CN1036455A - 大流量超小单一粒子发生法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种大流量单分散气溶胶粒子发生方 法和装置。它属于气溶胶技术，用于过滤器检漏。大 流量高浓度超小粒径的单分散气溶胶粒子，是通过将 DOS或DOP雾化，加热蒸发和强制冷却而得到，其 粒径约0.01微米。该装置是由雾化器、温控管状加 热炉、冷却器、压缩空气源、风道、孔板、T形管等部件 组成。并可小型化轻便易携。还可发生NaCl和金 属的单分散气溶胶粒子，其粒径为0.005-0.02微 米。

Description

本发明为一种大流量超小DOS单分散（单一）气溶胶粒子发生器，属于气溶胶技术，用于对高效和超高效过滤器产品的检漏和用0.01微米粒径时检验过滤器的透过率（效率），并用于检漏和检验现有洁净室和地下工事中的过滤器。

国内外现有检验或检漏高效和超高效过滤器产品有以下几种方法和装置：

国内采用的标准方法为油雾法和纳焰法（国标GB6165-85），上述两种方法及其装置发生的粒子都为多分散相的，平均重量粒径为0.28-0.34微米，测试是以重量浓度（毫克/米³）作为过滤器前后的检验的基准，这两种方法的缺点是进入过滤器的浓度较高，如油雾法每立方米高达2000毫克，被检验的过滤器尘容量就较大。国外除采用上述两种方法外，美日采用DOP法（DOP：磷苯二甲酸二辛脂）发生的粒子有单分散的也有多发散粒子，平均粒径为0.3-0.7微米（如TDA-5ADOP气溶胶发生器），测试是以颗粒浓度（粒/cm³或粒/米³）作为被检过滤器前后的检验的基准。该方法比前两种方法在浓度上已有较多的降低，但对高效尤其是超高效过滤器在被检后尘容量仍较大，因而在洁净室中出现从过滤器中析出被检气溶胶粒子，这就使一些高要求的洁净室（100级、10级等）遇到一些棘手的问题，至今未能解决。

另外，国内外在半导体、食品、制药、航天等都安装有多种级别的洁净室，在运转一些年后，都需对洁净室作些检验，但要求在检验中不对过滤器有损伤;而且，国内有很多战备和地下工事，它们都备有防原子、防细菌、防毒气等三防功能，即安装有大量的过滤器系统，但这些系统已多年安装在地下，不知有无失效。因而都需要合适的方法和装置加以检验。

为此，本发明给出一种大流量超小DOS（DOS-癸二酸二辛脂）单分散（单一）气溶胶粒子发生器及方法，该发生器通过用DOS（或DOP以及能用溶剂溶解的物质）经雾化器雾化、加热蒸发和固体物质（如金属物质）经管状炉加热蒸发，然后用强制冷却得到大流量高浓度的单分散气溶胶粒子，粒子粒径为0.005-0.02微米。

本发明的大流量微小粒径DOS单分散气溶胶发生器方法如下：

图1为本发明的气溶胶发生方法的柜图。

空气压缩机为雾化动力源和强制冷却气流源。从空气压缩机出来的空气经滤油、干燥和绝对过滤处理后，从压缩空气入口4分别进入雾化器1和压缩空气流量控制器（可以为孔板和压差计，或转子流量计）。雾化器的雾化液瓶中放置100%的DOS或DOP溶液，从压缩空气入口4来的压缩空气以0.5-3表压进入雾化器入口，将雾化液瓶中的DOS或DOP溶液雾化成液滴后，从雾化器的气溶胶出口出来进入温控管状加热炉2中的加热管中，温控管状加热炉将加热管的外壁控制在300-400℃温度范围，通过加热使DOS或DOP液滴完全气化，以得到单分散相（单一）粒径的粒子。气化后的DOS或DOP气体再进入冷却器3的入口。另一股压缩空气经压缩空气流量控制器5被控制为200-500升/分，进入冷却器3的蜗壳中，用来冷却进入冷却器3中的DOS或DOP气体。DOS或DOP气体与进入冷却器中的大量压缩空气混合起到了强制充分冷却的作用。由于DOS或DOP气体骤然遇冷，以DOS或DOP溶液中的杂质为凝结核形成了均匀的气溶胶粒子。此时粒子浓度很高，为了不使形成的粒子凝并，从冷却器中出来的高浓度粒子进入风道6，风道6是用来检验过滤器的系统。该系统根据被检验的过滤器的大小而确定风量，一般采用3000-4000米³/小时，从室内或室外进入风道的空气必须进行过滤，从冷却器出来的高浓度粒子流与经过滤的空气进行第二次混合，又一次进行强制冷却和稀释，此时粒子浓度为10⁶-10⁷粒/厘米³，粒径约为0.01微米。

