用於監測顆粒的裝置製造方法

2023-04-29 16:40:06

用於監測顆粒的裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用於監測包括氣溶膠的通道(11)或空間中的顆粒(54)的裝置(1)。裝置(1)包括進氣室(4)；噴射器(24)；氣體供應裝置(6，16，18)，其設置為經由進氣室(4)將基本不含顆粒的氣體流(C)供應給噴射器(24)；以及至少一個樣品入口(2)，其設置為藉助於由氣體供應裝置(6，16，8)和噴射器(24)提供的吸力將樣品氣溶膠流(A)從通道(11)或空間提供給進氣室(4)。裝置(1)還包括樣品供應通道(5)，其設置在樣品入口(2)與進氣室(4)之間，用於將樣品氣溶膠混合到基本不含顆粒的氣體流(C)。樣品供應通道(5)設置為至少部分地沿基本不含顆粒的氣體流(C)的相反方向引導樣品氣溶膠流(A)。
【專利說明】用於監測顆粒的裝置
[0001]本實用新型涉及一種用於監測顆粒的裝置，並特別涉及一種用於監測包括氣溶膠的通道或空間中的顆粒的裝置。
【背景技術】
[0002]在許多工業過程和燃燒過程中形成微粒。此外，微粒存在於在管道和通風系統中以及在室內空間中流動的呼吸空氣中。由於各種原因，監測這些微粒。由於微粒的潛在健康影響，以及為了工業過程和燃燒過程的監測操作，可能進行微粒監測。為了監測空氣品質，還測量通風系統中的微粒。監測微粒的另一原因是在工業過程中越來越多地使用和產生納米尺度的顆粒。以上原因需要可靠的微粒監測設備和方法。
[0003]在文獻W02009109688A1中描述了一種用於監測微粒的現有技術方法和裝置。在這個現有技術方法中，清潔的、基本不含顆粒的氣體提供給裝置，並作為主流體經由進氣室引導到設置在裝置內的噴射器。清潔氣體在提供給進氣室之前和提供給進氣室期間被進一步電離。電離的清潔氣體可以音速或接近音速的速度優選地供應給噴射器。清潔氣體的電離可例如使用電暈充電器來進行。進氣室還設置有樣品入口，樣品入口設置為與包括具有微粒的氣溶膠的通道或空間流體連通。清潔氣體流和噴射器一起對樣品入口產生吸力，以便從管道或空間到進氣室形成樣品氣溶膠流。因此，樣品氣溶膠流設置為噴射器的側流。電離的清潔氣體使顆粒充電。帶電顆粒可能進一步被引導回包含氣溶膠的通道或空間。因此，通過監測由帶電粒子攜帶的電荷來監測氣溶膠樣品的微粒。使用離子阱進一步去除可去除的自由離子。
[0004]微粒監測裝置的一個重要需求是可靠操作和有效操作。此外，還優選這些微粒監測裝置可以低能耗操作，並可連續操作，以實時進行微粒測量。
[0005]令人意外地發現，現有技術微粒測量裝置的一個問題是，樣品氣溶膠流的顆粒的低效率充電。因為基本不含顆粒的電離氣體到噴射器的速度很高，所以僅存在有限的時間使樣品氣溶膠流的顆粒充電。樣品氣溶膠流顆粒的低效率充電導致顆粒的不可靠測量。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的是提供一種裝置，以克服或至少減輕現有技術的缺點。本實用新型的目的是通過一種裝置實現的，該裝置包括進氣室；噴射器；氣體供應裝置，所述氣體供應裝置設置為經由進氣室將基本不含顆粒的氣體流供應給噴射器；以及至少一個樣品入口，所述樣品入口設置為藉助於由氣體供應裝置和噴射器提供的吸力將樣品氣溶膠流從通道或空間提供給進氣室，其中，所述裝置還包括設置在樣品入口與進氣室之間的樣品供應通道，用於將樣品氣溶膠混合到基本不含顆粒的氣體流，並且樣品供應通道設置為至少部分地沿基本不含顆粒的氣體流的相反方向引導樣品氣溶膠流。
