专利名称：单分散气溶胶发生器的制作方法
技术领域：
本发明提供一种单分散气溶胶发生器，它涉及过滤器/滤料效率测试台中气 溶胶发生器，特别是高效空气过滤器性能检测试验台中的气溶胶发生器。
(二)
背景技术：
气溶胶发生器是过滤器/滤料性能检测试验台中必不可少的装置。研究一种 新的过滤器性能试验方法，首要解决的问题是测试气溶胶的稳定发生问题，也 就是有一种气溶胶发生器能够发生满足测试要求的气溶胶粒子。目前，我国高 效空气过滤器性能测试方法是钠焰法和油雾法，其气溶胶发生装置结构复杂， 占地庞大，适应范围窄，只适应于上述两种测试方法。但是，当今国际上高效 过滤器性能测试方法主流方法为粒子计数法，近期开展的《高效空气过滤器性 能试验方法》国标修订中，拟采用的技术路线为粒子计数法，因此需要研制出 满足测试要求的气溶胶发生器。适用于粒子计数法测试高效过滤器的气溶胶发 生器的研制，在我国为空白。随着高效过滤器性能的提高，对测试气溶胶的要
求也日趋严格， 一般情况下，要求测试气溶胶的平均直径在0.1-0.3^m之间， 分散度越小越好，最好为单分散气溶胶，同时要求发生的气溶胶粒子浓度足够 咼。
国外市场上的气溶胶发生器种类较多，但都是为具体的应用场合而开发设 计的，如气溶胶测试仪器的标定、过滤器的测试等等。适用于高效空气过滤器 效率测试的气溶胶发生器各国的产品也差别很大，这是由于不同国家标准对发 生的测试气溶胶的参数要求不一样。 一般说来，国外市场上的气溶胶发生器主 要分为多分散气溶胶发生器和单分散气溶胶发生器两大类。其中多分散气溶胶 发生器具有结构相对简单、操作方便、发生粒子浓度较高等优点，但是其单分 散性较差，发生小粒径粒子(O.lpm左右)变得很困难；而单分散气溶胶发生 器往往是发生的气溶胶浓度较低，结构复杂，调节不方便。为此，参照我国《高 效空气过滤器性能试验方法》国家标准修订对气溶胶发生部分的要求，研制出 结构较为简单，操作方便的单分散气溶胶发生器。
发明内容
本发明的目的是提供一种单分散气溶胶发生器，它能够发生粒径范围为 0.1-lpm的单分散气溶胶粒子，浓度大于1(^粒/cm3 ，并且通过调节发生参数 可以方便的调节和控制发生气溶胶粒子的粒径和浓度。旨在为用粒子计数法测 试高效空气过滤器性能而提供一种气溶胶发生器。
本发明的一种单分散气溶胶发生器，是利用"云形成"原理而研制的，也 就是让蒸汽包裹在凝结核上而形成气溶胶颗粒。它由四部分组成l)发生凝结 核源部分；2)发生蒸汽部分；3)气溶胶形成部分；4)装置控制、调节部分。 顺着气溶胶形成过程，发生凝结核源部分，发生蒸汽部分和气溶胶形成部分依 次串联而成；装置控制、调节部分与发生蒸汽部分和气溶胶形成部分连接。下 面分别阐述四部分组成及实现的功能。
1) 发生凝结核源部分该部分由压力表1、喷雾器2和干燥管3串联而成， 该压力表1连于喷雾器2的前端，用来测量与控制管路喷雾压力的大小，该喷 雾器2用洁净压縮空气喷雾氯化钠溶液形成细小雾滴，主要用来喷雾发生液态 的气溶胶颗粒，其中的喷嘴是其关键部分，喷嘴结构图见附图2a和2b所示， 其主体为一根中空黄铜管，管底端用黄铜堵严，管四周开有对称的4个圆孔与 管内径相通。黄铜管底端带有一圆台，..t面对称地开有四个圆孔。
其喷雾原理和结构特性在下面阐述。在喷雾器2中压縮空气通过喷嘴喷雾 质量浓度为2%氯化钠溶液，形成的细小雾滴进入装有硅胶的干燥管3，干燥后 形成氯化钠结晶粒子，作为凝结核源。
