推荐颗粒收集设备的制作方法

这里写的推荐颗粒收集设备的制作方法,小编精心为您推荐:

专利名称:颗粒收集设备的制作方法
技术领域
本发明一般涉及对用于收集空气中颗粒的设备的改进。本发明具体地但非排他地涉及用于从其中环境空气的温度接近或甚至低于0℃的环境中收集颗粒的设备。
背景技术
通常使用旋风器实现从空气中分离颗粒,设置旋风器用于快速加速空气,从而差动向心力作用以从气流中去除颗粒。收集分离的颗粒(例如,用于分析)经常需要使颗粒悬浮在最小容积的收集流体(通常为水)中。提供这种功能的设备通常采用将水从与旋风器关联的储存器注入到在旋风器主体中的气流中,并且/或者润湿旋风器主体壁。这种设备例如可采样大约每毫升水700升的空气。
这些设备的具体问题在于,在一定的环境条件下,少量喷射的收集流体通过与进入旋风器主体中的大量冷空气接触而易于冻结。此外,在设备暴露于持续很久的寒冷环境的情况下,收集流体也会在储存器中冻结。
收集流体的冻结妨碍了收集系统的正确操作以及分析环境中的颗粒的类型和浓度。因此,该问题给这些设备在以下情况下的操作带来了严重的限制,即,其中需要在温度接近或低于0℃的环境中确定致病性的危险。
该问题的一种解决方法是使用加热器来加热紧邻设备周围的环境。然而,这种方法通常不能令人满意,尤其在紧急需要开始操作接触寒冷环境已经很长时间的设备的情况下。
该问题的另一解决方法是可向收集流体提供防冻剂,或者附加地或选择地加热旋风器主体、储存器和连接管线中的一个或多个。例如,WPI摘要登记(abstract accession)No.1988-304531公开了一种旋风式分离器灰尘收集容器,其具有用于加热该容器的壁表面的电加热器。然而,由于涉及采样完整性和分析以及需要重新设计所述旋风器或设备的问题,因此这些方法较复杂。此外,加热旋风器主体、储存器和连接管线可能不会充分地防止相对较低量的喷射收集流体通过与进入该旋风器的大量冷空气接触而冻结。
WPI登记No.1998-249380和2000-021641公开了用于清洁大气的旋风器,其在旋风器主体中具有分级或分层的进气腔室以及用于加热进气的加热气体歧管。加热进气防止了水蒸气凝结和形成冰。
WPI登记No.1981-79247公开了一种包括旋风器和辅助灰尘分离器的气体洗涤器。该灰尘分离器被封在一壳体中,该壳体形成了灰尘分离器的加热腔室。

发明内容
然而,本发明大体上试图通过提供用于加热进入旋风器的空气的更有效的装置来解决喷射收集流体冻结的问题。
因此,本发明提供了用于从空气收集颗粒的设备,该设备包括旋风器,其具有进气装置和出气装置;保持气流从中经过的装置;以及将收集流体从储存器输送至在旋风器中的气流中的颗粒或从该气流分离的颗粒的装置,其中所述进气装置与用于加热所引入空气的装置相关联。
在本说明书中所使用的术语“进气装置”包括提供从环境到旋风器主体的空气通道的任何结构。例如,该进气装置可包括升高的环形进气狭缝,其具有将空气引导至旋风器主体的连接装置(例如,管道)。
因此,应理解的是,本发明在其范围内包括布置在进气装置(尤其是进气狭缝和/或连接装置)上、内部或周围的加热装置。
在本发明的一些实施例中,该加热装置同轴地安装在进气装置上或内部。优选地,使该加热装置保持与进气装置的外表面或内表面的一部分热接触。该加热装置可安装在进气装置上,从而使其表面的至少一部分接触。然而,应清楚的是,在这些表面之间也可设置热传导介入元件。当然,在这些实施例中,进气装置至少部分是热传导的。
该进气装置可包括任何合适的热传导材料,例如金属或金属合金。一种合适的材料包括由英国标准BS1474 6082T6公知的铝合金。
或者,该加热装置可同轴地安装在进气装置内,从而直接在进气装置中加热所引入空气。优选地,该加热装置并不与进气装置接触。因此,在一些实施例中,该进气装置可包括绝热材料。
该加热装置可包括任何合适的加热装置,并且可具体地由电池或其它装置供电。在一优选实施例中,该加热装置包括一加热块(heatingblock),其安装成与圆柱形进气管的热传导部分热接触。该加热块可例如具有半圆形截面,且可与所述部分的部分或全部外周表面热接触。