[0007]本實用新型是基於提供一種裝置的思想，所述裝置用於監測包括氣溶膠的通道或空間中的顆粒，在該裝置中，樣品氣溶膠基本作為與基本不含顆粒的氣體相反的逆流供應給裝置。換句話說，樣品氣溶膠流至少部分地沿基本不含顆粒的氣體流的相反方向導引，用於將樣品氣溶膠混合到基本不含顆粒的氣體流。樣品氣溶膠可直接沿基本不含顆粒的氣體流的相反方向或與基本不含顆粒的氣體流成一角度引導。因此，樣品氣溶膠流供應到裝置，並朝向基本不含顆粒的電離氣體流，以使樣品氣溶膠的流動方向具有沿基本不含顆粒的電離氣體流的相反方向的流動分量。
[0008]在一個優選實施例中，樣品供應通道設置為與基本不含顆粒的氣體流成小於45°的角引導樣品氣溶膠流。
[0009]在另一優選實施例中，樣品供應通道設置為與基本不含顆粒的氣體流成小於30°的角引導樣品氣溶膠流。
[0010]本實用新型的目的是通過一種包括設置在樣品入口與進氣室之間的樣品供應通道的裝置實現的。樣品供應通道設置為至少部分地沿基本不含顆粒的氣體流的相反方向將樣品氣溶膠流供應到進氣室。樣品供應通道可設置在裝置的本體內。在一個實施例中，樣品供應通道設置在進氣室內。樣品供應通道可由裝置的本體和噴射器形成，或它可以是單獨的管道。
[0011]本實用新型的優點在於，至少部分地沿關於基本不含顆粒的電離氣體流的相反方向引導樣品氣溶膠流提供了樣品氣溶膠與基本不含顆粒的電離氣體流的有效混合。樣品氣溶膠流與基本不含顆粒的電離氣體流的有效混合增強並加速了樣品氣溶膠流顆粒的充電。這確保了樣品氣溶膠的所有顆粒都帶電。因為顆粒監測裝置的操作是基於使樣品氣溶膠流的顆粒充電。因此，樣品氣溶膠流顆粒的有效可靠充電將增強裝置的操作，並提供可靠正確的測量結果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]在下文中將結合優選實施例，參照附圖詳細地描述本實用新型，其中
[0013]圖1是用於監測微粒的裝置的一個實施例的示意圖；以及
[0014]圖2是用於監測微粒的裝置的另一實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0015]圖1示出用於監測微粒，特別是具有小於Iim的直徑的顆粒，的裝置的一個實施例。裝置包括本體17，樣品氣溶膠流被導引到本體17內，用於監測或測量微粒。裝置I連接到氣溶膠管道11，在氣溶膠管道11內是氣溶膠流F。因此，裝置I設置為監測氣溶膠流F中的微粒。氣溶膠管道可以是工業過程的排氣管道或通風管道。替代地，氣溶膠管道可以是包括氣溶膠的任何空間或具有氣溶膠流F的任何管道或通道。
[0016]裝置I包括用於將樣品氣溶膠流A導引到裝置I中的樣品入口 2。樣品入口 2與氣溶膠管道11和裝置I的內側流體連通。裝置I優選地還包括樣品出口 10，通過樣品出口10，已分析的樣品氣溶膠流B從裝置I排出。在圖1的實施例中，已分析的樣品氣溶膠B返回到氣溶膠管道11。樣品出口 10還可設置為將已分析的樣品氣溶膠B直接引導到環境大氣或某些其他位置。因此，裝置I不收集或儲存樣品氣溶膠A。在替代實施例中，裝置還可包括樣品入口裝置2，樣品入口裝置2包括一個或多個樣品入口。此外，裝置還可包括樣品出口裝置10，樣品出口裝置10包括一個或多個樣品出口。在圖1中，樣品入口 2和樣品出口 10示為短通道，但在替代實施例中，樣品入口 2和樣品出口 10可僅是設置在裝置I的本體17的開口。
