RU2614706C1

RU2614706C1 - Generator of dry aerosols

Info

Publication number: RU2614706C1
Application number: RU2015150797A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Сигаев; Александр Данилович Толчинский; Алексей Владимирович Воробьев; Екатерина Валерьевна Звягина
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-03-28

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: dry aerosol generator comprises a housing, on the inner surface of the bottom of which is located on the center axis with the rod freely rotating magnetic stirring element. The internal volume of the housing is conventionally divided into two parts. The lower part is used for the active phase of the continuous process of dry grinding the material and converting it into a finely dispersed aerosol form. The upper part is used for the accumulation process of creating fine mist and outputting it to an output trunk through the exit nozzle body and pnevmomagistral. The lower part of the housing includes a bottom and the lower cone with expanding wall, passing into the lower cone of the central shell with tapered wall. Bottom diameter exceeds the length of a magnetic stirring element. The upper portion of the housing includes an upper expanding cone of the central shell, rolling in the top tapering cone and neck.

EFFECT: provision of active stirring the mixture powder-grinding balls and keeping it in a state fluidized bed by a rotating electromagnetic field and is placed on top of the active surface of the rotating electromagnetic field generator.

13 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области диспергирования сухих порошков, а именно к устройствам для получения аэрозолей сухих порошков, и может найти применение в пищевой и химической промышленности, ветеринарии, медицине и сельском хозяйстве. Изобретение может быть использовано для перевода сухих порошков в аэрозольное состояние и дальнейшего изучения аэродинамических характеристик образовавшейся аэродисперсной системы, а также для создания аэрозолей порошков при проведении санитарно-гигиенических экспериментальных исследований по разработке и обоснованию гигиенических показателей - нормативов (ПДК и другие), имеющихся и вновь разрабатываемых препаратов, выпускаемых в порошкообразной форме, или имеющих технологические стадии производства с вероятностью образования аэрозоля и выхода его в окружающую среду.The invention relates to the field of dispersion of dry powders, and in particular to devices for producing aerosols of dry powders, and can find application in the food and chemical industries, veterinary medicine, medicine and agriculture. The invention can be used to transfer dry powders into an aerosol state and to further study the aerodynamic characteristics of the formed aerodispersion system, as well as to create aerosols of powders during sanitary-hygienic experimental studies on the development and justification of hygienic indicators - standards (MPC and others), available and again developed drugs produced in powder form, or having technological stages of production with a probability of erosol and its release into the environment.

Возможность и эффективность перевода сухих порошков различной природы в аэрозольное состояние определяется, в первую очередь, их физико-химическими свойствами, такими как гидрофобность/гидрофильность, морфологией отдельных частиц порошка и способностью их к образованию агрегатов. Большое значение имеет и правильный выбор технических средств перевода порошков в аэрозольное состояние, учитывающий те или иные особенности свойств порошков конкретных материалов.The possibility and effectiveness of the transfer of dry powders of various nature into an aerosol state is determined, first of all, by their physicochemical properties, such as hydrophobicity / hydrophilicity, morphology of individual powder particles and their ability to form aggregates. Of great importance is the correct choice of technical means of converting powders into an aerosol state, taking into account certain properties of the powders of specific materials.

Известны коммерческие генераторы для перевода сухих порошков в аэрозольное состояние, которые выпускают ряд зарубежных фирм, таких как TSI (США), TOPAZ (Германия), SIBATA (Япония) и др. Они представляют собой сложные и дорогостоящие технические устройства. Принцип работы таких генераторов, как правило, основан на дозированной подаче малых порций порошка в рабочую камеру и сдувание их сжатым воздухом в трубопровод, на выходе которого устанавливается сепаратор, отсекающий крупные частицы. Однако использование таких приборов для перевода сухих порошков в аэрозольное состояние может быть неэффективным вследствие высокой агрегативности и очень малого содержания респирабельной фракции частиц до 10 мкм в исходном порошке, что приводит к неоправданно высоким затратам при проведении токсикологических экспериментов.Commercial generators for transferring dry powders to an aerosol state are known, which are produced by a number of foreign companies, such as TSI (USA), TOPAZ (Germany), SIBATA (Japan), etc. They are complex and expensive technical devices. The principle of operation of such generators, as a rule, is based on the dosed supply of small portions of powder into the working chamber and blowing them with compressed air into the pipeline, at the outlet of which a separator is installed that cuts off large particles. However, the use of such devices for transferring dry powders into an aerosol state can be ineffective due to the high aggregation and very low content of the respirable fraction of particles up to 10 μm in the initial powder, which leads to unreasonably high costs when conducting toxicological experiments.

