一种气溶胶连续在线除湿装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种气溶胶连续在线除湿装置，包括样气输入管、样气输出管，以及与样气输出管连接的湿度传感器，所述样气输入管与样气输出管之间连接有除湿装置，所述除湿装置包括至少两套内置填充介质和加热装置的除湿套管，采样气体通过内置导管进入除湿套管；所述除湿套管的两端设置有样气进气管、样气出气管、反吹气进气管和反吹气出气管，样气进气管通过第一电动阀与样气输入管连接，样气出气管通过第二电动阀与样气输出管连接，反吹气进气管外接空气压缩泵，用于向除湿套管吹入气体。本发明的显著特点在于能够在对颗粒物状态影响较小，尤其对纳米级颗粒物影响较小的情况下，实现样品气体连续在线除湿，特别适用于潮热天气等湿度较大的环境。
【专利说明】一种气溶胶连续在线除湿装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气溶胶连续在线除湿装置，特别是适用于关注纳米级颗粒物在线监测仪器的气溶胶除湿装置。
【背景技术】
[0002]大气气溶胶一直是大气环境研究的一个热点，研究表明:气溶胶是导致能见度退化、引起区域灰霾现象的主要原因，还会影响人体健康和地面太阳辐射。但是不同大小的颗粒物的消光属性、辐射强迫能力与环境健康风险存在显著差异，因此，对大气气溶胶数浓度粒径谱分布的监测研究与污染控制显得非常重要。
[0003]由于颗粒物具有吸湿性，颗粒物的物化性质会随着环境的湿度变化而发生一定程度的变化，从而给在线仪器的测量带来误差。例如，颗粒物，特别是当颗粒物中吸湿组分比较多的时候在湿度较大的情况下会吸湿长大，颗粒物的动力学特征会发生改变，会将原本属于较小粒径范围的粒子测量成较大粒径范围，产生误差。另一方面，在高温高湿的环境中，气溶胶样品进入监测设备室内输送管路时(实验室内温度通常控制在25°C以下)，可能由于温度骤降而导致样品气体中的水分冷凝至管壁，甚至到达监测仪器检测模块，引起测量误差甚至仪器故障。因此，在关注纳米级颗粒物理化特性测量的过程中，湿度的控制显得尤为重要。
[0004]现有的湿度控制装置从原理上可以分为加热除湿、分压差除湿、冷凝除湿和硅胶干燥管除湿等装置。由于加热的方法所设置的温度均高于环境温度，将造成半挥发性的颗粒物损失，从而带来损耗误差。Naf1n膜干燥装置，利用膜两侧的水的分压不同会产生压力差，使膜内测湿度较高的气体中的水汽透过膜，达到除湿的效果；这种方法虽然不需要加热，但除湿效果易受到外界温度等因素的影响，控制不稳定，成本也较高，且具有强酸性，会导致碱性颗粒物的损失。冷凝除湿利用冷却降温，使水汽在露点温度时凝结在壁上后抽出，再对气路进行加热至环境温度，相对湿度显著下降；这种方法对气溶胶质量浓度监测的适用性较强，但较小的纳米级颗粒物由于扩散性较强，容易撞击到挂有冷凝水膜的管壁而损失，因此，不适合用于关注纳米级颗粒物理化特性的在线监测设备除湿。硅胶干燥管也是应用比较广泛的颗粒物除湿装置，利用硅胶的吸水性，带有颗粒物的气流流经干燥管时，水汽向四周扩散被硅胶吸收，而颗粒物仍随气流进入仪器，以达到除湿的效果；目前商业化的硅胶干燥管需要定期更换硅胶，不足以满足连续在线监测研究的需求。
【发明内容】
[0005]针对以上问题，本发明的目的是提出一种利用能够连续在线去除气溶胶湿度，且对气溶胶特别是纳米级颗粒物影响较小的除湿装置。
[0006]本发明所采用的技术方案:一种气溶胶连续在线除湿装置，包括样气输入管、样气输出管，以及与样气输出管连接的湿度传感器，所述样气输入管与样气输出管之间连接有除湿装置，所述除湿装置包括至少两套内置填充介质和加热装置的除湿套管，采样气体通过内置导管进入除湿套管；所述除湿套管的两端设置有样气进气管、样气出气管、反吹气进气管和反吹气出气管，样气进气管通过第一电动阀与样气输入管连接，样气出气管通过第二电动阀与样气输出管连接，反吹气进气管外接空气压缩泵，用于向除湿套管吹入气体。
[0007]上述除湿套管内的填充介质为硅胶颗粒，所述加热装置为均匀布置的加热杆。所述除湿套管的内置导管为网状导管，导管的两端分别与样气进气管、样气出气管连通。
