气溶胶浓缩富集系统技术方案

本发明专利技术公开了一种气溶胶浓缩富集系统，包括：冲击切割器，配置成接收气流，并至少部分地去除气流中空气动力学当量直径大于第一预设值的颗粒物；水浴装置，配置成接收来自冲击切割器的气流，以使来自冲击切割器的气流与水浴装置产生的水蒸气混合；至少一个冷冻装置，每个冷冻装置配置成接收来自水浴装置的混合气流，以使混合气流中至少部分颗粒物的空气动力学当量直径增长至大于或等于第二预设值；和至少一个浓缩分离装置，每个浓缩分离装置配置成接收来自一个冷冻装置的气流，并将来自该冷冻装置的气流分流成第一气流和第二气流，且使来自该冷冻装置的气流中空气动力学当量直径增长至大于或等于第二预设值的所有颗粒物的部分或全部位于第一气流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于提高气流中的小颗粒物的浓度
，尤其涉及一种气溶胶浓缩富集系统。
技术介绍
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，工厂和汽车排放的废气越来越多，容易使大气浑浊，视野模糊并导致能见度恶化，从而出现雾霾天气。雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项组成，它们与雾气结合在一起，让天空瞬间变得阴沉灰暗。二氧化硫、氮氧化物为气态污染物，可吸入颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。颗粒物的英文缩写为PM，北京监测的是PM2.5，也就是空气动力学当量直径小于等于2.5微米的污染物颗粒。这种颗粒本身既是一种污染物，又是重金属、多环芳烃等有毒物质的载体，若人体吸收这些颗粒物，将会对人体造成的伤害不得而知，因此研究大气中污染物颗粒的潜在危险势在必行。为了研究污染物颗粒的危害性，通常使动物吸收这些污染物颗粒，观察动物的反映和对动物进行解剖等来了解雾霾中的颗粒物的危害性。然而，这些颗粒物在大气中的浓度相对较低，若直接用于动物实验，需要的周期长，效果不够明显。如何有效地采集大气中的PM2.5微粒，并将大气中的PM2.5微粒应用于动物口鼻或全身暴露实验是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种气溶胶浓缩富集系统，能够采集气流中空气动力学当量直径在某值以下的颗粒物，并能够提高这些颗粒物的浓度，以对空气中的小颗粒物进行浓缩富集。为此，本专利技术提供了一种气溶胶浓缩富集系统，该气溶胶浓缩富集系统可包括：冲击切割器，配置成接收气流，并至少部分地去除所述气流中空气动力学当量直径大于第一预设值的颗粒物；水浴装置，配置成接收来自所述冲击切割器的气流，以使来自所述冲击切割器的气流与所述水浴装置产生的水蒸气混合；至少一个冷冻装置，每个所述冷冻装置配置成接收来自所述水浴装置的混合气流并降低所述混合气流的温度，以使所述混合气流中至少部分颗粒物的空气动力学当量直径增长至大于或等于第二预设值；和至少一个浓缩分离装置，每个所述浓缩分离装置配置成接收来自一个所述冷冻装置的气流，并将来自该冷冻装置的气流分流成第一气流和第二气流，且使来自该冷冻装置的气流中、空气动力学当量直径增长至大于或等于第二预设值的所有颗粒物的部分或全部位于所述第一气流中。进一步地，所述气溶胶浓缩富集系统还包括：干燥装置，配置成接收和干燥来自所述至少一个浓缩分离装置的所述第一气流。进一步地，所述气溶胶浓缩富集系统还包括：第一气泵，配置成从所述干燥装置中抽吸所述第一气流；和第二气泵，配置成从所述至少一个浓缩分离装置中抽吸所述第二气流。