Известны устройства для диспергирования сухих порошков, использующих приемы принудительного обогащения исходного порошка частицами респирабельной фракции непосредственно в процессе диспергирования.Known devices for dispersing dry powders using techniques for enrichment of the original powder with particles of the respirable fraction directly in the process of dispersion.

Так, в генераторе аэрозоля сухих порошков, модель VAG, фирмы СН TECHNOLOGIES (USA), Inc. (http://chtechusa.com/products_tag_spg_vilnius-series-vag.php, 2015 г.), используется комплекс эффектов поддержания порошка во взвешенном состоянии в рабочей камере за счет вращающейся вибрирующей турбины, механической вибрации дна камеры и дезагрегационного эффекта струй воздуха, выходящих с большой скоростью из системы форсунок. Образующийся первичный аэрозоль поднимается по капиллярной трубке в камеру деагломерации, где подвергается дополнительному воздействию струй воздуха.So, in the aerosol generator of dry powders, model VAG, firm CH TECHNOLOGIES (USA), Inc. (http://chtechusa.com/products_tag_spg_vilnius-series-vag.php, 2015), a set of effects is used to keep the powder in suspension in the working chamber due to a rotating vibrating turbine, mechanical vibration of the chamber bottom and the disaggregation effect of air jets coming out at high speed from the nozzle system. The resulting primary aerosol rises through the capillary tube into the deagglomeration chamber, where it is additionally exposed to air jets.

В генераторе аэрозоля американской фирмы TSI Incorporated, модель 3400А (http://www.tsi.com/fluidized-bed-aerosol-generator-3400a/#Accessories), сухой порошок из бункера подается ячеистой транспортерной лентой в емкость, содержащую бронзовые бусины размером 100 мкм, размещенные на пористом экране, через который снизу подается поток чистого воздуха. При этом бусины хаотично перемешиваются с порошком и образуют псевдоожиженный "кипящий" слой. Происходит разрушение агрегатов и дополнительный помол порошка, приводящий к увеличению содержания мелких частиц. Мелкие частицы поднимаются потоком воздуха в верхнюю часть устройства, сепарируются в циклоне и поступают в рабочий объем ингаляционной камеры.In the aerosol generator of the American company TSI Incorporated, model 3400A (http://www.tsi.com/fluidized-bed-aerosol-generator-3400a/#Accessories), dry powder from the hopper is fed with a mesh conveyor belt into a container containing bronze beads the size of 100 microns placed on a porous screen through which a stream of clean air is supplied from below. In this case, the beads randomly mix with the powder and form a fluidized "boiling" layer. The destruction of the aggregates and additional grinding of the powder, leading to an increase in the content of fine particles. Small particles are lifted by a stream of air to the upper part of the device, separated in a cyclone and enter the working volume of the inhalation chamber.

К недостаткам обеих описанных конструкций следует отнести, что для осуществления процесса активации массы сухого порошка и осуществления деагломерации и дополнительного помола требуется постоянное прохождение значительных объемов сжатого воздуха через рабочий объем генераторов. Такая организация процесса генерации требует значительных потоков проходного воздуха и, соответственно, приводит к дополнительному расходу порошка для обеспечения заданной концентрации аэрозоля исследуемого препарата. Это особенно актуально при изучении уникальных дорогостоящих порошкообразных материалов, к которым, например, можно отнести порошки углеродных нанотрубок.The disadvantages of both of the described structures should be attributed to the fact that for the process of activation of the mass of dry powder and the implementation of deagglomeration and additional grinding requires the constant passage of significant volumes of compressed air through the working volume of the generators. Such an organization of the generation process requires significant flows of flowing air and, accordingly, leads to an additional powder consumption to ensure a given concentration of the aerosol of the studied drug. This is especially true when studying unique, expensive powdered materials, which, for example, include carbon nanotube powders.

Задачей настоящего изобретения является создание генератора сухих аэрозолей на основе принципа помола исходного порошкового материала в «кипящем слое», в котором образование и поддержание этого процесса происходит за счет использования вращающегося магнитного поля, воздействующего на перемешивающий магнитный элемент, который, в свою очередь, ударно сталкивается с помольными шарами и частицами сухого порошка препарата, предварительно размещенными на дне корпуса, формируя из них во внутреннем объеме нижней части генератора так называемый «кипящий слой».The objective of the present invention is to provide a dry aerosol generator based on the principle of grinding the initial powder material in a "fluidized bed", in which the formation and maintenance of this process occurs through the use of a rotating magnetic field acting on the mixing magnetic element, which, in turn, collides with grinding balls and particles of dry powder of the preparation, previously placed on the bottom of the body, forming the so-called of them in the internal volume of the lower part of the generator to as "the fluidized bed."

