CN105242008A - 一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置，该染毒试验装置包括染毒箱、与染毒箱一侧连接的输送混合控制单元以及与染毒箱另一侧连接的排气净化控制单元，所述的输送混合控制单元包括与染毒箱连通的送风管、与送风管连通的污染物输送管、沿污染物输送方向依次设置在污染物输送管上的污染物输送风机、加热器以及微量注射泵，所述的排气净化控制单元包括与染毒箱连通的排风管、沿污染物排送方向依次设置在排风管上的喷嘴流量计、变频排风机以及尾气净化器。与现有技术相比，本发明结构简单、紧凑，操作方便，安全可靠，能够实现自动化控制，有效提高了染毒箱中污染物浓度控制的精确性及稳定性，制作成本低，实用性好。
Description
技术领域
本发明属于医用毒理学试验技术领域，涉及一种染毒试验装置，尤其涉及一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置。
背景技术
目前，在医用毒理学试验领域，为了研究生产用的化学物质、药品、农药、食品添加剂、可提高生活质量的化学品等对人体或环境是否有害，必须进行毒理学安全性试验评价。而大部分化学物品须进行急性、亚急性或慢性动物吸入毒性试验研究。这些研究的一个重要手段就是利用染毒装置进行动物或其他物体的染毒试验。而在染毒试验过程中，一个重要的步骤是将各种不同的浓度气源中的气体按照不同浓度的条件精确输送到一个密闭舱室内对实验仪器、实验动物或者实验材料进行气体染毒暴露实验，通过这种多浓度不同效应结果的实验，得到有价值的数据、应对和结论，也可以通过实验找出定量控制消解、吸附和中和的方法。
然而，现有的在染毒试验中通常使用的吸入性染毒装置一般是由喷射式液体雾化装置与染毒室构成，主要包括染毒室、雾化喷嘴、导气管、空气压缩机、药液容器、导液管和药液调节阀等部件，但这种装置在使用过程中，喷出的液滴大小不均匀，较大的液滴会直接滴落而造成污染和浪费，且往往达不到足够小的液滴，尤其是当这种装置用在动物吸入染毒试验时，较大的液滴会直接滴落在动物身上，经皮肤进入动物体内，而不是从动物的呼吸系统进入其体内，因此，达不到预期目标的吸入染毒效果，会直接影响试验结果的准确性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种针对需要低浓度毒物、长时间吸入条件下，能更加精准地控制污染物浓度水平，以满足实验所需要求的用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置，该染毒试验装置包括染毒箱、与染毒箱一侧连接的输送混合控制单元以及与染毒箱另一侧连接的排气净化控制单元，所述的输送混合控制单元包括与染毒箱连通的送风管、与送风管连通的污染物输送管、沿污染物输送方向依次设置在污染物输送管上的污染物输送风机、加热器以及微量注射泵，所述的排气净化控制单元包括与染毒箱连通的排风管、沿污染物排送方向依次设置在排风管上的喷嘴流量计、变频排风机以及尾气净化器。
所述的染毒试验装置还包括电控器，该电控器通过电路分别与污染物输送风机、加热器、微量注射泵、喷嘴流量计以及变频排风机电连接。
所述的送风管一端与染毒箱连通，另一端设有气源输入控制机构，并通过气源输入控制机构与外界空气源连通。
所述的气源输入控制机构包括设置在送风管上的调节阀以及用于控制调节阀开合度的标尺丝杆。
所述的调节阀为锥形调节阀。
所述的送风管的管壁上还开设有安装孔，所述的污染物输送管的输出端穿过安装孔，并插设在送风管中，将污染物输送管与送风管连通。
所述的污染物输送管的输出端顶部密封，侧面开设有至少一条侧缝，所述的污染物输送管中的污染物通过侧缝进入送风管中，并与送风管中的空气混合，再一起进入染毒箱中。
所述的侧缝共设有两条，对称设置在污染物输送管的输出端侧面上，并且所述的侧缝与送风管气流速度方向垂直。
所述的安装孔与气源输入控制机构之间还设有活性炭过滤器。
所述的活性炭过滤器对从室内空气引进的送风中的尘埃杂质进行处理，防止其影响染毒箱中污染物的浓度控制，活性炭通过管子上下部的进料口和排料口装填更换。
所述的染毒箱为动式吸入染毒箱，内部安置有受试动物。
