用於測定氣流中的煤煙微粒的方法和裝置的製作方法

2023-06-04 12:20:21 1

專利名稱：用於測定氣流中的煤煙微粒的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於測定氣流中的煤煙微粒的方法，其包括光學特 性的測量。
背景技術：
此種方法在所屬領域中是普遍已知的，例如，己在所謂的黑碳測量 儀中實施。大氣中出現的煤煙微粒是一種不良成分。此外，這些煤煙微 粒來自柴油機等來源。已發現，空氣及其他氣體媒介中的懸浮煤煙微粒 的測定是不可預測的，因為有其它微粒粘附在煤煙上。特別是如果測量 是基於光的透射，導致不可能用現有的測量儀來快速並準確地測定煤煙 濃度，那麼會發現存在特別大的測量差異。此種精確測定是重要的。煤煙微粒實際上對人類和動物氣道有害。 對於微粒大小介於數納米與數微米之間的煤煙微粒尤其如此。更確切地說，重要的是測量尺寸小於400nm的煤煙微粒的存在。這類微粒可能會 以非常小的濃度出現。舉例來說，可能會提到某lig/mS氣體的值。由於煤煙微粒上存在沉積物，在用光照射煤煙微粒的過程中會發現 不可預測的影響。散射是觀察到的一個此類影響。因為這個原因，不可 能進行嚴格準確的測量。GB 2 320 088中揭示一種用於測定大氣汙染物的方法。更確切地說， 可通過使大氣氣體穿過串聯連接的流體柱來測定此類汙染物的大小分 布，其中每個柱中吸附特定的微粒大小。US 6 503 758中揭示了一種用於通過收集浮質來測定大氣中存在的 汙染物的方法。

發明內容
本發明的目的是提供一種可以準確的方式測定煤煙微粒的存在的方 法。更確切地說，本發明的目的是提供一種可連續地或不連續地執行的 方法。此外，本發明的一個目的是儘可能避免光測量中因可溶性鹽而引 起的影響。這一目的用上述方法來實現，即先將所述氣流中的所述煤煙微粒溼 潤化，然後再將所述煤煙微粒引入到可溶解鹽的液體中，並且測定所述 煤煙微粒/液體懸浮物的光學特性。根據本發明，對光學特性的測定不再是在含有煤煙微粒的氣流(例 如空氣)中進行的，而是在液體中進行的。所述煤煙微粒成為所述液體 中的懸浮物。已發現，在粘附到煤煙上的"外來"微粒中，至少有70% 是可溶鹽。這些鹽溶解在液體中，且將在很大程度上消除這些外來微粒 的不利的幹擾影響。己發現，通過本發明將大量增加時間解析度，例如 從1天減少到1分鐘。可通過現有技術中任何已知方法來使煤煙微粒懸浮在液體中。根據本發明，用相關液體或與煤煙微粒相關的液體將煤煙微粒溼潤 化。這種溼潤化可通過物理(冷凝)或化學方法來進行。煤煙微粒的質 量因此增加，且可能通過基於重量的分離而從氣體中分離出煤煙微粒。 舉例來說，通過使用帶(例如)旋風器的離心操作在使用的液體中收集 煤煙微粒。如果液體中包括水，那麼可通過使(水)蒸汽流穿過含有待測定的 煤煙微粒的氣體來執行溼潤化。事實證明，通過本發明實現的懸浮物是特別穩定的。因此，可在測 量位置處製備懸浮物，且接著在另一地方(例如中央實驗室)在密封容 器中對此進行測量。然而，還可能連續地在現場進行測量。根據本發明的又一有利實施例，煤煙微粒首先穿過過濾器，然後經 受測定。因此保留具有特定微粒大小的煤煙微粒。通過使用具有不同滲 透性的過濾器，可執行不同的測定且在此基礎上可不但對存在的」謀煙量
