專利名稱：顆粒物監(jiān)視器的制作方法
顆粒物監(jiān)視器背景技術(shù)
無論是美國還是海外的清潔空氣立法框架中，越來越要求對源排放排出的顆粒物 的質(zhì)量濃度進行連續(xù)的監(jiān)視。業(yè)界極其需要以這種形式對顆粒質(zhì)量濃度進行測量，即，其 在與環(huán)境空氣條件達成平衡之后模擬源排放物。此種形式的顆粒物質(zhì)被稱為總一次顆粒 (Total Primary Particulate, TPP),其包括利用可過濾提取從源直接脫除的顆粒物以及 由剩余流體流在基準穩(wěn)定下的凝結(jié)而生成的顆粒。
從污染源提取出、運送、調(diào)節(jié)及測量樣本，對于提供一致的結(jié)果以及較短的停止服 務(wù)時間來講，是必不可少的關(guān)鍵過程。各所述過程各有其自身不同的要求，并且通過適當?shù)?設(shè)計可滿足這些要求并且減少儀器服務(wù)間隔。
過去幾十年間，美國環(huán)保署(EPA)至少頒布了 15種對污染源排放的顆粒物進行測 量的基準方法。有這么多方法的根本原因是由于EPA對原始方法(例如，方法5)進行修改 而形成多種可變的條件。由于有這些可變的方法，儀器制造商利用自身的能力來為多種基 礎(chǔ)方法中的一種安裝和校準(相互關(guān)聯(lián))代替的顆粒物測量(例如，光散射法、濁度法、探 頭起電法(probe electrification)),其可造成一個數(shù)量級的精度變化。
對TPP進行測量這一概念早已為業(yè)界所知。這一方法還被稱為稀釋通道采樣，其 中從源提取出樣本并且用經(jīng)過濾的環(huán)境空氣進行稀釋，這樣就可使用現(xiàn)有的環(huán)境空氣采樣 器或分析器來測量經(jīng)稀釋的濃度。通過同時計算稀釋度(稀釋比)，將測得的濃度乘以稀釋 比以計算源內(nèi)的實際濃度。過去20年間，現(xiàn)有技術(shù)中有如下文獻紀錄了這一方法
I)SAMPLING, ANALYSIS, AND PROPERTIES OF PRIMARY PM-2. 5 APPLICATION TO COAL-FIRED UTILITY BOILERS. DOE AWARD# DE-FG2699-FT40583, FEBRUARY 2003 ； DILUTION TEST METHOD FOR DETERMINING PM2. 5AND PMlO MASS IN STACK GASES. ASTM WK8124 2008 ；
2)SOURCE CONTRIBUTIONS TO ATMOSPHERIC CARBON PARTICLE CONCENTRATIONS. G. R. CASS, CALIFORNIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY,1992 ;及
3)CONDITIONAL TEST METHOD 039, MEASUREMENT OF PM2. 5AND PMlO EMISSIONS BY DILUTION SAMPLING, USEPA, JULY2004。
顆粒監(jiān)視可以是復(fù)雜的處理過程。盡管基準方法能夠在復(fù)雜的源排放環(huán)境下工 作，但工作壽命稍短。不得不對設(shè)備進行頻繁的清洗，并且對樣氣進行回收。
這些類型的步驟對于連續(xù)監(jiān)視是不可接受的，由此，為了進行測量，需要有新的 方法來對樣氣進行提取、處理、及調(diào)節(jié)。例如，美國環(huán)保署通常要求使用層疊式旋流器 (in-stack cyclones)，以利用慣性分離用于測量的目標顆粒并且收集和去除非目標的較 大顆粒。此類旋流器只能在有限的時間內(nèi)收集并且去除不需要的顆粒。然而，從服務(wù)的角 度而言，無論是使用層疊式旋流器還是后稀釋樣氣旋流器的這一方法都無法用于連續(xù)監(jiān)視 系統(tǒng)。
源環(huán)境是顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)的另一個復(fù)雜之處。盡管預(yù)期會用于高腐蝕的環(huán)境，但 設(shè)計這一系統(tǒng)最大的挑戰(zhàn)在于其可能用于水飽和環(huán)境，也可能用于極度酷熱和干燥的環(huán)境。根據(jù)水滴的尺寸在干燥時會減小為水飽和環(huán)境下的1/4，因此，在水飽和環(huán)境下，需要收 集約40微米以下的顆粒物和水滴，而干燥時會成為可能相關(guān)的10微米顆粒。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例不同于現(xiàn)有的顆粒質(zhì)量監(jiān)視器和老化系統(tǒng)。例如，本發(fā)明的一實 施例包括這樣的顆粒監(jiān)視系統(tǒng)，其至少一部分地依靠重力來分離垂直放置的管道中的不同 尺寸的顆粒物。
更具體地，根據(jù)一實施例，顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)接收通過輸入口輸入管道的流體樣本。 所述流體樣本包括不同尺寸的顆粒物。操作期間，所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)控制所述流體樣本 (例如，煙氣樣本和稀釋氣體或其他目標樣本的混合物)流過所述管道的流動，以老化所述 流體樣本中的顆粒物。重力使得所述流動樣本中的一部分顆粒物落入底部而不是從所述管 道的輸出口排出。所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)從所述管道的輸出口輸出一部分的所述顆粒物(例 如，未因重力掉落的顆粒物)。所述輸出口在導管的豎直方向上的位置高于所述輸入口的位 置。所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視從所述管道的輸出口輸出的顆粒物的存在。
如前所述，所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)的一實施例至少一部分地依靠重力在所述管道中 分離所述流體樣本中的較重顆粒和較輕顆粒。例如，所述顆粒物流過所述管道而發(fā)生老化。 老化使得所述流體樣本中的某些類型的顆粒物變得更重并且因重力掉入所述底部。老化使 得某些顆粒物變得更輕并因此流過所述輸出口以供監(jiān)視。
根據(jù)其他實施例，所述流體樣本的從所述管道的輸入口到所述輸出口的定向流動 與所述重力大致相反。換言之，所述流體樣本中的氣體流或液體流對所述流體樣本中的顆 粒物施加力，以使其從所述輸入口流至所述輸出口。然而，重力以與所述流體樣本的氣體流 或液體流的流動方向大致相反的方向推動所述顆粒物。若重力大于因所述流體樣本中的流 體流動而作用在所述顆粒物上的力，則所述顆粒物無法排出所述管道的輸出口。若因所述 流體樣本中的流體流動而作用在所述顆粒物上的力大于重力，則所述顆粒物排出所述管道 的輸出口。
顆粒監(jiān)視系統(tǒng)可配置為包括流控器，以控制從所述輸入口到所述輸出口流過所述 管道的所述流體樣本的流速，從而使得所述較重的顆粒與所述較輕的顆粒相互分離。這一 處理可包括從所述輸出口輸出所述較輕的顆粒，且使得所述較重的顆粒沉淀到底部，所述 管道中所述底部的位置在豎直方向上低于所述輸入口的位置。
一實施例中，所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)和其中任何的一或多個控制器控制所述流體樣 本流過所述管道的流速，以使所述顆粒物的至少一部分在所述管道中的駐留時間大于閾值。
所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)還可控制所述流體樣本流過所述管道的流速，以控制所述流 體樣本中的不同尺寸的顆粒物中哪一部分的顆粒物可克服所述重力并且流過所述管道的 輸出口。
