单分散气溶胶发生器及气溶胶制备系统的制作方法

1.本实用新型属于气溶胶制备技术领域，具体涉及一种单分散气溶胶发生器及气溶胶制备系统。


背景技术：

2.近年来，国内对于大气重金属分析仪的需求非常旺盛，与此同时，金属粒子气溶胶制备系统作为大气重金属分析仪的配套质控设备也拥有较旺盛的市场需求。
3.现有的气溶胶制备系统所制备的气溶胶粒径范围大，无法得到严格意义的单分散气溶胶(一般指颗粒的尺寸分布方差小于15％，颗粒大小基本一致的为单分散气溶胶)，对分析仪器的结果影响较大，不便于分析仪器对气溶胶的化学物理特性研究和分析仪器维护校准。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种单分散气溶胶发生器及气溶胶制备系统，旨在解决现有的气溶胶制备系统所制备的气溶胶粒径范围大，对分析仪器的结果影响较大，不便于分析仪器对气溶胶的化学物理特性研究和分析仪器维护校准的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
6.在第一方面，本实用新型提供一种单分散气溶胶发生器，包括：雾化室，具有衔接设置的雾化入口、雾化腔和雾化出口，所述雾化腔的内壁为圆柱形；雾化喷嘴，设于所述雾化入口，且出口端朝向所述雾化腔，所述雾化喷嘴具有气体入口和溶液入口；碰撞风扇，设于所述雾化腔内，所述碰撞风扇旋转时形成的转动平面垂直于所述雾化入口和所述雾化出口的连线方向，所述碰撞风扇的边缘与所述雾化腔的内壁形成间隙；以及电机，与所述碰撞风扇传动连接。
7.在一种可能的实现方式中，所述碰撞风扇包括：支架，设于所述雾化腔内；旋转轴，沿所述雾化入口和所述雾化出口的连线方向设于所述支架，所述电机与所述旋转轴传动连接；以及多个叶片，均布环绕设于所述旋转轴。
8.在一种可能的实现方式中，所述叶片上开设有多个贯穿自身厚度的气流过孔。
9.在一种可能的实现方式中，所述叶片为螺旋形，多个所述叶片在垂直于所述雾化入口和所述雾化出口的连线方向的平面上的投影呈圆形。
10.在一种可能的实现方式中，所述碰撞风扇旋转时形成的气流方向朝向所述雾化入口。
11.在一种可能的实现方式中，所述单分散气溶胶发生器还包括设于所述雾化出口的引流气泵，所述引流气泵用于从所述雾化腔内抽气。
12.在一种可能的实现方式中，所述电机为变频电机。
13.在一种可能的实现方式中，所述雾化喷嘴具有贯穿的气体通道，以及液体通道，所述气体通道一端与所述雾化腔连通，另一端形成所述气体入口，所述液体通道的一端与所
述气体通道连通，另一端形成所述溶液入口。
14.本实用新型使用时雾化喷嘴连通高压气体管路和标准溶液管路，利用高压气体经过时产生的负压带动标准溶液从雾化喷嘴喷出，形成分散在雾化腔内的液滴。通过在雾化腔内设置碰撞风扇，雾化喷嘴喷出的液滴颗粒与转动的碰撞风扇接触，液滴颗粒进一步细化形成更细微、更均匀的气溶胶，由此制备的单分散气溶胶粒径分布范围小，能够降低对分析仪器的干扰，提高分析仪器结果的准确性，方便分析仪器检测和维护校准。
15.在第二方面，本实用新型提供一种气溶胶制备系统，包括：如上述任一实现方式所述的单分散气溶胶发生器；高压气泵，与所述气体入口连接；溶液罐，与所述溶液入口连接；干燥箱，一端与所述雾化出口连接；以及粒径筛选装置，与所述干燥箱另一端连接。
16.在一种可能的实现方式中，所述气溶胶制备系统还包括设于所述高压气泵和所述气体入口之间的气体过滤装置。
17.在一种可能的实现方式中，所述干燥箱内设有扩散干燥管，所述扩散干燥管连接于所述雾化出口和所述粒径筛选装置之间。
18.本实用新型提供的气溶胶制备系统，能够制备粒径分布范围小的单分散气溶胶，便于分析仪器对气溶胶的化学物理特性研究和分析仪器维护校准，有利于提高分析结果的准确性。
附图说明
19.图1为本实用新型一实施例单分散气溶胶发生器的结构示意图；
20.图2为图1中a-a方向的剖视图；
21.图3为本实用新型一实施例中雾化喷头的结构示意图；
22.图4为本实用新型另一实施例中碰撞风扇的结构示意图；
23.图5为本实用新型一实施例气溶胶制备系统的工艺原理图。
