CN101284220A - 一种蒸发冷凝法准单分散亚微米气溶胶发生装置 - Google Patents

Abstract

一种蒸发冷凝法准单分散性亚微米气溶胶的发生装置，该装置含有高压气源，第一过滤器，喷雾器，扩散干燥器，第二过滤器，饱和器，再热器，冷凝管以及分别用于调节第二过滤器和饱和器流量的第一阀门和第二阀门，所述的高压气源采用高压空气源，再热器和冷凝管采用金属管，并在喷雾器的喷嘴出口处设有挡板，在冷凝管的入口设有筛网或挡圈。本发明方便耐用，运行成本低廉，发生气溶胶计数中值直径在0.08μm～0.5μm，几何标准偏差＜1.3，计数浓度在1×10⁴～1×10⁸/cm³，发生的稳定性和可重复性好，完全能满足各种设备检测和实验研究的需要。

Description

一种蒸发冷凝法准单分散亚微米气溶胶发生装置

技术领域

本发明涉及一种蒸发冷凝法准单分散性亚微米气溶胶的发生装置，发生气溶胶计数中值直径在0.08μm～0.5μm，几何标准偏差＜1.3，计数浓度在1×10⁴～1×10⁸/cm³。

背景技术

气溶胶是液体或固体以直径为0.002～100μm的颗粒分散在气体介质中形成的分散体系。发生稳定且符合一定粒径分布的气溶胶是一项重要的气溶胶技术，它主要用于标定测量仪器、进行气溶胶实验研究以及开发和测试空气净化与采样设备等研究和应用领域。一般按颗粒直径划分，气溶胶主要有微米级和亚微米两类：微米级气溶胶通常指大多数气溶胶的粒径大于1μm，而亚微米级气溶胶则指大多数气溶胶的粒径小于1μm。

单分散性是气溶胶粒径一致程度的表征，用几何标准偏差GSD表示，GSD越小，表示气溶胶单分散性越好。准单分散性表示GSD＜1.45的气溶胶。

随着科学技术的进步和人民生活质量的提高，对于各类过滤材料以及过滤设备的净化效率性能要求都有了大幅度的提升，与之相对应的国内外检测标准中在测试气溶胶的粒径分布和浓度方面也提出了更加严格的要求。

目前实验室比较先进的气溶胶发生方法是蒸发冷凝法，现有的蒸发冷凝法气溶胶发生装置未专门针对亚微米级别，气源只能采用高压氮气，因此不方便使用，并且成本很高，尤其在应用于过滤材料及过滤设备效率检测时因耗气量大成本尤其昂贵。另外，现有发生装置再热器和冷凝管均采用玻璃管，这种结构在使用中极易破碎，给应用造成了诸多不便。

气溶胶单分散性是气溶胶的重要参数，气溶胶单分散性越好，在各种应用中均是有利的。现有的发生装置在设计时对亚微米气溶胶的单分散性考虑不多，有待通过进一步改善亚微米气溶胶的单分散性。

发明内容

为克服目前蒸发冷凝法气溶胶发生装置在发生亚微米粒径气溶胶时应用不便、成本较高、气溶胶单分散性有待提高的不足，本发明的目的是提供一种蒸发冷凝法准单分散亚微米气溶胶发生装置，使其方便耐用，成本低廉，同时进一步改善亚微米气溶胶的单分散性。

本发明的技术方案为：

一种蒸发冷凝法准单分散亚微米气溶胶发生装置，该装置依次含有高压气源，第一过滤器2，喷雾器4，设置在喷雾器顶部出口处的扩散干燥器5，与扩散干燥器的出口依次相连的第二过滤器9、饱和器12、再热器13和冷凝管15，以及分别用于调节第二过滤器和饱和器流量的第一阀门6和第二阀门7，其特征在于：所述的高压气源采用高压空气源1，所述的再热器13和冷凝管15采用金属管。

本发明的技术特征还在于：在喷雾器4的喷嘴出口处设有挡板3，在冷凝管15的入口设有筛网或挡圈14。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：气源采用高压空气源后，大大方便了装置应用，并节约了成本；再热器和冷凝管采用金属管，装置不易损坏；在喷雾器的喷嘴出口处设挡板，在冷凝管的入口设筛网或挡圈，二者均改善了最后气溶胶的单分散性。由于上述改进，本发明方便耐用，运行成本低廉，发生气溶胶计数中值直径在0.08μm～0.5μm，几何标准偏差＜1.3，计数浓度在1×10⁴～1×10⁸/cm³，发生的稳定性和可重复性好，完全能满足各种设备检测和实验研究的需要。

附图说明

图1是本发明所提供的蒸发冷凝法准单分散亚微米气溶胶发生装置的结构示意图。

图2发生所得气溶胶粒度分布图。

图中：1-高压气源；2-第一过滤器；3-挡板；4-喷雾器；5-扩散干燥器；6-第一阀门；7-第二阀门；8-第一流量计；9-第二过滤器；10-第二流量计；11-第三流量计；12-饱和器；13-再热器；14-筛网或挡圈；15-冷凝管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、结构、工作过程及具体实施方式作进一步的说明。

