微液滴生成装置和生成方法与流程

1.本发明涉及液体应用领域，具体涉及一种微液滴生成装置和生成方法。


背景技术：

2.液体物质可以通过各种方式应用，例如可以通过将液体形成微小的液滴的方式以增大液体的接触面积来应用到具体的场合。例如，在石油化工领域，通常需要对受限空间内的油气进行捕集、降低油气浓度，以避免浓度超标而形成爆炸环境，以及由此导致严重影响作业工人生命安全的问题。目前通常使用油气抑制剂来捕集油气、降低油气浓度。具体的，通过使油气抑制剂形成微液滴对油气进行包裹，进而减少受限空间内的油气浓度。其中，液滴粒径影响油气捕集效果，液滴粒径越小，对油气浓度的降低效果越好。目前，通常通过雾化装置生成液滴，产生的液滴粒径不一，且粒径较大，最终油气抑制效果不好。


技术实现要素：

3.本发明提供一种微液滴生成装置，该微液滴生成装置能够产生粒径更小的微液滴，以满足特定的应用，例如提高油气抑制效果。
4.本发明提供一种微液滴生成装置，其中，所述微液滴生成装置包括具有腔室的壳体、能够在所述腔室内产生液滴的液滴生成单元和用于使所述液滴生成单元产生的液滴破碎以形成微液滴的液滴破碎单元，所述壳体具有用于排出所述微液滴的出口。
5.优选地，所述液滴生成单元包括用于向所述腔室释放所述液滴的释放部，所述液滴破碎单元包括用于在所述释放部附近提供气流冲击的第一破碎部。
6.优选地，所述壳体具有位于所述腔室的一端的开口，所述第一破碎部包括液态介质源和连接所述开口与所述液态介质源的连接管，所述连接管的至少一部分的通流截面小于所述腔室的横截面，优选地，所述连接管具有用于使来自所述液态介质源的液态介质发生相变而汽化膨胀的管段，优选地，所述液态介质为液氮或液态二氧化碳，优选地，所述管段上设置有伴热带。
7.优选地，所述管段的横截面从所述开口沿远离所述开口的方向渐缩。
8.优选地，所述连接管具有连接所述管段的小端与所述液态介质源的连接段，所述连接段设置为横截面恒定，所述连接段上设置有第一流量计和/或第一阀门。
9.优选地，所述液滴破碎单元包括用于向所述腔室内提供振动的第二破碎部，优选地，所述第二破碎部为超声波发生器，优选地，所述开口和出口分别位于所述腔室的长度方向的两端，所述超声波发生器靠近所述出口设置。
10.优选地，所述液滴生成单元包括一端伸入所述壳体的腔室内的导管和设置在所述导管的伸入端的雾化喷嘴。
11.优选地，所述液滴生成单元包括多个所述雾化喷嘴，优选地，多个所述雾化喷嘴沿所述导管的延伸方向排列为多组。
12.优选地，所述液滴生成单元包括连接于所述导管的另一端的液体源，优选地，所述
导管上设置有第二流量计和/或第二阀门。
13.优选地，所述液滴生成单元包括用于对所述导管内的液体加压的加压部。
14.优选地，所述微液滴生成装置设置为通过所述出口排出粒径为100nm-20μm的微液滴，优选的，所述微液滴生成装置设置为通过所述出口排出粒径为100nm-5μm的微液滴。
15.本发明还提供一种微液滴生成方法，其中，所述微液滴生成方法包括：
16.s1、形成液滴，优选地，通过雾化喷嘴形成所述液滴，优选地，通过雾化喷嘴形成粒径为10μm-100μm的液滴；
17.s2、对所述液滴进行破碎以形成微液滴。
18.优选地，步骤s2包括：
19.s21、对所述液滴提供气流冲击，优选地，所述气流的流速为25-35m/s；和/或，
20.s22、对所述液滴施加超声波，优选地，所述超声波的频率为1.6mhz-2.5mhz。
21.优选地，步骤s2包括：
22.s21、对所述液滴实施气流冲击以形成微小液滴；
23.s22、对所述微小液滴施加超声波以形成微液滴。
24.优选地，所述微液滴的粒径为100nm-20μm，优选的，所述微液滴的粒径为100nm-5μm。
25.优选地，所述方法使用本发明的微液滴生成装置。
26.通过上述技术方案，由于通过液滴生成单元产生的液滴被液滴破碎单元进一步破碎，以减小粒径，从而能够形成粒径更加微小的微液滴，以便满足特定的微液滴应用。
附图说明
27.图1是本发明的一种实施方式的微液滴生成装置的结构示意图；
28.图2是本发明的方法的一种实施例获得的微液滴粒径分布图。
