[實用新型]一種小型顆粒物冷凝生長計數器

有效

• 申請號: 201820332930.0
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN208026594U
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 蔣靖坤;李怡然;姜月;薛墨
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N15/10
• 分類號: G01N15/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本實用新型公開了一種小型顆粒物冷凝生長計數器，其包括：分流系統，過濾裝置，蒸發室，隔熱器，制冷片，氣溶膠進口及工作液回收裝置，工作液回收泵，工作液儲存瓶，冷凝室，測壓裝置，光散射測量儀，限流孔，三通，氣泵，進液泵；所述分流系統入口連接待采樣對象；分流系統出口A通過軟管與所述過濾裝置入口連接；過濾裝置出口通過軟管與所述蒸發室連接；蒸發室中間空腔內固定吸水材料。本實用新型的計數器采用背靠背型設計，將蒸發室和冷凝室從傳統的軸向排布變成了并列排布，有效利用和節省了空間，實現了儀器的小型化；將制冷片置于蒸發室和冷凝室之間，把制冷片在制冷過程中產生的熱用于蒸發室的制熱，減少了熱量耗散的浪費，省去了排熱風扇。

技術領域

本實用新型屬于環境監測技術領域，涉及一種小型顆粒物冷凝生長計數器。具體來說，是一種通過過飽和蒸氣在顆粒物表面冷凝，使納米級顆粒物生長到微米量級，再利用光學計數器對顆粒物進行計數的測量儀器。

背景技術

近年來，隨著我國霾污染問題的突顯，人們對大氣顆粒物的關注度也越來越高。2012年我國將PM_2.5列入環境空氣質量標準中。PM_2.5的定義是空氣動力學當量直徑小于等于2.5微米的顆粒物，它能長時間懸浮在空氣中，并隨呼吸進入人體，從而對人體健康產生危害。我們通常所說的PM_2.5濃度指顆粒物質量濃度。納米顆粒物是指粒徑小于100納米的顆粒物，也叫超細顆粒物。因為納米顆粒物的體積很小，所以它不僅更容易隨呼吸進入人體，損傷肺部，還具有強滲透性，可以進入細胞中干擾正常的細胞進程。所以用顆粒物的表面積或者粒子數來評估其對人體健康的損傷能力，相對而言會比粒子質量濃度更可靠。早在1996年，研究者們就發現顆粒物的大小是它們的毒性的一個很大的決定因素。換句話說，即使納米顆粒物的化學組分毒性不強，也可以使人患病。而且，即使在PM_2.5濃度很低的情況下，納米顆粒物的數量濃度也可以很高，所以納米顆粒物對人體健康的危害更具有隱蔽性和不確定性。

基于納米顆粒物對人體健康和大氣環境等的重要影響，從2011年9月起實施的歐盟機動車粒數新標準就要求對機動車尾氣排放進行檢測的儀器，其對23nm的顆粒物的計數效率應達到50％。我國對納米顆粒物的重視也在加強，在中華人民共和國環境保護部2013年9月發布，2018年1月1日起實施的《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第五階段)》中，在粒子質量(PM)的基礎上，新增一項“粒子數量”(PN)的排放指標，綜上所述，對納米顆粒物進行計數是一項重要的工作，制造出滿足人們生產生活所需的粒子計數器也是十分必要的。

顆粒物冷凝生長計數器(Condensation Particle Counters,CPC)是最為常見的納米顆粒物計數儀器。它的基本原理是：形成工作液體過飽和的環境，將待測氣溶膠通入其中后通過非均相成核作用使顆粒物冷凝生長，當顆粒物粒徑達到光學檢測單元的下限后即可被計數。

根據形成過飽和環境的方法的不同，CPC主要分為兩種類型：混合型CPC和層流型CPC。層流型CPC最為常用，從第一臺商用型層流式CPC(TSI 3020)開始，美國TSI公司研發了一系列商用型CPC。其中一部分CPC以醇為工作液體，一部分CPC以水為工作液體。TSI 3020型CPC以正丁醇為工作液體，樣本氣流先進入蒸發室，再隨蒸氣一起進入冷凝室。Stolzenburg&McMurry在TSI 3020的基礎上進行了改進，研發了TSI 3025型CPC，并在其上采用了Wilson等人所創的鞘氣的設計，即用一股氣流使待測氣溶膠被限制在冷凝室的中軸線，從而減少進氣損失，提高計數效率。上述的冷凝生長計數器在冷凝室的設計上均使用半導體制冷片進行制冷。由于半導體制冷片在工作工作狀態中背面會產生大量的熱，所以其結構都需要巨大的散熱塊和風扇，這樣導致整體結構龐大。另外制冷片散熱會造成巨大的能耗。難以滿足科學研究對其便攜性的要求。