CN117356453A - 一种动物呼吸染尘试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动物呼吸染尘试验装置及其试验方法，属于尘肺动物模拟试验技术领域，包括内设有试验腔室的恒温恒湿试验箱，恒温恒湿试验箱上设有粉尘进口和箱门，粉尘进口连接有粉尘输送设备，试验腔室内设有漏粪隔离网，漏粪隔离网将试验腔室分为上下分布的活动区和清理区，清理区内设有吹风设备和托盘。包括以下步骤：S1、将试验动物和托盘放入活动区和清理区；S2、注入粉尘，开启吹风设备；S3、调节温度和湿度；S4、每日取出试验动物称重，观察进食和活动情况，清理托盘和粉尘；S5、重复步骤S1至S4，数日后取血进行生化指标化验，完成一次试验周期。吹风设备保证粉尘始终弥漫，提高试验动物和粉尘接触效果，提高试验结果真实度。

Description

一种动物呼吸染尘试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及尘肺动物模拟试验技术领域，特别是涉及一种动物呼吸染尘试验装置及其试验方法。

背景技术

煤矿开采过程中，有大量的粉尘产生，污染巷道环境，工人长期吸入粉尘引发尘肺病，严重威胁工人的职业安全健康，制约着井下采煤工作的发展。由于实验的局限性，很难对煤矿工人进行吸入粉尘实验，进而不能继续开展后续的病理研究。为此，研究人员开始利用尘肺大鼠来模拟人吸入粉尘过程中粉尘对身体机能的影响，如专利号为“201920282288.4”，专利名称为“粉尘暴露下的动物饲养试验装置”，公开了一种将大鼠装入密封舱体，然后给舱体内通入粉尘的方式，来模拟矿井内的环境，该密封舱体内设有漏粪隔离网和颗粒物浓度感应器，漏粪隔离网将密封舱体内腔室分成上下两个区域，上面区域用于大鼠的活动和饲养，下面区域设有粪污传送带向外输送粪便，密封舱体外接一个粉尘输送设备，为舱体内提供预设浓度的粉尘，来模拟矿井环境。但上述专利存在诸多问题：一、随着试验时间的增加，漂浮的灰尘会逐渐下降沉积在舱体的底板上，使得大鼠和粉尘的接触效果变差，不能很好的模拟人体接触粉尘的过程，进而不能有效地进行后续的研究工作；二、缺乏对煤矿矿井下有害气体等成分的模拟，无法探究有害气体对人体带来的危害，而且尘肺往往是由粉尘和有害气体多方面因素造成的，因此无法真正评判煤矿矿井下的环境对大鼠带来的危害。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种动物呼吸染尘试验装置及其试验方法，为试验腔室内提供粉尘后，吹风设备能够保证粉尘始终弥漫在试验腔室内，提高试验动物和粉尘接触效果，更好的模拟人体接触粉尘的过程，使得试验结果更加真实，

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明公开了一种动物呼吸染尘试验装置，包括内设有试验腔室的恒温恒湿试验箱，所述恒温恒湿试验箱上设有与所述试验腔室连通的粉尘进口，所述粉尘进口连接有粉尘输送设备，所述试验腔室内设有漏粪隔离网，所述漏粪隔离网将所述试验腔室分隔为清理区和供动物活动的活动区，所述活动区和所述清理区上下分布，所述清理区内设有用于吹风扬尘的吹风设备和用于承接粪便和尿液的托盘，所述恒温恒湿试验箱上设有与所述活动区和所述清理区均连通的箱门。