采用一次或二次混合（即冷却）之间的差异，主要表现在发生粒子的分散度之间的不同，二次冷却后发生粒子的几何标准差6_g在1.05以内;采用一次冷却6_g在1.2以内。对固定的永久性的检验过滤器装置，因压缩空气源较充分，用二次冷却可得到较好的6_g值。对便携式的发生器，用一次冷却就可以，因现场一般都无充足的压缩空气源，测定时间又不太长，因此6_g值稍大些对测量无太大影响（因为6_g＜1.22都为单分散相粒子），这样可使整个发生器得到简化，便于携带。

本发明的气溶胶发生法也可采用能用溶剂溶解的物质，如NaCL水溶液代替DOS或DOP溶液（图3），其发生方法与上述方法基本相同，但在雾化器和温控管状加热炉之间放置一个扩散式干燥剂21，其作用是将由雾化器的气溶胶出口管中出来的NaCL液滴脱水，以免水份进入加热管，此时，温控管状加热炉将加热管的外壁温度控制在800-1000℃。

本发明的气溶胶发生法还可以采用固体物质，如铝、镍、铜、铋、碲、锑、锌、镉等金属粒子代替DOS或DOP溶液（图4）。其发生方法与DOP或DOS发生法相同，但此时不用雾化器7，在压缩空气入口和温控管状加热炉8之间安放一个转子流量计22，将压缩空气流量控制为3-5升/分，送入加热管中，在温控管状加热炉内放置一个瓷舟23，瓷舟内放有铝、镍、铜、铋、碲、锌、镉中的任一种金属粒子，此时温控管状加热炉要将加热管的外壁温度控制为瓷舟内所放置金属粒子的熔点温度，使金属粒子气化后进入冷却器中。

另外，本发明的气溶胶发生法可以采用一次冷却，即将冷却器9去掉，将加热管直接插入风道14中或检验洁净室和地下工事时可直接插在风道进口或出口端。其方法为：

由压缩空气入口6供应压缩空气到雾化器7，雾化的DOS或DOP液滴从雾化器的气溶胶出口管出来进入温控管状加热炉的加热管中，加热管壁温度为300-400℃，气化好的DOS或DOP气体进入风道14与经空气过滤器过滤的外部空气混合，冷却稀释成浓度为10⁶-10⁷粒/厘米³，粒径约为0.01微米的单分散相气溶胶粒子，此时风量为3000-4000米³/时。

下面结合附图对采用本发明方法的气溶胶发生器进行详细描述。

图2为DOS或DOP气溶胶发生器结构简图。

图3为采用NaCL水溶液的气溶胶发生器结构简图。

图4为采用金属粒子的气溶胶发生器结构简图。

图5为便携式气溶胶发生器结构简图。

图6为发生器关键部分的详细结构示意图。

本发明的大流量超小DOS单分散气溶胶粒子发生器如图2所示，由雾化器7、温控管状加热炉8，冷却器9，温度指示计10，压缩空气入口11，孔板12，压差计13，风道14，进气过滤器15和T形管16组成。