進行鑑定而且可對微粒大小分布進行鑑定。如上所述，這一點是重要的， 因為在某些測定中，對較大的微粒測定來說較不重要。因此，在特定測量中，特別需要鑑定微粒大小小於2.5 jam的微粒的數量。本發明還涉及一種裝置，其包括測定所述氣體流中的煤煙微粒大小 分布，其中為了執行上述方法，如上所述使氣體流穿過第一過濾器，接 著進行如上所述的第一測定，然後穿過具有與第一過濾器不同的滲透性 的第二過濾器，以用於根據上述方法執行第二測定。可將此階段重複若 幹次，以實現高度淨化的微粒大小分布。可採用各種措施來使測量裝置保持特別清潔。舉例來說，可用單獨 的清洗液體來規則地對此進行清洗。也可能穿過氣泡。


下文將通過參考附圖中展示的說明性實施例更詳細地解釋本發明。附圖中圖1高度圖解性地展示根據本發明的測量裝置的布局； 圖2展示根據本發明的懸浮裝置和溼潤化裝置的細節； 圖3圖解性地展示樣本測定期間根據本發明的裝置的電路； 圖4展示清洗裝置期間根據圖3的說明。
具體實施方式
在圖中，根據本發明的裝置整體指示為1。該裝置由測量裝置2、懸 浮裝置3和過濾器單元4組成。溼潤化裝置18連接在懸浮裝置3與過濾 器單元4之間。過濾器單元4由若干過濾器16組成。這些過濾器優選具有不同的滲 透性，且關閉閥5總是連接在其下端。舉例來說，分別提到0.1、 0.2、 0.5和1 (im的過濾器過濾限制。這意味著，不允許大於相關值的微粒從 中通過。經由入口 25饋入存在煤煙微粒的待測量的氣體。依據操作環境， 將一個(或一個以上)關閉閥5打開，儘管引入的特定氣體在過濾之後
經由導管6和普通的排放導管7饋入到溼潤化裝置18。接著，將具有經 溼潤化的煤煙微粒的氣體引入到懸浮裝置3中，圖2中展示其細節。在 此處進行氣體與煤煙微粒的分離。使煤煙微粒穿過除氣裝置IO並經由導 管11饋入到測量裝置2的測量管12。測量管12的一端具有燈或某一其 它照明裝置13，而其另一端具有傳感器14。測量裝置(其也可能包含控 制器)的電子部分由15指示。測量管12每大約1米長具有例如0.2 ml 的相對較小的體積。圖2展示懸浮裝置3和溼潤化裝置18的細節。源自過濾器16的氣 體經由導管7進入溼潤化裝置18。通過噴嘴20經由導管9將流注射到 腔室30中。如此處圖解性展示，液體22聚集在煤煙微粒21周圍。此外， 會出現因此獲得的某種微粒結塊。因此，其在溼潤化裝置18中的重量大 量增加。以此方式溼潤化的微粒經由入口導管19饋入懸浮裝置3。這一 裝置由旋流器23組成，其具有中心出口 24以供氣體向上延伸。通過氣 泵抽取此氣體。帶有煤煙微粒的液體聚集在旋風器23的壁處，且沿著所 述壁向下移動以經由導管10饋入除氣裝置8。接著，因此獲得的液體流 經由導管11移動到管12中，實施測定。管12具有排水器31。圖3和圖4展示可如何規則地清潔測量管12。為此目的而設置旋轉 閥26，可通過所述旋轉閾26實現不同的連接選擇。此外，在儲存器28 中存在清洗劑，所述清洗劑可經由導管27抽吸。在圖3所示的位置中執行清洗。將所述清洗劑經由泵27從儲存器 28饋入到測量管12的出口 31並通過測量管12進行抽吸。在通過除氣 裝置8之後，將其作為廢料在排水器32處排放。在根據圖4的測量位置中，將位於4與7之間的導管部分中的樣本 作為包裹經由導管10和泵27與來自儲存器28的除氣後的液體一起饋入 管12。通過上述裝置，可用準確的方式測定絕對煤煙濃度和微粒大小分布 兩者。如果將水用作溶劑，便可溶解幹擾測量的鹽。這些鹽的實例為氮—、
硫酸鹽、鈉和氧化氮。可用現有技術中已知的任何方法來對裝置進行校驗。然而，根據本 發明，更主要使用墨水。另一種校驗方法是將煤煙化學氧化成二氧化碳， 隨後對二氧化碳進行測定。通過本發明，既可連續地又可不連續地執行測量。此外，可使取樣 位置與測量位置分離相當大的距離。這就是說，可沿著(例如)道路進 行空氣取樣，且可在若干或許多公裡之外的實驗室中測定煤煙數量。在閱讀了以上描述之後，所屬領域的技術人員將立刻容易了解上述裝 置和相關方法的變化形式。認為這些變化形式屬於所附權利要求書的範圍 內。
