专利名称：一种大流量大气pm2.5采样切割器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及环境大气采集与监测领域，尤其涉及一种大流量大气PM2. 5采样切割器。
背景技术：
环境污染已成为全世界普遍关注的重大问题，特别是随着工业经济的发展，城市中的大气污染更加严重，而大气环境对人们的生活及健康有着至关重要的影响，因此对于大气环境中的颗粒物的监控也尤为重要。一段时期以来，PMlO可吸入颗粒物一直是大气环境的监测的重点，而PM2. 5细颗粒物主要被采集用于科学研究，因此目前常规使用的细颗粒物采样器都是小流量的。但是随着科研的深入，人们对细颗粒物的理化特性有了进一步的了解以后，发现这些空气动力学直径小于2. 5 的颗粒物对人体呼吸系统的影响更大。由于悬浮在空气中的细颗粒物往往吸附着一些对人们身体健康产生影响的物质如细菌、病毒、有害化学物质等，而且体积小，自然沉降的速度慢，通过呼吸直接被吸入并沉积于肺泡中的几率很大。研究表明，根据对美国东部6个城市长达8年的研究，这些城市的每日死亡率与空气中的小于IOiim (PMlO)和小于2.5 iim (PM2. 5)的气溶胶粒子溶度密切相关，尤其是与PM2. 5的细粒子相关度最高，如PM2. 5粒子的平均溶度在两天内仅仅增加10 u g/m3，就将导致死亡率增加I. 5% ;对于心血管病人和心脏病人，死亡率增加更快，分别为3. 3%和2. 1%。在我国广州、武汉、兰州、重庆等城市的细颗粒物进行调查和监测结果也证实，对人体健康影响最大的是空气中细小颗粒物污染。因此，研发大流量的细颗粒物采样切割器是开展大气颗粒物监测的迫切要求。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种大流量大气PM2. 5采样切割器。可实现对大气中PM2. 5的大流量的切割采集，流量能达到1000L/min。为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种大流量大气PM2. 5采样切割器，所述大流量大气PM2. 5采样切割器为圆柱形，直径为39(T410 mm ;所述大流量大气PM2. 5采样切割器包括切割口盖层、冲击咀层、冲击板层及滤膜收集层，所述切割口盖层、冲击咀层、冲击板层及滤膜收集层依次密封串接；所述冲击咀层包括冲击咀和冲击咀板，所述冲击咀等距排列并垂直插入所述冲击咀板形成环状圈，所述冲击咀数量为If 22个，所述冲击咀内部设有倒圆锥形通孔，所述通孔顶部内径为8 10 mm，底部内径为5飞mm,高为72 74 mm ;所述冲击板层设有冲击板，所述冲击板为环形凹槽，所述凹槽高为58 60 mm,外径为348 352 mm,内径为218 222 mm ;所述冲击咀底部与所述冲击板底部的距离为5 8 mm ;所述滤膜收集层设有滤膜及用于支撑所述滤膜的滤网。作为上述方案的改进，所述切割口盖层为球面结构。作为上述方案的改进，所述滤膜为圆形或方形的石英滤膜，孔径为0. 9^1. lum。作为上述方案的改进，所述滤膜收集层内的滤网长度为15(Tl80mm，宽度为80 100mm。作为上述方案的改进，所述冲击咀板上设有第一环形凹槽及第二环形凹槽，所述第一环形凹槽、第二环形凹槽及冲击咀板同轴，所述第一环形凹槽直径为298 302 mm,宽为iri6 mm，所述第二环形凹槽直径为248 252 mm,宽为18 22 mm ;所述冲击咀形成的环状圈与所述冲击咀板同轴，直径为278 283 mm ;距离所述冲击咀板的中心40 50 mm处设有三个
用于连接所述切割口盖层和冲击板层的连接口，所述连接口成等边三角形分布，直径为5 7mm。作为上述方案的改进，所述冲击咀包括连接部件及冲击部件；所述连接部件为圆柱体，高为11 13 mm，外径为16 20 mm ;所述冲击部件的上部为高20 23mm，外径15 16 mm的 圆柱体，下部呈倒圆锥体，所述圆锥体底部外径为6 8 mm ;所述连接部件与所述冲击部件的连接处设有4 5 mm的倒角。作为上述方案的改进，所述冲击板层还设有支架，所述支架包括三个位于同一水平高度的卡口及用于支撑所述冲击板的水平垫板；所述卡口设于所述冲击板内壁并通过螺母与所述水平垫板固定连接；所述水平垫板为空心圆柱体，外径为335 345 mm，内径为235 245 mm。