[發(fā)明專利]脈沖冷凝粒子計(jì)數(shù)器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202080027396.2
• 申請(qǐng)日: 2020-04-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113677977A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇珊·維拉·郝林;格雷戈里·斯蒂芬·劉易斯;史蒂文·拉塞爾·斯皮爾曼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 艾拉索爾戴納米克斯有限公司
• 主分類號(hào): G01N15/06
• 分類號(hào): G01N15/06
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 劉明海;胡彬

使空氣樣品產(chǎn)生水蒸氣過(guò)飽和和粒子計(jì)數(shù)的方法和裝置。該方法和裝置包括在出口處泵送使氣流經(jīng)由入口進(jìn)入室，從而將空氣樣品引入室。該方法還包括關(guān)閉入口，同時(shí)繼續(xù)泵送使得空氣樣品經(jīng)由出口從室排出。泵送以可操作的速率進(jìn)行以降低室內(nèi)的壓力，使得室中心部分的空氣樣品冷卻，并且來(lái)自室壁的水蒸氣有時(shí)間從壁擴(kuò)散到室內(nèi)的空氣樣品中。通過(guò)連續(xù)重復(fù)地引入和關(guān)閉來(lái)重復(fù)循環(huán)。室壁可以是濕的或干的。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2019年4月5日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?2/830,346的權(quán)益。

政府權(quán)利

這項(xiàng)技術(shù)是在美國(guó)能源部的支持下完成的，STTR資助號(hào)為DE-SC0020496，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院資助號(hào)為OH10515。政府對(duì)這項(xiàng)技術(shù)擁有一定的權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

該技術(shù)涉及懸浮在空氣或其他氣體中的粒子的測(cè)量。

背景技術(shù)

超細(xì)尺寸范圍內(nèi)的大氣粒子(粗略定義為直徑在5nm到100nm之間的粒子)在城市空氣中普遍存在。吸入這些粒子被認(rèn)為是健康風(fēng)險(xiǎn)，并與縮短人類壽命有關(guān)。此外，超細(xì)粒子是大氣中發(fā)現(xiàn)的粒子總數(shù)的主要貢獻(xiàn)者。一些超細(xì)粒子增長(zhǎng)非常迅速，可以作為云形成的種子，從而在全球氣候中發(fā)揮作用。

典型地，包含超細(xì)尺寸范圍的大氣粒子數(shù)濃度測(cè)量的數(shù)濃度是通過(guò)冷凝粒子計(jì)數(shù)完成的，其中通過(guò)蒸汽冷凝將單個(gè)粒子放大到光學(xué)可探測(cè)的尺寸。這種方法可以探測(cè)直徑小至幾納米的粒子，否則這些粒子太小而無(wú)法通過(guò)光學(xué)散射看到。

幾十年來(lái)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多類型的冷凝粒子計(jì)數(shù)器。有些可探測(cè)小到2至3nm的粒子。另一些是緊湊的，但由于冷凝流體的耗盡，其運(yùn)行時(shí)間有限，為4-8小時(shí)。沒(méi)有一個(gè)是既便攜又能夠擴(kuò)展操作的。

發(fā)明內(nèi)容

提供了氣溶膠分析技術(shù)。一個(gè)總的方面包括一種用于測(cè)量空氣中粒子濃度的方法。該方法包括經(jīng)由入口將空氣樣品引入粒子室并關(guān)閉入口以隔離粒子室。該方法還包括經(jīng)由連接到光學(xué)探測(cè)器的噴嘴排出隔離的粒子室中的空氣樣品，氣流的所述排出以選定的流速進(jìn)行，以引起粒子室內(nèi)任何空氣樣品膨脹，降低粒子室內(nèi)任何空氣樣品的溫度，增加粒子室內(nèi)任何空氣樣品的相對(duì)濕度，并使流體在粒子室內(nèi)任何空氣樣品中懸浮的粒子上冷凝，從而形成液滴。該方法還包括在空氣樣品經(jīng)由光學(xué)探測(cè)器排出時(shí)對(duì)空氣樣品中的單個(gè)液滴進(jìn)行計(jì)數(shù)，并測(cè)量壓力，從該壓力可以評(píng)估離開(kāi)室的空氣量。該方法還包括基于計(jì)數(shù)和測(cè)量將粒子濃度確定為探測(cè)到的液滴數(shù)量與已經(jīng)離開(kāi)室的空氣量的比率。該方法還包括其中粒子室的壁是濕的方法。該方面的其他實(shí)施方案包括相應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、裝置和記錄在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備上的計(jì)算機(jī)程序，每個(gè)都被配置為執(zhí)行該方法的動(dòng)作。

在另一方面，該方法可以包括同時(shí)執(zhí)行計(jì)數(shù)和測(cè)量步驟。該方法還可包括實(shí)施其中粒子室的壁是干的方法。該方法還可進(jìn)一步包括在將空氣樣品引入粒子室之前加濕空氣樣品。該方法還可以包括一種方法，其中粒子室的壁由膜形成，所述膜的第一側(cè)包括基于磺化四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物，并且所述膜具有與水或高濕度空氣接觸的第二側(cè)，并且其中該方法還包括在粒子室的隔離和氣流的排出之間暫停，使得粒子室中的空氣在膨脹之前變得濕潤(rùn)。該方法可進(jìn)一步包括在排出期間執(zhí)行的計(jì)數(shù)、測(cè)量和確定。該方法可進(jìn)一步包括連續(xù)地重復(fù)引入和排出。

另一個(gè)總的方面包括一種在具有入口和出口的濕壁室內(nèi)產(chǎn)生水蒸氣過(guò)飽和的方法；其包括：通過(guò)在出口處泵送使氣流經(jīng)由入口進(jìn)入濕壁室，從而將空氣樣品引入室中；以及關(guān)閉入口，同時(shí)繼續(xù)泵送，以經(jīng)由出口從室中排出空氣樣品，以可操作的速率進(jìn)行泵送，以降低室內(nèi)的壓力，使得室中心部分的空氣樣品冷卻，并且來(lái)自室壁的水蒸氣有時(shí)間從壁擴(kuò)散到室中的空氣樣品內(nèi)。該方面的其他實(shí)施方案包括相應(yīng)地計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、裝置和記錄在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備上的計(jì)算機(jī)程序，每個(gè)都被配置為執(zhí)行方法的動(dòng)作。