CN215574088U - 一种基于电迁移率的气溶胶分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电迁移率的气溶胶分离装置，本实用新型中的气溶胶入口通道和鞘气入口通道可拆卸地连接在鞘气腔上，气溶胶与鞘气分离装置布设有鞘气通道和气溶胶通道，两种通道交错排列，互不干扰；气溶胶从气溶胶入口通道进入，进而通过气溶胶通道进入流道，从流道上开有的狭缝进入第二环形区域；第二环形区域由内电极和外电极之间形成电场，产生迁移运动，具有一定迁移率的粒子穿过鞘气层进入到内电极下端的采集狭缝，并通过单分散气溶胶出口流出。本实用新型结构简单，易于拆卸，能够产生良好的鞘气层流和气溶胶层流，降低气溶胶粒子损失。并且能在粒径不同的气溶胶粒子中分离出近似单分散的气溶胶粒子。

Description

一种基于电迁移率的气溶胶分离装置

技术领域

本实用新型涉及气溶胶检测技术领域，特别涉及一种基于电迁移率的气溶胶分离装置。

背景技术

在环境问题愈发严重的今天，气溶胶对人类健康和全球气候的影响至关重要。表征这些气溶胶粒子行为的一个重要物理参数是粒径，在纳米气溶胶粒子的各种分析方法中，差分迁移率分析仪已成为一种最常用的用于单分散粒子的分类和产生的仪器。

现有技术已公开了一种纳米差分电迁移率分析仪，该分析仪通过内电极中的管道一直往上流直到发生径外扩散。鞘气往外扩散时变得混乱，需要通过蜂窝滤网进行整流，由于蜂窝单元均匀性不理想，柱高不够，且内电极的顶端附近存在凸台，故经过整流后的鞘气也并不是完全的层流，最终会导致气溶胶粒子的损失。该分析仪的气溶胶收集管道结构复杂，不易加工和安装且外壁的形状上下无明显区别。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，提供一种基于电迁移率的气溶胶分离装置。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为：

本实用新型包括气溶胶入口通道、鞘气入口通道、鞘气腔、气溶胶与鞘气分离装置、内电极、外电极、气溶胶与鞘气混合出口和单分散气溶胶出口。

所述气溶胶入口通道和鞘气入口通道可拆卸地连接在鞘气腔上，其中鞘气入口通道安装在鞘气腔的侧面，气溶胶入口通道贯穿鞘气腔顶部，并伸入至气溶胶与鞘气分离装置；

所述气溶胶与鞘气分离装置布设有鞘气通道和气溶胶通道，两种通道交错排列，互不干扰；其中所述鞘气通道一端连通鞘气腔，另一端连通第一环形区域，鞘气通过鞘气通道进入至位于内电极顶部的第一环形区域，并通过尼龙筛网过滤后变成均匀的层流进入第二环形区域；所述气溶胶入口通道一端连通气溶胶入口通道，另一端连通流道，气溶胶从气溶胶入口通道进入，进而通过气溶胶通道进入流道，从流道上开有的狭缝进入第二环形区域，所述流道位于外壁和外电极之间；

在所述的第二环形区域由内电极和外电极之间形成电场，其中内电极接高压电源，外电极接地；鞘气与气溶胶在第二环形区域内相遇，并在第二环形区域内受到向下的流场和向内的电场作用，产生迁移运动，具有一定迁移率的粒子穿过鞘气层进入到内电极下端的采集狭缝，并通过单分散气溶胶出口流出，剩余未进入采集狭缝的鞘气与气溶胶通过气溶胶与鞘气混合出口流出。

进一步说，鞘气入口通道的个数为四个，两个相邻的鞘气入口通道之间的角度为90°。四个鞘气入口通道的中心轴均和鞘气腔的中心轴垂直。

进一步说，所述的鞘气通道共有二十四个，每三个为一组，均匀分布。所述的气溶胶通道在两组相邻的鞘气通道之间。

进一步说，所述的气溶胶通道的入口部分倒圆角，以保证从气溶胶入口通道进入的气溶胶气流平缓的流入气溶胶通道。

进一步说，所述的气溶胶通道的上边沿与气溶胶入口通道中心轴的角度为50°，气溶胶通道的下边沿与气溶胶入口通道中心轴的角度为60°，且气溶胶通道的入口明显大于出口，以保证从气溶胶通道流出的气溶胶气流为层流。

