CN103616486B - 一种全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置，包括一个雾化密封舱，内装有两套以上高压静电雾化器和超声波雾化器以及升温升华雾化器组成的复合式纳米材料气溶胶雾化器组，对持续稳定输入的纳米材料溶液进行高浓度雾化，同时多个气流量控制器随时按照比例大流量送入新鲜气体，雾化密封舱内有源源不断高浓度、大流量、长时间的纳米材料气溶胶气体通过定量纳米气出口送入到实验舱内，在实验舱内的透气平台上安放有纳米受试物用来接受纳米气溶胶高浓度雾化实验，试验完成的废气由废气排出口通过纳米吸收器净化吸收后排出，本发明的有益效果是解决了纳米气溶胶高浓度雾化的技术难题，满足了高浓度、大流量、长时间条件下纳米材料气溶胶暴露实验的需求。

Description

一种全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置

技术领域

本发明提供一种全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置。

背景技术

现代科技带来纳米材料科学研究和应用得到蓬勃发展，由于纳米材料具有其他材料所不具备的诸多特殊物理和化学性质，为探索这些未知的领域必须通过越来越多对纳米材料相关的科学研究与实验，其中纳米气溶胶暴露实验是经常要进行的，由于纳米材料的颗粒非常小过去的实验要求的实验浓度不高、通过的气体流量不大、试验持续的时间也不长，所以过去都采用单纯的高压静电雾化方式产生所需要的纳米气溶胶，然后输入到专用的实验舱进行暴露实验，单纯采用高压静电雾化的方式的优点是高电压放电电晕形成的纳米材料气溶胶颗粒比较小，符合1－100纳米范围的要求，缺点是雾化能力不高只可以产生稀薄的雾化浓度，但是随着纳米材料相关的科学研究的深入，科学研究开始探索更高浓度、更大流量、更长时间等等条件下纳米材料气溶胶暴露的实验效果，同时为保护环境和操作人员的安全对于纳米材料气溶胶的安全防护还要认真对待，鉴于这些特殊要求使得开发一种能够高浓度、更大流量、更长时间、专门的全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置来安全方便、快速有效、科学精确的完成现代急需进行的纳米材料气溶胶暴露实验成为当前紧迫的需要。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置，安全方便、快速有效、科学精确的完成现代急需进行的更高浓度、更大流量、更长时间等等条件下纳米材料气溶胶暴露实验。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是该装置包括一个密闭的雾化密封舱,内部装有两套以上的由高压静电雾化器和超声波雾化器以及升温升华雾化器组成的复合式纳米材料气溶胶雾化器组，同时对来自上口定量泵和下口定量泵的精确定量输入的纳米材料溶液进行多重雾化，压缩气源提供的新鲜空气经过分歧口分开后通过上口流量控制器和下口流量控制器随时吹开聚集在雾化装置组附近的纳米材料气溶胶，稀释气流量控制器根据纳米材料输入的流量、流速以及通过上口流量控制器和下口流量控制器输入的气体流量和流速控制稀释气体的流量来达到精确控制纳米材料气溶胶浓度的目的，在雾化密封舱底部安装一个搅匀风机随时搅拌雾化密封舱内的雾化好的纳米材料气溶胶气体，通过定量纳米气出口输送到实验舱，由于纳米材料可以通过上口定量泵和下口定量泵持续稳定输入纳米材料溶液到复合式纳米雾化器进行高浓度雾化，同时上口流量控制器、下口流量控制器和稀释气流量控制器随时按照比例大流量送入气体，雾化密封舱内有源源不断的高浓度、大流量、长时间的纳米材料气溶胶气体通过定量纳米气出口送入到实验舱内，在实验舱内的透气平台上安放有纳米受试物用来接受纳米气溶胶高浓度雾化实验，例如纳米侵害试验、纳米老化试验和纳米效果试验，试验完成的废气由废气排出口通过纳米吸收器净化吸收后排出。

本发明的有益效果是开发了一种全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置，解决了纳米气溶胶高浓度雾化的技术难题，满足了高浓度、大流量、长时间条件下纳米材料气溶胶暴露实验的需求，同时也实现了对于纳米材料气溶胶的安全防护，保护环境和操作人员的安全。

