CN101093218A - 用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生方法及装置 - Google Patents
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Abstract
用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生方法及装置，该装置由空气处理装置、喷雾装置和干燥塔组成。空气处理装置包括高效空气过滤器、流量计和加热器；喷雾装置包括溶液瓶，溶液泵和喷嘴，喷嘴设置在干燥塔的顶部；干燥洁净空气从干燥塔底部进入，通过控制压缩空气的压力、流量和不同氯化钾溶液的浓度，使雾化的小液滴在下降的过程中被干燥，形成固态气溶胶。本发明不仅能够连续、稳定地生成大颗粒多分散固态气溶胶粒子，而且具有结构简单、紧凑，成本低，易于控制等特点。可以生成大颗粒多分散固态气溶胶粒子，其浓度高达106粒/cm3，粒径范围在0.1～10μm之间可调，完全可以满足国内空气过滤器效率测试对气溶胶的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种气溶胶发生器，具体而言涉及一种生成空气过滤器效率测试用试验尘源的气溶胶发生器，以及该气溶胶发生器的生产及校验的方法。
背景技术
目前，一般通风用空气过滤器测试的方法是大气尘计数法，试验尘源为大气尘。这种试验方法是由国内科研工作者在上世纪八十年代初提出的，就当时来说，大气尘计数法比比色法、计重法等全效率测试方法更符合实际情况更准确更先进。另外，空气过滤器净化的对象主要是室外空气，以大气尘为尘源测得的过滤器效率与实际情况比较一致。但是由于大气尘是不稳定的，大气尘的浓度和粒径分布等重要参数随时随地变化，造成空气过滤器效率测试结果的不确定性和试验的不可重复性。在空气过滤器效率测试中，为了减小空气过滤器效率测试中的误差，用粒径分布确定的人工气溶胶来代替大气尘作为试验尘源是非常必要的。
空气过滤器的效率测试中，用人工气溶胶作为试验尘源，与大气尘相比，尘源稳定性好，颗粒分散度及浓度易于控制；测试结果准确性高，重复性好。用人工气溶胶代替大气尘作为试验尘源测试空气过滤器的效率，检测结果更可靠，能够满足过滤器行业对检测工作提出的更高要求。目前，欧美国家空气过滤器效率测试的试验尘源均为人工气溶胶，但是欧美所选用的气溶胶不同，其气溶胶发生器也不同。
在EN779：2002中，空气过滤器效率测试用的人工气溶胶为雾化的癸二酸二二酸二辛酯液滴。气溶胶发生器由溶液瓶和Laskin喷嘴组成，Laskin喷嘴是气溶胶发生中最常用的喷嘴之一。注入的洁净压缩空气通过Laskin喷嘴产生气溶胶，然后将雾化的液滴注入实验台。该气溶胶发生器具有结构简单，操作方便，易于控制的特点。但是，国内空气过滤器主要用于去除大气中的工业污染物，一般为粉尘，用固态气溶胶作为试验尘源能够更真实的反映过滤器的效率。另外，在空气过滤器的效率测试中是比较关注对5.0～10μm粒子的捕集效率的，而EN779：2002气溶胶发生器生成的人工气溶胶粒子中，大粒子所占的比例较小。其人工气溶胶的性质及粒径分布不适合国内空气过滤器的效率测试。
ASHRAE52.2中，空气过滤器效率测试所用气溶胶是固体干燥的氯化钾粒子，气溶胶是通过雾化质量浓度为30％氯化钾水溶液产生的。该气溶胶发生器生成的气溶胶粒子的性质及粒径分布适于国内空气过滤器效率测试的需要。但是所用溶液的质量浓度过高，常温下，质量浓度为30％的氯化钾溶液已经结晶，很容易造成喷嘴的堵塞；另一方面，生成气溶胶的计数浓度过高，即使将喷雾空气的流量调节到可以稳定发尘的最低状态，生成气溶胶的计数浓度也超过国产粒子计数器的浓度上限。因此，这种气溶胶发生器也不能完全适用于国内空气过滤器的效率测试。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生方法及装置，该气溶胶发生装置采用氯化钾溶液产生气溶胶，通过控制压缩空气的压力、流量和不同氯化钾溶液的浓度，可以生成大颗粒多分散固态气溶胶粒子，从而满足国内空气过滤器效率测试对气溶胶的要求。
