CN112121520A - 实验室低真空-冷却水循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验室低真空‑冷却水循环系统，包括储水槽、泵、真空管路、循环水管路。所述泵的进水管路深入到储水槽底部，泵的出水端分为三路，一路作为冷却水，经操作台面上水龙头连接待冷却装置，回到储水槽，实现冷却水循环；另两路作为真空系统，分别连接真空瓶，真空瓶位于储水槽内，真空瓶的真空抽气端依次连接操作台面上的真空表、吸收装置、待抽真空系统。该系统能够同时实现低真空和冷却水循环两大实验功能，省去了冷却水循环系统的流体输送装置，极大的降低了设备费用和设备占用空间，易于操作。

Description

实验室低真空-冷却水循环系统

技术领域

本发明属于实验室用低真空-冷却水循环装置技术领域，具体涉及一种实验室低真空-冷却水循环系统。

背景技术

低真空在实验室中主要用于抽滤、去除溶剂等操作。实现低真空的设备主要为循环水真空泵，循环水真空泵以水为工作介质，方便干净；另外，水的循环可大大节约水资源；真空表、电源开关、抽气接口集成在泵上，对泵的位置移动有利。但是，为了便于操作与观察，比如开启或关闭开关、连接抽气接口、观察真空表读数等，必须放于实验操作台面上，占用较大空间，对实验操作不利；并且由于水的存在，加剧了操作风险；另外，经过水泵做功后的高能水直接在泵的水箱内循环，必然会对水箱本身和泵的水内部件造成激烈的冲击，严重降低泵的使用寿命，同时造成能量的浪费。

冷却水装置是实验室最重要的装置之一，在反应液的回流冷凝、蒸馏、结晶、恒温等操作中均需冷却水装置。目前实验室中通常直接采用自来水作为冷却水，尽管该操作省却了流体输送设备的费用和部分操作费用，但是自来水水压不稳，水压较低时，冷却效果不佳，增大了反应体系爆裂的风险；水压过高，管道接口容易被冲开，造成实验室水灾的发生；另外，载热后的依旧清洁的自来水作为废水直接排到下水道中，造成了水资源的严重浪费，同时增加了废水排放量。为了获得恒定水压，节约水资源，冷却水循环系统的研究已经引起了人们的广泛关注。CN106984249A公开了一种用于实验室的预警式冷却水循环装置，可以解决无人看守情况下，长时持续实验时，突发状况导致水资源浪费和意外事故的问题。CN206916835U公开了一种实验室冷却水循环系统，解决了系统运行成本高的问题。CN203303974U公开了一种实验室冷却水循环系统，有效的节约了水资源。但是冷却水循环系统中泵的使用极大的增加了系统的设备费用，并且设备的增加，降低了实验室有效使用空间，增强了安全风险。

发明内容

针对目前真空泵和冷却水循环系统存在的问题，本发明提供了一种实验室低真空-冷却水循环水系统，同时具备低真空和冷却水循环功能。该低真空-冷却水循环系统直接将经泵做功产生的高能水用于冷却水循环，并且通过水龙头的开度调控水的流速，由于流体外部流动过程中的阻力损失，实现了流体能量的降低，有效的保护了泵内部件；同时有效的降低了设备对实验操作空间的占用，提高了设备操作的安全性，易于移动、观察和维修。泵的出水端分为三路，除用于冷却水之外，另外两路高能水经过真空瓶返回到储水槽内，实现系统的低真空功能；采用一台泵即可同时实现低真空和冷却水循环功能，节省了冷却水循环系统的流体输送装置，降低了设备费用，提高了实验安全性。系统采取模块化设计，系统中的动力模块泵与储水槽排布于通风橱操作底柜内，仅系统中的控制模块真空表、吸收瓶等排布于通风橱内，有效的节省了实验操作空间，提高了实验的安全性。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种实验室低真空-冷却水循环系统，包括储水槽，所述储水槽设置在通风橱操作台面的下方，储水槽上安装有浸入式水泵，浸入式水泵的进水管路深入到储水槽底部，浸入式水泵的出水端与总出水管路连接，总出水管路分别连接抽真空系统和冷却水循环系统。

进一步，所述冷却水循环系统包括冷却水进水管路、换热器和冷却水回水管路，冷却水进水管路的一端通过支管Ⅱ与总出水管路连接，冷却水进水管路的另一端与换热器的进水口连接，换热器的出水口与冷却水回水管路连接，冷却水回水管路的下端深入固定到储水槽的底部。