附图说明

附图为本发明设备一种全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置的结构示意图

图中：

1.纳米吸收器     2.废气排出口      3.纳米气受试物      4.透气平台        

5.实验舱   6.定量纳米气出口     7.上口定量泵      8.下超声波电源      

9.负高压电源     10.下控温电源   11.下口流量控制器    12.下口绝缘套

13.雾化密封舱       14.输气管      15.下口加热套   16.负高压电极下喷口

17.下液口      18.下口超声振荡器   19.分歧口         20.压缩气源

21.稀释气流量控制器  22.稀释进气口     23.搅匀风机     24.下口定量泵

25.上口流量控制器   26.上超声波电源   27.正高压电源   28.上控温电源       

29.上口绝缘套     30.上口加热套     31.正高压电极上喷口  32.上液口         

33. 上口超声振荡器  34.超声波雾化器   35.复合式纳米材料气溶胶雾化器组      

36.高压静电雾化器   37.升温升华雾化器。

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的一种全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置的结构加以说明。

如附图1所示，本发明提供一种全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置，包括一个密闭的雾化密封舱13，内部装有两套以上的由高压静电雾化器36和超声波雾化器34以及升温升华雾化器37组成的复合式纳米材料气溶胶雾化器组35，同时对来自上口定量泵7和下口定量泵24精确定量输入的纳米材料溶液进行多重雾化，复合式纳米材料气溶胶雾化器组35是由含有两个以上对称排列的超声波雾化器34、高压静电雾化器36以及升温升华雾化器37复合安装在一起，在中心部分对称安装的两个以上的超声波雾化器34是由中心包含着上液口32和下液口17的上口超声振荡器33和下口超声振荡器18元件组成，分别从上超声波电源26和下超声波电源8获得能量，对从上口定量泵7和下口定量泵24输送的纳米材料溶液产生超声震荡形成雾化，同样在中心部分对称安装的两个以上的高压静电雾化器36前端由不锈钢材料制成两个分别为正高压电极上喷口31和负高压电极下喷口16上的带有圆锥头的高压电晕正负电极分别通过高压线连接到雾化密封舱13外边的正高压电源27和负高压电源9上，调整好两个以上的圆锥头之间的距离和正高压电源27和负高压电源9之间的电压和电流数值就可以产生所需要的高压静电放电量，由于超声波雾化器34的上液口32和下液口17分别正对着正高压电极上喷口31和负高压电极下喷口16上的高压静电雾化器36的圆锥头，高压静电放电产生的电晕将进一步雾化纳米材料溶液产生足够浓度的纳米材料气溶胶雾化气体，与两个以上的高压静电雾化器36密封连接的是升温升华雾化器37，其上分别安装着上口加热套30和下口加热套15，分别通过上控温电源28和下控温电源10对不锈钢圆锥头加温实现升温升华雾化功能，两个以上的升温升华雾化器37的后端是由绝缘材料制作的是上口绝缘套29和下口绝缘套12，分别固定安装到雾化密封舱13侧壁上，两个以上的高压静电雾化器36和升温升华雾化器37内部都有通气细管连接上口流量控制器25和下口流量控制器11控制从压缩气源20通过各自的输气管14流过的气体流量，将气体送到雾化密封舱13内，压缩气源20提供的新鲜空气经过分歧口19分开后通过上口流量控制器25和下口流量控制器11随时吹开聚集在雾化装置组附近的纳米材料气溶胶，稀释气流量控制器21可以根据纳米材料输入的流量、流速以及通过上口流量控制器25和下口流量控制器11输入的气体流量和流速控制稀释气体的流量来达到精确控制纳米材料气溶胶浓度的目的，雾化密封舱13是一个由耐腐蚀材料制作的内部光洁圆滑的椭圆形密封不泄漏舱体，在雾化密封舱13的最下部安装有稀释进气口22，再向上安装在雾化密封舱13内部有一个搅匀风机23，随时搅拌雾化密封舱13内的雾化好的纳米材料气溶胶气体通过定量纳米气出口6输送到实验舱5，在雾化密封舱13内部中间部分均匀排布安装有两套以上的高压静电雾化器36和超声波雾化器34以及升温升华雾化器37组成的复合式纳米材料气溶胶雾化器35，各个雾化器和连接管路均采用密封隔离安装以保证整个雾化密封舱13密不透气，雾化密封舱13上部中间部位有一个定量纳米气出口6，实验舱5是一个由耐腐蚀材料制作的内部光洁圆滑的蛋形密封不泄漏舱体，在实验舱5的最下部通过定量纳米气出口6和雾化密封舱13密封连接，在实验舱5的中间部位安装有透气平台4，其上可以安放纳米受试物3来接受纳米气溶胶高浓度雾化实验，在实验舱5的最上部通过废气排出口2和一个专门的纳米吸收器1密封连接，纳米吸收器1是一个内部有过滤功能的气流过滤装置，能过滤掉纳米材料同时保证气体畅通，由于纳米材料可以通过上口定量泵7和下口定量泵24持续稳定输入纳米材料溶液到复合式纳米材料气溶胶雾化器组35进行高浓度雾化，同时上口流量控制器25、下口流量控制器11和稀释气流量控制器21随时按照比例大流量送入气体，雾化密封舱13内有源源不断高浓度、大流量、长时间的纳米材料气溶胶气体通过定量纳米气出口6送入到实验舱5内，在实验舱5内的透气平台4上安放有纳米受试物3用来接受纳米气溶胶高浓度雾化实验，例如纳米侵害试验、纳米老化试验和纳米效果试验，试验完成的废气由废气排出口2通过纳米吸收器1净化吸收后排出，完成了安全方便、快速有效、科学精确的现代急需进行的更高浓度、更大流量、更长时间等等条件下纳米材料气溶胶暴露实验。

