一种在气态中分散微量固体或气溶胶的生成系统、生成方法和应用与流程

1.本发明属于环境气溶胶的技术领域，具体地说，涉及一种可溶盐类的气溶胶生成技术。


背景技术：

2.目前，很多技术领域在生产及测试等应用场合都需要考虑气体中气溶胶的影响，例如装置设备的耐候性测试、生物制药和医疗环境等方面，实验室中需要采取人工方式生成提供预想条件的气体及其气溶胶。
3.在燃料电池领域，随着海上、港口等的车船应用燃料电池日益增加，其电堆阴极空气面临与陆地条件差异很大的盐类气溶胶影响。研究所需的测试条件下，需要的气溶胶流量一般很小，并且需要方便地控制成分比例，气溶胶生成的装置体积也需要尽量减小。
4.目前有许多技术针对各种应用场合提供气溶胶。常用方法有：鼓泡、破波和飞瀑法。其中破波发和飞瀑法模拟海浪撞击的效果形成飞沫，生成气溶胶，但是体积大、效率较低。鼓泡法形成飞沫快，体积小，但是气溶胶参数调控项和变化范围相对比较小。


技术实现要素：

5.针对上述存在的问题，本发明公开一种用于气溶胶生成的系统，该系统具有流量和含量可以在较大范围内可以调控的特点，有利于稳定提供特定气溶胶，也有利于提供快速变化的气溶胶气体混合物。特别是针对燃料电池，包括单片测试和成品电堆应用场合，具有良好的适应性。
6.本发明采用如下技术方案：
7.一种在气态中分散微量固体或气溶胶的生成系统由雾化室、回流室、清洗泵、雾化泵、混合室和之间的连接部件组成；雾化室与回流室上部通过多孔板相连，中部由回流通道相连；在雾化室的下方设有雾化泵，雾化室与回流室之间设有洗液管，在洗液管上设有清洗泵。
8.更为具体地，所述雾化室由雾化室外壳及其部件组成。除沫器将雾化室的内部分隔成雾化室上室和雾化室下室。雾化室上室与雾化室下室之间设有液位计。
9.雾化室上室由多孔板连接到回流室，再经过回流通道连接到雾化室下室；雾化室上室内部设有雾化室清洗喷头及雾化室压力表。
10.雾化室下室内部储存雾化原液，在雾化室下室下方设置温度传感器、加热器、搅拌器，雾化喷头和补液口位于液面上方。
11.进一步的，在雾化室的底部具有液体连接管，该液体连接管设成三个支路，分别是雾化管、排液管和洗液管。洗液管分别与雾化室清洗喷头和回流室清洗喷头连接。雾化室清洗阀连接雾化室清洗喷头，回流室清洗阀连接回流室清洗喷头。雾化管与雾化喷头连接，在雾化管上设有雾化泵。
12.进一步的，所述回流室由回流室外壳及其部件组成。混合室位于回流室内部的上方，在混合室上方具有回流室清洗喷头，在回流室外壳上设有回流室压力表，回流室上还有补气口。所述回流风道位于回流室底部，回流风道内部设有流量计及回流风机；混合室外壳与多孔板连接，使混合室压接在多孔板上；混合室外壳与多孔板之间设有滑阀。所述混合室还具有平衡膜。
13.进一步的，所述滑阀遮挡其中一部分多孔板循环孔使其作为多孔板输出输入孔，由滑阀滑动控制多孔板循环孔的开启与关闭状态。
14.更进一步的，所述多孔板可以采用细长管组装，细长管的内径形成板孔。
15.更进一步的，所述的混合室可采用水平方式或垂直方式设置在回流室内。
16.进一步的，混合室外壳上设有目标气输入口和混合气输出口，混合室外壳连接混合室压力表。在混合室底部设有混合室回流管使混合室与回流室相通，在混合室回流管上设有混合室回流阀。
17.本发明另一个目的是请求保护上述系统用于气态中分散微量固体或气溶胶生成的方法：
18.回流风机通过回流风道将回流室中的气体增压送入雾化室下室，将雾化喷头产生的雾滴与气体混合，经过除沫器除沫，进入雾化室上室稳定，经多孔板分配循环至回流室、部分雾化的气体通过开启状态多孔板输出孔输出到目标气中作为对目标气的添加，完成整体循环；
19.运行系统后，装置内壁产生气溶胶类物质挂壁和沉积，采用清洗泵输送雾化液体，通过雾化室清洗阀和雾化室清洗喷头，清洗雾化室和多孔板。
