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一種大流量氣溶膠采樣裝置的制作方法

文檔序號:5839175閱讀:179來源:國知局
專利名稱:一種大流量氣溶膠采樣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種大流量氣溶膠采樣裝置,特別是關(guān)于一種可用于大氣中生物 氣溶膠濃縮分離的組合式虛擬撞擊大流量氣溶膠采樣裝置。
技術(shù)背景隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程日益加速,在世界范圍內(nèi)新發(fā)傳染病屢屢出現(xiàn),公共衛(wèi) 生突發(fā)事件時有發(fā)生,生物恐怖威脅愈顯突出,生物安全已成為嚴(yán)重影響人類生 活、國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題。傳染性病毒、生物恐怖武器等微生物都是 以氣溶膠粒子狀態(tài)存在于大氣中,實(shí)時監(jiān)測大氣中傳播粒子的潛在危險勢在必行。實(shí)驗(yàn)證明,空氣中可傳播的微生物粒子的直徑一般在2微米以上,可對人體造成 危害的是10微米以下的可吸入粒子。因此,有效地采集大氣中2 10微米的生物 粒子是準(zhǔn)確測量有害微生物濃度的技術(shù)關(guān)鍵之一。由于空氣中的微生物粒子濃度很低,加之生物氣溶膠檢測方法靈敏度的限制, 目前,國內(nèi)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域?qū)晌肓W拥牟杉嗖捎么罅髁坎蓸友b置。這種采樣 裝置存在如下不足1、為了防止降水、昆蟲以及草葉、飛絮等物質(zhì)被吸入到大流量氣溶膠采樣器而堵塞氣路,需要設(shè)計專門的防雨罩和阻蟲網(wǎng),進(jìn)氣防雨阻蟲網(wǎng) 罩與大粒子分離器及濃縮分離器互為獨(dú)立結(jié)構(gòu),體積和重量較大,不便安裝使用。2、大粒子切割器多為旋風(fēng)分離器或固體撞擊板,都存在粒子反彈現(xiàn)象。3、濃縮 分離器的加速噴口的內(nèi)腔一般為圓柱形和圓錐形的結(jié)合體,對氣流流線的整形能 力較差,存在較大的壁損耗。4、旋風(fēng)分離器不能有效去除小于2微米的生物粒子。 發(fā)明內(nèi)容針對上述問題,本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單,體積小、可用于大氣中 生物氣溶膠濃縮分離的組合式虛擬撞擊大流量氣溶膠采樣裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種大流量氣溶膠采樣裝置, 其特征在于它主要包括 一大粒子切割器、 一濃縮分離器和一采樣器;所述大粒子切割器包括 一圓柱形內(nèi)筒,所述內(nèi)筒的頂部設(shè)置有一與其連為一體的防雨阻 蟲頂蓋;所述內(nèi)筒內(nèi)設(shè)置一頂部固定在所述頂蓋上,底部封閉的阻蟲網(wǎng)罩,所述內(nèi) 筒外面設(shè)置一外筒,所述外筒的底部向中心縮為一錐形底面,所述頂蓋的外沿向 下傾斜低于所述外筒,所述外筒與所述頂蓋之間具有一圈氣流進(jìn)口;所述內(nèi)筒最 下部與所述外筒之間相對靠近,形成一圈逐漸收縮的氣流噴嘴;所述阻蟲網(wǎng)罩內(nèi)穿設(shè)有一下端固定在所述外筒錐形底面的氣流輸出管;所述氣溶膠濃縮分離器包 括 一外殼,所述外殼的頂部和中部分別設(shè)置一支撐板,所述兩支撐板上分別設(shè) 置一上噴嘴和一下噴嘴,所述上噴嘴頂部連接所述氣流輸出管,所述上噴嘴底部 與所述下噴嘴之間留有通氣間隙,形成小粒子分離的第一級加速噴嘴。所述下噴 嘴周圍的支撐板上設(shè)置有一圈第一級小粒子排氣口,所述外殼底板一側(cè)設(shè)置有一 小粒子總排氣口,所述總排氣口處設(shè)置有一風(fēng)機(jī);所述采樣器設(shè)置在所述外殼底 板下方,所述采樣器的樣品氣流口設(shè)置在底板上,正對著所述下噴嘴的底部,且 與所述下噴嘴的之間留有通氣間隙,所述下噴嘴與所述樣品氣流口之間形成小粒 子分離的第二級加速噴嘴。