实施例：

使用本发明一种全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置进行实验前应该首先要将确定好实验时所需使用的纳米材料和稀释纳米材料的溶液，按照一定比例计算并配置好，将其按照实验要求分别放入上口定量泵7和下口定量泵24内，设计好上口定量泵7和下口定量泵24的输入速度和输入时间，将纳米受试物3放入到实验舱5内的透气平台4中间，调整好复合式纳米材料气溶胶雾化器组35的相关参数如下：依次提前调整好上超声波电源26和下超声波电源8，以便于调整好超声波振荡器34的震荡幅度保证超声波雾化器34的最佳雾化工作，提前调整好高压静电雾化器36的圆锥头之间的距离和正高压电源27及负高压电源9之间的电压和电流数值就以便于确定好所需要的高压静电放电量，进而保证正高压静电雾化器36的最佳雾化工作，提前调整好上控温电源28和下加温电源10的输出电压和电流对不锈钢圆锥头上的上口加热套30和下口加热套15的温度值控制好，进而保证升温升华雾化器37的最佳雾化工作，提前调整好上口定量泵7和下口定量泵24以便于开始输入纳米材料溶液的工作，提前调整好上口流量控制器25和下口流量控制器11控制从压缩气源20通过各自的输14流过的气体流量，调整好稀释气体流量控制器21送进的气体流量等工作，保证精确控制好输入到雾化密封舱13和实验舱5内的纳米气溶胶浓度和流量，所有调试工作完成后关闭密封好雾化密封舱13和实验舱5，进行下一步正式试验工作：依次打开上超声波电源26和下超声波电源8，以便于开始超声波雾化器34的工作，打开正高压电源27和负高压电源9以便于开始高压静电雾化器36的工作，打开上口定量泵7和下口定量泵24以便于开始输入纳米材料溶液的工作，打开上控温电源28和下控温电源10以便于开始升温升华雾化器37的工作，打开压缩气源20、上口流量控制器25和下口流量控制器11以及稀释气流量控制器21以便于开始向雾化密封舱13内定量输入气体的工作，按照预定的试验时间进行整个纳米气溶胶高浓度雾化实验，到达预定试验时间完成后，结束全部试验再依次完成如下工作：关闭上超声波电源26和下超声波电源8以便于停止超声波雾化器34的工作，关闭正高压电源27和负高压电源9以便于停止高压静电雾化器36的工作，关闭上口定量泵7和下口定量泵24以便于停止输入纳米材料溶液的工作，关闭上控温电源28和下控温电源10以便于停止升温升华雾化器37的工作，关闭压缩气源20、上口流量控制器25和下口流量控制器11以及稀释气流量控制器21以便于停止向雾化密封舱13内定量输入气体的工作。

Claims (4)