进一步，所述支管Ⅱ穿过通风橱操作台面，所述冷却水进水管路与位于通风橱操作台面上方的支管Ⅱ连接处设有水龙头。

进一步，所述抽真空系统包括真空瓶Ⅰ和真空瓶Ⅱ，真空瓶Ⅰ通过真空管Ⅰ与吸收瓶Ⅰ连通，真空瓶Ⅱ通过真空管Ⅱ与吸收瓶Ⅱ连通，所述真空瓶Ⅰ与支管Ⅰ连通，所述真空瓶Ⅱ和支管Ⅲ连通，支管Ⅰ和支管Ⅲ分别与总出水管路连通。

进一步，所述吸收瓶Ⅰ和吸收瓶Ⅱ位于通风橱的操作台面上，所述真空瓶Ⅰ和真空瓶Ⅱ位于储水槽的下部。

进一步，所述真空管Ⅰ上设有真空表Ⅰ，真空管Ⅱ上设有真空表Ⅱ。

进一步，所述吸收瓶Ⅰ设有密封瓶塞Ⅰ，密封瓶塞Ⅰ上设有放气管Ⅰ和与待抽真空系统相连接的真空连接管Ⅰ，放气管Ⅰ上设有旋塞Ⅰ；所述吸收瓶Ⅱ设有密封瓶塞Ⅱ，密封瓶塞Ⅱ上设有放气管Ⅱ和与待抽真空系统相连接的真空连接管Ⅱ，放气管Ⅱ上设有旋塞Ⅱ。

进一步，所述储水槽上设有盖板和用于固定浸入式水泵的固定架，所述固定架设置在水槽的其中一端部，所述盖板和固定架之间设有缺口。

进一步，所述储水槽放置于通风橱操作台面下方的支撑框架内，所述支撑框架内还设有通风橱底柜，且储水槽与通风橱底柜并列设置。

进一步，所述储水槽底部四角安装万向轮。

本发明的有益效果：1、本发明泵的出水端分为三路，一路经泵做功产生的高能水流经操作台面上的冷却装置后，回到储水槽内，实现系统的冷却水循环功能，同时由于流体流动过程中的阻力损失，实现了流体能量的降低，有效的保护了泵内部件；另外两路高能水经过真空瓶返回到储水槽内，实现系统的低真空功能；2、该系统将泵安装在储水槽上方，进水端深入到储水槽底端，安装有泵的储水槽设置在通风橱操作台下方，有效的节省实验操作空间；3、真空系统的真空表、吸收装置、待抽真空系统和循环水系统的换热器、水龙头等位于通风橱内的操作台面上，便于操作和观察；4、通过系统的结构设计，节省了冷却水循环系统的流体输送装置，在具备真空功能的基础上，实现了冷却水流速的控制及冷却水的循环，降低了设备费用和使用风险，提高了实验安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明储水槽与通风橱底柜的安装示意图；

1、储水槽，2、冷却水回水管路，3、操作台，4、吸收瓶Ⅱ，5、真空连接管Ⅱ，6、密封瓶塞Ⅱ，7、旋塞Ⅱ，8、放气管Ⅱ，9、真空表Ⅱ，10、换热器，11、真空管Ⅱ，12、冷却水进水管路，13、水龙头，14、支管Ⅱ，15、真空管Ⅰ，16、真空表Ⅰ，17、旋塞Ⅰ，18、放气管Ⅰ，19、真空连接管Ⅰ，20、密封瓶塞Ⅰ，21、吸收瓶Ⅰ，22、浸入式水泵，23、水泵电源线，24、进水管路，25、万向轮，26、真空瓶Ⅰ，27、支管Ⅰ，28、总出水管路，29、真空瓶Ⅱ，30、支管Ⅲ。

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付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。

如图1所示，一种实验室低真空-冷却水循环系统，包括储水槽1，所述储水槽1设置在通风橱操作台面的下方，储水槽1上安装有浸入式水泵22，浸入式水泵22的进水管路（进水端）24深入到储水槽底部，浸入式水泵22的出水端与总出水管路28连接，总出水管路28分别连接抽真空系统和冷却水循环系统。

本发明所述的所述冷却水循环系统包括冷却水进水管路12、换热器10和冷却水回水管路2，冷却水进水管路12的一端通过支管Ⅱ14与总出水管路28连接，冷却水进水管路12的另一端与换热器10的进水口连接，换热器10的出水口与冷却水回水管路2连接，冷却水回水管路2的下端深入固定到储水槽1的底部。

