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(wú)論是美國(guó)還是海外的清潔空氣立法框架中，越來(lái)越要求對(duì)源排放排出的顆粒物 的質(zhì)量濃度進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)視。業(yè)界極其需要以這種形式對(duì)顆粒質(zhì)量濃度進(jìn)行測(cè)量，即，其 在與環(huán)境空氣條件達(dá)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(guò)濾提取從源直接脫除的顆粒物以及 由剩余流體流在基準(zhǔn)穩(wěn)定下的凝結(jié)而生成的顆粒。
從污染源提取出、運(yùn)送、調(diào)節(jié)及測(cè)量樣本，對(duì)于提供一致的結(jié)果以及較短的停止服 務(wù)時(shí)間來(lái)講，是必不可少的關(guān)鍵過(guò)程。各所述過(guò)程各有其自身不同的要求，并且通過(guò)適當(dāng)?shù)?設(shè)計(jì)可滿足這些要求并且減少儀器服務(wù)間隔。
過(guò)去幾十年間，美國(guó)環(huán)保署(EPA)至少頒布了 15種對(duì)污染源排放的顆粒物進(jìn)行測(cè) 量的基準(zhǔn)方法。有這么多方法的根本原因是由于EPA對(duì)原始方法(例如，方法5)進(jìn)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(lái)為多種基 礎(chǔ)方法中的一種安裝和校準(zhǔn)(相互關(guān)聯(lián))代替的顆粒物測(cè)量(例如，光散射法、濁度法、探 頭起電法(probe electrification)),其可造成一個(gè)數(shù)量級(jí)的精度變化。
對(duì)TPP進(jìn)行測(cè)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(guò)濾的環(huán)境空氣進(jìn)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(lái)測(cè)量經(jīng)稀釋的濃度。通過(guò)同時(shí)計(jì)算稀釋度(稀釋比)，將測(cè)得的濃度乘以稀釋 比以計(jì)算源內(nèi)的實(shí)際濃度。過(guò)去20年間，現(xiàn)有技術(shù)中有如下文獻(xiàn)紀(jì)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(guò)程。盡管基準(zhǔn)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(duì)設(shè)備進(jìn)行頻繁的清洗，并且對(duì)樣氣進(jìn)行回收。
這些類型的步驟對(duì)于連續(xù)監(jiān)視是不可接受的，由此，為了進(jìn)行測(cè)量，需要有新的 方法來(lái)對(duì)樣氣進(jìn)行提取、處理、及調(diào)節(jié)。例如，美國(guó)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(cè)量的目標(biāo)顆粒并且收集和去除非目標(biāo)的較 大顆粒。此類旋流器只能在有限的時(shí)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(wú)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(wú)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(gè)復(fù)雜之處。盡管預(yù)期會(huì)用于高腐蝕的環(huán)境，但 設(shè)計(jì)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(shí)會(huì)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(shí)會(huì)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(shí)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(shí) 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(lái)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(shí)施例，顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)接收通過(guò)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(biāo)樣本的混合物)流過(guò)所述管道的流動(dòng)，以老化所述 流體樣本中的顆粒物。重力使得所述流動(dòng)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(dǎo)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(shí)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(guò)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(guò)所述輸出口以供監(jiān)視。
根據(jù)其他實(shí)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(dòng) 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(duì)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(dòng)方向大致相反的方向推動(dòng)所述顆粒物。若重力大于因所述流體樣本中的流 體流動(dòng)而作用在所述顆粒物上的力，則所述顆粒物無(wú)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(dòng)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(guò)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(shí)施例中，所述顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)和其中任何的一或多個(gè)控制器控制所述流體樣 本流過(guò)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(shí)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(guò)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(guò)所述管道的 輸出口。
除了所述流體樣本的流動(dòng)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(duì)濕度；等等。
