CN111408324A - 一种工程纳米级颗粒气溶胶产生系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于气溶胶产生领域，提供了一种工程纳米级颗粒气溶胶产生系统及其工作方法。其中，工程纳米级颗粒气溶胶产生系统，包括依次串联连接的空气压缩机、冷凝器、过滤器、雾化器、多级扩散干燥器和电荷中和器；雾化器还与纳米颗粒溶液产生装置相连，雾化器用于将过滤器净化的空气气流和纳米颗粒溶液产生装置产生的纳米颗粒混合后雾化并均匀送至多级扩散干燥器；电荷中和器直接通入过滤器净化的空气气流，电荷中和器用于中和多级扩散干燥器干燥后纳米颗粒混合气流并形成纳米级颗粒气溶胶，利用净化的空气气流将纳米级颗粒气溶胶喷射至体腔存储；体腔与负压泵相连，负压泵用来抽除多余纳米级颗粒气溶胶以保持体腔压力，以提高消毒灭菌效果。

Description

一种工程纳米级颗粒气溶胶产生系统及其工作方法

技术领域

本发明属于气溶胶产生领域，尤其涉及一种工程纳米级颗粒气溶胶产生系统及其工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

空气消毒杀菌对于切断传染途径防治传染有着非常重要的现实意义。近年来，纳米材料具有特殊的组织和一系列优良的力学性能及物理化学性能成为热门，纳米技术发展迅速，材料粒子达到纳米级尺度后可以融入水等溶液中，可以对我们周遭的污染雾霾和有害环境进行改善，拥有着较大的需求市场。

发明人发现，现有的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统所产生的气溶胶颗粒级别比较大，过滤效果差，导致产生的气溶胶杂质多；气溶胶随着气流喷射至体腔，体腔内的压力随着气体的不断进入而升高，这样一方面会影响体腔的承受能力，另一方面会影响体腔内的气溶胶浓度，进而降低了气溶胶在体腔内的消毒灭菌效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种工程纳米级颗粒气溶胶产生系统及其工作方法，其利用冷凝器和多级扩散干燥器能够降低气溶胶的杂质，而且利用负压泵抽除多余的纳米级颗粒气溶胶以保持体腔压力，能够提高气溶胶在体腔内的消毒灭菌效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供一种工程纳米级颗粒气溶胶产生系统。

一种工程纳米级颗粒气溶胶产生系统，包括依次串联连接的空气压缩机、冷凝器、过滤器、雾化器、多级扩散干燥器和电荷中和器；

所述雾化器还与纳米颗粒溶液产生装置相连，雾化器用于将过滤器净化的空气气流和纳米颗粒溶液产生装置产生的纳米颗粒混合后雾化并均匀送至多级扩散干燥器；

所述电荷中和器还直接通入过滤器净化的空气气流，电荷中和器用于中和多级扩散干燥器干燥后纳米颗粒混合气流并形成纳米级颗粒气溶胶，利用净化的空气气流将纳米级颗粒气溶胶喷射至体腔；所述体腔与负压泵相连，负压泵用来抽除多余的纳米级颗粒气溶胶以保持体腔压力。

本发明的第二方面提供一种工程纳米级颗粒气溶胶产生系统的工作方法。

一种工程纳米级颗粒气溶胶产生系统的工作方法，包括：

利用空气压缩机将空气压缩扣传送至冷凝器内冷凝；

冷凝后的压缩空气经过滤器过滤净化后流入至雾化器；同时，纳米颗粒溶液产生装置产生的纳米颗粒也传送至雾化器；

利用雾化器将接收净化的空气气流和纳米颗粒并进行混合，雾化后均匀送至多级扩散干燥器进行干燥处理；

干燥处理后的混合有纳米颗粒的空气气流进入电荷中和器，在电荷中和器内进行电荷中和后形成纳米级颗粒气溶胶；

利用净化的空气气流将纳米级颗粒气溶胶喷射至体腔；

利用负压泵抽除多余的纳米级颗粒气溶胶以保持体腔压力。

本发明的有益效果是：

本发明的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统，其包括依次串联连接的空气压缩机、冷凝器、过滤器、雾化器、多级扩散干燥器和电荷中和器；雾化器还与纳米颗粒溶液产生装置相连，经过过滤器的过滤降低了纳米颗粒的粒径，而且利用雾化器将过滤器净化的空气气流和纳米颗粒溶液产生装置产生的纳米颗粒混合后雾化并均匀送至多级扩散干燥器，还采用多级扩散干燥器对包含纳米颗粒的空气气流进行干燥，提高了纳米颗粒的利用率以及保障了纳米级颗粒气溶胶的质量。

