CN107530721A - 用于纳米粒子生成的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于形成固体或液体纳米粒子的设备，具有用于从散装液体流形成第一粒子尺寸的喷嘴，所述喷嘴与气流放大器流体连通，所述气流放大器包括：入口圆锥体，连接到圆柱形壳体的入口并与其流体连通；扩散器，连接到所述壳体的出口并与其流体连通；并且所述壳体包括沿着所述圆柱形壳体的圆周设置的至少两个端口环；以及通过所述端口将压缩气体喷射到所述壳体中的装置。

Description

用于纳米粒子生成的设备

技术领域

本发明总体上涉及纳米粒子生成领域，并且更具体地涉及具有改进的用于纳米粒子气溶胶生成和分布的设计的多级喷嘴和文丘里管。

背景技术

纳米粒子由于其尺寸小而在诸如涂敷、环境治理等的许多应用中是有用的。然而，纳米粒子难以从散装液体中形成。实际上，纳米粒子不能从标准雾化喷嘴或从许多单级或多级雾化喷嘴形成。在目前的生成方法下，专用的机械和高能量应用对于从散装液体生成纳米粒子是必要的，导致昂贵的复杂工艺。此外，即使在形成时，纳米粒子，特别是液体粒子，往往会快速碰撞和聚结，导致更大的粒子尺寸和所需纳米粒子尺寸的损失。诸如在美国专利第7,036,753号中描述的标准单级和多级雾化喷嘴无法提供低成本的在保持纳米粒子尺寸的同时从散装液体中形成纳米粒子的方法。

在诸如环境治理的某些应用中，不仅必须形成和保持纳米粒子气溶胶，而且必须以通风流有效分布。也简称为“文氏里管”的文丘里管或气流放大器为可以用于通过增加通过其的物质的速度来生成通风流的装置。简单来说，文丘里管为具有狭窄区段或喉部的管道或导管，其降低静压并增加通过文氏里管的物质的速度。当物质离开狭窄区段时，静压增加且速度相应减小。在文丘里管的狭窄区段同时压力减小和速度增加被称为文氏里效应，并且在不同领域中具有大量的用途。

美国专利第3,406,953号、第4,411,846号、第4,792,284号、第5,279,646号、第6,418,957号、第6,491,479号、第7,367,361号、第7,673,659号和第8,905,079号公开了文丘里管的各种用途、优点和特征。然而，这些专利无法提供低成本的在保持纳米粒子尺寸的同时在高背压下形成足够的通风流以分布从散装液体形成的纳米粒子的方法。

因此，本领域中需要生成纳米粒子气溶胶的昂贵的设备和方法的替代方案，并且具体地，需要一种轻质的、由低成本材料制成并易于使用的在远端位置中生成、保持并分布纳米粒子气溶胶的低成本设备。

发明内容

本文中描述的本发明的实施例提供了一种能够通过低成本装置的纳米粒子气溶胶生成和分布的设备，并且更一般地，提供了一种能够以高背压生成高通风流的文氏里管设备。

在第一实施例中，所述装置包括具有圆锥形入口和出口的改进的文氏里管，其中多个端口连接到较窄的喉部。定义了将压缩气体供应到这些端口的连接，其将压缩气体喷射到喉部中以通过文氏里效应引导流通过管。在优选实施例中，连接到喉部的端口被布置在围绕喉部的圆周的环中。在更优选实施例中，端口沿喉部的纵向轴线形成两个、三个、四个或更多个气体喷射端口环。在优选实施例中，本发明的设备具有呈文丘里管的形状的圆锥形入口和出口部分。

在另一优选方法中，定义了一种用于液体或固体纳米粒子气溶胶生成和分布的设备。所述设备被特别定义为具有三个或更多个级的多级喷嘴。第一级通过使高速压缩空气与传统的双流体喷嘴装置中的液体接触以产生微米级液滴而主要与雾化有关。第二级利用来自第一级的微米级液滴，并且进一步利用从喷口环排出的压缩空气，以提供包围在第一级中形成的液滴的高速喷口环。最后，第三级发生在延伸的喉部中，并且增加了第二压缩空气喷口环。

