Aparato para monitorizar las partículas de un aerosol.

Un aparato (1) para monitorizar partículas en un canal (11) o un espacio que comprende aerosol,

comprendiendo el aparato (1):

- un inyector (24);

- una alimentación (6, 16, 18, 19) de gas dispuesta para suministrar un flujo (C) de gas ionizado esencialmente libre de partículas al inyector (24);

- una disposición (2) de entrada de muestra dispuesta para proporcionar un flujo (A) de aerosol de muestra desde el canal (11) o el espacio hacia el inyector (24) por medio de una succión proporcionada por la alimentación (6, 16, 18, 19) de gas y el inyector (24) para cargar al menos una fracción de las partículas del flujo (A) de aerosol de muestra,

- un captador (12) de iones para eliminar iones que no están unidos a las partículas del flujo (J) del inyector descargado desde el inyector (24),

caracterizado por que

- el captador (12) de iones en forma de cable de captación se extiende al menos parcialmente hacia el interior del inyector (24).

Aparato para monitorizar las partículas de un aerosol Campo de la invención La presente invención se refiere a un aparato para monitorizar partículas, y más particularmente a un aparatos según se define en el preámbulo de la reivindicación independiente 1.

Antecedentes de la invención En muchos procesos industriales y procesos de combustión se forman partículas que tienen un diámetro fijo. Existen diferentes motivos por los que se miden estas partículas finas. Las medidas en las partículas finas deben llevarse a cabo debido a sus potenciales efectos en la salud y también para monitorizar el funcionamiento de procesos industriales y procesos de combustión, tales como el funcionamiento de motores de combustión, especialmente motores diésel. Otro motivo para monitorizar las partículas finas es el aumento del uso y fabricación de partículas de tamaño nanométrico en procesos industriales. Por los motivos anteriores, existe una necesidad de equipos y métodos para la medida fiable de partículas finas.

Un método y aparato de la técnica anterior para medir partículas finas se describe en el documento WO2009109688A1. En este método de la técnica anterior se suministra gas limpio, esencialmente libre de partículas, al aparato y se dirige como un flujo de fluido motriz a través de una cámara de entrada a un inyector dispuesto dentro del aparato. El gas limpio es además ionizado antes y durante su suministro al interior de la cámara de entrada. El gas limpio ionizado puede preferiblemente ser alimentado al inyector a una velocidad sónica o cercana a la misma. La ionización del gas limpio puede llevarse a cabo por ejemplo utilizando un cargador de corona. La cámara de entrada está dotada además de una entrada de muestra dispuesta en comunicación fluida con un canal o un espacio que comprende un aerosol que tiene partículas finas. El flujo de fluido motriz (es decir, el flujo de gas limpio) provoca una succión en la entrada de muestra de modo que se forma un flujo de aerosol de muestra desde el conducto o el espacio hacia la cámara de entrada. El flujo de aerosol de muestra constituye así un flujo lateral hacia el inyector. El gas limpio ionizado carga al menos una fracción de las partículas. Las partículas cargadas pueden ser conducidas de nuevo al conducto o espacio que contiene el aerosol. Las partículas finas de la muestra de aerosol son así monitorizadas mediante la monitorización de la carga eléctrica portada por las partículas cargadas eléctricamente. Los iones libres son extraídos utilizando un captador de iones dispuesto corriente abajo del inyector. Un inyector típico (o bomba de inyector) incluye un cono divergente (o difusor de salida divergente) después de la garganta estrecha para convertir la energía cinética del gas en presión. Esto aumenta el tamaño y tiempo de residencia del gas dentro del inyector. El aumento en el tiempo de residencia ralentiza la respuesta temporal del aparato de medida basado en el método de la técnica anterior (WO2009109688A1) .