由于纳米级颗粒气溶胶的消毒灭菌效果与纳米级颗粒气溶胶的浓度和体腔压力相关，本发明利用负压泵抽除多余的纳米级颗粒气溶胶以保持体腔压力，避免了体腔的压力随气体流入而不断升高以及纳米级颗粒气溶胶的浓度降低的问题，保障了纳米级颗粒气溶胶消毒灭菌效果的稳定性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统结构示意图。

其中，1空气压缩机，2冷凝器，3过滤器，4压力表，5-1第一阀门，5-2第二阀门，5-3第三阀门，6雾化器，7纳米颗粒溶液产生装置，8蠕动泵，9第一扩散干燥器，10第二扩散干燥器，11电荷中和器，12体腔，13-1第一流量计，13-2第二流量计，14负压泵，15过滤装置。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

为了解决背景技术中提及到的“现有的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统所产生的气溶胶颗粒级别比较大，过滤效果差，导致产生的气溶胶杂质多；气溶胶随着气流喷射至体腔，体腔内的压力随着气体的不断进入而升高，这样一方面会影响体腔的承受能力，另一方面会影响体腔内的气溶胶浓度，进而降低了气溶胶在体腔内的消毒灭菌效果”的问题，本发明提供了一种工程纳米级颗粒气溶胶产生系统及其工作方法。

图1给出了本发明实施例的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统结构示意图。下面结合具体附图来详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，本实施例的一种工程纳米级颗粒气溶胶产生系统，包括依次串联连接的空气压缩机1、冷凝器2、过滤器3、雾化器6、多级扩散干燥器、电荷中和器11和体腔12；所述雾化器6还与纳米颗粒溶液产生装置7相连，雾化器6用于将过滤器3净化的空气气流和纳米颗粒溶液产生装置7产生的纳米颗粒混合后雾化并均匀送至多级扩散干燥器。

本实施例的雾化器包括吸附腔、扩散腔、文丘里管、喷管、文氏管和消音器；其结构为现有结构，可根据实际情况需求，本领域来具体选择其型号。本实施例的雾化器工作原理为：压缩空气从文丘里管的入口进入，少部分通过小截面的喷管排出；随之截面逐渐减小，压缩空气的压强减小，流速变大，这时就在吸附腔的进口内产生一个真空度，致使周围空气被吸入文氏管内，随着压缩空气一起流进扩散腔内减小气体的流速，之后通过消音器减少气流震荡。

在本实施例中，电荷中和器11还直接通入过滤器3净化的空气气流，电荷中和器11用于中和多级扩散干燥器干燥后纳米颗粒混合气流并形成纳米级颗粒气溶胶，利用净化的空气气流将纳米级颗粒气溶胶喷射至体腔12进行存储。

本实施例经过过滤器的过滤降低了纳米颗粒的粒径，而且利用雾化器将过滤器净化的空气气流和纳米颗粒溶液产生装置产生的纳米颗粒混合后雾化并均匀送至多级扩散干燥器，还采用多级扩散干燥器对包含纳米颗粒的空气气流进行干燥，提高了纳米颗粒的利用率以及保障了纳米级颗粒气溶胶的质量。

在本实施例中，体腔12还与负压泵14相连，所述负压泵14用来抽除多余的纳米级颗粒气溶胶以保持体腔压力。本实施例利用负压泵抽除多余的纳米级颗粒气溶胶以保持体腔压力，避免了体腔的压力随气体流入而不断升高以及纳米级颗粒气溶胶的浓度降低的问题，保障了纳米级颗粒气溶胶消毒灭菌效果的稳定性。