另一个实施例涉及一种纳米粒子生成设备，包括：喷嘴，用于从散装液体流形成第一粒子尺寸，其与气流放大器流体连通，其中在喷嘴和气流放大器之间设置有与环境气体流体连通的装置；所述气流放大器包括：入口圆锥体，连接到圆柱形壳体的入口并与其流体连通；扩散器，连接到所述壳体的出口并与其流体连通；并且所述壳体包括沿着所述圆柱形壳体的圆周设置的至少两个端口环；以及通过所述端口将压缩气体喷射到所述壳体中的装置。

另一个实施例涉及一种气流放大器，包括：入口圆锥体，连接到圆柱形壳体的入口并与其流体连通；扩散器，连接到所述壳体的出口并与其流体连通；其中所述壳体包括用于以引导流进入所述壳体的入口中的方式将压缩气体喷射到所述壳体中的至少两个端口环；以及用于将压缩气体供应连接到所述壳体的装置。

另一个实施例涉及一种纳米粒子生成系统，包括：第一喷嘴，适于生成散装液体的雾化粒子；气流放大器，包括圆柱形壳体，所述圆柱形壳体的一端上设置有圆锥形入口，并且另一端上设置有圆锥形扩散器；并且在所述圆柱形壳体内设置有沿所述圆柱形壳体的圆周以圆形方式布置的至少两个端口环，并且其中所述至少两个端口环隔开至少0.5D的距离，并且其中所述至少两个端口环连接到增压室，所述增压室足以将加压气体排放到所述圆柱形壳体中；并且其中所述第一喷嘴与所述圆柱形壳体的入口流体连通，并且其中液体适于从所述第一喷嘴喷出并以使得所述液体雾化、混合、稀释和蒸发的方式喷射到所述圆柱形壳体中，以便形成并保持固体或液体纳米粒子气溶胶。

另一个实施例包括一种纳米粒子生成的方法，包括：将散装液体引入到上述任一实施例的装置中；其中所述散装液体与来自喷嘴的处于压力下的气体混合、与环境空气混合、并然后与来自细长喉部内的两个端口环的处于压力下的气体混合，以便生成从所述圆柱形壳体的端部的扩散器排出的纳米粒子。

另一个实施例包括一种用于形成雾化纳米粒子的方法，包括：将散装液体引入到第一喷嘴中，所述第一喷嘴适于生成所述散装液体的雾化粒子；将散装液体喷射通过所述喷嘴并进入气流放大器中，所述气流放大器包括圆柱形壳体，其一端上设置有圆锥形入口，并且另一端上设置有圆锥形扩散器；并且在所述圆柱形壳体内设置有沿所述圆柱形壳体的圆周以圆形方式布置的至少两个端口环，并且其中所述至少两个端口环隔开至少0.5D的距离，并且其中所述至少两个端口环连接到增压室，所述增压室足以将加压气体排到所述圆柱形壳体中；将压缩气体引入到所述至少两个端口环中，其中所述散装液体以使得液体雾化、混合、稀释和蒸发以便形成并保持固体或液体纳米粒子气溶胶的方式引入到所述圆柱形壳体中。