24.附图标记说明：
25.1、单分散气溶胶发生器
26.10、雾化室
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11、雾化入口
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12、雾化腔
27.13、雾化出口
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20、雾化喷嘴
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21、气体入口
28.22、溶液入口
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23、第一进气道
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24、第二进气道
29.25、液体通道
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26、连通槽
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30、碰撞风扇
30.31、支架
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32、旋转轴
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33、叶片
31.331、气流过孔
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40、电机
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50、引流气泵
32.2、高压气泵
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3、溶液罐
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4、干燥箱
33.5、粒径筛选装置
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6、气体过滤装置
具体实施方式
34.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
35.需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“固定”、“固设”另一个元件，它可以直接
在另一个元件上或者也可以存在居中元件。当一个元件被认为是“连接于”、“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连通”时，它可以是直接与另一元件通过通道连通，也可以是通过其它元件、管路、阀门等间接与另一元件连通。当元件被称为“设置于”、“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中元件。“多个”指两个及以上数量。“至少一个”指一个及以上数量。“若干”指一个及以上数量。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
37.请一并参阅图1至图5，下面对本实用新型实施例提供的单分散气溶胶发生器1及气溶胶制备系统进行说明。
38.请参阅图1，在第一方面，本实用新型实施例提供一种单分散气溶胶发生器1，包括：雾化室10，具有衔接设置的雾化入口11、雾化腔12和雾化出口 13，雾化腔12的内壁为圆柱形；雾化喷嘴20，设于雾化入口11，且出口端朝向雾化腔12，雾化喷嘴20具有气体入口21和溶液入口22；碰撞风扇30，设于雾化腔12内，碰撞风扇30旋转时形成的转动平面垂直于雾化入口11和雾化出口13的连线方向，碰撞风扇30的边缘与雾化腔12的内壁形成间隙；以及电机40，与碰撞风扇30传动连接。