如图1所示，本实施例的多级扩散干燥器包括两个级联的扩散干燥器，分别为第一扩散干燥器9和第二扩散干燥器10。其中，扩散干燥器能够捕捉包含纳米颗粒的空气气流内的水，本实施例利用两个级联的扩散干燥器，提高了包含纳米颗粒的空气气流的干燥效率，提高了制作的纳米级颗粒气溶胶的质量。

其中，气溶胶扩散干燥器可采用现有结构来实现，可根据本领域技术人员的需求来具体选择型号，比如：型号为3062-CH的气溶胶扩散干燥器，其包括一个可移动的干燥袋，收集提取水分，干燥剂周边的气溶胶通路去除多余的气溶胶发生器发生的水分，由于气溶胶从未与干燥剂材料的接触，粒子损失被减轻到最小。

需要说明的是，在其他实施例中，多级扩散干燥器可采用三个扩散干燥器级联或是三个以上扩散干燥器级联形式构成。利用级联扩散干燥器，提高了包含纳米颗粒的空气气流的干燥效率，提高了制作的纳米级颗粒气溶胶的质量。

为了保障工程纳米级颗粒气溶胶浓度与体腔的体积相匹配，同时保障工程纳米级颗粒气溶胶的消毒灭菌效果，本实施例还在过滤器的输出端还设置有压力表，利用压力表检测净化的空气气流并反馈至空气压缩机。

在本实施例中，纳米颗粒溶液产生装置7与雾化器6之间连通的管道内还设置有蠕动泵8，所述蠕动泵8用于将纳米颗粒溶液产生装置7产生的纳米颗粒抽送至雾化器6内。本实施例利用蠕动泵传送纳米颗粒，提高了纳米级颗粒的传送效率，进而提高了纳米级颗粒气溶胶的产生效率。

其中，纳米颗粒溶液产生装置由带套管的进料系统、金刚石砂轮、旋风式调节室和级联冲击器组成，将材料从带套管的进料系统输入到金刚石砂轮和旋风式调节室研磨，通过级联冲击器将其输送到管路里。

可以理解的是，纳米颗粒溶液产生装置也可采用其他现有的结构来产生纳米颗粒溶液，只要满足本领域技术人员的预设需求即可。

为了提高工程纳米级颗粒气溶胶产生系统的工作稳定性，避免颗粒大的杂质影响负压泵的工作，所述体腔12与负压泵14连通的管道上还设置有过滤装置15。

在具体实施中，过滤装置可采用过滤网或是其他具有过滤作用的结构。

为了使得工程纳米级颗粒气溶胶浓度与体腔体积相匹配，保障工程纳米级颗粒气溶胶的灭菌和杀毒效果，本实施例在过滤器3与雾化6器之间连通的管道上还设置有第一阀门5-1，利用第一阀门5-1来控制进入雾化器的过滤器净化后的压缩空气流量；在电荷中和器11与过滤器3之间连通的管道上还设置有第二阀门5-2，利用第二阀门5-2来控制进入电荷中和器的过滤器净化后的压缩空气的流量；体腔12与负压泵14连通的管道上还设置有第三阀门5-3，利用第三阀门5-3来控制流出体腔的气溶胶流量。

需要说明的是，第一阀门、第二阀门和第三阀门的控制可采用自动控制方式，比如控制器、PLC或是微处理器来控制；也可采用手动方式来控制。

为了实时检测进入电荷中和器的过滤器净化后的压缩空气的流量，本实施例还在电荷中和器11与过滤器3之间连通的管道上还设置有第一流量计13-1。

其中，当第一阀门和第二阀门采用自动控制方式时，第一流量计将其检测的量反馈至第一阀门和第二阀门的控制器中，利用控制器来控制第一阀门和第二阀门的开度。

为了实时检测流出体腔的气溶胶流量，本实施例还在体腔12与负压泵14连通的管道上还设置有第二流量计13-2。当第三阀门采用自动控制方式时，第二流量计将其检测的量反馈至第三阀门的控制器中，利用控制器来控制第三阀门的开度。

