CN107469728A - 一种可控微量颗粒物加料装置及其使用方法 - Google Patents

一种可控微量颗粒物加料装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可控微量颗粒物加料装置和其使用方法。该装置包括取粉导粉组件、调频动力组件和粉末分散组件；调频动力组件和粉末分散组件均与取粉导粉组件相连；调频动力组件包括数显调频器和由数显调频器控制的马达。优选地，取粉导粉组件包括添加仓、搅动刷和取粉轴；添加仓呈漏斗状，其底部与取粉轴嵌合；取粉轴与马达连接，在马达提供的动力作用下，取粉轴绕其轴向转动，添加仓并不随之转动；搅动刷设置在添加仓内，与取粉轴通过第一皮圈连接；取粉轴转动带动第一皮圈传动，使得搅动刷转动。本发明满足了微量可控颗粒物定量加料实验要求，为深入探讨城市雾霾性质及危害机理，从而更有效的控制雾霾，解决环境问题和预防相关疾病提供了基础。

Description

一种可控微量颗粒物加料装置及其使用方法
技术领域
本发明属于机械领域，具体涉及一种可控微量颗粒物加料装置及其使用方法。
背景技术
随着经济的发展，人口密度的增加，企业废气，汽车尾气以及人类生活燃煤使用等不断增加，空气污染越来越严重，尤其近年来雾霾成了我国最严重的问题之一。雾霾不仅可能降低大气能见度，腐蚀材料，影响植物生理，同时其中细小颗粒物拥有极大的表面积比，可以成为病毒细菌等有害物质的载体，随呼吸进入人的支气管和肺泡，引起呼吸系统疾病。目前颗粒物相关性质及危害的研究受到极大关注。为了对颗粒物机理的深入研究，控制性室内模拟实验是重要的研究途径，微量可控的颗粒物加料技术和装置是控制性室内模拟实验的关键技术之一。
经过对现有技术检索发现，类似的研究或者发明主要集中在漏斗、粉末加料、喷雾气溶胶发生器等装置。漏斗发明装置如CN201620334441.X、
CN201410243886.2，CN201110389163，此类发明有一定的可调控性，但是调控等级有限，且靠人工旋转调节，也多适用于液体，对粉末的调控能力不足，易堵塞；粉末加料装置如CN2015102008170.3、CN201110389163.X，CN201510699139.4、CN201510737410.9，此类加粉加料装置多用于工业生产制造，加粉量大，结构复杂，可控性精度要求不高；喷雾器及气溶胶发生器如CN201410706523.8、
CN201410825939.1，能够产生雾状液体或者气体，但是其在量的调节和控制上存在缺陷。由此可见现有发明专利中，适用于微量颗粒物加料设备较少，且存在的主要问题是颗粒物量可调节技术缺乏。在进一步的检索中，尚未发现与本发明主题相同或者类似的文献报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，针对颗粒物机理室内控制实验研究，定量设计微量颗粒物可控加料装置及使用方法，借助该装置深入探讨城市雾霾性质及危害机理，从而更有效的控制雾霾，解决环境问题和预防相关疾病。
本发明提供一种可控微量颗粒物加料装置，包括取粉导粉组件、调频动力组件和粉末分散组件；调频动力组件和粉末分散组件均与取粉导粉组件相连；调频动力组件包括数显调频器和由数显调频器控制的马达。
进一步地，数显调频器的调节等级数目为100个，即100个频率，每个频率控制一个加粉速率，每变化一个加粉速率，颗粒物量添加体积改变0.0655cm3，该体积中的所含颗粒物密度由取粉导粉组件和粉末分散组件控制；加粉速率的变化范围是0.45cm3/min到7cm3/min。
进一步地，取粉导粉组件包括添加仓、搅动刷和取粉轴；添加仓呈漏斗状，其底部与取粉轴嵌合；取粉轴与马达连接，在马达提供的动力作用下，取粉轴绕其轴向转动，添加仓并不随之转动；搅动刷设置在添加仓内，与取粉轴通过第一皮圈连接；取粉轴转动带动第一皮圈传动，使得搅动刷转动。优选地，添加仓的入口是5×5cm正方形。