29.附图标记说明
30.10-壳体，11-出口，12-开口，20-液滴生成单元，21-导管，22-雾化喷嘴，23-液体源，24-第二流量计，25-第二阀门，26-加压部，30-液滴破碎单元，30a-第一破碎部，30b-超声波发生器，31-液态介质源，32-连接管，32a-管段，32b-连接段，33-第一流量计，34-第一阀门。
具体实施方式
31.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
32.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
33.根据本发明的一个方面，提供一种微液滴生成装置，其中，所述微液滴生成装置包括具有腔室的壳体10、能够在所述腔室内产生液滴的液滴生成单元20和用于使所述液滴生成单元20产生的液滴破碎以形成微液滴的液滴破碎单元30，所述壳体10具有用于排出所述微液滴的出口11。
34.由于通过液滴生成单元产生的液滴被液滴破碎单元进一步破碎，以减小粒径，从而能够形成粒径更加微小的微液滴，以便满足特定的微液滴应用。例如可以用于使油气抑制剂形成的微液滴，从而充分包裹油气，以提高油气抑制效果。
35.本发明中，液滴破碎单元30可以采用各种适当的形式，以使液滴生成单元20产生的液滴进一步破碎而降低粒径。
36.根据本发明的一种实施方式，可以对液滴生成单元20产生的液滴提供气流冲击，以通过气流高速撞击液滴而使其破碎为更小的粒径。为此，如图1所示，所述液滴生成单元20包括用于向所述腔室释放所述液滴的释放部，所述液滴破碎单元30可以包括用于在所述释放部附近提供气流冲击的第一破碎部30a。
37.其中，第一破碎部30a可以采用各种适当形式，只要能够在释放部附近对释放部释放的液滴提供气流冲击，以使液滴进一步破碎而减小粒径即可。例如，第一破碎部30a可以设置为在释放部附近提供高速气流，例如气流速度达到25-35m/s，从而冲击液滴使其破碎。
38.可以理解的，提供的气流一方面可以对液滴生成单元20产生的液滴提供气流冲击以使液滴破碎，另一方面可以携带液滴在腔室内混合、移动，从而形成均匀的气溶胶并从出口11排出。
39.具体的，如图1所示，所述壳体10具有位于所述腔室的一端的开口12，所述第一破碎部30a包括液态介质源31和连接所述开口12与所述液态介质源31的连接管32，所述连接管32的至少一部分的通流截面小于所述腔室的横截面。其中，液态介质源31内可以存储汽化温度较低的液态介质，例如所述液态介质为液氮或液态二氧化碳。由此，当液态介质从连接管32进入腔室时，由于经历了通流面积增大(即压力骤降)的过程而发生相变，极速汽化膨胀，产生高速气流以冲击释放部附近的液滴，使其粒径进一步减小。
40.为使液态介质在进入腔室时基本以气态存在，优选在连接管32内完成相变。为此，优选地，所述连接管32具有用于使来自所述液态介质源31的液态介质发生相变而汽化膨胀的管段32a。优选地，管段32a可以设置有伴热带(例如将伴热带设置在管段32a的内壁面和/或外壁面上)，以提供足够的热量让管段32a内的液态介质发生相变而汽化膨胀。管段32a可以为各种适当形式，只要能够促使液态介质在管段32a内发生相变即可，例如管段32a具有变截面。优选地，为便于制造且适应汽化的扩容要求，所述管段32a的横截面从所述开口12沿远离所述开口12的方向渐缩，例如管段32a的侧壁可以形成为截头锥筒形状。由此，液态介质在管段32a内朝向开口12流动的过程中逐渐扩容而稳定、迅速地全部汽化。
41.另外，为控制液态介质的供给，可以在连接管32上设置第一阀门34。并且，为监控液态介质的供给，可以在连接管32上设置第一流量计33。为便于设置第一阀门34、第一流量计33，连接管32可以具有横截面恒定的部分。优选地，所述连接管32具有连接所述管段32a的小端与所述液态介质源31的连接段32b，所述连接段32b设置为横截面恒定，所述连接段32b上设置有第一流量计33和/或第一阀门34。
42.其中，管段32a和连接段32b可以通过各种适当方式密封连接。为确保密封性和管体的刚度一致性，优选地，连接管32为一体件，例如通过铸造成型。