进一步说，所述尼龙筛网的网面厚度为0.1mm，400目，为使得整流效果更好，将尼龙筛网层数增加到2-3层，所述尼龙筛网与鞘气通道的出口保持在5mm至10mm之间。

进一步说，所述外壁呈上小下大的阶梯状，通过扩大外壁的底部，保证多余气溶胶出口只有一个的情况下，通道内的气流均匀。

进一步说，在所述流道上设置有第一胶限流装置，流道上未进入狭缝的气溶胶通过第一胶限流装置从多余气溶胶出口处排出。

进一步说，所述的第二环形区域的下部设置有第二胶限流装置，第二环形区域中未进入采集狭缝的鞘气与气溶胶通过第二胶限流装置从气溶胶与鞘气混合出口处排出。

进一步说，所述流道的狭缝轴向宽度足够窄，减少电场的穿透。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型中的鞘气从鞘气腔的空腔流入鞘气通道时，鞘气通道起到的不仅仅是普通流道的作用，同时对鞘气还起到了初步整流的作用。当初步整流后的鞘气气流再通过下方的400目尼龙筛网，可以获得良好的鞘气层流。并且内电极处的圆角能够进一步减少对鞘气层流的影响。气溶胶通道入口的圆角能够让气溶胶气流平缓的流入气溶胶通道，且使得流出气溶胶通道的气溶胶气流为层流。通过上述作用最终降低气溶胶粒子的损失。

2、外壁的结构为上小下大，通过扩大外壁的底部，使得多余气溶胶出口的个数减少至一个，给气溶胶的外部收集带来便利。

3、单分散气溶胶收集装置结构简单，容易加工和安装，降低了成本，底座的材料为聚甲醛，该材料能够减小底座的电场边缘效应，降低气溶胶粒子的损失。

4、该装置为螺丝和螺纹连接，容易拆卸，容易清洗。

5. 四个鞘气入口通道在鞘气腔的侧面均匀分布，且鞘气腔内的空腔体积大，当鞘气从四个鞘气入口通道流入鞘气腔的空腔会迅速均匀扩散，提高鞘气通道的初步整流效果。

附图说明

图1为本实用新型基于电迁移率的气溶胶分离装置的结构示意图；

图中各编号的具体含义为：1-气溶胶入口通道、2-鞘气入口通道、3-鞘气腔、4-气溶胶与鞘气分离装置、5-尼龙筛网、6-内电极、7-外电极、8-外壁、9-第一胶限流装置、10-多余气溶胶出口、11-第二胶限流装置、12-底座、13-气溶胶与鞘气混合出口、14-底座、15-单分散气溶胶出口、16-气溶胶通道、17-鞘气通道、18-狭缝、19-采集狭缝、20-圆角、21-流道、22-第一环形区域、23-第二环形区域。

图2为气溶胶与鞘气分离装置整体示意图。

图3，图4为气溶胶与鞘气分离装置的剖面图。

图5为气溶胶通道的放大视图。

图6为狭缝的放大视图。

图7为第二胶限流装置11的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的说明。

本实施例包括气溶胶入口通道1、鞘气入口通道2、鞘气腔3、气溶胶与鞘气分离装置4、尼龙筛网5、内电极6、外电极7、外壁8、第一胶限流装置9、多余气溶胶出口10、第二胶限流装置11、底座12、气溶胶与鞘气混合出口13、底座14、单分散气溶胶出口15、气溶胶通道16、鞘气通道17、狭缝18、采集狭缝19、圆角20、流道21、第一环形区域22、第二环形区域23。

所述气溶胶入口通道1和鞘气入口通道2通过螺纹连接在鞘气腔3上，其中鞘气入口通道2安装在鞘气腔3的侧面，为保证气流的均匀，取鞘气入口通道2的个数为4个，每两个相邻的鞘气入口通道2之间的角度为90°。其中四个鞘气入口通道2的中心轴均和鞘气腔3的中心轴垂直，气溶胶入口通道1和鞘气腔3接触部分通过螺纹连接，气溶胶入口通道1贯穿鞘气腔3。鞘气腔3通过螺丝连接在气溶胶与鞘气分离装置4上。

