CN209802137U - 蒸发冷却式回流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种蒸发冷却式回流装置，包括：回流管和冷却筒，所述回流管伸入冷却筒内并与冷却筒封闭连接，回流管与冷却筒之间形成有用于容置冷却剂的冷却腔，所述冷却筒的上部开设有与所述冷却腔相连通的出气口和供冷却剂进入的进料口；其特征在于还包括有能产生空气流的鼓风组件，该鼓风组件的鼓风孔与所述冷却腔的下部相连通，以向冷却腔内的冷却剂通入空气。与现有技术相比，本实用新型便于实施且耗水量低、冷却能力高。

Description

蒸发冷却式回流装置

技术领域

本实用新型属于实验室设备技术领域，具体涉及一种蒸发冷却式回流装置。

背景技术

在检测、实验室中，回流是一种对液体试样进行等温加热/液汽循环相变处理手段，具体工艺过程是：先将液体加热汽化，而汽化后的蒸汽又在冷凝段冷凝液化，并流回原来的器皿中重新受热气化，这样循环往复的汽化-液化过程称为回流。回流是有机化学实验中最基本的操作之一，许多有机化学反应都是在回流条件下完成的。而回流装置就是用于实现这一过程的装置。

回流装置通常由热源、加热器皿(有时采用热浴)、冷凝回流管组成。其中，热源主要有酒精灯、电热，加热器皿有圆底瓶、平底瓶、锥形瓶、梨形瓶或尖底瓶，冷凝回流管依据回流液的沸点由高到低分别选择空冷(气)型、直形、球形、蛇形或双水内冷冷凝管。

除空冷(气)型冷凝回流管外，其他型式的回流管均用水作为冷却剂，由水吸热升温(显热)来冷却、凝结蒸汽(潜热)。因为大多数液体的汽化/冷凝潜热很大，所以冷却水量将远远大于冷凝回流量，以水为例，1g/s的冷凝回流循环通常需要50g/s的水来冷却，会造成水的大量浪费，特别是回流装置中的冷凝管不能做成逆流的形式，为维持适当的传热温差，更加加大了冷却水耗水量；空冷(气)型冷凝回流管虽然不耗水，但空气的对流换热系统过小，不利于热量的传递，故只能用于大温差的场合，而且会出现传热速度不足，蒸干回流液的现象。

为了节约冷却水，申请号为CN201220245038.1的实用新型专利《节水高效回流冷凝管》(授权公告号为CN202555307U)公开的冷凝管主要由球形漏斗、冷水出口、冷水管、热水出口、热水管、进水口、排水口、排水管组成，球形漏斗下端左侧的冷水出口焊接一支冷水管，冷水管的下端口焊接在外层套管下端左侧，外层套管上端右侧的热水出口与热水管的下端焊接在一起，热水管的上端焊接在球形漏斗下端右侧的排水口上，球形漏斗右侧的排水口通过焊接方式与排水管上口相接。该专利通过在球形漏斗中注入冷凝水和冰块，热蒸汽使外层套管中水温上升与冰水形成较大温差，热水从排水管溢出，冰水进入外层套管进行冷凝，既节水，冷凝效果又好。但该装置在使用时需要添加冰块(制冰通常需要消耗能量)，存在一定的不便。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种便于实施且耗水量低、冷却能力高的蒸发冷却式回流装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种蒸发冷却式回流装置，包括：回流管和冷却筒，所述回流管伸入冷却筒内并与冷却筒封闭连接，回流管与冷却筒之间形成有用于容置冷却剂的冷却腔，所述冷却筒的上部开设有与所述冷却腔相连通的出气口和供冷却剂进入的进料口；

其特征在于还包括有能产生空气流的鼓风组件，该鼓风组件的鼓风孔与所述冷却腔的下部相连通，以向冷却腔内的冷却剂通入空气。

作为改进，所述鼓风组件包括有相连通的鼓风机和布风件，所述鼓风机设于冷却筒的外侧；所述布风件具有与鼓风机的出风口相连通的内腔，该内腔形成供空气流流动的流道，所述布风件设于冷却筒的下部筒壁上，所述鼓风孔设于布风件上并与所述内腔相连通。本实用新型中，布风件可以为设置在冷却筒一侧上的块状结构，也可以为环绕冷却筒设置的环状结构等，只要能实现将鼓风机吹出的空气流导入至冷却腔内均可。