通過(guò)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(dāng)所述流體樣本排入大氣才會(huì)發(fā)生的顆粒物老化。如前所述，通過(guò)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(dòng)力學(xué)當(dāng)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(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑改變?yōu)檩^小的值，其使 得顆粒通過(guò)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(shí)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(cè)量通過(guò)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(shí)施例，流過(guò)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(duì)濕度傳感器或露點(diǎn)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(duì)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(guò)管道并且從其輸出的稀釋煙氣樣本中顆粒物的存在。一實(shí) 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(duì)濕度以將所述流體樣本的相對(duì)濕度保持在所需范圍內(nèi)。
提取噴嘴實(shí)施例
本發(fā)明的實(shí)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(guò)第一管道。顆粒物提取系統(tǒng)沿與流體樣 本的流過(guò)第一管道的定向流動(dòng)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(guò)第二管道的顆粒物的存在。
根據(jù)其他實(shí)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(duì)較 輕的顆粒物被推入第二管道，而使得顆粒物中相對(duì)較重的顆粒流過(guò)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(guò)第一管道 (例如，噴嘴)的流體滲透外壁結(jié)構(gòu)來(lái)施加吹掃流體。
根據(jù)另一實(shí)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(jìn)入第二管道的 開(kāi)口，以接收流體樣本中被正交地推動(dòng)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(duì)較輕的顆粒物被推動(dòng)經(jīng)過(guò)噴嘴中的側(cè)開(kāi)口以進(jìn)入第二管道，同時(shí)顆粒物中相對(duì) 較重的顆粒流過(guò)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(lái)越 小。噴嘴的在輸出流體樣本的軸向端處的壁厚可向外擴(kuò)張或變厚。
下文將更詳細(xì)地描述這些或其他具體實(shí)施例。
應(yīng)理解，本發(fā)明所述系統(tǒng)、方法、裝置等的實(shí)施例可嚴(yán)格地實(shí)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(shí) 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(gè)不同的特征、技術(shù)、結(jié)構(gòu)等， 然而本發(fā)明設(shè)計(jì)為，在合適的時(shí)候，各概念可視需要相互獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)或相互組合地實(shí)現(xiàn)。因 此，可以多種不同的方式實(shí)現(xiàn)或觀察一或多個(gè)本文所述的發(fā)明。
并且，應(yīng)注意，本文對(duì)本發(fā)明所作的初步描述并不是為了具體描述所有的實(shí)施例 及/或本文公開(kāi)或所主張發(fā)明的遞增的創(chuàng)新方面。相反，本文所作的簡(jiǎn)要描述僅給出了一 般的實(shí)施例以及針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的相應(yīng)創(chuàng)新點(diǎn)。就其他細(xì)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(shí)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(xì)描述的較佳實(shí)施例，可清楚本發(fā)明的前述或其他目標(biāo)、特 征、及優(yōu)點(diǎn)，附圖中，類似的標(biāo)號(hào)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(diǎn)在于示出實(shí)施例，原理，概念等。
圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(shí)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(shí)施例的示出沉淀速度與顆粒物空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑之比的 理論示意圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括控制流體樣本的相對(duì)濕度或露點(diǎn)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(shí)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(shí)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(shí)施例之操作的計(jì)算機(jī)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例的噴嘴的示意剖視圖13為根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(shí)施例的噴嘴的示意豎直剖視圖。
具體實(shí)施方式
示例顆粒監(jiān)視系統(tǒng)包括流體樣本流過(guò)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(duì)流體樣本的流過(guò)管道 的流動(dòng)進(jìn)行控制，以使得顆粒物老化。駐留在管道中時(shí)，顆粒物的特性會(huì)發(fā)生變化。與流體 樣本的朝向輸出口的流體流動(dòng)相反，重力致使流體樣本中的一部分顆粒物落入底部，而沒(méi) 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(shí)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(shí)施例的本實(shí)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(guò)管道108而流至輸出口 110。當(dāng)顆粒物125流過(guò)或駐留于管 道108時(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)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(dá)到最短的閾值時(shí)間。