进一步地，取粉轴的表面环绕其轴向方向均匀设置有多个取粉凹槽，使得添加仓内的颗粒物能够进入取粉凹槽中，再由取粉轴转动使得取粉凹槽中的颗粒物下落。
进一步地，搅动刷的外轮廓呈圆柱状或齿轮状，其刷毛与取粉轴的表面相接触，用于解决颗粒物板结阻塞取粉凹槽问题。优选地，搅动刷的外轮廓直径是2cm，宽度为1cm的圆柱体。
进一步地，取粉凹槽呈半球型。
进一步地，取粉凹槽设置在添加仓的出口处。取粉凹槽的数目为2-10个。单个取粉凹槽的体积范围是0.52-0.052cm3。
优选地，取粉轴是长为8cm，直径为2.5cm的圆柱体，表面靠近底部2cm处有6个直径为0.4cm半球型取粉凹槽。
进一步地，粉末分散组件包括清理刷、气泵、气阀、气体流量计和导气管；清理刷通过第二皮圈与取粉轴相连；取粉轴转动带动第二皮圈传动，使得清理刷转动；导气管的开口设置在清理刷附近；导气管上设置有气体流量计和气阀；气泵产生的气体通过导气管依次经过气阀、气体流量计，将来自取粉导粉组件的颗粒物分散到空气中。
进一步地，清理刷的外轮廓呈圆柱状或齿轮状，其刷毛与取粉轴的表面接触，用于将取粉轴的取粉凹槽处的颗粒物刷出来。
进一步地，马达的参数为2IK6RGN-C、220V、6W、50Hz、0.12A、1uF、90-1400rpm，减速比为20/1，能够调节的转速为4.5-70转每分钟。该马达是一个减速电机，马达转速是90-1400转每分钟，通过内部减速齿轮调节，可以降低20倍转速，也就是减速比20/1，所以最终输出的主轴转速为4.5-70转每分钟，即能够调节的转速为4.5-70转每分钟。因此该马达是低转速电机，有利于微量加粉。
本发明还提供一种如上所述的可控微量颗粒物加料装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、根据实验目的选择需要添加的颗粒物，存放于添加仓内；
步骤二、根据实验需求，设定数显调频器的数值，确定加粉速率，该数值确定取粉轴的转动速率，从而决定加粉速率；
步骤三、同时开启马达和气泵；马达受数显调频器控制，从而控制取粉轴的转动速率；取粉轴通过第一皮圈带动搅动刷转动；添加仓内的颗粒物通过搅动刷的搅动作用，以及自身重力作用，落入取粉轴上的取粉凹槽内；调节气泵上的气阀，以控制气流；取粉轴通过第二皮圈带动清理刷转动，将取粉凹槽中的颗粒物刷出；从气泵中产生的气流成为被刷出的颗粒物运输和分散的载体，完成微量颗粒物添加过程。
本发明与其它技术相比有益效果为：本发明通过电频控制取粉轴转动频率及取粉轴上取粉凹槽的数量和大小，产生0.45-7cm3/min的颗粒物速率范围，能够实现产生多达100个颗粒物添加速率。满足微量可控颗粒物定量加料实验要求。另外本发明操作简单，控制方便，维护简单，投资维护低。
附图说明
图1是本发明一种具体实施方式中的可控微量颗粒物加料装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
本发明主要原理是：基于颗粒物在重力和搅动条件下的运动规律，可以使其均匀顺利落入取粉轴上的取粉凹槽里面，而根据颗粒物重量和体积成正比的关系，控制取粉轴的转速，可以控制获取颗粒物的体积，从而实现对颗粒物质量的获取速率。再通过清理刷及气流动力，充分带走取粉凹槽里面的颗粒，即实现颗粒物分散在空气中，同时也为再次获取颗粒物腾出了空间。
如图1所述，在该实施例中，可控微量颗粒物加料装置包括取粉导粉组件、调频动力组件和粉末分散组件。其中，为了显示清楚取粉轴3和取粉凹槽5的结构特征，将其抽取出来额外显示，请见图1的右边。
