專利名稱：一種大流量大氣pm2.5采樣切割器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及環(huán)境大氣采集與監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種大流量大氣PM2. 5采樣切割器。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染已成為全世界普遍關(guān)注的重大問題，特別是隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市中的大氣污染更加嚴(yán)重，而大氣環(huán)境對人們的生活及健康有著至關(guān)重要的影響，因此對于大氣環(huán)境中的顆粒物的監(jiān)控也尤為重要。一段時期以來，PMlO可吸入顆粒物一直是大氣環(huán)境的監(jiān)測的重點(diǎn)，而PM2. 5細(xì)顆粒物主要被采集用于科學(xué)研究，因此目前常規(guī)使用的細(xì)顆粒物采樣器都是小流量的。但是隨著科研的深入，人們對細(xì)顆粒物的理化特性有了進(jìn)一步的了解以后，發(fā)現(xiàn)這些空氣動力學(xué)直徑小于2. 5 的顆粒物對人體呼吸系統(tǒng)的影響更大。由于懸浮在空氣中的細(xì)顆粒物往往吸附著一些對人們身體健康產(chǎn)生影響的物質(zhì)如細(xì)菌、病毒、有害化學(xué)物質(zhì)等，而且體積小，自然沉降的速度慢，通過呼吸直接被吸入并沉積于肺泡中的幾率很大。研究表明，根據(jù)對美國東部6個城市長達(dá)8年的研究，這些城市的每日死亡率與空氣中的小于IOiim (PMlO)和小于2.5 iim (PM2. 5)的氣溶膠粒子溶度密切相關(guān)，尤其是與PM2. 5的細(xì)粒子相關(guān)度最高，如PM2. 5粒子的平均溶度在兩天內(nèi)僅僅增加10 u g/m3，就將導(dǎo)致死亡率增加I. 5% ;對于心血管病人和心臟病人，死亡率增加更快，分別為3. 3%和2. 1%。在我國廣州、武漢、蘭州、重慶等城市的細(xì)顆粒物進(jìn)行調(diào)查和監(jiān)測結(jié)果也證實(shí)，對人體健康影響最大的是空氣中細(xì)小顆粒物污染。因此，研發(fā)大流量的細(xì)顆粒物采樣切割器是開展大氣顆粒物監(jiān)測的迫切要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種大流量大氣PM2. 5采樣切割器?？蓪?shí)現(xiàn)對大氣中PM2. 5的大流量的切割采集，流量能達(dá)到1000L/min。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種大流量大氣PM2. 5采樣切割器，所述大流量大氣PM2. 5采樣切割器為圓柱形，直徑為39(T410 mm ;所述大流量大氣PM2. 5采樣切割器包括切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層及濾膜收集層，所述切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層及濾膜收集層依次密封串接；所述沖擊咀層包括沖擊咀和沖擊咀板，所述沖擊咀等距排列并垂直插入所述沖擊咀板形成環(huán)狀圈，所述沖擊咀數(shù)量為If 22個，所述沖擊咀內(nèi)部設(shè)有倒圓錐形通孔，所述通孔頂部內(nèi)徑為8 10 mm，底部內(nèi)徑為5飛mm,高為72 74 mm ;所述沖擊板層設(shè)有沖擊板，所述沖擊板為環(huán)形凹槽，所述凹槽高為58 60 mm,外徑為348 352 mm,內(nèi)徑為218 222 mm ;所述沖擊咀底部與所述沖擊板底部的距離為5 8 mm ;所述濾膜收集層設(shè)有濾膜及用于支撐所述濾膜的濾網(wǎng)。作為上述方案的改進(jìn)，所述切割口蓋層為球面結(jié)構(gòu)。作為上述方案的改進(jìn)，所述濾膜為圓形或方形的石英濾膜，孔徑為0. 9^1. lum。作為上述方案的改進(jìn)，所述濾膜收集層內(nèi)的濾網(wǎng)長度為15(Tl80mm，寬度為80 100mm。作為上述方案的改進(jìn)，所述沖擊咀板上設(shè)有第一環(huán)形凹槽及第二環(huán)形凹槽，所述第一環(huán)形凹槽、第二環(huán)形凹槽及沖擊咀板同軸，所述第一環(huán)形凹槽直徑為298 302 mm,寬為iri6 mm，所述第二環(huán)形凹槽直徑為248 252 mm,寬為18 22 mm ;所述沖擊咀形成的環(huán)狀圈與所述沖擊咀板同軸，直徑為278 283 mm ;距離所述沖擊咀板的中心40 50 mm處設(shè)有三個