本发明的技术方案如下：
一种用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)将配制好的质量浓度为2～23％的氯化钾溶液通过溶液泵输送给喷嘴；同时使压力为500±50KPa的压缩空气经高效过滤器处理成洁净空气，然后分成两路，一部分洁净空气作为喷雾空气，喷雾空气的流量为8～20L/min；氯化钾溶液经喷雾空气引射后由喷嘴雾化后进入干燥塔，大尺寸的液滴在干燥塔中沉降脱离出来，小液滴从干燥塔顶部下降；并通过改变喷雾空气的流量来调节气溶胶浓度；
2)从高效空气过滤器处理的另一部洁净空气，经加热器加热后进入干燥塔，由干燥塔底部上升，使雾化的小液滴在下降的过程中被干燥，形成固态气溶胶。
本方法中所述进入干燥塔的洁净空气的流量为10±5L/min。
本发明所述方法的技术特征还在于：所述的压缩空气在进入高效空气过滤器前首先经过一个由调节阀和油水分离器组成的流量调节及分离装置。
本发明还提供了一种实施上述方法的用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生装置，其特征在于：该气溶胶发生装置由空气处理装置、喷雾装置和干燥塔组成，所述的喷雾装置包括溶液瓶，通过管道与溶液瓶相连的溶液泵以及通过管道与所述溶液泵相连的喷嘴，该喷嘴设置在干燥塔的顶部；所述的空气处理装置包括通过管道连接的高效空气过滤器、流量计和加热器；所述的高效空气过滤器通过流量计和管道分别与所述的加热器和喷嘴连接，所述的干燥塔的底部分别设有气溶胶出口、排液口和干燥洁净空气进口。
本发明装置中所述空气处理装置还包括由调节阀和油水分离器组成的流量调节及分离装置，该装置设置在所述高效空气过滤器的空气入口的前端。所述的干燥洁净空气进口设置在干燥塔内且垂直向上。所述喷嘴的出口直径为0.1～0.5mm。
本发明装置的另一技术特征还在于：所述的流量调节及分离装置、高效空气过滤器、流量计、加热器和溶液泵设置在一个控制箱内。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：①本大颗粒气溶胶发生装置的喷雾压力较低，不超过500kpa，这一方面使得洁净载气源容易获得，另一方面对装置的承压要求不高，从而简化了装置的结构；②本气溶胶发生装置的载气源为洁净空气，而不像国外类似的装置都需要以氮气作为载气源，从而用一般的真空泵就能提供载气，也进一步简化了装置的配置要求；③因加热器只需要将从喷雾装置喷出的液滴干燥，不需要太高的温度，从而降低了加热器的保温要求，制作简单；④本发明不仅能够连续、稳定地发生气溶胶，而且具有结构简单、紧凑，成本低，易于控制等特点，产生的气溶胶浓度高达106粒/cm3，粒径范围在0.1～10μm之间可调，完全可以满足国内空气过滤器效率测试对气溶胶的要求。
附图说明
图1为本发明提供的用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生装置的结构示意图。
图中：1-流量调节及分离装置；2-高效空气过滤器；3-流量计；4-加热器；5-溶液泵；6-溶液瓶；7-喷嘴；8-干燥塔；9-气溶胶出口；10-排液口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的原理、结构和具体实施作进一步的说明