进一步地，所述气溶胶浓缩富集系统还包括：第一流量控制器，设置在所述第一气泵的进气管路上；和第二流量控制器，设置在所述第二气泵的进气管路上。进一步地，每个所述冷冻装置包括外管和在所述外管内延伸的内管，所述内管的两端分别与所述水浴装置和一个所述浓缩分离装置连通，所述外管内壁和所述内管外壁之间限定的通道用于传冷介质的流动。进一步地，所述水浴装置包括：水浴箱，其具有顶盖，每个所述冷冻装置竖直地安装于所述顶盖，且每个所述冷冻装置的内管与所述水浴箱的内部空腔连通；和加热装置，配置成加热所述水浴箱内的水。进一步地，每个所述浓缩分离装置包括一个或多个虚拟切割器，每个所述虚拟切割器具有气流进口、第一气流出口和第二气流出口，且所述多个虚拟切割器中每个所述虚拟切割器的第一气流出口与邻接于其下游的所述虚拟切割器的气流进口连通。进一步地，每个所述虚拟切割器包括：壳体，其内限定有容纳空腔，其上开设有所述第二气流出口和排水口；第一喷嘴，伸入所述容纳空腔，其一端为所述气流进口，且所述第一喷嘴的至少部分管段限定的气流通道沿着其内气流流向的方向逐渐缩小；和第二喷嘴，其至少部分位于所述容纳空腔内，并与所述第一喷嘴同轴间隔地设置，所述第二喷嘴的远离所述第一喷嘴的一端为所述第一气流出口，且所述第二喷嘴的至少部分管段限定的气流通道沿着其内气流流向的方向逐渐扩大。进一步地，所述冷冻装置和所述浓缩分离装置均为5个；且所述气溶胶浓缩富集系统还包括五合一收集器，所述五合一收集器具有五个分别与一个所述浓缩分离装置的第一气流出口连通的收集器进口和与一个用于排出所述第一气流的收集器出口。进一步地，所述干燥装置内限定有用于通过所述第一气流的第一通道和用于通过干燥气体的第二通道，以使所述干燥气体对所述第一气流进行干燥；且所述气溶胶浓缩富集系统还包括第三流量控制器，配置成调节所述干燥气体的流量，以使从所述气溶胶浓缩富集系统流出的所述第一气流具有预定的湿度值。本专利技术的气溶胶浓缩富集系统因为能够使大气中的小颗粒物长大，以有效地将大气中的小颗粒物随小部分气流分离出来，显著提高了小颗粒物的浓度。而且，本专利技术的气溶胶浓缩富集系统能够将这些长大后的小颗粒物进行干燥，从而使这些长大后的小颗粒物恢复原状，达到和空气中相同的粒径分布。本专利技术的气溶胶浓缩富集系统特别适用于对PM2.5微粒的浓缩收集，显著提高了PM2.5微粒的浓度，以便于研究大气中PM2.5微粒对人体的危害程度。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1为根据本专利技术一个实施例的气溶胶浓缩富集系统的示意性结构图；图2为根据本专利技术一个实施例的气溶胶浓缩富集系统的示意性局部结构剖视图；图3为图2所示A处的示意性局部放大图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。图1为根据本专利技术一个实施例的气溶胶浓缩富集系统的示意性结构图，如图1所示，本专利技术实施例提供了一种气溶胶浓缩富集系统。该气溶胶浓缩富集系统包括冲击切割器100、水浴装置200、至少一个冷冻装置300和至少一个浓缩分离装置400。具体地，冲击切割器100配置成接收气流，并至少部分地去除气流中空气动力学当量直径大于第一预设值的颗粒物。水浴装置200配置成接收来自冲击切割器100的气流，以使来自冲击切割器100的气流与水浴装置200产生的水蒸气混合，同时可使气流升温。每个冷冻装置300配置成接收来自水浴装置200的混合气流并降低该混合气流的温度，以使混合气流中至少部分颗粒物的空气动力学当量直径增长至大于或等于第二预设值。也就是说水浴装置200和冷冻装置300能够使混合气流中的颗粒物结核长大。每个浓缩分离装置400配置成接收来自一个冷冻装置300的气流，并将来自该冷冻装置300的气流分流成第一气流和第二气流。