作为上述方案的改进，所述卡口呈等边三角形分布。作为上述方案的改进，所述切割口盖层、冲击咀层、冲击板层及滤膜收集层之间分别通过箱扣密封串接。实施本实用新型的有益效果在于突破了以往大气PM2. 5采样器均为中小流量的特点，1000L/min的流量设计标准可以完全满足POPs采样需求。由于切割口盖层为球面结构，满足流体动力学原理，可以使气体回旋进入切割头，让采集的气流更稳定、均匀；而冲击咀层上设有If 22个冲击咀，可以使更多的气体更快的进入切割器中。气体沿所述切口盖层回旋进入所述大气采样切割器，并通过所述冲击咀层的冲击咀，形成稳定均匀的气流。气流自所述冲击咀流出，冲向所述冲击板层的冲击板上，由于不同粒径段的颗粒物质量不同，粒径不同，各种颗粒物的冲击速度与冲击距离各异，粒径小的颗粒物冲击速度高，而粒径大的颗粒物冲击速度低，因此颗粒物撞击在冲击板底部时，粒径小的颗粒物经反弹后离开冲击板，而粒径大的颗粒物则滞留在冲击板内。此时粒径小的颗粒物继续保持与气流的流向一致穿过所述冲击板层。随后气流进入所述颗粒物收集层，粒径小的颗粒物会截留在所述滤膜上，实现细微颗粒物的采集。

图I是本实用新型一种大流量大气PM2. 5采样切割器的结构示意图；图2是本实用新型一种大流量大气PM2. 5采样切割器中冲击咀层2的俯视图；图3是本实用新型一种大流量大气PM2. 5采样切割器中冲击咀层2的冲击咀21的结构不意图；图4是经本实用新型一种大流量大气PM2. 5采样切割器采样切割后其捕集的平均效率测试数据的图表。
具体实施方式
[0018]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。如图I所示，所述大流量大气PM2. 5采样切割器为圆柱体，直径为39(T410 mm ;所述大流量大气PM2. 5采样切割器包括切割口盖层I、冲击咀层2、冲击板层3及滤膜收集层4，所述切割口盖层I、冲击咀层2、冲击板层3及滤膜收集层4依次密封串接。气体沿所述切割口盖层I进入后，依次进入所述冲击咀层2、冲击板层3及滤膜收集层4 ;由于本实用新型所设计的是采集颗粒的界限为PM2. 5，因此，气流中粒径大于或等于2. 5 y m的颗粒物会留在冲击板层3上，粒径小于2. 5 ii m的颗粒物则被滤膜收集层4收集。如图2和图3所示，所述冲击咀层2包括冲击咀21及冲击咀板22，所述冲击咀21等距排列并垂直插入所述冲击咀板22形成环状圈，所述冲击咀21数量为If 22个，所述冲击咀21内部设有倒圆锥形通孔，所述通孔顶部内径为8 10 mm，底部内径为5飞mm，高为72 74mm。所述冲击咀21内通孔的圆锥形设计及高度能有限地使气流加速，保证气流的冲击力。优选地，所述冲击咀21数量为18个,所述通孔高为73 mm。 所述冲击板层3设有冲击板31，所述冲击板31为环形凹槽，所述凹槽高58飞0 mm,外径为348 352 mm,内径为218 222 mm。优选地,所述外径为350 mm，所述内径为220 mm。所述冲击咀21底部与所述冲击板31底部的距离为5 8 mm。需要说明的是，本实用新型采集的颗粒物的界限为PM2. 5，因此，所述冲击咀21底部与所述冲击板31底部的距离为51 mm之间时，符合气体的切割粒径符合设计要求。同时，所述冲击板31高58飞0 mm，外径为348 352 mm，内径为218 222 mm，这实现了不同直径大小颗粒物间的有效分离，防止了反弹带来的影响。气流自所述冲击咀21流出，冲向所述冲击板31上，由于不同粒径段的颗粒物质量不同，粒径不同，各种颗粒物的冲击速度与冲击距离各异，粒径小于2. 5 ii m的颗粒物冲击速度高，而粒径大于或等于2. 5 ii m的颗粒物冲击速度低，因此颗粒物撞击在冲击板31底部时，粒径小于2. 5 ii m的颗粒物经反弹后离开冲击板31，而粒径大于或等于2. 5 m的颗粒物则滞留在冲击板31内。所述滤膜收集层4设有滤膜41及用于支撑所述滤膜41的滤网42。更佳地，所述切割口盖层I为球面结构。需要说明的是，所述切割口盖层I为球面结构，满足流体动力学原理，可以使气体回旋进入切割口盖层1，让采集的气流更稳定、均匀；另外，所述球面结构能有效阻止雨水及空气中的树叶、昆虫等比较大的漂浮物进入切割器。