Un importante requisito de los aparatos de monitorización de partículas es un funcionamiento fiable de modo que puedan funcionar durante largos períodos de tiempo sin necesitar mantenimiento. En muchas aplicaciones, tales como la monitorización de partículas finas de motores de combustión, también es preferible que el aparato de monitorización pueda ser operado de manera continua para llevar a cabo medidas de partículas finas en tiempo real. Además, en muchos casos los aparatos de monitorización de partículas tienen que ser instalados en sistemas existentes en los que sólo hay un espacio limitado para el aparato de medida de partículas. Normalmente los sistemas industriales, los sistemas de combustión u otros sistemas que comprenden aerosol se diseñan para que sean tan compactos como sea posible. Por tanto, el aparato de medida de partículas finas debe tener un tamaño pequeño. La ventaja del tamaño pequeño, sin embargo, no está restringida sólo al uso de un espacio limitado. Una ventaja más importante del pequeño tamaño es la minimización en la pérdida de partículas en el aparato de medida. Además, un pequeño tamaño permite una respuesta temporal más rápida de la medida debido a un flujo más rápido del gas a través del pequeño volumen de medida.

En muchos casos es importante que los costes de fabricación del aparato sean bajos. Por esta razón, la estructura del aparato no debería ser demasiado compleja de fabricar.

Breve descripción de la invención El objeto de la presente invención es proporcionar un aparato y una disposición que permita superar las desventajas de la técnica anterior. Los objetos de la presente invención se consiguen con un aparato de acuerdo con la parte caracterizadora de la reivindicación 1, cuyo aparato comprende un captador 12 de iones dispuesto como un cable de captación.

Las realizaciones preferidas de la invención se describen en las reivindicaciones dependientes.

La presente invención está basada en la idea de proporcionar un aparato para monitorizar las partículas de un aerosol cargando al menos una porción de las partículas con un gas ionizado esencialmente libre de partículas que se alimenta al inyector y extrayendo los iones que no estén fijados a las partículas sustancialmente corriente abajo

del inyector con un captador de iones conformado como un cable o varilla. El cable del captador de iones puede ser recto o puede estar doblado según una configuración curvada. El cable de captación se extiende al menos parcialmente hacia el interior del inyector. En una realización, el cable de captación se dispone de modo que se extiende al menos parcialmente hacia el interior de la garganta del inyector. Cuando el cable de captación se extiende hacia el interior de la garganta (preferiblemente la parte divergente de la misma) , el captador de iones utiliza las estructuras y volumen interno del inyector. Como resultado, se puede reducir el tamaño total del aparato de medida y el tiempo de residencia del gas de muestra en el sensor. El tiempo de residencia reducido permite una respuesta temporal más rápida del aparato de medida.

Son conocidos captadores de iones basados en cables o varillas como tales. La solicitud de patente estadounidense US2006/0284077 A1, TSI Incorporated, 21/12/2006, describe un instrumento para medir de forma no invasiva la exposición a nanopartículas que incluye un elemento de descarga de corona que genera iones para llevar a cabo la carga por difusión unipolar de un aerosol, seguido de un captador de iones para eliminar el exceso de iones y una porción de las partículas cargadas con movilidad eléctrica por encima de un umbral. Preferiblemente, los elementos con movilidad eléctrica mayor se extraen usando un precipitador electrostático con una estructura tubular eléctricamente conductora que rodea un elemento conductor eléctricamente aislado de la estructura. La publicación, sin embargo, no describe las ventajas que se pueden conseguir utilizando un inyector y por tanto el instrumento puede sufrir pérdida de partículas.