除了所述流體樣本的流動之外，所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)可配置為控制其他環(huán)境參 數(shù)。例如，所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)可配置控制所述管道中的所述流體樣本的溫度；所述顆粒監(jiān) 視系統(tǒng)可配置控制所述管道中的所述流體樣本的相對濕度；等等。
通過控制所述管道中所述流體樣本的環(huán)境參數(shù)，所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)能夠模擬當所述流體樣本排入大氣才會發(fā)生的顆粒物老化。如前所述，通過控制所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng) 中的環(huán)境參數(shù)，接收自所述輸入口的流體樣本中的一部分顆粒變?yōu)槲锢砩陷^重的顆粒，所 述較重顆粒因重力而沉積入底部，而不是與不足以因重力而沉積入所述底部的較輕顆粒一 起從所述輸出口輸出。換言之，使得接收的顆粒物發(fā)生老化可在駐留管道期間將顆粒的空 氣動力學當量直徑改變?yōu)檩^大的值，其使得顆粒掉入底部而不是排出管道。相反，使得接收 的顆粒物發(fā)生老化可在駐留管道期間將顆粒的空氣動力學當量直徑改變?yōu)檩^小的值，其使 得顆粒通過輸出口排出管道而不是掉入底部。本發(fā)明所述的顆粒物可為單顆?；蚨囝w粒。
一實施例中，所述管道的輸出口或其他部分為錐形，以聚集所述流體樣本以供顆 粒物監(jiān)視。使得所述管道及/或輸出口形成為錐形增大了供質(zhì)量監(jiān)視系統(tǒng)分析的流體樣本 的密度。
監(jiān)視和分析從所述管道的輸出口輸出的顆粒物的存在可包括測量通過所述錐形 管道從所述輸出口輸出的顆粒物的顆粒尺寸分布。
根據(jù)另一實施例，流過所述管道的流體樣本可為稀釋氣體與接收的煙氣樣本的混 合物。所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)可監(jiān)視所述管道中的傳感器(例如，相對濕度傳感器或露點傳 感器以監(jiān)視所述流體樣本中的水)。所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)控制或調(diào)節(jié)與接收的煙氣樣本 混合的稀釋氣體的稀釋比，以將所述管道中的流體樣本的相對濕度保持在所需的范圍或水平。
質(zhì)量監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視流過管道并且從其輸出的稀釋煙氣樣本中顆粒物的存在。一實 施例中，所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)將所述流體樣本輸入所述管道的輸入速率設(shè)定為大致恒定的 值，并且調(diào)節(jié)所述稀釋氣體的相對濕度以將所述流體樣本的相對濕度保持在所需范圍內(nèi)。
提取噴嘴實施例
本發(fā)明的實施例包括顆粒物提取系統(tǒng)。顆粒物提取系統(tǒng)包括噴嘴之類的第一管 道。包括一或多種不同尺寸顆粒物的流體樣本流過第一管道。顆粒物提取系統(tǒng)沿與流體樣 本的流過第一管道的定向流動大致正交的方向施加流體流或幕，以將流體樣本中的一部分 顆粒物推入第二管道。例如，顆粒物提取系統(tǒng)可正交地在接收流體樣本的第一管道的軸向 端加流體流。顆粒物提取系統(tǒng)監(jiān)視流過第二管道的顆粒物的存在。
根據(jù)其他實施例，顆粒物提取系統(tǒng)可配置為施加流體流，以使得顆粒物中相對較 輕的顆粒物被推入第二管道，而使得顆粒物中相對較重的顆粒流過第一管道。
為了減輕顆粒物不理想地聚集在噴嘴上，顆粒物提取系統(tǒng)可配置為通過第一管道 (例如，噴嘴)的流體滲透外壁結(jié)構(gòu)來施加吹掃流體。
根據(jù)另一實施例，顆粒物提取系統(tǒng)的第二管道或探頭可放置為大致與第一管道正 交；第二管道的端部可配置為連接第一管道；第一管道的壁可配置為具有進入第二管道的 開口，以接收流體樣本中被正交地推動的顆粒物。施加流體流使得由第一管道接收的流體 樣本中相對較輕的顆粒物被推動經(jīng)過噴嘴中的側(cè)開口以進入第二管道，同時顆粒物中相對 較重的顆粒流過第一管道的輸出端。第一管道的壁厚在接收流體樣本的軸向端處可越來越 小。噴嘴的在輸出流體樣本的軸向端處的壁厚可向外擴張或變厚。
下文將更詳細地描述這些或其他具體實施例。
應(yīng)理解，本發(fā)明所述系統(tǒng)、方法、裝置等的實施例可嚴格地實現(xiàn)為硬件，硬件與軟 件的混合，或僅僅是處理器或操作系統(tǒng)或軟件應(yīng)用內(nèi)的軟件。
如前所述，本發(fā)明的技術(shù)非常適用于顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)。然而，應(yīng)注意，本發(fā)明的實 施例并非限于此類應(yīng)用，并且本發(fā)明的技術(shù)同樣適用于其他應(yīng)用。
此外，應(yīng)注意，盡管可能在不同的地方分布描述了各個不同的特征、技術(shù)、結(jié)構(gòu)等， 然而本發(fā)明設(shè)計為，在合適的時候，各概念可視需要相互獨立地實現(xiàn)或相互組合地實現(xiàn)。因 此，可以多種不同的方式實現(xiàn)或觀察一或多個本文所述的發(fā)明。
并且，應(yīng)注意，本文對本發(fā)明所作的初步描述并不是為了具體描述所有的實施例 及/或本文公開或所主張發(fā)明的遞增的創(chuàng)新方面。相反，本文所作的簡要描述僅給出了一 般的實施例以及針對現(xiàn)有技術(shù)的相應(yīng)創(chuàng)新點。就其他細節(jié)及/或本發(fā)明的可能方面(排 列)，應(yīng)參考下文所述的具體實施方式
部分以及本發(fā)明的相應(yīng)附圖。


根據(jù)下文參考附圖詳細描述的較佳實施例，可清楚本發(fā)明的前述或其他目標、特 征、及優(yōu)點，附圖中，類似的標號指代所有不同視圖中的相同部件。附圖可能不成比例，而重 點在于示出實施例，原理，概念等。
圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的流體樣本中顆粒物的老化系統(tǒng)的示意圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的流體樣本中顆粒物的老化系統(tǒng)的示意圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的示出沉淀速度與顆粒物空氣動力學當量直徑之比的 理論示意圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的包括控制流體樣本的相對濕度或露點之組件的顆粒 監(jiān)視系統(tǒng)的不意圖5為根據(jù)本發(fā)明實施例的示意顆粒監(jiān)視方法的流程圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的顆粒物分離的流程圖7為示出執(zhí)行軟件指令以減小根據(jù)本發(fā)明實施例之操作的計算機的示意圖8為現(xiàn)有噴嘴的示意圖9為根據(jù)本發(fā)明實施例的顆粒物提取系統(tǒng)的示意圖10為根據(jù)本發(fā)明實施例的顆粒物提取系統(tǒng)的示意俯視圖11為根據(jù)本發(fā)明實施例的顆粒物提取系統(tǒng)的示意俯視圖12為根據(jù)本發(fā)明實施例的噴嘴的示意剖視圖13為根據(jù)本發(fā)明實施例的顆粒物提取系統(tǒng)的示意俯視圖14為根據(jù)本發(fā)明實施例的噴嘴的示意豎直剖視圖。
