CN111889050B - 一种光催化反应仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光催化反应仪,包括反应组件、光照组件、搅拌组件和支架，反应组件、光照组件、搅拌组件自上而下依次安装在支架上：反应组件包括中空的反应箱、若干个反应槽和若干个安装槽，若干个反应槽凹设于反应箱内并与反应箱一体成型，反应槽的外壳与反应箱的内壁围绕成用于容纳控温液的腔体，若干个安装槽嵌装于反应槽的正下方，反应槽用于盛装反应试管，安装槽用于安放透光组件，反应箱的外壁上设有控温液进口和控温液出口。该光催化反应仪采用底部照射，光源与反应液能实现双管路控温，保证了光源效率的同时又能保证光源的散热，并同时可对反应液进行有效的温度控制。

Description

一种光催化反应仪

技术领域

本发明涉及光催化反应技术领域，具体涉及一种光催化反应仪。

背景技术

催化反应仪是一种利用光照来引发有机反应的装置，市售的光催化反应仪采用的是底部照射模式，但由于光源的散热处理较差，无法有效对LED灯片进行降温，对灯片的寿命影响较大；且与反应液的距离较近，导致反应液的控温效果并不理想；反应液的温度无法进行有效控制。同时，一体化的反应装置不仅价格昂贵，同时固定的反应管装置对于实验室用户的体验较差，难以满足用户的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光催化反应仪，采用底部照射，光源与反应液能实现双管路控温，保证了光源效率的同时又能保证光源的散热，并同时可对反应液进行有效的温度控制，以解决背景技术中提到的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种光催化反应仪，包括反应组件、光照组件、搅拌组件和支架，所述反应组件、光照组件、搅拌组件自上而下依次安装在所述支架上：

所述反应组件包括中空的反应箱、若干个反应槽和若干个安装槽，若干个所述反应槽凹设于所述反应箱内并与所述反应箱一体成型，所述反应槽的外壳与所述反应箱的内壁围绕成用于容纳控温液的腔体，若干个所述安装槽嵌装于所述反应槽的正下方，所述反应槽用于盛装反应试管，所述安装槽用于安放透光组件，所述反应箱的外壁上设有控温液进口和控温液出口；

所述光照组件内设有用于盛放冷却液的容置腔，所述搅拌组件为电磁搅拌器，所述反应试管的反应液中盛有与所述电磁搅拌器配合的磁性配合件。

本发明的光催化反应仪，反应试管整下方设有透光组件，透光组件用于透过下方光照组件发出的实验所需的特定波长的光源，同时还能起到支撑反应试管的作用；反应箱的腔体内的控温液来自外部泵源，用于控制反应液的温度；所述光照组件的容置腔内的冷却液用于调节控制灯片的温度，不仅能保证光源的散热，也能辅助实现对反应液进行有效的温度控制，电磁搅拌器启动后可对反应试管中的反应液进行搅拌，充分发生光催化反应。

进一步地，所述透光组件为滤光片或石英玻璃片。

上述优选方案的有益效果为：滤光片只能透过单一波长的光源，而石英玻璃片能透过不同波长的光源。

进一步地，所述反应槽的数量为16个，分成4行4列均匀凹设于所述反应箱内。

上述优选方案的有益效果为：可以实现批量反应，提高实验的效率。

进一步地，所述光照组件包括灯片箱、灯片槽和灯片盖，所述灯片箱的侧壁上开设有条纹孔，所述灯片箱开设有用于安装所述灯片槽的安装位，所述灯片盖与所述灯片槽配合安装。

上述优选方案的有益效果为：灯片槽在安放好灯片之后，再将灯片盖安装到灯片槽上形成整体，可防止灯片滑落，再将整体插入条纹孔安装到安装位。

进一步地，所述灯片箱与所述安装位之间形成容纳所述冷却液的容置腔，所述灯片槽的数量为4个，每个所述灯片槽上设有4个用于安放灯片的安置位，4个所述灯片串联构成一个灯板，所述灯片盖上设有与所述安置位对应的通孔。

上述优选方案的有益效果为：可以同时进行四组不同波长光源照射，机械式的条形孔插槽方便了用户更换灯片。

进一步地，所述灯片箱的侧壁上设有冷却液进口和冷却液出口。

进一步地，所述控温液出口及所述冷却液出口连接外部冷源控制系统的进口，所述控温液进口及冷却液进口均连接外部冷源控制系统的出口，所述外部冷源控制系统还包括制冷器、内置温度传感器和外置温度传感器。

