一种电迁移率分级器的气溶胶布气装置

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，尤其涉及一种电迁移率分级器的气溶胶布气装置。

背景技术

对于环境中的颗粒物浓度的表征，常使用的是颗粒物质量浓度，如PM

电迁移率分级器最常用的结构为圆柱同轴型结构，包含内外两个电极，内电极施加高压，外电极接地，两电极之间形成径向电场；流场上，电迁移率分级器正常工作需要鞘气和气溶胶两股气流，鞘气为洁净干燥的气流，靠近内电极，为层流分布；气溶胶气流靠近外电极，位于鞘气气流和外电极之间，通常情况下，鞘气流量大于气溶胶流量，两者流量比越大，电迁移率分级器筛分的颗粒物单分散性越好。当固定内电极的高压时，具备某一特定电迁移率的颗粒物可以从外围气溶胶气流中穿过内层的鞘气气流达到气溶胶出口，进而被下游检测器进行测量。电迁移率分级器的特性可以用传输方程来表征，在不考虑扩散损失、气溶胶入口和出口流量相等的条件下，传输方程的半宽度表示电迁移率分级器筛分粒径的分辨率，当鞘气和气溶胶流量比为10:1时，分辨率为0.1；传输方程的高度为1.0。

电迁移率分级器的核心关键点之一是气溶胶是否可以很好的均匀布气于鞘气气流和外电极之间，气溶胶的布气不均匀可直接导致电迁移率分级器传输方程的不对称性，或影响传输方程的高度和半宽度。常规的气溶胶布气方式有如下几种：一是增大气溶胶缓冲区间，如美国TSI公司生产的3081型电迁移率分级器，气溶胶入口区域设置较大的缓冲区，同时增长狭缝区域以达到均匀布气的目的；二是通过增加布气孔的方式，如GRIMM公司生产的电迁移率分级器，在气溶胶入口区域圆周布设小孔的方式进行布气；三是通过多个气溶胶进气口的方式，该方式在电迁移率分级器外部将一路气溶胶分隔为多路，这会造成系统的复杂度大大提升；四是通过切向气流进入，使得气溶胶在电迁移率分级器内转动，该方法使得气流具有较大的切向速度，同时容易造成气溶胶布气的不均匀。

综上所述，如何实现布气装置在减少气溶胶入口缓冲体积的同时，降低颗粒物在入口处的损失，提升电迁移率分级器的筛分和传输效率，已经成为亟需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种电迁移率分级器的气溶胶布气装置，适用于圆柱同轴型气溶胶电迁移率分级器，包括气溶胶入口件1，三角形分流器2，以及鞘气与气溶胶间隔环3，其特征在于，

所述气溶胶入口件1为气溶胶布气装置的外围腔体；

所述三角形分流器2为气溶胶的气流导引模块，实现对气流的环形引导；

所述鞘气与气溶胶间隔环3用于将气溶胶气流转变为圆周均匀分布的层流。

优选的，所述三角形分流器2为一体加工的左右对称结构，包括分流器圆环2-1、三角分流单元2-2和湍涡抑制单元2-3，其中，

所述三角分流单元2-2和所述湍涡抑制单元2-3位于所述分流器圆环2-1上面并沿着气溶胶入口中心线左右对称分布；

所述三角形分流器2通过所述分流器圆环2-1的定位销与气溶胶入口件1进行定位放置，所述鞘气与气溶胶间隔环3和所述气溶胶入口件1之间通过侧边密封圈进行密封连接，在压紧所述鞘气与气溶胶间隔环3的同时，所述鞘气与气溶胶间隔环3和所述三角形分流器2进行挤压实现了所述三角形分流器2的固定，固定后所述气溶胶入口件1与所述鞘气与气溶胶间隔环3中间形成了两部分区域，在分流器圆环2-1上方为气溶胶缓冲区5，在分流器圆环2-1下方为气溶胶环形通道6。

优选的，所述气溶胶布气装置的内部为圆形中空结构，侧边有一个1/4英寸外径的直管作为所述气溶胶入口件1的连接端，气溶胶由此端口进入电迁移率分级器，气溶胶进入气溶胶入口件1的内部结构后，首先经过三角形分流器2，将一路气流分为三路气流实现气溶胶的快速布气，其中两路为沿所述三角分流单元2-2和所述湍涡抑制单元2-3之间的通道，以保证气流快速在所述气溶胶缓冲区5快速的引导分布；中间一路为沿中心线方向，位于两个三角分流单元2-2的中间，保证正对气溶胶入口区域有一定的气溶胶分布。