附图说明

图1为示出了多级纳米粒子生成喷嘴的第一实施例的设备的一部分的侧面剖视示意图。

图2为示出了具有用于将气体并入到设备的喉部中的两个环的文氏里管设备的第二实施例的设备的部分的侧视剖视示意图。

图3为示出了将第二独立的文氏里管设备与雾化喷嘴一起串联使用的的能力的侧视剖视示意图。

图4描绘了描绘通过纳米粒子生成喷嘴的流动的雾化系统的实施例。

图5绘制了单级文丘里管和本文中描述的实施例的具有两个压缩空气喷口环的设备之间的比较结果。

图6示出了当环到扩散器距离从0.5D增加到2D时在较高压力下的气流的改进性能和纳米粒子形成。

图7示出了在第二级和第三级之间增加到4D致使设备的性能的改进。

具体实施方式

通过参考在实例的以下描述中描述和阐述的非限制性实施例和那些实例，更充分地解释本发明的实施例及其各种特征和优点。可省略对公知的部件和技术的描述，以避免使本发明和本发明的各种实施例难理解。本文中使用的实例仅旨在有助于理解可实施本发明的方式，并且进一步使本领域技术人员能够实施本发明。因此，本文中阐述的实例和实施例不应解释为限制本发明的范围，本发明的范围由整篇描述的各种实施例和所附权利要求限定。

如本文中使用的，除非上下文另有明确要求，否则诸如“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”的术语包括单数和复数对象。

迄今为止，液体和固体的纳米粒子生成需要昂贵的机器、庞大的机器、高能量输入等。然而，纳米粒子的生成应理解为在涂敷、环境治理和各种其它应用中起重要作用。

图1描绘的设备提供了一种从散装液体生成纳米粒子的新方法，并且可以有利地由低成本的“现成”材料制造，其提供了用于形成液体或固体纳米粒子气溶胶的便利手段。

在广义上，所述设备被定义为具有三个或更多个级的多级喷嘴。第一级通过使高速压缩空气与传统的双流体喷嘴装置中的液体接触以产生微米级液滴而主要涉及雾化。在其它实施例中，第一级被定义为能够产生微米级液滴的任何喷嘴，诸如传统的静电或超声波喷嘴。馈送到第一级中的液体可为用于雾化成微米级液滴的任何合适的液体，诸如表面张力从15达因/厘米至80达因/厘米的液体。液体也可为溶液，以便含有溶剂和溶质，其中溶剂适于蒸发，而溶质具有纳米粒子中期望的性质。第二级利用来自第一级的微米级液滴，并且进一步利用从喷口环排出的压缩空气以提供包围在第一级中形成的液滴的高速喷口环。最后，第三级延长了第二级的喉部的长度，并且增加了第二压缩空气喷口环。这些喷口进一步布置成形成文氏里管效应，从而在第一级和第二级之间吸入环境气体。

第二级为在第一级中形成的液滴提供三种效果以驱动纳米粒子形成。第一，第二级中的高速空气喷口为来自第一级的液体提供进一步雾化。第二，由第二级中的空气喷口形成文氏里管效应形成了增强由第一级和第二级形成的液滴的蒸发的低压区域。第三，第二级中的文氏里管效应通过吸入环境空气在第二级的喉部中形成高度湍流。该流进一步增强形成的液滴的蒸发，并且快速稀释液滴的数量浓度以保持它们的小尺寸。

第三级延长了第二级的喉部的长度，并且增加了第二压缩空气喷口环。第二级和第三级中的喷口环隔开大于或等于0.1D、更优选0.2D至10D、甚至更优选0.5D至4D的距离，其中D为喉部直径。第三级喷口环延长了第二级的低压区域，并且进一步增加了通过文氏里管喉部的流速和湍流，产生进一步的蒸发和液滴的数量浓度稀释，致使固体或液体纳米粒子取决于散装液体进料所使用的溶质和/或溶剂。

第三级还包括在扩散器之前的喉部的额外长度，其大于或等于0.1D，更优选0.2D至10D，甚至更优选0.5D至4D，其中D为喉部直径。扩散器连接到由第二级和第三级形成的延长喉部的端部。所述设备由压缩气体、优选地环境空气提供动力，然而在某些实施例中，其它压缩气体是合适的。可在第一级、第二级或第三级之间另外添加额外的级，并且添加另一个喷口环或进气口环。