雾化器7可采用三孔可立松（Coillison）雾化器;单孔可立松雾化器或用压缩空气使其溶液雾化的雾化器，根据被检过滤器的风量决定。压缩空气入口11分别与雾化器7的入口和孔板12相通，100%的DOS或DOP溶液放在雾化器的雾化液瓶中，雾化器7的气溶胶出口管17与T形管16用聚四氟乙稀管相连接，T形管16与温控管状加热炉8中的加热管18和冷却器9相互用螺纹联接，它们可用不锈钢、铜或合金铝制作。T形管11主要用来封闭温控管状加热炉8内的热量，使其不要过快地排出炉外以便更好地保持所需的温度，另外还起到将加热管18定位的作用。温控管状加热炉8上安装有温度指示计10，用来指示加热管温度。孔板12上安装一个用来测量流量的压差计13，孔板12与冷却器9的蜗壳相通，冷却器9的出口管19插进风道14的入口29中。风道14是用来检验过滤器系统的一部分，图中只表示该系统的进风端部分，进风端后面有被检验的过滤器与风机等，风道14上装有进气过滤器15，用来对由空气入口5进来的室内或室外空气进行过滤。

温控管状加热炉8也可用便携式气溶胶发生器中的加热和温控形式代替加热和温度控制。

孔板12和压差计9也可用转子流量计代替，直接测出压缩空气的流量。

本发明的DOS或DOP气溶胶发生器的工作过程如下：

空气压缩机中出吹目掌擞汀⒏稍锖途怨舜砗螅友顾蹩掌肟?1分别进入雾化器7的入口和孔板8，压缩空气将雾化器的雾化液瓶中的100%DOS或DOP溶液雾化成液滴，从雾化器的气溶胶出口管17中出来，通过聚四氟乙稀管和T形管16进入温控管状加热炉8的加热管18中，加热管18的温度为300-400℃，通过加热使DOS或DOP液滴完全气化，加热管的温度用温度指示计10指示，气化后的DOS或DOP气体再进入冷却器9的入口喷嘴。另一股压缩空气经孔板12并通过压差计13的控制进入冷却器9的蜗壳中，用来冷却由冷却器喷嘴中出来的DOS或DOP气体。该压缩空气经孔板12用压差计13测量孔板的静压差，该静压差通过校正得出与流量的关系，从而使进入冷却器蜗壳的空气流量为200-500升/分。也可用转子流量计代替孔板12和压差计13直接测出流量，但其体积较大。DOS或DOP气体强制冷却后形成均质的气溶胶粒子，由冷却器出口管出去进入风道14，与经进气过滤器15过滤的由空气入口20进入的室内或室外空气进行第二次混合（冷却），又一次进行强制冷却和稀释，得到粒子浓度为10⁶-10⁷粒/厘米³，粒径约为0.01微米的粒子流。由空气入口20进入的空气要根据被检验过滤器的大小而确定风量，一般采用3000-4000米³/小时。

如前所述，本发明除采用DOS或DOP溶液外，还可采用能被溶剂溶解的物质如NaCL，或铝、镍、铜、碲、锑、锌、镉等金属粒子替代DOS或DOP溶液，此时本发明的发生器结构应作适当的改动，下面分别加以说明。

图3为采用NaCL水溶液代替DOS的溶液，该结构与前述结构基本相同，该NaCl水溶液也装在雾化器7中的雾化液瓶中，所不同的是要在雾化器7与T形管16之间安装一个扩散式干燥剂21，21与7和16用聚四氟乙稀管相连接，其作用是脱水，将雾化器7的气溶胶出口管17中出来的NaCL液滴脱水，以免水份进入加热管18，此时温控管状加热炉的加热温度为800-1000℃。

图4为采用金属粒子代替DOS的发生器结构示意图。该发生器不需要雾化器7，和加热管12，在压缩空气入口11与T形管16之间放置一个转子流量计22，用来将压缩空气流量控制为3-5升/分，在温控管状加热炉内安放一个瓷舟23，瓷舟23内放置铝、镍、铜、铋、碲、锑、锌、镉等中的任一种金属粒子，此时温控管状加热炉的加热温度要为瓷舟23中放置的金属粒子的熔点温度，发生器的其它部分与DOS发生器相同。

