CN114307876A - 一种单分散气溶胶发生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单分散气溶胶发生系统，包括多分散气溶胶发生器、鞘流循环支路及电迁移器，鞘流循环支路的出口端与电迁移器上的鞘流入口连通、入口端与电迁移器上的鞘流出口连通，用于向电迁移器提供循环的鞘流，电迁移器包括上下布置的第一电极板和第二电极板，第一电极板与第二电极板之间形成高压电场，第一电极板上设有与多分散气溶胶发生器连通的多分散气溶胶入口，第二电极板上设有多个间隔布置的单分散气溶胶出口，鞘流和多分散气溶胶流入电迁移器内的气流方向之间具有一定角度，多分散气溶胶入口与各单分散气溶胶出口在平行于鞘流的流动方向上具有一定距离。该系统能够一次性发生稳定性和准确度高的多种粒径大小的标准单分散气溶胶。
Description
技术领域
本发明涉及气溶胶发生器技术领域，尤其涉及一种电迁移式单分散气溶胶发生系统。
背景技术
气溶胶由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，又称气体分散体系。其分散相为固体或液体小质点，其大小为0.001～100微米，分散介质为气体。气溶胶在医学，环境科学，军事学方面都有很大的应用。目前在口罩、熔喷布、高效过滤器等滤材生产检测中，利用基本单分散粒子作为气溶胶颗粒来检测滤材的过滤效率，而单分散气溶胶粒子多由分散气溶胶发生器产生。
单分散气溶胶发生器是一种高精度的单分布气溶胶发生器。能在一定粒径范围内产生具有相同特征(尺寸、外形、密度和表面特征)的固体或液体气溶胶气溶胶。同时单分散气溶胶粒子还可应用于光学粒子计数器、粒子筛分、分级碰撞器、旋风除尘器和碰撞器的校核；箱式过滤器、旋风除尘器、湿式除尘器和静电除尘设备的开发和测试等。
现有单分散气溶胶发生器大多数只能够产生一种粒径大小的单分散气溶胶，并且结构较为复杂，不易使用。
本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。
发明内容
针对背景技术中指出的问题，本发明提出一种单分散气溶胶发生系统，其能够一次性发生稳定性和准确度高的多种粒径大小的标准单分散气溶胶。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
本发明提供一种单分散气溶胶发生系统，包括多分散气溶胶发生器、鞘流循环支路以及电迁移器；
所述多分散气溶胶发生器用于发生多分散气溶胶；
所述鞘流循环支路的出口端与所述电迁移器上的鞘流入口连通、入口端与所述电迁移器上的鞘流出口连通，用于向所述电迁移器提供循环的鞘流；
所述电迁移器包括上下间隔布置的第一电极板和第二电极板，所述第一电极板与所述第二电极板所围区域内形成高压电场，所述第一电极板上设有与所述多分散气溶胶发生器连通的多分散气溶胶入口，所述第二电极板上设有多个间隔布置的单分散气溶胶出口，鞘流和多分散气溶胶流入所述电迁移器内的气流方向之间具有一定角度，所述多分散气溶胶入口与各所述单分散气溶胶出口在平行于所述鞘流的流动方向上具有一定距离。
本申请一些实施例中，所述第一电极板和所述第二电极板所围区域的两端分别设有均流网，所述鞘流循环支路内的鞘流依次经所述鞘流入口和一端的所述均流网流入所述高压电场内，所述高压电场内的鞘流依次经另一端的所述均流网和所述鞘流出口回流入所述鞘流循环支路内。
本申请一些实施例中，所述鞘流入口与所述均流网之间、所述鞘流出口与所述均流网之间分别设有缓冲腔。
本申请一些实施例中，鞘流和多分散气溶胶流入所述电迁移器内的气流方向相互垂直。
本申请一些实施例中，所述多分散气溶胶入口和多个所述单分散气溶胶出口处于同一竖直面上。
本申请一些实施例中，所述第一电极板连接高压模块，所述第二电极板接地。
本申请一些实施例中，所述多分散气溶胶发生器与所述多分散气溶胶入口之间的连通管路上设有荷电中和器。
