一種氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置，包括樣氣輸入管、樣氣輸出管，以及與樣氣輸出管連接的濕度傳感器，所述樣氣輸入管與樣氣輸出管之間連接有除濕裝置，所述除濕裝置包括至少兩套內(nèi)置填充介質(zhì)和加熱裝置的除濕套管，采樣氣體通過內(nèi)置導(dǎo)管進入除濕套管；所述除濕套管的兩端設(shè)置有樣氣進氣管、樣氣出氣管、反吹氣進氣管和反吹氣出氣管，樣氣進氣管通過第一電動閥與樣氣輸入管連接，樣氣出氣管通過第二電動閥與樣氣輸出管連接，反吹氣進氣管外接空氣壓縮泵，用于向除濕套管吹入氣體。本發(fā)明的顯著特點在于能夠在對顆粒物狀態(tài)影響較小，尤其對納米級顆粒物影響較小的情況下，實現(xiàn)樣品氣體連續(xù)在線除濕，特別適用于潮熱天氣等濕度較大的環(huán)境。
【專利說明】一種氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置，特別是適用于關(guān)注納米級顆粒物在線監(jiān)測儀器的氣溶膠除濕裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]大氣氣溶膠一直是大氣環(huán)境研究的一個熱點，研究表明:氣溶膠是導(dǎo)致能見度退化、引起區(qū)域灰霾現(xiàn)象的主要原因，還會影響人體健康和地面太陽輻射。但是不同大小的顆粒物的消光屬性、輻射強迫能力與環(huán)境健康風(fēng)險存在顯著差異，因此，對大氣氣溶膠數(shù)濃度粒徑譜分布的監(jiān)測研究與污染控制顯得非常重要。
[0003]由于顆粒物具有吸濕性，顆粒物的物化性質(zhì)會隨著環(huán)境的濕度變化而發(fā)生一定程度的變化，從而給在線儀器的測量帶來誤差。例如，顆粒物，特別是當(dāng)顆粒物中吸濕組分比較多的時候在濕度較大的情況下會吸濕長大，顆粒物的動力學(xué)特征會發(fā)生改變，會將原本屬于較小粒徑范圍的粒子測量成較大粒徑范圍，產(chǎn)生誤差。另一方面，在高溫高濕的環(huán)境中，氣溶膠樣品進入監(jiān)測設(shè)備室內(nèi)輸送管路時(實驗室內(nèi)溫度通?？刂圃?5°C以下)，可能由于溫度驟降而導(dǎo)致樣品氣體中的水分冷凝至管壁，甚至到達監(jiān)測儀器檢測模塊，引起測量誤差甚至儀器故障。因此，在關(guān)注納米級顆粒物理化特性測量的過程中，濕度的控制顯得尤為重要。
[0004]現(xiàn)有的濕度控制裝置從原理上可以分為加熱除濕、分壓差除濕、冷凝除濕和硅膠干燥管除濕等裝置。由于加熱的方法所設(shè)置的溫度均高于環(huán)境溫度，將造成半揮發(fā)性的顆粒物損失，從而帶來損耗誤差。Naf1n膜干燥裝置，利用膜兩側(cè)的水的分壓不同會產(chǎn)生壓力差，使膜內(nèi)測濕度較高的氣體中的水汽透過膜，達到除濕的效果；這種方法雖然不需要加熱，但除濕效果易受到外界溫度等因素的影響，控制不穩(wěn)定，成本也較高，且具有強酸性，會導(dǎo)致堿性顆粒物的損失。冷凝除濕利用冷卻降溫，使水汽在露點溫度時凝結(jié)在壁上后抽出，再對氣路進行加熱至環(huán)境溫度，相對濕度顯著下降；這種方法對氣溶膠質(zhì)量濃度監(jiān)測的適用性較強，但較小的納米級顆粒物由于擴散性較強，容易撞擊到掛有冷凝水膜的管壁而損失，因此，不適合用于關(guān)注納米級顆粒物理化特性的在線監(jiān)測設(shè)備除濕。硅膠干燥管也是應(yīng)用比較廣泛的顆粒物除濕裝置，利用硅膠的吸水性，帶有顆粒物的氣流流經(jīng)干燥管時，水汽向四周擴散被硅膠吸收，而顆粒物仍隨氣流進入儀器，以達到除濕的效果；目前商業(yè)化的硅膠干燥管需要定期更換硅膠，不足以滿足連續(xù)在線監(jiān)測研究的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對以上問題，本發(fā)明的目的是提出一種利用能夠連續(xù)在線去除氣溶膠濕度，且對氣溶膠特別是納米級顆粒物影響較小的除濕裝置。