根據(jù)另一實(shí)施例，對(duì)流體樣本120的流速進(jìn)行控制，以選擇流過(guò)管道108通過(guò)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(guò)管道108而流至輸出口 110。流體樣本120中的氣體及/或液體對(duì)顆粒物施加向上的力， 以推動(dòng)顆粒物經(jīng)過(guò)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(shí) 施例中，本文所述的所述系統(tǒng)包括或可用于檢測(cè)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(cè)量流過(guò)管道108和輸出口 110的閾值以上顆粒物的不同尺寸。本實(shí)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(duì)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(dòng)所施加的力，所述顆粒物 則不會(huì)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(dòng)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(shí)施例中，取決于顆粒物的有效空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量尺寸，顆粒物125流過(guò)管道108 并排出輸出口 110，或者落入底部155。例如，空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)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(guò)管道108并排出輸出口 110。空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)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(wú)法流過(guò)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(dòng)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(duì)恒定。顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)100可控制流過(guò)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(guò)管道的輸出口。
例如，流過(guò)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(guò) 輸出口 110排出管道108。流過(guò)管道108的流體樣本120的速率越低，導(dǎo)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(guò)管道的同時(shí)老化。當(dāng)流體樣本中的顆粒物駐留于管道108的過(guò)程中，老化的過(guò)程導(dǎo)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(dāng)流體樣本120中的顆粒物駐留于管道108的過(guò)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(guò)輸出口 110以進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)視?？蓪?duì) 管道108中的流體樣本120的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行控制，從而對(duì)流體樣本120中的各顆粒物125 進(jìn)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(duì)濕度；流過(guò)管道108的流體樣本120的速度等。通過(guò)對(duì)管道108中的流體樣本 120的環(huán)境參數(shù)進(jìn)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(huì)發(fā) 生的老化。
一實(shí)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(shí)施例，在TPP類型的模擬過(guò)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(shí)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(duì)被接收的氣體樣本中的顆粒物進(jìn)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?？?對(duì)探頭205進(jìn)行加熱。一實(shí)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?dú)獾?，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(gè)控制閥，控制管等)，以控制 氣體樣本205的流動(dòng)及/或控制接收自稀釋氣源210的稀釋氣體對(duì)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(duì)I份氣體樣本 205進(jìn)行稀釋。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，應(yīng)注意，可使用任何合適比率對(duì)氣體樣本205進(jìn) 行稀釋，以進(jìn)行本發(fā)明所述的顆粒質(zhì)量監(jiān)視。
根據(jù)再一實(shí)施例，接收自稀釋氣源210的稀釋氣體的露點(diǎn)為-40 -70攝氏度。然 而，應(yīng)注意，稀釋氣體的露點(diǎn)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(guò)管道108。顆粒物125在流過(guò)管道108的同時(shí)老化。 流體樣本120中的第一顆粒物部分125-1流過(guò)輸出口 110，同時(shí)第二顆粒物部分125-2落入 底部155。
根據(jù)本實(shí)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(shù)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(guò)管道108的同時(shí)粘附于其上。
一實(shí)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(guò)質(zhì)量監(jiān)視器240進(jìn)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(lái)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(xué)信號(hào)穿過(guò)流動(dòng)的流體樣本120并且對(duì)散射、反射、吸收進(jìn)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(lái)分析顆粒物。
利用質(zhì)量監(jiān)視器240對(duì)流動(dòng)的流體樣本120的分析可包括測(cè)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(shí)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(duì)濕度。根據(jù)該實(shí)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(duì)濕度，以將管道108中的流體樣本120的相對(duì)濕度維持在 所需的范圍內(nèi)。