上述两种发生器的工作过程与DOS或DOP发生器相同，不再描述。

另外，本发明的气溶胶发生器可采用一次冷却，将结构简化变成便携式气溶胶发生器。

图5为便携式气溶胶发生器简图。

该发生器由小压缩空气瓶24，雾化器7，加热管18，保温套筒25，电阻丝26，调压变压器27和热电偶和温度指示计28组成。

小压缩空气瓶24与雾化器7相连，雾化器和加热管18直接用聚四氟乙稀管相连接，在加热管18外部缠绕一层电阻丝26，电阻丝26两头联接在调压变压器27上，调压变压器正负两极接220V电源，在加热管和电阻丝外层有一个保温套筒25进行保温，该保温套筒可用石棉绳、瓦等材料制造。在加热管上接有一个热电偶和温度指示计28。加热管的另一头直接插入风道中，或者在检验洁净室和地下工事时可直接插在风机进口或出口端。

该发生器的工作过程为：

小压缩空气瓶24将压缩空气送入雾化器7的入口，将DOS或DOP溶液雾化成液滴后，由雾化器的气溶胶出口管出来经聚四氟乙稀管进入加热管18，220V电源经调压变压器27调压，流过电阻丝26，电阻丝26将加热管18加热至300-400℃，该温度由调压变压器27通过热电偶和温度指示计28进行控制，保温套筒25将对加热管18进行保温，DOS或DOP液滴在加热管内气化，气化好的DOS或DOP气体由加热管18中出去直接进入风道，与经空气过滤器过滤过的外部空气混合，冷却和稀释成单分散相气溶胶粒子。

本发明的气溶胶发生器工作时，若被检测过滤器的风量在3000米³/时以下可降低雾化器雾化的压缩空气压力或采用单孔可立松发生器，若需比4000米³/时更大的风量，可增高压缩空气的雾化压力，若仍不够大可利用两套或三套发生器的并联，那时风量可达1万米³/时以上。

本发明的大流量超小粒径DOS或DOP单分散气溶胶发生器及方法与现有技术相比具有下述优点：

1、本发明的实现将对现有国内外测试检验过滤器的技术向前推进，对现有的检验过滤器的规范要作重大的修订或重订，因可将本发明对过滤器的产品作检漏试验，进而0.1微米或0.3微米的性能完全可用过滤器所用的滤料的测试结果作参考，即用“国产空气采样和高效滤料性能测验”中的方法将滤料在不同粒径0.05-0.5微米下对每个粒径的效率（即分级效率）全部都可得出。现有国内外对检验或检漏高效和超高效过滤器基本采用油雾法、纳焰法和DOP法;这几种方法从风量上看与本发明相同，都能满足过滤器检验的要求，但从粒径上看本发明约为0.01微米，而上述方法及装置都在0.3微米左右。从粒径上看本发明的发生器比上述方法及装置小30倍，从粒子体积上看本发明比上述方法要小27000倍，因此在用同一时间检验过滤器的容尘量，本发明比上述方法至少小27000倍。因此用本发明的发生器检验后的过滤器再析出的可能性极小，几乎是无污染。

2、目前国外的“超小标准粒子（0.003-0.04微米）的发生器”也可发生0.01微米甚至0.003微米的粒径，但该发生器中的关键部件是静电分级仪，为美国TSI公司生产，价格约为3万美元，但它们流量比本发明的发生器要小500倍，发生气溶胶浓度小10-100倍之多，但其价格昂贵，无法用作过滤器的检验。

3、本发明的发生器体积小，结构简单，发生粒径为0.01微米DOS（或DOP）的单分散气溶胶粒子，在3000-4000米³/时风量时，其粒子浓度可达10⁶-10⁷粒/cm³，因此可用于对高效和超高效过滤器产品作出厂的检漏和用0.01微米粒径检验过滤器的透过率，并对检漏和检验后的过滤器无任何性能影响。

4、本发明的发生器，流量为3000-4000米³/时，浓度10⁶-10⁷粒/厘米³，发生粒子粒径为0.01微米，其价格仅为每台4000元人民币左右，若不用管状炉价格仅为1-2千元1台。价格低廉，便于推广使用。

5、本发明的发生器，其关键部分是由其中T形管16、加热管18、冷却器9以及冷却器出口管19的详细结构示意图6构成。此图6作为图2所述部分的补充。

Claims (10)