用于連接所述切割口蓋層和沖擊板層的連接口，所述連接口成等邊三角形分布，直徑為5 7mm。作為上述方案的改進(jìn)，所述沖擊咀包括連接部件及沖擊部件；所述連接部件為圓柱體，高為11 13 mm，外徑為16 20 mm ;所述沖擊部件的上部為高20 23mm，外徑15 16 mm的 圓柱體，下部呈倒圓錐體，所述圓錐體底部外徑為6 8 mm ;所述連接部件與所述沖擊部件的連接處設(shè)有4 5 mm的倒角。作為上述方案的改進(jìn)，所述沖擊板層還設(shè)有支架，所述支架包括三個位于同一水平高度的卡口及用于支撐所述沖擊板的水平墊板；所述卡口設(shè)于所述沖擊板內(nèi)壁并通過螺母與所述水平墊板固定連接；所述水平墊板為空心圓柱體，外徑為335 345 mm，內(nèi)徑為235 245 mm。作為上述方案的改進(jìn)，所述卡口呈等邊三角形分布。作為上述方案的改進(jìn)，所述切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層及濾膜收集層之間分別通過箱扣密封串接。實(shí)施本實(shí)用新型的有益效果在于突破了以往大氣PM2. 5采樣器均為中小流量的特點(diǎn)，1000L/min的流量設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)可以完全滿足POPs采樣需求。由于切割口蓋層為球面結(jié)構(gòu)，滿足流體動力學(xué)原理，可以使氣體回旋進(jìn)入切割頭，讓采集的氣流更穩(wěn)定、均勻；而沖擊咀層上設(shè)有If 22個沖擊咀，可以使更多的氣體更快的進(jìn)入切割器中。氣體沿所述切口蓋層回旋進(jìn)入所述大氣采樣切割器，并通過所述沖擊咀層的沖擊咀，形成穩(wěn)定均勻的氣流。氣流自所述沖擊咀流出，沖向所述沖擊板層的沖擊板上，由于不同粒徑段的顆粒物質(zhì)量不同，粒徑不同，各種顆粒物的沖擊速度與沖擊距離各異，粒徑小的顆粒物沖擊速度高，而粒徑大的顆粒物沖擊速度低，因此顆粒物撞擊在沖擊板底部時，粒徑小的顆粒物經(jīng)反彈后離開沖擊板，而粒徑大的顆粒物則滯留在沖擊板內(nèi)。此時粒徑小的顆粒物繼續(xù)保持與氣流的流向一致穿過所述沖擊板層。隨后氣流進(jìn)入所述顆粒物收集層，粒徑小的顆粒物會截留在所述濾膜上，實(shí)現(xiàn)細(xì)微顆粒物的采集。

圖I是本實(shí)用新型一種大流量大氣PM2. 5采樣切割器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型一種大流量大氣PM2. 5采樣切割器中沖擊咀層2的俯視圖；圖3是本實(shí)用新型一種大流量大氣PM2. 5采樣切割器中沖擊咀層2的沖擊咀21的結(jié)構(gòu)不意圖；圖4是經(jīng)本實(shí)用新型一種大流量大氣PM2. 5采樣切割器采樣切割后其捕集的平均效率測試數(shù)據(jù)的圖表。
具體實(shí)施方式