图1为本实用新型提供的用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生器的结构示意图。该气溶胶发生器由空气处理装置、喷雾装置和干燥塔组成，所述的喷雾装置包括溶液瓶6，通过管道与溶液瓶相连的溶液泵5以及通过管道与所述溶液泵相连的喷嘴7，该喷嘴设置在干燥塔8的顶部；所述的空气处理装置包括通过管道连接的高效空气过滤器2、流量计3和加热器4；所述的高效空气过滤器通过流量计3和管道分别与所述的加热器4和喷嘴7连接；在干燥塔8的底部分别设有气溶胶出口9、排液口10和干燥洁净空气进口。
为了解决压缩空气的水分问题，气溶胶发生器还包括一个由调节阀和油水分离器组成的流量调节及分离装置1，该装置设置在所述高效空气过滤器2的压缩空气入口的前端，以除去压缩空气中的机油和水分，同时起到调节压缩空气压力和流量的目的。
为解决两路压缩空气的气流分配问题，在压缩空气经过高效空气过滤器2以后，分成两路，分别安装了流量计3，控制喷雾空气和干燥洁净空气的流量。干燥的洁净空气为高温的空气，干燥的洁净空气经过流量计3后，进入加热器4。通过调节两个气路的流量计3的流量，来控制发生气溶胶的浓度。加热器4能提供足够的热量使从喷嘴7中出来的液滴充分干燥。
为解决高温空气的传输问题，高温的空气从加热器4中出来以后，用柔性的耐高温管传输，从干燥塔8的侧面进入，干燥洁净空气进口设置在干燥塔内且垂直向上，使干燥气流向上运动。
为保证从喷嘴7中喷出来的液滴能充分混合干燥，喷嘴7安装在高塔的顶端，喷嘴的出口直径一般为0.1～0.5mm。干燥洁净空气入口在干燥塔8的底端。工作时，液滴从顶端向下运动，干燥的洁净空气从下向上运动，当液滴到达干燥塔8底部的气溶胶出口9时，已经充分干燥。
工作的过程中，由于液滴和干燥的空气在干燥塔8的中部相遇，在干燥塔8的中部内表面会凝聚大量大颗粒气溶胶，为保证干燥塔8的清洁和方便清洗，在干燥塔8的底部设有排液口10。
为了使结构更加紧凑，本实用新型将流量调节及分离装置1、高效空气过滤器2、流量计3、加热器4和溶液泵5设置在一个控制箱内。
本发明的工作过程如下：将配制好的质量浓度为2～23％的氯化钾溶液通过溶液泵输送给喷嘴；同时使压力为500±50KPa的压缩空气经高效过滤器处理成洁净空气，然后分成两路，一部分洁净空气作为喷雾空气，喷雾空气的流量为8～20L/min；氯化钾溶液经喷雾空气引射后由喷嘴雾化后进入干燥塔，大尺寸的液滴在干燥塔中沉降脱离出来，小液滴从干燥塔顶部下降；并通过改变喷雾空气的流量来调节气溶胶浓度；从高效空气过滤器处理的另一部洁净空气，经加热器加热后进入干燥塔，进入干燥塔的洁净空气的流量为10±5L/min。洁净空气由干燥塔底部上升，使雾化的小液滴在下降的过程中被干燥，形成固态气溶胶。
本发明通过控制压缩空气的压力、流量和不同氯化钾溶液的浓度，可以连续、稳定地生成大颗粒多分散固态气溶胶粒子，产生的气溶胶浓度高达106粒/cm3，粒径范围在0.1～10μm之间可调，完全可以满足国内空气过滤器效率测试对气溶胶的要求。
实施例1：
氯化钾溶液的质量浓度为23％；喷雾流量8.3L/min；喷雾压力500KPa；干燥空气流量113.2L/min。
实施例2：
氯化钾溶液的质量浓度为23％；喷雾流量18.9L/min；喷雾压力500KPa；干燥空气流量113.2L/min。
实施例3：
氯化钾溶液的质量浓度为10％；喷雾流量9.5L/min；喷雾压力500KPa；干燥空气流量113.2L/min。
实施例4：
氯化钾溶液的质量浓度为3％；喷雾流量9.5L/min；喷雾压力500KPa；干燥空气流量113.2L/min。
表1不同溶液浓度、喷雾流量下气溶胶发生器发生粒子的浓度表
| 溶液质量浓度(％) | 喷雾流量(L/min) | 粒子浓度(粒/2.83L) | ||||||
| 0.3μm | 0.5μm | 0.7μm | 1.0μm | 2.0μm | 5.0μm | |||
| 实施例1 | 23 | 8.3 | 228248 | 174497 | 67004 | 10351 | 1749 | 110 |