该加热块可包括金属或金属合金以及一个或多个加热元件,例如现有技术中已知的“点火棒(fire rod)”。优选地,该加热块包括例如由英国标准BS2847 C2121M已知的黄铜。然而,其它热传导材料和加热元件也可用于本发明的实施。
可通过任何合适的安装装置将加热块安装在进气装置上或内部。在一优选实施例中,该加热块被构造成滑动到或夹在进气管上。所述安装装置在进气装置的外表面上可附加地或选择地包括抵靠部或刻痕。这种结构使得加热块可定位于进气管上任何适当或方便的位置处。
应理解的是,在该优选实施例中,根据引入空气的接触时间和其它考虑(诸如功耗、重量和便于操作)来选择加热块的材料、尺寸和加热棒的数量以最优化热传导。
因此,在一实施例中,其中进气装置包括内径为25.4mm的铝合金(BS1474 6082T)管,圆柱形黄铜(BS2874 C2121M)加热块包括四个额定功率为235W的点火棒且长度为130mm、内径为38mm(质量3.8kg)。对于从500至800L/min范围内的旋风器的进气速率,获得了良好的结果。
然而,该加热块可由多个部分(segment)组成,这些部分包括例如在其上表面中的半圆柱形表面,它们通过安装装置而安装在进气管的周围。优选的加热块包括四个黄铜(BS2874 C2121M)部分,每个部分都限定一半圆柱形表面且包括两个额定功率为110W的点火棒。该黄铜部分固定在包括一外壳的安装装置上,该安装装置由两个铰接元件形成,从而在该外壳闭合时,所述部分限定了一圆周长度为230mm(质量约10kg)的加热块。所述安装装置包括与每个箱元件相关联的螺钉夹紧结构,这些螺钉夹紧结构使得加热块定位在进气管上的任何合适的位置处。
这样,本发明的一个方面提供了一种用于加热进气管的加热块组件,其包括多个加热块部分,包括在其上表面中的半圆柱形表面;以及安装装置,用于将所述部分安装在进气管上,其中所述安装装置包括铰接箱元件,该箱元件限定了用于接收所述部分的装置,从而所述壳体的闭合使得每个部分的半圆柱形表面与进气管的外表面进行接触。
所述加热装置可选择地或附加地包括将退出旋风器的空气输送到进气装置的装置。可由旋风器电机单独加热或者包括来自即该加热块的附加组成成分的排放气体,可在退出所述设备之前例如输送到进气装置周围或内部的外管或内管。或者,可简单地将排放气体输送到进气装置的外表面的一部分。
所述加热装置可与一温度传感器相连,该温度传感器用于感测进入或退出旋风器的加热空气的温度。优选地,该加热装置与一响应于该温度传感器的控制装置相关联,从而控制为防止喷射的收集流体冻结所需的加热块加热的程度。该温度传感器可包括普通的双金属片热电偶。
在本发明的一优选实施例中,该温度传感器包括电压输出热电偶(例如,K型热电偶),该控制装置将输出电压与一基准电压相比较,从而当例如输出电压下降至低于该基准电压时致动加热。这种布置允许精确且安全地控制所述加热块的加热和最佳功耗,以及甚至在周围环境温度下降时控制在旋风器主体中空气的温度。
在本发明的一些实施例中,所述设备还包括用于温暖或加热流体收集储存器和/或旋风器主体的装置。该第二加热装置可仅包括用于捕获排放气体或来自排放气体的热或排放气体的装置。
因此,该第二加热装置可包括壳体装置(enclosure means),该壳体装置至少部分地封装流体收集储存器、旋风器主体和进气装置中的一个或多个。优选地,该壳体装置并不封装第一加热装置,在这种情况下加热块例如由防风雨容器或护套保护。
然而,在一些实施例中,该第二加热装置可补充第一加热装置。尤其是,输送到进气装置的排放气体可由封装进气装置的一部分(优选为主要部分)的壳体捕获。然而应清楚的是,在本发明的所有实施例中,进气装置的至少一部分并不封装。
在本发明的另一优选实施例中,壳体装置包括装配有闭合装置的刚性箱容器。然而,其它包括支撑可拆卸板和/或绝缘织物的框架结构的壳体装置也是适合的。