20.滑阀与回流风机共同形成连续的输出流量，该输出流量为混合室输出流量的1
‑
20倍。
21.本发明第三个目的是请求保护上述系统在燃料电池领域上的应用，特别是单片测试和成品电堆领域的应用。
附图说明
22.图1，系统基本结构图；
23.图2，多孔板结构原理示意图；
24.图3，混合室结构俯视示意图。
25.10、雾化室，11、雾化室上室，12、除沫器，13、补液口，14、雾化室下室，15、雾化原液，16、液位计，17、温度传感器，18、加热器，
26.21、洗液管，22、清洗泵，23、排液口，24、排液阀，25、雾化泵，26、雾化管，27、搅拌器，28、雾化喷头，
27.31，回流口，32、流量计，33、回流风道，34、回流风机，35、回流室外壳，36、回流室，37、混合室回料管，38、混合室回流阀，
28.41、混合气输出口，42、混合室压力表，43、混合室外壳，44、混合室，441、内平衡膜，442、外平衡膜，443、支撑架，45、补气口，46、回流室清洗喷头，47、回流室清洗阀，48、目标气输入口，49、回流室压力表，51、滑阀，52、多孔板，521、多孔板循环孔，522、开启状态多孔板输出孔，523、关闭状态多孔板输出孔，53、雾化室清洗阀，54、雾化室清洗喷头，55、雾化室压
力表。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.本发明采用定压差和多孔限流方式，均衡各孔道流量，选取其中的少量孔道流体作为输出，混入目标气体中，从而实现了对生成的气溶胶进行微量、连续可调的配制。其流量分配稳定的基本原理是，在特定温度和压力下，气体流量变化时，管道中阻力上升是高次方，相反地，管道两端压力差变化引起的流量变化是低阶变化，采用的细孔使得压力变化时流量变化相对不敏感，这提高了流量在各细孔中的分布稳定性，不必要求流体输送风机具有高的风压稳定性，有效降低成本，提高了系统的可靠性和实用性。
31.本发明提供的系统具有体积小，便于移动以及和应用条件匹配，能够降低成本等优势。
32.本发明提供的系统和方法可以满足微小需求气溶胶应用场景，在该场景下先使用大流量生成流体，仅使用其中的一部分进入目标气体中，因此能够对气溶胶最小发生量之下的需求量提供分流，并且不产生浪费，不产生流体过剩排放的污染，方法简便、可控、易行。
具体实施方式
33.下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。为表述方便，所述压力表代表机械压力表和压力传感器，所述阀代表机械手动阀和电控阀或气控阀。所述温度传感器可以采用热电偶。
34.实施例1
35.一种在气态中分散微量固体或气溶胶的生成系统，由雾化室10、回流室36、清洗泵22、雾化泵25、混合室44和之间的连接部件组成；雾化室10与回流室36上部通过多孔板52相连，中部由回流通道33相连；在雾化室10的下方设有雾化泵25，雾化室10与回流室36之间设有洗液管21，在洗液管21上设有清洗泵22。
36.其中，所述雾化室10由雾化室外壳及其部件组成。除沫器12将雾化室10的内部分隔成雾化室上室11和雾化室下室14。雾化室上室11与雾化室下室14之间设有液位计16。
37.雾化室上室11由多孔板52连接到回流室36，再经过回流通道33连接到雾化室下室14；雾化室上室11内部设有雾化室清洗喷头54及雾化室压力表55。
38.雾化室下室14内部储存雾化原液15，使在雾化室下室14下方设置的温度传感器17、加热器18、搅拌器27均浸没于雾化原液15中，雾化喷头28和补液口13位于液面上方。
39.在雾化室10的底部具有液体连接管，该液体连接管设成三个支路，分别是雾化管26、排液管和洗液管21。
