CN204798883U - 温度可控式电子冷凝旋转蒸发仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种温度可控式电子冷凝旋转蒸发仪；主要包括蒸馏烧瓶、恒温水浴锅、减压泵、接收瓶、电子冷凝器；其中的电子冷凝器由圆筒形电子制冷元件、圆筒形气流散热器、翅片冷凝管组成；蒸馏过程中，电子制冷元件冷端吸收冷凝管内的热量温度降低，蒸馏烧瓶中产生的热蒸气与冷凝管壁及翅片接触产生冷凝，热端的热量不断被散热器导出，使电子制冷元件冷端持续保持低温状态；由于冷凝管与环境温度隔离、冷却面积增大、冷凝温度更低，冷凝效率得到提高；通过对电子冷凝器输入电流的调整，可实现高精度冷凝温度的控制；可替代目前旋转蒸发仪的水冷式冷凝器；结构简单，使用方便，容易加工制造，易于普及推广，对环境保护与节约用水具有重大意义。

Description

温度可控式电子冷凝旋转蒸发仪

技术领域

本实用新型涉及化学、化工、制药、食品、环境等行业的科研院所、高等院校、企业研发机构；具体属于实验仪器和设备技术制造领域，尤其涉及一种代替冷却水冷凝的温度可控式电子冷凝旋转蒸发仪。

背景技术

长期以来，全社会都在大力倡导节约用水，在工业、农业、服务业、日常生活等方面的节约用水设施，都采取了积极有效的节水方法及手段，并取得了明显的效果。然而，对于科研院所、学校实验室等研究教育机构、或自身从事节水研究的科研部门，对实验研究用水的浪费却置若罔闻，没有引起社会及研究人员足够的重视。实验室在进行科学研究、实验教学等需要冷却水冷凝的实验中，普遍使用自来水直接通入实验装置，实验过程中自来水大量排放，白白浪费了许多珍贵的洁净水。因此，科学研究、教育行业节水应当成为科研人员、教育工作者及全社会非常值得关注的问题。

旋转蒸发仪是化工、医药、生物等行业科研生产的重要仪器，主要用于在减压条件下连续蒸馏回收大量易挥发溶剂，其应用范围包括提取溶剂的回收、萃取溶剂的回收和色谱分离后溶剂的回收等；并且在涉及物质的提纯、浓缩与分离等实验中，也常用到旋转蒸发仪；其结构包括：蒸馏烧瓶、恒温水浴锅、冷凝器、减压泵和接收瓶。基本原理是减压蒸馏，即在减压条件下，蒸馏烧瓶连续转动，使被蒸馏物质在蒸馏烧瓶表面形成大面积薄膜得到快速蒸发。目前旋转蒸发仪都使用水冷式冷凝器，一般都是直接将自来水通入到旋转蒸发仪的冷凝器上，自来水进入冷凝器使冷凝器温度降低，自来水吸收热量后从冷凝器排出直接放掉，一般满足最低冷却温度要求时，冷却水的流速大约为每分钟2升，那么把自来水作为废水排放的水量为每小时120升，况且每次的蒸馏都需要数小时，造成水资源的严重浪费。有时遇到突然停水时，必须立即停止实验，给正常的科学研究及实验工作带来极大的不便。旋转蒸发仪对于一些低沸点的挥发性溶剂的回收率比较低，现有的冷凝器，一般采用低温冷却液循环泵，需要不停的更换冰水才能达到冷却的效果，使用循环泵不但使结构复杂，而且设备仪器成本高，运行消耗大。此外，传统旋转蒸发仪的冷凝器尚存一定缺陷，主要表现为如果待蒸发的溶剂极易挥发，冷凝器难以达到所需的冷凝温度，很容易被真空泵直接抽走，造成对泵体损害并排入大气的同时，冷凝回收的溶剂也必然减少，这样就造成了原料的浪费和环境的污染；此外很重要的是传统的冷凝器对于不同冷凝温度的馏分无法进行相应温度的准确控制；不能对体系中不同气化温度的物质进入冷凝器后进行不同温度的分段冷凝。

电子制冷又称半导体制冷，或者热电制冷、温差电制冷，是从50年代发展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科，它利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，产生珀尔帖效应，即通过直流电制冷的一种新型制冷方法，与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。如今技术的发展使电子制冷的优势逐步显现出来。电子制冷是一种固体制冷方式，它是靠空穴和电子在运动中直接传递热量来实现的。与压缩机制冷系统相比，没有机械转动部分，无需制冷剂，无噪声，无污染，可靠性高，寿命长，易于恒温控制等等。现在电子制冷技术已在军事、科学、航空航天、工业、农业、医疗卫生、生化和日常生活用品等许多领域得到较广泛的应用，特别是随着我国经济建设的快速发展以及对环境保护越来越高的要求，逐步禁止污染大气、破坏臭氧层的氟利昂作为制冷剂，电子制冷技术更呈现出诱人的前景；电子制冷，是当之无愧的21世纪新的绿色“冷源”。CN101862689B发明专利公开了一种无冷却水直冷式电子冷凝器实验装置，它是通过电子制冷元件冷端吸收热量传导于冷凝管空间内部的集冷器上，使体系内冷凝温度降低，属于内冷式电子冷凝器；然而冷凝管外部接触的室温环境则还会对冷凝管内部的降温有一定的抵消作用，而且在电子制冷元件冷端向集冷器传导过程中也会造成冷却温度的损失，使电子冷凝器的制冷效果尚没有得到有效的发挥，并且内冷式电子冷凝器结构比较复杂，不易制造加工。

发明内容

本实用新型为了改变传统旋转蒸发仪对水资源浪费严重的状况，解决其水冷式冷凝器难以达到所需的冷凝温度，使得低沸点挥发性溶剂的回收率低，造成了原料的浪费和环境的污染；对于不同冷凝温度的馏分无法进行相应温度的准确控制；不能对反应体系中不同气化温度的物质进入冷凝器后进行温度分段冷凝；以及内置电子冷凝器受环境温度和传导过程对冷却效果产生的影响等诸多缺陷；提供了一种可以使旋转蒸发仪冷凝管外部与环境温度隔离、增大冷却面积使冷凝效率提高，可根据不同馏分调整冷凝温度的可控式电子冷凝旋转蒸发仪。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种温度可控式电子冷凝旋转蒸发仪，主要包括蒸馏烧瓶、恒温水浴锅、减压泵、接收瓶、电子冷凝器；所述电子冷凝器由电子制冷元件、气流散热器、冷凝管组成，所述电子制冷元件呈圆筒状结构，冷凝管可插在圆筒形电子制冷元件内，电子制冷元件内表面与冷凝管外表面相互接触；所述气流散热器呈圆筒状结构，圆筒形电子制冷元件可插在圆筒形气流散热器内，圆筒形气流散热器内表面与圆筒形电子制冷元件外表面之间保留一定间隔；所述冷凝管内壁设置了许多翅片。

本实用新型的技术问题还由如下方案来实现：

所述圆筒状电子制冷元件可以是整体圆筒结构，也可以由两个半圆形结构组合成圆筒；所述圆筒形气流散热器由内外两个圆筒连接成双层圆筒结构，内外筒之间保留一定间隔；内筒壁上开有许多与筒壁呈向上倾斜角度的小孔，外筒壁一侧装有散热风扇，风扇排气口与内外筒之间相通，散热器可散发掉由电子制冷元件外表面放出的热量；所述冷凝管内壁设置的许多翅片呈圆环状，并与管壁形成向下的倾斜角，以增加冷凝管内的冷却面积，提高冷却效率。通常电子制冷元件冷热端的温差可以达到40～65度之间，如果通过主动散热的方式来降低热端温度，那冷端温度也会相应的下降，从而达到更低的温度。

进行蒸馏工作时，接通散热风扇和电子制冷元件直流电源，电子制冷元件内表面吸收热量成为冷端温度降低，同时传导于冷凝管使其温度降低，外表面放出热量成为热端温度升高；与此同时，散热风扇将气流导入筒形气流散热器，气流通过散热器内表面的许多小孔将电子制冷元件外表面放出的热量导出；由于散热器内表面的小孔呈向上的倾斜角，使得散热器内表面与电子制冷元件外表面之间形成自下而上的气流，这样就在散热器内表面与电子制冷元件外表面之间的下端产生负压，又可使气流不断吸入，增强散热效果。在蒸馏过程中，被蒸馏物质在蒸馏烧瓶中被加热，产生的热蒸气进入被电子冷凝的冷凝管与管壁及翅片接触产生冷凝，热端的热量不断被散热器导出，使电子制冷元件冷端持续保持低温状态，被冷凝的馏分不断馏出到接收瓶内；由于冷凝温度更低，冷凝效率得到提高；根据体系中馏分的冷凝温度通过对电子冷凝器中电子制冷元件输入电流的调整，可实现高精度冷凝温度的控制。