具體實施方式
示例顆粒監(jiān)視系統(tǒng)包括流體樣本流過的管道。顆粒監(jiān)視系統(tǒng)接收從輸入口輸入管 道的流體樣本。流體樣本可包括不同尺寸的顆粒物。顆粒監(jiān)視系統(tǒng)對流體樣本的流過管道 的流動進行控制，以使得顆粒物老化。駐留在管道中時，顆粒物的特性會發(fā)生變化。與流體 樣本的朝向輸出口的流體流動相反，重力致使流體樣本中的一部分顆粒物落入底部，而沒 有經(jīng)由輸出口向外排除。管道中，輸出口位于在豎直方向上比輸入口高的位置。顆粒監(jiān)視 系統(tǒng)從輸出口輸出流體樣本中的一部分原始顆粒物(例如，未因重力落入底部的顆粒物) 以供分析。
更具體地，圖1為示出本實施例顆粒監(jiān)視系統(tǒng)100的示意圖。如圖所示，顆粒監(jiān)視 系統(tǒng)100包括輸入口 105，管道108，及輸出口 110。
作為一般實施例的本實施例，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)100接收流體樣本120。流體樣本120 經(jīng)由輸入口 105輸入并且流過管道108而流至輸出口 110。當顆粒物125流過或駐留于管 道108時，管道108用作顆粒物125的老化容器。
應(yīng)注意，流體樣本120可包括液體及/或氣體，以及不同尺寸的任何合適類型的顆 粒物。例如，一實施例中，流體樣本120可作為i)煙氣樣本(例如，從煙囪接收的)和ii) 稀釋氣體的混合物接收。煙氣樣本可包括用于分析的顆粒物。
一實施例中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)100控制被接收入輸入口 105的流體樣本120的流速。 一實施例中，將流體樣本120的流速控制在所需范圍內(nèi)以保證流體樣本120的顆粒物125 駐留在管道108至少達到最短的閾值時間。
根據(jù)另一實施例，對流體樣本120的流速進行控制，以選擇流過管道108通過輸出 口 Iio的流體樣本120中顆粒物的尺寸。
例如，如定向流135所示，流體樣本120中的氣體及/或液體以大致豎直的方向流 過管道108而流至輸出口 110。流體樣本120中的氣體及/或液體對顆粒物施加向上的力， 以推動顆粒物經(jīng)過管道108并且將顆粒物推出輸出口 110以供分析。
輸出口 110設(shè)置在管道108中在豎直方向上比輸入口 105高的位置。如下文將詳 述地，輸出口 110包括質(zhì)量監(jiān)視系統(tǒng)，以判定與流體樣本中的顆粒物相關(guān)的質(zhì)量濃度。一實 施例中，本文所述的所述系統(tǒng)包括或可用于檢測顆粒物中一或多種顆粒的尺寸分布。例如， 監(jiān)視系統(tǒng)可測量流過管道108和輸出口 110的閾值以上顆粒物的不同尺寸。本實施例所述 的顆粒物可為單顆?；蚨囝w粒。
如前所述，流體樣本120中的存在的氣體及/或液體定向流135向流體樣本120中 的顆粒物125施加向上的力。沿與大致相反的方向，重力150朝著底部155對顆粒125施 加向下的力。若顆粒物上的重力150大于由流體樣本120的流動所施加的力，所述顆粒物 則不會排出管道的輸出口而是落入底部155。若由流體樣本120的流動所施加的力大于重 力150，所述顆粒物則排出管道108的輸出口 110。
一實施例中，取決于顆粒物的有效空氣動力學當量尺寸，顆粒物125流過管道108 并排出輸出口 110，或者落入底部155。例如，空氣動力學當量直徑小于閾值的較輕顆粒物 或顆粒物125-1中的大部分流過管道108并排出輸出口 110。空氣動力學當量直徑大于閾 值的較重顆粒物或顆粒物125-2中的大部分無法流過管道108并排出輸出口 110。因此，顆 粒監(jiān)視系統(tǒng)100使用重力150和流體樣本120的氣體流動力，以分離較重的顆粒物125-2 和較輕的顆粒物125-1。
施加于顆粒物125的重力150相對恒定。顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)100可控制流過管道 108的流體樣本120的速率(例如，體積)，以控制不同尺寸顆粒物的哪一部分克服重力并 且流過管道的輸出口。
例如，流過管道108的流體樣本120的速率越高，流體樣本120中有更多顆粒通過 輸出口 110排出管道108。流過管道108的流體樣本120的速率越低，導致流體樣本120中 有更多顆粒落入底部155而不是從輸出口 110排出。
再次應(yīng)注意，流體樣本120中的顆粒物125在流過管道的同時老化。當流體樣本中的顆粒物駐留于管道108的過程中，老化的過程導致其中某些類型的顆粒物變得更重， 從而使其因重力150掉入底部155。
當流體樣本120中的顆粒物駐留于管道108的過程中，流體樣本120中顆粒物的 老化還可使得某些顆粒物125變得更輕，從而使其流過輸出口 110以進行質(zhì)量監(jiān)視?？蓪?管道108中的流體樣本120的環(huán)境參數(shù)進行控制，從而對流體樣本120中的各顆粒物125 進行不同類型的老化。
由顆粒監(jiān)視系統(tǒng)100所控制的環(huán)境參數(shù)可包括管道中流體樣本的溫度；流體樣本 120的相對濕度；流過管道108的流體樣本120的速度等。通過對管道108中的流體樣本 120的環(huán)境參數(shù)進行控制，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)100能夠模擬顆粒物125只有排入大氣環(huán)境才會發(fā) 生的老化。
一實施例中，盡管管道108中的流體樣本120的壓力可為任何合適的值，但顆粒監(jiān) 視系統(tǒng)100將管道108內(nèi)的壓力控制在諸如1. 0+/-. 5大氣壓的范圍內(nèi)。
根據(jù)另一實施例，在TPP類型的模擬過程中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)100將管道108中的溫 度控制為約30度。
根據(jù)再一實施例，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)100將管道108中的溫度控制為諸如25 180攝 氏度范圍內(nèi)的任何合適的溫度。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的對被接收的氣體樣本中的顆粒物進行老化的系統(tǒng)200的示意圖。
并非作為一種限制，應(yīng)注意，管道108，輸出口 110，質(zhì)量監(jiān)視器240之類的組件或 者其一部分可放置在絕緣封罩290內(nèi)。
如圖所示，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)200經(jīng)由探頭215從煙道之類的源接收氣體樣本205。可 對探頭205進行加熱。一實施例中，探頭215位于在各煙道中(例如，煙囪或其他相關(guān)輸出 顆粒物的排出系統(tǒng))。顆粒監(jiān)視系統(tǒng)200可包括稀釋氣源210，其用于提供不含顆粒的干燥 空氣、氮氣等，以稀釋氣體樣本205。
顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)200包括流控器255 (例如，一或多個控制閥，控制管等)，以控制 氣體樣本205的流動及/或控制接收自稀釋氣源210的稀釋氣體對氣體樣本205的稀釋。 流體樣本120為氣體樣本205與接收自稀釋氣源210的稀釋氣體的混合或組合。