在进行试验时，在电控器的控制下，空气经污染物输送风机进入污染物输送管中，经加热器加热，温度升高至设定值，待测试污染物经微量注射泵以恒定注射速度注射到污染物输送管中，并与加热后的空气混合，充分气化，再输送至污染物输送管的输出端，经侧缝进入送风管中，与此同时，通过标尺丝杆调节锥形调节阀的开合度，使外界空气以恒定的速度进入送风管中，经活性炭过滤器过滤后，在送风管的安装孔处与待测试污染物充分混合，并一起进入染毒箱中，后经染毒箱进入排风管，而设置在排风管上的喷嘴流量计测量排出的含有待测试污染物的空气流量，并将流量信息反馈至电控器，电控器根据反馈的流量信息控制变频排风机的工作频率，进而调节排风管的风量大小，使得染毒箱始终处于负压状态，防止待测试污染物泄漏，同时，排出的含有待测试污染物的空气经尾气净化器处理后，排入大气。
在实际试验过程中，待测试污染物为常温条件下为液态的毒物，如苯、甲苯等。
本发明的工作原理主要可分为以下四个部分：
1)污染物发生部分：由污染物输送风机将干净的空气通过污染物输送管输送至加热器，经过加热器加热到一定温度，使温度足以将由微量注射泵注射入恒定流量的液态污染物得以气化，随后将气化后的污染物输送到安装孔，这一过程主要实现液态污染物能够以恒定流量气化，并输送至送风管内；
2)污染物混合输送部分：室内空气通过锥形调节阀以一定流量进入送风管内，经活性炭过滤器过滤，去除原本室内空气中可能影响实验结果的有机化学物质，而经过处理的空气再与安装孔送出的含有污染物的空气在送风管内充分混合，最终送至染毒箱中，以满足染毒箱对实验污染物浓度的要求；
3)尾气处理及排放部分：借由变频排风机和排风管将染毒箱内的污染空气排出，经尾气净化器处理，达到安全排风要求后，再排入大气。
4)风量控制部分：整个装置的风量由变频排风机和锥形调节阀控制，由于风量是靠变频排风机来提供，故整个系统处于负压状态，待测试的有毒污染物不会泄漏到室内空气中，而排风量的测量由安装在排风管上的喷嘴流量计来监控，以保证风量调节的精确性。
本发明中，待测试污染物(毒物)的释放采用微量注射泵注射，通过吹入干燥加热的空气，使液态污染物由微量注射泵注射出后直接气化，再混入所要求的温度和相对湿度的干净空气中，一起送入染毒箱。污染物的释放由于是依靠机械式注射的微量注射泵，染毒箱的污染物浓度的精确性和稳定性都比以往的方法要更加准确可靠，保证了实验对动式吸入染毒箱内污染物浓度的要求。
在用途方面，本发明除了用于医学领域的动物吸入式染毒试验，还可以用于净化器领域中化学物质吸附评价的试验。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)由于采用锥形调节阀，通过控制锥形调节阀的开合程度来调整送风量大小，加之，结合使用标尺丝杆，则能够精确调整锥形调节阀的开合大小，从而有效实现送风量大小的精确控制；
2)由于采用加热器，对污染物输送风机输送的空气进行必要的加热，使得后面的由微量注射泵注入污染物输送管中的污染物能充分气化，消除了原有气化程度不均一的技术缺陷，保证试验的顺利进行；
3)由于采用变频排风机，并结合喷嘴流量计，能够精确测量染毒箱的排风量，并能方便快捷地调整排风风量的大小，使得染毒箱始终处于负压状态，防止待测试污染物泄漏污染空气，安全性好；
4)整体结构简单、紧凑，模块化清晰，工作稳定，操作方便，安全可靠，能够实现自动化控制，有效提高了染毒箱中污染物浓度控制的精确性及稳定性，经济成本低，实用性强，保证了试验对动式吸入染毒箱内污染物浓度控制的要求。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明送风管局部放大示意图；
图中标记说明：
1—染毒箱、2—污染物输送管、3—排风管、4—污染物输送风机、5—加热器、6—微量注射泵、7—喷嘴流量计、8—变频排风机、9—尾气净化器、10—送风管、11—锥形调节阀、12—标尺丝杆、13—活性炭过滤器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例：
如图1所示，一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置，该染毒试验装置包括染毒箱1、与染毒箱1一侧连接的输送混合控制单元以及与染毒箱1另一侧连接的排气净化控制单元，输送混合控制单元包括与染毒箱1连通的送风管10、与送风管10连通的污染物输送管2、沿污染物输送方向依次设置在污染物输送管2上的污染物输送风机4、加热器5以及微量注射泵6，排气净化控制单元包括与染毒箱1连通的排风管3、沿污染物排送方向依次设置在排风管3上的喷嘴流量计7、变频排风机8以及尾气净化器9。染毒试验装置还包括电控器，该电控器通过电路分别与污染物输送风机4、加热器5、微量注射泵6、喷嘴流量计7以及变频排风机8电连接。
