一種大氣顆粒物除濕裝置及方法
【專利說明】_種大氣顆粒物除濕裝置及方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及大氣氣溶膠監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大氣顆粒物除濕裝置及方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]近年來，國內(nèi)外灰霾事件頻發(fā)，高濃度的臭氧與細(xì)粒子(PM2.5)污染已經(jīng)成為當(dāng)前大氣的主要污染特征。隨著國家PM2.5空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的出臺，國內(nèi)外各類細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度等測量儀器需求大增，但由于不同環(huán)境下大氣相對濕度的不同導(dǎo)致細(xì)顆粒物本身含水率的差異，測試前的顆粒物濕度控制成為影響儀器測量精度的關(guān)鍵問題之一，因此，各儀器制造公司紛紛采用各類方法降低顆粒物樣氣濕度。
[0005]針對顆粒物的濕度控制，通常采用干燥劑吸附除濕或者加熱除濕。對于干燥劑吸附除濕，干燥劑需要定期更換，無法實(shí)現(xiàn)無人狀態(tài)下的長期免維護(hù)運(yùn)行，同時(shí)，由于水汽是自內(nèi)而外擴(kuò)散吸濕，因此除濕效率會隨著內(nèi)層干燥劑的失效而逐步降低。而對于加熱除濕，由于改變的顆粒物所處的環(huán)境溫度，在去除水分的同時(shí)，也會使得顆粒物的其他易揮發(fā)成分發(fā)生高溫?fù)]發(fā)，從而影響測量精度。
[0006]中國發(fā)明專利申請CN101524617公開了一種用Naf1n管去除氣體中水份的方法，但該方法中的儀器首先要將樣氣(處理器)加熱至100-120°C度，同時(shí)后續(xù)氣路還需要連接微孔過濾器，因此，該方法不能應(yīng)用于環(huán)境顆粒物測量儀器的儀器除濕。中國發(fā)明專利申請CN103759998A公開了一種大氣除濕方法和裝置，將需要除濕的大氣引入除濕管內(nèi)壁之間的除濕氣體通道，同時(shí)，經(jīng)除濕管除濕后的剩余干燥大氣回流進(jìn)入氣體回流通道內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)干燥氣的循環(huán)重復(fù)應(yīng)用。但是，由于經(jīng)除濕管除濕后的剩余干燥大氣回流進(jìn)入氣體回流通道內(nèi)時(shí)，沒有經(jīng)過任何顆粒物凈化裝置，長時(shí)間運(yùn)行后內(nèi)層干燥管外壁將會被污染，從而降低干燥效率；同時(shí)，在這種工作模式下，回流(吹掃)氣流量遠(yuǎn)低于待干燥大氣，即便在有固定壓力差的條件下，也很難實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的高效除濕。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種大氣顆粒物除濕裝置及方法，該除濕裝置及方法能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，對大氣顆粒物樣氣濕度進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)控制，從而有效消除環(huán)境濕度變化對顆粒物監(jiān)測儀器測量精度的影響。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
一種大氣顆粒物除濕裝置，包括Naf1n管除濕單元、顆粒物特性參數(shù)測量單元、顆粒物凈化單元和抽氣栗。
[0010]所述Naf1n管除濕單元包括外層管和嵌入設(shè)置在外層管中間的內(nèi)層管；所述外層管內(nèi)壁與內(nèi)層管外壁之間形成吹掃氣通路；所述外層管側(cè)壁的上下兩端分別設(shè)有與吹掃氣通路相連通的吹掃氣出氣口和吹掃氣進(jìn)氣口，所述吹掃氣出氣口與抽氣栗的進(jìn)氣口相連通；所述內(nèi)層管的上下兩端分別設(shè)有與內(nèi)層管內(nèi)部相連通的樣氣進(jìn)氣口和樣氣出氣口，所述樣氣進(jìn)氣口、內(nèi)層管內(nèi)部以及樣氣出氣口形成樣氣干燥通路；所述樣氣出氣口與顆粒物特性參數(shù)測量單元的進(jìn)氣管相連通。
[0011]所述顆粒物凈化單元包括限流閥、撞擊式粒子切割器和靜電細(xì)粒子去除器；所述限流閥上設(shè)有主進(jìn)氣口、輔氣進(jìn)氣口和混合氣出口 ；所述撞擊式粒子切割器包括切割器腔體、設(shè)置在切割器腔體頂部的加速噴口以及可拆卸安裝在切割器腔體內(nèi)部底面上的撞擊臺；所述靜電細(xì)粒子去除器包括去除器腔體、設(shè)置在去除器腔體上下兩端的高壓放電針和高壓牽引電極、與高壓放電針電連接的高壓放電針電源和與高壓牽引電極電連接的高壓牽引電極電源；所述主進(jìn)氣口與顆粒物特性參數(shù)測量單元的出氣管相連通；所述輔氣進(jìn)氣口接外部干燥空氣源；所述混合氣出口與加速噴口的進(jìn)氣端相連通；所述加速噴口的進(jìn)氣端位于切割器腔體外側(cè)，出氣端位于切割器腔體內(nèi)側(cè)且與切割器腔體內(nèi)部相連通；所述切割器腔體連接在去除器腔體側(cè)壁上，且切割器腔體內(nèi)部與去除器腔體內(nèi)部相連通；所述去除器腔體下端側(cè)壁上設(shè)有凈化氣出口，所述凈化氣出口與吹掃氣進(jìn)氣口相連通。