39.本实用新型实施例中雾化室10为中空的腔室结构，雾化室10的一端开设有用于与雾化喷嘴20连接的雾化入口11，另一端开设有雾化出口13。碰撞风扇30设置在雾化腔12内，在电机40的驱动下进行转动。雾化腔12具有圆柱形的内壁，且雾化腔12的内壁与碰撞风扇30的边缘形成的间隙控制在3mm以内，能够防止液滴颗粒从碰撞风扇30边缘和雾化腔12之间的缝隙逃出，迫使液滴颗粒必须与碰撞风扇30接触，从而形成粒径均匀、细微的气溶胶后从雾化出口13排出。电机40可以设置在雾化腔12内，也可以设置在雾化腔12外，电机40可以通过齿轮、皮带等结构形式与碰撞风扇30传动连接。
40.本实用新型实施例使用时雾化喷嘴20连通高压气体管路和标准溶液管路，利用高压气体经过时产生的负压带动标准溶液从雾化喷嘴20喷出，形成分散在雾化腔12内的液滴颗粒。通过在雾化腔12内设置碰撞风扇30，雾化喷嘴20 喷出的液滴颗粒与转动的碰撞风扇30接触，液滴颗粒进一步细化形成更细微、更均匀的气溶胶，由此制备的单分散气溶胶粒径分布范围小，能够降低对分析仪器的干扰，提高分析仪器结果的准确性，方便分析仪器检测和维护校准。
41.需要说明的是，高压气体管路通入的气体可以是零级空气，相较于普通空气，杂质含量几乎为零，能够减小或者消除空气中的杂质对气溶胶的影响，提高后续检测分析的准确性。
42.请参阅图1，在一些可能的实施例中，碰撞风扇30包括：支架31，设于雾化腔12内；旋转轴32，沿雾化入口11和雾化出口13的连线方向设于支架31，电机40与旋转轴32传动连接；以及多个叶片33，均布环绕设于旋转轴32。
43.本实施例中支架31可通过螺钉、卡扣、胶粘等方式固定在雾化腔12内，旋转轴32和叶片33设置在支架31邻近雾化入口11的一侧，电机40设置在支架31邻近雾化出口13的一侧，电机40的输出轴和旋转轴32之间可通过螺钉、花键、胶粘等方式传动连接。
44.请参阅图1和图2，在一些可能的实施例中，叶片33上开设有多个贯穿自身厚度的
气流过孔331，通过设置气流过孔331，避免液滴颗粒被叶片33阻挡并附着在叶片33上。在叶片33旋转时，通过气流过孔331的大粒径液滴颗粒即便没有与叶片33碰撞也会在高速气流的作用下破碎成更细微的颗粒。
45.本实施例对气流过孔331的形状不做限制，气流过孔331具体可以是圆形、方形、三角形等。
46.请参阅图1和图2，在一些可能的实施例中，叶片33为螺旋形，多个叶片 33在垂直于雾化入口11和雾化出口13的连线方向的平面上的投影呈圆形。
47.本实施例中叶片33为螺旋形，且螺旋形的叶片33沿旋转轴32的轴向设置，由于叶片33长度较长，且多个叶片33投影成圆形，当液滴颗粒从雾化入口11 流向雾化出口13时，能够提高叶片33与液滴颗粒的碰撞几率，有助于形成粒径均匀一致的单分散气溶胶。
48.需要说明的是，除上述实施例中记载的形状外，叶片33还可以是其他形状。具体的，请参阅图4，在另一实施例中，碰撞风扇30的叶片33为板状且倾斜于旋转轴32的轴线设置。在经过旋转的叶片33时，大粒径的液滴颗粒与叶片 33碰撞分散或收到高速气流的切割而分散，从而形成粒径均匀一致的单分散气溶胶。
49.请参阅图1和图2，在一些可能的实施例中，碰撞风扇30旋转时形成的气流方向朝向雾化入口11。
50.碰撞风扇30旋转时会产生气流，本实施例中气流方向朝向雾化入口11，能够将液滴颗粒向其流动路径的反方向吹动，从而起到阻滞效果，延长液滴颗粒在雾化腔12内的停留时间，能够提高叶片33与液滴颗粒的碰撞几率，有助于形成粒径均匀一致的单分散气溶胶。例如，当图2中螺旋叶片33的旋向为右旋、顺时针转动时形成的气流方向朝向雾化入口11。
51.请参阅图1，在一些可能的实施例中，单分散气溶胶发生器1还包括设于雾化出口13的引流气泵50，引流气泵50用于从雾化腔12内抽气。