2) 发生蒸汽部分该部分为一个加热温度可控可调的电加热器7，内盛有 DOS (癸二酸二辛脂)液体，通过设定加热温度值加热DOS液体，挥发出来的 DOS蒸汽由载气流携带出来，然后与另一股含有氯化钠凝结核的气流混合，一 并进入再热器8再热，再热温度为摄氏200度。
3) 气溶胶形成部分再热器8出来的氯化钠凝结核和DOS蒸汽以及载气 三者的混合物在置于室温中的竖向放置的玻璃管9中冷凝，从而冷凝形成气溶 胶粒子，玻璃管长500mm,内径25mm。
4) 装置控制、调节部分该部分由流量调节阀5a、 5b、显示流量值的玻 璃转子流量计4a、 4b、 4c、分别控制加热器7和再热器8的温度控制仪10a、 10b以及供应电源11构成，通过调节不同玻璃转子流量计4a、 4b、 4c的大小 以及加热器7、再热器8的加热温度，可以方便的调节发生气溶胶的浓度和粒 径的大小。其中过滤器6用来过滤旁通管路的氯化钠颗粒。通过调节调节阀5a
从而控制进入过滤器6所在的旁通管路气体量，进而控制进入加热器7的氯化 钠颗粒浓度。
所述的单分散气溶胶发生器，其喷雾器喷嘴是其关键的部件之一,喷嘴的结
构图见附图2a和图2b所示。喷雾时喷嘴浸没在液体里面,让压縮空气以很高的 速度从小孔口喷出，碰撞在液体表面，对于某些液体来说，比如DOS、玉米油或 矿物油，由于空气射流的搅动，在液体中产生了微小气泡的浓泡沫，当这些气 泡在液体表面炸裂时，形成大量的液态气溶胶颗粒。喷嘴的结构特性(喷射小 孔的尺寸大小，几何结构等)是影响发生气溶胶粒度特征(如粒径大小，分散 度等)的主要因素。实验表明，喷嘴的结构特性一旦确定，其喷雾发生的气溶 胶粒度特征也相应确定；而喷雾压力是影响发生气溶胶浓度的主要因素。本单 分散气溶胶发生器设计目标为发生粒径为O.l-lpm，浓度高达1(f粒/cmS的单分 散气溶胶粒子。本发明设计的喷嘴能在较低的喷雾压力(200kpa)下,喷雾发生 高浓度(高达l(^粒/cm3)的粒径为0.1-^m的单分散气溶胶粒子，达到设计要 求。
所述的单分散气溶胶发生器，其冷凝管9是其关键的部件之一。该冷凝管 为专门研制，材料为普通玻璃，形状为中空玻璃管；通过试验确定了其长度及 内径的参数。该冷凝管9是最终单分散气溶胶粒子形成的场所。冷凝管9的管 长和管径对气溶胶粒子的形成有着重要的影响，本发明通过实验确定了这两个 参数的最优值，分别是500mm和25mm。
本发明的技术方案，除能发生满足测试要求的气溶胶粒子外，还具有以下 优点
1. 本单分散气溶胶发生器的喷雾压力较低，不超过300kpa，这一方面 使得洁净载气源容易获得，另一方面对装置的承压要求不高，从而 简化的装置的结构。
2. 本单分散气溶胶发生器的载气源为洁净空气，而不像国外类似的发 生器都需要以氮气作为载气源。因为发生器要求发生粒径较小的气 溶胶粒子，试验表明，加热器7加热温度较低的范围内(80-110°C) 能发生设计目标粒径的气溶胶粒子。而在该温度范围下，DOS不会 和空气中的氧气发生化学反应，因此不需要氮气这种惰性气体作为 载气源。为此，用一般的真空泵就能提供洁净空气载气，也进一步 简化的发生器的配置要求。
3. 本单分散气溶胶发生器的加热温度较低。试验表明加热器7加热温 度较低的范围内(80-110°C)就能发生设计目标粒径要求的气溶胶 粒子，而温度较高的话反而不能达到设计目标要求。因此，较低的 加热温度也使得加热器的保温不必作的复杂。 4. 本单分散气溶胶发生器发生的气溶胶浓度高，高达10l立/cm3。试验 表明，喷雾压力是影响最终发生气溶胶浓度的主要因素。通过试验 探索了较低的喷雾压力(200kpa)下能够发生达到设计目标浓度的 气溶胶粒子，满足高效空气过滤器的测试要求。
(四)
