CN113385246A - 一种共沸恒温加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种共沸恒温加热装置，包括密封的工质腔，所述工质腔的内部设置有液态的工质；所述工质腔的底部设置有加热器，所述加热器的上方设置有收集加热器使工质沸腾所产生蒸汽的集气罩；所述工质腔的外部设置有冷凝装置，所述冷凝装置包括换热管；所述换热管的上端设置有与集气罩顶部连接的蒸汽管，换热管的下端设置有回水管；所述回水管的出水端位于靠近加热器的集气罩内部；所述回水管上设置有促进换热管中冷凝水从回水管排出的循环泵；所述工质腔的上方设置有内凹的作业槽；所述工质是共沸混合物。本发明采用液态共沸混合物作为工质，具有恒温精度高，而且具有结构简单、易于控制、成本低的优点。

Description

一种共沸恒温加热装置
技术领域
本发明涉及加热装置，特别是一种共沸恒温加热装置。
背景技术
在实验室中，恒温加热装置是一种常用的装置，但在现有技术中，一般采用复杂、精确的控制器、加热器及传感器等装置的组合控制来实现恒温控制，具有结构复杂、成本高的缺点。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种共沸恒温加热装置，采用共沸混合物作为工质，具有恒温精度高，而且还具有结构简单、易于控制、成本低的优点。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种共沸恒温加热装置，其特征在于，包括密封的工质腔，所述工质腔的内部设置有液态的工质；
所述工质腔的底部设置有加热器，所述加热器的上方设置有收集加热器使工质沸腾所产生蒸汽的集气罩；
所述工质腔的外部设置有冷凝装置，所述冷凝装置包括换热管；所述换热管的上端设置有与集气罩顶部连接的蒸汽管，换热管的下端设置有回水管；所述回水管的出水端位于靠近加热器的集气罩内部；
所述回水管上设置有促进换热管中冷凝水从回水管排出的循环泵；
所述工质腔的上方设置有内凹的作业槽，所述作业槽的底部高于集气罩的顶部；
所述工质是共沸混合物。
优选的，所述共沸混合物是乙醇与水的混合物。
优选的，所述换热管是垂直布置的螺旋形中空管体，所述换热管的上端设置有冷凝器，换热管的下端设置有加热器，所述冷凝器和加热器之间设置有半导体制冷片；所述半导体制冷片的制冷侧与冷凝器连接，半导体制冷片的发热侧与加热器连接。
优选的，所述冷凝器和加热器的内部均设置有与换热管接触的导热液。
优选的，所述作业槽与集气罩之间设置有使工质对流的搅拌泵。
优选的，所述工质不完全充满工质腔，工质的液面超过作业槽的底部，但与工质腔顶部之间保留有气隙；所述气隙设置有与换热管连通的泄压管，所述泄压管上设置有根据压力值开闭的压力阀。
优选的，所述工质腔的外侧设置有增加工质腔内部压力的增压装置。
优选的，所述集气罩是截面呈“M”的回转形结构体，所述冷凝装置设置有两个；两个冷凝装置的蒸汽管分别位于“M”的两个顶点，回水管分别位于“M”的两个下开口内侧。
优选的，所述循环泵是隔膜泵。
优选的，所述工质腔的外侧设置有分别监测工质温度和工质腔压力的温度表和压力表。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、采用液态共沸混合物作为工质，根据混合比例来确定沸点，只需在达到工质沸点后持续加热即可获得稳定的温度，无需精确的控制加热功率。
2、可以省略现有技术中复杂、精确的控制器、传感器等装置，改闭环系统为开环系统，具有结构简单、温度稳定的特点。
3、设置集气罩及循环的冷凝装置，可以防止工质腔内部升高，保持工质沸点稳定，而且可以防止工质外泄，使装置在使用过程中免于维护。
4、将回水管的入口设置在集气罩上(即作业槽及液面的底部)，可以保持固定的速度对蒸汽态工质及/或液态工质进行冷凝和回温循环，还可以避免工质蒸汽与作业槽接触而造成温度波动。
5、利用半导体制冷片对蒸汽进行冷凝及回温，结构简单，具有突出的节能效果。
6、通过增压装置来增加工质腔的压力，可以实现不改变工质类型和共沸混合物比例的情况下，提高沸点的温度，从而使作业槽快速的获得不同的、稳定的温度。
附图说明
图1为本发明的整体结构剖视图；