[0008]上述样气输入管和样气输出管为Y形管。其中，所述样气输入管通过样气输送管与进样装置连接；所述样气输出管在湿度传感器之后的管路通过另一 Y形管分成两个通道，分别将除湿后的样品气体输送至两台不同粒径范围的颗粒物监测设备。
[0009]上述除湿套管的两端设有固定套。所述除湿套管为一定长度和直径的圆柱形套管，每个除湿套管中环形等距离配置若干根加热杆。具体地，所述除湿套管为长度50cm，截面直径15cm的圆柱形套管，每个除湿套管中环形等距离配置六根加热杆，加热温度为70-100。。。
[0010]本发明的显著特点在于:所述气溶胶连续在线除湿装置能够在对颗粒物状态影响较小，尤其对纳米级颗粒物影响较小的情况下，实现样品气体连续在线除湿。有效解决了关注纳米级颗粒物理化特性在线监测的连续除湿问题，特别是在潮热天气等相对湿度较大的情况下具有明显优势。本装置所用的器材、器件，易于加工、安装；运行测控与数据获取流程简单，便于设计相应的计算机控制程序。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明所述气溶胶连续在线除湿装置的结构示意图；
[0012]图2是本发明所述除湿套管的结构示意图；
[0013]图3是本发明的实施例示意图。
【具体实施方式】
[0014]为实现上述目标，本发明采取以下技术方案:
[0015]参照图1所示，所述气溶胶连续在线除湿装置的基本工作方式为两根除湿套管交替使用，分为除湿与再生两个过程交替进行。以下以左侧除湿套管9为例进行说明，右侧除湿套管10的结构和工作流程与之完全相同。如图2所示，除湿套管9由绝缘隔热材料制成外管95和两端的固定套99构成，其样气进气管91与第一电动阀3连接，样气出气管96与第二电动阀4连接。
[0016]在除湿过程中:利用左侧除湿套管9除湿时，左侧的两个电动阀3、4打开，右侧电动阀5、6关闭，电动三通阀7、8关闭左侧通道，打开右侧通道；样品气体经样气输入管(Y形管，使样气在流通管路中避免直角和锐角管路，减少颗粒物尤其是惯性较大的颗粒物损失)1、第一电动阀3、除湿套管9、第二电动阀4、样气输出管(Y形管)2、湿度传感器11至监测仪器。此过程中，样品气体匀速在除湿套管的内管92(该内置导管设计为网状不锈钢柱状管路，一方面可以保持样品气体层流状态，减少颗粒物损失，另一方面利于水分扩散)中流动，除湿套管9中的填充介质一娃胶颗粒94对样气中的水分进行吸收，湿度传感器11监测样品气体中的相对湿度。当湿度传感器11监测的相对湿度达到设定的控制湿度阈值时(如RH = 40%)，控制器将控制电动三通阀7、8关闭右侧通道，打开左侧通道；并使右侧电动阀5、6打开，左侧电动阀3、4关闭，将除湿功能切换至右侧除湿套管10。
[0017]在再生过程中:当除湿功能切换至右侧除湿套管10后，控制器将控制左侧除湿套管9启动再生过程(电动阀3、4关闭状态，电动三通阀7、8为左侧通路状态)。加热装置开启，利用加热杆93对填充介质一娃胶颗粒94进行加热除湿。同时，空气压缩泵12开启，将较干燥的反吹气体经反吹气进气管97输送至左侧除湿套管9，经套管主体从反吹气出气管98排出，并带走从硅胶颗粒中挥发出来的水分(反吹气进气管与出气管如图2中心对称配置，有利于让反吹气体最大程度在除湿套管主体中流通)。加热温度与加热时间可根据需要进行设置，保持加热状态较长一段时间(如20小时)。加热结束后，继续保持气体反吹状态一段时间(如4个小时)；随后，通过控制继电器关掉空气压缩泵12。至此，完成左侧除湿套管9的再生过程。
[0018]待右侧除湿套管10除湿能力基本消耗，除湿后管路样品气体相对湿度达到或超过控制阈值时，左侧除湿套管9可再次切换进入除湿过程使用，右侧除湿套管10则进入再生阶段。如此往复交替，即可实现气溶胶样品气体连续在线除湿。根据气溶胶样品流量大小差异，可以合理设计除湿套管的长度、截面直径和加热杆的数量，设定不同加热温度和加热时长，以满足连续高效除湿要求。
