單分散氣溶膠發生器的製作方法
2023-06-01 22:56:51
專利名稱：單分散氣溶膠發生器的製作方法
技術領域：
單分散氣溶膠發生器
(一) 技術領域
本實用新型提供一種單分散氣溶膠發生器，它涉及過濾器/濾料效率測試臺中氣溶膠發生器，特別是高效空氣過濾器性能檢測試驗臺中的氣溶膠發生器。
(二) 背景技術
氣溶膠發生器是過濾器/濾料性能檢測試驗臺中必不可少的裝置。研究一種新的過濾器性能試驗方法，首要解決的問題是測試氣溶膠的穩定發生問題，也就是有一種氣溶膠發生器能夠發生滿足測試要求的氣溶膠粒子。目前，我國高效空氣過濾器性能測試方法是鈉焰法和油霧法，其氣溶膠發生裝置結構複雜，佔地龐大，適應範圍窄，只適應於上述兩種測試方法。但是，當今國際上高效過濾器性能測試方法主流方法為粒子計數法，近期開展的《高效空氣過濾器性能試驗方法》國標修訂中，擬採用的技術路線為粒子計數法，因此需要研製出滿足測試要求的氣溶膠發生器。適用於粒子計數法測試高效過濾器的氣溶膠發生器的研製，在我國為空白。隨著高效過濾器性能的提高，對測試氣溶膠的要求也日趨嚴格， 一般情況下，要求測試氣溶膠的平均直徑在0.1-0.3nm之間，分散度越小越好，最好為單分散氣溶膠，同時要求發生的氣溶膠粒子濃度足夠咼。
國外市場上的氣溶膠發生器種類較多，但都是為具體的應用場合而開發設計的，如氣溶膠測試儀器的標定、過濾器的測試等等。適用於高效空氣過濾器效率測試的氣溶膠發生器各國的產品也差別很大，這是由於不同國家標準對發生的測試氣溶膠的參數要求不一樣。 一般說來，國外市場上的氣溶膠發生器主要分為多分散氣溶膠發生器和單分散氣溶膠發生器兩大類。其中多分散氣溶膠發生器具有結構相對簡單、操作方便、發生粒子濃度較高等優點，但是其單分散性較差，發生小粒徑粒子(O.lpm左右)變得很困難；而單分散氣溶膠發生器往往是發生的氣溶膠濃度較低，結構複雜，調節不方便。為此，參照我國《高效空氣過濾器性能試驗方法》國家標準修訂對氣溶膠發生部分的要求，研製出結構較為簡單，操作方便的單分散氣溶膠發生器。
4(三)實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種單分散氣溶膠發生器，它能夠發生粒徑範圍為的單分散氣溶膠粒子，濃度大於10l立/cm3 ，並且通過調節發生參數可以方便的調節和控制發生氣溶膠粒子的粒徑和濃度。旨在為用粒子計數法測試高效空氣過濾器性能而提供一種氣溶膠發生器。
本實用新型的一種單分散氣溶膠發生器，是利用"雲形成"原理而研製的，
也就是讓蒸汽包裹在凝結核上而形成氣溶膠顆粒。它由四部分組成l)發生凝結核源部分；2)發生蒸汽部分；3)氣溶膠形成部分；4)裝置控制、調節部分。順著氣溶膠形成過程，發生凝結核源部分，發生蒸汽部分和氣溶膠形成部分依次串聯而成；裝置控制、調節部分與發生蒸汽部分和氣溶膠形成部分連接。下
面分別闡述四部分組成及實現的功能。
1) 發生凝結核源部分該部分由壓力表1、噴霧器2和乾燥管3串聯而成，
該壓力表1連於噴霧器2的前端，用來測量與控制管路噴霧壓力的大小，該噴霧器2用潔淨壓縮空氣噴霧氯化鈉溶液形成細小霧滴，主要用來噴霧發生液態的氣溶膠顆粒，其中的噴嘴是其關鍵部分，噴嘴結構圖見附圖2a和2b所示，其主體為一根中空黃銅管，管底端用黃銅堵嚴，管四周開有對稱的4個圓孔與管內徑相通。黃銅管底端帶有一圓臺，...I:::面對稱地開有四個圓孔。
其噴霧原理和結構特性在下面闡述。在噴霧器2中壓縮空氣通過噴嘴噴霧質量濃度為2%氯化鈉溶液，形成的細小霧滴進入裝有矽膠的乾燥管3，乾燥後形成氯化鈉結晶粒子，作為凝結核源。