更佳地，所述滤膜41为圆形或方形的石英滤膜，孔径为0.扩1. lum。所述滤膜41能有效收集经所述冲击板31反弹后粒径小于2. 5 y m的颗粒物，实现颗粒物的采样。优选地，所述滤膜41的孔径为lum。更佳地，所述滤膜收集层4内的滤网42长度为15(Tl80mm，宽度为8(Tl00mm。所述滤网42能较稳定的对所述滤膜41起到支撑作用。更佳地，所述冲击咀板22上设有第一环形凹槽221及第二环形凹槽222，所述第一环形凹槽221、第二环形凹槽222及冲击咀板22同轴，所述第一环形凹槽221直径为298 302 mm,宽为14 16 mm，所述第二环形凹槽222直径为248 252 mm,宽为18 22 mm ;所述冲击咀21形成的环状圈与所述冲击咀板22同轴，直径为278 283 mm。距离所述冲击咀板22的中心4(T50 mm处设有三个用于连接所述切割口盖层I和冲击板层3的连接口，所述连接口成等边三角形分布，直径为5 7 mm。优选地，所述第一环形凹槽221直径为300 mm,宽为15 mm,所述第二环形凹槽222直径为250 mm,宽为20 mm ;所述冲击咀21形成的环状圈直径为280 mm。进一步，所述连接口可通过螺母连接所述切割口盖层I、冲击咀层2及冲击板层3。需要说明的是，粒径小于2. 5 y m的颗粒物沿所述冲击板层3的冲击板31上反弹出去后，部分颗粒物由于速度高，会反弹至所述冲击咀层2底部，颗粒物撞击至所述冲击咀板22的第一环形凹槽221及第二环形凹槽222的底部，再一次被反弹，最终落入所述颗粒物收集层4。因此所述第一环形凹槽221及第二环形凹槽222能有效防止所述颗粒物粘附在所述冲击咀板22底部，从而更好地采集颗粒物。如图3所示，所述冲击咀21包括连接部件211及冲击部件212。所述连接部件211为圆柱体，高为11 13 mm，外径为16 20 mm。所述冲击部件212的上部为高20 23 mm，外径15^16 mm的圆柱体，下部呈倒圆锥体，所述圆锥形底部外径为6 8 mm ;所述连接部件与所述冲击部件的连接处设有4飞mm的倒角。优选地，所述冲击部件212的外径为16 mm。·需要说明的是，所述连接部件211用于垂直插入所述冲击咀板22，使所述冲击咀21与所述冲击咀板22固定连接。所述冲击部件212外径逐渐减小，方便所述冲击咀21插入所冲击咀板22上的预留孔。更佳地，所述冲击板层3还设有支架，所述支架包括三个位于同一水平高度的卡口及用于支撑所述冲击板3的水平垫板；所述卡口设于所述冲击板31内壁并通过螺母与所述水平垫板固定连接；所述水平垫板为空心圆柱体，外径为335 345 mm，内径为235 245 mm。所述水平垫板的外径小于所述冲击板31的外径且所述水平垫板的内径大于所述冲击板31的内径，这有效地保障所述冲击板31能在水平垫板的支撑下保持水平，同时不影响颗粒物的分离效果。优选地，所述水平垫板外径为340 mm,内径为240 mm。更佳地，所述卡口呈等边三角形分布。所述卡口呈等边三角形分布，可以使支架上各卡口位受力比较均匀，保障支架的稳定性。更佳地，所述切割口盖层I、冲击咀层2、冲击板层3及滤膜收集层4之间分别通过箱扣密封串接。用户拆装时直接打开或扣上箱扣即可，不需要使用任何辅助工具，方便快捷。下面通过实施例来更详细地描述本实用新型。实施例I本实施例选取通过单分散气溶胶发生器发生特定粒径粒子单分散气溶胶作为样品，采样流量为1000L/min，经本实用新型采样切割后其捕集的平均效率测试数据如表I所
/Jn o表I
粒径(tim) Il. 7 |2. I |2. 3 |2. 5 |2. 7 |3. 0 效率 n (%) |l5. 5 |23. 7\A2. 6 |53. I 卜9. 5 |94. 2由表I的测试数据，可得到如图4所示的图表。参照国家环保总局PMlO采样技术要求及检测方法，采样器的粒子捕集性能有多项式回归方程式表示为n=A+Bdp+Cdp2+Ddp3，由表I的数据可求得其捕集效率线性回归方程为n=912. 98-1231dp+536. 8dp2-72. 457dp3。由该回归方程可求出n为50时，d5(l = 2. 42 um，与本实用新型实际要求的2. 5 um绝对误差为0.08 um，满足误差在±0.2 um之内。