一种大气颗粒物除湿装置及方法
【专利说明】_种大气颗粒物除湿装置及方法
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技术领域
[0002]本发明涉及大气气溶胶监测技术领域，具体涉及一种大气颗粒物除湿装置及方法。
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【背景技术】
[0004]近年来，国内外灰霾事件频发，高浓度的臭氧与细粒子(PM2.5)污染已经成为当前大气的主要污染特征。随着国家PM2.5空气质量标准的出台，国内外各类细颗粒物质量浓度等测量仪器需求大增，但由于不同环境下大气相对湿度的不同导致细颗粒物本身含水率的差异，测试前的颗粒物湿度控制成为影响仪器测量精度的关键问题之一，因此，各仪器制造公司纷纷采用各类方法降低颗粒物样气湿度。
[0005]针对颗粒物的湿度控制，通常采用干燥剂吸附除湿或者加热除湿。对于干燥剂吸附除湿，干燥剂需要定期更换，无法实现无人状态下的长期免维护运行，同时，由于水汽是自内而外扩散吸湿，因此除湿效率会随着内层干燥剂的失效而逐步降低。而对于加热除湿，由于改变的颗粒物所处的环境温度，在去除水分的同时，也会使得颗粒物的其他易挥发成分发生高温挥发，从而影响测量精度。
[0006]中国发明专利申请CN101524617公开了一种用Naf1n管去除气体中水份的方法，但该方法中的仪器首先要将样气(处理器)加热至100-120°C度，同时后续气路还需要连接微孔过滤器，因此，该方法不能应用于环境颗粒物测量仪器的仪器除湿。中国发明专利申请CN103759998A公开了一种大气除湿方法和装置，将需要除湿的大气引入除湿管内壁之间的除湿气体通道，同时，经除湿管除湿后的剩余干燥大气回流进入气体回流通道内，从而实现干燥气的循环重复应用。但是，由于经除湿管除湿后的剩余干燥大气回流进入气体回流通道内时，没有经过任何颗粒物净化装置，长时间运行后内层干燥管外壁将会被污染，从而降低干燥效率；同时，在这种工作模式下，回流(吹扫)气流量远低于待干燥大气，即便在有固定压力差的条件下，也很难实现长时间的高效除湿。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种大气颗粒物除湿装置及方法，该除湿装置及方法能够解决现有技术中的不足，对大气颗粒物样气湿度进行动态实时控制，从而有效消除环境湿度变化对颗粒物监测仪器测量精度的影响。
[0009]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
一种大气颗粒物除湿装置，包括Naf1n管除湿单元、颗粒物特性参数测量单元、颗粒物净化单元和抽气栗。
[0010]所述Naf1n管除湿单元包括外层管和嵌入设置在外层管中间的内层管；所述外层管内壁与内层管外壁之间形成吹扫气通路；所述外层管侧壁的上下两端分别设有与吹扫气通路相连通的吹扫气出气口和吹扫气进气口，所述吹扫气出气口与抽气栗的进气口相连通；所述内层管的上下两端分别设有与内层管内部相连通的样气进气口和样气出气口，所述样气进气口、内层管内部以及样气出气口形成样气干燥通路；所述样气出气口与颗粒物特性参数测量单元的进气管相连通。
[0011]所述颗粒物净化单元包括限流阀、撞击式粒子切割器和静电细粒子去除器；所述限流阀上设有主进气口、辅气进气口和混合气出口 ；所述撞击式粒子切割器包括切割器腔体、设置在切割器腔体顶部的加速喷口以及可拆卸安装在切割器腔体内部底面上的撞击台；所述静电细粒子去除器包括去除器腔体、设置在去除器腔体上下两端的高压放电针和高压牵引电极、与高压放电针电连接的高压放电针电源和与高压牵引电极电连接的高压牵引电极电源；所述主进气口与颗粒物特性参数测量单元的出气管相连通；所述辅气进气口接外部干燥空气源；所述混合气出口与加速喷口的进气端相连通；所述加速喷口的进气端位于切割器腔体外侧，出气端位于切割器腔体内侧且与切割器腔体内部相连通；所述切割器腔体连接在去除器腔体侧壁上，且切割器腔体内部与去除器腔体内部相连通；所述去除器腔体下端侧壁上设有净化气出口，所述净化气出口与吹扫气进气口相连通。