特别地，每个浓缩分离装置400可使来自相连接的冷冻装置300的气流中、空气动力学当量直径增长至大于或等于第二预设值的所有颗粒物的部分或全部位于所述第一气流中。这里的说的部分是指大部分、约大于或等于全部的85%。在这里需要注意的是，所述第一气流中也可能会包括少量的、空气动力学当量直径增长至小于第二预设值的颗粒物。每个浓缩分离装置400同时也使来自相连接的冷冻装置300的气流中、空气动力学当量直径增长小于第二预设值的所有颗粒物的部分或全部位于所述第二气流中。即每个浓缩分离装置400在整个气溶胶浓缩富集系统中起到分离空气动力学当量直径的重要作用。进一步地，为了使结核长大的颗粒物恢复原来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气溶胶浓缩富集系统，其特征在于包括：冲击切割器，配置成接收气流，并至少部分地去除所述气流中空气动力学当量直径大于第一预设值的颗粒物；水浴装置，配置成接收来自所述冲击切割器的气流，以使来自所述冲击切割器的气流与所述水浴装置产生的水蒸气混合；至少一个冷冻装置，每个所述冷冻装置配置成接收来自所述水浴装置的混合气流并降低所述混合气流的温度，以使所述混合气流中至少部分颗粒物的空气动力学当量直径增长至大于或等于第二预设值；和至少一个浓缩分离装置，每个所述浓缩分离装置配置成接收来自一个所述冷冻装置的气流，并将来自该冷冻装置的气流分流成第一气流和第二气流，且使来自该冷冻装置的气流中、空气动力学当量直径增长至大于或等于第二预设值的所有颗粒物的部分或全部位于所述第一气流中。

【技术特征摘要】
1.一种气溶胶浓缩富集系统，其特征在于包括：冲击切割器，配置成接收气流，并至少部分地去除所述气流中空气动力学当量直径大于第一预设值的颗粒物；水浴装置，配置成接收来自所述冲击切割器的气流，以使来自所述冲击切割器的气流与所述水浴装置产生的水蒸气混合；至少一个冷冻装置，每个所述冷冻装置配置成接收来自所述水浴装置的混合气流并降低所述混合气流的温度，以使所述混合气流中至少部分颗粒物的空气动力学当量直径增长至大于或等于第二预设值；和至少一个浓缩分离装置，每个所述浓缩分离装置配置成接收来自一个所述冷冻装置的气流，并将来自该冷冻装置的气流分流成第一气流和第二气流，且使来自该冷冻装置的气流中、空气动力学当量直径增长至大于或等于第二预设值的所有颗粒物的部分或全部位于所述第一气流中。2.根据权利要求1所述的气溶胶浓缩富集系统，其特征在于还包括：干燥装置，配置成接收和干燥来自所述至少一个浓缩分离装置的所述第一气流。3.根据权利要求2所述的气溶胶浓缩富集系统，其特征在于还包括：第一气泵，配置成从所述干燥装置中抽吸所述第一气流；和第二气泵，配置成从所述至少一个浓缩分离装置中抽吸所述第二气流。4.根据权利要求3所述的气溶胶浓缩富集系统，其特征在于，还包括：第一流量控制器，设置在所述第一气泵的进气管路上；和第二流量控制器，设置在所述第二气泵的进气管路上。5.根据权利要求1所述的气溶胶浓缩富集系统，其特征在于每个所述冷冻装置包括外管和在所述外管内延伸的内管，所述内管的两端分别与所述水浴装置和一个所述浓缩分离装置连通，所述外管内壁和所述内管外壁之间限定的通道用于传冷介质的流动。6.根据权利要求5所述的气溶胶浓缩富集系统，其特征在于，所述水浴装置包括：水浴箱，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑劲林，赵银龙，刘玉杰，
申请(专利权)人：北京慧荣和科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11