上述优选方案的有益效果为：制冷器用于控制冷却液的温度，保护灯片。

进一步地，所述搅拌组件包括无刷电机、钕铁硼磁铁和托架，所述托架包括搅拌轴和安装在所述搅拌轴上的支撑板，所述钕铁硼磁铁分布在所述支撑板的两端，所述磁性配合件与所述钕铁硼磁铁互相吸引。

上述优选方案的有益效果为：无刷电机转动时，带动托架转动，钕铁硼磁铁也随之转动，从而带动反应液中的磁性配合件转动，实现对反应液的充分搅拌。

进一步地，还包括反应控制系统，所述反应控制系统包括主控板MCU、电源模块、电机驱动模块、调压跳流模块1-4和液晶显示屏，所述主控板MCU和液晶显示屏安装在所述支架上，所述电源模块的输出端与所述主控板MCU连接，所述电源模块的输入端连接滤波器，所述液晶显示屏通过总线与所述主控板MCU连接，所述电机驱动模块的输入端与所述主控板MCU连接，所述电机驱动模块的输出端与所述无刷电机连接，所述无刷电机旋转时透过光栅输出的光栅信号与所述主控板MCU连接；

所述主控板MCU控制继电器的输出与所述制冷器的输入端连接，所述内置温度传感器和外置温度传感器的输出端与所述主控板MCU连接；

所述调压跳流模块1-4的输入端与所述主控板MCU连接，所述调压跳流模块1-4的输入端分别连接灯板。

进一步地，所述主控板MCU通过SCI串口总线连接蓝牙模块。

本发明的有益效果是：

1)本发明的光催化反应仪，反应试管采用底部照射，具有简洁的反应孔道，利用透光组件将反应试管和光源相隔开，保证了光源效率，又减少了对反应管装置的限制，有利于实现多种多样的反应，实用性更强；又避免反应试管与光源的直接接触，还能延长光照组件的灯片的寿命；同时光源与反应液采用双管路控温系统，通过外接合适的冷却液，既能保证光源的散热，也能对反应液进行有效的温度控制，此外抽插式的光源保证了光源更换的方便。

2)本发明的反应箱采用金属加工成中空结构，并通过一定温度的液体对反应箱的反应试管进行传热，控温效果更好，本发明的热交换效率高灯片与反应试管经历不同的控温管路，可以分别控制灯片与反应试管的温度，可以达到低温或高温的反应温度要求，通过灯片槽和灯片盖之间的安装方式采用防水胶双重处理，避免了因冷凝水导致的灯片损坏，同时可以快捷更换。

附图说明

图1为本发明的光催化反应仪整体结构示意图；

图2为本发明反应组件的结构示意图；

图3为本发明光照组件的结构示意图；

图4为本发明光照组件的灯片槽的结构示意图；

图5为本发明的光照组件的灯片盖的结构示意图；

图6为本发明反应控制系统的控制原理图；

图中，1-反应组件，2-光照组件，3-搅拌组件，4-支架，5-反应箱，501-控温液出口，502-控温液进口，6-反应槽，7-安装槽，8-反应试管，9-灯片箱，901-条纹孔，902-安装位，903-冷却液进口，904-冷却液出口，10-灯片槽，1001-安置位，11-灯片盖，1101-通孔，12-制冷器，13-无刷电机，14-钕铁硼磁铁，15-托架，1501-搅拌轴，1502-支撑板。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。

实施例1

参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：

请参照图1，一种光催化反应仪，包括反应组件1、光照组件2、搅拌组件3和支架4，所述反应组件1、光照组件2、搅拌组件3自上而下依次安装在所述支架4上：

所述反应组件1包括中空的反应箱5、若干个反应槽6和若干个安装槽7，若干个所述反应槽6凹设于所述反应箱5内并与所述反应箱5一体成型，所述反应槽6的外壳与所述反应箱5的内壁围绕成用于容纳控温液的腔体，若干个所述安装槽7嵌装于所述反应槽6的正下方，所述反应槽6用于盛装反应试管8，所述安装槽7用于安放透光组件，所述反应箱5的外壁上设有控温液出口501和控温液进口502；