本申请一些实施例中，所述鞘流循环支路上依次设有孔口流量计、气容以及循环气泵。
本申请一些实施例中，所述孔口流量计与所述鞘流出口之间设有第一高效过滤器，所述循环气泵与所述鞘流入口之间设有第二高效过滤器。
本申请一些实施例中，从所述多分散气溶胶发生器流出的多分散气溶胶，一部分流向所述电迁移器，另一部分经第三高效过滤器排出。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
本申请所公开的单分散气溶胶发生系统可将多分散的气溶胶筛分为单分散的气溶胶，通过改变电场电压、鞘气和气溶胶流量，并利用不同粒径的气溶胶在电场中迁移速率的差异，实现了选择性筛分，一次得到多种单分散气溶胶。
第一电极板和第二电极板之间的高压电场间无其他结构附件，该区域为实现粒子筛选的核心区域，为鞘流对多分散气溶胶粒子进行带动随流、第一电极板和第二电极板对多分散气溶胶粒子的吸附作用提供了足够的作用空间。
电迁移器结构紧凑、便于使用和拆装。
该单分散气溶胶发生系统可配合各种口罩、熔喷布、高效过滤器等滤材生产检测使用。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据实施例的单分散气溶胶发生系统的结构示意图；
图2为根据实施例的电迁移器的结构示意图；
图3为根据实施例的多分散气溶胶发生器的结构示意图。
附图标记：
100-多分散气溶胶发生器，110-储液罐，120-雾化喷头，130-输雾管，140-加速嘴，150-撞击头，160-出雾口，170-收集瓶；
200-鞘流循环支路，210-孔口流量计，220-气容，230-循环气泵，240-第一高效过滤器，250-第二高效过滤器；
300-电迁移器，310-第一电极板，320-第二电极板，331-鞘流入口，332-鞘流出口，340-多分散气溶胶入口，350-单分散气溶胶出口，361-前置均流网，362-后置均流网，371-前置壳体，372-后置壳体，381-前置缓冲腔，382-后置缓冲腔，390-高压模块；
400-荷电中和器；
500-第三高效过滤器；
Q-鞘流；
H-第一电极板与第二电极板之间的距离；
L-多分散气溶胶入口与单分散气溶胶出口之间的距离。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，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申请中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本实施例公开一种单分散气溶胶发生系统，参照图1和图2，其主要包括多分散气溶胶发生器100、鞘流循环支路200以及电迁移器300三大组成部分。
多分散气溶胶发生器100用于发生多分散气溶胶，本实施例对多分散气溶胶发生器100的具体结构不做限制。
鞘流循环支路200的出口端与电迁移器300上的鞘流入口331连通、入口端与电迁移器300上的鞘流出口332连通，用于向电迁移器300提供循环的鞘流。
电迁移器300包括上下间隔布置的第一电极板310和第二电极板320，第一电极板310与第二电极板320所围区域内形成高压电场。
第一电极板310上设有与多分散气溶胶发生器100连通的多分散气溶胶入口340，第二电极板320上设有多个间隔布置的单分散气溶胶出口350。
鞘流和多分散气溶胶流入电迁移器300内的气流方向之间具有一定角度，以便于鞘流对多分散气溶胶中的一些粒子进行带动随流作用。
多分散气溶胶入口340与各单分散气溶胶出口350在平行于鞘流的流动方向上具有一定距离L，以保证随鞘流运动且被第二电极板320吸引的粒子能够落入单分散气溶胶出口350内。