顆粒監(jiān)視系統(tǒng)200可包括溫控器268。溫控器268可配置為監(jiān)視管道108中的流 體樣本120的溫度，并且在所需的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)管道108中的流體樣本120的溫度。
并非作為一種限制，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)200可包括流控器255以根據(jù)10 1(例如，將 十份稀釋氣體加入一份氣體樣本205) 25 :1 (例如,將二十五份稀釋氣體加入一份氣體 樣本205)的比率稀釋氣體樣本205。由此，可使用10 25份的稀釋氣體對I份氣體樣本 205進行稀釋。根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，應(yīng)注意，可使用任何合適比率對氣體樣本205進 行稀釋，以進行本發(fā)明所述的顆粒質(zhì)量監(jiān)視。
根據(jù)再一實施例，接收自稀釋氣源210的稀釋氣體的露點為-40 -70攝氏度。然 而，應(yīng)注意，稀釋氣體的露點可為任何適用于各顆粒監(jiān)視系統(tǒng)200應(yīng)用的值。
如前所述，流體樣本120流過管道108。顆粒物125在流過管道108的同時老化。 流體樣本120中的第一顆粒物部分125-1流過輸出口 110，同時第二顆粒物部分125-2落入 底部155。
根據(jù)本實施例，管道108可由任何合適的材料制成，諸如不銹鋼，塑料等。管道108 的內(nèi)壁(流體樣本暴露至該內(nèi)壁)可包括玻璃、環(huán)氧樹脂之類材料的涂層245。某些類型的 涂層可防止顆粒物在流過管道108的同時粘附于其上。
一實施例中，輸出口 110及/或管道108的各部分可包括錐形部220，以聚集流體 樣本120，從而通過質(zhì)量監(jiān)視器240進行顆粒監(jiān)視。
質(zhì)量監(jiān)視器240監(jiān)視從管道108的輸出口 110輸出的顆粒物存在。質(zhì)量監(jiān)視器 240可采用任何合適的技術(shù)來監(jiān)視流體樣本120中顆粒物的存在。例如，質(zhì)量監(jiān)視器240可 配置為使得光學信號穿過流動的流體樣本120并且對散射、反射、吸收進行分析等，以判定 一或多類不同尺寸顆粒物各自的分布密度?？墒褂萌魏魏线m的技術(shù)來分析顆粒物。
利用質(zhì)量監(jiān)視器240對流動的流體樣本120的分析可包括測量流體樣本120中顆 粒物的顆粒尺寸分布以及生成各顆粒分布信息260?？赡苄苑植夹畔?60可表示落入第一 尺寸范圍內(nèi)的一組顆粒物的密度；可能性分布信息260可表示落入第二尺寸范圍內(nèi)的一組 顆粒物的密度；等等。
根據(jù)另一實施例，如前所述，管道108中的流體樣本120可為稀釋氣體與接收的包 括顆粒物的煙氣樣本205的混合物。顆粒監(jiān)視系統(tǒng)200可配置為監(jiān)視管道108中流體樣本 的相對濕度。根據(jù)該實施例，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)200控制混合有接收的氣體樣本205的稀釋氣 體(接收自稀釋氣源210)的相對濕度，以將管道108中的流體樣本120的相對濕度維持在 所需的范圍內(nèi)。
一實施例中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)200使得流體樣本120以大致恒定的速率輸入管道 108。
作為其中一種用處，本發(fā)明所述的顆粒監(jiān)視系統(tǒng)可用于模擬煙氣排出煙囪并且暴 露至大氣環(huán)境之后的煙羽狀態(tài)(plume conditions)。離開煙囪之后的顆粒形成可包括一系 列的過程，例如，凝結(jié)生長、液滴蒸發(fā)、凝并、團聚、富集、及飽和蒸汽壓。這些過程系顆粒物 “老化”過程的一部分。對環(huán)境參數(shù)及流體樣本在管道108中的流動進行控制可模擬顆粒物 發(fā)生在開放的大氣下才會發(fā)生的老化。由此，即使其未排入煙 上方的大氣環(huán)境，也可對老 化的顆粒物進行分析。
一實施例中，為了保持發(fā)生老化的一致性，可選擇基準條件-類似于測量環(huán)境 PM2. 5樣本的實驗室基準條件。管道108中流體樣本的溫度和相對濕度可選擇為恒定值，因 為這些參數(shù)的變化會影響老化。
如前所述，通過顆粒監(jiān)視系統(tǒng)200，所述顆粒在從排放源(例如，煙氣)提取出之后 進入探頭內(nèi)的稀釋區(qū)，從而在更下游將這些顆粒干燥至參考條件。流體樣本120(包括各顆 粒)被傳送至管道108。一實施例中，管道108系稱為垂直淘析器的容器。
如前所述，管道108利用重力分離并且去除大于給定空氣動力學當量尺寸(或尺 寸范圍)的非目標顆粒。垂直管道108使得剩余的目標顆粒(例如，未因重力而落入底部 155的顆粒物)流過輸出口 110以進行質(zhì)量測量。
如前所述，可將管道108中流體樣本120的溫度、相對濕度、及垂直流速條件之類 的參數(shù)保持為大致恒定的條件(例如，30攝氏度，70% RH，及O. 00299m/s)，同時在管道108 中對流體樣本120 (例如，經(jīng)稀釋的氣體樣本)老化所需的駐留時間。
如前所述，本發(fā)明的實施例中，可通過改變流體樣本120流向質(zhì)量監(jiān)視器240的垂直速度，來獲得可變的顆粒分離。例如，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)200可將流速設(shè)為第一速度，S卩，大多數(shù)的第一閾值以上的顆粒流過輸出口 110并且由質(zhì)量監(jiān)視器240進行分析而生成第一組可能性分布信息260 ;顆粒監(jiān)視系統(tǒng)200可將流速設(shè)為第二速度，即，大多數(shù)的第二閾值以上的顆粒流過輸出口 110并且由質(zhì)量監(jiān)視器進行分析而生成第二組可能性分布信息260 ;等坐寸ο
一實施例中，管道108使得氣體樣本205中的顆粒物與稀釋氣體進行混合及/或反應(yīng)并持續(xù)大于10秒。根據(jù)另一實施例，流體樣本120的流速可控制為，駐留時間使得顆粒物在流體樣本中的老化時間為約I分鐘或更多分鐘。
圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的在50攝氏度溫度及約I大氣壓的條件下，顆粒物的空氣動力學當量直徑與沉淀時間之比的假想圖。
總體上，圖300示出了大空氣動力學當量直徑的顆粒物的沉淀速度高于小空氣動力學當量直徑的顆粒物。應(yīng)注意，圖300考慮了冪回歸(power regression)。為了推動流體樣本120中較大尺寸顆粒物使其流過輸出口，流體樣本120中的氣體及/或液體需有適當?shù)妮^高速度。
圖300可用于判定使流體樣本120流過管道108的流速。例如，使用者首先判定流體樣本120中要進行分析的目標顆粒的尺寸。然后，使用者將流體樣本120的速率設(shè)定為高于目標顆粒物的相應(yīng)沉淀速度，以將所述顆粒物推出輸出口 110。應(yīng)注意，流體樣本120 中不同尺寸的顆粒駐留在管道108中的駐留時間不同。
示意實施例
應(yīng)注意，僅以 非示意性的方式示出了本示意實施例的各種不同參數(shù)，并且此類參數(shù)可根據(jù)實施例設(shè)為任何合適的值。
顆粒監(jiān)視系統(tǒng)的一非限制性示意實施例中，以約1. 88升每分鐘(O. 000031立方米每秒)的流速將流體樣本120 (例如，經(jīng)稀釋的樣本)吸入或推入管道108的輸入口 105。