优选地，恒温恒湿试验箱上设有与所述试验腔室连通的尾气进口，所述尾气进口连接有尾气供气设备。

优选地，所述尾气供气设备包括内装有混合尾气的尾气储罐，所述尾气储罐与所述尾气进口之间依次连接有流量计和流量调节阀。

优选地，所述试验腔室内设有粉尘浓度监测器、尾气浓度监测器、温度计以及湿度计。

优选地，所述粉尘输送设备包括送粉器和粉碎机，所述粉碎机位于所述送粉器的上方，所述粉碎机的粉末出口与所述送粉器的储粉筒连通。

优选地，所述送粉器与所述粉尘进口之间连接有干燥器。

优选地，所述恒温恒湿试验箱上设有与所述试验腔室连通的排气口，所述排气口连接有除尘设备。

优选地，所述箱门上设有供光透入所述活动区和所述清理区的透明窗，所述透明窗上设有窗帘。

还公开了一种动物呼吸染尘试验试验方法，采用了上述动物呼吸染尘试验装置，包括以下步骤：

S1、打开箱门，将试验动物和托盘分别放入试验腔室的活动区和清理区内，关闭所述箱门；

S2、打开所述粉尘输送设备向所述试验腔室内注入预设浓度的粉尘，注入完毕后关闭所述粉尘输送设备，开启吹风设备进行扬尘；

S3、将所述试验腔室内温度和湿度调节至预设温度和湿度；

S4、每日达到预设的试验时间后，打开箱门将试验动物取出，并清理托盘和所述试验腔室内的粉尘，对取出的试验动物进行称重，并观察进食和活动情况；

S5、重复步骤S1至S4，数日后对试验动物取血进行生化指标化验，完成一次试验周期。

优选地，步骤S2中，打开所述粉尘输送设备的同时，打开尾气供气设备向所述试验腔室内注入预设浓度的混合尾气，所述粉尘输送设备和尾气供气设备均注入完毕后，开启吹风设备进行扬尘。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本发明中，在对恒温恒湿试验箱内的试验腔室提供模拟粉尘后，开启吹风设备能够将试验腔室内粉尘扬起，使粉尘始终弥漫在腔室内，避免粉尘沉积，使得实验动物和粉尘的接触效果变差，不能很好的模拟人体接触粉尘的过程。

2.本发明中，除了为恒温恒湿试验箱内的试验腔室提供模拟粉尘，而且还为试验腔室提供模拟尾气，使得试验动物所处的模拟环境，与现实的环境更为贴近，使得模拟试验更加精准，提高模拟的真实性。

3.本发明中，在送粉器与粉尘进口之间加设了干燥器，可预先为粉尘进行干燥，以减小对试验环境的湿度影响。

4.本发明中，在箱门上架设了透明窗和窗帘，拉开窗帘可模拟光照环境，如面粉厂等对人体带来的危害，关闭窗帘可模拟黑暗环境，如煤矿井下对人体带来的危害。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为动物呼吸染尘试验装置的结构示意图。

附图标记说明：1、恒温恒湿试验箱；2、送粉器；3、干燥器；4、粉碎机；5、除尘设备；6、引风机；7、尾气储罐；8、尾气进管；9、粉尘进管；10、排气管；11、漏粪隔离网；12、托盘；13、箱门；14、透明窗；15、窗帘；16、流量计；17、流量调节阀；18、粉尘浓度监测器、19、尾气浓度监测器；20、温度计；21、湿度计。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一些实施例，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。

实施例1

本实施例提供了一种动物呼吸染尘试验装置，如图1所示，包括恒温恒湿试验箱1、尾气供气设备以及粉尘输送设备。恒温恒湿试验箱1内设有试验腔室，恒温恒湿试验箱1外设有粉尘进口，粉尘进口与试验腔室连通。粉尘进口通过粉尘进管9与粉尘输送设备连接，粉尘输送设备为试验腔室内提供粉尘，粉尘组分、比例和浓度需根据模拟环境进行配比。试验腔室内设有水平设置的漏粪隔离网11，漏粪隔离网11将试验腔室分成了上下分布的活动区和清理区，即漏粪隔离网11以上为活动区，用于放置试验动物，如小白鼠等。漏粪隔离网11以下为清理区，清理区内设置有吹风设备(未画出)和托盘12，吹风设备能够在停止供粉尘后，启动以将试验腔室内的粉尘扬起，避免粉尘沉积，降低试验动物和粉尘接触效果，吹风设备具体设置位置和数量没有要求，只要能够将试验腔室内的粉尘吹起即可，因此即便试验腔室内布满吹风设备也可，吹风设备的风力无需很大，只要能使粉尘弥漫在空中即可。托盘12用于承接由漏粪隔离网11漏下来的粪便和尿液，方便后期进行清理。恒温恒湿试验箱1上设有箱门13，箱门13与试验腔室的活动区和清理区均连通，设置箱门13一方面是为了取放试验动物和托盘12，另一方面是能够为试验腔室更换新鲜空气和清理里面的粉尘，以便进行下一次的试验。吹风设备可采用为风扇，当然也可以采用其他吹风机器，采用风扇时，将风扇安装于清理区的底部，风扇数量根据实际需要设置，为了保证风能够全部覆盖试验腔室，风扇朝向可多角度设置，如朝向，朝下和朝向其他风向，风扇风力无需太大，只需保证粉尘能够有效扬起弥漫于空中即可。

