CN101352661B - 单分散气溶胶发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单分散气溶胶发生器，是利用“云形成”原理而研制的，也就是让蒸汽包裹在凝结核上而形成气溶胶颗粒。它由1)发生凝结核源部分，2)发生蒸汽部分，3)气溶胶形成部分，4)装置控制、调节部分组成；顺着气溶胶形成过程，发生凝结核源部分，发生蒸汽部分和气溶胶形成部分依次串联而成；装置控制、调节部分与发生蒸汽部分和气溶胶形成部分连接；它喷雾压力较低，使得洁净载气源容易获得，对装置的承压要求不高，从而简化装置结构，用一般的真空泵就能提供洁净空气载气，它发生的气溶胶浓度高，能够发生达到设计目标浓度的气溶胶粒子，满足高效空气过滤器的测试要求。
Description
(一)技术领域：
本发明提供一种单分散气溶胶发生器，它涉及过滤器/滤料效率测试台中气溶胶发生器，特别是高效空气过滤器性能检测试验台中的气溶胶发生器。
(二)背景技术：
气溶胶发生器是过滤器/滤料性能检测试验台中必不可少的装置。研究一种新的过滤器性能试验方法，首要解决的问题是测试气溶胶的稳定发生问题，也就是有一种气溶胶发生器能够发生满足测试要求的气溶胶粒子。目前，我国高效空气过滤器性能测试方法是钠焰法和油雾法，其气溶胶发生装置结构复杂，占地庞大，适应范围窄，只适应于上述两种测试方法。但是，当今国际上高效过滤器性能测试方法主流方法为粒子计数法，近期开展的《高效空气过滤器性能试验方法》国标修订中，拟采用的技术路线为粒子计数法，因此需要研制出满足测试要求的气溶胶发生器。适用于粒子计数法测试高效过滤器的气溶胶发生器的研制，在我国为空白。随着高效过滤器性能的提高，对测试气溶胶的要求也日趋严格，一般情况下，要求测试气溶胶的平均直径在0.1-0.3μm之间，分散度越小越好，最好为单分散气溶胶，同时要求发生的气溶胶粒子浓度足够高。
国外市场上的气溶胶发生器种类较多，但都是为具体的应用场合而开发设计的，如气溶胶测试仪器的标定、过滤器的测试等等。适用于高效空气过滤器效率测试的气溶胶发生器各国的产品也差别很大，这是由于不同国家标准对发生的测试气溶胶的参数要求不一样。一般说来，国外市场上的气溶胶发生器主要分为多分散气溶胶发生器和单分散气溶胶发生器两大类。其中多分散气溶胶发生器具有结构相对简单、操作方便、发生粒子浓度较高等优点，但是其单分散性较差，发生小粒径粒子(0.1μm左右)变得很困难；而单分散气溶胶发生器往往是发生的气溶胶浓度较低，结构复杂，调节不方便。为此，参照我国《高效空气过滤器性能试验方法》国家标准修订对气溶胶发生部分的要求，研制出结构较为简单，操作方便的单分散气溶胶发生器。
(三)发明内容：
本发明的目的是提供一种单分散气溶胶发生器，它能够发生粒径范围为0.1-1μm的单分散气溶胶粒子，浓度大于106粒/cm3，并且通过调节发生参数可以方便的调节和控制发生气溶胶粒子的粒径和浓度。旨在为用粒子计数法测试高效空气过滤器性能而提供一种气溶胶发生器。
本发明的一种单分散气溶胶发生器，是利用“云形成”原理而研制的，也就是让蒸汽包裹在凝结核上而形成气溶胶颗粒。它由四部分组成：1)发生凝结核源部分；2)发生蒸汽部分；3)气溶胶形成部分；4)装置控制、调节部分。顺着气溶胶形成过程，发生凝结核源部分，发生蒸汽部分和气溶胶形成部分依次串联而成；装置控制、调节部分与发生蒸汽部分和气溶胶形成部分连接。下面分别阐述四部分组成及实现的功能。