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение активного перемешивания смеси «порошок-помольные шары» и поддержание ее в состоянии «кипящего» слоя за счет вращающегося электромагнитного поля, приводящего в движение перемешивающий магнитный элемент, а поступающий в корпус генератора сжатый воздух используется только как транспортное средства для выведения образовывающихся аэрозольных частиц используемого порошка из генератора в выходной магистральный канал для дальнейшего формирования аэродисперсного потока с заданными характеристиками. В реализуемом устройстве осуществляется динамическое поддержание взвешенного состояния имеющихся в порошке частиц, а также непрерывный помол крупных частиц до более мелкого состояния и разрушение имеющихся и вновь возникающих агрегатов за счет кинетических соударений частиц с помольными шарами и перемешивающим магнитным элементом в «кипящем слое».The technical result of the invention is the provision of active mixing of the powder-grinding balls mixture and maintaining it in a fluidized bed due to a rotating electromagnetic field, which drives the mixing magnetic element, and the compressed air entering the generator housing is used only as a vehicle for removing the resulting aerosol particles of the used powder from the generator into the output main channel for the further formation of aerodisperse current with desired characteristics. In the device being implemented, the suspension of the particles present in the powder is dynamically maintained, as well as the continuous grinding of large particles to a finer state and the destruction of existing and newly emerging aggregates due to the kinetic collisions of particles with grinding balls and a mixing magnetic element in a "fluidized bed".

Указанный технический результат достигается в генераторе сухих аэрозолей, содержащем корпус, на внутренней поверхности днища которого по центру расположен осевой стержень со свободно вращающимся перемешивающим магнитным элементом, при этом внутренний объем корпуса условно поделен на две части: нижнюю для осуществления активной фазы непрерывного процесса помола сухого материала (порошок исходного материала) и перевода его в тонкодисперсную аэрозольную форму и верхнюю для осуществления процесса накопления создаваемого тонкодисперсного аэрозоля (преимущественно респирабельных фракций) и выводу его в выходной магистральный канал через выходной патрубок корпуса и пневмомагистраль, при этом нижняя часть корпуса включает в себя днище, диаметр которого превышает длину перемешивающего магнитного элемента, нижний конус с расширяющейся стенкой, переходящей в нижней конус центральной обечайки с сужающейся стенкой, а верхняя часть корпуса включает в себя верхний расширяющийся конус центральной обечайки, переходящий в верхний сужающийся конус и горловину с закручивающейся герметизирующей крышкой и уплотнительным резиновым кольцом.The specified technical result is achieved in a dry aerosol generator containing a housing, on the inner surface of the bottom of which an axial rod with a freely rotating mixing magnetic element is located in the center, while the internal volume of the housing is conditionally divided into two parts: the lower volume for the active phase of the continuous process of grinding dry material (powder of the starting material) and converting it into a finely dispersed aerosol form and top for the process of accumulation of the created finely dispersed aerosol (mainly respirable fractions) and its output to the output main channel through the outlet pipe of the body and the pneumatic line, while the lower part of the body includes a bottom whose diameter exceeds the length of the mixing magnetic element, the lower cone with an expanding wall passing into the lower cone of the central shells with a tapering wall, and the upper part of the body includes an upper expanding cone of the central shell turning into an upper tapering cone and a neck with a twisting I sealing cap and the sealing rubber ring.

Корпус генератора выполнен сварным стальным, причем внутренние поверхности частей корпуса выполнены геометрически сопряженными и гладкими.The generator housing is made of welded steel, and the inner surfaces of the housing parts are made geometrically conjugated and smooth.

Внутренняя поверхность днища выполнена в виде плоского дна с закругленными вверх краями, сопряженными с внутренней поверхностью нижнего конуса.The inner surface of the bottom is made in the form of a flat bottom with upwardly rounded edges mating with the inner surface of the lower cone.

Осевой стержень приварен по центру на внутренней поверхности днища корпуса и на него свободно надет перемешивающий магнитный элемент, выполненный в виде стержня с длиной, значительно превышающей ширину его поперечного сечения, и со сквозным центральным отверстием.The axial rod is welded centrally on the inner surface of the bottom of the body and a stirring magnetic element is freely put on it, made in the form of a rod with a length significantly exceeding the width of its cross section, and with a through central hole.

Сухой материал, засыпаемый предварительно на начальном этапе вовнутрь на днище корпуса, представляет собой смесь порошка исходного материала и помольных шаров выбранных диаметров.The dry material, which is preliminarily filled inward initially on the bottom of the body, is a mixture of the powder of the starting material and grinding balls of selected diameters.