一實(shí)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(kāi)煙囪之后的顆粒形成可包括一系 列的過(guò)程，例如，凝結(jié)生長(zhǎng)、液滴蒸發(fā)、凝并、團(tuán)聚、富集、及飽和蒸汽壓。這些過(guò)程系顆粒物 “老化”過(guò)程的一部分。對(duì)環(huán)境參數(shù)及流體樣本在管道108中的流動(dòng)進(jìn)行控制可模擬顆粒物 發(fā)生在開(kāi)放的大氣下才會(huì)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(duì)老 化的顆粒物進(jìn)行分析。
一實(shí)施例中，為了保持發(fā)生老化的一致性，可選擇基準(zhǔn)條件-類似于測(cè)量環(huán)境 PM2. 5樣本的實(shí)驗(yàn)室基準(zhǔn)條件。管道108中流體樣本的溫度和相對(duì)濕度可選擇為恒定值，因 為這些參數(shù)的變化會(huì)影響老化。
如前所述，通過(guò)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(jìn)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(shí)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(dòng)力學(xué)當(dāng)量尺寸(或尺 寸范圍)的非目標(biāo)顆粒。垂直管道108使得剩余的目標(biāo)顆粒(例如，未因重力而落入底部 155的顆粒物)流過(guò)輸出口 110以進(jìn)行質(zhì)量測(cè)量。
如前所述，可將管道108中流體樣本120的溫度、相對(duì)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(shí)在管道108 中對(duì)流體樣本120 (例如，經(jīng)稀釋的氣體樣本)老化所需的駐留時(shí)間。
如前所述，本發(fā)明的實(shí)施例中，可通過(guò)改變流體樣本120流向質(zhì)量監(jiān)視器240的垂直速度，來(lái)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(guò)輸出口 110并且由質(zhì)量監(jiān)視器240進(jìn)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(guò)輸出口 110并且由質(zhì)量監(jiān)視器進(jìn)行分析而生成第二組可能性分布信息260 ;等坐寸ο
一實(shí)施例中，管道108使得氣體樣本205中的顆粒物與稀釋氣體進(jìn)行混合及/或反應(yīng)并持續(xù)大于10秒。根據(jù)另一實(shí)施例，流體樣本120的流速可控制為，駐留時(shí)間使得顆粒物在流體樣本中的老化時(shí)間為約I分鐘或更多分鐘。
圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑與沉淀時(shí)間之比的假想圖。
總體上，圖300示出了大空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑的顆粒物的沉淀速度高于小空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)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(dòng)流體樣本120中較大尺寸顆粒物使其流過(guò)輸出口，流體樣本120中的氣體及/或液體需有適當(dāng)?shù)妮^高速度。
圖300可用于判定使流體樣本120流過(guò)管道108的流速。例如，使用者首先判定流體樣本120中要進(jìn)行分析的目標(biāo)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(biāo)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(shí)間不同。
示意實(shí)施例
應(yīng)注意，僅以 非示意性的方式示出了本示意實(shí)施例的各種不同參數(shù)，并且此類參數(shù)可根據(jù)實(shí)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(shí)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(dá)成10秒的最小駐留時(shí)間。
可利用該內(nèi)徑計(jì)算管道108的截面積(從流135的方向觀察)。例如，本示意實(shí)施例中，截面積為O. 011平方米。將樣本流速除以截面積以計(jì)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(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑(AED)顆粒物的沉淀速度(見(jiàn)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(dòng)以被測(cè)量,但大部分AED小于10微米的顆粒物都被傳送從而被測(cè)量。AED與沉淀速度之間的這一關(guān)系并非絕對(duì)的分離。一般地，可達(dá)成50%顆粒分界點(diǎn)，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(jìn)行顆粒物分析。
隨著顆粒的尺寸變得大于10微米空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑，流體樣本120中越來(lái)越多比例的此種顆粒物會(huì)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(lái)越小(有越來(lái)越多比例從輸出口 110排出)?？赏ㄟ^(guò)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(shí)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(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑(AED)和載氣溫度的顆粒的沉淀速度。
根據(jù)另一實(shí)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(guò)管道 108的機(jī)械操控(例如，擠壓或擴(kuò)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(guò)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(yǔ)。這一術(shù)語(yǔ)系指這樣的直徑，即，其為顆 粒的可度量指標(biāo)。當(dāng)用技術(shù)描述顆粒時(shí)，測(cè)量通常對(duì)應(yīng)于某一具體的物理特性。例如，空氣 動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑(亦稱為空氣動(dòng)力學(xué)直徑)系指這樣的球體的直徑，即，該球體為具有與被 測(cè)顆粒(其可為非球體的形狀及/或非標(biāo)準(zhǔn)密度)的重力沉淀速度相同的標(biāo)準(zhǔn)密度(I克 每立方厘米)球體。
圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的相對(duì)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(duì)濕度的源。例如，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)300包括相對(duì)濕度 傳感器325，控制器315，流控制組件335 (例如，一或多個(gè)閥，排氣孔等)，氣流干燥器330， 及水化器365。