52.本实施例中引流气泵50能够辅助将雾化腔12内的液滴颗粒抽出，避免碰撞风扇30转速过高使液滴颗粒从雾化出口13被反向抽吸进入雾化腔12内，保证液滴颗粒能够顺利从雾化出口13流出。当然，由于雾化入口11会通入高压气体，当液滴颗粒能够在高压气体的作用下自动向雾化出口13流动时，引流气泵50可以停止运行或取消安装。
53.请参阅图2，在一些可能的实施例中，电机40为变频电机40。变频电机 40的转速可调，转速越大则叶片33与液滴颗粒碰撞时粉碎效果越好，方便根据不同的需求制备不同粒径等级的气溶胶。
54.如图3所示，箭头指示为气体和溶液的流动方向。在一些可能的实施例中，雾化喷嘴20具有贯穿的气体通道，以及液体通道25，气体通道一端与雾化腔连通，另一端形成气体入口21，液体通道25的一端与气体通道连通，另一端形成溶液入口22。
55.在一个具体的实施例中，气体通道包括衔接设置的第一进气道23和第二进气道24，第一进气道23的内径大于第二进气道24的内径，第一进气道23用于与高压气体管路连通，第二进气道24与雾化腔12连通形成雾化喷嘴20的出口端。液体通道25一端用于与标准溶液管路连通，另一端与第二进气道24连通。
56.工作时，高压空气经由第一进气道23进入雾化喷嘴20，由于第二进气道 24的横截面积小于第一进气道23，高压空气进入第二进气道24后流速进一步变大，高速的气流将液
体通道25内的液体带出并切割成不同大小的液滴颗粒进入雾化腔12内，再经碰撞风扇30进一步粉碎使液滴颗粒均匀一致。第二进气道24朝向雾化腔12的出口为渐扩的锥形口，方便液滴颗粒快速扩散至雾化腔 12内。
57.请参阅图3，在一些可能的实施例中，液体通道25的数量有多个，多个液体通道25环绕第一进气道23设置，雾化喷嘴20具有与多个液体通道25远离第二进气道24的一端均连通的连通槽26，连通槽26成环形，连通槽26与外界的标准溶液管路相连通。通过设置多个液体通道25，能够提高气溶胶的制备速度。
58.请参阅图5，在第二方面，本实用新型实施例还提供一种气溶胶制备系统，包括：如上述任一实施例中的单分散气溶胶发生器1；高压气泵2，与气体入口 21连接；溶液罐3，与溶液入口22连接；干燥箱4，一端与雾化出口13连接；以及粒径筛选装置5，与干燥箱4另一端连接。
59.本实用新型提供的气溶胶制备系统，能够制备粒径分布范围小的单分散气溶胶，便于分析仪器对气溶胶的化学物理特性研究和分析仪器维护校准，有利于提高分析结果的准确性。
60.使用时，将高压气泵2和气体入口21通过气体软管连通，将溶液罐3和溶液入口22通过液体软管连通，溶液罐3内存储有含有溶质的标准溶液，在单分散气溶胶发生器1的雾化室10内形成单分散气溶胶。单分散气溶胶发生器1 产生的气溶胶具有较大的湿度，干燥箱4内设置有干燥剂或具有干燥剂的干燥袋，能够对经过的气溶胶进行干燥处理，干燥后的气溶胶经过粒径筛选装置5 筛选后进入分析仪进行分析检测。
61.在实际使用时，通过改变溶质及其对应的溶剂，可产生不同成分的气溶胶。例如醋酸锌的水溶液可用于生成固态气溶胶，用于校准重金属分析器。
62.请参阅图5，在一些可能的实施例中，气溶胶制备系统还包括设于高压气泵2和气体入口21之间的气体过滤装置6。气体过滤装置6用于对灰尘等杂质等进行过滤，防止杂质进入雾化室10内。本实施例对气体过滤装置6的结果不作限制，其可以采用滤网、滤纸、活性炭等作为过滤吸附材料。
63.请参阅图5，在一些可能的实施例中，干燥箱4内设有扩散干燥管，扩散干燥管连接于雾化出口13和粒径筛选装置5之间。本实施例采用扩散干燥管对气溶胶进行干燥处理，避免了传统干燥方法中气溶胶与干燥剂的碰撞损失，具有仅除去水分而不影响气溶胶成分及浓度的优点。
64.需要说明的是，除上述组成结构外，气溶胶制备系统还可根据需要设置缓冲瓶、气体流量控制器、静电中和器、控制器等零部件。
65.可以理解的是，上述实施例中的各部分可以进行自由地组合或删减以形成不同的组合实施例，在此不再赘述各个组合实施例的具体内容，在此说明之后，可以认为本实用新型说明书已经记载了各个组合实施例，能够支持不同的组合实施例。
66.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。