專利名稱：將含有微粒的氣流分離成微粒部分和無微粒氣流部分的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總體上，本發(fā)明涉及含有微粒的氣體，更具體地，涉及到用于 將含有孩i粒的氣流分離成纟敖粒部分和基本上無孩i粒部分的方法和 設(shè)備。在本發(fā)明的某些實施例中，該分離允許對無微粒氣流部分進 4亍組分分沖斤。例如U旦不局限于)，本發(fā)明的構(gòu)想可以應(yīng)用于煙道 取樣或者其中氣流中的微?？赡茉谀承┓矫嬗绊憣饬髦兴P(guān)心 組分進行分析的其它過程分析測量。
背景技術(shù)：
在煙道取樣的情況下，這些所關(guān)心組分可能包括(但不局限于)
單質(zhì)7，、汞產(chǎn)品、石西、石西產(chǎn)品、石中、石中產(chǎn)品、4禹、4禹產(chǎn)品、^g、 4& 產(chǎn)品、含碳化合物、C6o、 C6q的同分異構(gòu)體和書于生物、二氧化碳、 一氧化碳、含硫化合物、二氧化石克、硫酸、含氮化合物、NOx、 NO、 N02、氨、氨基化合物以及其它煙道氣流產(chǎn)物或污染物質(zhì)。在流程 分析測量的更通常的情況下(包括煙道取樣)，設(shè)想基本上無樣i粒 的氣流部分可被引至多種分析儀器，包括(但不局限于)FTIR和 uv儀、氣相色譜儀、高分辨率質(zhì)譜儀、原子吸收分光光度計、發(fā) 射光諳儀、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜 儀、冷原子熒光光譜儀、伽馬能語儀，等。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的 一個實施例，提供了 一種用于將含有微粒的氣流 分離成微粒部分和基本上無微粒氣流部分的設(shè)備。該設(shè)備包括樣氣
入口、徑向分離環(huán)、分離吸氣裝置(separation draw )、已分離氣體 出口、旁通引射器(eductor)和旁通氣體出口。徑向分離環(huán)包括限 定在進氣環(huán)孔和排氣環(huán)孔之間的分離環(huán)間隙，并且徑向分離環(huán)凈皮i殳 置成使得從樣氣入口順流而下(downstream)通過旁通引射器到達 旁通氣體出口的樣氣流移動穿過分離環(huán)間隙。徑向分離環(huán)^皮構(gòu)造成 使得進氣環(huán)孔和排氣環(huán)孔相較于分離環(huán)間隙的尺寸相對大，并且使 得進氣環(huán)孔和排氣環(huán)孔沿著樣氣流的方向4皮此靠近地i殳置。分離吸 氣裝置被構(gòu)造成允許樣氣流的穿過分離環(huán)間隙的基本上無微粒部 分從徑向分離環(huán)被吸到已分離氣體出口 。


當結(jié)合附圖來閱讀時，能更好地理解下面對本發(fā)明具體實施例 的詳細描述，附圖中相同的結(jié)構(gòu)用相同的附圖標號表示，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的分離設(shè)備的示意圖，其中，該 設(shè)備包括分離單元和旁通單元；
圖2是根據(jù)本發(fā)明 一 個方面的徑向分離環(huán)的 一 部分的圖示；
圖3是圖1中示出的分離單元的附加示意圖4是根據(jù)本發(fā)明一個方面的旁通引射器的一部分的圖示；以
及
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的分離設(shè)備的示意圖，其中，該 分離設(shè)備設(shè)置在排氣煙道內(nèi)部。
具體實施例方式
首先，參照圖1,其示出了一種用于將含有微粒的氣流分離成
微粒部分和基本無微粒的氣流部分的設(shè)備10。如前所述，微粒物質(zhì) 可能影響給定氣流中目標組分的分析。圖1中示出的分離設(shè)備10 包括樣氣入口 20、徑向分離環(huán)30、分離吸氣裝置40、已分離氣體 出口50、旁通引射器60以及旁通氣體出口 70?？偟膩碚f，這些部 件被構(gòu)造成利用動量(momentum,沖量)將除了極其細微的微粒 外的所有微粒從樣氣流15去除。通常，該分離設(shè)備10的操作是基 于這樣的原理樣氣流15內(nèi)的不期望微粒將具有比待分析的目標 組分更大的慣性(inertia )。