顧名思義，相對(duì)濕度傳感器325檢測(cè)流過(guò)管道108的流體樣本120的相對(duì)濕度。 控制器315 (例如，相對(duì)濕度控制器)根據(jù)從相對(duì)濕度傳感器325接收的反饋信號(hào)監(jiān)視管道 108中的流體樣本120的相對(duì)濕度。
根據(jù)來(lái)自相對(duì)濕度傳感器325的表征流體樣本120之相對(duì)濕度的反饋信號(hào)，控制 器315控制稀釋氣體385的相對(duì)濕度。例如，通過(guò)接收自相對(duì)濕度傳感器325的信號(hào)，控制 器315控制稀釋氣體385的相對(duì)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(duì)濕度可有效地控制流體樣本120 (其包括由稀釋氣 體385進(jìn)行稀釋的氣體樣本205)的相對(duì)濕度。
操作期間，氣流干燥器330接收壓縮氣體325。若由相對(duì)濕度傳感器325測(cè)得的流 體樣本120的相對(duì)濕度過(guò)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(duì)濕度傳感器325測(cè)得的流體樣本120的相對(duì)濕度過(guò) 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(duì)濕度傳感器325測(cè)得的 流體樣本120的相對(duì)濕度太小，控制器315通過(guò)啟動(dòng)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(huì)增大稀釋氣體385的相對(duì)濕度。相反，若 流體樣本120的相對(duì)濕度過(guò)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(kāi)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(dòng)態(tài)稀釋氣體露點(diǎn)控制的樣本相對(duì)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(guò)控制管道108的溫度，管道108內(nèi)的流體樣本120通過(guò)使用導(dǎo)熱濕潤(rùn)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(duì)濕度感測(cè)組件(例如， 相對(duì)濕度傳感器325)?？赏ㄟ^(guò)控制輸出口 110的溫度而控制進(jìn)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(guò)調(diào)節(jié)稀釋氣體385的相對(duì)濕度而達(dá)成控制流體樣本 120的相對(duì)濕度。
根據(jù)一實(shí)施例，將空氣之類的壓縮氣體傳送至氣流干燥器330?？赏ㄟ^(guò)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(guò)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(diǎn)。
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(duì)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(diǎn)，從而使得流體樣本120的 相對(duì)濕度大致保持恒定。
根據(jù)圖4，一實(shí)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(dòng)值，從而為尺寸已知之顆粒的顆粒穿透提供理論設(shè)計(jì)的支 持。流過(guò)探頭的稀釋氣體385的體積變化會(huì)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(duì)濕度測(cè)量的反饋環(huán)有助于將流體樣本的相對(duì)濕度或露點(diǎn)保持為接近恒定 或大致恒定的基準(zhǔn)條件(例如，70%相對(duì)濕度)。
此外，若因無(wú)法通過(guò)流控制組件335進(jìn)行通風(fēng)而使得流體樣本120的相對(duì)濕度減 小為低于所述基準(zhǔn)條件并且稀釋氣體385的露點(diǎn)無(wú)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(duì)濕度。
圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(guò)管道的流動(dòng)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(shí)施例的顆粒監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)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(guò)管道108的上下流動(dòng)以這樣老 化顆粒物，即，顆粒物駐留于管道108的駐留時(shí)間超過(guò)駐留時(shí)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(shí)施例中，重力與流體樣本120的從輸入口 105到輸出口 110流 過(guò)管道108的定向流動(dòng)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(guò) 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(dòng)力學(xué) 當(dāng)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(dòng)力學(xué) 當(dāng)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(lái)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(jìn)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(cè)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(jì)算系統(tǒng)818之示意構(gòu)架的方框圖,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)818諸如包括一或多 種用于實(shí)現(xiàn)任何根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(jì)算機(jī)或程序等。換言之，顆粒監(jiān)視系統(tǒng)可包括計(jì)算機(jī)硬件及/或計(jì)算機(jī)軟件 以執(zhí)行本發(fā)明所述的適于由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的技術(shù)。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)818可包括一或多個(gè)計(jì)算機(jī)化裝置，諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)，工作站，便攜式 計(jì)算裝置，控制臺(tái)，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(shí)施例。然而，還應(yīng)注意，實(shí)現(xiàn)顆粒監(jiān)視系統(tǒng)的實(shí)際配置根據(jù)各應(yīng)用而有所不 同。例如，如前所述，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)818可包括一或多個(gè)執(zhí)行本發(fā)明所述處理的計(jì)算機(jī)。