Транспортный патрубок сжатого воздуха вварен в центр герметизирующей крышки и расположен вдоль центральной оси корпуса генератора до активной области помола частиц сухого материала.The compressed air transport pipe is welded into the center of the sealing cover and is located along the central axis of the generator housing to the active area for grinding particles of dry material.

Выходной патрубок также вварен соосно со смещением на определенное расстояние относительно транспортного патрубка в герметизирующую крышку корпуса и в него поступает скапливаемый в верхнем конусе корпуса создаваемый тонкодисперсный аэрозоль, выдавливаемый транспортным сжатым воздухом из нижней части генератора и поступающий далее через пневмомагистраль на вход магистрального канала выходного аэродисперсного потока.The outlet pipe is also welded coaxially with a certain distance relative to the transport pipe into the sealing cover of the body and it receives the created fine aerosol accumulated in the upper cone of the body, squeezed out by transported compressed air from the lower part of the generator and then fed through the pneumatic line to the inlet of the main channel of the output aerodispersed stream .

Нижний конец транспортного патрубка введен во внутренний активный объем нижней части корпуса генератора, а верхний конец подключен через пневмомагистраль и регулирующий ротаметр транспортного потока к выходу внешнего побудителя сжатого воздуха.The lower end of the transport pipe is introduced into the internal active volume of the lower part of the generator housing, and the upper end is connected through the pneumatic line and the flow flow regulating flowmeter to the output of the external compressed air stimulator.

Заборная часть выходного патрубка расположена во внутреннем объеме верхнего конуса корпуса генератора, а выход этого патрубка соединен с первым входом магистрального канала выходного аэродисперсного потока. Второй вход магистрального канала соединен посредством пневмомагистрали и независимого регулирующего ротаметра разбавляющего воздуха со вторым выходом побудителя сжатого воздуха. Таким образом, на второй вход магистрального канала поступает чистый сжатый воздух для разбавления создаваемого тонкодисперсного аэрозоля до необходимых заданных значений.The intake part of the outlet pipe is located in the internal volume of the upper cone of the generator housing, and the outlet of this pipe is connected to the first input of the main channel of the output aerodisperse stream. The second input of the main channel is connected via a pneumatic line and an independent regulating rotameter of dilution air to the second output of the compressed air inducer. Thus, clean compressed air enters the second inlet of the main canal to dilute the generated fine aerosol to the required setpoints.

Корпус генератора своим днищем установлен сверху на активной поверхности формирователя вращающегося магнитного поля.The generator housing with its bottom is mounted on top of the active surface of the shaper of a rotating magnetic field.

Заявленное изобретение поясняется чертежом, на котором показан генератор сухих аэрозолей.The claimed invention is illustrated in the drawing, which shows a dry aerosol generator.