为了准确获取气溶胶颗粒的数量和直径参数，本实施例的电荷中和器11和体腔12之间还可串联有纳米级颗粒气溶胶存储池，所述纳米级颗粒气溶胶存储池用于存储纳米级颗粒气溶胶，所述纳米级颗粒气溶胶存储池还与气溶胶颗粒的检测装置相连，所述气溶胶颗粒的检测装置用于纳米级颗粒气溶胶存储池气溶胶颗粒数量和直径。

具体地，气溶胶颗粒的检测装置包括：

光源模块，用于产生预设强度且单一波长的光束并照射至纳米级颗粒气溶胶存储池内；

散射光采集模块，用于采集纳米级颗粒气溶胶存储池内的气溶胶颗粒所散射的光线，形成颗粒图像；被照射的每个气溶胶颗粒被成像为颗粒图像中的一个光斑；

图像处理模块，用于提取颗粒图像中光斑的数量、每个光斑的直径大小和每个光斑的亮度；根据光斑的数量，得到气溶胶颗粒的初步数量；根据光斑的直径与气溶胶颗粒的直径已知正比关系，得到每个气溶胶颗粒的直径；根据光斑亮度的层次与同一曝光点处气溶胶颗粒重合的数量的已知正比关系，得到同一曝光点处气溶胶颗粒重合的数量，进而根据初步数量与重合数量，得到气溶胶颗粒的实际数量。

其中：

颗粒图像上光斑的数量对应反射光线的数量；

颗粒图像上光斑的直径与反射光线的气溶胶颗粒成正比，满足公式：l＝k·l₀；其中，l-光斑的直径；l₀-气溶胶标准粒子的直径；k为需要标定的常数。

颗粒图像上光斑亮度的层次与同一曝光点处气溶胶颗粒重合的数量成正比，其算法是：

例如：有三个气溶胶颗粒的散射光在同一光斑处重合，其最大概率可能的情况为靠近光斑中央区域的为三束散射光的曝光，再向外侧部分为其中两束散射光的曝光，最外侧为三束散射光单独曝光，这样在该光斑处的曝光亮度为三个层次，可以作为散射光重合的气溶胶颗粒计数。

气溶胶颗粒数的计数N为：

(1)颗粒图像上单次曝光的光斑数n₁。

(2)颗粒图像上同一点有曝光重合的光斑数n_x，x为同一曝光点(光斑)曝光的重合数(层次数)。得出：N＝n₁+∑n_x`x。

本实施例利用气溶胶颗粒的检测装置能够同时检测出气溶胶颗粒的直径和数量，提高了检测效率，同时能够准确地计算出气溶胶颗粒的浓度，保障了气溶胶的消毒和杀菌效果。

本实施例的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统的工作方法，包括：

步骤1：利用空气压缩机将空气压缩扣传送至冷凝器内冷凝；

步骤2：冷凝后的压缩空气经过滤器过滤净化后流入至雾化器；同时，纳米颗粒溶液产生装置产生的纳米颗粒也传送至雾化器；

步骤3：利用雾化器将接收净化的空气气流和纳米颗粒并进行混合，雾化后均匀送至多级扩散干燥器进行干燥处理；

步骤4：干燥处理后的混合有纳米颗粒的空气气流进入电荷中和器，在电荷中和器内进行电荷中和后形成纳米级颗粒气溶胶；

步骤5：利用净化的空气气流将纳米级颗粒气溶胶喷射至体腔；

步骤6：利用负压泵抽除多余的纳米级颗粒气溶胶以保持体腔压力。

本实施例采用多级扩散干燥器对包含纳米颗粒的空气气流进行干燥，提高了纳米颗粒的利用率以及保障了纳米级颗粒气溶胶的质量，避免了体腔的压力随气体流入而不断升高以及纳米级颗粒气溶胶的浓度降低的问题，保障了纳米级颗粒气溶胶消毒灭菌效果的稳定性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工程纳米级颗粒气溶胶产生系统，其特征在于，包括依次串联连接的空气压缩机、冷凝器、过滤器、雾化器、多级扩散干燥器和电荷中和器；

所述雾化器还与纳米颗粒溶液产生装置相连，雾化器用于将过滤器净化的空气气流和纳米颗粒溶液产生装置产生的纳米颗粒混合后雾化并均匀送至多级扩散干燥器；

所述电荷中和器还直接通入过滤器净化的空气气流，电荷中和器用于中和多级扩散干燥器干燥后纳米颗粒混合气流并形成纳米级颗粒气溶胶，利用净化的空气气流将纳米级颗粒气溶胶喷射至体腔；所述体腔与负压泵相连，负压泵用来抽除多余的纳米级颗粒气溶胶以保持体腔压力。

2.如权利要求1所述的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统，其特征在于，所述多级扩散干燥器包括至少两个级联的扩散干燥器。

3.如权利要求1所述的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统，其特征在于，所述过滤器的输出端还设置有压力表，所述压力表用于检测净化的空气气流并反馈至空气压缩机。

4.如权利要求1所述的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统，其特征在于，纳米颗粒溶液产生装置与雾化器之间连通的管道内还设置有蠕动泵，所述蠕动泵用于将纳米颗粒溶液产生装置产生的纳米颗粒抽送至雾化器内。

5.如权利要求1所述的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统，其特征在于，所述体腔与负压泵连通的管道上还设置有过滤装置。

6.如权利要求1所述的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统，其特征在于，所述过滤器与雾化器之间连通的管道上还设置有第一阀门；所述电荷中和器与过滤器之间连通的管道上还设置有第二阀门；所述体腔与负压泵连通的管道上还设置有第三阀门。

7.如权利要求1所述的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统，其特征在于，所述电荷中和器与过滤器之间连通的管道上还设置有第一流量计；

或所述体腔与负压泵连通的管道上还设置有第二流量计。

8.如权利要求1所述的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统，其特征在于，电荷中和器和体腔之间还串联有纳米级颗粒气溶胶存储池，所述纳米级颗粒气溶胶存储池还与气溶胶颗粒的检测装置相连，所述气溶胶颗粒的检测装置用于纳米级颗粒气溶胶存储池气溶胶颗粒数量和直径。

9.如权利要求8所述的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统，其特征在于，所述气溶胶颗粒的检测装置包括：

光源模块，用于产生预设强度且单一波长的光束并照射至纳米级颗粒气溶胶存储池内；

散射光采集模块，用于采集纳米级颗粒气溶胶存储池内的气溶胶颗粒所散射的光线，形成颗粒图像；被照射的每个气溶胶颗粒被成像为颗粒图像中的一个光斑；

图像处理模块，用于提取颗粒图像中光斑的数量、每个光斑的直径大小和每个光斑的亮度；根据光斑的数量，得到气溶胶颗粒的初步数量；根据光斑的直径与气溶胶颗粒的直径已知正比关系，得到每个气溶胶颗粒的直径；根据光斑亮度的层次与同一曝光点处气溶胶颗粒重合的数量的已知正比关系，得到同一曝光点处气溶胶颗粒重合的数量，进而根据初步数量与重合数量，得到气溶胶颗粒的实际数量。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的工程纳米级颗粒气溶胶产生系统的工作方法，其特征在于，包括：

利用空气压缩机将空气压缩扣传送至冷凝器内冷凝；

冷凝后的压缩空气经过滤器过滤净化后流入至雾化器；同时，纳米颗粒溶液产生装置产生的纳米颗粒也传送至雾化器；

利用雾化器将接收净化的空气气流和纳米颗粒并进行混合，雾化后均匀送至多级扩散干燥器进行干燥处理；

干燥处理后的混合有纳米颗粒的空气气流进入电荷中和器，在电荷中和器内进行电荷中和后形成纳米级颗粒气溶胶；

利用净化的空气气流将纳米级颗粒气溶胶喷射至体腔；

利用负压泵抽除多余的纳米级颗粒气溶胶以保持体腔压力。

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