40.洗液管21分别与雾化室清洗喷头54和回流室清洗喷头46连接。雾化室清洗阀53连接雾化室清洗喷头54，回流室清洗阀47连接回流室清洗喷头46。雾化管26与雾化喷头28连接，在雾化管26上设有雾化泵25，雾化泵25输送雾化液，通过雾化喷头28产生喷雾。排液管上设有排液阀24，出口为排液口23。
41.所述回流室36由回流室外壳35及其部件组成。混合室44位于回流室36内部的上方，在混合室44上方具有回流室清洗喷头46，在回流室外壳35上设有回流室压力表49，回流
室36上还有补气口45。所述回流风道33位于回流室36底部，回流风道33内部设有流量计32及回流风机34。
42.混合室外壳43与多孔板52连接，使混合室44压接在多孔板上；混合室外壳43与多孔板52之间设有滑阀51。所述混合室44还具有平衡膜。其中，所述滑阀51遮挡其中一部分多孔板循环孔521使其作为多孔板输出输入孔522，由滑阀51滑动控制多孔板循环孔521的开启与关闭状态。所述多孔板循环孔521直径设置在0.5～2.0mm之间。
43.混合室外壳43上设有目标气输入口48和混合气输出口41，混合室外壳43连接混合室压力表42。在混合室44底部设有混合室回流管37使混合室44与回流室36相通，在混合室回流管37上设有混合室回流阀38。
44.实施例2
45.一种在气态中分散微量固体或气溶胶的生成系统，由雾化室10、回流室36、清洗泵22、雾化泵25、混合室44和之间的连接部件组成；雾化室10与回流室36上部通过多孔板52相连，中部由回流通道33相连；在雾化室10的下方设有雾化泵25，雾化室10与回流室36之间设有洗液管21，在洗液管21上设有清洗泵22。
46.其中，所述雾化室10由雾化室外壳及其部件组成。除沫器12将雾化室10的内部分隔成雾化室上室11和雾化室下室14。雾化室上室11与雾化室下室14之间设有液位计16。
47.雾化室上室11由多孔板52连接到回流室36，再经过回流通道33连接到雾化室下室14；雾化室上室11内部设有雾化室清洗喷头54及雾化室压力表55。
48.雾化室下室14内部有储存雾化原液15，在雾化室下室14下方设置的温度传感器17、加热器18、搅拌器27均浸没于雾化原液15中，雾化喷头28和补液口13位于液面上方。
49.在雾化室10的底部具有液体连接管，该液体连接管设成三个支路，分别是雾化管26、排液管和洗液管21。
50.洗液管21分别与雾化室清洗喷头54和回流室清洗喷头46连接。雾化室清洗阀53连接雾化室清洗喷头54，回流室清洗阀47连接回流室清洗喷头46。雾化管26与雾化喷头28连接，在雾化管26上设有雾化泵25，雾化泵25输送雾化液，通过雾化喷头28产生喷雾。排液管上设有排液阀24，出口为排液口23。
51.所述回流室36由回流室外壳35及其部件组成。混合室44位于回流室36内部的上方，在混合室44上方具有回流室清洗喷头46，在回流室外壳35上设有回流室压力表49，回流室36上还有补气口45。所述回流风道33位于回流室36底部，回流风道33内部设有流量计32及回流风机34。
52.混合室外壳43与多孔板52连接，使混合室44压接在多孔板上；混合室外壳43与多孔板52之间设有滑阀51。所述混合室44还具有平衡膜。
53.所述多孔板52为多排布局，多孔板52上均匀分布数个多孔板循环孔521，直径设置在0.5～2.0mm之间。混合室外壳43连接多孔板的其中一排多孔板循环孔521，用于目标气体的输出口，滑阀51压贴在这一排多孔板循环孔521上，通过滑动控制多孔板循环孔521的开启和关闭状态，即滑阀51未遮挡的一侧为开启状态多孔板输出孔522，滑阀51遮挡的一侧为关闭状态多孔板输出孔523。
54.平衡膜包括外平衡膜442和内平衡膜441，外平衡膜442边缘与混合室外壳43外表面密封，内平衡膜441与混合室外壳43的内表面密封，内平衡膜441与外平衡膜442相对设