Генератор сухих аэрозолей состоит из сварного стального корпуса, состоящего из последовательно соединенных по контуру днища 1, нижнего конуса 2, центральной обечайки 3, верхнего конуса 4 и горловины 5. Герметичность корпуса обеспечивается крышкой 6, навинчиваемой на горловину 5 корпуса, и резиновым уплотнительным кольцом 7. На внутренней поверхности днища 1 корпуса по центру приварен осевой стержень 11, на который свободно надет перемешивающий магнитный элемент 12, выполненный в виде стержня с длиной, значительно превышающей ширину его поперечного сечения, и со сквозным центральным отверстием. На днище 1 при подготовке генератора к работе через горловину 5 насыпаются мерные количества порошка исходного материала 13, а также помольных (мелющих) шаров 14. В целом, корпус генератора выполнен таким образом, чтобы его внутренняя стенка имела гладкую сопряженную поверхность всех элементов корпуса. Внутренний объем корпуса генератора может быть условно поделен на две части: нижнюю, где осуществляется активная фаза непрерывного процесса помола порошка и перевода его в тонкодисперсную аэрозольную форму, и верхнюю, где осуществляется процесс накопления создаваемого аэрозоля преимущественно респирабельных фракций, и выводу его в выходной магистральный канал 22. Нижняя часть включает в себя днище 1, внутренняя поверхность выполнена в виде плоского дна с закругленными вверх краями, диаметр которого превышает длину используемых магнитных перемешивающих элементов 12; нижний конус 2 с расширяющейся стенкой, которая затем переходит в конус обечайки 3 с сужающейся стенкой. Такая геометрия стенок нижней части объема корпуса обусловлена необходимостью сбора хаотически разлетающихся со значительными скоростями частиц «кипящего» слоя смеси «порошок-помольные шары» за счет взаимодействия с вращающимся магнитным элементом 12 и взаимными соударениями и направления их назад в зону активного помола. Верхняя часть корпуса генератора включает в себя верхний конус обечайки 3, верхний конус 4 и горловину 5. Расширяющийся верхний конус обечайки 3 приводит к снижению скорости частиц смеси, влетающих снизу из активной области, так что крупнодисперсные частицы порошка и помольные шары вынуждены под действием гравитационных сил возвращаться назад в нижнюю часть корпуса генератора. При этом мелкодисперсные частицы материала подымаются вверх в сужающийся объем верхнего конуса 4 за счет сил сжатого воздуха, поступающего по транспортному патрубку 8. Этот патрубок 8 расположен по центральной оси крышки 6 генератора. В крышку 6 также вварен выходной патрубок 9, в который поступает скапливаемый в верхнем конусе 4 тонкодисперсный аэрозоль исходного материала, выдавливаемый транспортным сжатым воздухом. Этот аэрозоль по пневмомагистрали 21 поступает в магистральный канал 22, на второй вход которого поступает чистый сжатый воздух для разбавления создаваемого тонкодисперсного аэрозоля (выходного аэрозоля) до необходимых заданных значений. Оба потока сжатого воздуха, действующих в аэрозольном генераторе, формируются внешним побудителем сжатого воздуха 16. Канал транспортного сжатого воздуха состоит из регулирующего ротаметра 18 и пневмомагистрали 20, соединенной с патрубком 8; канал разбавляющего сжатого воздуха, в свою очередь, состоит из независимого регулирующего ротаметра 17 и пневмомагистрали 19, соединенной с магистральным каналом 22.The dry aerosol generator consists of a welded steel casing, consisting of a bottom 1, a lower cone 2, a central shell 3, an upper cone 4 and a neck 5 connected in series along the contour. The tightness of the casing is ensured by a cover 6 screwed onto the casing neck 5 and a rubber o-ring 7 On the inner surface of the bottom 1 of the housing, an axial rod 11 is welded in the center, on which a stirring magnetic element 12 is freely mounted, made in the form of a rod with a length significantly exceeding its width across cross section and with a through central hole. On the bottom 1, when preparing the generator for operation through the neck 5, measured quantities of powder of the starting material 13, as well as grinding (grinding) balls 14 are poured. In general, the generator body is made so that its inner wall has a smooth mating surface of all elements of the body. The internal volume of the generator housing can be conditionally divided into two parts: the lower, where the active phase of the continuous process of grinding the powder and converting it into a finely divided aerosol form is carried out, and the upper, where the process of accumulation of the generated aerosol of predominantly respirable fractions is carried out, and its output to the output main channel 22. The lower part includes a bottom 1, the inner surface is made in the form of a flat bottom with upwardly rounded edges, the diameter of which exceeds the length of the used magnetic ix mixing elements 12; lower cone 2 with an expanding wall, which then passes into the cone of the shell 3 with a tapering wall. Such a geometry of the walls of the lower part of the body volume is caused by the need to collect the “fluid-grinding balls” mixture randomly flying at significant speeds of particles due to the interaction with the rotating magnetic element 12 and mutual collisions and directing them back to the active grinding zone. The upper part of the generator housing includes the upper cone of the shell 3, the upper cone 4 and the neck 5. The expanding upper cone of the shell 3 leads to a decrease in the velocity of the particles of the mixture flying from below from the active region, so that coarse powder particles and grinding balls are forced by gravitational forces go back to the bottom of the generator housing. While finely dispersed particles of the material rise up into the tapering volume of the upper cone 4 due to the forces of compressed air flowing through the transport pipe 8. This pipe 8 is located on the Central axis of the cover 6 of the generator. An outlet pipe 9 is also welded into the lid 6, into which a finely dispersed aerosol of the starting material accumulated in the upper cone 4 is pressed out, which is squeezed out by transport compressed air. This aerosol through the pneumatic line 21 enters the main channel 22, the second inlet of which receives clean compressed air to dilute the generated fine aerosol (exit aerosol) to the required setpoints. Both flows of compressed air operating in the aerosol generator are formed by an external stimulator of compressed air 16. The compressed air transport channel consists of a control rotameter 18 and a pneumatic line 20 connected to the nozzle 8; the diluted compressed air channel, in turn, consists of an independent control rotameter 17 and a pneumatic line 19 connected to the main channel 22.

Корпус генератора сухих аэрозолей своим днищем 1 размещается сверху на активной поверхности формирователя вращающегося электромагнитного поля 10, принцип работы которого практически основан на работе известных электрических устройств - магнитных мешалок.The body of the dry aerosol generator with its bottom 1 is placed on top of the active surface of the shaper of the rotating electromagnetic field 10, the principle of which is practically based on the work of known electrical devices - magnetic mixers.

Генератор аэрозолей работает следующим образом.The aerosol generator operates as follows.