图1是本发明所提供的蒸发冷凝法准单分散亚微米气溶胶发生装置的结构示意图。该装置依次包括高压空气源1，第一过滤器2，喷雾器4，设置在喷雾器顶部出口处的扩散干燥器5，与扩散干燥器的出口相连的第二过滤器9，发生蒸气的饱和器12，对凝结核和蒸气进行混合加热的再热器13，冷凝管15，以及分别用于调节第二过滤器和饱和器流量的第一阀门6和第二阀门7，所述的高压气源1采用高压空气源，所述的再热器13和冷凝管15采用金属管。

所述的喷雾器4含有NaCl溶液、克里松(collison)喷嘴的出口处设有挡板3，其中NaCl溶液的浓度一般为0.1～10g/L，collison喷嘴的喷孔直径一般为0.1～0.3mm；所述的饱和器12由加热棒和控温装置组成，其中的有机溶剂为癸二酸二辛酯(DEHS)或油酸；通过调节饱和器的温度，进而调节饱和器内的有机溶剂的蒸气浓度，从而调节进入冷凝管15的蒸气量，饱和器温度控制在100℃～170℃，温控误差±1℃；所述的再热器13由加热带和控温装置组成，再热器温度控制在100℃～300℃，温控误差±1℃；所述的冷凝管15为金属长管，长20～50cm，内径1～3cm，其入口设有筛网或挡圈14，以紊乱气流从而改善气溶胶单分散性。另外，高压空气源提供0.1～0.5MPa的高压空气，第一过滤器2用于过滤高压空气源所含的杂质；扩散干燥器5可以对喷雾器4雾化后得到的NaCl液滴进行干燥；第一阀门6调节与之并联的用于过滤所在支路凝结核的第二过滤器9的流量，从而调节进入冷凝管15的凝结核量；第二阀门7调节与之并联的用于产生蒸气的饱和器12的流量，从而调节进入冷凝管15的蒸气量；在扩散干燥器5出口设有第一流量计8，可计量装置总流量，在第二过滤器9下游设有第二流量计10，可计量通过第二过滤器9的流量从而间接计量进入冷凝管15的凝结核量，在饱和器12上游设有第三流量计11，可计量通过饱和器12的流量从而间接计量进入冷凝管15的蒸气量，这三个流量均为转子流量计，体积流量计量范围为0.06～0.6m³/h。

本发明中饱和器12的温度低于170℃，空气进入饱和器12后，不致于因温度较高使饱和器内的有机溶剂氧化，因此气源可以采用高压空气代替氮气，这一技术方案大大方便了该装置的应用，并节约了成本。

本发明再热器13和冷凝管15均采用金属管，与传统的玻璃管相比，金属管不易损坏，发生气溶胶效果经实验证明未见下降。

本发明在喷雾器4内collison喷嘴出口增设挡板3，实验发现该装置改进可将凝结核GSD值从1.76下降至1.56，从而有效改善凝结核冷凝生长后得到的气溶胶的单分散性。

本发明在冷凝管15入口处增设筛网或挡圈14，该设置可有效地扰动冷凝管15内气流的速度场，改善冷凝管15内凝结核冷凝生长的蒸气环境的均匀性，从而改善气溶胶的单分散性。

本发明工作原理如下：来自高压空气源的高压空气经第一过滤器2过滤后通入喷雾器4，高压空气将喷雾器4内的NaCl溶液雾化形成NaCl液滴后通入设置在喷雾器顶部出口处的扩散干燥器5，得到NaCl晶核作为凝结核，这部分凝结核与饱和器12内的有机溶剂在高温下产生的蒸气一起通入再热器13，在再热器高温作用下凝结核与蒸气充分混合均匀后的混合物进入冷凝管15，蒸气由于温度降低过饱和度增大而在凝结核上冷凝生长，并最终得到所需的准单分散亚微米气溶胶。

Claims (3)

1.一种蒸发冷凝法准单分散亚微米气溶胶发生装置，该装置包括高压气源(1)，第一过滤器(2)，将NaCl溶液吸出并雾化的喷雾器(4)，设置在喷雾器顶部出口处的扩散干燥器(5)，与扩散干燥器的出口相连的第二过滤器(9)，发生蒸气的饱和器(12)，对凝结核和蒸气进行混合加热的再热器(13)，冷凝管(15)，以及分别用于调节第二过滤器和饱和器流量的第一阀门(6)和第二阀门(7)，其特征在于：所述的高压气源(1)采用高压空气源，所述的再热器(13)和冷凝管(15)采用金属管。

2.按照权利要求1所述的蒸发冷凝法准单分散亚微米气溶胶发生装置，其特征在于：在喷雾器(4)的喷嘴出口处设有挡板(3)。

3.按照权利要求1或2所述的蒸发冷凝法准单分散亚微米气溶胶发生装置，其特征在于：在冷凝管(15)的入口设有筛网或挡圈(14)。

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