图l本发明的整体结构示意图
图2a本发明喷雾器中的关键部件"喷嘴"的结构示意图 图2b图2a中的A-A剖视图
图中标号及符号说明如下
1.压力表2.喷雾器 3.干燥管 4a、 4b、 4c流量计 5a、 5b调节阀 6.过滤器 7.加热器 8.再热器
9.冷凝管 10a、 10b温度控制仪11.电源
(五)
具体实施例方式
请见图l所示，本发明一种单分散气溶胶发生器，是利用"云形成"原理 而研制的，也就是让蒸汽包裹在凝结核上而形成气溶胶颗粒。它由四部分组成: 1)发生凝结核源部分；2)发生蒸汽部分；3)气溶胶形成部分；4)装置控制、 调节部分。顺着气溶胶形成过程，发生凝结核源部分，发生蒸汽部分和气溶胶 形成部分依次串联而成；装置控制、调节部分与发生蒸汽部分和气溶胶形成部 分连接。下面分别阐述四部分组成及实现的功能。
1)发生凝结核源部分该部分由压力表1、喷雾器2和干燥管3串联而成， 压力表1用来测量喷雾压力的大小，喷雾器2主要用来喷雾发生液态的气溶胶
颗粒，喷嘴是其关键部分，喷嘴结构详图见附图2a和2b，其喷雾原理和结构 特性在下面阐述。在喷雾器2中压缩空气通过喷嘴喷雾质量浓度为2%氯化钠 溶液，形成的细小雾滴进入装有硅胶的干燥管3，干燥后形成氯化钠结晶粒子， 作为凝结核源。
2) 发生蒸汽部分该部分为一个加热温度可控可调的电加热器7，内盛有
DOS (癸二酸二辛脂)液体，通过设定加热温度值加热DOS液体，挥发出来的 DOS蒸汽由载气流携带出来，然后与另一股含有氯化钠凝结核的气流混合，一 并进入再热器8再热，再热温度为摄氏200度。
3) 气溶胶形成部分再热器8出来的氯化钠凝结核和DOS蒸汽以及载气 三者的混合物在置于室温中的竖向放置的玻璃管9中冷凝，从而冷凝形成气溶 胶粒子，玻璃管长500mm，内径25mm。
4) 装置控制、调节部分该部分由流量调节阀5a、 5b、显示流量值的玻 璃转子流量计4a、 4b、 4c、分别控制加热器7和再热器8的温度控制仪10a、 10b以及供应电源等构成，通过调节不同玻璃转子流量计4a、 4b、 4c的大小以 及加热器7、再热器8的加热温度，可以方便的调节发生气溶胶的浓度和粒径 的大小。
所述的单分散气溶胶发生器，其喷雾器喷嘴是其关键的部件之一,喷嘴的形 状构造图见附图2a和图2b所示,其主体为一根外径为1 0 mm的中空黄铜管 (内径6. 5mm)，管底端用黄铜堵严，管四周开有对称的4个1 . 0 1 mm 的圆孔与管内径相通。黄铜管底端带有一圆台，...l二面对称地开有四个孔径为2 . 0 3的圆孔。喷雾时喷嘴浸没在液体里面,让压縮空气以很高的速度从小孔口喷 出，碰撞在液体表面，对于某些液体来说，比如DOS、玉米油或矿物油，由于空 气射流的搅动，在液体中产生了微小气泡的浓泡沫，当这些气泡在液体表面炸 裂时，形成大量的液态气溶胶颗粒。喷嘴的结构特性(喷射小孔的尺寸大小， 几何结构等)是影响发生气溶胶粒度特征(如粒径大小，分散度等)的主要因 素。实验表明，喷嘴的结构特性一旦确定，其喷雾发生的气溶胶粒度特征也相 应确定；而喷雾压力是影响发生气溶胶浓度的主要因素。本单分散气溶胶发生 器设计目标为发生粒径为O.l-lpm，浓度高达10l立/cm3的单分散气溶胶粒子。 本发明设计的喷嘴能在较低的喷雾压力(200kpa)下,喷雾发生高浓度(高达106 粒/cm3)的粒径为0.1-l(im的单分散气溶胶粒子，达到设计要求。
