CN113786935B - 一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统，包括纳米颗粒大量捕集机构、荷电机构、粒径筛分机构和颗粒物喷发机构。本发明可以实现对含有不同粒径颗粒物的外界空气通过旋风分离系统、荷电装置及高压电场进行粒径筛分捕集，并将不同粒径的纳米级颗粒物均匀悬浮于盛有专用溶剂的贮液瓶中储存备用，也可通过高压气泵产生高速气流，通过减压阀、输送管路经不同粒径颗粒物贮液瓶携卷贮液至喷嘴高速喷出，从而向目标环境中输送所需粒径不同流量、不同浓度颗粒物的气溶胶，可用于大气污染及个体防护过滤性能研究，以及气溶胶吸入剂的药理学毒理学研究，对于促进职业卫生、环境治理、应急救援等领域的基础及应用研究具有重要意义。

Description

一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统

技术领域

本发明涉及职业卫生、环境治理、应急救援技术领域，特别涉及一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统。

背景技术

环境空气中颗粒物是大气中存在的各种固态和液态颗粒物的总称，其粒径范围由0.1到100微米，是空气中最重要的污染物之一；各种颗粒状物质均匀分散在空气中构成了一个相对稳定的庞大的悬浮体系即气溶胶体系。其中由于细颗粒物更易进入人体，在环境中滞留时间更长，以及吸附的重金属和有毒有害物质较多，因此对人体的危害也更大。大量的研究表明，可吸入颗粒物浓度的增加与疾病的发病率、死亡率密切相关，尤其是呼吸系统疾病及心肺疾病。

随着可吸入颗粒物及气溶胶相关防治措施研究的不断深入，以及大气污染日益严重、满足疫情防控治理需求，对实验用纳米级颗粒物的要求也不断提高，不仅要求颗粒物的粒度大小和均匀性，还需要高效性、稳定性，这就要求颗粒物的捕集、筛分、发生都需要达到更高水平。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统，以用于纳米级可吸入颗粒物气溶胶的防治措施高效性评测，以及各类吸入性药剂治疗的生理性毒理性研究，进而为纳米级可吸入颗粒物治理、个体防护装备评测、药剂改良等提供科学指导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统，包括纳米颗粒大量捕集机构、荷电机构、粒径筛分机构和颗粒物喷发机构；

所述纳米颗粒大量捕集机构包括旋风分离器和负压风机；

所述荷电机构包括空气压缩机、高效过滤器、密闭混合室和电晕探针；

所述粒径筛分机构包括高压电场、多个灰斗和盛有不同粒径的颗粒物专用溶剂的贮液瓶；

所述颗粒物喷发机构包括高压气泵、输送管、减压阀、流量控制计、总开关阀和喷嘴，所述高压气泵用于产生高压气流，所述减压阀用于降压至合适压力以保持输送管内压力稳定，所述流量控制计用于监测、调控流量至所需气溶胶流量。

优选的，所述高压电场和密闭混合室之间设置有输料管，所述高压电场内部设置有正极板和负极板，所述正极板接地，所述负极板打孔并与灰斗相连通，用于收集不同粒径颗粒，所述高压电场的内部设置有两个隔板，两个所述隔板的一侧分别开设有流通孔。

优选的，所述隔板的一侧设置有移动板，所述移动板的一侧设置有刷毛，所述刷毛与隔板贴合设置，所述移动板的顶端设置有活动杆，所述隔板的一侧设置有定位机构。

优选的，所述定位机构包括固定板，所述固定板的一侧与隔板的一侧固定连接，所述固定板的顶端开设有活动孔，所述活动杆活动穿插设置于活动孔的内部，所述活动杆的外壁开设有外螺纹槽，所述活动孔的内壁开设有内螺纹槽，所述内螺纹槽的外壁和外螺纹槽的外壁螺纹连接，所述活动杆转动连接于移动板的顶端。

优选的，所述密闭混合室和高压电场的末端之间设置有回流管，所述回流管的内部设置有单向阀，所述高效过滤器的输出端与回流管的内部相连通。

优选的，所述输送管的中部设置有三通，所述流量控制计设置于三通和贮液瓶之间，所述总开关阀设置于输送管和喷嘴之间，所述喷嘴和贮液瓶之间设置有连通管。

优选的，所述贮液瓶的底端设置有搅拌器，所述搅拌器的搅拌轴设置于贮液瓶内部的底端。

优选的，所述喷嘴的端部套设有密封盖，所述喷嘴的外壁固定套接有定位环，所述定位环的一侧开设有两个插孔，所述密封盖的一侧固定连接有两个插杆，所述插杆活动穿插连接于插孔的内部。