置，内平衡膜441与外平衡膜442之间的混合室外壳43具有开孔连通，外平衡膜442内部具有支撑架443支撑保持表面凸起不积液。
55.混合室外壳43上设有目标气输入口48和混合气输出口41，混合室外壳43连接混合室压力表42。在混合室44底部设有混合室回流管37使混合室44与回流室36相通，在混合室回流管37上设有混合室回流阀38。
56.实施例3
57.作为本发明另一个优选的技术方案，所述多孔板52可以采用细长管组装，细长管的内径形成板孔。
58.如图所示，本实施例采用多个规格相同的细管，代替多孔板的多孔，形成流体通道，同样能够实现对气体流量的均衡分配。
59.实施例4
60.作为本发明另一个优选的技术方案，所述的混合室44可采用水平方式或垂直方式设置在回流室36内。本实施例相对于实施例1或2，将多孔板从水平方式改成垂直方式。其中，内平衡膜441和外平衡膜442，均处于侧面方向。
61.实施例5
62.回流风机34通过回流风道33将回流室36中的气体增压送入雾化室下室14，将雾化喷头28产生的雾滴与气体混合，经过除沫器12除沫、雾化室上室11稳定、多孔板52分配循环至回流室36、部分雾化的气体通过开启状态多孔板输出孔523输出到目标气中作为对目标气的添加，完成整体循环。
63.在系统运行期间，通过混合室压力表42、回流室压力表49检测混合室44和回流室36压力差值，使用补气口45补充输送气体，维持压力平衡。内平衡膜441和外平衡膜442在发生少量压力差的作用下变形对微小的压力差进行直接平衡，并保持内外隔离。
64.运行系统后，装置内壁可能产生气溶胶类物质挂壁和沉积，采用清洗泵22输送雾化液体15，通过雾化室清洗阀53和雾化室清洗喷头54，清洗雾化室10和多孔板52。
65.通过滑阀51滑动控制多孔板52上多孔板循环孔521的开孔与闭孔的数量关系，使其形成阶跃式流量调节，进而实现清洗目的；其中，多孔板52的混合室开孔部分全开，即滑阀全开，清洗混合室44；根据多孔板循环孔521总数进行调节，回流风机34流量通过流量计32计量；滑阀51与回流风机34一同形成连续的1～20倍的雾化气体向混合室44输出流量的调节。
66.本实施例以多孔板52共5排板孔为例进行详细说明，多孔板52每排5孔，共计25孔。滑阀51形成阶跃式流量调节0～5，0为不输出，输出时的流量为总流量的1/25～5/25；回流风机34转速连续调节，并至少在总流量范围达到最大流量的25～100％；回流风机34流量通过流量计33计量，流量为1～4l/min；滑阀51与回流风机34一同形成连续的0.04～0.80l/min的雾化气体供应，即1～20倍的向混合室44输出流量。
67.通过回流室清洗喷头46对回流室36内壁喷射溶液清洗。其中，气溶胶混合室44具有混合室回流管37，再打开混合室回流阀38，进入混合室44的液体回流到回流室36，完成混合室44的清洗；回流室36的清洗液流动到回流室36下方，通过回流风机34、回流风道33、流量计32、回流口31，返回雾化室10，其中回流风机34低转速供应流体，清洗回流风机34以及回流风道33、流量计32、回流口31。
68.从补气口45进入的气体是经过同温同浓度鼓泡增湿后再进入回流室36，避免干燥气体进入后引起的雾化液喷雾后的水分蒸发影响。
69.在系统运行期间，设定系统温度(比如45℃)，运行中雾化原液15液位降低，温度降低，采用补液和加热来维持稳定液位和温度。其中，液位计16检测雾化原液15的液位，通过补液口13补充雾化原液15；热电偶检测雾化原液15的温度，通过加热器18加热雾化原液15。
70.以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。