更详细地，图1具体地描绘了包括组合式喷嘴和气流放大器的多级纳米粒子设备的剖视图。所述剖视图描绘了喷嘴的内部特征。然而，应理解，喷嘴具有大致圆柱形的喉部20，并且扩散器22的形状在某种程度上为圆锥形，其中圆锥体的最窄部分的直径与喉部25的直径相当。圆锥体和圆柱形喉部的尺寸和形状可保持其整体形状，但是并且其中喉部在横向轴线上具有椭圆形状。此外，在不脱离文氏里的原理的情况下，喉部开口的横向轴线和形状可具有正方形或成角度的边缘，而不是圆形。实际上，扩散器和输入圆锥体可保持其大致圆锥形状，但在某些实施例中，具有成角度的拐角。

从图1的左侧开始，描绘了液体入口6。液体入口6提供用于液体进入喷嘴的开口。任何已知的合适的附接装置可将液体供给连接到液体入口6。液体流入液体通道27中，并且液体最终从液体排出口26释放，在液体排出口26，液体与来自压缩气体增压室4的压缩气体混合并在此时发生一次雾化7。

液体排出口26的目的是将雾化物质引入到圆柱形壳体的入口或喉部20，在所述圆柱形壳体的入口或喉部20，所述雾化物质经由通过喉部进入设备的压缩空气加速。液体排出口26到喉部20的开始处的距离可为任何合适的距离，使得从液体排出口26排出的液体被吸入到喉部20中。该距离可例如高达0.5D/TAN(θ/2)，其中D为喉部直径25，以及θ为从液体排出口26生成的雾化液体喷雾的展开角。液体排出口26优选为喷嘴，例如双流体喷嘴或适于将流的一次雾化提供给所述设备的喉部中的其它设计，诸如静电、压力喷雾器或超声波喷嘴。喷嘴可以是例如虹吸、重力或压力供给，其中液体适于通过设计的设备进行喷洒。当液体从排出口释放时，液体与来自压缩气体增压室4的压缩气体接触，并且通过喷嘴的入口圆锥体24排出并进入喉部20中。当这种混合物被引入到喉部中时，由于在喉部20中由文氏里管效应形成的压力梯度，环境空气同时通过环境空气入口5被吸入到喷嘴中。

与环境空气入口相邻的为压缩气体入口3，其连接到压缩气体增压室4。如所确定的，压缩气体增压室4延伸到左侧的喷嘴的第一级，并且还包围喉部20。所述增压室通过压缩气体入口3进料，并具有三个主出口。第一出口与液体入口6相邻。第二出口和第三出口处于端口1的第一压缩气体环和端口2的第二压缩气体环。

当部分雾化的液体与环境空气混合时，与入口圆锥体24的直径相比具有减小的直径的喉部20引起文氏里管效应，并且增加其中的空气和液体的速度，同时降低喉部20中的压力。这种压力的降低原因在于通过环境空气入口5吸入环境空气。

在一次雾化7之后，第一压缩气体喷口环1包括界定喉部的多个端口。第一压缩气体喷口环1位于喉部内距喉部开口23约0.1D至约10D的距离，其中D为喉部20的直径25。喷口环的端口沿着圆周均匀隔开，并且在增压室4和喉部之间提供入口和进气端口。因此，压缩气体在其被吹入到喉部20中时与一次雾化液体、环境空气混合，并且与二次雾化、混合和稀释点8的压缩气体混合。

二次压缩气体喷口环2位于距第一压缩气体喷口环1 0.1D至10D的距离。该二次压缩气体喷口环2增强喉部中的湍流并继续与来自点8的液滴混合物混合以形成三级混合和稀释点9。喉部在从喉部开口23到喉部出口21的距离上保持相同的直径。因此，在第二压缩气体喷口环2之后，在喉部出口21形成三次混合和稀释点9。喉部出口距第二压缩气体喷口环2 0.1D至10D。穿过喉部出口21，混合物进入扩散器和膨胀区10，其具有比喉部更大的直径，并且因此混合物稍微减慢速度、压力增加，并且混合物在出口圆锥体22的端部离开喷嘴。