如上所述,壳体装置可仅封装一部分进气装置,从而只有一部分退出旋风器的加热空气可被保持在壳体装置中。或者,壳体装置可不封装出气装置,从而退出旋风器的加热空气的一部分可被输送到壳体装置。
然而,优选地,该壳体装置完全封装进气装置并且包括通风装置,以允许周围环境空气进入和所加热空气退出。周围环境空气进入壳体的运动防止了样本和/或设备过热。
该通风装置可仅包括例如设置在刚性箱容器中的狭缝或孔。优选地,该通风装置包括放热孔或狭条,其可选择地可旋转地安装。该通风装置还可包括一个或多个鼓风机,以有助于周围空气的运动。
该通风装置还可包括第二控制装置控制。在一个实施例中,壳体装置包括一个或多个用于感测所捕获空气的温度的温度传感器。在该实施例中,第二控制装置可响应于一个或多个温度传感器,从而例如致动鼓风机。
本发明基本防止了喷射收集流体在周围环境温度接近-15℃时的冻结,并且提供的优点在于,即使在所述设备与寒冷环境过长地接触之后,也可快速地采样并分析颗粒。
本发明还提供的优点在于,现有颗粒收集设备易于修改,而无需重新设计该设备。在进气装置上或内部结合简单的加热设备避免了需要防冻剂,并且提供了解决收集流体在喷射时冻结问题的有效且容易的方法。
此外,通过简单的壳体装置保持由第一加热装置(和旋风器电机)加热的温暖空气,这提供了解决储存器中收集流体冻结问题的廉价且容易的方法。因此,本发明避免了加热紧邻设备周围的空气的必要性,并且允许在人工环境(例如由加热的车辆所提供)的外部配置整个设备。此外,本发明提供了一种用于收集流体(其中在旋风器主体中样本的完整性没有因例如过热而被损害)的加热方法。


下面将参考几个实施例和如下的示例及附图来描述本发明,在附图中图1是本发明一个实施例的设备的剖视图;图2是图1的实施例的局部平面剖视图;图3a和3b为表示在-9℃至-12℃的周围环境温度下,图1的设备的各个部件在操作期间的温度的曲线图;图4是本发明一优选实施例的加热块部分形成部件的立体图;图5是表示用于将包括图4的部分的加热块安装在进气装置上的组件的剖切立体图;以及图6a和6b为表示在分别用于图1的实施例和另一实施例的旋风器主体中的空气温度的曲线图,在该另一实施例中,温度传感器为输出电压热电偶。
具体实施例方式
现在参考图1和图2,大体表示为11的低温颗粒收集设备包括容纳有旋风器13的支撑元件12,该旋风器具有大体表示为14的进气装置和大体表示为15的出气装置。
出气装置15包括设置在支撑元件12中的腔室16、17,它们通过管19连接旋风器主体13和孔18。一个腔室16包括一充气室,而另一个腔室容纳电机驱动鼓风机20,该鼓风机使来自进气装置14的空气通过旋风器主体13朝向孔18运动。
进气装置14包括具有环形狭缝22的可拆卸的菱形元件21。狭缝22允许进入连接管23(该连接管23连接菱形元件21和锥形管24)中的空气进入旋风器主体13。该锥形管24和连接管23通过螺母和螺钉结构相连。
支撑元件12也容纳有多个蠕动泵25,这些泵与第一储存器26和第二备用储存器27流体相通。第一储存器26容纳水性缓冲溶液,该溶液通过管道28和入口管28a供应至在旋风器主体13正上方的连接管23中的气流中,并且从旋风器主体13返回储存器26。尽管采样收集是循环的以生成用于分析的更浓缩的样本,但是该系统在管道28中包括一T型接头,以使得包含样本的缓冲剂的一部分可被收集第二储存器27中作为备用样本。
支撑元件12设置在刚性的箱容器29中,且具有可拆卸板或盖元件(未示出)。箱29在其顶部具有孔,以允许进气装置14的连接管23从箱19退出。
具有居中设置的圆形孔(未示出)的黄铜加热块30设置成,当菱形元件21被拆除时其通过在管23的顶部滑动而与进气装置14的连接管23的一部分接触。加热块30包括类似于现有技术中已知的加热元件的结构。加热块30的底面与设置在箱29的上壁的上表面上的绝热垫31接触,该绝热垫具有居中设置的圆形孔。该加热块通过螺钉32固定在盒29的顶部,该螺钉与设置在顶部中的环形孔周围的螺纹孔接合。进气装置14的连接装置23的上部分通过绝热材料33隔热。该加热元件通过配电模块34与交流电源相连。