[0017]裝置I包括進氣室4，並且樣品入口 2設置為提供氣溶膠管道11與進氣室4之間的流體連通。裝置還包括用於將清潔的不含顆粒的氣體C供應給進氣室4的氣體供應裝置。氣體供應裝置包括氣體供應連接器18，經由氣體供應連接器18，可從氣體源帶來清潔氣體。氣體可在過濾器等中清潔，以從氣體基本去除顆粒。清潔氣體可以是空氣或某些其他適合的氣體。清潔氣體可從氣體源供應給溫度調節器，溫度調節器可加熱空氣或冷卻空氣。電磁閥可切換為將氣體供應給流量控制器，以使清潔氣體流C可設置為希望的值。流量控制器可以是，例如可調閥、臨界孔、流量計、質量流量控制器等。流量控制器可連接到過濾器，過濾器從壓縮氣體基本去除顆粒，以使壓縮氣體中的顆粒濃度顯著低於樣品氣溶膠流A中的顆粒濃度。然後，清潔氣體通過氣體供應連接器18供應給測量裝置I。
[0018]裝置I還包括清潔氣體供應通道16，通過清潔氣體供應通道16，清潔氣體供應給裝置I的進氣室4。清潔氣體供應通道包括在進氣室4中開口的噴嘴頭6。清潔氣體供應裝置還設置有電離裝置14，電離裝置14用於在將清潔氣體從噴嘴頭6供應給進氣室4之前或期間電離至少一部分清潔氣體。在圖1的實施例中，電離裝置是在清潔氣體供應通道16中延伸的電暈針14。噴嘴頭6和電暈針14有利地設置為電暈針14基本上延伸到噴嘴頭6的附近。這有助於電暈針14保持清潔，並提高離子產量。電暈針14通過一個或多個電絕緣體20與清潔氣體流動通道和裝置I的本體17隔離。根據以上所述，氣體供應通道16設置為將基本不含顆粒的電離氣體流C提供給進氣室4。
[0019]裝置還設置有噴射器24。噴射器24包括因此形成縮放流動通道的縮放噴嘴24、噴射器24的咽喉部8。噴射器24是泵狀裝置，其利用縮放噴嘴的文丘裡效應，將主流體流的壓力能轉換成動能，其產生引進並攜帶用於側流體流的吸力的低壓區。主流體流和側流體流在噴射器24中至少部分地混合。主流體流和側流體流通過噴射器入口 7供應給噴射器咽喉部8。在經過噴射器24的咽喉部8之後，混合的流體膨脹，並且速度降低，這導致通過將動能轉換回壓力能使混合的流體再壓縮。在替代實施例中，裝置還可包括一個或多個清潔氣體供應通道16、電暈針14和噴射器24。
[0020]在圖1的實施例中，基本不含顆粒的電離氣體流C作為主流供應給噴射器的咽喉部8。因此，清潔氣體供應通道16和噴嘴頭6設置為以高速將基本不含顆粒的氣體流C供應給咽喉部8。基本不含顆粒的氣體流C的速度優選地是音速或接近音速。在噴射器24中，基本不含顆粒的氣體流C形成對樣品入口 2的吸力，以使樣品氣溶膠流A可吸入進氣室4中。樣品氣溶膠流A形成噴射器24的側流。樣品氣溶膠流A的流速基本上只取決於噴射器24的幾何形狀和基本不含顆粒的電離氣體流C的流速。在優選實施例中，主流C與側流A的比很小，優選小於1: 1，更優選小於1:3。根據以上所述，不需要將樣品氣溶膠流A主動供應給裝置1，而是可通過藉助於清潔氣體供應裝置和噴射器24吸入。