1)发生凝结核源部分：该部分由压力表1、喷雾器2和干燥管3串联而成，该压力表1连于喷雾器2的前端，用来测量与控制管路喷雾压力的大小，该喷雾器2用洁净压缩空气喷雾氯化钠溶液形成细小雾滴，主要用来喷雾发生液态的气溶胶颗粒，其中的喷嘴是其关键部分，喷嘴结构图见附图2a和2b所示，其主体为一根中空黄铜管，管底端用黄铜堵严，管四周开有对称的4个圆孔与管内径相通。黄铜管底端带有一圆台，上面对称地开有四个圆孔。
其喷雾原理和结构特性在下面阐述。在喷雾器2中压缩空气通过喷嘴喷雾质量浓度为2％氯化钠溶液，形成的细小雾滴进入装有硅胶的干燥管3，干燥后形成氯化钠结晶粒子，作为凝结核源。
2)发生蒸汽部分：该部分为一个加热温度可控可调的电加热器7，内盛有DOS(癸二酸二辛脂)液体，通过设定加热温度值加热DOS液体，挥发出来的DOS蒸汽由载气流携带出来，然后与另一股含有氯化钠凝结核的气流混合，一并进入再热器8再热，再热温度为摄氏200度。
3)气溶胶形成部分：再热器8出来的氯化钠凝结核和DOS蒸汽以及载气三者的混合物在置于室温中的竖向放置的玻璃管9中冷凝，从而冷凝形成气溶胶粒子，玻璃管长500mm，内径25mm。
4)装置控制、调节部分：该部分由流量调节阀5a、5b、显示流量值的玻璃转子流量计4a、4b、4c、分别控制加热器7和再热器8的温度控制仪10a、10b以及供应电源11构成，通过调节不同玻璃转子流量计4a、4b、4c的大小以及加热器7、再热器8的加热温度，可以方便的调节发生气溶胶的浓度和粒径的大小。其中过滤器6用来过滤旁通管路的氯化钠颗粒。通过调节调节阀5a从而控制进入过滤器6所在的旁通管路气体量，进而控制进入加热器7的氯化钠颗粒浓度。
所述的单分散气溶胶发生器，其喷雾器喷嘴是其关键的部件之一，喷嘴的结构图见附图2a和图2b所示。喷雾时喷嘴浸没在液体里面，让压缩空气以很高的速度从小孔口喷出，碰撞在液体表面，对于某些液体来说，比如DOS、玉米油或矿物油，由于空气射流的搅动，在液体中产生了微小气泡的浓泡沫，当这些气泡在液体表面炸裂时，形成大量的液态气溶胶颗粒。喷嘴的结构特性(喷射小孔的尺寸大小，几何结构等)是影响发生气溶胶粒度特征(如粒径大小，分散度等)的主要因素。实验表明，喷嘴的结构特性一旦确定，其喷雾发生的气溶胶粒度特征也相应确定；而喷雾压力是影响发生气溶胶浓度的主要因素。本单分散气溶胶发生器设计目标为发生粒径为0.1-1μm，浓度高达106粒/cm3的单分散气溶胶粒子。本发明设计的喷嘴能在较低的喷雾压力(200kpa)下，喷雾发生高浓度(高达106粒/cm3)的粒径为0.1-1μm的单分散气溶胶粒子，达到设计要求。
所述的单分散气溶胶发生器，其冷凝管9是其关键的部件之一。该冷凝管为专门研制，材料为普通玻璃，形状为中空玻璃管；通过试验确定了其长度及内径的参数。该冷凝管9是最终单分散气溶胶粒子形成的场所。冷凝管9的管长和管径对气溶胶粒子的形成有着重要的影响，本发明通过实验确定了这两个参数的最优值，分别是500mm和25mm。
本发明的技术方案，除能发生满足测试要求的气溶胶粒子外，还具有以下优点：
1.本单分散气溶胶发生器的喷雾压力较低，不超过300kpa，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，从而简化的装置的结构。