2) 發生蒸汽部分該部分為一個加熱溫度可控可調的電加熱器7，內盛有DOS (癸二酸二辛脂)液體，通過設定加熱溫度值加熱DOS液體，揮發出來的DOS蒸汽由載氣流攜帶出來，然後與另一股含有氯化鈉凝結核的氣流混合，一併進入再熱器8再熱，再熱溫度為攝氏200度。
3) 氣溶膠形成部分再熱器8出來的氯化鈉凝結核和DOS蒸汽以及載氣三者的混合物在置於室溫中的豎向放置的玻璃管9中冷凝，從而冷凝形成氣溶膠粒子，玻璃管長500mm,內徑25mm。
4) 裝置控制、調節部分該部分由流量調節閥5a、 5b、顯示流量值的玻璃轉子流量計4a、 4b、 4c、分別控制加熱器7和再熱器8的溫度控制儀10a、10b以及供應電源11構成，通過調節不同玻璃轉子流量計4a、 4b、 4c的大小以及加熱器7、再熱器8的加熱溫度，可以方便的調節發生氣溶膠^]濃度和粒徑的大小。其中過濾器6用來過濾旁通管路的氯化鈉顆粒。通過調1 調節閥5a從而控制進入過濾器6所在的旁通管路氣體量，進而控制進入加熱器7的氯化鈉顆粒濃度。
所述的單分散氣溶膠發生器，其噴霧器噴嘴是其關鍵的部件之一，噴嘴的結
構圖見附圖2a和圖2b所示。噴霧時噴嘴浸沒在液體裡面，讓壓縮空氣以很高的速度從小孔口噴出，碰撞在液體表面，對於某些液體來說，比如DOS、玉米油或礦物油，由於空氣射流的攪動，在液體中產生了微小氣泡的濃泡沫，當這些氣泡在液體表面炸裂時，形成大量的液態氣溶膠顆粒。噴嘴的結構特性(噴射小孔的尺寸大小，幾何結構等)是影響發生氣溶膠粒度特徵(如粒徑大小，分散度等)的主要因素。實驗表明，噴嘴的結構特性一旦確定，其噴霧發生的氣溶膠粒度特徵也相應確定；而噴霧壓力是影響發生氣溶膠濃度的主要因素。本單分散氣溶膠發生器設計目標為發生粒徑為O.l-l)im，濃度高達106粒/(:1^的單分散氣溶膠粒子。本實用新型設計的噴嘴能在較低的噴霧壓力(200kpa)下，噴霧發生高濃度(高達106粒/,3)的粒徑為0.1-lpm的單分散氣溶膠粒子，達到設計要求。
所述的單分散氣溶膠發生器，其冷凝管9是其關鍵的部件之一。該冷凝管為專門研製，材料為普通玻璃，形狀為中空玻璃管；通過試驗確定了其長度及內徑的參數。該冷凝管9是最終單分散氣溶膠粒子形成的場所。冷凝管9的管長和管徑對氣溶膠粒子的形成有著重要的影響，本實用新型通過實驗確定了這兩個參數的最優值，分別是500mm和25mm。
本實用新型的技術方案，除能發生滿足測試要求的氣溶膠粒子外，還具有以下優點
1. 本單分散氣溶膠發生器的噴霧壓力較低，不超過300kpa，這一方面使得潔淨載氣源容易獲得，另一方面對裝置的承壓要求不高，從而簡化的裝置的結構。
2. 本單分散氣溶膠發生器的載氣源為潔淨空氣，而不像國外類似的發生器都需要以氮氣作為載氣源。因為發生器要求發生粒徑較小的氣溶膠粒子，試驗表明，加熱器7加熱溫度較低的範圍內(80-ll(TC)能發生設計目標粒徑的氣溶膠粒子。而在該溫度範圍下，DOS不會和空氣中的氧氣發生化學反應，因此不需要氮氣這種惰性氣體作為載氣源。為此，用一般的真空泵就能提供潔淨空氣載氣，也進一步簡化的發生器的配置要求。
3. 本單分散氣溶膠發生器的加熱溫度較低。試驗表明加熱器7加熱溫
6度較低的範圍內(80-110°C)就能發生設計目標粒徑要求的氣溶膠 粒子，而溫度較高的話反而不能達到設計目標要求。因此，較低的 加熱溫度也使得加熱器的保溫不必作的複雜。 4. 本單分散氣溶膠發生器發生的氣溶膠濃度高，高達1(^粒/cm3。試驗 表明，噴霧壓力是影響最終發生氣溶膠濃度的主要因素。通過試驗 探索了較低的噴霧壓力(200kpa)下能夠發生達到設計目標濃度的 氣溶膠粒子，滿足高效空氣過濾器的測試要求。