本实用新型带来的有益效果是：

1.实现了无冷却水冷凝，节约了大量的洁净自来水。

2.减少了依靠循环冷却设备冷却的高额投入。

3.实现了比自来水冷却、无制冷循环水设备冷却更低的冷凝温度。

4.克服了自来水冷却停水时需中断实验的局面，保障了实验顺利进行。

5.与有制冷和无制冷的循环冷却设备相比，没有较大的机械转动部分，无需制冷剂，无噪声，无污染，可靠性高，寿命长，安装容易。

6.通过对电子冷凝器电流的调整，可实现高精度冷凝温度的控制。

7.由于使冷凝管外部与环境温度隔离、冷凝管冷却面积增大，使冷凝效率得到提高。

8.使用方便、结构简单，容易加工制造，易于普及推广，对环境保护节约用水具有重大意义。

附图说明

图1为平板型电子制冷元件结构及工作原理示意图。

图2为圆筒形电子制冷元件结构及工作原理示意图。

图3为温度可控式电子冷凝旋转蒸发仪结构示意图。

图4为两个半圆形电子制冷元件结构示意图。

图5为翅片冷凝管结构示意图。

图6为圆筒形散热器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

电子制冷元件结构及工作原理如图1、图2所示，1-1、2-1为绝缘陶瓷，1-2、2-2为金属导体，1-3、2-3为N型及P型半导体，1-4、2-4为直流电源。将直流电源通入电子制冷元件后，即刻产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，1-A、2-A面成为冷端温度降低；由P型元件流向N型元件的接头释放热量，1-B、2-B面成为热端温度升高。通常电子制冷元件冷热端的温差可以达到40～65度之间，如果通过主动散热的方式来降低热端温度，那冷端温度也会相应的下降，从而达到更低的温度。

本实用新型的温度可控式电子冷凝旋转蒸发仪结构、半圆形电子制冷元件结构、翅片冷凝管结构、圆筒形散热器结构如3图、图4、图5、图6所示，其中的电子制冷元件3-1呈圆筒形结构，冷凝管3-3插于圆筒形的电子制冷元件内，电子制冷元件内表面3-1-A与冷凝管外表面相互接触，电子制冷元件工作时圆筒内表面3-1-A吸收热量温度降低，圆筒外表面3-1-B放出热量温度升高；其中的气流散热器3-2亦呈圆筒形结构，套在电子制冷元件3-1外部，气流散热器的内外筒之间留有一定间隔，外筒壁一侧装有散热风扇3-2-1，风扇排气口与筒内部相通；内筒壁上开有许多与筒壁呈一定倾斜角度的小孔3-2-2，气流散热器与电子制冷元件之间留有一定的空隙3-4，使小孔流出的气流可以从中通过。冷凝管3-3内壁设置的翅片3-3-1增大了冷凝管内的冷却面积，以提高冷凝效率。

进行蒸馏工作时，接通散热风扇3-2-1和电子制冷元件3-1直流电源，电子冷凝器开始工作，电子制冷元件内表面3-1-A吸收热量成为冷端温度降低，同时传导于冷凝管3-3使其温度降低，外表面3-1-B放出热量成为热端温度升高；与此同时，散热风扇3-2-1将气流3-5导入筒形气流散热器3-2内，气流通过散热器内表面的许多小孔3-2-2流出，将电子制冷元件外表面3-1-B放出的热量导出；由于散热器内表面的小孔呈向上的倾斜角，使得散热器内表面与电子制冷元件外表面之间形成自下而上的气流3-6，与此同时在散热器与电子制冷元件之间的下端空间产生负压，又可使气流3-7不断吸入，增强了散热效果。在蒸馏过程中，被蒸馏物质在蒸馏烧瓶3-8中被加热，产生的热蒸气进入被电子冷凝的冷凝管与管壁及翅片3-3-1接触产生冷凝，热端的热量不断被散热器导出，使电子制冷元件冷端持续保持低温状态，被冷凝的馏分不断馏出到接收瓶3-9内。由于冷凝温度更低，冷凝效率得到提高；可替代水冷式冷凝器，实现了无冷却水的冷凝；根据馏分的冷凝温度通过对电子冷凝器电流的调整，可实现高精度冷凝温度的控制；对环境保护与节约用水具有重大意义。

Claims (4)

1.一种温度可控式电子冷凝旋转蒸发仪，主要包括蒸馏烧瓶、恒温水浴锅、减压泵、接收瓶、电子冷凝器；其特征是：所述电子冷凝器由电子制冷元件、气流散热器、冷凝管组成；所述电子制冷元件呈圆筒状结构，冷凝管可插在圆筒形电子制冷元件内，电子制冷元件内表面与冷凝管外表面相互接触；所述气流散热器呈圆筒状结构，圆筒形电子制冷元件可插在圆筒形气流散热器内，圆筒形气流散热器内表面与圆筒形电子制冷元件外表面之间保留一定间隔；所述冷凝管内壁设置了许多翅片。

2.根据权利要求1所述一种温度可控式电子冷凝旋转蒸发仪，其特征是：所述圆筒状电子制冷元件可以是整体圆筒结构，也可以由两个半圆形结构组合成圆筒。

3.根据权利要求1所述一种温度可控式电子冷凝旋转蒸发仪，其特征是：所述圆筒形气流散热器由内外两个圆筒连接成双层圆筒结构，内外筒之间保留一定间隔；内筒壁上开有许多与筒壁呈向上倾斜角度的小孔；外筒壁一侧装有散热风扇，风扇排气口与内外筒之间相通。

4.根据权利要求1所述一种温度可控式电子冷凝旋转蒸发仪，其特征是：所述冷凝管内壁设置的许多翅片呈圆环状，并与管壁形成向下的倾斜角。