如图2所示，送风管10一端与染毒箱1连通，另一端设有气源输入控制机构，并通过气源输入控制机构与外界空气源连通，气源输入控制机构包括设置在送风管10上的调节阀以及用于控制调节阀开合度的标尺丝杆12，调节阀为锥形调节阀11。送风管10的管壁上还开设有安装孔，污染物输送管2的输出端穿过安装孔，并插设在送风管10中，将污染物输送管2与送风管10连通。
污染物输送管2的输出端顶部密封，侧面开设有至少一条侧缝，污染物输送管2中的污染物通过侧缝进入送风管10中，并与送风管10中的空气混合，再一起进入染毒箱1中。侧缝共设有两条，对称设置在污染物输送管2的输出端侧面上，并且侧缝与送风管10气流速度方向垂直。安装孔与气源输入控制机构之间还设有活性炭过滤器13，该活性炭过滤器13对从室内空气引进的送风中的尘埃杂质进行处理，防止其影响染毒箱1中污染物的浓度控制，活性炭通过管子上下部的进料口和排料口装填更换。
在实际应用时，染毒箱1为动式吸入染毒箱，内部安置有受试动物，待测试污染物为常温条件下为液态的毒物，如苯、甲苯等。
在进行试验时，在电控器的控制下，空气经污染物输送风机4进入污染物输送管2中，经加热器5加热，温度升高至设定值，待测试污染物经微量注射泵6以恒定注射速度注射到污染物输送管2中，并与加热后的空气混合，充分气化，再输送至污染物输送管2的输出端，经侧缝进入送风管10中，与此同时，通过标尺丝杆12调节锥形调节阀11的开合度，使外界空气以恒定的速度进入送风管10中，经活性炭过滤器13过滤后，在送风管10的安装孔处与待测试污染物充分混合，并一起进入染毒箱1中，后经染毒箱1进入排风管3，而设置在排风管3上的喷嘴流量计7测量排出的含有待测试污染物的空气流量，并将流量信息反馈至电控器，电控器根据反馈的流量信息控制变频排风机8的工作频率，进而调节排风管3的风量大小，使得染毒箱1始终处于负压状态，防止待测试污染物泄漏，同时，排出的含有待测试污染物的空气经尾气净化器9处理后，排入大气。
以下定义几个物理量：
Q1：排风风量，m3/min；
Q2：污染物输送风机4风量，m3/min；
C：染毒箱1中污染物浓度，ug/m3；
V：微量注射泵6污染物注射速度，ul/min；
ρ：液态污染物密度，ug/ul；
T1：送风温度，℃；
T2：污染物输送风机4经过加热器5之后的送风温度，℃；
T：染毒箱1中送风温度，℃。
α：实验测试的有效风量系数
关键控制参数及要求：
Q2＝k×Q1，k为Q2与Q1的比值，k＜0.01，确保污染物输送风量对总风量的影响很小；
T＝T1+(T2-T1)×k，由于k＜0.01，所以T2对T1的影响很小，可以忽略不计，即T≈T1，由此保证了实验箱中温度、相对湿度不会因为加热器而受到影响；
α为实验测试的有效风量系数，由此公式通过实验需设定的控制浓度，反算微量注射泵6注射速度的选择和排风风量的选择。
染毒试验装置工作原理主要可分为以下四个部分：
1)污染物发生部分：由污染物输送风机4将干净的空气通过污染物输送管2输送至加热器5，经过加热器5加热到一定温度，使温度足以将由微量注射泵6注射入恒定流量的液态污染物得以气化，随后将气化后的污染物输送到安装孔，这一过程主要实现液态污染物能够以恒定流量气化，并输送至送风管10内；
2)污染物混合输送部分：室内空气通过锥形调节阀11以一定流量进入送风管10内，经活性炭过滤器13过滤，去除原本室内空气中可能影响实验结果的有机化学物质，而经过处理的空气再与安装孔送出的含有污染物的空气在送风管10内充分混合，最终送至染毒箱1中，以满足染毒箱1对实验污染物浓度的要求；
3)尾气处理及排放部分：借由变频排风机8和排风管3将染毒箱1内的污染空气排出，经尾气净化器9处理，达到安全排风要求后，再排入大气。
4)风量控制部分：整个装置的风量由变频排风机8和锥形调节阀11控制，由于风量是靠变频排风机8来提供，故整个系统处于负压状态，待测试的有毒污染物不会泄漏到室内空气中，而排风量的测量由安装在排风管3上的喷嘴流量计7来监控，以保证风量调节的精确性。
在装置的结构设计过程中，待测试污染物(毒物)的释放采用微量注射泵6注射，通过吹入干燥加热的空气，使液态污染物由微量注射泵6注射出后直接气化，再混入所要求的温度和相对湿度的干净空气中，一起送入染毒箱1。污染物的释放由于是依靠机械式注射的微量注射泵6，染毒箱1的污染物浓度的精确性和稳定性都比以往的方法要更加准确可靠，保证了实验对动式吸入染毒箱内污染物浓度的要求。