顆粒監(jiān)視系統(tǒng)的管道108 (例如，顆粒物分離室)可配置為內(nèi)徑約為O. 118米并且聞度為至少O. 03米，以達成10秒的最小駐留時間。
可利用該內(nèi)徑計算管道108的截面積(從流135的方向觀察)。例如，本示意實施例中，截面積為O. 011平方米。將樣本流速除以截面積以計算流體樣本120的向上速度。 本示例中，流體樣本120的向上速度等于O. 00284米每秒。
這樣，該速度基本等于10微米空氣動力學當量直徑(AED)顆粒物的沉淀速度(見圖300和400)。由此，大部分AED大于10微米的顆粒物都向下沉淀而未繼續(xù)流動以被測量,但大部分AED小于10微米的顆粒物都被傳送從而被測量。AED與沉淀速度之間的這一關(guān)系并非絕對的分離。一般地，可達成50%顆粒分界點，由此，流體樣本120中50%的10 微米AED顆粒將沉淀到底部155。剩余的顆粒被輸出，以進行顆粒物分析。
隨著顆粒的尺寸變得大于10微米空氣動力學當量直徑，流體樣本120中越來越多比例的此種顆粒物會沉淀入底部155，并且那些小于10微米AED的顆粒的沉淀比例越來越小(有越來越多比例從輸出口 110排出)?？赏ㄟ^下列公示表示這一關(guān)系
V =QA-(公式 I)其中V =速度；
Q =流速；且
A=管道的截面積。
一實施例中，管道108的截面積(A)固定，因此，可改變流速(Q)以獲得流體樣本 速度(V)，其等于具有給定空氣動力學當量直徑(AED)和載氣溫度的顆粒的沉淀速度。
根據(jù)另一實施例，應(yīng)注意，管道108可配置為包括可調(diào)節(jié)的截面積。可通過管道 108的機械操控(例如，擠壓或擴張)，以調(diào)節(jié)管道108的內(nèi)徑。由此，設(shè)流體樣本120以基 本恒定的速率輸入，可調(diào)節(jié)管道108的直徑以改變流過管道108的流體樣本120中氣體的 速度。
應(yīng)注意，AED系氣溶膠科技中的常用術(shù)語。這一術(shù)語系指這樣的直徑，即，其為顆 粒的可度量指標。當用技術(shù)描述顆粒時，測量通常對應(yīng)于某一具體的物理特性。例如，空氣 動力學當量直徑(亦稱為空氣動力學直徑)系指這樣的球體的直徑，即，該球體為具有與被 測顆粒(其可為非球體的形狀及/或非標準密度)的重力沉淀速度相同的標準密度(I克 每立方厘米)球體。
圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的相對濕度控制的示意圖。
如圖所示,顆粒監(jiān)視系統(tǒng)300包括上文許多參考前圖描述的組件。此外，圖4包括 控制管道108中的流體樣本120的相對濕度的源。例如，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)300包括相對濕度 傳感器325，控制器315，流控制組件335 (例如，一或多個閥，排氣孔等)，氣流干燥器330， 及水化器365。
顧名思義，相對濕度傳感器325檢測流過管道108的流體樣本120的相對濕度。 控制器315 (例如，相對濕度控制器)根據(jù)從相對濕度傳感器325接收的反饋信號監(jiān)視管道 108中的流體樣本120的相對濕度。
根據(jù)來自相對濕度傳感器325的表征流體樣本120之相對濕度的反饋信號，控制 器315控制稀釋氣體385的相對濕度。例如，通過接收自相對濕度傳感器325的信號，控制 器315控制稀釋氣體385的相對濕度。由于稀釋氣體385與氣體樣本205混合以生成流體 樣本120，因此調(diào)節(jié)稀釋氣體385的相對濕度可有效地控制流體樣本120 (其包括由稀釋氣 體385進行稀釋的氣體樣本205)的相對濕度。
操作期間，氣流干燥器330接收壓縮氣體325。若由相對濕度傳感器325測得的流 體樣本120的相對濕度過大，控制器315控制流控制組件335以從壓縮氣體325脫去較多 的水,從而生成干燥氣體340。若由相對濕度傳感器325測得的流體樣本120的相對濕度過 小，控制器315控制流控制組件335以從壓縮氣體325脫去較少的水或不脫去水，從而生成 干燥氣體340。
控制器315可控制水化器365以加入水。例如，若由相對濕度傳感器325測得的 流體樣本120的相對濕度太小，控制器315通過啟動水化器365而向干燥氣體340添加水， 從而生成稀釋氣體385。向干燥氣體340添加水會增大稀釋氣體385的相對濕度。相反，若 流體樣本120的相對濕度過大，控制器315可關(guān)閉水化器365而不再向干燥氣體340添加 水。這樣，稀釋氣體385等于未添加水的干燥氣體340。
因此，控制器可開始向壓縮氣體325脫去或添加水，從而生成稀釋氣體385。
使用動態(tài)稀釋氣體露點控制的樣本相對濕度控制
如前所述，稀釋氣體385可與提取自煙道的氣體樣本205混合而生成流體樣本120。通過控制管道108的溫度，管道108內(nèi)的流體樣本120通過使用導熱濕潤組件而平衡 為與封罩相同的溫度。如前所述，管道108可配置為包括溫度和相對濕度感測組件(例如， 相對濕度傳感器325)。可通過控制輸出口 110的溫度而控制進入質(zhì)量監(jiān)視器240的流體樣 本120的溫度。并且，如前所述，可通過調(diào)節(jié)稀釋氣體385的相對濕度而達成控制流體樣本 120的相對濕度。
根據(jù)一實施例，將空氣之類的壓縮氣體傳送至氣流干燥器330?？赏ㄟ^流控制組件 335將任何從壓縮空氣去除的水分排放至大氣環(huán)境。通過改變從壓縮氣體325排放至大氣 環(huán)境的水分，可控制稀釋氣體385的露點。
例如，若排放源的濕度含有30%的水并且被提取的樣本稀釋為1/16，則含水量可 減小至1. 83%并且生成30攝氏度的相對濕度為70%的稀釋樣本。若氣體樣本205的含水 量減小，則可減小向大氣環(huán)境的排放以提高稀釋氣體385的露點，從而使得流體樣本120的 相對濕度大致保持恒定。
根據(jù)圖4，一實施例中，應(yīng)理解，可使得稀釋比保持為恒定，而將探頭215內(nèi)的體 積流量可保持為大致恒定的流動值，從而為尺寸已知之顆粒的顆粒穿透提供理論設(shè)計的支 持。流過探頭的稀釋氣體385的體積變化會改變流型并且改變顆粒穿透效率。顆粒監(jiān)視系 統(tǒng)300內(nèi)的相對濕度測量的反饋環(huán)有助于將流體樣本的相對濕度或露點保持為接近恒定 或大致恒定的基準條件(例如，70%相對濕度)。
此外，若因無法通過流控制組件335進行通風而使得流體樣本120的相對濕度減 小為低于所述基準條件并且稀釋氣體385的露點無法提高到足夠的值，如前所述，則水化 器365可向干燥氣體340添加所需的水分。因此，可控制稀釋氣體385的含水量以調(diào)節(jié)輸 入管道108的流體樣本120的相對濕度。
圖5為根據(jù)本發(fā)明實施例的分析氣體樣本用環(huán)境參數(shù)控制方法的流程圖600。應(yīng) 注意，流程圖600再次描述了某些參考圖1 4描述的概念。
步驟610中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)接收從輸入口 105輸入管道108的流體樣本120。流體 樣本120包括不同尺寸的顆粒物。
步驟620中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)控制流體樣本120流過管道的流動以老化管道108中 的顆粒物。
步驟630中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)從管道108的輸出口 110輸出一部分的顆粒物。管道 108中，輸出口 110的位置在豎直方向上高于輸入口 105。
步驟640中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視從管道108的輸出口 110輸出的顆粒物的存在。
圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的顆粒監(jiān)視系統(tǒng)實現(xiàn)方法的流程圖700。應(yīng)注意，流程圖 700再次描述了某些前述的概念。
步驟710中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)接收從輸入口 105輸入管道108的流體樣本120。流體 樣本120包括不同尺寸的顆粒物。
步驟720中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)控制流體樣本120流過管道108的上下流動以這樣老 化顆粒物，即，顆粒物駐留于管道108的駐留時間超過駐留時間閾值。
步驟730中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)依據(jù)或利用重力在管道108中分離流體樣本120中的 較重顆粒與較輕顆粒。一實施例中，重力與流體樣本120的從輸入口 105到輸出口 110流 過管道108的定向流動135大致相反。
步驟740中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)控制流體樣本120的從輸入口 105到輸出口 110流過 管道108的流速以從輸出口 110輸出較輕的顆粒(例如，沉淀速度小于閾值的空氣動力學 當量直徑較小的顆粒物)并且使得較重的顆粒物(例如，沉淀速度大于閾值的空氣動力學 當量直徑較大的顆粒物)沉淀入底部155。底部155在豎直方向上的位置低于管道108的 輸入口 105。
步驟750中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)從管道108的輸出口 110輸出流體樣本120中的一部 分顆粒物。管道108中，輸出口 110在豎直方向上位置高于輸入口 105。
步驟760中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)利用管道108在輸出口 105的錐形端(例如，錐形部 220)來聚集從管道108輸出的流體樣本120，以供質(zhì)量監(jiān)視器240進行分析。
步驟770中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視從管道108的輸出口 110輸出的顆粒物的存在。
步驟780中，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)測量從管道108的錐形部220和輸出口 105輸出的流 體樣本120中顆粒物的顆粒尺寸分布。
圖7為相應(yīng)計算系統(tǒng)818之示意構(gòu)架的方框圖,計算機系統(tǒng)818諸如包括一或多 種用于實現(xiàn)任何根據(jù)本發(fā)明實施例的顆粒監(jiān)視系統(tǒng)所支持的控制器功能，分析器功能，監(jiān) 視功能等的計算機或程序等。換言之，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)可包括計算機硬件及/或計算機軟件 以執(zhí)行本發(fā)明所述的適于由計算機執(zhí)行的技術(shù)。
計算機系統(tǒng)818可包括一或多個計算機化裝置，諸如個人計算機，工作站，便攜式 計算裝置，控制臺，網(wǎng)絡(luò)終端，處理裝置等。
應(yīng)注意，下文之描述僅提供如何執(zhí)行前后文所述的顆粒監(jiān)視系統(tǒng)相關(guān)的合適功能 的基礎(chǔ)示意實施例。然而，還應(yīng)注意，實現(xiàn)顆粒監(jiān)視系統(tǒng)的實際配置根據(jù)各應(yīng)用而有所不 同。例如，如前所述，計算機系統(tǒng)818可包括一或多個執(zhí)行本發(fā)明所述處理的計算機。
如圖所示，本示例的計算機系統(tǒng)818包括連接存儲系統(tǒng)812、處理器813、I/O接口 814、及通信接口 817的互連811。
I/O接口 814提供與外圍設(shè)備的連接,諸如知識庫和鍵盤、鼠標(例如，移動光標的 選擇工具)、顯示屏830之類的其他設(shè)備816。
通信接口 81使得計算機系統(tǒng)818的顆粒物監(jiān)視應(yīng)用840_1通過網(wǎng)絡(luò)890與不同 的源進行通信，必要時，進行數(shù)據(jù)檢索，信息更新等。
如圖所示，存儲設(shè)備812中可編碼有與顆粒物監(jiān)視應(yīng)用840-1相關(guān)的指令。所述 指令支持上文已描述和下文將進一步描述的功能。顆粒物監(jiān)視應(yīng)用840-1 (及/或本發(fā)明 所述的其他資源)可實現(xiàn)為軟件代碼，例如存儲于存儲設(shè)備812上的數(shù)據(jù)及/或邏輯指令， 存儲設(shè)備812可為存儲器之類的易失性及/或非易失性計算機可讀介質(zhì)、介質(zhì)等或者支持 根據(jù)本發(fā)明不同實施例所述的處理功能的其他計算機可讀介質(zhì)。
一實施例的操作期間，處理器813利用互連811訪問存儲設(shè)備812以開始、運行、 執(zhí)行、直譯或以其他方式執(zhí)行顆粒物監(jiān)視應(yīng)用840-1的邏輯指令。執(zhí)行顆粒物監(jiān)視應(yīng)用 840-1可產(chǎn)生顆粒物監(jiān)視處理840-2中的處理功能。換言之，顆粒物監(jiān)視處理840-2代表在 計算機系統(tǒng)818的處理器813內(nèi)或其上運行的顆粒監(jiān)視系統(tǒng)的一或多部分。
應(yīng)理解，除了執(zhí)行本發(fā)明所述一或多個方法操作的顆粒物監(jiān)視處理840-2之外， 本發(fā)明的其他實施例包括顆粒物監(jiān)視應(yīng)用840-1本身，諸如未執(zhí)行的或非執(zhí)行的邏輯指令 及/或數(shù)據(jù)等。顆粒物監(jiān)視應(yīng)用840-1可存儲于軟盤，硬盤，光介質(zhì)之類計算機可讀介質(zhì)(例如，存儲設(shè)備812)。根據(jù)其他實施例，顆粒物監(jiān)視應(yīng)用840-1亦可存儲于存儲器型系統(tǒng)， 諸如固件，只讀存儲器(R0M)，或者如本示例中的，存儲為存儲設(shè)備812中的可執(zhí)行代碼。
提取噴嘴實施例的詳細描述
圖8為現(xiàn)有噴嘴的示意圖?，F(xiàn)有技術(shù)中，通過等速噴嘴(isokinetic nozzle) 1310 可完成從煙道提取顆粒物。等速噴嘴具有尖銳的錐形邊緣并且其內(nèi)徑的大小形成為使得進 入噴嘴的提取樣本的速度約等于煙氣的速度從而使得顆粒提取不會偏差。
盡管使用現(xiàn)有的等速噴嘴1310對于相對較短的持續(xù)時間一般已經(jīng)足夠，但使用 壓縮氣源吹掃內(nèi)部探頭及外部噴嘴表面上任何聚集的殘渣的吹掃(或稱回吹)過程中對于 連續(xù)監(jiān)視系統(tǒng)會發(fā)生缺陷。
參考圖13，示出了錐形等速噴嘴1310。應(yīng)理解，在所謂的回吹(圖13所示的樣本 1320之方向的反方向)期間，錐形噴嘴1310變?yōu)槭湛s部并且內(nèi)噴嘴壁用作顆粒借以聚集的 沖擊表面。此外，若煙氣的速度發(fā)生變化，則必須改變樣本提取流速或者安裝新的噴嘴。
另一個主要的考量是有關(guān)噴嘴1310之類的探頭-噴嘴組件的外部聚集顆粒物或 者凝聚物。例如，已經(jīng)在煙道內(nèi)使用了數(shù)月而未清洗的探頭或噴嘴1310上可能覆蓋有額外 的物質(zhì)，從而減損其性能。一般地，若受測環(huán)境不受顆粒污染，則噴嘴的性能較佳且不會受 到阻礙。然而，從樣本提取顆粒極大地依賴于流體力學科學和氣溶膠物理科學。由此，可能 需要溶液來幫助探頭-噴嘴組件滿足更長久的性能要求。
