CN213669369U - 一种实验加热装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种实验加热装置，涉及实验器械技术领域。实验加热装置包括加热套，加热套形成为上部开口的筒状结构，筒状结构内具有用于容纳容器的第一腔体。加热套的材质为复合加热层，复合加热层包括依次层叠布置的硅胶层、纳米碳纤维层和硅胶层，纳米碳纤维层设置有电极，电极的边缘连接有极耳。本申请以纳米碳纤维层为加热体，纳米碳纤维层是一种远红外辐射材料，通电时纳米碳纤维层将电能转换成热能，通过远红外辐射加热，无需与被加热物质紧密接触，无传热介质，具有节能、加热升温快、传热均匀、热损耗少、热效率高等优点。同时，硅胶层增加了纳米碳纤维层的柔韧性，保护了纳米碳纤维层的完整性，提高了实验加热装置的绝缘性和安全性。

Description

一种实验加热装置

技术领域

本申请涉及实验器械技术领域，具体而言，涉及一种实验加热装置。

背景技术

在生物、医药、食品、环保等各种化学合成实验室中，经常会用到恒温加热装置，越来越多的恒温加热控制技术也因此横空出世，以满足科研工作的需要。目前，比较常用的恒温加热实验装置主要以电热合金材料为发热体，通过直接或间接的方式对反应溶液进行加热，具体为：一、采用金属丝作为发热源，平面加热板或电热套作为传热介质，这种类型的加热装置虽然简单实用，但加热不均匀，且升温降温速率慢，无法进行精确控温。二、采用水浴或油浴方式，金属加热管作为发热源置于液浴容器中，由水油传导加热，该种方式虽然加热较均匀，但水浴使用温度不高，油浴使用不便，一旦烧干或者温度过高失控，容易导致火灾。此外，以电热合金材料为发热体，生产工艺简单，价格低，但电热合金材料易于氧化损坏，容易发生漏液漏电危险，引发安全问题。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种实验加热装置，其能够改善现有加热装置加热不均匀的问题，且安全性较好。

第一方面，本申请实施例提供一种实验加热装置，其包括加热套，加热套形成为上部开口的筒状结构，筒状结构内具有用于容纳容器的第一腔体。

加热套的材质为复合加热层，复合加热层包括依次层叠布置的硅胶层、纳米碳纤维层和硅胶层，纳米碳纤维层设置有电极，电极的边缘连接有极耳。

在上述实现过程中，筒状结构的加热套有利于对容器的侧壁进行均匀加热。本申请以纳米碳纤维层为加热体，纳米碳纤维层是一种远红外辐射材料，通电时纳米碳纤维层将电能转换成热能，通过远红外辐射加热，无需与被加热物质紧密接触，无传热介质，具有节能、加热升温快、无污染、传热均匀、热损耗少、热效率高等优点。同时，硅胶层增加了纳米碳纤维层的柔韧性，保护了纳米碳纤维层的完整性，提高了实验加热装置的绝缘性和安全性。

在一种可能的实施方案中，复合加热层的厚度为0.8～1.0mm。

在上述实现过程中，复合加热层较薄，其弯折性较佳。

在一种可能的实施方案中，复合加热层还包括保温隔热层，保温隔热层贴合于其中一个硅胶层，且加热套的保温隔热层设置于远离第一腔体的一侧。

在上述实现过程中，保温隔热层能够减少热量损失，从而加快升温速度，减少能耗。

在一种可能的实施方案中，保温隔热层的材质为云母或硅酸铝纤维，保温隔热层的厚度为0.2～0.3mm。

在一种可能的实施方案中，复合加热层还包括支撑层，支撑层贴合于保温隔热层。

在上述实现过程中，支撑层能够提高整个加热套的机械强度。

在一种可能的实施方案中，支撑层的材质为金属铝，支撑层的厚度为1～2mm。

在上述实现过程中，铝支撑层同时还起到反射红外辐射的作用，能够将纳米碳纤维通电时向外辐射的热量反射回容器，进而提高复合加热层的热效率。

在一种可能的实施方案中，实验加热装置还包括温控系统和第一温度传感器，第一温度传感器设置于加热套的内壁，温控系统连接于电极和温度传感器。

在上述实现过程中，第一温度传感器用于检测加热套的温度，并将测得的温度传回温控系统，温控系统通过调节通入纳米碳纤维层的电流大小进而调节加热套的温度。

在一种可能的实施方案中，实验加热装置还包括用于插入到容器中的第二温度传感器，第二温度传感器连接于温控系统。

在上述实现过程中，第二温度传感器用于直接检测容器内的固体、液体或气体的温度，并将测得的温度传回温控系统，温控系统通过调节通入纳米碳纤维层的电流大小进而调节容器内的固体、液体或气体的温度。