2.本单分散气溶胶发生器的载气源为洁净空气，而不像国外类似的发生器都需要以氮气作为载气源。因为发生器要求发生粒径较小的气溶胶粒子，试验表明，加热器7加热温度较低的范围内(80-110℃)能发生设计目标粒径的气溶胶粒子。而在该温度范围下，DOS不会和空气中的氧气发生化学反应，因此不需要氮气这种惰性气体作为载气源。为此，用一般的真空泵就能提供洁净空气载气，也进一步简化的发生器的配置要求。
3.本单分散气溶胶发生器的加热温度较低。试验表明加热器7加热温度较低的范围内(80-110℃)就能发生设计目标粒径要求的气溶胶粒子，而温度较高的话反而不能达到设计目标要求。因此，较低的加热温度也使得加热器的保温不必作的复杂。
4.本单分散气溶胶发生器发生的气溶胶浓度高，高达106粒/cm3。试验表明，喷雾压力是影响最终发生气溶胶浓度的主要因素。通过试验探索了较低的喷雾压力(200kpa)下能够发生达到设计目标浓度的气溶胶粒子，满足高效空气过滤器的测试要求。
(四)附图说明：
图1本发明的整体结构示意图
图2a本发明喷雾器中的关键部件“喷嘴”的结构示意图
图2b图2a中的A-A剖视图
图中标号及符号说明如下：
1.压力表 2.喷雾器 3.干燥管 4a、4b、4c流量计
5a、5b调节阀 6.过滤器 7.加热器 8.再热器
9.冷凝管 10a、10b温度控制仪 11.电源
(五)具体实施方式：
请见图1所示，本发明一种单分散气溶胶发生器，是利用“云形成”原理而研制的，也就是让蒸汽包裹在凝结核上而形成气溶胶颗粒。它由四部分组成：1)发生凝结核源部分；2)发生蒸汽部分；3)气溶胶形成部分；4)装置控制、调节部分。顺着气溶胶形成过程，发生凝结核源部分，发生蒸汽部分和气溶胶形成部分依次串联而成；装置控制、调节部分与发生蒸汽部分和气溶胶形成部分连接。下面分别阐述四部分组成及实现的功能。
1)发生凝结核源部分：该部分由压力表1、喷雾器2和干燥管3串联而成，压力表1用来测量喷雾压力的大小，喷雾器2主要用来喷雾发生液态的气溶胶颗粒，喷嘴是其关键部分，喷嘴结构详图见附图2a和2b，其喷雾原理和结构特性在下面阐述。在喷雾器2中压缩空气通过喷嘴喷雾质量浓度为2％氯化钠溶液，形成的细小雾滴进入装有硅胶的干燥管3，干燥后形成氯化钠结晶粒子，作为凝结核源。
2)发生蒸汽部分：该部分为一个加热温度可控可调的电加热器7，内盛有DOS(癸二酸二辛脂)液体，通过设定加热温度值加热DOS液体，挥发出来的DOS蒸汽由载气流携带出来，然后与另一股含有氯化钠凝结核的气流混合，一并进入再热器8再热，再热温度为摄氏200度。
3)气溶胶形成部分：再热器8出来的氯化钠凝结核和DOS蒸汽以及载气三者的混合物在置于室温中的竖向放置的玻璃管9中冷凝，从而冷凝形成气溶胶粒子，玻璃管长500mm，内径25mm。
4)装置控制、调节部分：该部分由流量调节阀5a、5b、显示流量值的玻璃转子流量计4a、4b、4c、分别控制加热器7和再热器8的温度控制仪10a、10b以及供应电源等构成，通过调节不同玻璃转子流量计4a、4b、4c的大小以及加热器7、再热器8的加热温度，可以方便的调节发生气溶胶的浓度和粒径的大小。