在操作過程中，旁通引射器60引導(dǎo)樣氣流15順著氣流方向從 樣氣入口 20經(jīng)過旁通引射器60到達旁通氣體出口 70。圖1中并未 示出旁通引射器60的細節(jié)，因為考慮到在實施本發(fā)明時可以采用 多種現(xiàn)有的以及將開發(fā)的引射器設(shè)計中的任一種。徑向分離環(huán)30 (其在圖2中更詳細地示出)包括限定在進氣環(huán)孔32和排氣環(huán)孔 34之間的分離環(huán)間隙35,并且該分離環(huán)間隙一皮設(shè)置成使得順流而 下的樣氣流15沿其流向穿過分離環(huán)間隙35到達旁通氣體出口 70。
共同參照圖1和2，分離吸氣裝置被構(gòu)造成使得在操作過程中， 流過分離環(huán)間隙35的才羊氣流15中的基本無微:4立部分乂人徑向分離環(huán) 30被吸走并作為已分離氣流52被引導(dǎo)向已分離氣體出口 50。為了 幫助確保含有微粒的氣流能正確分離成微粒部分和基本無微粒的 氣流部分，徑向分離環(huán)30 ^皮構(gòu)造成偵:得進氣環(huán)孔32和排氣環(huán)孔34 相比于分離環(huán)間隙35的尺寸相對大，并且該進氣環(huán)孔和排氣環(huán)孔 沿著樣氣流15的方向4皮此非常靠近地設(shè)置。更具體i也，徑向分離 環(huán)30凈皮構(gòu)造成4吏得進氣環(huán)孔32、排氣環(huán)孔34以及分離環(huán)間隙35 滿足下列關(guān)系"1500戶
其中，a代表進氣環(huán)孔的橫切于順流而下樣氣流15的尺寸，b 代表排氣環(huán)孔的橫切于順流而下樣氣流15的尺寸，而c代表分離 環(huán)間隙的沿著順流而下樣氣流15的方向的尺寸。
另外，如圖1所示，徑向分離環(huán)30被構(gòu)造成使得經(jīng)過分離環(huán) 間隙35的樣氣流15中的基本無樣"立部分沿著基本上垂直于樣氣流 15的方向被吸走。本申請發(fā)明人已經(jīng)認識到這種結(jié)構(gòu)可使徑向分離 環(huán)附近的渦流最小化，并因此阻礙穿過分離環(huán)30的相對大的、不 期望的孩t粒改變方向。例如H旦并非局限地)，為構(gòu)造以氣流基本 上垂直于樣氣流15為特征的分離環(huán)吸氣裝置，設(shè)想徑向分離環(huán)間 隙35可^皮構(gòu)造成沿著該基本垂直的方向延伸超出進氣環(huán)孔32的邊 界至少約40nm。圖2中詳細地示出了用于促進該類型垂直氣流的 適當結(jié)構(gòu)，圖中示出了分離環(huán)30的進氣側(cè)并且該進氣側(cè)包括環(huán)繞 該進氣環(huán)孑L 32的一個進氣臺面(mesa) 36。
圖1和2還詳細地示出了分離環(huán)30的構(gòu)造。如上所述，徑向 分離環(huán)30 ^皮構(gòu)造成僅:得進氣環(huán)孔32和排氣環(huán)孔34相比于分離環(huán) 間隙35的尺寸相對4交大，并且進氣環(huán)孔和排氣環(huán)孔沿著順流而下 樣氣流15的方向彼此靠近地設(shè)置。例如(但并非局限地)，進氣環(huán) 孔32和排氣環(huán)孔34通常沿著共用軸線(該共用軸線沿著順流而下 樣氣流15的方向延伸)對準，而且分離環(huán)間隙35沿著樣氣流15 的方向的尺寸c可以介于約250pm至約1500jim之間，或者更具體 地，介于約400|am至約800pm之間。進氣環(huán)孑L 32的沖黃切于順流而 下樣氣流15的尺寸a可以介于約3200pim至約9500nm之間，排氣 環(huán)孔34的橫切于順流而下樣氣流15的尺寸b可以約等于進氣環(huán)孔32的橫切于順流而下樣氣流15的尺寸a，或者比進氣環(huán)孔32的尺 寸a大差不多500nm。
i殳想到才艮據(jù)本發(fā)明的分離i殳備可以由兩個單元構(gòu)成，這兩個單 元可以稱為分離單元12和旁通單元14。如圖1所示，分離單元12 包括分離吸氣裝置40，而旁通單元包括旁通引射器60。此外，分 離單元12形成進氣環(huán)孔32，旁通單元14限定排氣環(huán)孔34，而這 兩個單元12、 14的4姿觸面共同形成4圣向分離環(huán)30。
圖3示出了從樣氣入口 20的角度觀察到的分離單元12的詳細 視圖。如圖3所示，分離吸氣裝置40可包括吸氣端口 42、分離引 射器44以及真空端口 46。分離引射器44可以通過設(shè)置與已分離氣 體出口 50和吸氣端口 42連通的稀釋氣體入口 48和定徑噴嘴45而 形成。盡管此處所示出的分離吸氣裝置40包括分離引射器44，但 可構(gòu)想到分離吸氣裝置40可以包括用以產(chǎn)生壓差的任何類型的常 ^L的或者將開發(fā)出的結(jié)構(gòu)，該壓差將4吏得部分才羊氣流15穿過徑向 分離環(huán)30和吸氣端口 42到達已分離氣體出口 50。