La ventaja de un inyector en un aparato de medida de partículas que está basado en la mediad de la carga eléctrica transportada por partículas es que permite una rápida mezcla de iones y partículas. Un inyector típicamente consiste en tres partes: boquilla de entrada, garganta y difusor de salida divergente. El inventor ha descubierto que mezclar el flujo de fluido motriz y el flujo lateral en un inyector es tan eficiente que en la práctica las partículas son cargadas por los iones transportados por el flujo de fluido motriz a más tardar en la garganta del inyector. Así, el captador de iones utilizado para eliminar el exceso de iones del flujo puede montarse al menos parcialmente dentro del inyector y acortar así considerablemente el camino del flujo y minimizar el tamaño del aparato de monitorización de partículas. Esto también minimiza las pérdidas de partículas en el aparato de medida de partículas y permite una respuesta temporal más rápida del aparato. Preferiblemente, especialmente en el caso de una estructura con simetría cilíndrica, el electrodo de alta tensión del captador de iones tiene forma de varilla, más preferiblemente un cable, que no afecta esencialmente el patrón del flujo dentro del aparato de medida de partículas. Las superficies del inyector, especialmente la superficie interna del difusor divergente y en algunos casos también la superficie interna de la garganta, funcionan como electrodos de recogida de iones.

En una realización preferida de la presente invención, el captador de iones está formado como un único cable o varilla que proporciona tanto el cable de captación de iones como el conductor de captación de iones. El... [Seguir leyendo]

1. Un aparato (1) para monitorizar partículas en un canal (11) o un espacio que comprende aerosol, comprendiendo el aparato (1) .

5. un inyector (24) ; -una alimentación (6, 16, 18, 19) de gas dispuesta para suministrar un flujo (C) de gas ionizado esencialmente libre de partículas al inyector (24) ; -una disposición (2) de entrada de muestra dispuesta para proporcionar un flujo (A) de aerosol de muestra desde el canal (11) o el espacio hacia el inyector (24) por medio de una succión proporcionada por la alimentación 10 (6, 16, 18, 19) de gas y el inyector (24) para cargar al menos una fracción de las partículas del flujo (A) de aerosol de muestra, -un captador (12) de iones para eliminar iones que no están unidos a las partículas del flujo (J) del inyector descargado desde el inyector (24) , caracterizado por que -el captador (12) de iones en forma de cable de captación se extiende al menos parcialmente hacia el interior del inyector (24) .

2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el cable (12) de captación se extiende al menos parcialmente hacia el interior del difusor (108) divergente del inyector (24) . 20

3. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el cable (12) de captación se extiende al menos parcialmente hacia el interior de la garganta (8) del inyector (24) .

4. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el cable (12) de

captación está dispuesto para extraer iones que no están unidos a las partículas del flujo (J) del inyector mediante un campo eléctrico, campo magnético, difusión, o una combinación de los mismos.

5. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el aparato comprende una carcasa (17) de medida dentro de la cual está dispuesta una cámara (4) de entrada dispuesta corriente arriba del inyector (24) y en comunicación fluida con el canal (11) o el espacio a través de la disposición (2) de entrada de muestra, y una cámara (22) de captación de iones dispuesta corriente abajo del inyector (24) , y por que el cable (12) de captación está dispuesto en la cámara (22) de captación de iones.

6. El aparato de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que el cable (12) de captación comprende un conductor (25) de captación que conecta el cable (12) de captación a una fuente de tensión de recogida para extraer los iones que no están unidos a las partículas, y por que el conductor (25) de captación está dispuesto para extenderse dentro de la carcasa (17) de medida desde la cámara (4) de entrada hasta la cámara (22) de captación de iones.

7. El aparato de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que el cable (12) de captación comprende un conductor (25) de captación que conecta el cable (12) de captación a una fuente de tensión de recogida para extraer los iones que no están unidos a las partículas, y por que el conductor (25) de captación está dispuesto de modo que se extiende dentro de la carcasa (17) de medida a través de la cámara (4) de entrada y la estructura (24) de inyector hasta la cámara (22) de captación de iones.

8. El aparato de acuerdo con las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado por que el conductor (25) de captación está dispuesto para extenderse en un canal (28) de conductor de captación.

9. El aparato de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que el canal (28) de conductor de captación

recibe un flujo (H) de gas de revestimiento que fluye hacia la cámara (22) de captación de iones entre las paredes internas del canal (28) de conductor de captación y el conductor (25) de captación.

10. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que el cable (12) de captación y el conductor (26) de captación se proporcionan como un único cable o varilla de metal. 55