雾化和各级压缩气体与环境空气混合的结果为，液体粒子的大小通过来自空气的蒸发和低压而迅速减小，并且致使通过气体流分散的固体或液体纳米粒子通过喷嘴。

图1中的多级喷嘴的喉部为细长的，以对于给定背压和压缩空气使用实现较高流速，这导致更有效的纳米粒子形成。细长的喉部20提供了在沿着喉部20的几个不同点引入压缩空气。在优选实施例中，两个或更多个喷口环位于喉部20中，其将压缩空气引入到喷嘴中。细长的喉部20包括三个或更多个长度，其中长度的数量总是比喉部中的喷口环的数量多一个。第一长度30为喉部开口23和第一喷口环1之间的距离。第二长度为第一喷口环1和第二喷口环2之间的喷口距离31。第三长度为第二喷口环2和喉部出口21之间的扩散器距离32。喉部的总长度为近似长度XD，其中X在0.1和50之间，以及D为喉部的入口侧的喉部直径。喉部的最佳长度可取决于附加因素，诸如喷嘴的预期用途。

喷口距离31为第一组喷口环和第二组喷口环之间的距离。喷口环之间的距离优选在约0.1D和10D之间，但是所述距离可以根据喷嘴的预期用途进行改变。实际上，通过增加或减小喷口环之间的距离，最终使用者可以改变和调整所得到的纳米粒子的尺寸和通过喷嘴的总流量。

喷嘴的圆柱形壳体或喉部在喉部内在两个喷口环之间也可包括纹理或表面粗糙度，例如沿着喉部区段31。这种粗糙度可以通过任何合适的方式实现，但是优选通过以轴向间隔开的锯齿来中断表面。对于某些实施例，该表面纹理或粗糙度可以有助于在特定背压下改变性能。然而，所述表面通常也可以是触摸起来光滑的，诸如所述表面如同是通过塑性模制生成的，或者在压铸或其它金属制造工艺中由喷嘴的制造生成。

由图1的设备生产和分布的气溶胶纳米粒子可用于各种目的，包括各种涂敷和环境治理。例如，液体气溶胶纳米粒子可被喷洒到污染的空气或污染的土壤中以除去污染物。

该设备也可以用作如图2所描绘的气流生成装置，其具有许多其它潜在应用，诸如排放容器。本发明的设备的各种用途可以组合，以有利地实现工业、商业和娱乐功能。这些功能包括环境治理和储罐的排放。

图1的设备可以有利地作为单件部件制造或轧制，其中喷嘴部分通过增压室4连接到气流放大部分。此外，连接到入口圆锥体24的环境空气入口5可在一个或多个点处连接。另选地，所述设备可以被制造为第一喷嘴部分和第二气流放大部分，其可以通过本领域普通技术人员已知的方式组合以用于喷嘴和入口圆锥体24之间的流体连通。

图2描绘了用于生成气流的改进的气流放大器。图2的左侧描绘了入口圆锥体24。像普通的文氏里管系统一样，入口圆锥体24聚集流并且呈圆锥形，以将流压缩到减小直径的喉部20中。喉部入口23具有为D的直径25，其比入口圆锥体24的入口处的直径窄。压缩气体增压室4围绕文氏里管，使得压缩气体在第一压缩气体喷口环1和第二压缩气体喷口环2处被迫进入喉部20中。对于给定的背压和通过该装置的总流量，使用两个或更多个压缩气体喷口环能够实现更有效地使用压缩气体。在喉部端部21处，直径再次膨胀直到出口圆锥体出口22。

增压室4通过压缩气体入口3进料。这允许文氏里管装置上的单个点进料第一组喷口和第二组喷口中的每个上的所有端口。实际上，在每个喷口环中，存在多个端口。在优选实施例中，端口沿着喉部20的圆周均匀隔开。