具有温度设定控制的恒温控制器35(未在图2中示出)也安装在箱29的下表面上。该恒温控制器35与温度传感器36相连,该温度传感器设置成监测退出旋风器主体13的空气的温度。恒温控制器35根据由温度传感器36感测到的退出旋风器的空气温度是高于还是低于选定温度,而控制由加热块30对进气装置14的连接管23的加热。
将另一具有温度设定控制的恒温控制器37安装在箱壁的内表面上。该恒温控制器包括一监测在箱29中的空气温度的温度传感器。现在参照图3,恒温控制器37通过配电模块34与设置在箱29的相对壁内的鼓风机38相连(未示出)。鼓风机38允许周围空气进入箱29中以及加热的空气退出箱29。该鼓风机38为设置在窗户中的一般类型。当温度传感器感测到所捕获空气的温度高于选定的温度设置时,由恒温控制器37致动鼓风机38。
下面通过参照附图中的图3a和3b以及如下示例来说明根据本发明的设备的操作。
示例1使图1的设备的加热块从其电源断开。使旋风器在-3℃的环境温度下操作,并且监测壳体中空气(由旋风器电机加热)的温度。发现所封空气的温度为20℃,并且储存器中的水没有冻结。然而,喷射到旋风器主体中的水在与引入空气接触时冻结。
示例2将图1的设备的加热块与其电源重新连接,但是断开第一控制装置。使旋风器在冻结点以上的温度下操作,并且监测周围环境温度和旋风器主体内的温度。在运行5分钟之后,发现旋风器主体内的温度高于周围环境温度大约10℃。
示例3使图1的设备在0到-4℃周围环境温度下在可移动的野外实验室中操作约1小时,且断开第一控制装置。监测壳体中空气的温度。发现加热块防止了在旋风器主体中形成冰,而发现第二控制装置将壳体中空气的温度保持低于25℃。
示例4使图1的设备(没有储存器)适应在-9℃的环境温度下气候测试腔室的气候。当设备的温度与周围环境温度完全平衡时,旋风器被起动。监测进气管和加热块的温度以及退出旋风器的空气和壳体中空气的温度。大约15分钟之后,壳体中空气的温度上升大约15℃。将储存器安装在该设备上并且开始连续采样。
图2和图3表示在采样期间加热块温度、进气管温度、壳体中温度和在旋风器中空气温度的变化。发现加热块和控制装置在2小时的时间段内将退出旋风器的空气的温度保持在10到13℃。由于壳体的开口而引起壳体的温度突然下降(图2),从而安置更多的收集流体。应注意,防止在壳体中过热的第二控制装置在运行期间并未起动,所封空气的温度未超过24℃。
示例5使图1的设备(没有储存器)适应在-12℃的环境温度下气候测试腔室的气候。当设备的温度与周围环境温度完全平衡时,旋风器被起动。大约15分钟之后,壳体中空气的温度上升大约15℃。将储存器安装在该设备上并且开始连续采样。图3表示在超过30分钟的采样期间退出旋风器的空气和所封空气的温度变化。应注意,第二控制装置在运行期间并未起动,所封空气的温度未超过24℃。
下面参照图4和图5,用于与图1中所示相似的设备的优选加热块包括四个大体为矩形的黄铜部分39。
每个部分39的上表面包括彼此相对设置且沿着其纵向长度延伸的凸起部分40。凸起部分40的相对侧表面和所述侧表面之间的一部分上表面一起限定了用于接触进气管23的、居中设置的半圆柱形表面41。
每个部分39的侧表面都设有用于接收点火棒(未示出)的纵向延伸的孔43。邻近凸起部分40的上表面和下表面限定了大致矩形的侧部分44,其中设有多个用于接收螺钉元件46的孔45,以将各个部分39固定在一外壳上。
大体表示为47的外壳包括两个铰接的、大致矩形的箱元件48,每个元件都设有限定了纵向通道49和用于接收部分39的侧部分44的腔室的表面。各个箱元件48的接触侧部分44的表面都设有螺纹孔,这些螺纹孔允许螺钉元件46通过以对其进行紧固。
每个箱元件48的纵向外侧表面都装配有设置在每一端部处或附近的螺钉夹紧装置50(未示出螺钉)。外壳47的闭合和夹紧装置50的紧固确保了每个加热部分39的半圆柱形表面彼此相对,并且与进气管23的外周表面接触。