(四)
圖l本實用新型的整體結構示意圖
圖2a本實用新型噴霧器中的關鍵部件"噴嘴"的結構示意圖 圖2b圖2a中的A-A剖視圖
圖中標號及符號說明如下
1.壓力表2.噴霧器 3.乾燥管 4a、 4b、 4c流量計
5a、 5b調節閥 6.過濾器 7.加熱器 8.再熱器
9.冷凝管 10a、 10b溫度控制儀 11.電源
具體實施方式
請見圖1所示，本實用新型一種單分散氣溶膠發生器，是利用"雲形成" 原理而研製的，也就是讓蒸汽包裹在凝結核上而形成氣溶膠顆粒。它由四部分 組成1)發生凝結核源部分；2)發生蒸汽部分；3)氣溶膠形成部分；4)裝置 控制、調節部分。順著氣溶膠形成過程，發生凝結核源部分，發生蒸汽部分和 氣溶膠形成部分依次串聯而成；裝置控制、調節部分與發生蒸汽部分和氣溶膠 形成部分連接。下面分別闡述四部分組成及實現的功能。
O發生凝結核源部分該部分由壓力表1、噴霧器2和乾燥管3串聯而成， 壓力表1用來測量噴霧壓力的大小，噴霧器2主要用來噴霧發生液態的氣溶膠
顆粒，噴嘴是其關鍵部分，噴嘴結構詳圖見附圖2a和2b,其噴霧原理和結構 特性在下面闡述。在噴霧器2中壓縮空氣通過噴嘴噴霧質量濃度為2°/。氯化鈉 溶液，形成的細小霧滴進入裝有矽膠的乾燥管3，乾燥後形成氯化鈉結晶粒子，作為凝結核源。
2) 發生蒸汽部分該部分為一個加熱溫度可控可調的電加熱器7，內盛有
DOS (癸二酸二辛脂)液體，通過設定加熱溫度值加熱DOS液體，揮發出來的 DOS蒸汽由載氣流攜帶出來，然後與另一股含有氯化鈉凝結核的氣流混合，一 並進入再熱器8再熱，再熱溫度為攝氏200度。
3) 氣溶膠形成部分再熱器8出來的氯化鈉凝結核和DOS蒸汽以及載氣 三者的混合物在置於室溫中的豎向放置的玻璃管9中冷凝，從而冷凝形成氣溶 膠粒子，玻璃管長500mm,內徑25mm。
4) 裝置控制、調節部分該部分由流量調節閥5a、 5b、顯示流量值的玻 璃轉子流量計4a、 4b、 4c、分別控制加熱器7和再熱器8的溫度控制儀10a、 10b以及供應電源等構成，通過調節不同玻璃轉子流量計4a、 4b、 4c的大小以 及加熱器7、再熱器8的加熱溫度，可以方便的調節發生氣溶膠的濃度和粒徑 的大小。
所述的單分散氣溶膠發生器，其噴霧器噴嘴是其關鍵的部件之一，噴嘴的形 狀構造圖見附圖2a和圖2b所示,其主體為一根外徑為1 0 mm的中空黃銅管 (內徑6. 5mm)，管底端用黃銅堵嚴，管四周開有對稱的4個1 . 0 1 mm 的圓孔與管內徑相通。黃銅管底端帶有一圓臺，...h面對稱地開有四個孔徑為2. 0 3的圓孔。噴霧時噴嘴浸沒在液體裡面,讓壓縮空氣以很高的速度從小孔口噴 出,碰撞在液體表面，對於某些液體來說，比如DOS、玉米油或礦物油，由於空 氣射流的攪動，在液體中產生了微小氣泡的濃泡沫，當這些氣泡在液體表面炸 裂時，形成大量的液態氣溶膠顆粒。噴嘴的結構特性(噴射小孔的尺寸大小， 幾何結構等)是影響發生氣溶膠粒度特徵(如粒徑大小，分散度等)的主要因 素。實驗表明，噴嘴的結構特性一旦確定，其噴霧發生的氣溶膠粒度特徵也相 應確定；而噴霧壓力是影響發生氣溶膠濃度的主要因素。本單分散氣溶膠發生 器設計目標為發生粒徑為O.l-lpm，濃度高達106粒/(^13的單分散氣溶膠粒子。 本實用新型設計的噴嘴能在較低的噴霧壓力(200kpa)下,噴霧發生高濃度(高 達10l立/cm3)的粒徑為O.l-ljLim的單分散氣溶膠粒子，達到設計要求。