在一种可能的实施方案中，实验加热装置还包括基座和磁力搅拌机构，加热套设置于基座上，基座内部具有第二腔体，磁力搅拌机构包括磁力搅拌器和用于置入容器中的搅拌子，磁力搅拌器设置于第二腔体内。

在一种可能的实施方案中，基座的顶部设置有至少三个支撑柱，加热套通过至少三个支撑柱连接于基座。

在上述实现过程中，基座底部的至少三个支撑柱能够避免加热套直接放置于基座上。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例的实验加热装置的结构示意图；

图2为本申请实施例的纳米碳纤维膜/硅胶的展开结构示意图；

图3为本申请实施例的第一种复合加热层的剖视图；

图4为本申请实施例的第二种复合加热层的剖视图。

图标：10-实验加热装置；100-加热套；101-侧壁；102-底壁；200-复合加热层；210-硅胶层；220-纳米碳纤维层；230-电极；240-极耳；250-保温隔热层；260-支撑层；270-第一温度传感器；300-温控系统；400-第二温度传感器；500-基座；510-支撑柱；610-磁力搅拌器；620-搅拌子。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1，本申请实施例提供一种实验加热装置10，其包括加热套100，加热套100形成为上部开口的筒状结构，筒状结构内具有用于容纳容器的第一腔体。

盛放固体、液体或气体的容器能够容纳于第一腔体，使容器的侧壁101被均匀加热。

在如图2所示的实施例中，加热套100为圆柱形结构，其包括侧壁101和底壁102，侧壁101为长方形，底壁102为圆形。在本申请的其他一些实施方式中，加热套100还可以为棱柱形结构，其包括侧壁101和底壁102，侧壁101为长方形，底壁102为多边形。或加热套100还可以是平面板结构，适用于烧杯、烧瓶和锥形瓶等容器的加热。或加热套100还可以是半球型结构，适用于烧瓶等容器的加热。

并且，加热套100还可以包括顶壁，从而使容器的侧壁101、底壁102和上侧都能够接受到热量，进而使容器被均匀加热。

但是，由于本申请的加热套100并不是透明的，如果加热套100还包括顶壁，即加热套100形成第一腔体为一个相对密封的腔体，工作人员无法从外面观察到容器内部的药品或化学品的状态，不太方便。本申请实施例的加热套100并不包括顶壁。

需要说明的是，本申请并不限定加热套100的形状，其需要与容器的形状配合，即能够使容器的侧壁101的各个位置到加热套100的距离相等，从而使容器能够被均匀加热。

一般情况下，实验过程中常用烧杯盛放药品或化学品，加热套100也以圆柱形结构居多。

请参阅图2和图3，本申请的加热套100的材质为复合加热层200，复合加热层200包括依次层叠布置的硅胶层210、纳米碳纤维层220和硅胶层210，纳米碳纤维层220设置有电极230，电极230的边缘连接有极耳240。

本申请的纳米碳纤维层220可以通过以下方法制得：

(1)制备PAN纳米纤维膜

取一定量的聚丙烯腈(PAN)粉末，加入一定体积的N,N-二甲基甲酰胺液体，充分搅拌溶解，配置PAN溶液，浓度为5-15％，设置电压为12-15kV，纺丝距离为10-18cm，进行静电纺丝制得PAN纳米纤维膜；

(2)预氧化

将PAN纳米纤维膜置于预氧化炉中进行预氧化，预氧化温度为250-300℃，预氧化时间为1-3h，获得PAN预氧化膜；

(3)碳化

将PAN预氧化膜置于碳化炉中进行碳化，碳化温度为1000-1400℃，碳化时间为1-3h，获得碳化膜；

(4)石墨化

将碳化膜置于石墨化炉中进行石墨化，石墨化温度为2000-2400℃，石墨化时间为1-3h，制得纳米碳纤维膜。

纳米碳纤维材料是一种远红外辐射材料，通电时纳米碳纤维层220将电能转换成热能，通过远红外辐射加热，无需与被加热物质紧密接触，无传热介质，具有节能、加热升温快、无污染、传热均匀、热损耗少、热效率高等优点。

本申请的纳米碳纤维层220的电热转换效率高达95％以上，同时远红外发射率超过85％。通电时本申请的纳米碳纤维层220除了将电能转换为热能外，其自身产生的远红外射线被加热物质的分子所吸收，使得分子运动变得更加剧烈，从而物质表观温度升高。在这种双重制热传热下，纳米碳纤维层220通电时产生热量更多，且发热时温度均匀高，升温迅速，通电即迅速发热，断电即停止加热，余热少，升温降温速率快，宜于控温，安全性好。