类似于图1的设备，文氏里管或气流放大器中的部件由喷口和喉部的每个端部上的开口之间的距离隔开。第一喷口环1和第二喷口环2之间的距离以及还有喷口环与喉部入口23和喉部出口21之间的距离构成喉部长度。喉部入口23与第一喷口环1之间的第一距离为主距离30。距离31为第一喷口环和第二喷口环之间的距离。该喷口距离31将喉部20内的两个喷口环隔开。扩散器距离32为第二喷口环2和喉部出口21之间的距离。距离30、31和32中的每者具有约0.1D至约10D的长度，其中D为喉部或圆柱形壳体的直径25。在优选实施例中，所述距离在约0.1D至4.0D、或约0.5D至约4.0D或约0.5D至约2.0D之间。所述距离不需要相等。因此，第一距离30不需要等于第二距离31，第二距离31不需要等于第三距离32。实际上，如随后的附图描绘的，这些距离的改变改变了文氏里管的相对压力和流量。

在优选实施例中，对于给定的背压和压缩空气流速，文氏里管或气流放大器以及引入两个或更多个高速喷口(或类似装置)的设计允许到达出口侧时的超过标准文氏里管的总流量的通过所述设备的较高总流量。

图3提供了图1的多级喷嘴与图2的改进的文氏里管串联的应用。因此，液体通过液体入口6进入、穿过喉部20并离开出口圆锥体22。然后，流体进入入口圆锥体124中，并且进入第二文氏里管123中，在此所述流体由于第二文氏里管123而变窄。喷口101和102在流离开第二文氏里管之前继续混合所述流体。如所描绘的，直径25小于直径125。然而，在其它实施例中，直径可相等，或者第一直径大于第二直径。此外，一定长度的管道或容器可被放置在出口圆锥体22与入口圆锥体124之间。

因此，适当的系统利用设备的组合。第一设备包括用于生成散装液体的粒子的喷嘴和第一气流放大器。然而，所述系统另外可选包括第二气流放大器，使得由喷嘴和第一气流放大器生成的粒子可以被第二气流放大器进一步影响。

图4提供了通过本文中公开的实施例的多级喷嘴的流动动力学的实例。压缩空气通过3进入喷嘴，并且通过增压室4流动到排出口26、喷口环1和喷口环2。通过入口6进入喷嘴的液体在排出口26处与压缩空气接触，提供一次雾化7。环境空气通过入口5进入并与通过喷口环1的压缩空气和喉部区域8中的雾化液体混合物7进行混合。通过喷口环2进入的压缩空气在离开喉部之间在喉部区域9中与来自喉部区域8的流体混合物进一步混合并进入出口圆锥体22并离开装置。

适于引入到所述设备中的压缩气体包括但不限于环境空气、氮气、氦气、氩气、二氧化碳及其组合。使用沿着喉部20的纵向轴线的两个或更多个位置，将气体或气体的组合引入到所述设备的喉部20中。适于在每个位置进行气体喷射的端口可以利用单个喷嘴、喷嘴环，或者在每个位置处形成压缩气体喷口或难以形容的开口。喷口环是优选的，以便沿文氏里管的喉部的圆周提供压缩气体的输入，其中所述环包括用于排出压缩空气的等距开口。优选地，这些开口为用于引导空气流的端口或喷嘴，并且其中每个环包括约3至100个端口，但是更优选在约5至50个端口之间，以及在约7至15个端口之间，并且包括在1到100之间的所有数量的端口。因此，单个端口可为绕开喉部的完整开口。另选地，单个端口可为仅沿着圆周的一部分向喉部提供空气的单个孔。

在一些实施例中，两个或更多个气体喷射端口可包括使用压缩气体的第一喷射端口和利用被吸入到文氏里管的开口中的自然吸入的气体的另一喷射端口。在另一个优选实施例中，两个或更多个气体喷射端口可为压缩气体，或者一个为压缩气体且剩余为环境空气。