工作过程为：为了便于描述，设定第一电极板310接正高压，第二电极板320接地，第一电极板310与第二电极板320之间产生正高压电场；多分散气溶胶发生器100产生的多分散气溶胶经多分散气溶胶入口340流入电迁移器300内，也即流入第一电极板310和第二电极板320所围的正高压电场内，多分散气溶胶所带电荷量的大小和粒子直径正相关；带负电荷的粒子受到电场力粘附在第一电极板310上；不带电荷的中性粒子不受电场力的影响、随鞘流从鞘流出口332流出；而带正电荷的粒子随鞘流向鞘流出口332方向流动，同时受到电场力向第二电极板320运动；这样，某一单一粒径的粒子到达第二电极板320上的单分散气溶胶出口350，以单分散的形式流出，并且所到的单分散气溶胶粒子的粒径依次递减，从而得到多种粒径的单分散气溶胶。
本实施例中的单分散气溶胶发生系统可将多分散的气溶胶筛分为单分散的气溶胶，利用不同粒径的气溶胶在电场中迁移速率的差异，实现了选择性筛分，一次得到多种单分散气溶胶。
单分散气溶胶出口350的数量可以根据需求设置，图1所示结构中为三个，各单分散气溶胶出口350与多分散气溶胶入口340之间的距离依次标记为L1、L2、L3。
第一电极板310和第二电极板320之间的高压电场间无其他结构附件，该区域为实现粒子筛选的核心区域，为鞘流对多分散气溶胶粒子进行带动随流、第一电极板310和第二电极板320对多分散气溶胶粒子的吸附作用提供了足够的作用空间。
该单分散气溶胶发生系统可配合各种口罩、熔喷布、高效过滤器等滤材生产检测使用。
在其他实施例中，也可以是第一电极板310接负高压，第二电极板320接地，此时是带正电荷的粒子受到电场力粘附在第一电极板310上；不带电荷的（中性）粒子不受电场力的影响、随鞘流从鞘流出口332流出；而带负电荷的粒子随鞘流向鞘流出口332方向流动，同时受到电场力向第二电极板320运动，并从相应的单分散气溶胶出口350流出，同样能够得到多种粒径的单分散气溶胶。
对于电迁移器300的具体结构，本申请一些实施例中，第一电极板310和第二电极板320所围区域的两端分别设有均流网，分别记为前置均流网361和后置均流网362。
鞘流循环支路200内的鞘流依次经鞘流入口331和前置均流网361流入高压电场内，鞘流经过前置均流网361后处于层流状态，然后向鞘流出口332方向流动的过程中，将带动不带电荷的中性离子一同运动，再经后置均流网362和鞘流出口332流入鞘流循环支路200内。
进一步的，鞘流入口331与前置均流网361之间设有缓冲腔，记为前置缓冲腔381；鞘流出口332与后置均流网361之间也设有缓冲腔，记为后置缓冲腔382；缓冲腔对鞘流起到缓冲作用。
电迁移器300的一端设有前置壳体371，另一端设有后置壳体372，第一电极板310和第二电极板320设于前置壳体371和后置壳体372之间。前置壳体371上设有鞘流入口331，后置壳体372上设有鞘流出口332。
在实际生产中，可以将第一电极板310、第二电极板320、前置均流网361以及后置均流网362组装为一体结构，其作为一个整体以螺纹等可拆卸的方式与前置壳体371、后置壳体372连接，便于拆装维护。
本申请一些实施例中，鞘流和多分散气溶胶流入电迁移器300内的气流方向相互垂直，也就是说鞘流入口331和多分散气溶胶出口340以相互垂直的方式设置，提高鞘流对高压场内粒子的带动随流作用。
本申请一些实施例中，由于被第二电极板320吸引的粒子的向下运动轨迹也受重力影响，所以将多分散气溶胶入口340和多个单分散气溶胶出口350设置为处于同一竖直面上，保证向下运动的粒子能够落入对应的单分散气溶胶出口350内。
本申请一些实施例中，多分散气溶胶发生器100与多分散气溶胶入口340之间的连通管路上设有荷电中和器400。
荷电中和器400用于平衡多分散气溶胶发生器100发生的气溶胶粒子的所带电荷量，使流入电迁移器300内的多分散气溶胶粒子正负电荷处于平衡。
对于鞘流循环支路200的具体结构，本申请一些实施例中，鞘流循环支路200上依次设有孔口流量计210、气容220以及循环气泵230，孔口流量计210用于调节流量，气容220用于稳定循环气泵230的气流，循环气泵230提供气体循环动力。