[0018]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。如圖I所示，所述大流量大氣PM2. 5采樣切割器為圓柱體，直徑為39(T410 mm ;所述大流量大氣PM2. 5采樣切割器包括切割口蓋層I、沖擊咀層2、沖擊板層3及濾膜收集層4，所述切割口蓋層I、沖擊咀層2、沖擊板層3及濾膜收集層4依次密封串接。氣體沿所述切割口蓋層I進(jìn)入后，依次進(jìn)入所述沖擊咀層2、沖擊板層3及濾膜收集層4 ;由于本實(shí)用新型所設(shè)計的是采集顆粒的界限為PM2. 5，因此，氣流中粒徑大于或等于2. 5 y m的顆粒物會留在沖擊板層3上，粒徑小于2. 5 ii m的顆粒物則被濾膜收集層4收集。如圖2和圖3所示，所述沖擊咀層2包括沖擊咀21及沖擊咀板22，所述沖擊咀21等距排列并垂直插入所述沖擊咀板22形成環(huán)狀圈，所述沖擊咀21數(shù)量為If 22個，所述沖擊咀21內(nèi)部設(shè)有倒圓錐形通孔，所述通孔頂部內(nèi)徑為8 10 mm，底部內(nèi)徑為5飛mm，高為72 74mm。所述沖擊咀21內(nèi)通孔的圓錐形設(shè)計及高度能有限地使氣流加速，保證氣流的沖擊力。優(yōu)選地，所述沖擊咀21數(shù)量為18個,所述通孔高為73 mm。 所述沖擊板層3設(shè)有沖擊板31，所述沖擊板31為環(huán)形凹槽，所述凹槽高58飛0 mm,外徑為348 352 mm,內(nèi)徑為218 222 mm。優(yōu)選地,所述外徑為350 mm，所述內(nèi)徑為220 mm。所述沖擊咀21底部與所述沖擊板31底部的距離為5 8 mm。需要說明的是，本實(shí)用新型采集的顆粒物的界限為PM2. 5，因此，所述沖擊咀21底部與所述沖擊板31底部的距離為51 mm之間時，符合氣體的切割粒徑符合設(shè)計要求。同時，所述沖擊板31高58飛0 mm，外徑為348 352 mm，內(nèi)徑為218 222 mm，這實(shí)現(xiàn)了不同直徑大小顆粒物間的有效分離，防止了反彈帶來的影響。氣流自所述沖擊咀21流出，沖向所述沖擊板31上，由于不同粒徑段的顆粒物質(zhì)量不同，粒徑不同，各種顆粒物的沖擊速度與沖擊距離各異，粒徑小于2. 5 ii m的顆粒物沖擊速度高，而粒徑大于或等于2. 5 ii m的顆粒物沖擊速度低，因此顆粒物撞擊在沖擊板31底部時，粒徑小于2. 5 ii m的顆粒物經(jīng)反彈后離開沖擊板31，而粒徑大于或等于2. 5 m的顆粒物則滯留在沖擊板31內(nèi)。所述濾膜收集層4設(shè)有濾膜41及用于支撐所述濾膜41的濾網(wǎng)42。更佳地，所述切割口蓋層I為球面結(jié)構(gòu)。需要說明的是，所述切割口蓋層I為球面結(jié)構(gòu)，滿足流體動力學(xué)原理，可以使氣體回旋進(jìn)入切割口蓋層1，讓采集的氣流更穩(wěn)定、均勻；另外，所述球面結(jié)構(gòu)能有效阻止雨水及空氣中的樹葉、昆蟲等比較大的漂浮物進(jìn)入切割器。更佳地，所述濾膜41為圓形或方形的石英濾膜，孔徑為0.擴(kuò)1. lum。所述濾膜41能有效收集經(jīng)所述沖擊板31反彈后粒徑小于2. 5 y m的顆粒物，實(shí)現(xiàn)顆粒物的采樣。優(yōu)選地，所述濾膜41的孔徑為lum。更佳地，所述濾膜收集層4內(nèi)的濾網(wǎng)42長度為15(Tl80mm，寬度為8(Tl00mm。所述濾網(wǎng)42能較穩(wěn)定的對所述濾膜41起到支撐作用。更佳地，所述沖擊咀板22上設(shè)有第一環(huán)形凹槽221及第二環(huán)形凹槽222，所述第一環(huán)形凹槽221、第二環(huán)形凹槽222及沖擊咀板22同軸，所述第一環(huán)形凹槽221直徑為298 302 mm,寬為14 16 mm，所述第二環(huán)形凹槽222直徑為248 252 mm,寬為18 22 mm ;所述沖擊咀21形成的環(huán)狀圈與所述沖擊咀板22同軸，直徑為278 283 mm。距離所述沖擊咀板22的中心4(T50 mm處設(shè)有三個用于連接所述切割口蓋層I和沖擊板層3的連接口，所述連接口成等邊三角形分布，直徑為5 7 mm。優(yōu)選地，所述第一環(huán)形凹槽221直徑為300 mm,寬為15 mm,所述第二環(huán)形凹槽222直徑為250 mm,寬為20 mm ;所述沖擊咀21形成的環(huán)狀圈直徑為280 mm。進(jìn)一步，所述連接口可通過螺母連接所述切割口蓋層I、沖擊咀層2及沖擊板層3。需要說明的是，粒徑小于2. 5 y m的顆粒物沿所述沖擊板層3的沖擊板31上反彈出去后，部分顆粒物由于速度高，會反彈至所述沖擊咀層2底部，顆粒物撞擊至所述沖擊咀板22的第一環(huán)形凹槽221及第二環(huán)形凹槽222的底部，再一次被反彈，最終落入所述顆粒物收集層4。