如圖所示，本示例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)818包括連接存儲(chǔ)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(shí)庫(kù)和鍵盤、鼠標(biāo)(例如，移動(dòng)光標(biāo)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)818的顆粒物監(jiān)視應(yīng)用840_1通過(guò)網(wǎng)絡(luò)890與不同 的源進(jìn)行通信，必要時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，信息更新等。
如圖所示，存儲(chǔ)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(jìn)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(shí)現(xiàn)為軟件代碼，例如存儲(chǔ)于存儲(chǔ)設(shè)備812上的數(shù)據(jù)及/或邏輯指令， 存儲(chǔ)設(shè)備812可為存儲(chǔ)器之類的易失性及/或非易失性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)、介質(zhì)等或者支持 根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例所述的處理功能的其他計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
一實(shí)施例的操作期間，處理器813利用互連811訪問(wèn)存儲(chǔ)設(shè)備812以開(kāi)始、運(yùn)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)818的處理器813內(nèi)或其上運(yùn)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(gè)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(shí)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(chǔ)于軟盤，硬盤，光介質(zhì)之類計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如，存儲(chǔ)設(shè)備812)。根據(jù)其他實(shí)施例，顆粒物監(jiān)視應(yīng)用840-1亦可存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器型系統(tǒng)， 諸如固件，只讀存儲(chǔ)器(R0M)，或者如本示例中的，存儲(chǔ)為存儲(chǔ)設(shè)備812中的可執(zhí)行代碼。
提取噴嘴實(shí)施例的詳細(xì)描述
圖8為現(xiàn)有噴嘴的示意圖。現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)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(jìn) 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(huì)偏差。
盡管使用現(xiàn)有的等速噴嘴1310對(duì)于相對(duì)較短的持續(xù)時(shí)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?jiān)拇祾?或稱回吹)過(guò)程中對(duì)于 連續(xù)監(jiān)視系統(tǒng)會(huì)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(gè)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(cè)環(huán)境不受顆粒污染，則噴嘴的性能較佳且不會(huì)受 到阻礙。然而，從樣本提取顆粒極大地依賴于流體力學(xué)科學(xué)和氣溶膠物理科學(xué)。由此，可能 需要溶液來(lái)幫助探頭-噴嘴組件滿足更長(zhǎng)久的性能要求。
與現(xiàn)有的技術(shù)不同，本發(fā)明的一實(shí)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(shí)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(duì)噴嘴及/或噴嘴組件的部分進(jìn)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(shí)施例之系統(tǒng)的示意圖。
本發(fā)明的實(shí)施例包括噴嘴-探頭組件1400。測(cè)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(guò)噴嘴1410。噴嘴1410可包括帶有刃狀邊緣1420的周部，以及 實(shí)質(zhì)的開(kāi)口以允許流體樣本1405通過(guò)。
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(dòng)正交的 氣幕或氣體/液體橫穿流1460。由此，可針對(duì)流體樣本1405的流動(dòng)，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(dòng)方向的方向吹動(dòng)氣體或液體。
一實(shí)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(biāo)的較大顆粒(例 如，空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑閾值以上的顆粒)有足夠的慣性來(lái)穿過(guò)大致正交的氣幕并且離開(kāi) 噴嘴1410，而通過(guò)噴嘴1410側(cè)部的開(kāi)口 1487將流體樣本1405中作為目標(biāo)的較小顆粒導(dǎo)入 或推入并穿過(guò)探頭1430，并將其排出。
一實(shí)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(jìn)行顆粒物的提取及/或分離。
一實(shí)施例中，噴嘴1410的直徑可通用于多種不同的煙囪速度。該實(shí)施例中，通過(guò) 改變由噴射流1440形成的相對(duì)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(shí)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(guò)噴嘴1410而造成的向上曲線。
根據(jù)另一實(shí)施例，為了減緩表面沉積，可通過(guò)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(guò)利用燒結(jié)多孔材料形成噴嘴1410的至少一部分而達(dá)成，當(dāng)供給加 壓流體時(shí)，氣體流動(dòng)可穿透燒結(jié)多孔材料的表面。通過(guò)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?jiān)挠绊憽?br> 圖10和11為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的兩個(gè)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(shí)施例的圓形噴嘴1510(就沿流體樣本 1405流出頁(yè)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(dòng)方向之方向力。如前所述，作為目標(biāo)的較小顆粒進(jìn)入并且穿過(guò)探頭 1430以供進(jìn)一步分析。