所述上、下噴嘴的下部內(nèi)壁設(shè)置成收縮的流線形。所述采樣器為液體采樣器、固體采樣器和氣溶膠粒子分析儀器之一。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案,其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明通過頂蓋與外筒 之間氣流進(jìn)口阻止質(zhì)量較大的非氣溶膠類雜物吸入的大粒子切割器,通過內(nèi)、外 筒之間環(huán)形狹縫切割大于10微米的顆粒,通過上、下噴嘴之間的間隙對小于2微 米的粒子進(jìn)行第一級分離,通過下噴嘴與采樣器的氣流口之間的間隙對小于2微 米的粒子進(jìn)行第二級分離,沒有任何撞擊擋板,分離徹底,使進(jìn)入采樣器的粒子 符合直徑大于2微米,小于10微米的采集要求。2、本發(fā)明將外筒底部設(shè)置成錐 形,使其與阻蟲網(wǎng)罩底部之間形成了一個緩沖空間和大粒子收集槽,因此可以有 效地防止從氣流中分離出來的大粒子反彈進(jìn)入下一級氣流中。3、本發(fā)明由于將大 粒子切割器的進(jìn)氣阻蟲網(wǎng)罩和防雨頂蓋與內(nèi)筒連成一體,減小了結(jié)構(gòu)體積和重量, 有利于儀器的小型化,同時本發(fā)明所有噴嘴內(nèi)壁全部采用流線型設(shè)計,有利于氣 流的整形,可減少氣溶膠粒子的壁損耗。4、本發(fā)明由于采用大粒子切割器、濃縮 分離器和采樣器組合式結(jié)構(gòu),三個部件既可以單獨(dú)使用,也可以組合使用,既可 以自身組合構(gòu)成一個大流量氣溶膠采樣器,也可以輸出樣品氣流供粒子分析儀器 檢測。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單,體積小,安裝和清理都非常方便,可以廣泛用于大氣中 生物氣溶膠的濃縮分離和實(shí)時監(jiān)測過程中。


圖l是本發(fā)明結(jié)構(gòu)框2是本發(fā)明大粒子切割器示意3是本發(fā)明濃縮分離器和氣溶膠采樣器示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例,對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示,本發(fā)明主要包括大粒子切割器l,濃縮分離器2和采樣器3。 如圖2所示,本發(fā)明大粒子切割器1包括 一上、下通透的圓柱形內(nèi)筒ll, 在內(nèi)筒11的頂部設(shè)置有一與其連成一體的防雨頂蓋12,在內(nèi)筒11內(nèi)設(shè)置一頂部固定在頂蓋12上,底部封閉的阻蟲網(wǎng)罩13。在內(nèi)筒11外部設(shè)置一外筒14,外筒 14的底部向中心縮為一錐形底面,外筒14的頂部低于內(nèi)筒11的頂部一段距離, 頂蓋12的直徑尺寸大于外筒14的直徑尺寸,且頂蓋12的外緣向下傾斜低于外筒 14,在外筒14與頂蓋12之間形成一圈氣流進(jìn)口 15,可有效防止質(zhì)量較大的非氣 溶膠類雜物吸入氣流進(jìn)口 15。在內(nèi)筒11最下部與外筒14之間相對設(shè)置有擴(kuò)口和 一圈環(huán)形凸起16,使內(nèi)筒11與外筒14之間形成一圈逐漸收縮的環(huán)形狹縫17。在 網(wǎng)罩13內(nèi)穿設(shè)有一氣流輸出管18,氣流輸出管18的下端從外筒14底部穿出連接 濃縮分離器2。如圖3所示,本發(fā)明濃縮分離器2包括 一外殼21,在外殼21的頂部和中部 分別設(shè)置一支撐板22、 23,在兩支撐板22、 23上分別設(shè)置一上噴嘴24和一下噴 嘴25。上噴嘴24頂部可以直接連接大粒子切割器1的的氣流輸出管18,也可以 通過軟管連接氣流輸出管18。上噴嘴24的出口與下噴嘴25之間留有通氣間隙26, 上噴嘴24與下噴嘴25之間形成了小粒子分離的第一級加速噴嘴。在支撐板23的 下噴嘴25周圍設(shè)置有一圈第一級小粒子排氣口 27。