本发明所述的支管Ⅱ30穿过通风橱操作台面，所述冷却水进水管路12与位于通风橱操作台面上方的支管Ⅱ14连接处设有水龙头13，通过水龙头的开度控制冷却水流量的大小。

本发明所述的抽真空系统包括真空瓶Ⅰ26和真空瓶Ⅱ29，真空瓶Ⅰ26通过真空管Ⅰ15（真空管Ⅰ15穿过通风橱操作台面）与吸收瓶Ⅰ21连通，真空瓶Ⅱ29通过真空管Ⅱ11（真空管Ⅱ11穿过通风橱操作台面）与吸收瓶Ⅱ4连通，所述真空瓶Ⅰ26与支管Ⅰ27连通，所述真空瓶Ⅱ29和支管Ⅲ30连通，支管Ⅰ27和支管Ⅲ30分别与总出水管路28连通。

本发明所述的吸收瓶Ⅰ21和吸收瓶Ⅱ4位于通风橱的操作台面上，所述真空瓶Ⅰ26和真空瓶Ⅱ29位于储水槽的下部；本发明所述的真空管Ⅰ15上设有真空表Ⅰ16，真空管Ⅱ11上设有真空表Ⅱ9，吸收瓶和真空表有效避免有机溶剂抽入到储水槽破坏水质。

具体的，支管Ⅱ30通过橡胶或塑料水管连接，穿过通风橱操作台面上的钻孔连接水龙头，连接处喉箍固定，避免水压过大造成水管崩开，引起水患。支管Ⅰ27和支管Ⅲ30分别连接真空瓶，水流通过真空瓶回到储水槽内；真空瓶上的真空口连接真空管，连接处喉箍固定，真空管穿过操作台面上的钻孔依次连接真空表、吸收瓶和待抽真空装置，真空表、吸收瓶和待抽真空装置设置在通风橱操作台面上，便于操作装置和观察真空度。

本发明所述的支管Ⅰ27和支管Ⅲ30可选塑料或不锈钢材质，优选不锈钢材质。当选用不锈钢材质时，支管Ⅰ27和支管Ⅲ30分别密封连接真空瓶Ⅰ26和真空瓶Ⅱ29，由于不锈钢材质质地坚硬，不需要另加固定装置，保持真空瓶竖直安装于水槽内产生高真空。

本发明所述的吸收瓶Ⅰ21设有密封瓶塞Ⅰ20，密封瓶塞Ⅰ20上设有放气管Ⅰ18和与待抽真空系统相连接的真空连接管Ⅰ19，放气管Ⅰ18上设有旋塞Ⅰ17；所述吸收瓶Ⅱ4设有密封瓶塞Ⅱ6，密封瓶塞Ⅱ6上设有放气管Ⅱ8和与待抽真空系统相连接的真空连接管Ⅱ5，放气管Ⅱ8上设有旋塞Ⅱ7。

本发明的总出水管路材质可选塑料或不锈钢材质，优选不锈钢材质。管径可根据需要调节。真空管和真空连接管优选橡胶材质，真空管穿过操作台面，依次分别密封连接真空表和吸收瓶；支管Ⅱ的材质可选用塑料或软胶水管，密封连接水龙头，经水龙头通过冷却水进水管路密封连接换热器，后通过冷却水回水管路回到储水槽内。

所述储水槽上设有盖板（图中未显示）和用于固定浸入式水泵的固定架（图中未显示），所述固定架设置在水槽的其中一端部，所述盖板和固定架之间设有缺口。盖板可盖住部分储水槽，避免灰尘或溶剂落入，造成循环水污染，盖体与固定架中间的缺口利于检修和调控水温，同时方便观察水槽内水泵的内部结构，利于检修。

本发明的储水槽放置于通风橱操作台面下方的支撑框架内，所述支撑框架内还设有通风橱底柜，且储水槽与通风橱底柜并列设置（如图2所示）。水泵电源线23插在另一独立设置的通风橱底柜侧面上端一定高度处，并安装防水插座，有效的拉开了水电的距离，降低了用电风险。通风橱底柜位于通风橱支撑框架的外侧，拉开了用电设备与实验人员之间的距离，并且关闭柜门，对外部学生活动空间没有影响，说明该系统的结构、安装与排布能从根源上降低用电风险。