—實(shí)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(xì)示出了噴嘴1510的細(xì)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(yè)面方向的軸線觀察而言的俯視圖，噴嘴1610可為矩形。
一實(shí)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(shí)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(dòng)方向的軸線觀察而言本發(fā)明實(shí)施例的噴嘴1610的俯視圖。
此類實(shí)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(kāi)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(dǎo)氣 體或液體的橫穿流1460沿大致正交于流體樣本1405的流動(dòng)方向，以將流體樣本1405中較 輕的顆粒物推入探頭1430。
一實(shí)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(guò)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(wú)法影響流過(guò)提取噴嘴1610的芯的流體樣本1405的流動(dòng)。
一實(shí)施例中，氣幕空氣傳送系統(tǒng)(例如，管道1765和開(kāi)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(guò)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(guò)提取噴嘴1610并且在提取噴嘴1610的相對(duì)端排出。
圖14為根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(guò)噴嘴。如前所述，可使用吹掃流體1590對(duì)間隙1730進(jìn)行加壓，所述吹掃流體1590如吹掃流體釋放流動(dòng)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(duì)流體樣本中的顆粒物進(jìn)行分離及/或老 化。然而，應(yīng)注意，本發(fā)明的實(shí)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(shí)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(duì)本文的形式和細(xì)節(jié)作出多種修改而不脫離本申請(qǐng)所附之權(quán)利要求所界定的精神和 范圍。本申請(qǐng)意欲包括此類修改。由此，本發(fā)明的前述說(shuō)明并非限制性的。相反，本發(fā)明由 所附權(quán)利要求進(jìn)行界定。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括接收通過(guò)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(guò)所述管道的流動(dòng)，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(guò)所述管道的定向流動(dòng)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(guò)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(duì)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(cè)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(guò)所述管道的流動(dòng)以老化所述顆粒物包括控制所述流體樣本流過(guò)所述管道的流速，以使所述顆粒物在所述管道中的駐留時(shí)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(guò)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(guò)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(duì)所述管道中所述流體樣本的相對(duì)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(duì)濕度，以將所述管道中經(jīng)稀釋的氣體樣本的相對(duì)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(guò)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(guò)所述管道的流動(dòng)，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(guò)所述管道的定向流動(dòng)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(guò)所述管道的所述流體樣本的流速，以i)使得所述導(dǎo)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(guò)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(duì)濕度控制器，以控制流過(guò)所述管道的所述流體樣本的相對(duì)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?；谑芸刂频沫h(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(jìn)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(guò)所述管道的流速，以使所述顆粒物在所述管道中的駐留時(shí)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(guò)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(guò)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(duì)濕度傳感器；及相對(duì)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(duì)濕度，所述相對(duì)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(duì)濕度，以形成所述流體并且將所述流體樣本的相對(duì)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(guò)管道。顆粒物監(jiān)視系統(tǒng)接收通過(guò)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(guò)管道的流動(dòng)，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(hào)B01D12/00GK103068456SQ201180033101
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)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(qǐng)人:熱費(fèi)希爾科學(xué)公司