[0012]进一步的，所述颗粒物特性参数测量单元采用颗粒物特性参数测量仪或监测仪。所述颗粒物特性参数测量仪或监测仪包括质量浓度、粒径谱、浊度计、消光仪等环境监测领域常用的颗粒物测量仪器。
[0013]进一步的，所述加速喷口包括加速喷头和设置在加速喷头中间的加速喷孔，所述加速喷孔为倒圆锥状。所述撞击台为与加速喷孔同轴设置的圆柱体，且所述撞击台螺纹连接在切割器腔体内的底部，撞击台与切割器腔体的连接处设有O型密封圈。
[0014]进一步的，所述高压放电针为钨针，所述高压放电针电源采用负压直流电源；所述高压牵引电极为与高压放电针同轴设置的钢棒，该钢棒的一端安装在去除器腔体的底部，另一端为半球形；所述的高压牵引电极电压采用负压直流电源。
[0015]进一步的，所述切割器腔体与去除器腔体均采用铝质材料。
[0016]进一步的，所述抽气栗采用气流流速可控的气栗。
[0017]本发明还涉及一种大气颗粒物除湿装置的除湿方法，该方法包括以下步骤:
(1)首先，采样气流由样气进气口进入Naf1n管除湿单元内层管中的样气干燥通路中；然后，在样气干燥通路内的流动过程中，采样气流将其水汽渗透至内层管与外层管之间的吹扫气通路内的吹扫气中，完成采样气流干燥处理；最后，完成干燥处理后的采样气流经样气出气口从Naf1n管除湿单元流出至颗粒物特性参数测量单元；
(2)经Naf1n管除湿单元进行干燥处理后的采样气流在颗粒物特性参数测量单元中进行颗粒物特性参数测量，并在完成颗粒物特性参数测量后流入至颗粒物净化单元；
(3)流入至颗粒物净化单元中的采样气流，连同由辅助进气口进入的辅助气流，汇成吹扫气流，先采用撞击式粒子切割器截留去除其中的微米级大颗粒物，再采用静电细粒子去除器截留去除其中的纳米级细颗粒物，最后将清除完颗粒物的气流通过Naf1n管除湿单元的吹扫气进气口进入至吹扫气通路中，进行采样气流吸湿处理，并在抽气栗的驱动下由吹扫气出气口排出。
[0018]和现有技术相比，本发明的有益效果为:
(I)本发明采用Naf1n管对采样气流进行除湿干燥，通过内层管与外层管之间的吹扫气将采样气流中的水汽不间断排出，这不仅能够大幅度提高样气除湿效率，还能够解决传统吸附除湿过程中需要频繁更换干燥剂的问题。本发明适用于各类环境采样器上的前端无损失除湿。
[0019](2)本发明所述的样气除湿的整个过程都是在室温下进行的，无需对采样气流进行加热及冷凝，从而最大限度地保留了大气颗粒物的原始特性。
[0020](3)本发明采用撞击式粒子切割器去除干燥处理后的采样气流中的大颗粒物，同时采用静电细粒子去除器，利用场致电离荷电与电场牵引的方式去除经干燥处理后的采样气流中的小颗粒物，从而完成干燥处理后的采样气流的洁净处理得到洁净干燥气体，使该洁净干燥气体作为吹扫气来进行采样气流的吸湿处理。此外，本发明所述的颗粒物净化单元采用可拆卸结构，具有后期清理维护方便等特点，能够有效解决传统膜过滤器存在的价格昂贵、需要频换更换等问题。
[0021](4)本发明采用限流阀和主动气源(即从辅助进气口接入的干燥空气源)相结合的方式，能够提高采样气流与吹扫气之间的气压差，保证吹扫气气压力低于采样气流的气压力，提高Naf1n管除湿单元的干燥效率。本发明在实现样气除湿的基础上，实现了干燥后的样气的重复利用。在本发明中，即使不从辅助进气口接入干燥空气源，也能够实现对样气的除湿。
[0022](5)本发明具有结构紧凑、维护方便等特点，不仅适用于实验室常规检测中的样气除湿，还能应用在外场恶劣条件下样气长时间的免维护除湿等场