[发明专利]一种在不同环境下针对微纳米级气溶胶的取样测量装置

说明书

本发明提供一种针对微纳米级气溶胶的取样测量装置，主要包含气溶胶取样系统、高温蒸发系统、低温冷凝系统和过滤取样系统，系统采用金属纤维滤膜作为气溶胶取样材料，同时利用了正丁醇蒸汽及水蒸汽在气溶胶周围冷凝时会造成气溶胶粒径增加的现象，提高了金属纤维滤膜对气溶胶的去除效率，基于此可以实现对来流气体中不同粒径颗粒全部捕获的能力，此装置能够适用于不同压力、温度、湿度条件下的监测环境，而且可以满足在石油工程、热能工程、冶铁、汽车等领域中，为不同环境条件下的气溶胶分析技术提供测量基础。

技术领域

本发明涉及一种在不同环境下针对微纳米级气溶胶取样测量装置，主要适用于在不同复杂热工环境条件下对微纳米级气溶胶颗粒质量浓度的准确测量。

背景技术

随着世界能源短缺和环境污染问题的日益加重，新型清洁能源逐渐开始代替传统能源，而核能则是其中利用程度较高的能源。但是由于其存在一定的危险系数使得核电厂设置有多道安全屏障，而核电站安全壳是防止放射性产物释放到环境的最后一道屏障，在发生严重事故时，水蒸汽的大量产生会导致安全壳内的温度和压力会逐渐升高，并最终形成高温、高压、高湿度及强辐射的大空间环境，而安全壳内的放射性物质大部分以气溶胶的形式存在，为了对放射性威胁进行合理的评估，需要对安全壳内的气溶胶浓度进行准确预测。因此，目前世界各国都在积极开展反应堆严重事故条件下的安全壳放射性源项行为研究，研究过程中首先需要构造一个与实际情况相似的高温、高压、高湿度环境，然后利用可靠的测量技术，对复杂热工环境下的气溶胶浓度进行在线测量，进而评估气溶胶的迁移和沉降行为，如何保证对在此条件下的气溶胶浓度进行准确测量是实验的关键。

现有的较为准确的针对气溶胶的测量方法为光学粒子计数器、凝结核粒子计数器等在线测量设备以及滤膜过滤器等离线测量设备，但是由于大部分在线测量装置的适用范围受限，无法在高温高压环境下工作，所以在核设施及高温高压条件下常使用滤膜过滤器作为气溶胶的取样测量设备。针对高放射性等极端危险环境，专利号200620113 189.6提出了一种气溶胶取样测量装置，采用气溶胶滤纸对气溶胶进行取样，并采用自动进样的方式利用探测器对滤纸上的气溶胶放射性进行检测，全程采用离线工作的方式；专利号20151094124 0.6提出的一种步进式大流量气溶胶取样装置，在上述基础上改进了取样装置，提高了工作流量的范围；专利号201810477664.5提出的一种新型放射性气溶胶实时采样测量装置及其测量方法，以滤膜作为气溶胶取样基础提出了一种一体式实时检测装置，提高了设备安全性。上述设计均是以常规核设施的放射性检测为背景，所以没有考虑在高温高压及高湿度条件下的工作问题。而专利号201620459699.2提出的一种防酸性物质腐蚀的放射性气溶胶连续监测装置，在滤膜取样测量的基础上加入了除湿装置及吹扫装置，减少了由于样本气体对设备的损伤，但是除湿装置的添加也造成了一定的气溶胶损失，影响了测量精度。专利号20172061808 7.8提出了一种高温高压用气溶胶取样系统，其维持整个系统在高温高压条件下，并采用滤膜作为气溶胶取样装置，在系统后端进行降温降压处理，减少了气溶胶的损失。但是由于滤膜规格的不同，其针对不同尺寸气溶胶的过滤效果也不尽相同，比如针对微米级气溶胶设计的滤膜对纳米级气溶胶的过滤能力有一定的局限，其会影响测量精度。

本发明提出一种在不同环境下针对微纳米级气溶胶的取样测量装置，主要包含气溶胶取样系统、高温蒸发系统、低温冷凝系统和过滤取样系统，系统采用金属纤维滤膜作为气溶胶取样材料，同时利用了正丁醇蒸汽及水蒸汽在气溶胶周围冷凝时会造成气溶胶粒径增加的现象，提高了金属纤维滤膜对气溶胶的去除效率，基于此可以实现对来流气体中不同粒径颗粒全部捕获的能力，此装置能够适用于不同压力、温度、湿度条件下的监测环境，而且可以满足在石油工程、热能工程、冶铁、汽车等领域中，为不同环境条件下的气溶胶分析技术提供测量基础。

发明内容

本发明的目的是设计满足复杂热工环境且针对微纳米级气溶胶的高效取样测量装置，可适用于较为宽泛的实验条件，并实现对不同领域、不同实验工况条件下气溶胶浓度的取样测量功能。