所述的單分散氣溶膠發生器，其冷凝管9是其關鍵的部件之一。該冷凝管 為專門研製，材料為普通玻璃，形狀為中空玻璃管；通過試驗確定了其參數 長度5 0 Omm.內徑2 5mm。該冷凝管9是最終單分散氣溶膠粒子形成的 場所。冷凝管9的管長和管徑對氣溶膠粒子的形成有著重要的影響，本實用新 型通過實驗確定了這兩個參數的最優值，分別是500mm和25mm。
權利要求1. 一種單分散氣溶膠發生器，其特徵在於它由四部分組成1)發生凝結核源部分，2)發生蒸汽部分，3)氣溶膠形成部分，4)裝置控制、調節部分；順著氣溶膠形成過程，發生凝結核源部分，發生蒸汽部分和氣溶膠形成部分依次串聯而成；裝置控制、調節部分與發生蒸汽部分和氣溶膠形成部分連接；1)發生凝結核源部分該部分由壓力表、噴霧器和乾燥管串聯而成，該壓力表連於噴霧器的前端，用來測量與控制管路噴霧壓力的大小，該噴霧器用潔淨壓縮空氣噴霧氯化鈉溶液形成細小霧滴，主要用來噴霧發生液態的氣溶膠顆粒；在噴霧器中壓縮空氣通過噴嘴噴霧質量濃度為2％氯化鈉溶液，形成的細小霧滴進入裝有矽膠的乾燥管，乾燥後形成氯化鈉結晶粒子，作為凝結核源；2)發生蒸汽部分該部分為一個加熱溫度可控可調的電加熱器7)，內盛有DOS即癸二酸二辛脂液體，通過設定加熱溫度值加熱該DOS液體，揮發出來的DOS蒸汽由載氣流攜帶出來，然後與另一股含有氯化鈉凝結核的氣流混合，一併進入再熱器再熱；3)氣溶膠形成部分再熱器出來的氯化鈉凝結核和DOS蒸汽以及載氣三者的混合物在置於室溫中的豎向放置的玻璃管中冷凝，從而冷凝形成氣溶膠粒子；4)裝置控制、調節部分該部分由流量調節閥、顯示流量值的玻璃轉子流量計分別控制加熱器和再熱器的溫度控制儀以及供應電源構成，通過調節不同玻璃轉子流量計的大小以及加熱器、再熱器的加熱溫度，可以方便的調節發生氣溶膠的濃度和粒徑的大小；其中過濾器用來過濾旁通管路的氯化鈉顆粒，通過調節調節閥從而控制進入過濾器所在的旁通管路氣體量，進而控制進入加熱器7)的氯化鈉顆粒濃度；該冷凝管材料為普通玻璃，形狀為中空玻璃管；通過試驗確定了其長度及內徑的參數，分別是500mm和25mm。
2. 根據權利要求i所述的單分散氣溶膠發生器，其特徵在於發生凝結核 源部分中的噴霧器，其中的關鍵部件噴嘴為一中空黃銅管，管底端用黃銅堵嚴， 管四周開有對稱的4個圓孔與管內徑相通，黃銅管底端帶有一圓臺，上面對稱 地開有四個圓孔。2
3. 根據權利要求1所述的單分散氣溶膠發生器，其特徵在於發生蒸汽部 分所述的一併進入再熱器再熱，其再熱溫度為攝氏200度。
4. 根據權利要求1所述的單分散氣溶膠發生器，其特徵在於氣溶膠形成部分所述的玻璃管，其管長500mm,內徑25mm。
5. 根據權利要求l所述的單分散氣溶膠發生器，其特徵在於所述冷凝管為一玻璃管，其上端連接至再熱器，下端為氣溶膠出口，冷凝管是氣溶膠最終 形成的地方。
專利摘要本實用新型提供一種單分散氣溶膠發生器，是利用「雲形成」原理而研製的，也就是讓蒸汽包裹在凝結核上而形成氣溶膠顆粒。它由1)發生凝結核源部分，2)發生蒸汽部分，3)氣溶膠形成部分，4)裝置控制、調節部分組成；順著氣溶膠形成過程，發生凝結核源部分，發生蒸汽部分和氣溶膠形成部分依次串聯而成；裝置控制、調節部分與發生蒸汽部分和氣溶膠形成部分連接；它噴霧壓力較低，使得潔淨載氣源容易獲得，對裝置的承壓要求不高，從而簡化裝置結構，用一般的真空泵就能提供潔淨空氣載氣，它發生的氣溶膠濃度高，能夠發生達到設計目標濃度的氣溶膠粒子，滿足高效空氣過濾器的測試要求。
文檔編號B01J13/04GK201283287SQ20082012255
公開日2009年8月5日 申請日期2008年9月18日 優先權日2008年9月18日
發明者劉志軍, 王國雲, 王智超 申請人:中國建築科學研究院