由上可知，实施本实用新型，突破了以往空气采样器均为中小流量的特点，实现了切割粒径更加精确，采集流量更大。以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.ー种大流量大气PM2. 5米样切割器,其特征在于,所述大流量大气PM2. 5米样切割器为圆柱形，直径为390 410 mm ； 所述大流量大气PM2. 5采样切割器包括切割ロ盖层、冲击咀层、冲击板层及滤膜收集层，所述切割ロ盖层、冲击咀层、冲击板层及滤膜收集层依次密封串接； 所述冲击咀层包括冲击咀和冲击咀板，所述冲击咀等距排列并垂直插入所述冲击阻板形成环状圈，所述冲击咀数量为If 22个，所述冲击咀内部设有倒圆锥形通孔，所述通孔顶部内径为8 10 mm，底部内径为5 6 mm，高为72 74 mm ； 所述冲击板层设有冲击板，所述冲击板为环形凹槽，所述凹槽高为58 60 mm,外径为348 352腿，内径为218 222腿； 所述冲击咀底部与所述冲击板底部的距离为51 mm ； 所述滤膜收集层设有滤膜及用于支撑所述滤膜的滤网。
2.如权利要求I所述的大流量大气PM2.5采样切割器，其特征在于，所述切割ロ盖层为球面结构。
3.如权利要求I所述的大流量大气PM2.5采样切割器，其特征在于，所述滤膜为圆形或方形的石英滤膜，孔径为0. 9^1. lum。
4.如权利要求I所述的大流量大气PM2.5采样切割器，其特征在于，所述滤膜收集层内的滤网长度为15(Tl80mm，宽度为8(Tl00mm。
5.如权利要求I所述的大流量大气PM2.5采样切割器，其特征在于，所述冲击咀板上设有第一环形凹槽及第ニ环形凹槽，所述第一环形凹槽、第二环形凹槽及冲击咀板同轴，所述第一环形凹槽直径为298 302 mm,宽为14 16 mm,所述第二环形凹槽直径为248 252 mm,宽为18 22腿； 所述冲击咀形成的环状圈与所述冲击咀板同轴，直径为278 283 mm ； 距离所述冲击咀板的中心4(T50 mm处设有三个用于连接所述切割ロ盖层和冲击板层的连接ロ，所述连接ロ成等边三角形分布，直径为5 7 mm。
6.如权利要求I所述的大流量大气PM2.5采样切割器，其特征在于，所述冲击咀包括连接部件及冲击部件； 所述连接部件为圆柱体，高为If 13 mm，外径为16 20 mm ； 所述冲击部件的上部为高2(T23 mm，外径15 16 mm的圆柱体，下部呈倒圆锥体，所述圆锥体底部外径为6 8 mm ； 所述连接部件与所述冲击部件的连接处设有4飞mm的倒角。
7.如权利要求I所述的大流量大气PM2.5采样切割器，其特征在于，所述冲击板层还设有支架，所述支架包括三个位于同一水平高度的卡ロ及用于支撑所述冲击板的水平垫板； 所述卡ロ设于所述冲击板内壁并通过螺母与所述水平垫板固定连接； 所述水平垫板为空心圆柱体,外径为335 345 mm,内径为235 245 mm。
8.如权利要求7所述的大流量大气PM2.5采样切割器，其特征在于，所述卡ロ呈等边三角形分布。
9.如权利要求广8任ー项所述的大流量大气PM2.5采样切割器，其特征在于，所述切割ロ盖层、冲击咀层、冲击板层及滤膜收集层之间分别通过箱扣密封串接。
专利摘要本实用新型公开了一种大流量大气PM2.5采样切割器，所述大流量大气PM2.5采样切割器为圆柱形；其包括切割口盖层、冲击咀层、冲击板层及滤膜收集层，所述切割口盖层、冲击咀层、冲击板层及滤膜收集层依次密封串接；所述冲击咀层包括冲击咀和冲击咀板，所述冲击咀等距排列并垂直插入所述冲击咀板形成环状圈，所述冲击咀数量为18~22个，所述冲击咀内部设有倒圆锥形通孔；所述冲击板层设有冲击板，所述冲击板为环形凹槽；所述冲击咀底部与所述冲击板底部的距离为5~8㎜；所述滤膜收集层设有滤膜及用于支撑所述滤膜的滤网。本实用新型突破了以往大气PM2.5采样器均为中小流量的特点，1000L/min的流量设计标准可以完全满足POPs采样需求，实现了切割粒径更加精确。
文档编号G01N1/22GK202420910SQ20112051354
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者张干, 李军, 邹世春 申请人:佛山市环保技术与装备研发专业中心