工作原理：

打开箱门13，将托盘12和试验动物(如白鼠、灰鼠等)分别放入清理区和活动区内，然后关闭箱门13，打开粉尘输送设备，向试验空气内注入预设浓度的粉尘，待达到相应浓度后，停止注入，启动吹风设备和恒温恒湿试验箱1，吹风设备将试验腔室内的粉尘吹起，使其弥漫在空中，通过恒温恒湿试验箱1的控制面板，调节试验腔室内的湿度和温度，使其达到预设的模拟温度和湿度，每日将试验动物从试验腔室中取出，进行体重测量，并观察进食和活动情况，试验动物每日待在试验腔室内的时间为数小时即可，无需整天均在试验腔室内，以避免缺氧和严重缺乏食物而影响试验数据，然后在数天重复上述步骤后，将试验动物取出进行抽血，以进行生化指标的化验。粉尘预设浓度可根据实际想要模拟的环境进行预设，也可以设置不同浓度进行对照。

该动物呼吸染尘试验装置可用于模拟煤矿井下工作环境，评价煤矿井下恶劣环境生存指数，如粉尘输送设备输送的是煤粉和石英砂粉等混合粉末，最大限度的模拟煤矿井下环境。当然也可用于模拟其他具有粉尘环境，如面粉厂等。

为了能够模拟环境中的空气环境，探究有害气体和粉尘共同对人体带来的危害时，本实施例中，如图1所示，恒温恒湿试验箱1外还设有尾气进口，尾气进口和试验腔室连通。尾气进口通过尾气进管8与尾气供气设备连通，以向试验腔室内供入混合尾气，混合尾气的组分和比例需根据模拟环境进行配比。吹风设备在尾气和粉尘均停止提供后再启动。该动物呼吸染尘试验装置用于模拟煤矿井下工作环境时，尾气供气设备提供的则是CO、CO₂、氮氧化物NO_X等煤矿井下常有的气体。

进一步，本实施例中，如图1所示，尾气供气设备包括尾气储罐7，尾气储罐7内装有混合尾气，当用于煤矿井下环境模拟时，则混合尾气为CO、CO2、氮氧化物NOX等煤矿井下常有的气体。尾气储罐7与尾气进口之间依次连接有流量计16和流量调节阀17，即尾气进管8上依次设有流量计16和流量调节阀17，通过流量计16监测供送尾气量，通过流量调节阀17来调节流量大小，以调节供送尾气量。作为优选地，尾气储罐7采用不锈钢制作，预装入混合模拟的尾气，尾气储罐7容积4L，工作压力6MPa，在尾气储罐7的排出口上设置电磁截止阀，电磁截止阀与尾气进管8连接，电磁截止阀选用DJ2B型电磁截止阀，适用于各种气路系统对气体进行开启与关闭控制，包括对一般性腐蚀性的气体的开启与关闭控制，具有较好的耐蚀性和较好的密封性。

本实施例中，如图1所示，试验腔室内设有粉尘浓度监测器18、尾气浓度监测器19、温度计20以及湿度计21，以监测试验腔室内的粉尘浓度、尾气浓度、湿度和温度。作为优选地，可在恒温恒湿试验箱1上预装PLC可编程逻辑控制器，通过PLC编辑程序采集各粉尘浓度监测器18、尾气浓度监测器19、温度计20、湿度计21以及流量计16等数据，并相应控制送粉器2、干燥器3、粉碎机4和流量调节阀17等，在控制面板上预设好各项数据后，便可自动调节粉尘浓度、尾气浓度、温度、湿度等。作为优选地，粉尘浓度监测器18可选用SDS036型工业粉尘传感器，基于激光散射原理制作而成。用于重污染、高浓度的监测场合，量程：0～1000mg/m3。尾气浓度监测器19可测量浓度范围：10-2000ppm，分辨率1ppm，响应时间15s，电路电压：≤15VDC。可编程逻辑控制器PLC可选用三菱FX3U-16MT型PLC。