为了使空气能均匀进入冷却腔内而带走更多的汽化潜热，改进，所述布风件为沿着冷却筒的筒壁周向设置的环状结构，且布风件的内部中空形成上述内腔，该布风件的内圈穿过冷却筒的筒壁并露于冷却腔内，所述鼓风孔有若干个并间隔分布在布风件的内圈上。如此，空气流在布风件构成的空间内降速，然后均匀地通过鼓风孔进入冷却筒内。

为保证布风件与冷却筒之间的密封性，防止空气外漏，所述布风件与冷却筒为一体连接件。

为了调节空气流量，以控制回流温度，优选的是，所述鼓风组件还包括有用于调节空气流量的空气调节阀，该空气调节阀连接在鼓风机和布风件之间。

为了使鼓风机能同时连接多个回流装置，所述鼓风组件还包括有与鼓风机的出风口相连通的空气分配器，该空气分配器具有至少两个出风接头，所述布风件与其中一个出风接头相连通。

较优选的是，所述鼓风机与布风件之间通过管路相连；且为了防止冷却剂从鼓风孔回流而影响鼓风机的正常工作，所述鼓风机所在的高度高于所述布风件所在的高度；或，所述鼓风机与布风件之间设有防止冷却腔内的冷却剂回流的防回流结构。该防回流结构可以是单向阀，或者是将管路设置为倒置的U型管结构等。

在上述方案中，当冷却剂为蒸馏水等冷却液时，从出气口出来的空气中一般混合有少量的冷却液，为了收集冷却液，所述出气口上连接有用于分离气体和液体的气液分离器，该气液分离器上具有供分离后的气体排出的排气口、供分离后的液体流出的回液口。

为了循环利用冷却剂，降低冷却剂的消耗，改进的是，所述回液口与冷却筒的下部相连通，以将分离后的液体回流至冷却腔内。

冷却过程中，冷却腔内的冷却剂会减少，为了便于进料，所述进料口上连接有用于存放冷却剂的储液箱和控制储液箱的出液口开合的开关，所述开关设置在储液箱和进料口之间。

最后，还包括有回流瓶和加热回流瓶的加热器，所述回流瓶设于回流管的下方并与回流管相连通。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过设置鼓风组件，使得空气流经过鼓风孔进入冷却腔内，当冷却腔内的冷却剂为蒸馏水或除盐水等冷却液时，空气在流动过程中会带走部分冷却液，这些冷却液由液态转化为气态进入空气中时，会带走汽化潜热，且吸收的汽化潜热值是同等量的水升温10℃时的50～60倍，故而，使得耗水量不到现有的回流装置的耗水量的六十分之一，节水效果明显，而且不需要专门的供水系统；同时本实用新型的换热系数又大于水的自然对流换热系数，且是空气强制对流的数十倍，冷却能力高。当冷却腔内的冷却剂为气水混合物时，其冷却能力提高了数十倍，在不需要很大面积的情况下即可满足冷却需要，且可以防止回流液烧干现象。且结构合理实用。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的结构示意图；

图2为图1中A-A向的剖视图；

图3为图2中B部的放大图；

图4为本实用新型实施例二的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例一：

如图1～3所示，为本实用新型的蒸发冷却式回流装置的优选实施例一，该回流装置包括有回流管1、冷却筒2、鼓风组件3、气液分离器4、储液箱5、开关6、回流瓶7、加热器8。

其中，回流管1和冷却筒2分别竖直设置，回流管1伸入冷却筒2内并与冷却筒2封闭连接，回流管1与冷却筒2之间形成有用于容置冷却剂的冷却腔20。冷却筒2的上部开设有与冷却腔20相连通的出气口21和供冷却剂进入的进料口22。上述回流瓶7设于回流管1的下方并与回流管1的下端部相连通，上述加热器8设于回流瓶7的下方，用于加热回流瓶7。为了防止回流瓶7局部过热，在回流瓶7和加热器8之间设置有导热板81，该导热板81起到均匀加热温度的作用，以使回流瓶7能均匀受热。同时，加热器8连接有加热调节器82，以根据需要调节加热功率。