在外殼21的底板一側(cè)設(shè)置有 一小粒子總排氣口 28,在小粒子總排氣口 28的底部設(shè)置一風(fēng)機(jī)29向外排氣。本發(fā)明的采樣器3可以采用已有技術(shù)的各種產(chǎn)品,采樣器3設(shè)置在濃縮分離 器2外殼21的下方,采樣器3的樣品氣流口 31設(shè)置在外殼21的底板上,正對著 下噴嘴25的底部,但與其之間留有通氣間隙32,下噴嘴25與樣品氣流口 31之間 形成了小粒子分離的第二級加速噴嘴。本發(fā)明在采樣操作時,將濃縮分離器2和采樣器3設(shè)置在室內(nèi),而將大粒子 切割器1設(shè)置在室外,并將大粒子切管器1的氣流輸出管18通過軟管與濃縮分離 器2的噴嘴24的頂部連接(僅以此為例)。如圖1所示,采樣開始時,在風(fēng)機(jī)29的吸力作用下,大氣環(huán)境中的氣溶膠粒 子不能直接進(jìn)入內(nèi)筒11,只能沿著外筒14與頂蓋12之間的一圈氣流進(jìn)口 15進(jìn)入 內(nèi)筒11與外筒14之間,并從內(nèi)筒11底部與外筒14之間形成的一圈逐漸收縮的 環(huán)形狹縫17進(jìn)入內(nèi)筒11。進(jìn)入內(nèi)筒11小于10微米小粒子氣流可以隨氣流改變方 向,向上通過阻蟲網(wǎng)罩13進(jìn)入氣流輸出管18,然后進(jìn)入濃縮分離器2;而氣流中 大于10微米的粒子在慣性的作用下,不能隨氣流向上的運(yùn)動改變方向,只能撞擊 在大粒子切割器1外筒14的錐形底面。錐形底面與阻蟲網(wǎng)罩之間形成了一個緩沖的大粒子收集槽,可以防止從氣流中分離出來的大粒子反彈進(jìn)入下一級氣流中。 本發(fā)明的大粒子切割器可以單獨(dú)使用,也可以與濃縮分離器和采樣器組合使用。如圖3所示,本發(fā)明的氣溶膠濃縮分離器采用2級虛擬撞擊結(jié)構(gòu),由于兩噴 嘴24、 25之間留有通氣間隙26,大部分低于2微米的小粒子在此處進(jìn)行第一級分 離,被分離的低于2微米的小粒子通過設(shè)置在支撐板23上的第一級小粒子排氣口 27流向小粒子總排氣口 28。而剩余的低于2微米的小粒子會在從噴嘴25流入采 樣器3的樣品氣流口 31時,從噴嘴25與樣品氣流口 31之間的通氣間隙32排除, 使進(jìn)入采樣器3樣品氣流口 31的粒子符合直徑大于2微米,小于10微米的采集 要求。本發(fā)明為了減少氣溶膠粒子的壁損耗,將兩噴嘴24、 25的內(nèi)壁都設(shè)計成流 線形,有利于氣流的整形和減少粒子的損失。本發(fā)明的采樣器3可以是液體采樣 器,也可以是固體采樣器,還可以直接引入到氣溶膠粒子分析儀器進(jìn)行檢測分析。由上述氣溶膠粒子的分離采集過程可以看出,氣溶膠粒子在氣流流場中的行 為主要受兩個參數(shù)的控制, 一個為斯托克斯數(shù)(Stk), 一個為雷諾數(shù)(Re),本 發(fā)明計算虛擬撞擊大流量氣溶膠采樣裝置各個噴嘴的尺寸主要依據(jù)這兩個參 數(shù),各個噴嘴能夠分離的粒子尺寸稱為切割點(diǎn)(Stks。),斯托克斯數(shù)Stk可由下 式計算(這包括內(nèi)、外筒之間的環(huán)形狹縫17,上噴嘴24的噴口和下噴嘴25 的噴口半徑等)上式中,^是粒子直徑(cm), Pp是粒子密度(kg/m3), Cc是滑移訂正系 數(shù),U。是噴口氣流的平均流速(m/s),厶是噴嘴尺寸,圓形噴嘴為半徑,狹縫 式噴嘴為半寬(m), u是流體的粘滯系數(shù)(kg/m*s)。雷諾數(shù)(Re)的計算公式如下Re =-上式中,/^為空氣密度(kg/m3),除了厶是圓形噴嘴的直徑或狹縫式噴 嘴的寬度外,其余參數(shù)同上。在虛擬撞擊大流量氣溶膠采樣裝置中氣流的流動和粒子的分離與收集的 動力來自風(fēng)機(jī)29,風(fēng)機(jī)29的選擇非常重要,影響風(fēng)機(jī)性能的主要參數(shù)是風(fēng)機(jī) 29的壓頭,風(fēng)機(jī)壓頭的選擇主要取決于各個加速噴嘴的壓降(AP):6<formula>formula see original document page 7</formula>上式中,^為壓力系數(shù),對于有限的流量范圍來說,r基本上是恒定的。在忽略風(fēng)機(jī)的無效功率和流路中的壓力損失時,理想的風(fēng)機(jī)的功率(Pwr) 應(yīng)該是上式中,l為主氣流(cm/sec),」尸 為加速噴嘴入口與主氣流(細(xì)粒子) 出口之間的壓差(Pa),",為分氣流(粗粒子)的流量(cm/sec),」尸 為加 速噴嘴入口與分氣流出口之間的壓差(cm/sec)。
