[發明專利]一種高溫高濕度氣溶膠采樣裝置及采樣方法

有效

• 申請號: 201911378029.2
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN110879159B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 李陽陽;方文;滑海寧;謝旭良
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N1/10
• 分類號: G01N1/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種高溫高濕度氣溶膠采樣裝置及采樣方法，氣溶膠采樣裝置基于雙轉子羅茨泵設計，其旋轉軸和轉子均為空心，轉子內部兩側填充傳熱工質，并通過該工質的相變與經旋轉軸流過轉子中心的低溫冷卻介質進行熱交換，從而避免所采集的氣溶膠與低溫冷卻介質接觸，達到在隔離氣溶膠樣氣的前提下對轉子高效降溫的效果；采樣前通過對氣溶膠采樣裝置的標定，可實現精確的定量采樣及溫度控制，從而滿足高溫高濕度氣溶膠采樣要求。本發明結構簡單、易拆裝維護，并且采樣量靈活可調、采樣精度高。

技術領域

本發明涉及鍋爐、熱電廠、汽車排放的顆粒物的采樣、測量，具體涉及一種可不破壞高溫高濕度狀態下氣溶膠內顆粒物形貌及分布的氣溶膠定量采樣裝置。

背景技術

隨著熱力能源的需求不斷上升，汽車內燃機、鍋爐、熱電廠機組等燃燒器在運行中通過燃燒產生了大量的顆粒物，對大氣環境造成了嚴重的污染。由于燃燒產生的顆粒物被高溫高濕的排氣裹挾，隨著排氣(屬于高溫高濕度氣溶膠)溫度降低，排氣中水凝結導致顆粒物產生凝聚、沉降或附著損耗，對于后端測量產生巨大的影響。目前解決這一問題的手段主要是直接抽取高溫高濕度排氣，并使用大量干燥的純凈氣體對高溫高濕度樣氣進行稀釋(按GB18352.6-2016要求，一級稀釋比例為10:1)，迅速降低樣氣的濕度和溫度，從而避免因水蒸汽凝結造成的顆粒物尺寸變化及數量損失，同時溫度和濕度的下降也保證了后端測量設備(大多是光學設備)的穩定運行。

采樣器在稀釋過程中的難點是高溫高濕氣體的定量采樣。目前主要存在兩種采樣器，一種是較為傳統、應用也較為廣泛的節流式的采樣器，例如，芬蘭Dekati公司的DI 1000射流稀釋器，其基本原理是利用了減縮噴嘴的流動特性，即在一定背壓下，低于聲速的氣流會被噴嘴限制流量，從而達到定量采樣的目的。這種采樣器只能在固定的稀釋比下進行采樣，且受排氣壓力波動影響較大，只適用于排氣較穩定的環境中(排氣下游)。另外一種是近些年出現的定容泵式采樣器，例如，美國TSI公司的379020A旋轉盤稀釋器，其基本原理是采用了盤式的旋轉熱泵，直接對排氣進行定量熱采樣，可以實現較靈活的采樣流量控制，但排氣的最高溫度限制在150℃以下，更高溫度的排氣會對儀器造成損壞。

雙轉子羅茨泵用于輸送常規環境下的氣體(溫度不超過50℃)，對于高溫氣體，為避免轉子在旋轉中高溫膨脹、產生卡咬，采用向定子腔內噴水或使用循環油冷卻轉子(濕式降溫)或外循環空氣(干式降溫)的方式進行降溫；但這兩種降溫方法都使冷卻劑與輸送(采集)的氣體直接接觸，破壞了氣體的成分，尤其是在采集含顆粒物的氣溶膠時，會造成破壞性影響。目前尚未見到采用旋轉式機械定量采集高溫高濕度氣溶膠的采樣器。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高溫高濕度氣溶膠采樣裝置及采樣方法。

為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種旋轉式氣溶膠定量采樣裝置，該采樣裝置包括空心定子、設置在空心定子上的進樣口和出樣口，以及設置在空心定子內的若干個用于將高溫(同時也可以是高濕度的)氣溶膠由進樣口經空心定子內剩余空間移動至出樣口的空心轉子；所述空心轉子內設置有空腔及可發生相變的傳熱工質，所述傳熱工質位于該空腔外側，空腔內設置有低溫冷卻介質。

優選的，所述空心轉子上設置有進液孔，進液孔內設置有用于控制所述傳熱工質注入與排出的除氣塞。

優選的，所述除氣塞包括升降筒體、與升降筒體的開口相連的連接管件以及設置在升降筒體的封閉端面上的導流孔和封閉頭，導流孔和封閉頭與位于進液孔內的臺階面相配合。

優選的，所述空心轉子上設置有貫穿該空心轉子中心的空心旋轉軸，所述低溫冷卻介質于該空心旋轉軸內部進行軸向流動，所述傳熱工質設置在空心轉子內部由空心旋轉軸分隔的相互獨立的多個空間(空心旋轉軸的外壁面與空心轉子的內壁面之間)內。

優選的，所述空心轉子為兩個，各空心轉子通過采用羅茨泵的轉子型線于同步旋轉中進行相互配合并分別與空心定子的內壁進行配合。