本发明所述的储水槽底部四角安装万向轮25，可随意移动储水槽，一方面便于设备检修，另一方面利于清洁通风橱所处地面。

储水槽材质可选塑料或不锈钢，优选不锈钢材质。本发明选用尺寸为122×30×30cm的不锈钢储水槽。储水槽底部安装有四个万向轮，可随意移动储水槽，一方面便于设备检修，另一方面利于清洁通风橱所处地面；储水槽上端有盖体和固定架。盖体可盖住部分储水槽，避免灰尘或溶剂落入，造成循环水污染，盖体与固定架中间的缺口利于检修和调控水温，同时方便观察水槽内水泵的内部结构，固定架用于固定水泵。

浸入式水泵（SHZ-DIII），由于该泵性价比高，可以有效降低设备费；另外体积不大，方便直接竖直安装于储水槽内，空间占用率较小；浸入式水泵的电机位于水槽上方，电源线可直接电器连接到通风橱底柜侧面上端的电源插座上，提高使用安全性。

真空瓶（又称为真空喷射器），其具有体积小、价格低、质量好、使用寿命长、易安装等特点，可以直接安装在储水箱内。真空管路和输水管路采用真空橡胶管或塑料管，质优价廉，具有柔性，便于安装排布和更换；真空表选用机械式压力表，这是因为相比于其他压力表，机械式压力表性价比高、机械强度高、生产使用安全，易于更换等特性。吸收瓶直接选用抽滤瓶，抽滤瓶口易通过橡胶塞进行密封连接，同时橡胶塞易于打孔，实现与大气的物质交换和连通待抽真空系统。

本发明的工作过程如下：

使用前检查储水槽1内的水位和水质。若无水或水位过低，可通过自来水水龙头经橡胶管注水；若水质较差，可打开水泵，经水龙头13连接橡胶管将污水排入下水道后再注水。使用时打开水泵控制开关，若只使用冷却水循环装置，按图1连接冷却水进水管12和冷却水回水管2，接口处喉箍固定，打开水龙头13，即可实现冷却水循环，并可通过水龙头的开度控制冷却水流量的大小；若只使用真空系统，当只需对一个系统抽真空时，将待抽真空系统通过真空管Ⅱ5或真空管Ⅰ19连接到真空系统，若通过真空管Ⅱ5连接，则关闭旋塞Ⅱ7，若通过真空管Ⅰ19连接，则关闭旋塞Ⅰ17，当同时对两个系统抽真空时，可将两个待抽真空系统分别通过真空管Ⅱ5和真空管Ⅰ19连接到真空系统，同时关闭旋塞Ⅱ7和旋塞Ⅰ17，使用完毕，打开旋塞Ⅱ7或/和旋塞Ⅰ17，通过放气管Ⅱ8或/和放气管Ⅰ18放气。若同时使用低真空或冷却水循环，可按照图1所示的方式同时将换热器或待抽真空系统连接到系统。使用完毕，打开真空系统的放气口，关闭水泵即可。

本发明的性能测试：

一、低真空性能

为考察设备的低真空性能，设计如下实验：（1）按照图1所示，同时接入两个待抽真空系统，对两个系统抽真空，调节水龙头的流量，观察真空表Ⅱ9和真空表Ⅰ16的变化，实验结果显示：在水龙头全关的情况下，很短时间内，系统的真空度达到最大值0.1 MPa，与目前真空水泵的性能相当。水龙头的水流量变化，对真空系统工作范围内的真空性能没有影响。（2）按照图1所示，在系统中接入一个待抽真空系统，通过水龙头调节冷却循环水的流量，稳定后，真空表的示数不发生变化，仍为最大值0.1 MPa；再接入另一个待抽真空系统，稳定后，两个真空表的读数均为0.1 MPa。这一结果表明，在真空系统的工作范围内，装置的冷却水循环系统和低真空系统可以独立工作，互不影响。说明在一个流体输送装置-水泵的带动下，可以同时实现冷却水循环和低真空两个功能，并且各功能模块相互独立，不相互干扰。

二、冷却水循环冷却性能

影响冷却水冷却效果的主要因素有两个：冷却水的流量和水温。运用量筒和秒表，记录水龙头全开情况下不同时间段内流出的水量，具体数据如表1所示。根据公式

计算水的流量，式中，q_m为水流量（kg/h）；V_△t为△t时间内的水流量（m³）；ρ为水的密度，取1000Kg/m³。以第一组数据为例，水流量q_m1为：

。由三组数据计算出水龙头全开下水流量的平均值为：

。一种实验教学用通风橱冷却水循环系统（申请号202021192570.2）的冷却水循环装置单开一个水龙头的水流量为213kg/h，实际使用过程中四个水龙头全开的情况下则每个水龙头分配的水流量为：53.3kg/h，