如圖l和2所示，吸氣端口 42設(shè)置在徑向分離環(huán)30的延伸體 積部36內(nèi)，以改善吸氣的均勻性?？蓸?gòu)想分離吸氣裝置40可包括 對稱i殳置在徑向分離環(huán)30中的多個吸氣端口，以進一步改善^及氣 的均勻性。還可構(gòu)想到的是，可以在吸氣端口 42中i殳置有螺紋的 且可調(diào)節(jié)的定徑噴嘴43以幫助控制吸入氣體的流速。例如(但并 非局限地)，構(gòu)想可以將分離設(shè)備10構(gòu)造成以約5L/min的速度吸 入約10%的樣氣流15。
旁通單元14包括旁通引射器60，并且還可包括可用于多種目 的的上游和下游旁通單元端口 16、 18。例如，上游和下游旁通單元 端口 16、 18可以與壓差傳感器AP相通以用作文氏流量計。上游旁 通單元端口 16還可用于供應(yīng)啟動時可能〗吏用的凈^匕氣體，或者用于供應(yīng)可能用來校準分離設(shè)備10以及與該設(shè)備一起使用的任何感
應(yīng)或分析設(shè)備的校準氣體。還可構(gòu)想，可以在旁通單元14中設(shè)置
其它端口以容納一個或多個溫度傳感器。盡管上面提到過，在實施
本發(fā)明時可以使用多種引射器設(shè)計，圖4中示出了一種合適的引射 器設(shè)計的一個實例，其包括引射噴嘴62和引射出口 64， 二者均設(shè) 置在形成于旁通單元14內(nèi)的引射腔66內(nèi)。
可將分離i殳備10組裝成進一步包括與本文所述的各個端口相 連通的流量控制系統(tǒng)。例如，在所示出的實施例中，分離設(shè)備10 包括通過引射端口 65與旁通引射器60連通的旁通引射器供應(yīng)系統(tǒng) Sp通過吸氣端口 42與分離吸氣裝置40連通的稀釋氣體供應(yīng)系統(tǒng) S2以及通過真空端口 46與分離吸氣裝置40連通的吸氣真空系統(tǒng) Vi。
在作為氣體分析系統(tǒng)的一部分而操作期間，分離設(shè)備10進一 步可以包括與已分離氣體出口 50直接或間接地連通的氣體分析儀 80。對于煙道耳又才羊應(yīng)用，如圖5所示，樣氣入口 20和旁通氣體出 口 70設(shè)置在排氣煙道90內(nèi)部。探測延伸部100安裝至排氣煙道90 以便沿著包含微粒的排氣流95將樣氣入口 20和旁通氣體出口 70 i殳置在排氣煙囪90的內(nèi)部徑向位置，從而4吏4尋樣氣流15的順流方 向與纟非氣流95的流動方向垂直，盡管如此，才羊氣流的方向也可與 排氣流95的方向齊平?？商鎿Q地，可以將樣氣入口 20和旁通氣體 出口 70設(shè)置在排氣煙道90內(nèi)部之外的轉(zhuǎn)向排氣通路內(nèi)。
應(yīng)當注意，在孩史粒含量4艮高的煙道取樣環(huán)境中，本發(fā)明的各個 方面將特別有利。更具體地，應(yīng)當注意的是，本發(fā)明的各個實施例 將在去除纟效粒樣氣流中的非孩i粒部分方面特別有效，而且通常不必 在已經(jīng)分離的氣流中使用任何過濾件。因此，可利用本發(fā)明的各個 方面以降〗氐監(jiān)控系統(tǒng)和流程分析測量的維護成本。應(yīng)當注意的是，此處對以特定方式"構(gòu)造"或者包含特定性能、 或者通過特定方式發(fā)揮作用的本發(fā)明的部件的描述是對照于預(yù)期 用途描述的結(jié)構(gòu)性描述。更具體地，此處對部件"構(gòu)造"方式的參 考指的是該部件的現(xiàn)有物理狀態(tài)，因此，應(yīng)當理解為對部件的結(jié)構(gòu) 特征的具體描述。
應(yīng)當注意的是，類似"優(yōu)選地"、"通常地"以及"典型地"的 術(shù)語當應(yīng)用于本文中時，并非用于限制所要求的發(fā)明的范圍或者意 指某些特征對所要求保護的發(fā)明的結(jié)構(gòu)或功能是重要的、基本的或 者重大的。相反，這些術(shù)語只是用于表明本發(fā)明一個實施例的特定 方面，或者用來強調(diào)本發(fā)明的特定實施例中可能利用或不利用的替 換的或者附加的特征。
出于描述和限定本發(fā)明的目的，應(yīng)當注意的是，這里l吏用術(shù)語 "基本上"和"約，，來表示可能歸因于任何定量比較關(guān)系、值、尺 寸或其它表示的不確定性的固有程度。此處還4吏用術(shù)語"基本上" 和"約"來代表定量表示在不會導(dǎo)致所述主題的基本功能改變的情 況下可不同于給定參考值的程度。