粉导粉组件包括添加仓1、搅动刷2和取粉轴3。添加仓1是一个小型漏斗，漏斗口是5×5cm正方形，底部与取粉轴3嵌合。搅动刷2在添加仓1里面，是一个直径2cm，宽度1cm的小型圆柱体。通过第一皮圈4将搅动刷2与取粉轴3连接。当取粉轴3转动时，第一皮圈4带动搅动刷2自动转动。取粉轴3是长为8cm，直径为2.5cm的圆柱体，转动速度由数显调频器7和马达6自由调控。取粉轴3的表面靠近底部2cm处有6个绕取粉轴3的轴向均匀分布的，直径为0.4cm半球型取粉凹槽5。颗粒物先落入取粉凹槽5，随取粉轴3转动到粉末分散组件处，通过粉末分散组件完成粉末扩散、添加过程。颗粒物添加量主要由取粉凹槽5的数量、大小，以及数显调频器7控制的转动频率控制。本装置颗粒物添加速率范围为0.45-7cm3/min。
调频动力组件，包括数显调频器7与马达6。马达6参数为2IK6RGN-C、220V、6W、50Hz、0.12A、1uF、90-1400rpm，减速比为20/1，可以调节转速为4.5-70转每分钟。马达6也为取粉导粉装置中的搅动刷2及粉末分散装置中的清理刷8提供动力。数显调频器7可以调节100个等级，每一个频率都可以控制一个加粉速率，每变化一个速率，颗粒物量添加体积改变0.0655cm3。本实验装置可以调控出100个不同的加粉速率，最小加粉速率为0.45cm3/min，最大速率为7cm3/min。
粉末分散组件包括清理刷8、气泵12、气阀11、气体流量计10和导气管9。清理刷8是一个直径2cm，宽度1cm的小型圆柱体，与取粉轴3的表面相接触，通过第二皮圈13与取粉轴3相连。取粉轴3转动时，通过第二皮圈13带动清理刷8转动。气阀11控制气流大小，控制颗粒物物分散范围大小。
本发明还提供一种可控微量颗粒物加料装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、根据实验目的选择需要添加的颗粒物，存放于添加仓1内；
步骤二、根据实验需求，设定数显调频器7的数值，确定加粉速率，该数值确定取粉轴3转动速率，决定加粉速率；
步骤三、同时开启马达6和气泵12；颗粒物从添加仓1内通过搅动刷2，在振动和重力作用下均匀落入取粉轴3中的取粉凹槽5内，设定的数显调频7通过马达6控制取粉轴3转动，取粉凹槽5中的颗粒物随着取粉轴3的转动，掉落或者被清理刷8刷出；调节气阀11到适当位置，控制气流从而控制颗粒物分散范围，从气泵12中产生的气流成为掉落或者刷出的颗粒物运输和分散的载体。微量颗粒物加粉程序完成。
实施例1：
按照前述利用本发明的可控微量颗粒物加料装置以1.105cm3/min速率进行添加SiO2颗粒物过程，具体步骤为：第一步把足够量的SiO2颗粒物(如PM2.5、PM10)放入添加仓1；第二步设定数显调频器7的数字为10；第三步，开启马达6，此时取粉轴3转动，同时搅动刷2和清理刷8会同时转动；开启马达6的同时开启气泵12，调节气阀11，控制气流量，并在空气流量计10中显示当前气流量。气流通过气管9引导至清理刷8位置，产生分散颗粒物的气流，微量颗粒物随气流分散出来。完成速率为4.5cm3/minSiO2颗粒物添加过程。
实施例2：
按照前述利用本发明的可控微量颗粒物加料装置以5.69cm3/min速率进行添加SiO2颗粒物过程，具体步骤为：第一步把足够量的SiO2颗粒物(如PM2.5、PM10)放入添加仓1；第二步设定数显调频器7数字为80；第三步开启马达6，此时取粉轴3转动，同时搅动刷2和清理刷8会同时转动；开启马达6的同时开启气泵12，调节气阀11，控制气流量；空气流量计10显示当前气流量；气流通过气管9引导至清理刷8位置，产生分散颗粒物的气流，微量颗粒物随气流分散出来。完成速率为5.69cm3/minSiO2颗粒物添加过程。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。尤其是上述具体实施方式中所公开的尺寸，并非对本发明的限定，而是为了更好地帮助理解本发明。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可控微量颗粒物加料装置，其特征在于，包括取粉导粉组件、调频动力组件和粉末分散组件；所述调频动力组件和所述粉末分散组件均与所述取粉导粉组件相连；所述调频动力组件包括数显调频器和由所述数显调频器控制的马达。