因此所述第一環(huán)形凹槽221及第二環(huán)形凹槽222能有效防止所述顆粒物粘附在所述沖擊咀板22底部，從而更好地采集顆粒物。如圖3所示，所述沖擊咀21包括連接部件211及沖擊部件212。所述連接部件211為圓柱體，高為11 13 mm，外徑為16 20 mm。所述沖擊部件212的上部為高20 23 mm，外徑15^16 mm的圓柱體，下部呈倒圓錐體，所述圓錐形底部外徑為6 8 mm ;所述連接部件與所述沖擊部件的連接處設(shè)有4飛mm的倒角。優(yōu)選地，所述沖擊部件212的外徑為16 mm?！ば枰f明的是，所述連接部件211用于垂直插入所述沖擊咀板22，使所述沖擊咀21與所述沖擊咀板22固定連接。所述沖擊部件212外徑逐漸減小，方便所述沖擊咀21插入所沖擊咀板22上的預(yù)留孔。更佳地，所述沖擊板層3還設(shè)有支架，所述支架包括三個位于同一水平高度的卡口及用于支撐所述沖擊板3的水平墊板；所述卡口設(shè)于所述沖擊板31內(nèi)壁并通過螺母與所述水平墊板固定連接；所述水平墊板為空心圓柱體，外徑為335 345 mm，內(nèi)徑為235 245 mm。所述水平墊板的外徑小于所述沖擊板31的外徑且所述水平墊板的內(nèi)徑大于所述沖擊板31的內(nèi)徑，這有效地保障所述沖擊板31能在水平墊板的支撐下保持水平，同時不影響顆粒物的分離效果。優(yōu)選地，所述水平墊板外徑為340 mm,內(nèi)徑為240 mm。更佳地，所述卡口呈等邊三角形分布。所述卡口呈等邊三角形分布，可以使支架上各卡口位受力比較均勻，保障支架的穩(wěn)定性。更佳地，所述切割口蓋層I、沖擊咀層2、沖擊板層3及濾膜收集層4之間分別通過箱扣密封串接。用戶拆裝時直接打開或扣上箱扣即可，不需要使用任何輔助工具，方便快捷。下面通過實(shí)施例來更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型。實(shí)施例I本實(shí)施例選取通過單分散氣溶膠發(fā)生器發(fā)生特定粒徑粒子單分散氣溶膠作為樣品，采樣流量為1000L/min，經(jīng)本實(shí)用新型采樣切割后其捕集的平均效率測試數(shù)據(jù)如表I所
/Jn o表I
粒徑(tim) Il. 7 |2. I |2. 3 |2. 5 |2. 7 |3. 0 效率 n (%) |l5. 5 |23. 7\A2. 6 |53. I 卜9. 5 |94. 2由表I的測試數(shù)據(jù)，可得到如圖4所示的圖表。參照國家環(huán)保總局PMlO采樣技術(shù)要求及檢測方法，采樣器的粒子捕集性能有多項式回歸方程式表示為n=A+Bdp+Cdp2+Ddp3，由表I的數(shù)據(jù)可求得其捕集效率線性回歸方程為n=912. 98-1231dp+536. 8dp2-72. 457dp3。由該回歸方程可求出n為50時，d5(l = 2. 42 um，與本實(shí)用新型實(shí)際要求的2. 5 um絕對誤差為0.08 um，滿足誤差在±0.2 um之內(nèi)。由上可知，實(shí)施本實(shí)用新型，突破了以往空氣采樣器均為中小流量的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了切割粒徑更加精確，采集流量更大。以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.ー種大流量大氣PM2. 5米樣切割器,其特征在于,所述大流量大氣PM2. 5米樣切割器為圓柱形，直徑為390 410 mm ； 所述大流量大氣PM2. 5采樣切割器包括切割ロ蓋層、沖擊咀層、沖擊板層及濾膜收集層，所述切割ロ蓋層、沖擊咀層、沖擊板層及濾膜收集層依次密封串接； 所述沖擊咀層包括沖擊咀和沖擊咀板，所述沖擊咀等距排列并垂直插入所述沖擊阻板形成環(huán)狀圈，所述沖擊咀數(shù)量為If 22個，所述沖擊咀內(nèi)部設(shè)有倒圓錐形通孔，所述通孔頂部內(nèi)徑為8 10 mm，底部內(nèi)徑為5 6 mm，高為72 74 mm ； 所述沖擊板層設(shè)有沖擊板，所述沖擊板為環(huán)形凹槽，所述凹槽高為58 60 mm,外徑為348 352腿，內(nèi)徑為218 222腿； 所述沖擊咀底部與所述沖擊板底部的距離為51 mm ； 所述濾膜收集層設(shè)有濾膜及用于支撐所述濾膜的濾網(wǎng)。