所述的单分散气溶胶发生器，其喷雾器喷嘴是其关键的部件之一，喷嘴的形状构造图见附图2a和图2b所示，其主体为一根外径为10mm的中空黄铜管(内径6.5mm)，管底端用黄铜堵严，管四周开有对称的4个1.01mm的圆孔与管内径相通。黄铜管底端带有一圆台，上面对称地开有四个孔径为2.03的圆孔。喷雾时喷嘴浸没在液体里面，让压缩空气以很高的速度从小孔口喷出，碰撞在液体表面，对于某些液体来说，比如DOS、玉米油或矿物油，由于空气射流的搅动，在液体中产生了微小气泡的浓泡沫，当这些气泡在液体表面炸裂时，形成大量的液态气溶胶颗粒。喷嘴的结构特性(喷射小孔的尺寸大小，几何结构等)是影响发生气溶胶粒度特征(如粒径大小，分散度等)的主要因素。实验表明，喷嘴的结构特性一旦确定，其喷雾发生的气溶胶粒度特征也相应确定；而喷雾压力是影响发生气溶胶浓度的主要因素。本单分散气溶胶发生器设计目标为发生粒径为0.1-1μm，浓度高达106粒/cm3的单分散气溶胶粒子。本发明设计的喷嘴能在较低的喷雾压力(200kpa)下，喷雾发生高浓度(高达106粒/cm3)的粒径为0.1-1μm的单分散气溶胶粒子，达到设计要求。
所述的单分散气溶胶发生器，其冷凝管9是其关键的部件之一。该冷凝管为专门研制，材料为普通玻璃，形状为中空玻璃管；通过试验确定了其参数：长度500mm.内径25mm。该冷凝管9是最终单分散气溶胶粒子形成的场所。冷凝管9的管长和管径对气溶胶粒子的形成有着重要的影响，本发明通过实验确定了这两个参数的最优值，分别是500mm和25mm。
Claims (4)
1.一种单分散气溶胶发生器，其特征在于：它由四部分组成：1)发生凝结核源部分，2)发生蒸汽部分，3)气溶胶形成部分，4)装置控制、调节部分；顺着气溶胶形成过程，发生凝结核源部分，发生蒸汽部分和气溶胶形成部分依次串联而成；装置控制、调节部分与发生蒸汽部分和气溶胶形成部分连接；
1)发生凝结核源部分：该部分由压力表、喷雾器和干燥管串联而成，该压力表连于喷雾器的前端，用来测量与控制管路喷雾压力的大小，该喷雾器用洁净压缩空气喷雾氯化钠溶液形成细小雾滴，主要用来喷雾发生液态的气溶胶颗粒；
在喷雾器中压缩空气通过喷嘴喷雾质量浓度为2％氯化钠溶液，形成的细小雾滴进入装有硅胶的干燥管，干燥后形成氯化钠结晶粒子，作为凝结核源；
2)发生蒸汽部分：该部分为一个加热温度可控可调的电加热器，内盛有DOS即癸二酸二辛脂液体，通过设定加热温度值加热该DOS液体，挥发出来的DOS蒸汽由载气流携带出来，然后与另一股含有氯化钠凝结核的气流混合，一并进入再热器再热；
3)气溶胶形成部分：再热器出来的氯化钠凝结核和DOS蒸汽以及载气三者的混合物在置于室温中的竖向放置的玻璃管中冷凝，从而冷凝形成气溶胶粒子；
4)装置控制、调节部分：该部分由流量调节阀、显示流量值的玻璃转子流量计分别控制加热器和再热器的温度控制仪以及供应电源构成，通过调节不同玻璃转子流量计的大小以及加热器、再热器的加热温度，可以方便的调节发生气溶胶的浓度和粒径的大小；其中过滤器用来过滤旁通管路的氯化钠颗粒，通过调节调节阀从而控制进入过滤器所在的旁通管路气体量，进而控制进入加热器的氯化钠颗粒浓度；
冷凝管材料为普通玻璃，形状为中空玻璃管；通过试验确定了其长度及内径的参数，分别是500mm和25mm。
2.根据权利要求1所述的单分散气溶胶发生器，其特征在于：发生凝结核源部分中的喷雾器，其中的关键部件喷嘴为一中空黄铜管，管底端用黄铜堵严，管四周开有对称的4个圆孔与管内径相通，黄铜管底端带有一圆台，上面对称地开有四个圆孔。
3.根据权利要求1所述的单分散气溶胶发生器，其特征在于：气溶胶形成部分所述的玻璃管，其管长500mm，内径25mm。
4.根据权利要求1所述的单分散气溶胶发生器，其特征在于：所述冷凝管为一玻璃管，其上端连接至再热器，下端为气溶胶出口，冷凝管是气溶胶最终形成的地方。
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