优选的，所述鞘气与气溶胶间隔环3与所述气溶胶入口件1形成环形通道，给气溶胶气流增加一部分阻力，使得气溶胶在经过气溶胶缓冲区5后，在气溶胶环形通道6的狭缝区域使得气流分布更加均匀。

优选的，所述湍涡抑制单元2-3外壁紧靠所述气溶胶入口件1的内部圆形内壁，避免气溶胶经过所述三角形分流器2时的速度切变形成湍涡，造成颗粒物损失。

优选的，所述鞘气与气溶胶间隔环3和所述气溶胶入口件1同轴设置，所述三角形分流器2和所述气溶胶入口件1同轴设置。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

本发明公开了一种电迁移率分级器的气溶胶布气装置，在减少气溶胶入口缓冲体积的同时，可抑制速度切变产生湍涡的可能；且可降低颗粒物在入口处的损失，提升电迁移率分级器的筛分和传输效率。

附图说明

图1为本发明的一种电迁移率分级器的气溶胶布气装置的结构示意图；

图2为本发明的一种电迁移率分级器的气溶胶布气装置中三角形分流器的结构示意图；

图3为本发明的优选实施例的结构示意图；

图4为本发明的优选实施例的实施结果。

图中附图标记为：

1：气溶胶入口件；2：三角形分流器；3：鞘气与气溶胶间隔环；4：内电极；5：气溶胶缓冲区；6：气溶胶环形通道；7：层流鞘气区；8：鞘气与气溶胶汇合区；9：外电极；10：颗粒物筛分区；

2-1：分流器圆环；2-2：三角分流单元；2-3：湍涡抑制单元。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一个宽泛实施例中，一种电迁移率分级器的气溶胶布气装置，适用于圆柱同轴型气溶胶电迁移率分级器，包括气溶胶入口件1，三角形分流器2，以及鞘气与气溶胶间隔环3，其特征在于，

所述气溶胶入口件1为气溶胶布气装置的外围腔体；

所述三角形分流器2为气溶胶的气流导引模块，实现对气流的环形引导；

所述鞘气与气溶胶间隔环3用于将气溶胶气流转变为圆周均匀分布的层流。

优选的，所述三角形分流器2为一体加工的左右对称结构，包括分流器圆环2-1、三角分流单元2-2和湍涡抑制单元2-3，其中，

所述三角分流单元2-2和所述湍涡抑制单元2-3位于所述分流器圆环2-1上面并沿着气溶胶入口中心线左右对称分布；

所述三角形分流器2通过所述分流器圆环2-1的定位销与气溶胶入口件1进行定位放置，所述鞘气与气溶胶间隔环3和所述气溶胶入口件1之间通过侧边密封圈进行密封连接，在压紧所述鞘气与气溶胶间隔环3的同时，所述鞘气与气溶胶间隔环3和所述三角形分流器2进行挤压实现了所述三角形分流器2的固定，固定后所述气溶胶入口件1与所述鞘气与气溶胶间隔环3中间形成了两部分区域，在分流器圆环2-1上方为气溶胶缓冲区5，在分流器圆环2-1下方为气溶胶环形通道6。

优选的，所述气溶胶布气装置的内部为圆形中空结构，留有一个1/4英寸外径的直管作为所述气溶胶入口件1的连接端，气溶胶由此端口进入电迁移率分级器，气溶胶进入气溶胶入口件1的内部结构后，首先经过三角形分流器2，将一路气流分为三路气流实现气溶胶的快速布气，其中两路为沿所述三角分流单元2-2和所述湍涡抑制单元2-3之间的通道，以保证气流快速在所述气溶胶缓冲区5快速的引导分布；中间一路为沿中心线方向，位于两个三角分流单元2-2的中间，保证正对气溶胶入口区域有一定的气溶胶分布。

优选的，所述鞘气与气溶胶间隔环3与所述气溶胶入口件1形成环形通道，给气溶胶气流增加一部分阻力，使得气溶胶在经过气溶胶缓冲区5后，在气溶胶环形通道6的狭缝区域使得气流分布更加均匀。