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案:一種氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置，包括樣氣輸入管、樣氣輸出管，以及與樣氣輸出管連接的濕度傳感器，所述樣氣輸入管與樣氣輸出管之間連接有除濕裝置，所述除濕裝置包括至少兩套內(nèi)置填充介質(zhì)和加熱裝置的除濕套管，采樣氣體通過內(nèi)置導(dǎo)管進入除濕套管；所述除濕套管的兩端設(shè)置有樣氣進氣管、樣氣出氣管、反吹氣進氣管和反吹氣出氣管，樣氣進氣管通過第一電動閥與樣氣輸入管連接，樣氣出氣管通過第二電動閥與樣氣輸出管連接，反吹氣進氣管外接空氣壓縮泵，用于向除濕套管吹入氣體。
[0007]上述除濕套管內(nèi)的填充介質(zhì)為硅膠顆粒，所述加熱裝置為均勻布置的加熱桿。所述除濕套管的內(nèi)置導(dǎo)管為網(wǎng)狀導(dǎo)管，導(dǎo)管的兩端分別與樣氣進氣管、樣氣出氣管連通。
[0008]上述樣氣輸入管和樣氣輸出管為Y形管。其中，所述樣氣輸入管通過樣氣輸送管與進樣裝置連接；所述樣氣輸出管在濕度傳感器之后的管路通過另一 Y形管分成兩個通道，分別將除濕后的樣品氣體輸送至兩臺不同粒徑范圍的顆粒物監(jiān)測設(shè)備。
[0009]上述除濕套管的兩端設(shè)有固定套。所述除濕套管為一定長度和直徑的圓柱形套管，每個除濕套管中環(huán)形等距離配置若干根加熱桿。具體地，所述除濕套管為長度50cm，截面直徑15cm的圓柱形套管，每個除濕套管中環(huán)形等距離配置六根加熱桿，加熱溫度為70-100。。。
[0010]本發(fā)明的顯著特點在于:所述氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置能夠在對顆粒物狀態(tài)影響較小，尤其對納米級顆粒物影響較小的情況下，實現(xiàn)樣品氣體連續(xù)在線除濕。有效解決了關(guān)注納米級顆粒物理化特性在線監(jiān)測的連續(xù)除濕問題，特別是在潮熱天氣等相對濕度較大的情況下具有明顯優(yōu)勢。本裝置所用的器材、器件，易于加工、安裝；運行測控與數(shù)據(jù)獲取流程簡單，便于設(shè)計相應(yīng)的計算機控制程序。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明所述氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明所述除濕套管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是本發(fā)明的實施例示意圖。

【具體實施方式】
[0014]為實現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0015]參照圖1所示，所述氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置的基本工作方式為兩根除濕套管交替使用，分為除濕與再生兩個過程交替進行。以下以左側(cè)除濕套管9為例進行說明，右側(cè)除濕套管10的結(jié)構(gòu)和工作流程與之完全相同。如圖2所示，除濕套管9由絕緣隔熱材料制成外管95和兩端的固定套99構(gòu)成，其樣氣進氣管91與第一電動閥3連接，樣氣出氣管96與第二電動閥4連接。