因此，在某些方法中可以使用喷嘴和气流放大器通过将散装液体供给到喷嘴中并通过端口将压缩气体施加到所述设备的喉部中以便雾化来生成纳米粒子。

与单个喷口环/标准文氏里管相比，进行某些测试，以比较图1和图2中的两个喷口环设备的效率。在图5中，测试了两个不同的喷嘴并计算了结果。图例中的符号XX D/XX D分别表示两个环之间的喉部的长度以及第二环与扩散器之间的喉部的长度。0D/2D表示只有一个环以及所述环与扩散器的起始点之间为2D。2D/0.5D表示两个环之间的两个喉部直径以及第二个环和扩散器起始点之间的0.5个喉部直径。

因此，图5将单环标准文氏里管与如本文中描述的在细长的喉部内具有两个喷口环的多环设备进行比较。因此，图5确认了对于恒定的喉部直径将压缩空气分成两个或更多个级，并且压缩空气压力和所述流的流速增加，特别是在较高背压下。这产生更高的湍流、更高的稀释度，并且因此，更有效的纳米粒子形成。因此，本文中描述的本发明的双喷口环版本对于所有静压在总气流方面优于单环文氏里管装置。

随后对性能进行测试以便于是确定如何使新喷嘴的性能最大化。图6描绘了在较高背压下性能可以通过将至扩散器的喉部长度增加到2D而改进，如图6所示的，但是在较低背压下性能降低。如在美国专利4,765,373中通过加入表面粗糙度可以提高较低背压下的性能，以增强两个喷口环之间和第二喷口环与扩散器之间的局部湍流和混合。因此，可添加表面纹理或粗糙度以在某些背压下改进性能。

图7进一步描绘出，如果环之间的喉部的长度进一步增加到4D，则由于雾化器中的压降的增加导致纳米粒子形成的效率降低而导致对于给定压力流量总体上稍低一点。

虽然已经参考本发明的一些实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应理解，它们仅仅通过实例的方式呈现而不是限制性的，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种变化。因此，本发明的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。

本文中引用的所有文献，包括期刊文章或摘要、出版的或相应的美国或外国专利申请、已发布或外国专利或任何其它文件均通过引用整体结合到本文中，包括所引用的文献中的所有数据、表格、图形和文本。

方法和材料

在提供的实例中，用于收集对于单环和双环文氏里管两者的数据的喉部直径为3.625英寸。施加到所有文氏里管的压缩气体压力为90磅每平方英寸。施加到所有文氏里管的压缩空气流速为144标准立方英尺每分钟。

用于提供实例数据的单环文氏里管表示现有的标准文氏里管设计，诸如美国专利4,765,373中的。

用于提供实例数据的双环文氏里管由图2描述，其中在两个环之间以及在第二环和扩散器之间具有不同的长度。

结果

基于所述结果，环之间和环与扩散器之间的优选的配置为大于或等于0.5D喉部长度。更优选为0.5D至4D。甚至更优选为0.5D至2D。

如在美国专利4,765,373中描述的在环之间以及第二环和扩散器之间喉部的区段中的表面粗糙度也是优选的，以改进在较低背压下用于形成纳米粒子的湍流和稀释流速。对于液体的给定流速，在用于纳米粒子形成的给定压力下，三级配置产生压缩空气的最有效使用。

Claims (20)

1.一种固体或液体纳米粒子生成设备，包括：

喷嘴，用于从散装液体流形成第一粒子尺寸，所述喷嘴与气流放大器流体连通，其中在所述喷嘴和所述气流放大器之间设置有用于与环境气体流体连通的装置；

所述气流放大器包括：

入口圆锥体，连接到圆柱形壳体的入口并与所述入口流体连通；扩散器，连接到所述壳体的出口并与所述出口流体连通；并且所述壳体包括沿着所述圆柱形壳体的圆周设置的至少两个端口环；以及通过所述端口将压缩气体喷射到所述壳体中的装置。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述喷嘴为双流体、静电、压力喷雾器或超声波喷嘴。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述喷嘴为虹吸或重力供给双流体喷嘴。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述壳体的所述出口与最接近的所述端口环之间以及所述至少两个端口环之间的距离为至少0.5D，其中D为所述圆柱形壳体的喉部直径。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述距离为0.5D至2D。