[0021]基本不含顆粒的電離氣體流C和樣品氣溶膠流在進氣室4中和噴射器24中混合，以使樣品氣溶膠流A的顆粒在混合過程中通過電離的清潔氣體流C帶電。裝置I還包括離子捕獲室22。離子捕獲室22包括離子阱12，離子阱12用於去除未附著到樣品氣溶膠流A的顆粒上的離子。離子阱12設置有用於去除所述自由離子的採集電壓。用於捕獲自由離子的電壓取決於裝置I的設計參數，但典型的離子阱12電壓是10V-30kV。還可調整離子阱12電壓，以去除核模式顆粒或甚至積累模式中的最小顆粒。[0022]混合在一起的樣品氣溶膠和基本清潔的氣體通過出口 10與樣品氣溶膠的電離顆粒一起從裝置I排出。出口 10設置為與離子捕獲室22流體連通，用於將排出流B排出裝置I。出口 10可設置為將排出流B供應回氣溶膠管道11或環境大氣或某些其他位置。
[0023]通過測量由樣品氣溶膠A的帶電顆粒攜帶的電荷來監測氣溶膠管道11中的氣溶膠F的顆粒。在優選實施例中，通過測量與帶電顆粒一起從裝置I逃逸的電荷來監測氣溶膠F的顆粒。由帶電顆粒攜帶的電荷的測量可通過許多替代方式測量。在一個實施例中，通過測量從樣品出口 10逃逸的淨電流來測量由帶電顆粒攜帶的電荷。為了能測量最小電流，典型地在PA水平下，整個裝置I與環境系統隔離。靜電計可組裝在隔離的裝置(即，本體17的壁中的點)與環境系統的地面點之間。通過這種設置，靜電計可測量與電離顆粒一起從隔離的裝置I逃逸的電荷。換句話說，這種設置測量逃逸的電流。
[0024]在本實用新型中，通過至少部分地沿基本不含顆粒的氣體流C的相反方向將樣品氣溶膠流C供應給進氣室4來增強基本不含顆粒的電離氣體流和樣品氣溶膠在進氣室4中的混合。因此，裝置I設置有樣品供應通道5。在圖1中，樣品供應通道5設置為基本沿基本不含顆粒的氣體流C的相反方向將樣品氣溶膠供應給進氣室4。如圖1所示，樣品供應通道5基本與噴射器咽喉部8和清潔氣體供應通道16平行地延伸。因此，樣品氣溶膠作為基本不含顆粒的電離氣體流C的逆流，沿箭頭D的方向供應給進氣室4。
[0025]如圖1所示，樣品供應通道5設置在樣品入口 2與進氣室4之間。當樣品氣溶膠和基本不含顆粒的電離氣體沿相反方向流動時，這種設置提供了它們在進氣室4中的有效混合。在圖1的實施例中，樣品入口 2設置在噴嘴頭6的下遊，並且樣品供應通道5沿清潔氣體供應通道16的相反方向從樣品入口 2延伸。此外，樣品入口 2設置在噴射器入口 7的下遊，並且樣品供應通道5沿基本不含顆粒的氣體流C的流動方向，基本在樣品入口 2與噴射器入口 7之間延伸。在圖1的實施例中，樣品供應通道5設置在裝置的本體17內。樣品供應通道還可設置為至少部分地在進氣室4內。圖1的樣品供應通道由裝置的本體17的側壁和噴射器24的結構形成。然而，樣品供應通道還可通過設置在裝置I的本體17內或進氣室4內的單獨導管、管等設置。
[0026]圖2示出本實用新型的另一實施例，其中，至少部分地沿基本不含顆粒的氣體流C的相反方向，或換句話說，與基本不含顆粒的氣體流C成角度地供應樣品氣溶膠。在一個實施例中，以與基本不含顆粒的氣體流C的流動方向成小於45°的角將樣品氣溶膠流供應給進氣室4。在另一實施例中，以與基本不含顆粒的氣體流C的流動方向成小於30°的角將樣品氣溶膠流供應給進氣室4。上述角度必須足夠小，並且樣品供應通道設置為基本不含顆粒的電離氣體流C不由於基本不含顆粒的電離氣體的流動在樣品供應通道5中引起太高的壓力。這意味著，基本不含顆粒的電離氣體流可不滲入樣品供應通道中。這確保了保持從氣溶膠流動通道到裝置的吸力。如圖2所示，樣品供應通道5沿箭頭D的方向，以一角度朝向基本不含顆粒的電離氣體流C引導樣品氣溶膠流，以使流體有效地混合，並使樣品氣溶膠的顆粒帶電。這提供了樣品氣溶膠顆粒的快速電離。