所述气溶胶与鞘气分离装置4如图2、图3、图4和图5所示，鞘气通道17和气溶胶通道16交错排列，互不干扰。鞘气通道17在气溶胶与鞘气分离装置的顶部为24个圆孔，3个一组均匀分布，一共8组，每两组之间为45°。气溶胶通道16在两组相邻的鞘气通道17之间，气溶胶通道16的个数为8个。气溶胶与鞘气分离装置4通过螺丝连接在外壁8上。气溶胶通道16的入口部分存在圆角，以保证气溶胶气流平缓的流入气溶胶通道16。气溶胶通道16的上边沿与中心轴的角度为50°，气溶胶通道16的下边沿与中心轴的角度为60°，且气溶胶通道16的入口明显大于出口，以保证从气溶胶通道16流出的气溶胶气流为层流。

鞘气通过鞘气通道17进入至位于内电极顶部的第一环形区域22，并通过尼龙筛网5过滤后变成均匀的层流进入第二环形区域23；所述气溶胶入口通道16一端连通气溶胶入口通道1，另一端连通流道21，气溶胶从气溶胶入口通道进入，进而通过气溶胶通道进入流道21，从流道21上开有的狭缝18进入第二环形区域23，所述流道位于外壁8和外电极7之间，见图6。

在所述的第二环形区域由内电极6和外电极7之间形成电场，其中内电极接高压电源，外电极接地；鞘气与气溶胶在第二环形区域内相遇，并在第二环形区域内受到向下的流场和向内的电场作用，产生迁移运动，具有一定迁移率的粒子穿过鞘气层进入到内电极下端的采集狭缝18，并通过单分散气溶胶出口15流出，剩余未进入采集狭缝的鞘气与气溶胶通过气溶胶与鞘气混合出口13流出。

所述尼龙筛网5的网面厚度为0.1mm，400目，为使得整流效果更好，可以把尼龙筛网层数增加到2-3层。所述内电极6的顶部与中间部分用半径为5mm的圆角20连接，圆角部分可使鞘气气流更为平滑。所述狭缝18的轴向宽度0.76mm,细小的狭缝能够减少电场的穿透。所述内电极6和外电极7二者同心对齐，其中内电极6的大部分被掏空，以减轻其重量。

所述外壁8的结构为上小下大，通过扩大外壁的底部，保证多余气溶胶出口10只有1个的情况下，通道21内的气流均匀。所述第一胶限流装置9上均匀分布36个直径为1mm的小孔，为了更好的装配，需在第一胶限流装置9的外部进行倒角。所述多余气溶胶出口10通过螺纹连接在外壁8的侧面。所述第二胶限流装置11安装在底座12上。第二胶限流装置11上的小孔3个一组，其中最内侧小孔的圆心到第二胶限流装置11最内侧的距离为1.8mm至2mm之间, 最内侧小孔的圆心到它相邻小孔的圆心的距离为3mm至3.2mm之间, 最外侧小孔的圆心到它相邻小孔的圆心的距离为3.8mm至4mm之间，第二胶限流装置11上的小孔的直径相同，直径在0.8mm至1mm之间。

所述多余气溶胶出口10通过螺纹连接在外壁8的侧面，所述底座12和底座14为聚甲醛材料，通过螺丝把底座12和底座14连接起来，同时二者也把内电极6固定住，所述单分散气溶胶出口15的材料为铝，通过螺丝固定在底座14上，各个零件之间的连接需加橡胶圈以保证气密性良好。

该装置的具体工作过程如下：

气溶胶粒子从气溶胶入口通道1进入，鞘气从四个均匀分布的鞘气入口通道2进入，通过气溶胶与鞘气分离装置4，鞘气通过气溶胶与鞘气分离装置4中的24个均匀分布的鞘气通道17进入第一环形区域22，气溶胶从气溶胶入口通道1进去，紧接着直接通过气溶胶与鞘气分离装置4中八个均匀分布的气溶胶通道16进入流道21。鞘气经过尼龙筛网5过滤后变成均匀的层流，气溶胶从流道21处通过狭缝18进入第二环形区域23，多余的气溶胶通过多余气溶胶出口10流出。内电极6接高压电源，外电极7接地。在第二环形区域23内鞘气与气溶胶相遇，在第二环形区域23内受到向下的流场和向内的电场作用，产生迁移运动。在内外电极一定电压下具有特定迁移率的粒子穿过鞘气层进入到内电极下端的采集狭缝19，通过单分散气溶胶出口15流出，剩余的鞘气与气溶胶通过气溶胶与鞘气混合出口13流出。