所述光照组件2内设有用于盛放冷却液的容置腔，所述搅拌组件3为电磁搅拌器，所述反应试管8的反应液中盛有与所述电磁搅拌器配合的磁性配合件。

本发明的光催化反应仪，其反应组件1的反应试管8中盛装的反应液，反应试管8安装在中空的反应箱5的反应槽6内，所述的反应箱5可采用金属材质制成，所述反应试管8整下方设有透光组件，透光组件用于透过下方光照组件2发出的实验所需的特定波长的光源，同时还能起到支撑反应试管8的作用；反应箱5的腔体内的控温液来自外部泵源，用于控制反应液的温度；所述光照组件2的容置腔内的冷却液用于调节控制灯片的温度，不仅能保证光源的散热，也能辅助实现对反应液进行有效的温度控制，电磁搅拌器启动后可对反应试管8中的反应液进行搅拌，充分发生光催化反应。

请参照图1，所述透光组件为滤光片或石英玻璃片。

本发明的透光组件一般可选滤光片或石英玻璃片，实验之前可提前备好具有两种不同透光介质的透光组件，根据实验的需求选用，滤光片只能透过单一波长的光源，而石英玻璃片能透过不同波长的光源。

所述的透光组件将反应试管8和光源相隔开，在保证光照效率的同时，又减少了对反应管装置的限制，有利于实现多种多样的反应，实用性更强；又避免反应试管8与光源的直接接触，还能延长光照组件2的灯片的寿命。

请参照图2，所述反应槽6的数量为16个，分成4行4列均匀凹设于所述反应箱5内。

本发明的反应槽6的数量为16个，可以实现批量反应，提高实验的效率。当然不局限于此类分布方式。

请参照图3-5，所述光照组件2包括灯片箱9、灯片槽10和灯片盖11，所述灯片箱9的侧壁上开设有条纹孔901，所述灯片箱9开设有用于安装所述灯片槽10的安装位902，所述灯片盖11与所述灯片槽10配合安装。

本发明的灯片槽10在安放好灯片之后，再将灯片盖11安装到灯片槽10上形成整体，可防止灯片滑落，再将整体插入条纹孔901安装到安装位902。

优选地，灯片盖11与灯片槽10可使用防水胶处理，避免了因冷凝水导致的灯片损坏，同时可以快捷更换。

请参照图3-5，所述灯片箱9与所述安装位902之间形成容纳所述冷却液的容置腔，所述灯片槽10的数量为4个，每个所述灯片槽10上设有4个用于安放灯片的安置位1001，4个所述灯片串联构成一个灯板，所述灯片盖11上设有与所述安置位1001对应的通孔1101。

本发明的灯片槽10和安置位1001的分布，是为了与反应试管8形成对应关系。可以同时进行四组不同波长光源照射，机械式的条形孔插槽方便了用户更换灯片，灯片箱9内部为中空的结构，可以通过外接较低温度的冷却液对灯片进行降温，保护灯片。

请参照图3，所述灯片箱9的侧壁上设有冷却液进口903和冷却液出口904。

请参照图1，所述控温液出口501及所述冷却液出口904连接外部冷源控制系统的进口，所述控温液进口502及冷却液进口903均连接外部冷源控制系统的出口，所述外部冷源控制系统还包括制冷器12、内置温度传感器和外置温度传感器。

本发明的控温液及冷却液均来自外部的泵源，可减少成本，控温液及冷却液的温度通过外部冷源控制系统进行换流及控制。

本发明的灯片箱9内的容置腔盛放有冷却液，冷却液通过冷却液进口903输入，通过冷却液出口904更换。制冷器12用于控制冷却液的温度，保护灯片。

进一步地，所述搅拌组件3包括无刷电机13、钕铁硼磁铁14和托架15，所述托架15包括搅拌轴1501和安装在所述搅拌轴1501上的支撑板1502，所述钕铁硼磁铁14分布在所述支撑板1502的两端，所述磁性配合件与所述钕铁硼磁铁14互相吸引。

本发明的无刷电机13转动时，带动托架15转动，钕铁硼磁铁14也随之转动，从而带动反应液中的磁性配合件转动，实现对反应液的充分搅拌。

所述的磁性配合件为搅拌子，所述搅拌子采用四氟乙烯包裹的永久磁体，按照形状的不同分为A、B、C型。

请参照图6，所述的光催化反应仪还包括反应控制系统，所述反应控制系统包括主控板MCU、电源模块、电机驱动模块、调压跳流模块1-4和液晶显示屏，所述主控板MCU和液晶显示屏安装在所述支架4上，所述电源模块的输出端与所述主控板MCU连接，所述电源模块的输入端连接滤波器，所述液晶显示屏通过总线与所述主控板MCU连接，所述电机驱动模块的输入端与所述主控板MCU连接，所述电机驱动模块的输出端与所述无刷电机13连接，所述无刷电机13旋转时透过光栅输出的光栅信号与所述主控板MCU连接；

