本發(fā)明涉及大氣顆粒物荷電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米級(jí)顆粒物高效荷電裝置及方法。

背景技術(shù)：

對(duì)于基于顆粒物電遷移特性的粒譜分析儀器，獲得顆粒物的已知電荷分布是進(jìn)行粒徑分級(jí)的前提。但由于大氣中顆粒物的多樣性和復(fù)雜性，模型分析結(jié)果與顆粒物實(shí)際荷電狀況往往差別很大，因此，需要借助于顆粒物荷電器對(duì)顆粒物進(jìn)行重新荷電。通常情況下，顆粒物的荷電效率隨顆粒物粒徑的減小而不斷降低，尤其對(duì)于納米級(jí)超細(xì)顆粒物，實(shí)現(xiàn)有效荷電更加困難。現(xiàn)有的大氣細(xì)顆粒物高效荷電裝置，是通過引入遷移電極，將自由電荷輸送至顆粒物荷電區(qū)，該裝置雖然大大降低荷電腔體內(nèi)部的高壓靜電吸附損失，提高了大氣細(xì)顆粒物的荷電效率；但由于放電針直接暴露在空氣中，這樣很容易導(dǎo)致放電針上有粒子沉積，影響放電針的電離效率，需要定期清理或者更換才能繼續(xù)使用。除此之外，現(xiàn)有荷電裝置中的離子流和樣氣流的方向一樣，很多顆粒物直接隨著氣流直接從出口流出，沒有和離子接觸完成顆粒物的荷電過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種納米級(jí)顆粒物高效荷電裝置及方法，該裝置及方法能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)顆粒物的高效荷電。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種納米級(jí)顆粒物高效荷電裝置，包括同軸設(shè)置的高壓電極、放電針、外套筒和外殼；

所述外殼包括內(nèi)部設(shè)有空腔的外殼本體、設(shè)置在外殼本體頂部且與空腔相連通的樣氣進(jìn)口、設(shè)置在外殼本體頂部的接地電極、設(shè)置在外殼本體中下段且與空腔相連通的荷電顆粒物出口以及開設(shè)在外殼本體底部的第一開口；

所述外套筒的中上段通過第一開口伸入到空腔內(nèi)；所述外套筒包括內(nèi)部設(shè)有放電腔室的外套筒本體、開設(shè)在外套筒本體頂部的離子噴射口、設(shè)置在外套筒本體下端且與放電腔室相連通的潔凈空氣進(jìn)口、設(shè)置在外套筒本體下端外壁上的牽引電極以及開設(shè)在外套筒本體底部的第二開口；

所述高壓電極的中上段和安裝在高壓電極頂部的放電針均位于放電腔室內(nèi)，高壓電極的下端與高壓電源相連。

進(jìn)一步的，所述放電腔室的上端為圓臺(tái)狀，下端為圓柱狀。

進(jìn)一步的，所述外套筒與第一開口之間設(shè)有絕緣環(huán)；所述絕緣環(huán)采用聚四氟乙烯材質(zhì)。

進(jìn)一步的，所述高壓電極的下端通過絕緣套筒安裝在第二開口處；所述絕緣套筒采用聚四氟乙烯材質(zhì)。

進(jìn)一步的，所述外殼本體、外套筒本體、樣氣進(jìn)口和潔凈空氣進(jìn)口均采用不銹鋼材質(zhì)。

進(jìn)一步的，所述絕緣套筒與外套筒之間設(shè)有密封圈。

進(jìn)一步的，所述放電針采用鎢材質(zhì)。

進(jìn)一步的，所述高壓電極、牽引電極和接地電極均采用銅材質(zhì)。

本發(fā)明還涉及一種上述納米級(jí)顆粒物高效荷電裝置的荷電方法，該方法包括以下步驟：

（1）潔凈空氣流由潔凈空氣進(jìn)口進(jìn)入到放電腔室中；

（2）通過高壓電源將高壓電極的端部接入高壓，放電針的尖端產(chǎn)生尖端放電，從而使進(jìn)入到放電腔室中的潔凈空氣流發(fā)生電離，產(chǎn)生大量的離子；

（3）將牽引電極的端部接入牽引電壓，在外殼的空腔中形成牽引電場(chǎng)；

（4）在未被電離的潔凈空氣流的推動(dòng)下，放電腔室中的離子通過離子噴射口進(jìn)入到外殼的空腔中，并且在牽引電場(chǎng)的作用下，離子加速向上運(yùn)動(dòng)；

（5）樣氣由樣氣進(jìn)口進(jìn)入到外殼的空腔中；

（6）在外殼的空腔中，離子和樣氣發(fā)生碰撞，離子附著在樣氣中的顆粒物上，使顆粒物帶電，從而得到帶電顆粒物；

（7）在樣氣氣流的作用下，帶電顆粒物由荷電顆粒物出口流出。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明將潔凈的空氣通入到放電腔室中，且通過對(duì)樣氣流量及潔凈空氣流流量進(jìn)行設(shè)置，使樣氣不會(huì)進(jìn)入到放電腔室中，從而使放電針不會(huì)被污染，保證了放電的穩(wěn)定性，使本發(fā)明所述的荷電裝置可以長(zhǎng)期工作。本發(fā)明通過將放電腔室和樣氣與離子結(jié)合的腔室隔開，保證放電針不會(huì)被污染，確保放電的穩(wěn)定性，從而保證離子濃度的穩(wěn)定性。