优选的，所述插孔的内壁贴设有橡胶套，所述插杆活动穿插连接于橡胶套的内壁，所述插杆的外壁设置有凸起。

优选的，所述纳米级颗粒大量捕集机构中的旋风分离器为内置高转速离心叶轮的高效动态旋风分离器，所述荷电机构中的电晕探针放出单级正离子。

本发明的技术效果和优点：

(1)本发明中纳米级颗粒大量捕集装置中为旋风分离器为内置高转速离心叶轮的高效动态旋风分离器，对1微米以上的分离效率达99％，可有效将纳米级颗粒物与1微米以上颗粒物分离；

(2)本发明中荷电装置中使用空气压缩机产生高速气流，经高效过滤器过滤后成为高速洁净射流，经释放单级正离子的电晕探针后成为单级正离子射流，在密闭混合室中与所捕集到的纳米级颗粒流碰撞混合，从而使不同粒径的纳米级颗粒荷电，其中颗粒粒径越大荷电量越大；

(3)本发明中在粒径筛分装置中设置高压电场对不同粒径颗粒物进行精准筛分并分别贮存于对应的贮液瓶中，贮液瓶中盛有不同粒径的颗粒物专用溶剂，贮液瓶底部连接搅拌器，使筛分后的颗粒物均匀悬浮于溶剂中；

(4)本发明中在颗粒物喷发装置中设置流量控制计控制贮存瓶输出的含均匀悬浮特定粒径颗粒物的贮液流量，设置减压阀控制气流压力，可向目标环境中喷射、输送不同流量、不同浓度、不同流速的稳定气溶胶流，既可用于个体呼吸防护装备客观评测实验系统构建，也可用于大气污染环境治理模拟以及气溶胶吸入剂的药理学毒理学研究。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图2为本发明图1的A处局部放大结构示意图。

图3为本发明高压电场结构示意图。

图4为本发明移动板剖视结构示意图。

图5为本发明密封盖结构示意图。

图6为本发明密封盖剖视结构示意图。

图7为本发明图6的B处局部放大结构示意图。

图中：1、旋风分离器；2、负压风机；3、密闭混合室；4、电晕探针；5、空气压缩机；6、高效过滤器；7、单向阀；8、高压电场；9、灰斗；10、贮液瓶；11、流量控制计；12、三通；13、搅拌器；14、高压气泵；15、减压阀；16、总开关阀；17、喷嘴；18、输料管；19、回流管；20、隔板；21、移动板；22、刷毛；23、活动杆；24、连通管；25、固定板；26、活动孔；27、内螺纹槽；28、外螺纹槽；29、输送管；30、密封盖；31、定位环；32、插杆；33、插孔；34、橡胶套；35、凸起。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1-7所示的一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统，包括纳米颗粒大量捕集机构、荷电机构、粒径筛分机构和颗粒物喷发机构；

纳米颗粒大量捕集机构包括旋风分离器1和负压风机2，纳米级颗粒大量捕集机构中的旋风分离器1为内置高转速离心叶轮的高效动态旋风分离器，可有效将微米级颗粒与纳米级颗粒分离，控制进入系统的颗粒粒径在纳米级别；

荷电机构包括空气压缩机5、高效过滤器6、密闭混合室3和电晕探针4，荷电机构中的电晕探针4放出单级正离子，空气压缩机5产生高速气流，经高效过滤器6过滤后成为高速洁净射流，经释放单级正离子的电晕探针4后成为单级正离子射流，在密闭混合室3中与所捕集到的纳米级颗粒流碰撞混合，使各粒径纳米颗粒荷正电，并且粒径越大荷电量越高，形成的荷正电纳米颗粒流经输料管18进入高压电场8；

粒径筛分机构包括高压电场8、多个灰斗9和盛有不同粒径的颗粒物专用溶剂的贮液瓶10，高压电场8和密闭混合室3之间设置有输料管18，高压电场8内部设置有正极板和负极板，正极板接地，负极板打孔并与灰斗9相连通，用于收集不同粒径颗粒，高压电场8的内部设置有两个隔板20，两个隔板20的一侧分别开设有流通孔，通过负极板的吸引力，使得带有不带电量的颗粒物会穿过不同孔径的流通孔，并通过负极板上开设有的孔进入灰斗9中，进入灰斗9中的颗粒物会进入贮液瓶10中，与贮液瓶10中的溶剂接触进行保存；