權(quán)利要求
1、一種大流量氣溶膠采樣裝置,其特征在于它主要包括一大粒子切割器、一濃縮分離器和一采樣器;所述大粒子切割器包括一圓柱形內(nèi)筒,所述內(nèi)筒的頂部設(shè)置有一與其連為一體的防雨阻蟲頂蓋;所述內(nèi)筒內(nèi)設(shè)置一頂部固定在所述頂蓋上,底部封閉的阻蟲網(wǎng)罩,所述內(nèi)筒外面設(shè)置一外筒,所述外筒的底部向中心縮為一錐形底面,所述頂蓋的外沿向下傾斜低于所述外筒,所述外筒與所述頂蓋之間具有一圈氣流進(jìn)口;所述內(nèi)筒最下部與所述外筒之間相對靠近,形成一圈逐漸收縮的氣流噴嘴;所述阻蟲網(wǎng)罩內(nèi)穿設(shè)有一下端固定在所述外筒錐形底面的氣流輸出管;所述氣溶膠濃縮分離器包括一外殼,所述外殼的頂部和中部分別設(shè)置一支撐板,所述兩支撐板上分別設(shè)置一上噴嘴和一下噴嘴,所述上噴嘴頂部連接所述氣流輸出管,所述上噴嘴底部與所述下噴嘴之間留有通氣間隙,形成小粒子分離的第一級加速噴嘴。所述下噴嘴周圍的支撐板上設(shè)置有一圈第一級小粒子排氣口,所述外殼底板一側(cè)設(shè)置有一小粒子總排氣口,所述總排氣口處設(shè)置有一風(fēng)機(jī);所述采樣器設(shè)置在所述外殼底板下方,所述采樣器的樣品氣流口設(shè)置在底板上,正對著所述下噴嘴的底部,且與所述下噴嘴的之間留有通氣間隙,所述下噴嘴與所述樣品氣流口之間形成小粒子分離的第二級加速噴嘴。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種大流量氣溶膠采樣裝置,其特征在于所述上、 下噴嘴的下部內(nèi)壁設(shè)置成收縮的流線形。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的一種大流量氣溶膠采樣裝置,其特征在于所述 采樣器為液體采樣器、固體采樣器和氣溶膠粒子分析儀器之一。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大流量氣溶膠采樣裝置,其特征在于它主要包括一大粒子切割器、一濃縮分離器和一采樣器;所述大粒子切割器包括內(nèi)筒、外筒、頂蓋阻蟲網(wǎng)罩和氣流輸出管,所述外筒與所述頂蓋之間具有一圈氣流進(jìn)口;所述內(nèi)筒與所述外筒之間形成一氣流噴嘴;所述氣流輸出管設(shè)置在阻蟲網(wǎng)罩內(nèi)固定在所述外筒錐形底面的;所述氣溶膠濃縮分離器包括一外殼,分別設(shè)置的上、下噴嘴,所述上噴嘴底部與所述下噴嘴之間留有通氣間隙,形成小粒子分離的第一級噴嘴。所述下噴嘴與所述采樣器的氣流進(jìn)口之間留有通氣間隙,所形成小粒子分離的第二級噴嘴。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單,體積小、可用于大氣中生物氣溶膠濃縮分離和實(shí)時監(jiān)測。
文檔編號G01N1/22GK101324490SQ20081011723
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者強(qiáng) 劉, 毅 劉, 孫振海, 娜 李, 李勁松, 潔 王, 趙建軍, 鹿建春 申請人:北京匯豐隆生物科技發(fā)展有限公司;中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院微生物流行病研究所
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