其中：工质腔10；工质11；作业槽12；加热器20；集气罩30；冷凝装置40；冷凝器41；半导体制冷片42；加热器43；换热管44；循环泵45；回水管46；蒸汽管47；泄压管48；搅拌泵50；压力阀60；增压装置70。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”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的元件。当一个元件被认为是“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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的。
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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”、包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
如图1所示，一种共沸恒温加热装置，包括密封的工质腔10，所述工质腔10的内部设置有液态的工质11；
所述工质腔10的底部设置有加热器20，所述加热器20的上方设置有收集加热器20使工质11沸腾所产生蒸汽的集气罩30；
所述工质腔10的外部设置有冷凝装置40，所述冷凝装置40包括换热管44，所述换热管44的上端设置有与集气罩30顶部连接的蒸汽管47，换热管44的下端设置有回水管46，所述回水管46的出水端位于靠近加热器20的集气罩30内部；
所述回水管46上设置有促进换热管44中冷凝水从回水管46排出的循环泵45；
所述工质腔10的上方设置有内凹的作业槽12，所述作业槽12的底部高于集气罩30的顶部；
所述工质11是共沸混合物。
在使用时，工质可以根据温度需要选择不同沸点的共沸混合物，本实施例中，需要在78摄氏度的温度下对一种聚合物乳液进行聚合反应，因此选择含水量4.4％的乙醇为工质，其沸点为78摄氏度(不同混合比例的共沸工质在本实施例条件下的沸点经过试验可以得知)。工质在加热器的加热至沸点并持续加热，沸腾后产生的蒸汽由集气罩收集后，经冷凝装置冷凝为液态后流回工质腔进行循环使用，既可以防止累积使工质腔内部压力变大而使工质沸点升高，也可以防止工质泄漏。
而且集气罩将蒸汽收集后，可以避免蒸汽与作业槽12接触而导致作业槽12的温度波动。
将待聚合反应的聚合物乳液放置在作业槽12中，即可获得稳定、准确的温度，从而保障聚合反应的稳定性。
通过工质的特定沸点来获得稳定、准确的温度，可以避免采用复杂的控制电路、精确的传感器和高质量的加热器等一系列的发热与控制装置，具有简单、精确、可靠及低成本的优点。
在该实施例中，循环泵45在加热过程中始终运行，将集气罩30上方的液态和气态工质持续进行循环，从而最大限度的防止气态工质从集气罩中逃逸。当然，在其它实施例中，也可以根据工质气化情况关闭或降低循环泵45的运行频率。
进一步的，所述共沸混合物是乙醇与水的混合物，乙醇与水混合物具有安全、低毒的特点；根据不同的沸点需要，还可以选择水、氯仿、四氯化碳、乙醚、二硫化碳等纯净物或氯仿、四氯化碳、乙醚、二硫化碳等与水按比例混合作为工质。
进一步的，所述换热管44是垂直布置的螺旋形中空管体，所述换热管44的上端设置有冷凝器41，换热管44的下端设置有加热器43，所述冷凝器41和加热器43之间设置有半导体制冷片42；所述半导体制冷片42的制冷侧与冷凝器41连接，半导体制冷片42的发热侧与加热器43连接。
利用半导体制冷片制冷侧的低温可以有效的使气态工质冷凝，根据半导体制冷片的原理，其发热侧可以将冷凝后的液态工质重新进行加热后再回流至工质腔内部，具有很好的冷凝、回温及节能效果。
换热管采用垂直布置的螺旋形中空管体，可以使冷凝后的工质自然下流至下端的回水管46中然后由循环泵45泵出，而未冷凝的蒸汽状态的工质则继续在在冷凝器41中冷凝；换热管采用螺旋形设计可以增加换热面积。
进一步的，所述冷凝器41和加热器43的内部均设置有与换热管44接触的导热液；所述导热液可以提高换热管44的换热效率。