43.根据本发明的另一种实施方式，也可以通过对液滴生成单元20产生的液滴施加振动(例如超声波)来将其进一步破碎为微液滴。为此，所述液滴破碎单元30可以包括用于向所述腔室内提供振动的第二破碎部，优选地，第二破碎部为超声波发生器30b。其中，超声波
发生器30b所提供的超声波的频率可以根据所需的微液滴粒径设置，例如可以为超高频率(例如1.6mhz-2.5mhz)的超声波。
44.其中，为提高腔室的利用率，超声波发生器30b可以安装在壳体10的靠近出口11的位置的外围，以向壳体10提供向内传播的超声波。
45.作为最优选的实施方式，液滴破碎单元30可以包括第一破碎部30a和第二破碎部，以便对液滴生成单元20产生的液滴进行两次破碎，从而获得粒径更小的微液滴。其中，为充分利用第一破碎部30a的气流冲击，可以使其尽可能在整个腔室内实施气流冲击破碎。优选地，所述开口12和出口11分别位于所述腔室的长度方向的两端，所述超声波发生器30b靠近所述出口11设置。由此，第一破碎部30提供的高速气流能够在腔室的基本整个空间内冲击液滴，经过气流破碎的液滴在出口11处通过超声波被再次破碎并排出。也就是说，先通过第一破碎部30提供气流冲击对液滴进行一次破碎，再通过第二破碎部提供振动对一次破碎的液滴进行二次破碎。
46.本发明中，液滴生成单元20作为产生初始液滴的功能件，可以采用各种适当形式，例如可以包括喷射细小液滴的雾化喷嘴22。为提高腔室的利用率，液滴生成单元20可以仅将雾化喷嘴22设置在腔室内以形成所述释放部。为此，优选地，所述液滴生成单元20包括一端伸入所述壳体10的腔室内的导管21和设置在所述导管21的伸入端的雾化喷嘴22。可以理解的，为确保腔室的密封，导管21插入壳体10的位置具有密封措施，例如通过密封圈密封。由此，液体能够通过导管21引入腔室内并通过雾化喷嘴22形成液滴。
47.为了在腔室内均布液滴，所述液滴生成单元20可以包括多个所述雾化喷嘴22。更优选地，多个所述雾化喷嘴22可以沿所述导管21的延伸方向排列为多组。由于导管21的伸入部分在腔室内延伸，多组雾化喷嘴22可以沿导管21在伸入腔室的不同位置释放液滴，以在腔室内的不同位置分布液滴。优选地，导管21的伸入部分沿腔室的横截面延伸，各组雾化喷嘴22可以在腔室的横截面的不同位置释放液滴。为进一步均匀提供液滴，每组雾化喷嘴22在导管21的同一横截面沿周向均布。
48.此外，所述液滴生成单元20可以包括连接于所述导管21的另一端的液体源23，以提供形成液滴所需的液体，例如油气抑制剂。另外，为便于控制和/或监控液体的输送，优选地，所述导管22上可以设置有第二流量计24和/或第二阀门25。
49.为使雾化喷嘴22更容易形成液滴并使液滴的初始粒径更小，所述液滴生成单元20可以包括用于对所述导管21内的液体加压的加压部26。加压部26可以是各种适当形式，例如可以是对导管21内的液体提供加压流体(该流体应为不与液体反应的流体)的设备。优选地，加压部26可以是离心泵，以在无需引入加压流体的情况下使液体加压。
50.本发明中，可以根据需要调整各单元和功能部件的参数(例如提供的液态介质的流量、超声波的频率)，以获得所需粒径的微液滴。优选地，所述微液滴生成装置设置为通过所述出口11排出粒径为100nm-20μm的微液滴，更优选的，微液滴的粒径为100nm-5μm以适用于油气抑制剂。
51.根据本发明的另一方面，还提供一种微液滴生成方法，其中，所述微液滴生成方法包括：
52.s1、形成液滴；
53.s2、对所述液滴进行破碎以形成微液滴。
54.通过对液滴进行破碎，可以形成粒径更小的微液滴，以适用于特定的小粒径应用。例如可以用于使油气抑制剂形成的微液滴充分包裹油气，以提高油气抑制效果。
55.本发明中，可以通过各种适当方式形成液滴，例如通过雾化喷嘴来形成液滴。优选地，通过雾化喷嘴形成粒径为10μm-100μm的液滴。另外，对液滴的破碎可以通过各种适当方式进行。例如，可以通过气流冲击液滴以使其破碎，或者，可以通过振动液滴使其破碎。根据所需最终的微液滴的粒径，可以单独选择气流冲击或振动破碎，或者将两种破碎方式结合。也就是说，本发明的方法中，步骤s2可以包括：s21、对所述液滴提供气流冲击；和/或，s22、对所述液滴施加振动。