上述鼓风组件3能产生空气流，该鼓风组件3的鼓风孔30与上述冷却腔20的下部相连通，以向冷却腔20内的冷却剂通入空气。本实施例中，鼓风组件3包括有相连通的鼓风机31和布风件32，鼓风机31与布风件32之间通过管路33相连，鼓风机31所在的高度高于布风件32所在的高度，以防止冷却剂通过布风件32进入鼓风机31内而影响鼓风机31的正常工作(当然也可在鼓风机与布风件之间设置防止冷却腔内的冷却剂回流的防回流结构，如单向阀等)。鼓风机31设于冷却筒2的外侧；布风件32具有与鼓风机31的出风口相连通的内腔320，该内腔320形成供空气流流动的流道，布风件32设于冷却筒2的下部筒壁上，鼓风孔30设于布风件32上并与内腔320相连通，具体为：布风件32为沿着冷却筒2的筒壁周向设置的环状结构，且布风件32的内部中空形成上述内腔320，该布风件32的内圈穿过冷却筒2的筒壁并露于冷却腔20内，鼓风孔30有若干个并间隔分布在布风件32的内圈上。且本实施例中，为提高密封性，布风件32与冷却筒2为一体连接件。

上述鼓风组件3还包括有用于调节空气流量的空气调节阀34、与鼓风机31的出风口相连通的空气分配器35，该空气调节阀34连接在鼓风机31和布风件32之间，以调节布风件32的进气量，进而控制回流温度。空气分配器35具有至少两个出风接头351，布风件32与其中一个出风接头351相连通。具体为：空气分配器35有一个进风接头352和两个出风接头351(当然，出风接头可以有多个，具体根据实际情况设计)，进风接头352与鼓风机31的出风口相连通，空气调节阀34也有两个并分别设置在两个出风接头351上，上述管路33与其中一个出风接头351相连通，以连通布风件32和鼓风机31。当然，如图1所示，本实施例中回流装置只有一套，管路33也可直接与鼓风机31的出风口相连通，或通过空气调节阀34与鼓风机31的出风口相连通，而无需设置空气分配器35。

当冷却剂为冷却水(冷却水最好为蒸馏水、除盐水等干净的冷却水)等冷却液时，为了回收冷却剂，在出气口21上连接有用于分离气体和液体的气液分离器4，该气液分离器4上具有供分离后的气体排出的排气口41、供分离后的液体流出的回液口42、供分离前的气体进入的入气口43。入气口43通过接管一44与出气口21连接，回液口42通过接管二45与冷却筒2的下部相连通，以将分离后的液体回流至冷却腔20内。同时，进料口22上连接有用于存放冷却剂的储液箱5和开关6(储液箱5的出液口与冷却筒2的进料口22之间通过接管三51连接)，开关6设置在储液箱5和进料口22之间，以控制储液箱5的出液口的开合。开关打开后，为了使储液箱5内的冷却剂能自动流至冷却腔20内，该储液箱5的高度高于进料口22的高度。当然，也可设置泵体以使冷却剂能从储液箱5流动至冷却腔20内。

工作流程为：使用前在回流瓶7(回流瓶7可以是烧瓶、锥形瓶等)内装入适量需回流的溶液，在冷却筒2内注入干净的冷却水，在储液箱5内加入同样的冷却水，装置组装后启动加热器8进行加热。加热至一定温度后，启动鼓风机31，外界空气经由管路33进入布风件32，空气在布风件32、冷却筒2构成的空间内降速，然后均匀地通过鼓风孔30进入冷却筒2内(水侧)，因为鼓风孔30的孔径很小(本实施例中鼓风孔30的孔径≤1mm)，所以形成大量小直径的气泡(鼓包)，这些气泡很小，且数量很多，所以有巨大的表面积与冷却水接触，一部分水分子进入空气，并随着气泡上浮被带出水面，同时带走了汽化潜热。空气和水蒸汽的混合物经出气口21进入气液分离器4，在气液分离器4中，气体和小水滴被分离，小水滴汇聚成大水珠落入气液分离器4的下部，再经由回液口42返回到冷却筒2，而气体(蒸汽、空气混合物)经排气口41排入大气。由于气液分离器无法将气体与液体完全分离，还是会有部分液体随着气体排入大气，因此，随着时间的推移，冷却筒2内的冷却水会减少，当水位低于低限时，可开启相应的开关6，以使冷却筒2内加入新的冷却水(储液箱5高位布置，打开开关6，冷却水将由自身静压克服冷却筒内的正压进入冷却筒)，直至回流试验结束。使用较长时间后，可以拔除各接管，对冷却筒2进行清洗。