图6a表示在类似于图1的设备中冷却周围环境空气期间在旋风器主体中空气温度的变化。加热块包括上述的单个圆柱形块(纵向长度为130mm,质量为3.8kg,四个额定功率为235W的点火棒),并且热控制装置响应基于普通双金属片热电偶的单个温度传感器。
图6b表示在类似于图1的设备中冷却周围环境空气期间在旋风器主体中空气温度的变化。加热块包括四个上述加热部分39(纵向长度为230mm,质量约为10kg,八个额定功率110W的点火棒),并且热控制装置响应于包括输出电压热电偶(如前所述)的更敏感的温度传感器。
该设备以从500到800L/min范围内基本相同的流速操作,并且每个温度传感器都监测退出旋风器主体的空气的温度。如从图6a可以看出,即使当周围环境空气的温度近似不变(下面的线)时,旋风器主体中的空气温度(上面的线)也具有明显的温度波动。通过对比,如从图6b可以看出,更长的加热块和更敏感的温度传感器导致旋风器主体中的空气温度(上面的线)不变,即使在周围环境温度下降(至-16℃)的情况下也是如此。
权利要求
1.一种从空气收集颗粒的设备,其包括具有进气装置和出气装置的旋风器;保持气流从中经过的装置;以及将收集流体从储存器输送至从旋风器中的空气流分离的颗粒的装置,其中所述进气装置与用于加热所引入空气的装置相关联。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述加热装置与所述进气装置的外表面的至少一部分热接触。
3.根据权利要求2所述的设备,其特征在于,所述加热装置包括具有一个或多个加热元件的加热块。
4.根据权利要求3所述的设备,其特征在于,所述加热块被构造成夹紧在或滑动到所述进气装置上。
5.根据权利要求3或4所述的设备,其特征在于,所述加热块包括金属或金属合金。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,所述加热装置与控制装置相关联,该控制装置响应于感测进入或退出旋风器的空气温度的感测装置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备,其特征在于,还包括封装所述旋风器主体和/或所述储存器的壳体装置。
8.根据权利要求7所述的设备,其特征在于,所述壳体装置包括具有闭合装置的刚性容器。
9.根据权利要求7或8所述的设备,其特征在于,所述壳体装置包括通风装置。
10.根据权利要求9所述的设备,其特征在于,所述通风装置包括放热孔。
11.根据权利要求9或10所述的设备,其特征在于,所述通风装置还包括一鼓风机。
12.根据权利要求11所述的设备,其特征在于,所述鼓风机与响应于所述感测装置的第二控制装置相关联,该感测装置感测在所述壳体装置中的温度。
13.一种用于加热进气管的加热块组件,其包括多个加热块部分,其在其上表面中包括半圆柱形表面;和安装装置,其用于将所述加热块部分安装在进气管上,其中,该安装装置包括铰接的箱元件,该箱元件限定了用于接收所述部分的装置,从而该箱元件的闭合使得每个部分的半圆柱形表面与所述进气装置的外表面接触。
14.根据权利要求13所述的组件,其特征在于,所述安装装置包括在所述进气管上固定所述组件位置的螺钉夹紧装置。
15.一种基本参照并如附图所示的如上描述的设备。
全文摘要
用于从空气收集颗粒的改进设备包括具有进气装置和出气装置的旋风器;保持气流从中经过的装置;以及将收集流体从储存器输送到从旋风器中的空气流分离的颗粒的装置,其中所述进气装置与用于加热引入空气的装置相关联。该设备可选择地设有用于捕获热的壳体装置,该设备防止了收集流体在接近且甚至低于0℃的温度下冻结。
文档编号B04C11/00GK1738681SQ200480002488
公开日2006年2月22日 申请日期2004年1月21日 优先权日2003年1月21日
发明者威廉姆·亨特·西蒙兹, 大卫·詹姆斯·斯奎勒尔, 奈杰尔·帕特里克·波默罗伊, 马丁·约翰·拜里 申请人:英国国防部

推荐颗粒收集设备的制作方法的相关内容如下: