CN114225726B - 一种气溶胶发生系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气溶胶发生系统，包括气溶胶发生器、用于分选粒径为r1的气溶胶颗粒的一级分选组件、用于分选粒径为r2的气溶胶颗粒的二级分选组件，一级分选组件包括一级分选腔、一对电极板，一级分选腔的入口与气溶胶发生器的出口连通，一对电极板之间形成供气溶胶颗粒通过的通道；二级分选组件包括二级分选腔，二级分选腔的入口与一级分选腔的出口连通。本发明采用两级分选对气溶胶颗粒进行粒径分选，实现滤料测试设备满足不同标准粒径的需求，同时可通过调整电极板的电压、电极板长度或机械分选板的尺寸、距离实现不同粒径、不同浓度气溶胶的输出，具有结构简单，调节方便，满足多种需求等优点，真正实现一机多用。

Description

一种气溶胶发生系统

技术领域

本发明属于过滤材料、测试技术领域，具体涉及一种气溶胶发生系统。

背景技术

随着社会的进步及人们生活水平的提高，国内对各种生活物资的要求也在逐步提高，而对颗粒物过滤材料的过滤效率检测也已经进入人们的关注范围，尤其是疫情爆发之后，人民对口罩等相关过滤材料的关心程度大大提高，国内也对过滤材料的过滤效率测试标准提出了更高要求。但是国内标准、欧盟标准、美国标准的不同则给测试仪器提出了更高的要求，尤其是其对气溶胶颗粒粒径也提出了严格要求。

目前常用的气溶胶发生器喷嘴主要是Laskin、Colin等结构，但不同结构的喷嘴产生的气溶胶粒径范围不同，不能同时满足各国对气溶胶的标准要求。因此研发一种可调粒径范围气溶胶发生装置成为气溶胶测试及洁净领域的重要目标之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种气溶胶发生系统，尤其是一种粒径相对集中的多分散气溶胶发生系统，其将气溶胶颗粒进行粒径分选，实现粒径分布的集中化，适用于包括滤料测试设备的使用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种气溶胶发生系统，包括：

气溶胶发生器，用于产生气溶胶颗粒，

一级分选组件，用于分选粒径为r1的气溶胶颗粒，所述的一级分选组件包括一级分选腔、设置在所述的一级分选腔内且位于其入口和出口之间的一对电极板、与一对所述的电极板连接用于向其施加电压的电源，所述的一级分选腔的入口与所述的气溶胶发生器的出口连通，一对所述的电极板之间形成供气溶胶颗粒通过的通道；

二级分选组件，用于分选粒径为r2的气溶胶颗粒，所述的二级分选组件包括二级分选腔，所述的二级分选腔的入口与所述的一级分选腔的出口连通，所述的r1小于r2。

即通过调整所述的一级分选组件中一对所述的电极板的电压可以实现较小粒径气溶胶颗粒的分选，然后通过所述的二级分选组件实现较大粒径气溶胶颗粒的分选，以此实现不同粒径区间的气溶胶颗粒的分选。

上述技术方案优选地，一对所述的电极板上下水平设置，一对所述的电极板之间形成沿水平方向延伸的通道，位于下部所述的电极板上开设有孔，所述的孔用于供被一级分选的气溶胶颗粒通过。

进一步优选地，所述的系统还包括导流管，所述的导流管的入口与所述的一级分选腔连通，且所述的导流管的入口位于下部所述的电极板下方，所述的导流管的出口与所述的气溶胶发生器连通。分选汇集的液流经所述的导流管回流至所述的气溶胶发生器。

上述技术方案优选地，一对所述的电极板之间的电场强度范围为100V/cm以上，或者所述的电源向一对所述的电极板施加的电压范围为50-200V。

上述技术方案优选地，所述的二级分选组件还包括撞击块，所述的撞击块至少部分位于所述的二级分选腔内，所述的撞击块正对所述的二级分选腔的入口设置，且所述的撞击块可在靠近和远离所述的二级分选腔的入口的方向移动。所述的二级分选组件具体可通过调整所述的撞击块与所述的二级分选腔的入口之间的距离实现撞击距离的选择，从而实现较大粒径气溶胶颗粒的分选。

上述技术方案优选地，所述的二级分选腔的入口朝向水平方向。

上述技术方案优选地，所述的系统还包括存储罐，所述的存储罐用于收集经二级分选的气溶胶颗粒，所述的存储罐与所述的二级分选腔连通。经所述的二级分选组件分选产生的液体保存在所述的存储罐内，以便重复使用。

上述技术方案优选地，所述的气溶胶发生器包括储液罐、设置在所述的储液罐内的气溶胶喷嘴，所述的气溶胶喷嘴连接有进气管、吸液管，所述的进气管一端伸出所述的储液罐形成接气端；所述的吸液管位于所述的储液罐内并延伸至所述的储液罐的底部；所述的气溶胶喷嘴的出口与所述的一级分选腔的入口连通。

进一步优选地，所述的气溶胶发生器还包括压缩气源，所述的压缩气源与所述的进气管的接气端连通。

进一步优选地，所述的压缩气源的气压为0.1MPa-0.5MPa。

本发明的设计原理为：

气溶胶发生器利用高压洁净压缩空气产生不同粒径的气溶胶颗粒，

对于一级分选组件：不同粒径的气溶胶颗粒进入一级分选腔，假设气溶胶颗粒粒径为r，气溶胶的密度为ρ，一对电极板之间的电场强度为E，每个气溶胶颗粒在一级分选腔飞行的横向速度即为此时风速υ，假设一级分选腔长度为L，则每个气溶胶颗粒在一级分选腔的飞行时间最大为：

（1）

那么其在径向的最大位移为：

（2）

通过公式（2）可以看出，气溶胶颗粒在径向的飞行位移与其粒径r的立方成反比，在限定一级分选腔长度L及气溶胶颗粒的风速时，越小粒径的气溶胶颗粒的径向位移越大，越容易被一对电极板收集。因此，可通过调整一对电极板之间的电场强度实现较小粒径气溶胶颗粒的分选。

对于二级分选组件：气溶胶颗粒进入二级分选腔，较大粒径气溶胶颗粒由于惯性作用撞击至撞击块上，根据动量定理，粒径越大的气溶胶颗粒越惯性越大，越容易撞击到撞击块上，从而实现较大粒径气溶胶颗粒的分选。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明采用两级分选对气溶胶颗粒进行粒径分选，实现滤料测试设备满足不同标准粒径的需求，同时可通过调整电极板的电压、电极板长度或机械分选板的尺寸、距离实现不同粒径、不同浓度气溶胶的输出，具有结构简单，调节方便，满足多种需求等优点，真正实现一机多用。

附图说明

附图1为本实施例的立体示意图；

附图2为本实施例的俯视示意图；

附图3为附图2中A-A剖视示意图；

附图4为附图3中B部放大示意图。

以上附图中：

10、储液罐；11、气溶胶喷嘴；12、进气管；13、吸液管；2、一级分选组件；20、一级分选腔；21、电极板；210、孔；3、二级分选组件；30、二级分选腔；31、撞击块；4、导流管；5、存储罐。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-4所示的一种气溶胶发生系统，包括气溶胶发生器、一级分选组件2以及二级分选组件3，其中：

气溶胶发生器用于产生气溶胶颗粒。气溶胶发生器包括：

储液罐10，用于盛放气溶胶颗粒发生所需的溶液；

气溶胶喷嘴11，用于产生所需的气溶胶颗粒，气溶胶喷嘴11设置在储液罐10内，气溶胶喷嘴11的出口与一级分选组件2的入口连通；

压缩气源，用于提供气溶胶发生所需的高压气体，压缩气源的气压为0.1MPa-0.5MPa。

气溶胶喷嘴11连接有进气管12、吸液管13，进气管12一端伸出储液罐10形成接气端，压缩气源与进气管12的接气端连通；吸液管13位于储液罐10内并延伸至储液罐10的底部吸取储液罐10底部的溶液。

压缩气源提供的0.1MPa-0.5MPa压力的洁净压缩空气通过进气管12进入气溶胶喷嘴11并喷出产生负压，吸液管13将储液罐10内的溶液吸入气溶胶喷嘴11并雾化产生气溶胶颗粒，通过气溶胶喷嘴11的出口进入一级分选组件2。

一级分选组件2用于分选粒径较小的气溶胶颗粒。一级分选组件2包括一级分选腔20、设置在一级分选腔20内且位于其入口和出口之间的一对电极板21、与一对电极板21连接用于向其施加电压的电源，一级分选腔20的入口与气溶胶发生器的气溶胶喷嘴11的出口连通，一对电极板21之间形成供气溶胶颗粒通过的通道。

具体的说：一对电极板21上下水平设置，一对电极板21之间形成沿水平方向延伸的通道。位于下部的电极板21上开设有孔210，即下部的电极板21为镂空板，孔210用于供被一级分选的气溶胶颗粒通过。此外，系统还包括导流管4，导流管4的入口与一级分选腔20连通，且导流管4的入口位于下部的电极板21下方，导流管4的出口与气溶胶发生器的储液罐10连通，经分选汇集的液流经导流管4回流至气溶胶发生器中储液罐10进行保存。

气溶胶颗粒在一级分选腔中，气溶胶颗粒在一对电极板21高压电场的作用下对带电颗粒形成径向作用力，较小粒径气溶胶颗粒在电场作用下将撞击到一对电极板21上不同位置。在一级分选过程中，可通过调整一对电极板21之间的电压来实现较小颗粒气溶胶的分选，电压的调节范围为50-200V，或者电场强度的调节范围为100V/cm以上。

二级分选组件3用于分选粒径较大的气溶胶颗粒。二级分选组件3包括二级分选腔30、撞击块31，二级分选腔30的入口与一级分选腔20的出口连通，且二级分选腔20的入口朝向水平方向，二级分选腔20的出口位于其上方。

