrée par effet Joule pour homogénéiser La température dans Les meilleures conditions à l'intérieur de L'enceinte 3. Une chemise 26 isolante peut entourer l'enceinte 3. L'aérosoL présent dans L'enceinte 3 se charge en vapeurs de glycérol à une concentration qui dépend du chauffage et du débit d'aérosol, mais qu'il est préférable d'ajuster pour se rapprocher de la saturation ; La vitesse de l'aérosol dans l'enceinte 3 est suffisamment faible pour Lui permettre de se charg uniformément en vapeur. Un thermomètre tel qu'un thermocouple d'enceinte 10 permet de vérifier à tout instant la température dans l'enceinte 3 et de régler le chauffage en conséquence. On peut également vérifier la température du liquide 4 et régler Le chauffage en conséquence.
L'aérosol chargé en vapeur quitte L'enceinte 3 à
L'opposé du divergent 2 pour passer dans un raccordement 13 en matériau isolant thermique, puis dans un tube condenseur 14 qui peut être refroidi par un serpentin 15 qui entoure Le condenseur 14 et dans lequel circule du fluide frigorifique. Le condenseur
14 peut être aussi refroidi simplement par L'air ambiant, sans courant d'air ou avec un ventilateur à vitesse réglable 25. Ces moyens permettent de régler la force du refroidissement. Un thermocouple de condenseur 16 permet de mesurer la température du condenseur à la sortie du condenseur 14, ce qui, en Liaison avec
Le thermocouple d'enceinte 10, permet de retrouver l'importance de la condensation de vapeur.
La vapeur de glycérol se condense dans Le condenseur 14 autour des particules d'aérosol et les enrobe d'une pellicule liquide qui Les rend plus visibles en les grossissant. L'aérosol passe ensuite le cas échéant par une zone de détection 18, connue en soi, où une lumière est projetée sur L'aérosoL par laser ; La diffusion totale réalisée permet de retrouver la concentration des particules dans le gaz porteur. Dans une autre utilisation, on peut remplacer La zone de détection 18 par une plaque oblique
19 que les particules enrobées heurtent pour y rester collées, si bien que seul le gaz porteur de l'aérosol passe la plaque oblique 19 et est donc purifié.
Comme on Le voit sur La figure 2, L'enceinte 3 peut facultativement être fractionnée par des plaques longitudinales et verticales 11 en cuivre qui s'élèvent du fond 5 jusqu'au sommet 12 de L'enceinte 3 ; ces plaques Longitudinales contribuent, par Leur conductivité thermique et Leur effet de régulation d'écoulement de L'aérosoL, à homogénéiser Les conditions d'ensemble.
Dans une variante de L'invention représentée figure 3, on dispose de plusieurs condenseurs parallèles 14 dont chacun recueille L'aérosol ayant passé par un canal délimité par Les plaques longitudinales 11, qui peuvent alors être avantageusement prolongées dans le raccordement 13 par des plaques de prolongement 20 isoLant Les accès des différents condenseurs 14.
L'avantage du glycérol est qu'il ne s'évapore pas facilement une fois condensé, si bien que les gouttelettes restent relativement stables après condensation et qu'il n'est pas nécessaire de placer La zone de détection 18 immédiatement à La sortie des condenseurs 14.
L'invention permet enfin de travailler avec des débits d'aérosols relativement importants : on a employé par exemple une enceinte parallélépipédique de 200 millimètres de longueur, 60 de Largeur, 70 de hauteur, et un condenseur cylindrique de 20 millimètres de diamètre et 350 millimètres de hauteur, pour un débit de 2,8 litres à la minute.
La possibilité d'ajuster le chauffage et les températures dans l'enceinte 3 et dans le condenseur 14 permet de déterminer la teneur en vapeur de l'aérosol, pouvant aller jusqu'à la saturation, et la quantité de liquide condensée autour des particules de L'aérosoL en fonction du débit de particules et du débit de liquide vaporisé. Des condensations excessives, qui aboutiraient à la formation de gouttelettes en suspension dans le gaz porteur sont par ailleurs exclues par le contrôle du
chauffage et de La condensation.
Les conditions à respecter pour aboutir à un bon résultat sont de faire passer l'aérosol à des vitesses suffisamment faibles dans L'enceinte et les condenseurs, de régler Le chauffage pour saturer presque entièrement L'aérosol en vapeur - un chauffage trop faible résultera en une condensation insuffisante et un chauffage excessif, analogue à une ébullition, en des gouttelettes de sursaturation sans particule solide restant en suspension dans l'aérosol - c'est-à-dire d'ajuster et de surveiller La différence des températures dans l'enceinte et Les condenseurs.
Claims
REVENDICATIONS 1. Grossisseur de particules d'aérosol par enrobage de liquide, comprenant une enceinte humidificatrice (3) dans laquelle on fait passer l'aérosol et où il se charge en vapeur, ainsi qu'au moins un condenseur (14) dans Lequel l'aérosol passe ensuite et où La vapeur se condense autour des particules et les enrobe, caractérisé en ce que L'enceinte (3) comprend un fond (5) baigné par Le liquide (4) et sous lequel est installé un moyen de chauffage (8) réglable (9), ainsi qu'un thermomètre (10).
2. Grossisseur de particules selon La revendication 1, caractérisé en ce que L'enceinte est munie de moyens (11) pour y homogénéiser la température.
3. Grossisseur de particules selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour homogénéiser la température dans l'enceinte sont des plaques longitudinales verticales fractionnant l'enceinte et L'aérosoL.
4. Grossisseur de particules selon la revendication 3, caractérisé en ce que Les plaques Longitudinales verticales opèrent des séparations étanches entre des parties de l'enceinte qu'elles délimitent et qui débouchent chacune dans un condenseur particulier.
5. Grossisseur de particules selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide est du glycérol.
6. Grossisseur de particules selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condenseur est pourvu d'un thermomètre
(16).
7. Grossisseur de particules selon la revendication 6, caractérisé en ce que le condenseur est muni d'un moyen de refroidissement (15, 25) réglable.
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