已經(jīng)參照具體實施例詳細描述了本發(fā)明，將顯而易見的是，在 不背離由本發(fā)明所附權(quán)利要求所限定的范圍的情況下，可以對本發(fā) 明進4于更改和改變。更具體地，盡管此處將本發(fā)明的某些方面確定 為優(yōu)選的或者特別有利的，但可構(gòu)想，本發(fā)明并不必然局限于本發(fā) 明的這些伊二選方面。
權(quán)利要求
1.一種用于將含有微粒的氣流分離成微粒部分和基本無微粒的氣流部分的設(shè)備，所述設(shè)備包括樣氣入口、徑向分離環(huán)、分離吸氣裝置、已分離氣體出口、旁通引射器以及旁通氣體出口，其中所述徑向分離環(huán)包括限定在進氣環(huán)孔和排氣環(huán)孔之間的分離環(huán)間隙，并且所述徑向分離環(huán)被設(shè)置成使得從所述樣氣入口順流而下移動經(jīng)過所述旁通引射器到達所述旁通氣體出口的樣氣流穿過所述分離環(huán)間隙；所述徑向分離環(huán)被構(gòu)造成使得所述進氣環(huán)孔、所述排氣環(huán)孔以及所述分離環(huán)間隙滿足下列關(guān)系b≥a≥2c，c≤1500μm其中，a代表所述進氣環(huán)孔的橫切于順流而下的樣氣流的尺寸，b代表所述排氣環(huán)孔的橫切于順流而下的樣氣流的尺寸，而c代表所述分離環(huán)間隙的沿著順流而下的樣氣流的方向的尺寸；并且所述分離吸氣裝置被構(gòu)造成允許移動穿過所述分離環(huán)間隙的樣氣流中的基本上無微粒的部分從所述徑向分離環(huán)被吸到所述已分離氣體出口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離設(shè)備，其中，所述徑向分離環(huán)#:構(gòu) 造成使得移動穿過所述分離環(huán)間隙的樣氣流中的基本上無微 粒的部分沿著基本上垂直于所述才羊氣流的方向^皮吸走。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分離設(shè)備，其中，所述徑向分離環(huán)間隙約40i^m，以1更構(gòu)造一分離環(huán)吸氣裝置，所述分離環(huán)吸氣裝置 的特征在于具有基本上垂直于所述樣氣流的 一 氣流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離設(shè)備，其中，所述分離環(huán)間隙沿著 順流而下的沖羊氣流的方向的尺寸c介于約400|im至約800|am之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離設(shè)備，其中，所述進氣環(huán)孔的橫切 于順流而下的樣氣流的尺寸a介于約3200|am至約9500|_im之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離設(shè)備，其中，所述排氣環(huán)孔的橫切 于順流而下的樣氣流的尺寸b比所述進氣環(huán)孔的橫切于順流 而下的才羊氣;危的尺寸a大差不多80|am。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離設(shè)備，其中所述分離環(huán)間隙沿著順流而下的樣氣流方向的尺寸c介 于約400拜至約800拜之間；所述進氣環(huán)孔的橫切于順流而下的樣氣流的尺寸a介于 約3200拜至約9500拜之間；所述排氣環(huán)孔的4黃切于順流而下的樣氣流的尺寸b比所 述進氣環(huán)孔的4黃切于順流而下的樣氣流的尺寸a大差不多 80拜。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離設(shè)備，其中，所述進氣環(huán)孔和所述 4非氣環(huán)孔沿著 一 共用軸線只于準，所述共用軸線沿著順流而下的 才羊氣流的方向延伸。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離設(shè)備，其中所述分離設(shè)備包括分類單元和旁通單元；所述分離單元包括所述分離吸氣裝置；所述旁通單元包括所述旁通引射器；以及所述分離單元和所述旁通單元4妄合以共同形成所述徑向 分離環(huán)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的分離設(shè)備，其中，所述分離單元限定所 述進氣環(huán)孔，而所述旁通單元限定所述排氣環(huán)孔。