优选的，所述湍涡抑制单元2-3外壁紧靠所述气溶胶入口件1的内部圆形内壁，避免气溶胶经过所述三角形分流器2时的速度切变形成湍涡，造成颗粒物损失。

优选的，所述鞘气与气溶胶间隔环3和所述气溶胶入口件1同轴设置，所述三角形分流器2和所述气溶胶入口件1同轴设置。

基于该气溶胶布气装置构建的气溶胶电迁移率分级器，还包括内电极4，层流鞘气区7，鞘气与气溶胶汇合区8，外电极9及颗粒物筛分区10。

所述内电极4和所述鞘气与气溶胶间隔环3同轴放置，顶部和底部通过特氟龙进行固定，所述内电极4与所述鞘气与气溶胶间隔环3形成的区域为层流鞘气区7，所述鞘气与气溶胶间隔环3的外侧区域为气溶胶环形通道6，内侧区域为层流鞘气区7；

鞘气气流经过高效过滤器去除所有颗粒物后，经过双层尼龙膜变为层流后进入该区域从上往下流动，在所述鞘气与气溶胶间隔环3的末端有一定的倒角，使得气溶胶和鞘气可以平稳的汇合，该区域为鞘气与气溶胶汇合区8并进入颗粒物筛分区10。

优选的，所述颗粒物筛分区10的内外部分别为内电极4和外电极9，内电极4和外电极9均进行抛光处理；同时在内电极4施加正高压或负高压，外电极9接地，在内部形成均匀电场，在电场和流场的共同作用下，通过固定筛分电压达到筛分某一特定电迁移率粒径颗粒物的目的，通过改变电压施加的方式，实现不同粒径颗粒物的筛分，下游对颗粒物的数量浓度进行检测，进而实现颗粒物粒径谱测量的目的。

下面结合附图，列举本发明的优选实施例，对本发明作进一步的详细说明。

图3所示，为一种基于该气溶胶布气装置的电迁移率分级器，包括气溶胶入口件1、三角形分流器2、鞘气与气溶胶间隔环3、内电极4、气溶胶缓冲区5、气溶胶环形通道6、层流鞘气区7、鞘气与气溶胶汇合区8、外电极9、颗粒物筛分区10。

三角形分流器2通过分流器圆环2-1的定位销与气溶胶入口件1进行定位放置，鞘气与气溶胶间隔环3与气溶胶入口件1之间通过侧边密封圈进行密封连接，同时在压紧鞘气与气溶胶间隔环3的同时，鞘气与气溶胶间隔环3与三角形分流器2进行挤压实现了三角形分流器2的固定。固定后所述气溶胶入口件1与所述鞘气与气溶胶间隔环3中间形成了两部分区域，在分流器圆环2-1上方为气溶胶缓冲区5，在分流器圆环2-1下方为气溶胶环形通道6。其中，鞘气与气溶胶间隔环3和气溶胶入口件1同轴，三角形分流器2与气溶胶入口件1同轴。

内电极4与鞘气与气溶胶间隔环3同轴放置，通过顶部和底部特氟龙进行固定，内电极4与鞘气与气溶胶间隔环3形成的区域为层流鞘气区7，鞘气气流经过高效过滤器去除所有颗粒物后，经过双层尼龙膜变为层流后进入该区域从上往下流动，在鞘气与气溶胶间隔环3的末端有一定的倒角，使得气溶胶和鞘气可以平稳的汇合，该区域为鞘气与气溶胶汇合区8。汇合后，进入颗粒物筛分区10。

颗粒物筛分区10外部为外电极9，内部为内电极4，两者均进行抛光处理；同时在内电极4施加正高压或负高压，外电极9接地，在内部形成均匀电场，在电场和流场的共同作用下，可通过固定筛分电压达到筛分某一特定电迁移率粒径颗粒物的目的，通过改变电压施加的方式，如指数扫描电压或阶跃改变电压的方式，实现不同粒径颗粒物的筛分，下游可对颗粒物的数量浓度进行检测，进而实现颗粒物粒径谱测量的目的。

基于该气溶胶布气装置制作的差分电迁移率分级器，采用串联差分电迁移率分级器的方式对传输方程进行测量，保持最上游发生的多分散颗粒物数浓度处于稳定状态，其中，两级差分电迁移率分级器采用的鞘气流量均为10L/min，气溶胶流量均为1.0L/min，第一个差分电迁移率分级器固定筛分某一粒径的颗粒物(本实例中筛分粒径为120nm)，该粒径对应的电迁移率为

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。