1.一种全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置，其特征是：该装置包括一个密闭的雾化密封舱（13）, 雾化密封舱（13）内部装有两套以上的由高压静电雾化器（36）和超声波雾化器（34）以及升温升华雾化器（37）组成的复合式纳米材料气溶胶雾化器组（35），同时对来自上口定量泵（7）和下口定量泵（24）的精确定量输入的纳米材料溶液进行多重雾化，压缩气源（20）提供的新鲜空气经过分歧口（19）分开后通过上口流量控制器（25）和下口流量控制器（11）随时吹开聚集在复合式纳米材料气溶胶雾化器组（35）附近的纳米材料气溶胶，稀释气流量控制器（21）根据纳米材料输入的流量、流速以及通过上口流量控制器（25）和下口流量控制器（11）输入的气体流量和流速控制稀释气体的流量来达到精确控制纳米材料气溶胶浓度的目的，在雾化密封舱（13）底部安装一个搅匀风机（23）随时搅拌雾化密封舱（13）内的雾化好的纳米材料气溶胶气体，通过定量纳米气出口（6）输送到实验舱（5），由于纳米材料可以通过上口定量泵（7）和下口定量泵（24）持续稳定输入纳米材料溶液到复合式纳米材料气溶胶雾化器组（35）进行高浓度雾化，同时上口流量控制器（25）、下口流量控制器（11）和稀释气流量控制器（21）随时按照比例大流量送入气体，雾化密封舱（13）内有源源不断的高浓度、大流量、长时间的纳米材料气溶胶气体通过定量纳米气出口（6）送入到实验舱（5）内，在实验舱（5）内的透气平台（4）上安放有纳米受试物（3）用来接受纳米气溶胶高浓度雾化实验，试验完成的废气由废气排出口（2）通过纳米吸收器（1）净化吸收后排出。

2.根据权利要求1所述的一种全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置，其特征是：所述雾化密封舱（13）是一个由耐腐蚀材料制作的内部光洁圆滑的椭圆形密封不泄漏舱体，在雾化密封舱（13）的最下部安装有稀释进气口（22），再向上安装有一个搅匀风机（23），在雾化密封舱（13）内部中间部分均匀排布安装有两套以上的高压静电雾化器（36）和超声波雾化器（34）以及升温升华雾化器（37）组成的复合式纳米材料气溶胶雾化器组（35），各个雾化器和连接管路均采用密封隔离安装以保证整个雾化密封舱（13）密不透气，雾化密封舱（13）上部中间部位有一个定量纳米气出口（6），与实验舱（5）相连。

3.根据权利要求1所述的一种全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置，其特征是：所述实验舱（5）是一个由耐腐蚀材料制作的内部光洁圆滑的蛋形密封不泄漏舱体，在实验舱（5）的最下部通过定量纳米气出口（6）和雾化密封舱（13）密封连接，在实验舱（5）的中间部位安装有透气平台（4），其上可以安放纳米受试物（3）来接受纳米气溶胶高浓度雾化实验，在实验舱（5）的最上部通过废气排出口（2）和一个专门的纳米吸收器（1）密封连接，纳米吸收器(1)是一个内部有过滤功能的气流过滤装置，能过滤掉纳米材料同时保证气体畅通。

4.根据权利要求1所述的一种全封闭复合式纳米气溶胶高浓度雾化实验装置，其特征是：所述复合式纳米材料气溶胶雾化器组（35）是由含有两个以上对称排列的超声波雾化器（34）、高压静电雾化器（36）以及升温升华雾化器（37）复合安装在一起，在中心部分对称安装的两个以上的超声波雾化器（34）是由中心包含着上液口（32）和下液口（17）的上口超声振荡器（33）和下口超声振荡器（18）元件组成，分别从上超声波电源（26）和下超声波电源（8）获得能量，对从上口定量泵（7）和下口定量泵（24）输送的纳米材料溶液产生超声震荡形成雾化，同样在中心部分对称安装的两个以上的高压静电雾化器（36）前端由不锈钢材料制成两个分别为正高压电极上喷口（31）和负高压电极下喷口（16）上的带有圆锥头的高压电晕正负电极分别通过高压线连接到雾化密封舱（13）外边的正高压电源（27）和负高压电源（9）上，调整好两个以上的圆锥头之间的距离和正高压电源（27）和负高压电源（9）之间的电压和电流数值就能产生所需要的高压静电放电量，由于超声波雾化器（34）的上液口（32）和下液口（17）分别正对着正高压电极上喷口（31）和负高压电极下喷口（16）上的高压静电雾化器(36)圆锥头，高压静电放电产生的电晕将进一步雾化纳米材料溶液产生足够浓度的纳米材料气溶胶雾化气体，与两个以上的高压静电雾化器（36）密封连接的是升温升华雾化器（37），其上分别安装着上口加热套（30）和下口加热套（15），分别通过上控温电源（28）和下控温电源（10）对不锈钢圆锥头加温实现升温升华雾化功能，两个以上的升温升华雾化器（37）的后端是由绝缘材料制作的上口绝缘套（29）和下口绝缘套（12），分别固定安装到雾化密封舱（13）侧壁上，两个以上的高压静电雾化器（36）和升温升华雾化器（37）内部都有通气细管连接上口流量控制器（25）和下口流量控制器（11）控制从压缩气源（20）通过各自的输气管（14）流过的气体流量，将气体送到雾化密封舱（13）内。