與現(xiàn)有的技術(shù)不同，本發(fā)明的一實施例包括新穎的可用于顆粒監(jiān)視之類應(yīng)用的提 取。本發(fā)明的一實施例包括可用于各種工業(yè)源排放煙道速度的通用等速探頭。如本發(fā)明所 述的噴嘴應(yīng)用的外表面可包括對噴嘴及/或噴嘴組件的部分進行連續(xù)吹掃(例如從噴嘴表 面向外吹出凈化空氣)，以減輕外部質(zhì)量聚集。
圖9為根據(jù)本發(fā)明實施例之系統(tǒng)的示意圖。
本發(fā)明的實施例包括噴嘴-探頭組件1400。測試氣體或液體質(zhì)量之類的流體樣本 1405沿如圖所示的方向流過噴嘴1410。噴嘴1410可包括帶有刃狀邊緣1420的周部，以及 實質(zhì)的開口以允許流體樣本1405通過。
就噴嘴1410而言，“橫穿探頭的噴射流”1440產(chǎn)生與流體樣本1405的流動正交的 氣幕或氣體/液體橫穿流1460。由此，可針對流體樣本1405的流動，在噴嘴1410的入口或 出口，沿大致垂直或正交于流體樣本1405的流動方向的方向吹動氣體或液體。
一實施例中，橫穿探頭的噴射流1440所提供之空氣的力(體積)大致不變，并且 大致與流體樣本1405的速度成比例，這樣，流體樣本1405中并非主要目標的較大顆粒(例 如，空氣動力學當量直徑閾值以上的顆粒)有足夠的慣性來穿過大致正交的氣幕并且離開 噴嘴1410，而通過噴嘴1410側(cè)部的開口 1487將流體樣本1405中作為目標的較小顆粒導入 或推入并穿過探頭1430，并將其排出。
一實施例中，如前所述，可將探頭1430中的從流體樣本1405中提取出的顆粒物輸 入管道，以進行顆粒物的提取及/或分離。
一實施例中，噴嘴1410的直徑可通用于多種不同的煙囪速度。該實施例中，通過 改變由噴射流1440形成的相對氣幕的流速，可保持樣本提取的顆粒區(qū)分效率值。濕排放源 和干排放源的這一效率值分別為小于40微米和10微米的顆粒。一實施例中，由噴射流1440 形成的氣幕或橫穿流1460可具有由流體樣本1405流過噴嘴1410而造成的向上曲線。
根據(jù)另一實施例，為了減緩表面沉積，可通過噴嘴1410的外表面恒定地釋放連續(xù) 量的吹掃空氣。這可通過利用燒結(jié)多孔材料形成噴嘴1410的至少一部分而達成，當供給加 壓流體時，氣體流動可穿透燒結(jié)多孔材料的表面。通過噴嘴的多孔表面并且從噴嘴徑向向 外地釋放流體可減小噴嘴上的顆粒沉積，并且使得噴嘴保持清潔免收殘渣的影響。
圖10和11為根據(jù)本發(fā)明實施例的兩個概念性噴嘴的俯視圖。
更具體地，圖10示出了使用根據(jù)本發(fā)明實施例的圓形噴嘴1510(就沿流體樣本 1405流出頁面方向的軸線觀察而言的俯視圖)。
顧名思義，流控器1520控制橫穿流1460的流體流速，橫穿流1460形成沿大致正 交于流體樣本1405流動方向之方向力。如前所述，作為目標的較小顆粒進入并且穿過探頭 1430以供進一步分析。
—實施例中，圓形提取噴嘴1510可形成U形的壓力波。
供給至噴嘴1510并且從噴嘴1510的多孔壁向外排出的吹掃流體1590可減小或 防止顆粒物沉積在噴嘴1510的外表面。后圖詳細示出了噴嘴1510的細節(jié)。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的噴嘴和相應(yīng)顆粒物提取系統(tǒng)。就沿流體樣本1405流出 頁面方向的軸線觀察而言的俯視圖，噴嘴1610可為矩形。
一實施例中，矩形噴嘴1610可使得橫穿探頭入口的壓力波保持均勻。流控器1520 和吹掃流體1590以與前述方式類似的方式工作，以減小顆粒物沉積在噴嘴1610上。
由此，吹掃流體1590和橫穿流1460分別支持不同的功能。
圖12為根據(jù)本發(fā)明實施例的噴嘴1610的示意剖視圖。圖13為就沿流體樣本1405 的流動方向的軸線觀察而言本發(fā)明實施例的噴嘴1610的俯視圖。
此類實施例中，所示噴嘴1610的壁包括隔離(噴嘴1610的外壁1820上的)多孔 材料1710與(噴嘴1610的內(nèi)壁或表面上的)非滲透材料1720的間隙1730。管道1765中 的開口 1780以及噴嘴1610的內(nèi)壁(例如，非滲透材料1720)提供這樣的通路，即，引導氣 體或液體的橫穿流1460沿大致正交于流體樣本1405的流動方向，以將流體樣本1405中較 輕的顆粒物推入探頭1430。
一實施例中，傳送吹掃空氣以將流體1590推入間隙1730。吹掃流體1590的壓力 使得吹掃流體1590從提取噴嘴1610的多孔表面(例如，通過多孔材料1710)徑向向外排出。
如前所述，吹掃流體1590可為氣體或液體。此外，吹掃流體可為或間歇地包括清 潔溶液以清潔噴嘴1710的表面。如前所述，提取噴嘴的內(nèi)表面可為非滲透材料1720，這樣， 吹掃流體就無法影響流過提取噴嘴1610的芯的流體樣本1405的流動。
一實施例中，氣幕空氣傳送系統(tǒng)(例如，管道1765和開口 1780)將由流控器1750 提供的大致正交的氣體及/或液體流施加給經(jīng)過提取噴嘴1610的流體樣本1405，以將某一 尺寸(例如，較輕的顆粒物，較小的顆粒物等)的顆粒物推入正交設(shè)置的管道(例如，探頭 1430)而不是使所述顆粒物穿過提取噴嘴1610并且在提取噴嘴1610的相對端排出。
圖14為根據(jù)本發(fā)明實施例的噴嘴的側(cè)視如前所述，并且如圖14所示，任何本發(fā)明的噴嘴可由其中形成有間隙1730的多孔 材料1710與非滲透材料1720制成。噴嘴1410可配置為包括刃狀邊緣1760以便于流體樣 本1405流過噴嘴。如前所述，可使用吹掃流體1590對間隙1730進行加壓，所述吹掃流體1590如吹掃流體釋放流動所示地徑向排出以緩輕顆粒物的沉積。
還應(yīng)注意，本發(fā)明所用的技術(shù)適用于對流體樣本中的顆粒物進行分離及/或老 化。然而，應(yīng)注意，本發(fā)明的實施例不限于此應(yīng)用，并且本發(fā)明所描述的技術(shù)也可用于其他應(yīng)用。
盡管也已參考其較佳實施例具體示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理 解，可對本文的形式和細節(jié)作出多種修改而不脫離本申請所附之權(quán)利要求所界定的精神和 范圍。本申請意欲包括此類修改。由此，本發(fā)明的前述說明并非限制性的。相反，本發(fā)明由 所附權(quán)利要求進行界定。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括接收通過輸入口輸入管道的流體樣本,所述流體樣本包括不同尺寸的顆粒物；控制所述流體樣本流過所述管道的流動，以老化所述顆粒物；從所述管道的輸出口輸出一部分的所述顆粒物，所述輸出口在所述管道上豎直方向的位置高于所述輸入口的位置；且監(jiān)視從所述管道的輸出口輸出的顆粒物的存在。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括利用重力在所述管道中分離所述流體樣本中的較重顆粒與較輕顆粒。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述重力與所述流體樣本從所述輸入口到所述輸出口流過所述管道的定向流動大致相反。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括控制從所述輸入口到所述輸出口流過所述管道的所述流體樣本的流速，以i)使得所述較重顆粒與所述較輕顆粒相互分離，ii)從所述輸出口輸出所述較輕顆粒，且iii)使得所述較重顆粒沉淀到底部，所述底部在豎直方向的位置低于所述管道的輸入口。