所述主控板MCU控制继电器的输出与所述制冷器12的输入端连接，所述内置温度传感器和外置温度传感器的输出端与所述主控板MCU连接；

所述调压跳流模块1-4的输入端与所述主控板MCU连接，所述调压跳流模块1-4的输入端分别连接灯板。

本发明的滤波器采用单相滤波器，用于抑制单相电源线上的干扰，滤除50hz以外的电源杂波，给供电系统提供一个洁净的用电环境，对大功率设备产生的干扰有很好的差模和共模抑制作用，对连续尖峰和间歇的电磁干扰可以很好的抑制。

所述的主控板MCU可选用ARM单片机或其它系列。主要用于整个系统的温度检测、电机驱动及速度控制、光栅信号检测、制冷器12开关控制、液晶显示、蓝牙通讯、调压调流模块控制等。功能齐全，操作简单。

所述的继电器根据单片机控制信号，对制冷器12进行开关控制；设备内部固定位置专一检测温度。外置温度传感器外插件，可以检测外部温度。当外置损坏时，自动调用内置数据，与主板协同，保证设备连续正常运行。

所述的电源模块采用多通道电源转换模块，将220V的交流电，转换成多路直流电源供给系统电路使用，比如：3.3V、5V、12V、24V等。

所述的调压调流模块是集模拟调整和数字控制于一身，输出电压0-50.00V可调，步进0.01V，输出电流0-5.000A可调，步进0.001A。产品带有掉电预设值存储功能，可存储10组预设值，并可快捷调出两组设定值。自带液晶显示，具有电压电流表功能，通过液晶可方便查看预设电压、预设电流、输出电压、输出电流、输出功率、输入电压等。输出状态提示区域可以方便的看出当前是否打开/关闭输出、恒压/恒流输出状态、输出是否正常、按键是否锁定以及当前正在调用的数据组。在数据设定界面中还可以对过压值、过流值、过功率值、数据组、液晶亮度等进行调整。精度高。

所述的光栅信号检测电机转速，每转一圈就会有个高电平或低电平脉冲发送到单片机中，由单片机捕捉，用于测量电机当前转速。

所述的灯板为航空铝数控加工，可拆卸，便于更换LED，灯窗采用耐候胶封装专用镜片，可采用各种波长滤光片，隔热树脂镜片等，具有小巧、精致、实用、防水及透光率高的特性。

所述的光源每组4支，同时进行4组，16光源平行反应。灯片功率范围为1～30w，采用各种颜色，不同波长对比反应，反应快，效果明显。

所述的电机驱动模块由单片机控制电机驱动模块，间接调节无刷电机13的电流大小，以此来调节转速。

请参照图6，所述主控板MCU通过SCI串口总线连接蓝牙模块

本发明采用手机或其它智能设备外设，通过蓝牙可以查看系统工作状态，或者设置相关参数与控制。

本发明的控制系统的控制原理是：电源220V接通后，滤波器滤除掉杂波以及干扰后输出至电源模块，电源模块将220V的交流电，转换成多路直流电源供给系统电路使用，比如：3.3V、5V、12V、24V等。

1、主控板MCU上电后对整个控制系统初始化，点亮液晶屏显示、配置好蓝牙模块参数，然后进入待机状态。

2、手机或其它智能设备外设通过蓝牙与本控制系统蓝牙配对连接，配对成功后，在APP软件上选择相应操作与控制，查看系统运行状态，设置各项控制参数等。

3、当本控制系统蓝牙模块接收到无刷电机的控制指令时，MCU根据设置参数，使能电机驱动模块，驱动无刷电机转动。无刷电机在转动的过程中，透过光栅，每转一圈光栅便会输出一个高电平或低电平脉冲发送到单片机中，由MCU捕捉，用于测量电机当前转速。比如：MCU每一秒钟收到10个脉冲信号，则表示无刷电机每分钟转600转。

4、当本控制系统蓝牙模块接收到制冷器控制指令时，MCU根据设置参数，控制继电器开关，是能220V电源输出至制冷器，制冷器开始工作。与此同时，MCU每隔一段时间读取两个温度传感器的温度信号，然后进行比对，如果快接近预设的目标温度值时，通过温控算法对制冷器进行相关的开关操作，直至温度恒定。

5、当本控制系统蓝牙模块接收到调压调流控制指令时，MCU根据4个调压调流模块预设参数，控制对应4个通道调压调流模块，输出预设的目标电压与电流即可。4个调压调流模块可分别单独控制也可以一起控制，相互之间互不影响。