隔板20的一侧设置有移动板21，移动板21的一侧设置有刷毛22，刷毛22与隔板20贴合设置，移动板21的顶端设置有活动杆23，隔板20的一侧设置有定位机构，在系统工作完毕后，通过移动板21移动带动刷毛22移动，进而将一些卡在流通孔中的颗粒物清除，避免影响系统下一次使用；

定位机构包括固定板25，固定板25的一侧与隔板20的一侧固定连接，固定板25的顶端开设有活动孔26，活动杆23活动穿插设置于活动孔26的内部，活动杆23的外壁开设有外螺纹槽28，活动孔26的内壁开设有内螺纹槽27，内螺纹槽27的外壁和外螺纹槽28的外壁螺纹连接，活动杆23转动连接于移动板21的顶端，活动杆23的外壁只有一部分开设有外螺纹槽28，在外螺纹槽28和内螺纹槽27的配合下，使得活动杆23定位，进而使得移动板21定位，不影响高压电场8的使用；

密闭混合室3和高压电场8的末端之间设置有回流管19，回流管19的内部设置有单向阀7，高效过滤器6的输出端与回流管19的内部相连通，进入密闭混合室3内的高速洁净射流有部分直接进入高压电场8中，这部分射流贯穿高压电场8进入回流管19中，并通过单向阀7再次流通至密闭混合室3中进行使用；

颗粒物喷发机构包括高压气泵14、输送管29、减压阀15、流量控制计11、总开关阀16和喷嘴17，高压气泵14用于产生高压气流，减压阀15用于降压至合适压力以保持输送管29内压力稳定，流量控制计11用于监测、调控流量至所需气溶胶流量，高压气泵14产生高速气流，通过输送管29和减压阀15，将不同贮液瓶10内的不同粒径颗粒物通过喷嘴17喷出进行使用，调节流量控制计11及减压阀15可调节颗粒流流量、浓度，从而可在目标环境中喷射、输送不同流量、不同浓度和不同粒径的稳定纳米级颗粒流；

输送管29的中部设置有三通12，流量控制计11设置于三通12和贮液瓶10之间，总开关阀16设置于输送管29和喷嘴17之间，喷嘴17和贮液瓶10之间设置有连通管24，连通管24可将喷嘴17中未喷出的颗粒流回流至贮液瓶10中，避免浪费；

贮液瓶10的底端设置有搅拌器13，搅拌器13的搅拌轴设置于贮液瓶10内部的底端，搅拌器13可以使得颗粒进行贮液瓶10后，可以均匀的悬浮在贮液瓶10内的溶液中；

喷嘴17的端部套设有密封盖30，通过密封盖30在喷嘴17不使用时对喷嘴17的喷口处进行防护，避免灰尘堆积在喷口处影响下一次喷嘴17的使用，喷嘴17的外壁固定套接有定位环31，定位环31的一侧开设有两个插孔33，密封盖30的一侧固定连接有两个插杆32，插杆32活动穿插连接于插孔33的内部，通过插杆32插进插孔33中对密封盖30进行定位；

插孔33的内壁贴设有橡胶套34，插杆32活动穿插连接于橡胶套34的内壁，插杆32的外壁设置有凸起35，当凸起35随着插杆32插入橡胶套34内，凸起35会挤压橡胶套34，使得橡胶套34变形，从而插杆32在不受其他外力时，不会自动与橡胶套34分离，提高了密封盖30使用的稳定性。

本发明工作原理：

利用旋风分离器1在工业粉尘现场捕集大量颗粒物，这些颗粒物在负压风机2的作用下被吹进密闭混合室3中，同时空气压缩机5工作，空气压缩机5产生高速气流，经过高效过滤器6过滤后成为高速洁净射流，当高速洁净射流接触电晕探针4后，电晕探针4释放出单级正离子，使得高速洁净射流变成单级正离子射流，在密闭混合室3中与所捕集到的纳米级颗粒流碰撞混合，从而使得不同粒径的纳米级颗粒荷电，荷电的纳米级颗粒通过输料管18进入高压电场8后，由于粒径越大的纳米颗粒荷电量越大，从而使得其在高压电场8中所受负极板的静电引力也越大，从而利用负极板上所开设的孔进入灰斗9中，进而使得不同粒径的颗粒进入不同的贮液瓶10中，通过贮液瓶10底端的搅拌器13工作，使得颗粒物可以均匀的悬浮于贮液瓶10内的溶剂中，当需要使用颗粒物时，通过高压气泵14工作，使得贮液瓶10内的溶液通过流量控制计11和三通12进入输送管29中，溶液从输送管29流至总开关阀16并进入喷嘴17里，并通过喷嘴17喷出进行使用。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统，其特征在于，包括纳米颗粒大量捕集机构、荷电机构、粒径筛分机构和颗粒物喷发机构；