所述的单分散气溶胶发生器，其冷凝管9是其关键的部件之一。该冷凝管 为专门研制，材料为普通玻璃，形状为中空玻璃管；通过试验确定了其参数 长度5 0 Omm.内径2 5mm。该冷凝管9是最终单分散气溶胶粒子形成的 场所。冷凝管9的管长和管径对气溶胶粒子的形成有着重要的影响，本发明通 过实验确定了这两个参数的最优值，分别是500mm和25mm。
权利要求
1.一种单分散气溶胶发生器，其特征在于它由四部分组成1)发生凝结核源部分，2)发生蒸汽部分，3)气溶胶形成部分，4)装置控制、调节部分；顺着气溶胶形成过程，发生凝结核源部分，发生蒸汽部分和气溶胶形成部分依次串联而成；装置控制、调节部分与发生蒸汽部分和气溶胶形成部分连接；1)发生凝结核源部分该部分由压力表、喷雾器和干燥管串联而成，该压力表连于喷雾器的前端，用来测量与控制管路喷雾压力的大小，该喷雾器用洁净压缩空气喷雾氯化钠溶液形成细小雾滴，主要用来喷雾发生液态的气溶胶颗粒；在喷雾器中压缩空气通过喷嘴喷雾质量浓度为2％氯化钠溶液，形成的细小雾滴进入装有硅胶的干燥管，干燥后形成氯化钠结晶粒子，作为凝结核源；2)发生蒸汽部分该部分为一个加热温度可控可调的电加热器7，内盛有DOS即癸二酸二辛脂液体，通过设定加热温度值加热该DOS液体，挥发出来的DOS蒸汽由载气流携带出来，然后与另一股含有氯化钠凝结核的气流混合，一并进入再热器再热；3)气溶胶形成部分再热器出来的氯化钠凝结核和DOS蒸汽以及载气三者的混合物在置于室温中的竖向放置的玻璃管中冷凝，从而冷凝形成气溶胶粒子；4)装置控制、调节部分该部分由流量调节阀、显示流量值的玻璃转子流量计分别控制加热器和再热器的温度控制仪以及供应电源构成，通过调节不同玻璃转子流量计的大小以及加热器、再热器的加热温度，可以方便的调节发生气溶胶的浓度和粒径的大小；其中过滤器用来过滤旁通管路的氯化钠颗粒，通过调节调节阀从而控制进入过滤器所在的旁通管路气体量，进而控制进入加热器7的氯化钠颗粒浓度；该冷凝管材料为普通玻璃，形状为中空玻璃管；通过试验确定了其长度及内径的参数，分别是500mm和25mm。
2. 根据权利要求1所述的单分散气溶胶发生器，其特征在于发生凝结核 源部分中的喷雾器,其中的关键部件喷嘴为一中空黄铜管，管底端用黄铜堵严， 管四周开有对称的4个圆孔与管内径相通，黄铜管底端带有一圆台，上面对称 地开有四个圆孔。
3. 根据权利要求l所述的单分散气溶胶发生器，其特征在于发生蒸汽部 分所述的一并进入再热器再热，其再热温度为摄氏200度。
4. 根据权利要求1所述的单分散气溶胶发生器，其特征在于气溶胶形成部分所述的玻璃管，其管长500mm，内径25mm。
5. 根据权利要求1所述的单分散气溶胶发生器，其特征在于所述冷凝管 为一玻璃管，其上端连接至再热器，下端为气溶胶出口，冷凝管是气溶胶最终 形成的地方。
全文摘要
本发明提供一种单分散气溶胶发生器，是利用“云形成”原理而研制的，也就是让蒸汽包裹在凝结核上而形成气溶胶颗粒。它由1)发生凝结核源部分，2)发生蒸汽部分，3)气溶胶形成部分，4)装置控制、调节部分组成；顺着气溶胶形成过程，发生凝结核源部分，发生蒸汽部分和气溶胶形成部分依次串联而成；装置控制、调节部分与发生蒸汽部分和气溶胶形成部分连接；它喷雾压力较低，使得洁净载气源容易获得，对装置的承压要求不高，从而简化装置结构，用一般的真空泵就能提供洁净空气载气，它发生的气溶胶浓度高，能够发生达到设计目标浓度的气溶胶粒子，满足高效空气过滤器的测试要求。
文档编号B01J13/04GK101352661SQ200810222609
公开日2009年1月28日 申请日期2008年9月18日 优先权日2008年9月18日
发明者刘志军, 王国云, 王智超 申请人:中国建筑科学研究院