56.优选地，为达到最优破碎效果，步骤s2包括：s21、对所述液滴实施气流冲击以形成微小液滴；s22、对所述微小液滴施加振动以形成微液滴。也就是说，先通过气流冲击对液滴进行一次破碎，再通过振动对一次破碎的液滴进行二次破碎。
57.其中，根据所需的破碎效果，可以控制气流的参数(例如速度)和/或振动的频率。例如，为达到微米级的液滴粒径，可以提供流速达到25-35m/s的气流，和/或，施加高频(1.6mhz-2.5mhz)超声波。优选地，本发明中，所述微液滴的粒径为100nm-20μm，以适用于油气抑制剂。
58.可以理解的，提供的气流一方面可以对液滴生成单元20产生的液滴提供气流冲击以使液滴破碎，另一方面可以携带液滴混合、移动，从而形成均匀的气溶胶并定向输送。
59.其中，为提供气流冲击，可以采用各种适当方式，例如可以直接提供高速气流，或者通过液相转变为气相时的极速膨胀提供高速气流。
60.其中，上述步骤均可以在封闭的腔室内进行，一方面有利于液滴的进一步破碎，另一方面便于液滴和气流的充分混合。
61.优选地，本发明的方法使用本发明的微液滴生成装置。
62.下面参考附图说明使用本发明的微液滴生成装置生成微液滴的方法。
63.其中，如图1所示，微液滴生成装置包括第一破碎部30a和第二破碎部，第二破碎部为超声波发生器30b，第一破碎部30a包括存储有液氮的液态介质源31和具有锥状的管段32a(锥角可以为10
°‑
30
°
，两端管径分别为0.5cm和2cm)的连接管32。连接管32上设置有第一流量计33和第一阀门34。壳体10的出口11和开口12分别位于圆筒状腔室的长度方向的两端，导管21从靠近开口12的位置横向地插入腔室中。导管21上设置有作为加压部26的离心泵、第二流量计24和第二阀门25。以液体源23中存储油气抑制剂为例进行说明。
64.使用时，首先打开第二阀门25并打开离心泵，以通过导管21提供油气抑制剂，并使油气抑制剂通过雾化喷嘴22将油气抑制剂的液滴释放到腔室内。然后打开第一阀门34，以通过连接管32提供液氮，并使液氮在进入腔室时发生相变而汽化膨胀，从而对释放到腔室内的油气抑制剂的液滴提供气流冲击，使得油气抑制剂的液滴破碎，并使破碎的液滴朝向出口11移动。当破碎的液滴移动至出口11附近的超声波发生器30b时，在超声波发生器30b提供的超声波振动作用下，经气流冲击破碎的液滴进一步发生破碎，以获得所需粒径的微液滴并从出口11排出。
65.其中，为获得100nm-20μm粒径的微液滴，形成的初始液滴的粒径为100μm以下的微米级液滴，第一破碎部30a提供的气流的流速可以为25-35m/s，第二破碎部提供的超声波的频率可以为1.6mhz-2.5mhz。
66.具体的，为提供流速为25-35m/s的气流，液氮的流量可以为0.03l/s-0.1l/s，油气抑制剂的流量可以为1l/h-10l/h，超声波发生器30b所产生的超声波的频率为1.6mhz-2.5mhz。如单独使用第一粉碎单元30a，在获得相同粒径微液滴的情况下，液氮的流量可以为0.05l/s-0.1l/s，油气抑制剂的流量可以为1l/h-5l/h。如单独使用第二粉碎单元，在获得相同粒径微液滴的情况下，油气抑制剂的流量可以为1l/h-3l/h，超声波发生器30b所产生的超声波的频率为2mhz-2.5mhz。
67.下面以具体实施例说明上述操作。
68.形成的初始液滴的粒径为10μm-100μm，液氮流量为0.1l/s，油气抑制剂的流量为5l/h，超声波发生器30b所产生的超声波的频率为2.0mhz，最终获得的微液滴的粒径分布如图2所示。从粒径分布可知，5μm以下的微液滴占有较大比例，更适用于油气抑制剂的使用。
69.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。本发明包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。