При открытой крышке 6 на дно 1 корпуса генератора помещаются магнитный перемешивающий элемент 12, весовая порция смеси помольных шаров 14 разных размеров в определенном соотношении и весовая порция порошка исследуемого препарата 13 (в корпусе, при этом, не должно быть остатков влаги). Корпус генератора закрывается крышкой 6 с герметизирующей прокладкой 7 посредством резьбового соединения. Патрубок 8 подачи транспортного сжатого воздуха в генератор соединяется посредством пневмомагистрали 20 с ротаметром 18, который подключен к выходному штуцеру внешнего побудителя сжатого воздуха 16 (автономный компрессор или автономная магистраль сжатого воздуха). Выходной патрубок 9 аэрозоля соединяется пневмомагистралью 21 с магистральным каналом 22 сухого аэродисперсного потока, второй вход которого подключается к внешнему побудителю сжатого воздуха 16 через регулирующий ротаметр 17 и пневмомагистраль 19. Генератор сухих аэрозолей (т.е. формирователь 10 вращающего магнитного поля и внешний побудитель сжатого воздуха 16) подключается к сети переменного тока. Включается подача чистого сжатого воздуха в магистральный канал 22. По ротаметру 17 устанавливается заданный объемный расход чистого воздуха. Магнитный перемешивающий элемент 12, находящийся на дне 1 корпуса генератора, под действием сил вращающегося магнитного поля совершает круговые движения вокруг центральной оси 11 корпуса генератора, сталкиваясь на своем пути с частицами смеси «порошок-помольные шары», вследствие чего обеспечивается активное перемешивание смеси. При этом смесь «помольные шары-порошок» выталкивается вверх по стенкам расширяющегося конуса нижней части 2 корпуса генератора и, достигая уровня изменения конфигурации корпуса на сужающийся конус обечайки 3, меняет направление движения к центру объема. Крупные агрегаты порошка 13 и помольные шары 14 под действием гравитационных сил падают по нисходящей траектории на дно 1 корпуса. При этом происходят многочисленные соударения помольных шаров 14 и частиц порошка 13. Достигнув дна, смесь «помольные шары-порошок» под действием ударного воздействия вращающегося перемешивающего магнитного элемента 12 вновь поднимаются по стенкам расширяющегося конуса 2 корпуса. Процесс имеет регулярный циклический характер, и смесь «помольные шары-порошок» постоянно находится в состоянии «кипящего слоя». Определенное количество образовавшихся аэрозольных частиц порошка 13, аэродинамический диаметр которых меньше значений, приводящих к быстрой седиментации в этих условиях, под действием вихревых потоков во внутреннем объеме корпуса генератора перемещается в верхнюю его часть. Такое состояние процесса поддерживается до достижения условий накопления значимого количества мелких аэрозольных частиц в верхней части корпуса генератора (время устанавливается экспериментально). После этого включается подача транспортного сжатого воздуха через патрубок 8, который, поступая во внутренний объем корпуса генератора, подхватывает мелкодисперсные аэрозольные частицы и выносит их через выходной патрубок 9 в виде первичного аэродисперсного потока, попадающего далее в выходной магистральный канал 22. В магистральном канале 22 этот поток разбавляется чистым сжатым воздухом в заданном соотношении и поступает в зону потребления. Это может быть установка для изучения аэродисперсных характеристик порошкообразного аэрозоля или внутренний объем затравочной ингаляционной аэрозольной камеры, а также многие другие объекты использования аэрозоля исследуемого препарата. В устройстве осуществляется не только постоянное поддержание взвешенного состояния имеющихся в порошке частиц, но и помол крупных частиц до более мелкого состояния, а также разрушение имеющихся и вновь возникающих агрегатов.With the lid 6 open, a magnetic stirring element 12, a weight portion of the mixture of grinding balls 14 of different sizes in a certain ratio, and a weight portion of the powder of the studied preparation 13 (in this case, there should be no moisture residues) are placed on the bottom 1 of the generator housing. The generator housing is closed by a cover 6 with a sealing gasket 7 by means of a threaded connection. The pipe 8 for supplying transport compressed air to the generator is connected via a pneumatic line 20 with a rotameter 18, which is connected to the output fitting of the external compressed air driver 16 (stand-alone compressor or stand-alone compressed air line). The aerosol outlet pipe 9 is connected by a pneumatic line 21 to the main channel 22 of a dry aerodispersed stream, the second input of which is connected to an external compressed air inducer 16 through a regulating rotameter 17 and a pneumatic main 19. A dry aerosol generator (i.e., a rotational magnetic field former 10 and an external compressed inducer 10 16) connects to AC power. The supply of clean compressed air to the main channel 22 is turned on. A predetermined volumetric flow rate of clean air is established on the flowmeter 17. The magnetic mixing element 12, located on the bottom 1 of the generator housing, under the action of the forces of a rotating magnetic field makes circular movements around the central axis 11 of the generator housing, colliding on its way with particles of the powder-grinding balls mixture, as a result of which the mixture is actively mixed. In this case, the mixture “grinding balls-powder” is pushed up along the walls of the expanding cone of the lower part 2 of the generator body and, reaching the level of changing the configuration of the body on the tapering cone of the shell 3, changes the direction of movement to the center of the volume. Large aggregates of powder 13 and grinding balls 14 under the influence of gravitational forces fall along a descending path to the bottom 1 of the housing. In this case, numerous collisions of the grinding balls 14 and powder particles 13 occur. Having reached the bottom, the “grinding balls-powder" mixture under the impact of the rotating mixing magnetic element 12 again rises along the walls of the expanding cone 2 of the body. The process has a regular cyclic nature, and the mixture of grinding balls-powder "is constantly in a state of" fluidized bed ". A certain number of formed aerosol particles of the powder 13, the aerodynamic diameter of which is less than the values leading to rapid sedimentation under these conditions, under the influence of vortex flows in the internal volume of the generator body moves to its upper part. This state of the process is maintained until the conditions for the accumulation of a significant amount of small aerosol particles in the upper part of the generator housing are reached (time is established experimentally). After that, the supply of transported compressed air through the pipe 8 is turned on, which, entering the internal volume of the generator housing, picks up fine aerosol particles and carries them through the output pipe 9 in the form of a primary aerodispersed stream, which then flows into the output main channel 22. In the main channel 22 this the stream is diluted with clean compressed air in a predetermined ratio and enters the consumption zone. This can be an installation for studying the aerodispersion characteristics of a powder aerosol or the internal volume of a seed inhalation aerosol chamber, as well as many other objects of aerosol use of the studied drug. The device not only constantly maintains the suspended state of the particles present in the powder, but also grinds the large particles to a finer state, as well as destroys the existing and newly emerging aggregates.