2.如权利要求1所述的可控微量颗粒物加料装置，其特征在于，所述数显调频器的调节等级数目为100个，即100个频率，每个频率控制一个加粉速率，每变化一个加粉速率，颗粒物量添加体积改变0.0655cm3，该体积中的所含颗粒物密度由所述取粉导粉组件和所述粉末分散组件控制；所述加粉速率的变化范围是0.45cm3/min到7cm3/min。
3.如权利要求1所述的可控微量颗粒物加料装置，其特征在于，所述取粉导粉组件包括添加仓、搅动刷和取粉轴；所述添加仓呈漏斗状，其底部与所述取粉轴嵌合；所述取粉轴与所述马达连接，在所述马达提供的动力作用下，所述取粉轴绕其轴向转动，所述添加仓并不随之转动；所述搅动刷设置在所述添加仓内，与所述取粉轴通过第一皮圈连接；所述取粉轴转动带动所述第一皮圈传动，使得所述搅动刷转动。
4.如权利要求3所述的可控微量颗粒物加料装置，其特征在于，所述取粉轴的表面环绕其轴向方向均匀设置有多个取粉凹槽，使得所述添加仓内的颗粒物能够进入所述取粉凹槽中，再由所述取粉轴转动使得所述取粉凹槽中的颗粒物下落。
5.如权利要求4所述的可控微量颗粒物加料装置，其特征在于，所述搅动刷的外轮廓呈圆柱状或齿轮状，其刷毛与所述取粉轴的表面相接触，用于解决颗粒物板结阻塞所述取粉凹槽问题。
6.如权利要求4所述的可控微量颗粒物加料装置，其特征在于，所述取粉凹槽呈半球型。
7.如权利要求1所述的可控微量颗粒物加料装置，其特征在于，所述粉末分散组件包括清理刷、气泵、气阀、气体流量计和导气管；所述清理刷通过第二皮圈与所述取粉轴相连；所述取粉轴转动带动所述第二皮圈传动，使得所述清理刷转动；所述导气管的开口设置在所述清理刷附近；所述导气管上设置有所述气体流量计和所述气阀；所述气泵产生的气体通过所述导气管依次经过所述气阀、所述气体流量计，将来自所述取粉导粉组件的颗粒物分散到空气中。
8.如权利要求7所述的可控微量颗粒物加料装置，其特征在于，所述清理刷的外轮廓呈圆柱状或齿轮状，其刷毛与所述取粉轴的表面接触，用于将所述取粉轴的取粉凹槽处的颗粒物刷出来。
9.如权利要求1-8任一项所述的可控微量颗粒物加料装置，其特征在于，所述马达的参数为2IK6RGN-C、220V、6W、50Hz、0.12A、1uF、90-1400rpm，减速比为20/1，能够调节的转速为4.5-70转每分钟。
10.一种如权利要求1所述的可控微量颗粒物加料装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据实验目的选择需要添加的颗粒物，存放于添加仓内；
步骤二、根据实验需求，设定所述数显调频器的数值，确定加粉速率，该数值确定取粉轴的转动速率，从而决定加粉速率；
步骤三、同时开启所述马达和气泵；所述马达受所述数显调频器控制，从而控制所述取粉轴的转动速率；所述取粉轴通过第一皮圈带动搅动刷转动；所述添加仓内的颗粒物通过所述搅动刷的搅动作用，以及自身重力作用，落入所述取粉轴上的取粉凹槽内；调节所述气泵上的气阀，以控制气流；所述取粉轴通过第二皮圈带动清理刷转动，将所述取粉凹槽中的颗粒物刷出；从所述气泵中产生的气流成为被刷出的颗粒物运输和分散的载体，完成微量颗粒物添加过程。
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