權利要求
1. 一種用於測定氣流中的煤煙微粒的方法，其包括光學特性的測量， 其特徵在於將所述氣流中的煤煙微粒溼潤化，且接著將所述煤煙微粒引 入到溶解鹽的液體中，並測定所述煤煙微粒/液體懸浮物的所述光學特 性。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述光學特性包括光的透射率。
3. 根據前述權利要求中任一權利要求所述的方法，其中所述溼潤化 包括使得與所述液體的蒸汽接觸。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中通過霧化來產生所述蒸汽。
5. 根據權利要求3或4所述的方法，其中以物理形式將所述經溼潤 化的煤煙微粒與所述氣流分離。
6. 根據前述權利要求中任一權利要求所述的方法，其中所述液體包 括水。
7. 根據前述權利要求中任一權利要求所述的方法，其中當在第一位 置處製備了包括所述液體和所述煤煙微粒的懸浮物之後，在遠離所述第 一位置一定距離的第二位置處測定所述光學特性。
8. 根據前述權利要求中任一權利要求所述的方法，其包括測定所述 氣流中的煤煙微粒大小分布，其中為了執行根據權利要求1-7中任一權 利要求所述的方法，使所述氣流中的一部分穿過第一過濾器，接著進行 根據權利要求1-7中任一權利要求所述的第一測定，接著使所述氣流的 另一部分穿過具有不同於所述第一過濾器的滲透性的第二過濾器，以用 於執行根據權利要求1-7中任一權利要求所述的方法的第二測定。
9. 一種用於測定氣流中的煤煙微粒的裝置(1)，包括用於測量所述 光學特性的測量裝置(2)，用於提取作為在溶解鹽的液體中的懸浮物的 煤煙微粒的裝置(3)，，且其中所述測量裝置(2)經配備以測量所述懸 浮物的所述光學特性，其特徵在於在所述裝置(3)的前端設置有用於將 所述氣流中的所述煤煙微粒溼潤化的裝置裝置(18)。
10. 根據權利要求9所述的裝置，其中所述測量裝置包含光透射率測 量儀(15)。
11. 根據權利要求9或IO所述的裝置，其中所述裝置(18)包括液 體霧化裝置。
12. 根據權利要求IO所述的裝置，其包括旋風器(23)，所述旋流器 具有位於周邊處的入口 (19)，其連接到所述裝置(18)的出口以用於 將所述氣流中的所述煤煙微粒溼潤化；中心向上的出口 (24)，其用於氣 體；以及中心向下的出口 (10)，其連接到所述光測量裝置。
全文摘要
本發明提供用於測定例如空氣中的氣流中的煤煙微粒的存在的方法和裝置。為了防止可能沉積在煤煙微粒上的鹽和類似物的幹擾作用，本發明提出將煤煙微粒引入水中作為懸浮物。使相關的鹽溶解在水中，使得在測定由於存在所述煤煙微粒而引起的光學特性的變化時所述鹽對此沒有任何影響。此測定特別包括光透射率的測量。可在使所述氣流首先穿過過濾器從而可測定微粒大小分布之後，再測定所述煤煙微粒的存在。使這些煤煙微粒經受蒸汽流，藉此所述蒸汽在所述煤煙微粒上冷凝，且接著使這些煤煙微粒從所述氣體中沉澱出來，從而可實現所述煤煙微粒的懸浮。可通過使用旋風器來加快所述各個過程。
文檔編號G01N33/00GK101124470SQ200680002155
公開日2008年2月13日 申請日期2006年1月12日 優先權日2005年1月12日
發明者蘿拉·赫爾南德斯·奧比薩, 瑞內·保爾·奧特傑斯 申請人:荷蘭能源研究中心基金會