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離設(shè)備，其中，所述分離吸氣裝置包 括位于所述徑向分離環(huán)中的至少 一 個吸氣端口 。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的分離設(shè)備，其中，所述吸氣端口設(shè)置 在所述徑向分離環(huán)的 一延伸體積部上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離設(shè)備，其中，所述分離吸氣裝置包 括對稱地i殳置在所述徑向分離環(huán)中的多個吸氣端口 。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離設(shè)備，其中，所述分離吸氣裝置包 括分離引射器、真空端口以及與所述已分離氣體出口連通的稀 釋氣體入口。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離設(shè)備，其中，所述分離設(shè)備進一步 包括流量控制系統(tǒng)，所述流量控制系統(tǒng)包括與所述旁通引射器 連通的旁通引射器供應(yīng)系統(tǒng)Si以及與所述分離吸氣裝置連通 的吸氣真空系統(tǒng)Vj。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的分離設(shè)備，其中，所述流量控制系統(tǒng) 進一步包括與所述分離吸氣裝置連通的稀釋氣體供應(yīng)系統(tǒng)S2。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的分離設(shè)備，其中，所述流量控制系統(tǒng) 進一 步包括與所述分離吸氣裝置的下游流體端口連通的壓差傳感器。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的分離設(shè)備，其中，所述流量控制系統(tǒng) 進一步包括與所述分離吸氣裝置的下游流體端口連通的4交準 或凈^b氣源。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離設(shè)備，其中，所述分離設(shè)備進一步 包括與所述已分離氣體出口連通的氣體分析4義。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離設(shè)備，其中，所述樣氣入口和所述 旁通氣體出口"i殳置在一排氣煙道的內(nèi)部。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的分離設(shè)備，其中，所述分離設(shè)備進一 步包括安裝至所述排氣煙道的探測延伸部，以^^將所述樣氣入 口和所述旁通氣體出口i殳置在所述排氣煙道的內(nèi)部徑向位置處。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離設(shè)備，其中，所述樣氣入口和所述 旁通氣體出口設(shè)置在一排氣煙道的內(nèi)部之外的一轉(zhuǎn)向排氣通 路內(nèi)。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種用于將含有微粒的氣流分離成微粒部分和基本上無微粒的氣流部分的設(shè)備。該設(shè)備包括樣氣入口、徑向分離環(huán)、分離吸氣裝置、已分離氣體出口、旁通引射器和旁通氣體出口。徑向分離環(huán)包括限定在進氣環(huán)孔和排氣環(huán)孔之間的分離環(huán)間隙，并且徑向分離環(huán)被設(shè)置成使得從樣氣入口順流而下通過旁通引射器到達旁通氣體出口的樣氣流穿過分離環(huán)間隙。徑向分離環(huán)被構(gòu)造成使得進氣環(huán)孔和排氣環(huán)孔比分離環(huán)間隙的尺寸相對大，并且使得該進氣環(huán)孔和排氣環(huán)孔沿著樣氣流的方向彼此非常靠近地設(shè)置。分離吸氣裝置被構(gòu)造成允許樣氣流的移動穿過分離環(huán)間隙的基本上無微粒部分從徑向分離環(huán)被吸到已分離氣體出口。
文檔編號B01D46/00GK101583409SQ200780047549
公開日2009年11月18日 申請日期2007年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者T·保羅·史密斯, 戴維·J·伯克, 湯姆·A·鮑德溫, 羅伯特·T·麥克雷, 艾倫·L·巴迪 申請人:帕瑪普樂有限責任公司