[0019]本发明中所述除湿装置采用了两套除湿套管，亦可根据需要增加除湿套管的数量(如三套、四套，甚至更多)，通过设置多套控制器控制电动阀的开启或关闭，使多套除湿套管交替工作。其工作原理与上述除湿过程与再生过程交替工作原理相同，在此不再赘述。
[0020]为了通过实验验证本发明的技术效果，在某监测站配置了测量3nm_l μ m颗粒物数浓度粒径谱分布的在线监测设备，采用此气溶胶连续在线除湿装置，其实施示意图如图3所示。在该示例中，样气输入管I通过样气输送管14与进样装置13连接。样气输出管2在湿度传感器11之后的管路通过另一 Y形管15分成两个通道，分别将除湿后的样品气体输送至两台不同粒径范围的颗粒物监测设备16、17，其中颗粒物监测设备16的监测粒径为3-100nm，颗粒物监测设备17的监测粒径为100-1000nm。系统气溶胶样品气体工作流量为
1.8L/min，湿度控制要求为阈值RH = 40% ;除湿套管截面直径为15cm，长度为50cm，每个套管环形等距配置加热杆六根，加热温度设定为70-100°C，加热时间为20小时，加热停止后继续反吹4小时。在较干燥的情况下，两根除湿套管的切换运转频率为4天左右；在湿度较高的季节，切换频率为2天左右，运行状况稳定。本发明专利与传统硅胶除湿管的性能比较，具有以下优点:
[0021](I)传统硅胶除湿管在不满足除湿效率时，需要人工更换硅胶或者硅胶管，会中断仪器的正常运行，导致数据缺失。而采用本发明可以实现两根硅胶管的自动即时切换，在保证除湿效率的同时，最大程度减少因为仪器状态改变导致的数据缺失。
[0022](2)传统硅胶管系统一般未配置湿度监控装置，主要依靠人眼根据硅胶的颜色变化来判断其除湿效果，一方面，肉眼判断主观性较强，容易存在偏差；另一方面，夜间相对湿度较高，硅胶管除湿效率下降至不能满足除湿效果要求时，难以及时发现，即可能会有所滞后。而本发明安装了湿度传感器及其反馈控制系统，可以根据设定的阈值，即时、快速、准确地完成硅胶除湿管替换，并自动进行低效能硅胶管的再生。
【权利要求】
1.一种气溶胶连续在线除湿装置，包括样气输入管、样气输出管，以及与样气输出管连接的湿度传感器，其特征在于，所述样气输入管与样气输出管之间连接有除湿装置，所述除湿装置包括至少两套内置填充介质和加热装置的除湿套管，采样气体通过内置导管进入除湿套管；所述除湿套管的两端设置有样气进气管、样气出气管、反吹气进气管和反吹气出气管，样气进气管通过第一电动阀与样气输入管连接，样气出气管通过第二电动阀与样气输出管连接，反吹气进气管外接空气压缩泵，用于向除湿套管吹入气体。
2.根据权利要求1所述气溶胶连续在线除湿装置，其特征在于，所述除湿套管内的填充介质为硅胶颗粒，所述加热装置为均匀布置的加热杆。
3.根据权利要求1或2所述气溶胶连续在线除湿装置，其特征在于，所述除湿套管的内置导管为网状导管，导管的两端分别与样气进气管、样气出气管连通。
4.根据权利要求1所述气溶胶连续在线除湿装置，其特征在于，所述样气输入管和样气输出管为Y形管。
5.根据权利要求4所述气溶胶连续在线除湿装置，其特征在于，所述样气输入管通过样气输送管与进样装置连接。
6.根据权利要求4所述气溶胶连续在线除湿装置，其特征在于，所述样气输出管在湿度传感器之后的管路通过另一 Y形管分成两个通道，分别将除湿后的样品气体输送至两台不同粒径范围的颗粒物监测设备。
7.根据权利要求1所述气溶胶连续在线除湿装置，其特征在于，所述除湿套管的两端设有固定套。
8.根据权利要求7所述气溶胶连续在线除湿装置，其特征在于，所述除湿套管为一定长度和直径的圆柱形套管，每个除湿套管中环形等距离配置若干根加热杆。
9.根据权利要求8所述气溶胶连续在线除湿装置，其特征在于，所述除湿套管为长度50cm，截面直径15cm的圆柱形套管，每个除湿套管中环形等距离配置六根加热杆，加热温度为 70-100°C。
【文档编号】B01D53/26GK104258693SQ201410489558
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】岳玎利, 周炎, 师建中, 张涛 申请人:广东省环境监测中心