2.如權(quán)利要求I所述的大流量大氣PM2.5采樣切割器，其特征在于，所述切割ロ蓋層為球面結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求I所述的大流量大氣PM2.5采樣切割器，其特征在于，所述濾膜為圓形或方形的石英濾膜，孔徑為0. 9^1. lum。
4.如權(quán)利要求I所述的大流量大氣PM2.5采樣切割器，其特征在于，所述濾膜收集層內(nèi)的濾網(wǎng)長度為15(Tl80mm，寬度為8(Tl00mm。
5.如權(quán)利要求I所述的大流量大氣PM2.5采樣切割器，其特征在于，所述沖擊咀板上設(shè)有第一環(huán)形凹槽及第ニ環(huán)形凹槽，所述第一環(huán)形凹槽、第二環(huán)形凹槽及沖擊咀板同軸，所述第一環(huán)形凹槽直徑為298 302 mm,寬為14 16 mm,所述第二環(huán)形凹槽直徑為248 252 mm,寬為18 22腿； 所述沖擊咀形成的環(huán)狀圈與所述沖擊咀板同軸，直徑為278 283 mm ； 距離所述沖擊咀板的中心4(T50 mm處設(shè)有三個用于連接所述切割ロ蓋層和沖擊板層的連接ロ，所述連接ロ成等邊三角形分布，直徑為5 7 mm。
6.如權(quán)利要求I所述的大流量大氣PM2.5采樣切割器，其特征在于，所述沖擊咀包括連接部件及沖擊部件； 所述連接部件為圓柱體，高為If 13 mm，外徑為16 20 mm ； 所述沖擊部件的上部為高2(T23 mm，外徑15 16 mm的圓柱體，下部呈倒圓錐體，所述圓錐體底部外徑為6 8 mm ； 所述連接部件與所述沖擊部件的連接處設(shè)有4飛mm的倒角。
7.如權(quán)利要求I所述的大流量大氣PM2.5采樣切割器，其特征在于，所述沖擊板層還設(shè)有支架，所述支架包括三個位于同一水平高度的卡ロ及用于支撐所述沖擊板的水平墊板； 所述卡ロ設(shè)于所述沖擊板內(nèi)壁并通過螺母與所述水平墊板固定連接； 所述水平墊板為空心圓柱體,外徑為335 345 mm,內(nèi)徑為235 245 mm。
8.如權(quán)利要求7所述的大流量大氣PM2.5采樣切割器，其特征在于，所述卡ロ呈等邊三角形分布。
9.如權(quán)利要求廣8任ー項所述的大流量大氣PM2.5采樣切割器，其特征在于，所述切割ロ蓋層、沖擊咀層、沖擊板層及濾膜收集層之間分別通過箱扣密封串接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種大流量大氣PM2.5采樣切割器，所述大流量大氣PM2.5采樣切割器為圓柱形；其包括切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層及濾膜收集層，所述切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層及濾膜收集層依次密封串接；所述沖擊咀層包括沖擊咀和沖擊咀板，所述沖擊咀等距排列并垂直插入所述沖擊咀板形成環(huán)狀圈，所述沖擊咀數(shù)量為18~22個，所述沖擊咀內(nèi)部設(shè)有倒圓錐形通孔；所述沖擊板層設(shè)有沖擊板，所述沖擊板為環(huán)形凹槽；所述沖擊咀底部與所述沖擊板底部的距離為5~8㎜；所述濾膜收集層設(shè)有濾膜及用于支撐所述濾膜的濾網(wǎng)。本實(shí)用新型突破了以往大氣PM2.5采樣器均為中小流量的特點(diǎn)，1000L/min的流量設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)可以完全滿足POPs采樣需求，實(shí)現(xiàn)了切割粒徑更加精確。
文檔編號G01N1/22GK202420910SQ20112051354
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者張干, 李軍, 鄒世春 申請人:佛山市環(huán)保技術(shù)與裝備研發(fā)專業(yè)中心