| 实施例2 | 23 | 18.9 | 176792 | 126225 | 44321 | 6629 | 1131 | 73 |
| 实施例 | 10 | 9.5 | 107816 | 88192 | 50151 | 20427 | 7375 | 504 |
| 3 | ||||||||
| 实施例4 | 3 | 9.5 | 63648 | 49547 | 26386 | 10308 | 3592 | 239 |
比较以上四种工况，第一、第二种工况氯化钾溶液质量浓度相同，喷雾流量不同，干燥空气流量相同，喷雾压力相同，相同的氯化钾溶液质量浓度下，喷雾流量越大，大粒径粒子浓度越小；比较第三、第四种工况，喷雾流量，干燥空气流量和喷雾压力相同，氯化钾溶液质量浓度不同，得出氯化钾溶液质量浓度越大，发生的大粒径粒子越多。
Claims (8)
1.一种用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)将配制好的质量浓度为2～23％的氯化钾溶液通过溶液泵输送给喷嘴；同时使压力为500±50KPa的压缩空气经高效过滤器处理成洁净空气，然后分成两路，一部分洁净空气作为喷雾空气，喷雾空气的流量为8～20L/min；氯化钾溶液经喷雾空气引射后由喷嘴雾化后进入干燥塔，大尺寸的液滴在干燥塔中沉降脱离出来，小液滴从干燥塔顶部下降；并通过改变喷雾空气的流量来调节气溶胶浓度；
2)从高效空气过滤器处理的另一部洁净空气，经加热器加热后进入干燥塔，由干燥塔底部上升，使雾化的小液滴在下降的过程中被干燥，形成固态气溶胶。
2.按照权利要求1所述的用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生方法，其特征在于：步骤2)中进入干燥塔的洁净空气的流量为10±5L/min。
3.按照权利要求1或2所述的用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生方法，其特征在于：所述的压缩空气在进入高效空气过滤器前首先经过一个由调节阀和油水分离器组成的流量调节及分离装置。
4.一种实施如权利要求1所述方法的用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生装置，其特征在于：该气溶胶发生装置由空气处理装置、喷雾装置和干燥塔组成，所述的喷雾装置包括溶液瓶(6)，通过管道与溶液瓶相连的溶液泵(5)以及通过管道与所述溶液泵相连的喷嘴(7)，该喷嘴设置在干燥塔(8)的顶部；所述的空气处理装置包括通过管道连接的高效空气过滤器(2)、流量计(3)和加热器(4)；所述的高效空气过滤器通过流量计(3)和管道分别与所述的加热器和喷嘴连接，所述的干燥塔(8)的底部分别设有气溶胶出口(9)、排液口(10)和干燥洁净空气进口。
5.按照权利要求4所述的用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生装置，其特征在于：所述的空气处理装置还包括由调节阀和油水分离器组成的流量调节及分离装置(1)，该装置设置在所述高效空气过滤器的空气入口的前端。
6.按照权利要求4或5所述的用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生装置，其特征在于：所述的干燥洁净空气进口设置在干燥塔内且垂直向上。
7.按照权利要求6所述的用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生装置，其特征在于：所述喷嘴的出口直径为0.1～0.5mm。
8.按照权利要求4所述的用于空气过滤器效率测试的大粒径气溶胶发生装置，其特征在于：所述的流量调节及分离装置、高效空气过滤器、流量计、加热器和溶液泵设置在一个控制箱内。
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