[0012]進(jìn)一步的，所述顆粒物特性參數(shù)測量單元采用顆粒物特性參數(shù)測量儀或監(jiān)測儀。所述顆粒物特性參數(shù)測量儀或監(jiān)測儀包括質(zhì)量濃度、粒徑譜、濁度計(jì)、消光儀等環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域常用的顆粒物測量儀器。
[0013]進(jìn)一步的，所述加速噴口包括加速噴頭和設(shè)置在加速噴頭中間的加速噴孔，所述加速噴孔為倒圓錐狀。所述撞擊臺為與加速噴孔同軸設(shè)置的圓柱體，且所述撞擊臺螺紋連接在切割器腔體內(nèi)的底部，撞擊臺與切割器腔體的連接處設(shè)有O型密封圈。
[0014]進(jìn)一步的，所述高壓放電針為鎢針，所述高壓放電針電源采用負(fù)壓直流電源；所述高壓牽引電極為與高壓放電針同軸設(shè)置的鋼棒，該鋼棒的一端安裝在去除器腔體的底部，另一端為半球形；所述的高壓牽引電極電壓采用負(fù)壓直流電源。
[0015]進(jìn)一步的，所述切割器腔體與去除器腔體均采用鋁質(zhì)材料。
[0016]進(jìn)一步的，所述抽氣栗采用氣流流速可控的氣栗。
[0017]本發(fā)明還涉及一種大氣顆粒物除濕裝置的除濕方法，該方法包括以下步驟:
(1)首先，采樣氣流由樣氣進(jìn)氣口進(jìn)入Naf1n管除濕單元內(nèi)層管中的樣氣干燥通路中；然后，在樣氣干燥通路內(nèi)的流動(dòng)過程中，采樣氣流將其水汽滲透至內(nèi)層管與外層管之間的吹掃氣通路內(nèi)的吹掃氣中，完成采樣氣流干燥處理；最后，完成干燥處理后的采樣氣流經(jīng)樣氣出氣口從Naf1n管除濕單元流出至顆粒物特性參數(shù)測量單元；
(2)經(jīng)Naf1n管除濕單元進(jìn)行干燥處理后的采樣氣流在顆粒物特性參數(shù)測量單元中進(jìn)行顆粒物特性參數(shù)測量，并在完成顆粒物特性參數(shù)測量后流入至顆粒物凈化單元；
(3)流入至顆粒物凈化單元中的采樣氣流，連同由輔助進(jìn)氣口進(jìn)入的輔助氣流，匯成吹掃氣流，先采用撞擊式粒子切割器截留去除其中的微米級大顆粒物，再采用靜電細(xì)粒子去除器截留去除其中的納米級細(xì)顆粒物，最后將清除完顆粒物的氣流通過Naf1n管除濕單元的吹掃氣進(jìn)氣口進(jìn)入至吹掃氣通路中，進(jìn)行采樣氣流吸濕處理，并在抽氣栗的驅(qū)動(dòng)下由吹掃氣出氣口排出。
[0018]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
(I)本發(fā)明采用Naf1n管對采樣氣流進(jìn)行除濕干燥，通過內(nèi)層管與外層管之間的吹掃氣將采樣氣流中的水汽不間斷排出，這不僅能夠大幅度提高樣氣除濕效率，還能夠解決傳統(tǒng)吸附除濕過程中需要頻繁更換干燥劑的問題。本發(fā)明適用于各類環(huán)境采樣器上的前端無損失除濕。
[0019](2)本發(fā)明所述的樣氣除濕的整個(gè)過程都是在室溫下進(jìn)行的，無需對采樣氣流進(jìn)行加熱及冷凝，從而最大限度地保留了大氣顆粒物的原始特性。
[0020](3)本發(fā)明采用撞擊式粒子切割器去除干燥處理后的采樣氣流中的大顆粒物，同時(shí)采用靜電細(xì)粒子去除器，利用場致電離荷電與電場牽引的方式去除經(jīng)干燥處理后的采樣氣流中的小顆粒物，從而完成干燥處理后的采樣氣流的潔凈處理得到潔凈干燥氣體，使該潔凈干燥氣體作為吹掃氣來進(jìn)行采樣氣流的吸濕處理。此外，本發(fā)明所述的顆粒物凈化單元采用可拆卸結(jié)構(gòu)，具有后期清理維護(hù)方便等特點(diǎn)，能夠有效解決傳統(tǒng)膜過濾器存在的價(jià)格昂貴、需要頻換更換等問題。
[0021](4)本發(fā)明采用限流閥和主動(dòng)氣源(即從輔助進(jìn)氣口接入的干燥空氣源)相結(jié)合的方式，能夠提高采樣氣流與吹掃氣之間的氣壓差，保證吹掃氣氣壓力低于采樣氣流的氣壓力，提高Naf1n管除濕單元的干燥效率。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)樣氣除濕的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了干燥后的樣氣的重復(fù)利用。在本發(fā)明中，即使不從輔助進(jìn)氣口接入干燥空氣源，也能夠?qū)崿F(xiàn)對樣氣的除濕。
[0022](5)本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便等特點(diǎn)，不僅適用于實(shí)驗(yàn)室常規(guī)檢測中的樣氣除濕，還能應(yīng)用在外場惡劣條件下樣氣長時(shí)間的免維護(hù)除濕等場