以上所述仅仅是本发明的优选实施方式，对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理、特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置，该染毒试验装置包括染毒箱(1)、与染毒箱(1)一侧连接的输送混合控制单元以及与染毒箱(1)另一侧连接的排气净化控制单元，其特征在于，所述的输送混合控制单元包括与染毒箱(1)连通的送风管(10)、与送风管(10)连通的污染物输送管(2)、沿污染物输送方向依次设置在污染物输送管(2)上的污染物输送风机(4)、加热器(5)以及微量注射泵(6)，所述的排气净化控制单元包括与染毒箱(1)连通的排风管(3)、沿污染物排送方向依次设置在排风管(3)上的喷嘴流量计(7)、变频排风机(8)以及尾气净化器(9)。
2.根据权利要求1所述的一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置，其特征在于，所述的染毒试验装置还包括电控器，该电控器通过电路分别与污染物输送风机(4)、加热器(5)、微量注射泵(6)、喷嘴流量计(7)以及变频排风机(8)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置，其特征在于，所述的送风管(10)一端与染毒箱(1)连通，另一端设有气源输入控制机构，并通过气源输入控制机构与外界空气源连通。
4.根据权利要求3所述的一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置，其特征在于，所述的气源输入控制机构包括设置在送风管(10)上的调节阀以及用于控制调节阀开合度的标尺丝杆(12)。
5.根据权利要求4所述的一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置，其特征在于，所述的调节阀为锥形调节阀(11)。
6.根据权利要求3所述的一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置，其特征在于，所述的送风管(10)的管壁上还开设有安装孔，所述的污染物输送管(2)的输出端穿过安装孔，并插设在送风管(10)中，将污染物输送管(2)与送风管(10)连通。
7.根据权利要求6所述的一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置，其特征在于，所述的污染物输送管(2)的输出端顶部密封，侧面开设有至少一条侧缝，所述的污染物输送管(2)中的污染物通过侧缝进入送风管(10)中，并与送风管(10)中的空气混合，再一起进入染毒箱(1)中。
8.根据权利要求7所述的一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置，其特征在于，所述的侧缝共设有两条，对称设置在污染物输送管(2)的输出端侧面上，并且所述的侧缝与送风管(10)气流速度方向垂直。
9.根据权利要求6所述的一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置，其特征在于，所述的安装孔与气源输入控制机构之间还设有活性炭过滤器(13)。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的一种用于调控挥发性有机物气态污染浓度的染毒试验装置，其特征在于，在进行试验时，在电控器的控制下，空气经污染物输送风机(4)进入污染物输送管(2)中，经加热器(5)加热，温度升高至设定值，待测试污染物经微量注射泵(6)以恒定注射速度注射到污染物输送管(2)中，并与加热后的空气混合，充分气化，再输送至污染物输送管(2)的输出端，经侧缝进入送风管(10)中，与此同时，通过标尺丝杆(12)调节锥形调节阀(11)的开合度，使外界空气以恒定的速度进入送风管(10)中，经活性炭过滤器(13)过滤后，在送风管(10)的安装孔处与待测试污染物充分混合，并一起进入染毒箱(1)中，后经染毒箱(1)进入排风管(3)，而设置在排风管(3)上的喷嘴流量计(7)测量排出的含有待测试污染物的空气流量，并将流量信息反馈至电控器，电控器根据反馈的流量信息控制变频排风机(8)的工作频率，进而调节排风管(3)的风量大小，使得染毒箱(1)始终处于负压状态，防止待测试污染物泄漏，同时，排出的含有待测试污染物的空气经尾气净化器(9)处理后，排入大气。
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