Отличительной особенностью данного генератора сухого аэрозоля является возможность ограничения или полного прекращения подачи аэродисперсного потока к объекту потребления путем регулируемого перекрытия посредством ротаметра 18 поступления транспортного сжатого воздуха в корпус генератора. При этом за счет энергии вращающегося магнитного элемента сохраняется «кипящий» слой смеси «порошок-помольные шары» и соответственно режим создания тонкодисперсного аэрозольного облака 15 во внутреннем объеме рабочей камеры генератора при неизменной массе внесенного сухого порошка исходного материала. Это свойство генератора может быть использовано на начальном этапе подготовки генератора к активной работе, которая начнется сразу же путем подачи транспортного сжатого воздуха. Это особенно важно при проведении экспериментальных работ с уникальными материалами, такими как наноматериалы, которые могут поступать на исследования в небольших количествах (граммы, десятки грамм) из-за сложности их получения и высокой стоимости.A distinctive feature of this dry aerosol generator is the possibility of restricting or completely stopping the flow of the aerodispersed stream to the consumption object by means of an adjustable shut-off by means of a rotameter 18 of transported compressed air entering the generator body. At the same time, due to the energy of the rotating magnetic element, a “boiling” layer of the “powder-grinding balls” mixture and, accordingly, the mode of creating a fine aerosol cloud 15 in the internal volume of the working chamber of the generator with a constant mass of dry powder of the source material are preserved. This property of the generator can be used at the initial stage of preparing the generator for active work, which will begin immediately by supplying transport compressed air. This is especially important when conducting experimental work with unique materials, such as nanomaterials, which can be supplied to research in small quantities (grams, tens of grams) due to the complexity of their preparation and high cost.

Характеристики образующегося в результате работы генератора сухого аэродисперсного потока (счетная и весовая концентрация, распределение аэрозольных частиц по размерам) могут регулироваться путем внесения изменений в соотношении количества порошка 13 и помольных шаров 14, либо с использованием помольных шаров 14 различного размера с разным долевым соотношением, либо путем подачи с разной объемной скоростью сжатого воздуха как в корпус генератора, так и в магистральный канал 22. Значения счетной и весовой концентраций могут меняться в диапазоне 2-3 порядков, что чрезвычайно важно при проведении ингаляционных токсикологических экспериментов, требующих обеспечения введения аэрозоля исследуемого препарата различным группам животных в дозах, отличающихся в 10-1000 раз.The characteristics of the dry aerodisperse flow resulting from the operation of the generator (calculated and weight concentration, distribution of aerosol particles by size) can be controlled by changing the ratio of the amount of powder 13 and grinding balls 14, or using grinding balls 14 of different sizes with different proportions, or by supplying compressed air with different space velocities both to the generator housing and to the main channel 22. The values of the calculated and weight concentrations can vary in the range a range of 2-3 orders of magnitude, which is extremely important when carrying out inhaled toxicological experiments requiring the administration of an aerosol of the studied drug to various groups of animals in doses differing 10-1000 times.