，说明该系统具有更好的冷却效果。

表1 水龙头全开下的水流量

水量（mL）	960	935	940
				时间（s）	25.7	24.7	24.8
流量（kg/h）	134.5	136.3	136.5

该系统的储水槽的尺寸为：122×30×30cm，按照最高储水位为2/3储水槽高度计算，水的密度同样取1000Kg/m³，则储水量为：1.22×0.3×0.3×1000×2/3=73.2 Kg ；一种实验教学用通风橱冷却水循环系统（申请号202021192570.2）的冷却水最大储水量为53.2Kg，在四个换热器全开时工作225分钟，水温升高7.1℃，73.2 Kg＞53.2Kg，说明该系统在相同条件下工作相同的时间时，水温升高会降低，此结果表明：该系统具有更好的冷却效果。

本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种实验室低真空-冷却水循环系统，包括储水槽（1），其特征在于：所述储水槽（1）设置在通风橱操作台面的下方，储水槽（1）上安装有浸入式水泵（22），浸入式水泵（22）的进水管路（24）深入到储水槽底部，浸入式水泵（22）的出水端与总出水管路（28）连接，总出水管路（28）分别连接抽真空系统和冷却水循环系统。

2.根据权利要求1所述的实验室低真空-冷却水循环系统，其特征在于：所述冷却水循环系统包括冷却水进水管路（12）、换热器（10）和冷却水回水管路（2），冷却水进水管路（12）的一端通过支管Ⅱ（14）与总出水管路（28）连接，冷却水进水管路（12）的另一端与换热器（10）的进水口连接，换热器（10）的出水口与冷却水回水管路（2）连接，冷却水回水管路（2）的下端深入固定到储水槽（1）的底部。

3.根据权利要求2所述的实验室低真空-冷却水循环系统，其特征在于：所述支管Ⅱ（14）穿过通风橱操作台面，所述冷却水进水管路（12）与位于通风橱操作台面上方的支管Ⅱ（14）连接处设有水龙头（13）。

4.根据权利要求1所述的实验室低真空-冷却水循环系统，其特征在于：所述抽真空系统包括真空瓶Ⅰ（26）和真空瓶Ⅱ（29），真空瓶Ⅰ（26）通过真空管Ⅰ（15）与吸收瓶Ⅰ（21）连通，真空瓶Ⅱ（29）通过真空管Ⅱ（11）与吸收瓶Ⅱ（4）连通，所述真空瓶Ⅰ（26）与支管Ⅰ（27）连通，所述真空瓶Ⅱ（29）和支管Ⅲ（30）连通，支管Ⅰ（27）和支管Ⅲ（30）分别与总出水管路（28）连通。

5.根据权利要求4所述的实验室低真空-冷却水循环系统，其特征在于：所述吸收瓶Ⅰ（21）和吸收瓶Ⅱ（4）位于通风橱的操作台面上，所述真空瓶Ⅰ（26）和真空瓶Ⅱ（29）位于储水槽的下部。

6.根据权利要求4所述的实验室低真空-冷却水循环系统，其特征在于：所述真空管Ⅰ（15）上设有真空表Ⅰ（16），真空管Ⅱ（11）上设有真空表Ⅱ（9）。

7.根据权利要求4所述的实验室低真空-冷却水循环系统，其特征在于：所述吸收瓶Ⅰ（21）设有密封瓶塞Ⅰ（20），密封瓶塞Ⅰ（20）上设有放气管Ⅰ（18）和与待抽真空系统相连接的真空连接管Ⅰ（19），放气管Ⅰ（18）上设有旋塞Ⅰ（17）；所述吸收瓶Ⅱ（4）设有密封瓶塞Ⅱ（6），密封瓶塞Ⅱ（6）上设有放气管Ⅱ（8）和与待抽真空系统相连接的真空连接管Ⅱ（5），放气管Ⅱ（8）上设有旋塞Ⅱ（7）。

8.根据权利要求1所述的实验室低真空-冷却水循环系统，其特征在于：所述储水槽（1）上设有盖板和用于固定浸入式水泵（22）的固定架，所述固定架设置在水槽的其中一端部，所述盖板和固定架之间设有缺口。

9.根据权利要求1-8任一所述的实验室低真空-冷却水循环系统，其特征在于：

所述储水槽（1）放置于通风橱操作台面下方的支撑框架内，所述支撑框架内还设有通风橱底柜，且储水槽与通风橱底柜并列设置。

10.根据权利要求9所述的实验室低真空-冷却水循环系统，其特征在于：所述储水槽（1）底部四角安装万向轮（25）。

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