1、一种用于过滤器等检测的大流量超小单分散气溶胶粒子发生方法，其特征在于从空气压缩机出来的空气经过滤油、干燥和绝对过滤处理后，由压缩空气入口分别进入雾化器和雾化液瓶中的100%DOS或DOP溶液雾化成液滴后，从雾化器中出来进入温控管状加热炉的加热管中，温控管状加热炉将加热管的外壁温度控制在300-400℃，通过加热使DOS或DOP气体进入冷却器；另一股压缩空气经压缩空气流量控制仪被控制为200-500升/分，进入冷却器的蜗壳中与进入冷却器的DOS或DOP气体相混合使DOS或DOP气体受到强制冷却，然后，第一次冷却后的高浓度粒子从冷却器中出来进入用来检验过滤器系统的风道中，从室内或室外进入风道的空气经过过滤与从冷却器中出来的高浓度粒子流进行第二次混合，又一次进行强制冷却和稀释，从室内或室外进入风道的空气的风量根据被检验的过滤器的大小而确定，一般为3000-4000米³/时，经过第二次冷却和稀释使粒子浓度为10⁶-10⁷粒/厘米³，粒径约为0.01微米。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于所说的DOS或DOP为NaCL水溶液，在雾化器和温控管状加热炉之间有一个扩散式干燥剂，将由雾化器中出来的NaCL液滴脱水。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于所说的DOS或DOP为铝、镍、铜、铋、碲、锑、锌、镉等金属粒子，所说的雾化器为一个转子流量计，该转子流量计将压缩空气入口来的压缩空气流量控制为3-5升/分，送到温控管状加热炉中，管状加热炉内放置一个瓷舟，瓷舟内放有铝、镍、铜、铋、碲、镉中的任一种金属，加热管外壁的温度为瓷舟内所放置的金属粒子的熔点温度，使金属粒子气化后进入冷却器中。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于采用一次冷却，气化好的DOS或DOP气体从加热管中出来直接进入风道，与经空气过滤器过滤的外部空气混合，强制冷却稀释。

5、一种用于过滤器检验的大流量超小气溶胶发生器，其特征在于所说的发生器由雾化器，温控管状加热炉，冷却器，温度指示剂，压缩空气入口，孔板，压差计，风道，进气过滤器和T形管组成，其中，压缩空气入口分别与雾化器入口和孔板相通，雾化器的雾化液瓶中装有100%的DOP或DOS，雾化器的气溶胶出口管与T形管用聚四氟乙稀管相连接，T形管与温控管状加热炉中的加热管和冷却器相互用螺纹联接，温控管状加热炉上安装有一个温度指示计，孔板上安装一个用来测量流量的压差计，孔板与冷却器的蜗壳相通，冷却器的出口管插进风道的入口中，风道上装有进气过滤器。

6、如权利要求5所述的发生器，其特征在于所说的温控管状加热炉用在加热管外部缠绕一层电阻丝，电阻丝两头联接在调压变压器上，调压变压器两极接220V电源，在加热管和电阻丝外层有一个保温套筒，在加热管上接有一个热电偶和温度指示计代替。但此方法不宜用于发生NaCL和金属粒子。

7、如权利要求5所述的发生器，其特征在于所说的DOS或DOP用NaCL水溶液代替，所说的雾化器与T形管之间安装一个扩散式干燥剂。

8、如权利要求5所述的发生器，其特征在于所说的雾化器用转子流量计代替，在温控管状加热炉内安装一个瓷舟，瓷舟内放置铝、镍、铜、铋、碲、锌、镉中的任一种。

9、如权利要求5、6、7、8所述的发生器，其特征在于所说的孔板和压差计用转子流量计代替。

10、一种用于权利要求4的便携式气溶胶发生器，其特征在于该发生器由小压缩空气瓶，雾化器，加热管，保温套筒，电阻丝，调压变压器和热电偶和温度指示计组成，其中：

小压缩空气瓶与雾化器相连，雾化器和加热管直接用聚四乙稀管相连接，在加热管外部缠绕一层电阻丝，电阻丝两头联接在调压变压器上，调压变压器两极接220V电源，在加热管和电阻丝外层有一个保温套筒，在加热管上接有一个热电偶和温度指示计。

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