本实施例中，如图1所示，粉尘输送设备包括送粉器2和粉碎机4，送粉器2的输出端与粉尘进管9连通，粉碎机4位于送粉器2的上方，粉碎机4的粉末出口与送粉器2的储粉筒连通。送粉器2是载气输送粉末的单筒气载式送粉器，用于输送粉末状材料。常见送粉器可以输送的粉末粒度直径约20-250μm，送粉量误差小于2％，重复送粉量误差小于1％。只能使用氩气、氮气、氦气等惰性气体作为载粉气体，不能使用氧气和氢气以及其他可燃性气体。送粉器的基本构造功能包括：储粉筒，传动装置，控制装置，气路系统。如选用河南省煤科院耐磨技术有限公司生产的爱钢牌IGS系列型送粉器储粉筒置于装置上端，由有机玻璃制作；粉尘流量采用伺服控制闸阀，PID调节，气路系统采用空压机压缩空气，从闸阀一端进入，带动粉尘一起进入模型内，从送粉器2到产尘点之间用伺服控制PID调节阀调节开度，来控制产尘速度。当用于煤矿井下环境模拟时，则需先通过粉碎机4将煤块和石英砂进行粉碎，然后粉碎后的粉末有粉末出口排入送粉器2的储粉筒中，粉碎程度需在30～300目之间。

本实施例中，如图1所示，送粉器2与粉尘进口之间连接有干燥器3。即粉尘进管9上还设置有干燥器3，预先对粉尘进行干燥。

为了方便清理试验腔室内的灰尘，本实施例中，如图1所示，恒温恒湿试验箱1上设有排气口，排气口与试验腔室连通，排气口通过排气管10连接有除尘设备5。除尘设备5能够将试验腔室内的尾气抽出，并进行除尘。除尘设备5在设置时，可具体根据实际粉尘类别和自身预算考虑，来选择机械式除尘器、湿式除尘器、静电除尘器或袋式除尘器。除尘设备5的出口端连接有引风机6，以将气体从试验腔室内抽出，然后抽出除尘设备5。启动除尘设备5和引风机6时，需打开箱门13，使空气由箱门13处流入，由排气管10流出，形成空气流以便将灰尘由试验腔室内带出，同时也避免关着箱门13，导致试验腔室内负压太大，致使恒温恒湿试验箱1变形。

本实施例中，如图1所示，箱门13上设有透明窗14，透明窗14可供光透入活动区和清理区，透明窗14上设有窗帘15。关上窗帘15可模拟黑暗环境，如煤矿井下，拉开窗帘15可模拟光照环境，如面粉厂等。

进一步，本实施例中，如图1所示，恒温恒湿试验箱1采用现有的恒温恒湿箱，恒温恒湿试验箱1具体的试验腔室的尺寸为长x宽x高＝380mmx400mmx520mm，容量为80L，控温范围：0～60℃，温度波动±1℃，湿度范围：45-90％RH。因为恒温恒湿试验箱1采用现有技术，因此不做过多阐述，仅简单介绍：恒温恒湿试验箱1采用不锈钢制作用于形成试验腔室的内胆，恒温恒湿试验箱1外壳采用碳素钢喷塑处理，美观大方，温度、湿度可调可控，控制面板设有液晶屏数字显示。恒温恒湿试验箱1的侧面有喷雾进口控制湿度，内胆内设有保温层和加热设备，如加热棒。

实施例2

本实施例提供了一种动物呼吸染尘试验试验方法，采用了实施例1中的动物呼吸染尘试验装置，如图1所示，包括以下步骤：

S1、打开箱门13，将试验动物和托盘12分别放入试验腔室的活动区和清理区内，关闭箱门13。

S2、打开粉尘输送设备向试验腔室内注入预设浓度的粉尘，注入完毕后关闭粉尘输送设备，开启吹风设备进行扬尘；

S3、将试验腔室内温度和湿度调节至预设温度和湿度；

S4、每日达到预设的试验时间后，打开箱门13将试验动物取出，并清理托盘12和试验腔室内的粉尘，对取出的试验动物进行称重，并观察进食和活动情况；

S5、将试验动物和托盘12重新送回活动区和清理区内，重复步骤S1至S4，数日后对试验动物取血进行生化指标化验，完成一次试验周期。

进一步，本实施例中，如图1所示，步骤S2中，打开粉尘输送设备的同时，打开尾气供气设备向试验腔室内注入预设浓度的混合尾气，粉尘输送设备和尾气供气设备均注入完毕后，开启吹风设备进行扬尘。