进一步的，所述作业槽12与集气罩30之间设置有使工质11对流的搅拌泵50。由于蒸汽气泡被集气罩30收集，工质11的流动速度收到影响，而搅拌泵50可以保持工质11对流，使工质11的整体温度均匀。
进一步的，所述工质11不完全充满工质腔10，工质11的液面超过作业槽12的底部，但与工质腔10顶部之间保留有气隙；所述气隙设置有与换热管44连通的泄压管48，所述泄压管48上设置有根据压力值开闭的压力阀60。
通过压力阀60可以在气隙中压力增大时，手动或自动的将气隙中的高压蒸汽经换热管44冷凝，从而继续保持工质腔10中的压力稳定。
正常工作时，加热器20与工质11接触部分产生的蒸汽被完全经冷凝装置40冷凝，而不进入气隙中，此时，工质11和气隙会形成汽、液共存的饱和状态，而保持压力稳定；但是当加热器20与工质11接触部分产生的蒸汽意外进入气隙中时，压力增大，从而导致会沸点变化。
进一步的，所述工质腔10的外侧设置有增加工质腔10内部压力的增压装置70。因为液体的沸点与气压有关，因此，当作业槽12的温度需要升高时，可以通过增压装置70适当的使工质腔10内部压力升高来实现快速的温度调节，达到合适的压力后，压力阀60关闭，使压力(沸点)保持恒定。
进一步的，所述集气罩30是截面呈“M”的回转形结构体，所述冷凝装置40设置有两个；两个冷凝装置40的蒸汽管47分别位于“M”的两个顶点，回水管46分别位于“M”的两个下开口内侧。“M”结构的集气罩30和两个冷凝装置40可以较好的避免蒸汽逸出集气罩30，并快速的对蒸汽进行冷凝。
根据加热器的大小、功率等设置，可以合理的设置不同的冷凝装置的数量。
进一步的，所述循环泵45是隔膜泵；采用隔膜泵可以较好的避免工质腐蚀的影响。
进一步的，所述工质腔10的外侧设置有分别监测工质11温度和工质腔10压力的温度表和压力表。温度表和压力表仅用于显示数值及/或发出报警信息，不需要像现有技术中一样与控制器、加热器连接来形成闭环控制，具有结构简单、可靠的特点。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种共沸恒温加热装置，其特征在于：包括密封的工质腔，所述工质腔的内部设置有液态的工质；
所述工质腔的底部设置有加热器，所述加热器的上方设置有收集加热器使工质沸腾所产生蒸汽的集气罩；
所述工质腔的外部设置有冷凝装置，所述冷凝装置包括换热管；所述换热管的上端设置有与集气罩顶部连接的蒸汽管，换热管的下端设置有回水管；所述回水管的出水端位于靠近加热器的集气罩内部；
所述回水管上设置有促进换热管中冷凝水从回水管排出的循环泵；
所述工质腔的上方设置有内凹的作业槽，所述作业槽的底部高于集气罩的顶部；
所述工质是共沸混合物。
2.如权利要求1所述的一种共沸恒温加热装置，其特征在于：所述共沸混合物是乙醇与水的混合物。
3.如权利要求1所述的一种共沸恒温加热装置，其特征在于：所述换热管是垂直布置的螺旋形中空管体，所述换热管的上端设置有冷凝器，换热管的下端设置有加热器，所述冷凝器和加热器之间设置有半导体制冷片；所述半导体制冷片的制冷侧与冷凝器连接，半导体制冷片的发热侧与加热器连接。
4.如权利要求3所述的一种共沸恒温加热装置，其特征在于：所述冷凝器和加热器的内部均设置有与换热管接触的导热液。
5.如权利要求1所述的一种共沸恒温加热装置，其特征在于：所述作业槽与集气罩之间设置有使工质对流的搅拌泵。
6.如权利要求1所述的一种共沸恒温加热装置，其特征在于：所述工质不完全充满工质腔，工质的液面超过作业槽的底部，但与工质腔顶部之间保留有气隙；所述气隙设置有与换热管连通的泄压管，所述泄压管上设置有根据压力值开闭的压力阀。
7.如权利要求1所述的一种共沸恒温加热装置，其特征在于：所述工质腔的外侧设置有增加工质腔内部压力的增压装置。
8.如权利要求1所述的一种共沸恒温加热装置，其特征在于：所述集气罩是截面呈“M”的回转形结构体，所述冷凝装置设置有两个；所述两个冷凝装置的蒸汽管分别位于“M”的两个顶点，回水管分别位于“M”的两个下开口内侧。
9.如权利要求1所述的一种共沸恒温加热装置，其特征在于：所述循环泵是隔膜泵。
10.如权利要求1所述的一种共沸恒温加热装置，其特征在于：所述工质腔的外侧设置有分别监测工质温度和工质腔压力的温度表和压力表。
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