同理，液晶显示屏可以为触摸液晶显示屏，当不用手机或外部智能设备作为输入终端时，此触摸液晶显示屏就可以当作一个输入控制终端，用来执行APP软件上上同等的操作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种光催化反应仪，其特征在于：包括反应组件(1)、光照组件(2)、搅拌组件(3)和支架(4)，所述反应组件(1)、光照组件(2)、搅拌组件(3)自上而下依次安装在所述支架(4)上：

所述反应组件(1)包括中空的反应箱(5)、若干个反应槽(6)和若干个安装槽(7)，若干个所述反应槽(6)凹设于所述反应箱(5)内并与所述反应箱(5)一体成型，所述反应槽(6)的外壳与所述反应箱(5)的内壁围绕成用于容纳控温液的腔体，若干个所述安装槽(7)嵌装于所述反应槽(6)的正下方，所述反应槽(6)用于盛装反应试管(8)，所述安装槽(7)用于安放透光组件，所述反应箱(5)的外壁上设有控温液出口(501)和控温液进口(502)；

所述光照组件(2)内设有用于盛放冷却液的容置腔，所述搅拌组件(3)为电磁搅拌器，所述反应试管(8)的反应液中盛有与所述电磁搅拌器配合的磁性配合件；

所述光照组件(2)包括灯片箱(9)、灯片槽(10)和灯片盖(11)，所述灯片箱(9)的侧壁上开设有条纹孔(901)，所述灯片箱(9)开设有用于安装所述灯片槽(10)的安装位(902)，所述灯片盖(11)与所述灯片槽(10)配合安装。

2.根据权利要求1所述的光催化反应仪，其特征在于：所述透光组件为滤光片或石英玻璃片。

3.根据权利要求1所述的光催化反应仪，其特征在于：所述反应槽(6)的数量为16个，分成4行4列均匀凹设于所述反应箱(5)内。

4.根据权利要求1所述的光催化反应仪，其特征在于：所述灯片箱(9)与所述安装位(902)之间形成容纳所述冷却液的容置腔，所述灯片槽(10)的数量为4个，每个所述灯片槽(10)上设有4个用于安放灯片的安置位(1001)，4个所述灯片串联构成一个灯板，所述灯片盖(11)上设有与所述安置位(1001)对应的通孔(1101)。

5.根据权利要求4所述的光催化反应仪，其特征在于：所述灯片箱(9)的侧壁上设有冷却液进口(903)和冷却液出口(904)。

6.根据权利要求5所述的光催化反应仪，其特征在于：所述控温液出口(501)及所述冷却液出口(904)连接外部冷源控制系统的进口，所述控温液进口(502)及冷却液进口(903)均连接外部冷源控制系统的出口，所述外部冷源控制系统还包括制冷器(12)、内置温度传感器和外置温度传感器。

7.根据权利要求6所述的光催化反应仪，其特征在于：所述搅拌组件(3)包括无刷电机(13)、钕铁硼磁铁(14)和托架(15)，所述托架(15)包括搅拌轴(1501)和安装在所述搅拌轴(1501)上的支撑板(1502)，所述钕铁硼磁铁(14)分布在所述支撑板(1502)的两端，所述磁性配合件与所述钕铁硼磁铁(14)互相吸引。

8.根据权利要求7所述的光催化反应仪，其特征在于：还包括反应控制系统，所述反应控制系统包括主控板MCU、电源模块、电机驱动模块、调压跳流模块1-4和液晶显示屏，所述主控板MCU和液晶显示屏安装在所述支架(4)上，所述电源模块的输出端与所述主控板MCU连接，所述电源模块的输入端连接滤波器，所述液晶显示屏通过总线与所述主控板MCU连接，所述电机驱动模块的输入端与所述主控板MCU连接，所述电机驱动模块的输出端与所述无刷电机(13)连接，所述无刷电机(13)旋转时透过光栅输出的光栅信号与所述主控板MCU连接；

所述主控板MCU控制继电器的输出与所述制冷器(12)的输入端连接，所述内置温度传感器和外置温度传感器的输出端与所述主控板MCU连接；

所述调压跳流模块1-4的输入端与所述主控板MCU连接，所述调压跳流模块1-4的输入端分别连接灯板。

9.根据权利要求8所述的光催化反应仪，其特征在于：所述主控板MCU通过SCI串口总线连接蓝牙模块。

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