6.根据权利要求4所述的设备，其中所述距离为0.5D至4D。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述壳体的所述出口与最接近的所述端口环之间以及在所述至少两个端口环之间，所述圆柱形壳体的内壁包括粗糙的壁区段。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述喷嘴的出口与所述圆柱形壳体的所述入口之间的距离等于或小于0.5D/TAN(θ/2)，其中D为所述圆柱形壳体的喉部直径，并且θ为从所述喷嘴喷出的喷雾的展开角。

9.根据权利要求1所述的设备，进一步包括第二气流放大器，所述第二气流放大器包括：

入口圆锥体，连接到所述圆柱形壳体的所述入口并与所述入口流体连通；扩散器，连接到所述壳体的出口并与所述出口流体连通；其中所述壳体包括用于以引导流进入所述壳体的所述入口中的方式将压缩气体喷射到所述壳体中的至少两个端口环；以及用于将压缩气体供应连接到所述壳体的装置；其中所述第二气流放大器的所述入口圆锥体与所述第一气流放大器的所述扩散器流体连通。

10.一种气流放大器，包括：

入口圆锥体，连接到所述圆柱形壳体的入口并与所述入口流体连通；

扩散器，连接到所述壳体的出口并与所述出口流体连通；其中所述壳体包括用于以引导流进入所述壳体的所述入口中的方式将压缩气体喷射到所述壳体中的至少两个端口环；以及

用于将压缩气体供应连接到所述壳体的装置。

11.根据权利要求10所述的气流放大器，其中，所述壳体的所述出口与最接近的所述端口环之间以及所述至少两个端口环之间的距离为至少0.5D，其中D为所述圆柱形壳体的喉部直径。

12.根据权利要求11所述的气流放大器，其中所述距离为0.5D至4D。

13.根据权利要求10所述的气流放大器，其中在所述壳体的所述出口与最接近的所述端口环之间以及在所述至少两个端口环之间，所述圆柱形壳体的内壁包括粗糙的壁区段。

14.根据权利要求10所述的气流放大器，其中用于将压缩气体供应连接到所述壳体的所述装置由连接到所述至少两个端口环的增压室提供。

15.一种纳米粒子生成系统，包括：

第一喷嘴，适于生成散装液体的雾化粒子；

气流放大器，包括圆柱形壳体，所述圆柱形壳体的一端上设置有圆锥形入口，并且另一端上设置有圆锥形扩散器；并且在所述圆柱形壳体内设置有沿所述圆柱形壳体的圆周以圆形方式布置的至少两个端口环，并且其中所述至少两个端口环隔开至少0.5D的距离，并且其中所述至少两个端口环连接到增压室，所述增压室足以将增压气体排放到所述圆柱形壳体中；以及

其中所述第一喷嘴与所述圆柱形壳体的入口流体连通，并且其中液体从所述第一喷嘴适当地喷出并以使得所述液体雾化、混合、稀释和蒸发的方式喷射到所述圆柱形壳体中，以便形成并保持固体或液体纳米粒子气溶胶。

16.根据权利要求15所述的纳米粒子生成系统，其中所述散装液体具有15达因/厘米至80达因/厘米的表面张力。

17.根据权利要求15所述的纳米粒子生成系统，其中所述散装液体含有溶解在所述散装液体中的溶质。

18.根据权利要求15所述的纳米粒子生成系统，其中所述壳体的出口与最接近的所述端口环之间以及所述至少两个端口环之间的距离在0.5D至4.0D之间，其中D为所述圆柱形壳体的喉部直径。

19.根据权利要求15所述的纳米粒子生成系统，其中所述壳体的出口与最接近的所述端口环之间以及所述至少两个端口环之间的壁区段包括粗糙的壁区段。

20.根据权利要求15所述的系统，进一步包括第二气流放大器，其中所述第一圆锥形扩散器的端部与所述第二气流放大器的圆锥形入口流体连通。