撞击块31至少部分位于二级分选腔30内，撞击块31正对二级分选腔30的入口设置，且撞击块31可在靠近和远离二级分选腔30的入口的方向移动。二级分选组件3通过调整撞击块31与二级分选腔30的入口之间的距离实现撞击距离的选择，从而实现较大粒径气溶胶颗粒的分选。例如撞击块31可以通过螺纹方式连接在二级分选腔30的腔壁上，通过旋动撞击块31即可调节与二级分选腔30的入口之间的距离，或者采用与螺栓配合等方式。

此外，系统还包括存储罐5，存储罐5用于收集经二级分选的气溶胶颗粒，存储罐5与二级分选腔30连通。经二级分选组件3分选产生的液体保存在存储罐5内，以便重复使用。

以下具体阐述下本实施例的工作原理：

压缩气源产生的洁净的压缩空气经进气管12进入储液罐10内的气溶胶喷嘴11中，气流从气溶胶喷嘴11喷射产生真空，负压将气溶胶液体经吸液软管4吸入气溶胶喷嘴11从而产生气溶胶颗粒，经气溶胶喷嘴11出口进入一级分选腔20。

一级分选腔20内气溶胶颗粒通过一对电极板21，不同粒径的气溶胶颗粒在横向气压带动下横向飞行，同时受到径向电场力的作用具有径向速度，由于不同粒径的气溶胶颗粒加速度不同，其径向位移也将不同，越小粒径的颗粒径向位移越大,会更容易撞击到一对电极板21上，下部的电极板21上的孔210将收集到的气溶胶颗粒汇集后经导流管1回流至储液罐10。

经一级分选后的气溶胶颗粒经一级分选腔20出口进入二级分选腔30，二级分选腔30通过入口的激射气流将较大粒径颗粒惯性撞击到撞击块31上实现二次分选，通过调节撞击块31与二级分选腔30入口的距离实现不同粒径气溶胶的分选。

通过调整一级分选组件2实现较小粒径气溶胶颗粒的分选，然后通过二级分选组件3实现较大粒径气溶胶颗粒的分选，以此实现不同粒径区间的气溶胶颗粒的分选，使得分选后气溶胶颗粒的粒径区间满足欧盟标准、美国标准及中国标准等多个国家标准。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气溶胶发生系统，包括气溶胶发生器，用于产生气溶胶颗粒，其特征在于：所述的系统还包括：

一级分选组件，用于分选粒径为r1的气溶胶颗粒，所述的一级分选组件包括一级分选腔、设置在所述的一级分选腔内且位于其入口和出口之间的一对电极板、与一对所述的电极板连接用于向其施加电压的电源，所述的一级分选腔的入口与所述的气溶胶发生器的出口连通，一对所述的电极板之间形成供气溶胶颗粒通过的通道；

二级分选组件，用于分选粒径为r2的气溶胶颗粒，所述的二级分选组件包括二级分选腔，所述的二级分选腔的入口与所述的一级分选腔的出口连通，所述的r1小于r2。

2.根据权利要求1所述的气溶胶发生系统，其特征在于：一对所述的电极板上下水平设置，一对所述的电极板之间形成沿水平方向延伸的通道，位于下部所述的电极板上开设有孔，所述的孔用于供被一级分选的气溶胶颗粒通过。

3.根据权利要求2所述的气溶胶发生系统，其特征在于：所述的系统还包括导流管，所述的导流管的入口与所述的一级分选腔连通，且所述的导流管的入口位于下部所述的电极板下方，所述的导流管的出口与所述的气溶胶发生器连通。

4.根据权利要求1所述的气溶胶发生系统，其特征在于：一对所述的电极板之间的电场强度范围为100V/cm以上，或者所述的电源向一对所述的电极板施加的电压范围为50V-200V。

5.根据权利要求1所述的气溶胶发生系统，其特征在于：所述的二级分选组件还包括撞击块，所述的撞击块至少部分位于所述的二级分选腔内，所述的撞击块正对所述的二级分选腔的入口设置，且所述的撞击块可在靠近和远离所述的二级分选腔的入口的方向移动。

6.根据权利要求1或5所述的气溶胶发生系统，其特征在于：所述的二级分选腔的入口朝向水平方向。

7.根据权利要求1所述的气溶胶发生系统，其特征在于：所述的系统还包括存储罐，所述的存储罐用于收集经二级分选的气溶胶颗粒，所述的存储罐与所述的二级分选腔连通。

8.根据权利要求1所述的气溶胶发生系统，其特征在于：所述的气溶胶发生器包括储液罐、设置在所述的储液罐内的气溶胶喷嘴，所述的气溶胶喷嘴连接有进气管、吸液管，所述的进气管一端伸出所述的储液罐形成接气端；所述的吸液管位于所述的储液罐内并延伸至所述的储液罐的底部；所述的气溶胶喷嘴的出口与所述的一级分选腔的入口连通。

9.根据权利要求8所述的气溶胶发生系统，其特征在于：所述的气溶胶发生器还包括压缩气源，所述的压缩气源与所述的进气管的接气端连通。

10.根据权利要求9所述的气溶胶发生系统，其特征在于：所述的压缩气源的气压为0.1MPa-0.5MPa。