内放入一定数量的颗粒粉末，对其稍加平整；调整好减速电机5的转速，一般30rpm或60rpm即可满足要求；在均压管8的气体入口安装空气净化单元7，如滤筒或高效过滤器，以防止通过接料器3进入真空发生器真空端的非纯净气体污染弥散的气溶胶；运行时，先开启真空发生器4的入口上游阀门，使压缩空气开始进入真空发生器4，其真空端27则随之开始产生负压；通过控制给料器步进电机9的转速设定给料速率，而后干粉颗粒由精密定量粉末给料器I以稳定的速率送入压力平衡单元2。保证给料器未启动的情况下，开启减速电机5驱动压力平衡单元的阀芯18开始转动；启动给料器1，在给料器稳定给料后，干粉颗粒便开始连续经由压力平衡单元2进入接料器3，最后随补给气体进入真空发生器4完成弥散。图5给出了不同给料速率下，采用扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS)测得的标称初始粒径为15nm的1102弥散结果，由图可知弥散的颗粒近似为对数正态分布，并随给料速率的增加，分布的中值粒径有小幅增大，而图6所示的分布的总数浓度则与给料速率近似为正比函数关系，这表明通过调整给料速率(控制给料器步进电机转速)可以实现弥散颗粒浓度的可控性，浓度可以方便地达到SMPS等粒径检测技术的上限以上。图6中“采样I”(靠上的拟合线)与“采样2”(靠下的拟合线)是对同一气溶胶样本在不同时间的采样结果，“采样I”先于“采样2”220s，而“采样I”在颗粒弥散后的30s内进行，以消减纳米颗粒的布朗凝并效应。
[0020]如图2a和图2b所示，本发明精密定量粉末给料器的实施方案为:
给料器I由电机9及带有操作面板的控制器、剩料容器10、分料器11、聚四氟乙烯垫片12及螺纹盖13等组成。其中可编程控制步进电机9及分料器11是给料器的核心部分。电机9通过分料器11的长轴带动分料器进行转动(按图2所示螺旋肋片应为逆时针转动)。电机上安装分料器长轴的轴座上配有弹簧，当给料器装配完毕时，由于弹簧的推力，分料器会被弹簧以一定的推力挤向聚四氟乙烯垫片12。颗粒干粉剩于分料器上表面之上的剩料容器10，分料器在其锥面边缘设有一个豁口，粉末正是通过该豁口受重力落入垫片与分料器肋片之间的空间，随后由于螺旋肋片的转动，这部分粉末将在肋片靠近轴心一侧的工作面的刮擦下慢慢靠近垫片中心。给料速率越高，分料器11的转速就越高，粉末靠近垫片中心的速度就越快。因为垫片中心开有直径为加勺通孔，被驱赶的粉末与垫片中心的距离小于j/i时则最终落入通孔而进入压力平衡单元2，给料器I由此通过分料器11的连续匀速转动完成向压力平衡单元2的精密定量给料。
[0021]如图3a和图3b所示，本发明压力平衡单元的实施方案为:
压力平衡单元2用于隔绝真空发生器4的真空端27在接料器3内部产生的负压，以保证给料器I在恒定的压力(一般为常压)下正常工作，同时保证连续给料的稳定。压力平衡单元2由阀芯18、阀芯旋转轴22、阀体17、上下法兰20、15及聚四氟乙烯填料16、19组成，完整装配时，通过上下法兰将填料紧压在阀芯上，填料16、19与阀芯球面之间的接触面闭合时即为密封状态。减速电机轴与阀芯旋转轴22通过联轴器6连接。减速电机的转动将带动旋转轴22转动，旋转轴22的转动则带动阀芯18做绕旋转轴22轴线的圆周转动。显然，阀芯转动过程中，总能保证阀芯球面与填料16、19至少有一个密封面，从而隔绝接料器内由真空发生器产生的负压。其中，最核心的部件是阀芯18，而阀芯18的最大特点是在与旋转轴22垂直的方向上开有一个用于暂存颗粒粉末的圆柱型盲孔21。压力平衡单元2的阀芯随减速电机5做均匀同轴转动，阀芯上特设有用于剩料的圆柱型盲孔21，当阀芯上的盲孔正对着给料器物料出口时，已由给料器送出的颗粒粉末受重力作用而落入阀芯盲孔21 ;随后，阀芯随电机5继续转动，当盲孔21恰好对准平衡单元正下方的出口时，阀芯盲孔21内的这部分颗粒便完成在压力平衡单元2的中转传输，随接料器3内的补给气流一起进入真空发生器4，最终完成从粉状颗粒到气溶胶的弥散；与此同时，阀芯18随电机5继续转动，在盲孔21重新正对压力平衡单元2上方的给料器出口时，从上次盲孔接料结束至该时刻这段时间内由给料器输出的颗粒将落入盲孔21，于是重复上述过程，开始新一轮的给料与弥散。图7a和图7b给出了给料器与压力平衡单元同时运行进行协同给料时的给料特性曲线，由图可知，所述协同给料具有很稳定的给料速率，并且适用于不同材料和初始粒径的颗粒，适用性较强。
[0022]如图4a、图4b和图4c所示，真空发生器喷射弥散颗粒的【具体实施方式】如下:
真空发生器4由内置的Venturi喷嘴23、二级喷嘴25及真空端/真空腔27 (常压空气入口)三部分组成，其中还包括一个压缩空气入口 28及出口 26。压缩空气进入真空发生器的内置Venturi喷嘴23，由于气流速度迅速升高至接近音速，动能急剧增大的同时势能随之迅速减小，便在真空发生器的真空腔产生一个较大负压。由于真空腔通过真空端27与常压环境相连，则在此负压的驱动下，常压气体将通过真空端被吸入真空腔27。在本发明中，真空端27与接料器3相连，除了常压纯净空气，通过压力平衡单元2中转的颗粒粉末，将随由过滤器7过滤获得的纯净补给气体一并被吸入真空腔。由于Venturi喷嘴23的出口气流较大，真空腔27内的颗粒干粉将在其冲击下进入二级喷嘴25完成进一步的喷射弥散。
[0023]本发明方法通过上述关键环节的紧密配合实现颗粒干粉喷射弥散的连续进行及其浓度可控。
【主权项】
1.一种微米及纳米干粉颗粒的连续喷射弥散方法，其特征在于:该方法是在真空发生器的真空端由远及近依次装有精密定量粉末给料器、压力平衡单元及带有均压补气入口的接料器；其中，真空发生器负责颗粒的喷射弥散；精密定量给料器用于精确控制给料速率；压力平衡单元用于保证给料器能够在压力相对稳定的环境下进行精确定量给料；压力平衡单元中阀芯的旋转中心轴通过联轴器与减速电机连接，减速电机由此驱动压力平衡单元的阀芯，通过调整电机转速满足不同给料速率与不同材料的颗粒的中转；从压力平衡单元传入的干粉颗粒在接料器中与纯净补给气体混合后在真空端负压的作用下被吸入真空发生器进行喷射弥散；具体是: 给料器中的干粉颗粒在匀速旋转的分料器的刮扫下以相对稳定的速率落入给料器垫片圆形出口而进入压力平衡单元；真空发生器在接料器内部产生的负压由压力平衡单元进行隔绝，保证给料器在基本恒定的压力下正常工作；压力平衡单元的阀芯随减速电机做均匀同轴转动，阀芯上设有用于剩料的圆柱型盲孔，当阀芯上的盲孔正对着给料器物料出口时，已由给料器送出的干粉颗粒受重力作用而落入阀芯盲孔；随后，阀芯随电机继续转动，当盲孔恰好对准平衡单元正下方的出口时，干粉颗粒便完成在压力平衡单元中的传输，随接料器内补气气流一起进入真空发生器，最终完成从粉状颗粒到气溶胶的弥散；与此同时，阀芯随电机继续转动，在盲孔重新到达压力平衡单元上方的给料器出口时，从上次盲孔接料结束至此刻这段时间内由给料器送出的颗粒将落入盲孔，于是开始新一轮的给料与弥散过程，由此实现喷射弥散的连续进行。
2.根据权利要求1所述的一种微米及纳米干粉颗粒的连续喷射弥散方法，其特征在于:所述的颗粒为微米及纳米级干粉金属、非金属氧化物、无机盐及有机物颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种微米及纳米干粉颗粒的连续喷射弥散方法，其特征在于:所述的真空发生器其内置文丘里喷嘴标称直径为0.5~2mm，入口压力0.1-1MPa0
4.根据权利要求1所述的一种微米及纳米干粉颗粒的连续喷射弥散方法，其特征在于:所述的给料器出口直径即出口垫片圆通孔直径D% 10_-15_，给料器电机转速可调。
5.根据权利要求1所述的一种微米及纳米干粉颗粒的连续喷射弥散方法，其特征在于:所述的压力平衡单元由阀芯、阀芯旋转轴、阀体、上下法兰及聚四氟乙烯填料组成；其中阀芯在与旋转轴垂直的方向上开有一个用于暂存干粉颗粒的盲孔，盲孔直径12_~18_，盲孔直径深度10mm~20mm ;压力平衡单元通过上下法兰将填料紧压在阀芯上，填料与阀芯球面之间的接触面闭合时即为密封状态；减速电机轴与阀芯旋转轴通过联轴器连接；减速电机的转动将带动旋转轴转动，旋转轴的转动则带动阀芯做绕圈旋转轴轴线的圆周转动；阀芯材料为不锈钢等高硬度耐磨材料。
6.根据权利要求1所述的一种微米及纳米干粉颗粒的连续喷射弥散方法，其特征在于:所述的接料器入口直径与压力平衡单元阀门盲孔直径相当，为1.0??1.2?，接料器出口直径与真空发生器真空端入口直径化匹配，为1.0 Dv?1.2化，接料器入口中心横截面附近沿其外壁面一周开有3-8个补气孔，补气孔直径约为0.2iM).8Λ由均压管连接各补气孔。
【专利摘要】本发明涉及一种微米及纳米干粉颗粒的连续喷射弥散方法。本发明中的真空发生器负责颗粒的喷射弥散；精密定量给料器用于精确控制给料速率；压力平衡单元用于保证给料器能够在压力相对稳定的环境下进行精确定量给料；压力平衡单元中阀芯的旋转中心轴通过联轴器与减速电机连接，减速电机由此驱动压力平衡单元的阀芯，通过调整电机转速满足不同给料速率与不同材料的颗粒的中转；从压力平衡单元传入的干粉颗粒在接料器中与纯净补给气体混合后在真空端负压的作用下被吸入真空发生器进行喷射弥散。本发明适用性较强，调整弥散颗粒的总浓度只需调整给料器电机转速，进而改变分料器的转速，喷射弥散控制非常便捷。
【IPC分类】B65G53-40, B65G53-66
【公开号】CN104692128
【申请号】CN201510079020
【发明人】凃程旭, 林建忠, 杜鹏飞, 张力, 张沫, 廖金泽
【申请人】中国计量学院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月14日