进一步的，孔口流量计210与鞘流出口332之间设有第一高效过滤器240，用于过滤掉随鞘流从鞘流出口332流出的气溶胶颗粒；循环气泵230与鞘流入口331之间设有第二高效过滤器250，用于过滤掉循环气泵230所产生超细颗粒物。
对于多分散气溶胶发生器100的具体结构，本申请一些实施例中，从多分散气溶胶发生器100流出的多分散气溶胶，一部分流向电迁移器300，另一部分经第三高效过滤器500排出，将多分散气溶胶分流，以向电迁移器300提供合适浓度和流量的多分散气溶胶。
多分散气溶胶发生器100的一种具体结构形式如图3所示，外部洁净气体经过雾化喷头120后在储液罐110内形成具有一定浓度的湿雾，湿雾经输雾管130流至加速嘴140得到加速，加速后的湿雾中大粒径湿雾受惯性作用直接撞击到撞击头150上，变为雾滴落入收集瓶170内，而小粒径湿雾则偏离原有运动路径从出雾口160流出。
通过调节加速嘴140与撞击头150之间的距离，可以得到所需湿雾的粒径大小。收集瓶170内的溶液可以倒入储液罐110内继续利用。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种单分散气溶胶发生系统，其特征在于，包括多分散气溶胶发生器、鞘流循环支路以及电迁移器；
所述多分散气溶胶发生器用于发生多分散气溶胶；
所述鞘流循环支路的出口端与所述电迁移器上的鞘流入口连通、入口端与所述电迁移器上的鞘流出口连通，用于向所述电迁移器提供循环的鞘流；
所述电迁移器包括上下间隔布置的第一电极板和第二电极板，所述第一电极板与所述第二电极板所围区域内形成高压电场，所述第一电极板上设有与所述多分散气溶胶发生器连通的多分散气溶胶入口，所述第二电极板上设有多个间隔布置的单分散气溶胶出口，鞘流和多分散气溶胶流入所述电迁移器内的气流方向之间具有一定角度，所述多分散气溶胶入口与各所述单分散气溶胶出口在平行于所述鞘流的流动方向上具有一定距离。
2.根据权利要求1所述的单分散气溶胶发生系统，其特征在于，
所述第一电极板和所述第二电极板所围区域的两端分别设有均流网，所述鞘流循环支路内的鞘流依次经所述鞘流入口和一端的所述均流网流入所述高压电场内，所述高压电场内的鞘流依次经另一端的所述均流网和所述鞘流出口回流入所述鞘流循环支路内。
3.根据权利要求2所述的单分散气溶胶发生系统，其特征在于，
所述鞘流入口与所述均流网之间、所述鞘流出口与所述均流网之间分别设有缓冲腔。
4.根据权利要求1所述的单分散气溶胶发生系统，其特征在于，
鞘流和多分散气溶胶流入所述电迁移器内的气流方向相互垂直。
5.根据权利要求1所述的单分散气溶胶发生系统，其特征在于，
所述多分散气溶胶入口和多个所述单分散气溶胶出口处于同一竖直面上。
6.根据权利要求1所述的单分散气溶胶发生系统，其特征在于，
所述第一电极板连接高压模块，所述第二电极板接地。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的单分散气溶胶发生系统，其特征在于，
所述多分散气溶胶发生器与所述多分散气溶胶入口之间的连通管路上设有荷电中和器。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的单分散气溶胶发生系统，其特征在于，
所述鞘流循环支路上依次设有孔口流量计、气容以及循环气泵。
9.根据权利要求8所述的单分散气溶胶发生系统，其特征在于，
所述孔口流量计与所述鞘流出口之间设有第一高效过滤器，所述循环气泵与所述鞘流入口之间设有第二高效过滤器。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的单分散气溶胶发生系统，其特征在于，
从所述多分散气溶胶发生器流出的多分散气溶胶，一部分流向所述电迁移器，另一部分经第三高效过滤器排出。
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