当冷却剂为气水混合物时，从鼓风孔30吹出的空气是为了提高冷却腔内气水混合物的对流，因此鼓风孔30的孔径可大可小，没有太大要求，从布风件32吹出的空气能提高空气的对流换热系数，有利于热量的传递，在不需要很大面积的情况下即可满足冷却需要，且可以防止烧干现象。

实施例二：

如图4所示，为本实用新型的蒸发冷却式回流装置的优选实施例二，本实施例中回流装置的结构与实施例一基本相同，区别在于本实施例中回流装置有两套，且两套回流装置共用一个鼓风机31、储液箱5和加热器8。

其中，鼓风机31上连接有空气分配器35，第一套回流装置中的管路33与空气分配器35中其中一个出风接头351相连，第二套回流装置中的管路33与空气分配器35中另外一个出风接头351相连，鼓风机31同时向两套回流装置提供流动的空气，且两个出风接头351上分别设置有空气调节阀34，以调节各自的出风量。

第一、第二套回流装置的接管三51同时连接至同一个储液箱5，且储液箱5的两个出液口上分别设有开关6，以分别控制出液口的开合。

同时，两套回流装置中的回流瓶7分布在同一块导热板81上，该导热板81通过加热器82加热，以提高实验效率。

当然，本实用新型中的回流装置也可以有三套或者更多，多套回流装置可以共用一个鼓风机、储液箱和加热器。

Claims (10)

1.一种蒸发冷却式回流装置，包括：回流管和冷却筒，所述回流管伸入冷却筒内并与冷却筒封闭连接，回流管与冷却筒之间形成有用于容置冷却剂的冷却腔，所述冷却筒的上部开设有与所述冷却腔相连通的出气口和供冷却剂进入的进料口；

其特征在于还包括有能产生空气流的鼓风组件，该鼓风组件的鼓风孔与所述冷却腔的下部相连通，以向冷却腔内的冷却剂通入空气。

2.根据权利要求1所述的蒸发冷却式回流装置，其特征在于：所述鼓风组件包括有相连通的鼓风机和布风件，所述鼓风机设于冷却筒的外侧；所述布风件具有与鼓风机的出风口相连通的内腔，该内腔形成供空气流流动的流道，所述布风件设于冷却筒的下部筒壁上，所述鼓风孔设于布风件上并与所述内腔相连通。

3.根据权利要求2所述的蒸发冷却式回流装置，其特征在于：所述布风件为沿着冷却筒的筒壁周向设置的环状结构，且布风件的内部中空形成上述内腔，该布风件的内圈穿过冷却筒的筒壁并露于冷却腔内，所述鼓风孔有若干个并间隔分布在布风件的内圈上。

4.根据权利要求3所述的蒸发冷却式回流装置，其特征在于：所述布风件与冷却筒为一体连接件。

5.根据权利要求2所述的蒸发冷却式回流装置，其特征在于：所述鼓风组件还包括有用于调节空气流量的空气调节阀，该空气调节阀连接在鼓风机和布风件之间。

6.根据权利要求2所述的蒸发冷却式回流装置，其特征在于：所述鼓风组件还包括有与鼓风机的出风口相连通的空气分配器，该空气分配器具有至少两个出风接头，所述布风件与其中一个出风接头相连通。

7.根据权利要求2所述的蒸发冷却式回流装置，其特征在于：所述鼓风机与布风件之间通过管路相连，所述鼓风机所在的高度高于所述布风件所在的高度；或，所述鼓风机与布风件之间设有防止冷却腔内的冷却剂回流的防回流结构。

8.根据权利要求1所述的蒸发冷却式回流装置，其特征在于：所述出气口上连接有用于分离气体和液体的气液分离器，该气液分离器上具有供分离后的气体排出的排气口、供分离后的液体流出的回液口。

9.根据权利要求8所述的蒸发冷却式回流装置，其特征在于：所述回液口与冷却筒的下部相连通，以将分离后的液体回流至冷却腔内。

10.根据权利要求1所述的蒸发冷却式回流装置，其特征在于：所述进料口上连接有用于存放冷却剂的储液箱和控制储液箱的出液口开合的开关，所述开关设置在储液箱和进料口之间。