Claims (8)

1.一种基于电迁移率的气溶胶分离装置，其特征在于：包括气溶胶入口通道、鞘气入口通道、鞘气腔、气溶胶与鞘气分离装置、内电极、外电极、气溶胶与鞘气混合出口和单分散气溶胶出口；

所述气溶胶入口通道和鞘气入口通道可拆卸地连接在鞘气腔上，其中鞘气入口通道安装在鞘气腔的侧面，气溶胶入口通道贯穿鞘气腔顶部，并伸入至气溶胶与鞘气分离装置；

所述气溶胶与鞘气分离装置布设有鞘气通道和气溶胶通道，两种通道交错排列，互不干扰；其中所述鞘气通道一端连通鞘气腔，另一端连通第一环形区域，鞘气通过鞘气通道进入至位于内电极顶部的第一环形区域，并通过尼龙筛网过滤后变成均匀的层流进入第二环形区域；所述气溶胶入口通道一端连通气溶胶入口通道，另一端连通流道，气溶胶从气溶胶入口通道进入，进而通过气溶胶通道进入流道，从流道上开有的狭缝进入第二环形区域，所述流道位于外壁和外电极之间；

在所述的第二环形区域由内电极和外电极之间形成电场，其中内电极接高压电源，外电极接地；鞘气与气溶胶在第二环形区域内相遇，并在第二环形区域内受到向下的流场和向内的电场作用，产生迁移运动，具有一定迁移率的粒子穿过鞘气层进入到内电极下端的采集狭缝，并通过单分散气溶胶出口流出，剩余未进入采集狭缝的鞘气与气溶胶通过气溶胶与鞘气混合出口流出；

所述的鞘气入口通道的个数为四个，两个相邻的鞘气入口通道之间的角度为90°；四个鞘气入口通道的中心轴均和鞘气腔的中心轴垂直；

所述的鞘气通道共有二十四个，每三个为一组，均匀分布；所述的气溶胶通道在两组相邻的鞘气通道之间。

2.按照权利要求1所述的一种基于电迁移率的气溶胶分离装置，其特征在于：所述的气溶胶通道的入口部分倒圆角，以保证从气溶胶入口通道进入的气溶胶气流平缓的流入气溶胶通道。

3.按照权利要求2所述的一种基于电迁移率的气溶胶分离装置，其特征在于：所述的气溶胶通道的上边沿与气溶胶入口通道中心轴的角度为50°，气溶胶通道的下边沿与气溶胶入口通道中心轴的角度为60°，且气溶胶通道的入口明显大于出口，以保证从气溶胶通道流出的气溶胶气流为层流。

4.按照权利要求1所述的一种基于电迁移率的气溶胶分离装置，其特征在于：所述尼龙筛网的网面厚度为0.1mm，400目，为使得整流效果更好，将尼龙筛网层数增加到2-3层，所述尼龙筛网与鞘气通道的出口保持在5mm至10mm之间。

5.按照权利要求1所述的一种基于电迁移率的气溶胶分离装置，其特征在于：所述外壁呈上小下大的阶梯状，通过扩大外壁的底部，保证多余气溶胶出口只有一个的情况下，通道内的气流均匀。

6.按照权利要求1所述的一种基于电迁移率的气溶胶分离装置，其特征在于：在所述流道上设置有第一胶限流装置，流道上未进入狭缝的气溶胶通过第一胶限流装置从多余气溶胶出口处排出。

7.按照权利要求1所述的一种基于电迁移率的气溶胶分离装置，其特征在于：所述的第二环形区域的下部设置有第二胶限流装置，第二环形区域中未进入采集狭缝的鞘气与气溶胶通过第二胶限流装置从气溶胶与鞘气混合出口处排出。

8.按照权利要求1所述的一种基于电迁移率的气溶胶分离装置，其特征在于：所述流道的狭缝轴向宽度足够窄，减少电场的穿透。

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