具体的，本实施例中，如图1所示，以小白鼠为例，模拟煤矿井下环境，包括以下步骤：

首先，打开箱门13，将小白鼠和托盘12分别放入试验腔室的活动区和清理区内，关闭箱门13。

然后，向粉碎机4内加入煤块和石英砂打碎至200目左右，煤块和石英砂的比例根据实际现场确定，然后将混合粉尘通入送粉器2的储粉筒内，然后由空压机压缩空气源动力下，将粉末由吹入粉尘进管9内，然后由干燥器3干燥后吹入试验腔室内，打开尾气储罐7的截止阀，根据流量计16的监测，调节流量调节阀17，向试验腔室内注入混合尾气，当粉尘浓度监测器18、尾气浓度监测器19监测到试验腔室内的粉尘浓度、尾气浓度达到预设值时，停止送粉器2、尾气储罐7的输送，开启风扇进行扬尘；

再然后，启动恒温恒湿试验箱1，调节试验腔室内的温度和湿度，当温度计20和湿度计21监测到的数据到达预设值时，停止恒温恒湿试验箱1的调节；

然后，拉上窗帘15，模拟井下无光环境，每日待小白鼠在试验腔室内待至8小时后，打开箱门13将小白鼠取出，对取出的小白鼠进行称重，并观察进食和活动情况，取出清理托盘12进行清理，打开引风机6和除尘设备5，将试验腔室内的空气抽出，进行除尘，如抽吸不净，也可人工清扫试验腔室；

最后、将小白鼠和托盘12重新送回活动区和清理区内，重复步骤S1至S4，5天～7天后，对小白鼠进行取血，然后进行生化指标化验，完成一次试验周期。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种动物呼吸染尘试验装置，其特征在于，包括内设有试验腔室的恒温恒湿试验箱，所述恒温恒湿试验箱上设有与所述试验腔室连通的粉尘进口，所述粉尘进口连接有粉尘输送设备，所述试验腔室内设有漏粪隔离网，所述漏粪隔离网将所述试验腔室分隔为清理区和供动物活动的活动区，所述活动区和所述清理区上下分布，所述清理区内设有用于吹风扬尘的吹风设备和用于承接粪便和尿液的托盘，所述恒温恒湿试验箱上设有与所述活动区和所述清理区均连通的箱门。

2.根据权利要求1所述的一种动物呼吸染尘试验装置，其特征在于，恒温恒湿试验箱上设有与所述试验腔室连通的尾气进口，所述尾气进口连接有尾气供气设备。

3.根据权利要求2所述的一种动物呼吸染尘试验装置，其特征在于，所述尾气供气设备包括内装有混合尾气的尾气储罐，所述尾气储罐与所述尾气进口之间依次连接有流量计和流量调节阀。

4.根据权利要求3所述的一种动物呼吸染尘试验装置，其特征在于，所述试验腔室内设有粉尘浓度监测器、尾气浓度监测器、温度计以及湿度计。

5.根据权利要求4所述的一种动物呼吸染尘试验装置，其特征在于，所述粉尘输送设备包括送粉器和粉碎机，所述粉碎机位于所述送粉器的上方，所述粉碎机的粉末出口与所述送粉器的储粉筒连通。

6.根据权利要求5所述的一种动物呼吸染尘试验装置，其特征在于，所述送粉器与所述粉尘进口之间连接有干燥器。

7.根据权利要求1所述的一种动物呼吸染尘试验装置，其特征在于，所述恒温恒湿试验箱上设有与所述试验腔室连通的排气口，所述排气口连接有除尘设备。

8.根据权利要求1所述的一种动物呼吸染尘试验装置，其特征在于，所述箱门上设有供光透入所述活动区和所述清理区的透明窗，所述透明窗上设有窗帘。

9.一种动物呼吸染尘试验试验方法，采用了如权利要求1至8所述的一种动物呼吸染尘试验装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1、打开箱门，将试验动物和托盘分别放入试验腔室的活动区和清理区内，关闭所述箱门；

S2、打开所述粉尘输送设备向所述试验腔室内注入预设浓度的粉尘，注入完毕后关闭所述粉尘输送设备，开启吹风设备进行扬尘；

S3、将所述试验腔室内温度和湿度调节至预设温度和湿度；

S4、每日达到预设的试验时间后，打开箱门将试验动物取出，并清理托盘和所述试验腔室内的粉尘，对取出的试验动物进行称重，并观察进食和活动情况；

S5、重复步骤S1至S4，数日后对试验动物取血进行生化指标化验，完成一次试验周期。

10.根据权利要求9所述的一种动物呼吸染尘试验试验方法，其特征在于，步骤S2中，打开所述粉尘输送设备的同时，打开尾气供气设备向所述试验腔室内注入预设浓度的混合尾气，所述粉尘输送设备和尾气供气设备均注入完毕后，开启吹风设备进行扬尘。