Заявленное изобретение основано на принципах использования эффекта помола частиц порошка исходного материала в «кипящем слое», в котором образование и поддержание этого процесса происходит за счет использования вращающегося магнитного поля, воздействующего на перемешивающий магнитный элемент, помольные шары и сухой порошок препарата, размещаемые на дне корпуса, в результате чего обеспечивается активное перемешивание смеси «порошок-помольные шары» и поддержание ее в состоянии «кипящего слоя», а поступающий в корпус генератора сжатый воздух используется только как транспортное средство для выведения образовывающихся аэрозольных частиц используемого порошка из генератора в магистральный канал для дальнейшего формирования аэродисперсного потока с заданными характеристиками. В реализуемом устройстве осуществляется не только поддержание взвешенного состояния имеющихся в порошке частиц, но и непрерывный помол крупных частиц до более мелкого состояния и разрушение имеющихся и вновь возникающих агрегатов.The claimed invention is based on the principles of using the effect of grinding particles of the powder of the starting material in the "fluidized bed", in which the formation and maintenance of this process occurs through the use of a rotating magnetic field acting on the mixing magnetic element, grinding balls and dry powder of the drug placed on the bottom of the body As a result, active mixing of the “powder-grinding balls” mixture and its maintenance in the state of a “fluidized bed” is ensured, and the fluid entering the generator housing is compressed th air is used only as a vehicle for removing the generated aerosol particles of the used powder from the generator into the main channel for the further formation of the aerodisperse flow with the given characteristics. In the implemented device, not only the suspension of particles present in the powder is maintained, but also the continuous grinding of large particles to a finer state and the destruction of existing and newly emerging aggregates.

Claims

1. The generator of dry aerosols, characterized in that it contains a housing, on the inner surface of the bottom of which is located in the center an axial rod with a freely rotating stirring magnetic element, and the internal volume of the housing is conditionally divided into two parts: the lower one for the active phase of the continuous process of grinding dry material and transferring it into a finely dispersed aerosol form and the upper one for the process of accumulation of the created finely dispersed aerosol and its output to the main outlet to cash through the outlet pipe of the housing and the pneumatic line, while the lower part of the housing includes a bottom whose diameter exceeds the length of the stirring magnetic element, a lower cone with an expanding wall passing into the lower cone of the central shell with a tapering wall, and the upper part of the housing includes the upper an expanding cone of the central shell turning into the upper tapering cone and neck.

2. The generator according to claim 1, characterized in that the body is made of welded steel, and the inner surfaces of the parts of the body are made geometrically conjugated and smooth.

3. The generator according to claim 1, characterized in that a rubber o-ring is put on the neck of the housing and a sealing cap is screwed.

4. The generator according to claim 1, characterized in that the inner surface of the bottom is made in the form of a flat bottom with upwardly rounded edges.

5. The generator according to claim 1, characterized in that the axial rod is welded in the center on the inner surface of the bottom.

6. The generator according to claim 1, characterized in that the stirring magnetic element, made in the form of a rod, the length of which significantly exceeds the width of its cross section, is freely put on through the central hole on the axial rod.

7. The generator according to claim 1, characterized in that the dry material, which is preliminarily poured initially at the initial stage inward on the bottom of the body, is a mixture of the powder of the starting material and grinding balls of selected diameters.

8. The generator according to claim 3, characterized in that the transport nozzle of compressed air is welded into the center of the sealing cover along the central axis of the housing.

9. The generator according to claim 1, characterized in that the outlet pipe is welded into the sealing cover at a certain distance and coaxially with the transport pipe.

10. The generator according to claim 8, characterized in that the lower end of the transport pipe is introduced into the internal active volume of the lower part of the generator housing, and the upper end is connected through a pneumatic line and regulating the flowmeter of the transport stream to the output of an external stimulator of compressed air.

11. The generator according to claim 9, characterized in that the intake part of the output pipe is located in the internal volume of the upper cone of the generator housing, and the output of this pipe is connected to the first input of the main channel of the output aerodisperse stream.

12. The generator according to claim 1 or 11, characterized in that the second input of the main channel is connected via a pneumatic line and an independent regulating rotameter of dilution air to the second output of the compressed air inducer.

13. The generator according to claim 1, characterized in that the generator housing with its bottom is mounted on top of the active surface of the shaper of a rotating magnetic field.