[0027]如圖2所示，樣品供應通道朝向基本不含顆粒的氣體流C提供至少部分反向流動的樣品氣溶膠。如圖2所示，這是通過將樣品供應通道5設置為以關於噴射器咽喉部8、或基本不含顆粒的電離氣體流C或清潔氣體供應通道16成小於45°，優選小於30°的角延伸來實現的。在圖2的實施例中，樣品入口 2設置在噴嘴頭6的下遊，並且樣品供應通道5沿清潔氣體供應通道16的相反方向以一角度從樣品入口 2延伸。此外，樣品入口 2設置在噴射器入口 7的下遊，並且樣品供應通道5基本在樣品入口 2與噴射器入口 7之間延伸。在圖2的實施例中，樣品供應通道5設置在裝置的本體17內。樣品供應通道還可設置為至少部分地在進氣室4內。圖1的樣品供應通道由噴射器24的結構形成。然而，樣品供應通道還可通過設置在裝置I的本體17內或進氣室4內的單獨導管、管等設置。其他結構特徵也可加到裝置上，用於設置樣品供應通道5。
[0028]本領域技術人員清楚的是，作為技術進步，可用各種方式實現本實用新型的基本思想。因此，本實用新型和其實施例不限於以上示例，而是它們可在權利要求的範圍內變化。
【權利要求】
1.一種裝置(1)，用於監測包括氣溶膠的通道(11)或空間中的顆粒(54)，所述裝置(I)包括: 進氣室⑷； 噴射器(24)； 氣體供應裝置(6，16，18)，所述氣體供應裝置(6，16，18)設置為經由所述進氣室(4)將基本不含顆粒的氣體流(C)供應給所述噴射器(24);以及 至少一個樣品入口 I (2)，所述樣品入口 1(2)設置為藉助於由所述氣體供應裝置(6，16，18)和所述噴射器(24)提供的吸力將樣品氣溶膠流(A)從所述通道(11)或所述空間提供給所述進氣室(4)， 其特徵在於 所述裝置(I)還包括樣品供應通道(5)，所述樣品供應通道(5)設置在所述樣品入口1(2)與所述進氣室(4)之間，用於將所述樣品氣溶膠混合到所述基本不含顆粒的氣體流(C);並且 所述樣品供應通道(5)設置為至少部分地沿所述基本不含顆粒的氣體流(C)的相反方向引導所述樣品氣溶膠流(A)。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述樣品供應通道(5)設置為基本沿所述基本不含顆粒的氣體流(C)的相反方向引導所述樣品氣溶膠流(A)。
3.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述樣品供應通道(5)設置為與所述基本不含顆粒的氣體流(C)成一角度引導所述樣品氣溶膠流(A)。
4.如權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述樣品供應通道(5)設置為與所述基本不含顆粒的氣體流(C)成小於45°的角引導所述樣品氣溶膠流(A)。
5.如權利要求3或4所述的裝置，其特徵在於，所述樣品供應通道(5)設置為與所述基本不含顆粒的氣體流(C)成小於30°的角引導所述樣品氣溶膠流(A)。
6.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述樣品供應通道(5)設置為朝向所述基本不含顆粒的氣體流(C)提供至少部分反向流動的樣品氣溶膠流(A)。
【文檔編號】G01N15/06GK203705221SQ201290000376
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年3月15日 優先權日:2011年3月21日
【發明者】考科·詹卡, 簡·蘭德卡默 申請人:皮卡索爾公司