[0016]在除濕過程中:利用左側(cè)除濕套管9除濕時，左側(cè)的兩個電動閥3、4打開，右側(cè)電動閥5、6關(guān)閉，電動三通閥7、8關(guān)閉左側(cè)通道，打開右側(cè)通道；樣品氣體經(jīng)樣氣輸入管(Y形管，使樣氣在流通管路中避免直角和銳角管路，減少顆粒物尤其是慣性較大的顆粒物損失)1、第一電動閥3、除濕套管9、第二電動閥4、樣氣輸出管(Y形管)2、濕度傳感器11至監(jiān)測儀器。此過程中，樣品氣體勻速在除濕套管的內(nèi)管92(該內(nèi)置導(dǎo)管設(shè)計為網(wǎng)狀不銹鋼柱狀管路，一方面可以保持樣品氣體層流狀態(tài)，減少顆粒物損失，另一方面利于水分?jǐn)U散)中流動，除濕套管9中的填充介質(zhì)一娃膠顆粒94對樣氣中的水分進行吸收，濕度傳感器11監(jiān)測樣品氣體中的相對濕度。當(dāng)濕度傳感器11監(jiān)測的相對濕度達到設(shè)定的控制濕度閾值時(如RH = 40%)，控制器將控制電動三通閥7、8關(guān)閉右側(cè)通道，打開左側(cè)通道；并使右側(cè)電動閥5、6打開，左側(cè)電動閥3、4關(guān)閉，將除濕功能切換至右側(cè)除濕套管10。
[0017]在再生過程中:當(dāng)除濕功能切換至右側(cè)除濕套管10后，控制器將控制左側(cè)除濕套管9啟動再生過程(電動閥3、4關(guān)閉狀態(tài)，電動三通閥7、8為左側(cè)通路狀態(tài))。加熱裝置開啟，利用加熱桿93對填充介質(zhì)一娃膠顆粒94進行加熱除濕。同時，空氣壓縮泵12開啟，將較干燥的反吹氣體經(jīng)反吹氣進氣管97輸送至左側(cè)除濕套管9，經(jīng)套管主體從反吹氣出氣管98排出，并帶走從硅膠顆粒中揮發(fā)出來的水分(反吹氣進氣管與出氣管如圖2中心對稱配置，有利于讓反吹氣體最大程度在除濕套管主體中流通)。加熱溫度與加熱時間可根據(jù)需要進行設(shè)置，保持加熱狀態(tài)較長一段時間(如20小時)。加熱結(jié)束后，繼續(xù)保持氣體反吹狀態(tài)一段時間(如4個小時)；隨后，通過控制繼電器關(guān)掉空氣壓縮泵12。至此，完成左側(cè)除濕套管9的再生過程。
[0018]待右側(cè)除濕套管10除濕能力基本消耗，除濕后管路樣品氣體相對濕度達到或超過控制閾值時，左側(cè)除濕套管9可再次切換進入除濕過程使用，右側(cè)除濕套管10則進入再生階段。如此往復(fù)交替，即可實現(xiàn)氣溶膠樣品氣體連續(xù)在線除濕。根據(jù)氣溶膠樣品流量大小差異，可以合理設(shè)計除濕套管的長度、截面直徑和加熱桿的數(shù)量，設(shè)定不同加熱溫度和加熱時長，以滿足連續(xù)高效除濕要求。
[0019]本發(fā)明中所述除濕裝置采用了兩套除濕套管，亦可根據(jù)需要增加除濕套管的數(shù)量(如三套、四套，甚至更多)，通過設(shè)置多套控制器控制電動閥的開啟或關(guān)閉，使多套除濕套管交替工作。其工作原理與上述除濕過程與再生過程交替工作原理相同，在此不再贅述。
[0020]為了通過實驗驗證本發(fā)明的技術(shù)效果，在某監(jiān)測站配置了測量3nm_l μ m顆粒物數(shù)濃度粒徑譜分布的在線監(jiān)測設(shè)備，采用此氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置，其實施示意圖如圖3所示。在該示例中，樣氣輸入管I通過樣氣輸送管14與進樣裝置13連接。樣氣輸出管2在濕度傳感器11之后的管路通過另一 Y形管15分成兩個通道，分別將除濕后的樣品氣體輸送至兩臺不同粒徑范圍的顆粒物監(jiān)測設(shè)備16、17，其中顆粒物監(jiān)測設(shè)備16的監(jiān)測粒徑為3-100nm，顆粒物監(jiān)測設(shè)備17的監(jiān)測粒徑為100-1000nm。系統(tǒng)氣溶膠樣品氣體工作流量為
1.8L/min，濕度控制要求為閾值RH = 40% ;除濕套管截面直徑為15cm，長度為50cm，每個套管環(huán)形等距配置加熱桿六根，加熱溫度設(shè)定為70-100°C，加熱時間為20小時，加熱停止后繼續(xù)反吹4小時。在較干燥的情況下，兩根除濕套管的切換運轉(zhuǎn)頻率為4天左右；在濕度較高的季節(jié)，切換頻率為2天左右，運行狀況穩(wěn)定。本發(fā)明專利與傳統(tǒng)硅膠除濕管的性能比較，具有以下優(yōu)點:
[0021](I)傳統(tǒng)硅膠除濕管在不滿足除濕效率時，需要人工更換硅膠或者硅膠管，會中斷儀器的正常運行，導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失。而采用本發(fā)明可以實現(xiàn)兩根硅膠管的自動即時切換，在保證除濕效率的同時，最大程度減少因為儀器狀態(tài)改變導(dǎo)致的數(shù)據(jù)缺失。
[0022](2)傳統(tǒng)硅膠管系統(tǒng)一般未配置濕度監(jiān)控裝置，主要依靠人眼根據(jù)硅膠的顏色變化來判斷其除濕效果，一方面，肉眼判斷主觀性較強，容易存在偏差；另一方面，夜間相對濕度較高，硅膠管除濕效率下降至不能滿足除濕效果要求時，難以及時發(fā)現(xiàn)，即可能會有所滯后。而本發(fā)明安裝了濕度傳感器及其反饋控制系統(tǒng)，可以根據(jù)設(shè)定的閾值，即時、快速、準(zhǔn)確地完成硅膠除濕管替換，并自動進行低效能硅膠管的再生。
【權(quán)利要求】
1.一種氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置，包括樣氣輸入管、樣氣輸出管，以及與樣氣輸出管連接的濕度傳感器，其特征在于，所述樣氣輸入管與樣氣輸出管之間連接有除濕裝置，所述除濕裝置包括至少兩套內(nèi)置填充介質(zhì)和加熱裝置的除濕套管，采樣氣體通過內(nèi)置導(dǎo)管進入除濕套管；所述除濕套管的兩端設(shè)置有樣氣進氣管、樣氣出氣管、反吹氣進氣管和反吹氣出氣管，樣氣進氣管通過第一電動閥與樣氣輸入管連接，樣氣出氣管通過第二電動閥與樣氣輸出管連接，反吹氣進氣管外接空氣壓縮泵，用于向除濕套管吹入氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置，其特征在于，所述除濕套管內(nèi)的填充介質(zhì)為硅膠顆粒，所述加熱裝置為均勻布置的加熱桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置，其特征在于，所述除濕套管的內(nèi)置導(dǎo)管為網(wǎng)狀導(dǎo)管，導(dǎo)管的兩端分別與樣氣進氣管、樣氣出氣管連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置，其特征在于，所述樣氣輸入管和樣氣輸出管為Y形管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置，其特征在于，所述樣氣輸入管通過樣氣輸送管與進樣裝置連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置，其特征在于，所述樣氣輸出管在濕度傳感器之后的管路通過另一 Y形管分成兩個通道，分別將除濕后的樣品氣體輸送至兩臺不同粒徑范圍的顆粒物監(jiān)測設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置，其特征在于，所述除濕套管的兩端設(shè)有固定套。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置，其特征在于，所述除濕套管為一定長度和直徑的圓柱形套管，每個除濕套管中環(huán)形等距離配置若干根加熱桿。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述氣溶膠連續(xù)在線除濕裝置，其特征在于，所述除濕套管為長度50cm，截面直徑15cm的圓柱形套管，每個除濕套管中環(huán)形等距離配置六根加熱桿，加熱溫度為 70-100°C。
【文檔編號】B01D53/26GK104258693SQ201410489558
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】岳玎利, 周炎, 師建中, 張濤 申請人:廣東省環(huán)境監(jiān)測中心