（2）本發(fā)明通過使樣氣從整個(gè)裝置的頂部通入，使?jié)崈艨諝饬髟跇託馔ㄈ肟谙路降姆烹娗皇抑邪l(fā)生電離，從而使?jié)崈艨諝饬麟婋x后產(chǎn)生的正負(fù)離子和樣氣中顆粒物發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而發(fā)生碰撞。而且本發(fā)明通過引入牽引電場(chǎng)，加速正負(fù)離子的運(yùn)動(dòng)，可以增加離子和顆粒物碰撞的機(jī)會(huì)，提高顆粒物的荷電效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中納米級(jí)顆粒物高效荷電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：

1、高壓電極，2、絕緣套筒，3、外套筒，4、牽引電極，5、放電針，6、荷電顆粒物出口，7、外殼，8、接地電極，9、絕緣環(huán)，10、樣氣進(jìn)口，11、潔凈空氣進(jìn)口，12、密封圈。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

如圖1所示的一種納米級(jí)顆粒物高效荷電裝置，包括同軸設(shè)置的高壓電極1、放電針5、外套筒3和外殼7。

所述外殼7包括內(nèi)部設(shè)有空腔的外殼本體、設(shè)置在外殼本體頂部且與空腔相連通的樣氣進(jìn)口10、設(shè)置在外殼本體頂部的接地電極8、設(shè)置在外殼本體中下段且與空腔相連通的荷電顆粒物出口6以及開設(shè)在外殼本體底部的第一開口。

所述外套筒3的中上段通過第一開口伸入到空腔內(nèi)。所述外套筒3包括內(nèi)部設(shè)有放電腔室的外套筒本體、開設(shè)在外套筒本體頂部的離子噴射口、設(shè)置在外套筒本體下端且與放電腔室相連通的潔凈空氣進(jìn)口11、設(shè)置在外套筒本體下端外壁上的牽引電極4以及開設(shè)在外套筒本體底部的第二開口。牽引電極的引入可以加速離子的運(yùn)動(dòng)，從而增加離子和顆粒物碰撞的機(jī)會(huì)，使顆粒物更容易帶上電。

所述高壓電極1的中上段和螺紋連接在高壓電極1頂部的放電針5均位于放電腔室內(nèi)，高壓電極1的下端與高壓電源相連。

進(jìn)一步的，所述放電腔室的上端為圓臺(tái)狀或圓錐狀，下端為圓柱狀。通過將放電腔室的上端設(shè)計(jì)為圓臺(tái)狀或圓錐狀，能夠使氣流出口處的直徑由大逐漸變小，加速離子運(yùn)動(dòng)的速度。

進(jìn)一步的，所述外套筒3與第一開口之間設(shè)有絕緣環(huán)9；所述絕緣環(huán)9采用聚四氟乙烯材質(zhì)。

進(jìn)一步的，所述高壓電極1的下端通過絕緣套筒2安裝在第二開口處；所述絕緣套筒2采用聚四氟乙烯材質(zhì)。絕緣套筒將高壓電極和外套筒隔開，保證外套筒絕緣，操作安全。

進(jìn)一步的，所述外殼本體、外套筒本體、樣氣進(jìn)口10和潔凈空氣進(jìn)口11均采用不銹鋼材質(zhì)。

進(jìn)一步的，所述絕緣套筒2與外套筒3之間設(shè)有密封圈12。

進(jìn)一步的，所述放電針5采用鎢材質(zhì)。

進(jìn)一步的，所述高壓電極1、牽引電極4和接地電極8均采用銅材質(zhì)。

本發(fā)明還涉及一種上述納米級(jí)顆粒物高效荷電裝置的荷電方法，該方法包括以下步驟：

（1）潔凈空氣流以每分鐘0.5升的流量由潔凈空氣進(jìn)口進(jìn)入到放電腔室中；

（2）通過高壓電源將高壓電極的端部接入5千伏正或負(fù)高壓，放電針的尖端產(chǎn)生尖端放電，從而使進(jìn)入到放電腔室中的潔凈空氣流發(fā)生電離，產(chǎn)生大量的正或負(fù)離子；

（3）將牽引電極的端部接入20伏牽引電壓，在外殼上端的空腔中形成牽引電場(chǎng)；

（4）在未被電離的潔凈空氣流的推動(dòng)下，放電腔室中的正或負(fù)離子通過離子噴射口進(jìn)入到外殼上端的空腔中，并且在牽引電場(chǎng)的作用下，正或負(fù)離子加速向上運(yùn)動(dòng)；

（5）樣氣以每分鐘1.5升的流量由樣氣進(jìn)口進(jìn)入到外殼的空腔中；

（6）在外殼的空腔中，正或負(fù)離子和樣氣以相反的方向發(fā)生碰撞，正或負(fù)離子附著在樣氣中的顆粒物上，使顆粒物帶上正電或負(fù)電，從而得到帶電顆粒物。通過對(duì)潔凈空氣流的流量進(jìn)行設(shè)置，能夠確保樣氣不會(huì)進(jìn)入到絕緣套筒上端的圓臺(tái)狀放電腔室中，確保放電針不會(huì)被污染。

（7）在樣氣氣流的作用下，帶電顆粒物由荷電顆粒物出口流出。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。