所述纳米颗粒大量捕集机构包括旋风分离器(1)和负压风机(2)；

所述荷电机构包括空气压缩机(5)、高效过滤器(6)、密闭混合室(3)和电晕探针(4)；

所述粒径筛分机构包括高压电场(8)、多个灰斗(9)和盛有不同粒径的颗粒物专用溶剂的贮液瓶(10)，所述贮液瓶(10)的底端设置有搅拌器(13)，所述搅拌器(13)的搅拌轴设置于贮液瓶(10)内部的底端；

所述颗粒物喷发机构包括高压气泵(14)、输送管(29)、减压阀(15)、流量控制计(11)、总开关阀(16)和喷嘴(17)，所述高压气泵(14)用于产生高压气流，所述减压阀(15)用于降压至合适压力以保持输送管(29)内压力稳定，所述流量控制计(11)用于监测、调控流量至所需气溶胶流量。

2.根据权利要求1所述的一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统，其特征在于，所述高压电场(8)和密闭混合室(3)之间设置有输料管(18)，所述高压电场(8)内部设置有正极板和负极板，所述正极板接地，所述负极板打孔并与灰斗(9)相连通，用于收集不同粒径颗粒，所述高压电场(8)的内部设置有两个隔板(20)，两个所述隔板(20)的一侧分别开设有流通孔。

3.根据权利要求2所述的一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统，其特征在于，所述隔板(20)的一侧设置有移动板(21)，所述移动板(21)的一侧设置有刷毛(22)，所述刷毛(22)与隔板(20)贴合设置，所述移动板(21)的顶端设置有活动杆(23)，所述隔板(20)的一侧设置有定位机构。

4.根据权利要求3所述的一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统，其特征在于，所述定位机构包括固定板(25)，所述固定板(25)的一侧与隔板(20)的一侧固定连接，所述固定板(25)的顶端开设有活动孔(26)，所述活动杆(23)活动穿插设置于活动孔(26)的内部，所述活动杆(23)的外壁开设有外螺纹槽(28)，所述活动孔(26)的内壁开设有内螺纹槽(27)，所述内螺纹槽(27)的外壁和外螺纹槽(28)的外壁螺纹连接，所述活动杆(23)转动连接于移动板(21)的顶端。

5.根据权利要求1所述的一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统，其特征在于，所述密闭混合室(3)和高压电场(8)的末端之间设置有回流管(19)，所述回流管(19)的内部设置有单向阀(7)，所述高效过滤器(6)的输出端与回流管(19)的内部相连通。

6.根据权利要求1所述的一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统，其特征在于，所述输送管(29)的中部设置有三通(12)，所述流量控制计(11)设置于三通(12)和贮液瓶(10)之间，所述总开关阀(16)设置于输送管(29)和喷嘴(17)之间，所述喷嘴(17)和贮液瓶(10)之间设置有连通管(24)。

7.根据权利要求1所述的一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统，其特征在于，所述喷嘴(17)的端部套设有密封盖(30)，所述喷嘴(17)的外壁固定套接有定位环(31)，所述定位环(31)的一侧开设有两个插孔(33)，所述密封盖(30)的一侧固定连接有两个插杆(32)，所述插杆(32)活动穿插连接于插孔(33)的内部。

8.根据权利要求7所述的一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统，其特征在于，所述插孔(33)的内壁贴设有橡胶套(34)，所述插杆(32)活动穿插连接于橡胶套(34)的内壁，所述插杆(32)的外壁设置有凸起(35)。

9.根据权利要求1所述的一种纳米级颗粒大量捕集、粒径筛分及发生系统，其特征在于，所述纳米级颗粒大量捕集机构中的旋风分离器(1)为内置高转速离心叶轮的高效动态旋风分离器，所述荷电机构中的电晕探针(4)放出单级正离子。

Images