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中控制所述管道的環(huán)境參數(shù)包括控制所述管道中所述流體樣本的溫度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中控制所述管道的環(huán)境參數(shù)包括控制所述管道中所述流體樣本的相對濕度。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括控制所述管道中所述流體樣本的環(huán)境參數(shù)，以模擬顆粒物的老化，所述老化中，接收自所述輸入口的顆粒物中的一部分顆?；谑芸刂频沫h(huán)境參數(shù)而變?yōu)槲锢砩陷^重的顆粒，所述較重顆粒因重力而沉積入所述管道的位于所述輸入口下方的底部，而不是與不夠重到因重力而沉積入所述底部的較輕顆粒一起從所述輸出口輸出。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述管道的輸出口輸出所述顆粒物的一部分包括利用錐形管道以聚集從所述管道輸出的所述流體樣本；并且其中監(jiān)視從所述管道的輸出口輸出的顆粒物的存在包括測量經(jīng)由所述錐形管道從輸出口輸出的顆粒物的質(zhì)量濃度。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其中控制所述流體樣本經(jīng)過所述管道的流動以老化所述顆粒物包括控制所述流體樣本流過所述管道的流速，以使所述顆粒物在所述管道中的駐留時間大于閾值。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括控制所述流體樣本流過所述管道的流速，以控制所述流體樣本中的不同尺寸的顆粒物中哪一尺寸的顆粒物流過所述管道的輸出口。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述流體樣本為氣體樣本和稀釋氣體的混合物，所述氣體樣本包括所述顆粒物。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括根據(jù)對所述管道中所述流體樣本的相對濕度的監(jiān)視，調(diào)節(jié)與所接收的氣體樣本混合的稀釋氣體的相對濕度，以將所述管道中經(jīng)稀釋的氣體樣本的相對濕度保持在所需水平；并且監(jiān)視從所述管道輸出的所述經(jīng)稀釋的氣體樣本中顆粒物的存在。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括將所述經(jīng)稀釋的氣體樣本輸入所述管道的輸入速率設(shè)定為大致恒定的值。
14.一種顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)，包括管道，其配置為通過輸入口接收流體樣本，所述流體樣本包括不同尺寸的顆粒物；流控器，其控制所述流體樣本流過所述管道的流動，以老化所述顆粒物；輸出口，其在所述管道上豎直方向的位置高于所述輸入口，所述輸出口配置為輸出所述流體樣本中一部分的所述顆粒物；及監(jiān)視器，其監(jiān)視從所述管道的輸出口輸出的顆粒物的存在。
15.如權(quán)利要求14所述的顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)，其中重力分離所述流體樣本中的較重顆粒與較輕顆粒。
16.如權(quán)利要求15所述的顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)，其中所述重力與所述流體樣本從所述輸入口到所述輸出口流過所述管道的定向流動大致相反。
17.如權(quán)利要求15所述的顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)，其中所述流控器控制從所述輸入口到所述輸出口流過所述管道的所述流體樣本的流速，以i)使得所述導管中所述較重顆粒與所述較輕顆粒相互分離，ii)從所述管道通過輸出口輸出所述較輕顆粒，且iii)使得所述較重顆粒沉淀到底部，所述底部在垂直方向上的位置低于所述輸入口。
18.如權(quán)利要求14所述的顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)，還包括溫控器，以控制所述管道中所述流體樣本的溫度。
19.如權(quán)利要求14所述的顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)，其中控制所述管道的環(huán)境參數(shù)包括相對濕度控制器，以控制流過所述管道的所述流體樣本的相對濕度。
20.如權(quán)利要求15所述的顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)，其中所述控制器配置為控制所述管道中所述流體樣本的環(huán)境參數(shù)，以模擬顆粒物的老化，所述老化中，接收自所述輸入口的所述顆粒物中的一部分顆粒基于受控制的環(huán)境參數(shù)而變?yōu)槲锢砩陷^重的顆粒并且因重力而沉積入底部。
21.如權(quán)利要求14所述的顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)，其中所述管道包括錐形端，其聚集所述流體樣本以供質(zhì)量監(jiān)視器進行分析；并且其中所述質(zhì)量監(jiān)視器生成表征從所述輸出口輸出的顆粒物的顆粒尺寸分布的信息。
22.如權(quán)利要求14所述的顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)，其中所述流控器控制所述流體樣本流過所述管道的流速，以使所述顆粒物在所述管道中的駐留時間大于閾值。
23.如權(quán)利要求14所述的顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)，其中所述流控器控制所述流體樣本流過所述管道的流速，以控制所述流體樣本中的不同尺寸的顆粒物中哪一部分的顆粒物克服所述重力并且流過所述管道的輸出口。
24.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括設(shè)于所述管道中的相對濕度傳感器；及相對濕度控制器，其配置為監(jiān)視所述管道中的所述流體樣本的相對濕度，所述相對濕度控制器控制與所接收的氣體樣本混合的稀釋氣體的相對濕度，以形成所述流體并且將所述流體樣本的相對濕度保持在所需范圍。
全文摘要
一種顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)，包括管道，流體樣本從輸入口流至輸出口而流過管道。顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)接收通過輸入口輸入管道的流體樣本。所述流體樣本包括不同尺寸的顆粒物。所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)控制流體樣本流過管道的流動，以老化顆粒物。重力使得流體樣本中一部分的顆粒物落入底部而不是從輸出口排出，所述輸出口在管道上豎直方向的位置高于輸入口。由此，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)口輸出流體樣本中的一部分原始顆粒物(例如，未因重力掉落底部的顆粒物)，以供分析。
文檔編號B01D12/00GK103068456SQ201180033101
公開日2013年4月24日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者凱文·J·古斯, 杰弗里·索查 申請人:熱費希爾科學公司