可选地，复合加热层200的厚度为0.8～1.0mm。

复合加热层200较薄，其弯折性较佳。

在本申请的一种实施例中，复合加热层200的厚度为0.9mm。在本申请的其他一些实施方式中，复合加热层200的厚度还可以为0.8mm或1.0mm。

请参阅图4，复合加热层200还包括保温隔热层250，保温隔热层250贴合于其中一个硅胶层210，且加热套100的保温隔热层250设置于远离第一腔体的一侧。即以复合加热层200靠近容器的一侧为内侧，远离容器的一侧为外侧，保温隔热层250设置于硅胶层210的外侧。

保温隔热层250能够减少纳米碳纤维层220向外辐射的热量的损失，从而提高升温速度，减少能耗。

可选地，保温隔热层250的厚度为0.2～0.3mm。

在本申请的一种实施例中，保温隔热层250的厚度为0.2mm。在本申请的其他一些实施方式中，保温隔热层250的厚度还可以为0.25mm或0.3mm。

可选地，保温隔热层250的材质为云母或硅酸铝纤维。

复合加热层200还包括支撑层260，支撑层260贴合于保温隔热层250。即支撑层260设置于保温隔热层250的外侧。

支撑层260能够提高整个加热套100的机械强度，防止纳米碳纤维层220过度变形导致加热套100变形。

可选地，支撑层260的厚度为1～2mm。

在本申请的一种实施例中，支撑层260的厚度为1.5mm。在本申请的其他一些实施方式中，支撑层260的厚度还可以为1mm或2mm。

可选地，支撑层260的材质为金属铝。铝支撑层同时还起到反射红外辐射的作用，能够将纳米碳纤维通电时向外辐射的热量反射回容器，进而提高复合加热层200的热效率。

本申请的复合发热层的制备方法如下：

先采用上述两种纳米碳纤维膜的制备方法的中任意一种制备方法制备得到纳米碳纤维膜，将纳米碳纤维膜裁剪成相应尺寸的形状。再在纳米碳纤维膜的边缘粘贴两个电极230，一个电极230作为正极，一个电极230作为负极，并在两个电极230的边缘分别粘贴极耳240。然后在纳米碳纤维膜的两面分别涂覆一层硅溶胶，80℃下固化3～4h后形成复合发热层。

需要说明的是，纳米碳纤维膜和电极230之间以及电极230与极耳240之间均采用导电浆料粘接。

在如图2所示的实施例中，剪裁时将纳米碳纤维膜切割形成一个长方形和一个圆形，分别作为侧壁101和底壁102。并将两个电极230分别粘贴于长方形纳米碳纤维膜的两个长边侧，将极耳240粘贴于靠近长方形纳米碳纤维膜的一个短边侧。将长方形的纳米碳纤维膜和圆形的纳米碳纤维膜粘接形成加热套100后，极耳240位于加热套100的下端，方便与电源连接通电。

当复合加热层200还包括保温隔热层250和支撑层260时，先将保温隔热层250粘贴于支撑层260的一面，再将硅溶胶固化后形成的硅胶-纳米碳纤维膜-硅胶三层结构以硅胶层210粘接于保温隔热层250形成复合加热层200。

实验加热装置10还包括温控系统300和第一温度传感器270，第一温度传感器270设置于加热套100的内壁，温控系统300连接于电极230和温度传感器。

其中，第一温度传感器270用于检测加热套100的温度，并将测得的温度传回温控系统300，温控系统300将第一温度传感器270测得的温度与第一预设温度对比，然后调节通入纳米碳纤维层220的电流大小进而调节加热套100的温度。

当第一温度传感器270测得的温度低于第一预设温度，温控系统300将通入纳米碳纤维层220的电流调大，从而使加热套100的电热转换量升高，直至第一温度传感器270反馈的温度等于第一预设温度；

当第一温度传感器270测得的温度高于第一预设温度，温控系统300将通入纳米碳纤维层220的电流调小，从而使加热套100的电热转换量降低，直至第一温度传感器270反馈的温度等于第一预设温度。

第一温度传感器270可以在涂覆硅溶胶前粘接于纳米碳纤维膜上。

实验加热装置10还包括用于插入到容器中的第二温度传感器400，第二温度传感器400连接于温控系统300。

第二温度传感器400用于直接检测容器内的固体、液体或气体的温度，并将测得的温度传回温控系统300，温控系统300将第二温度传感器400测得的温度与第二预设温度对比，然后通过调节通入纳米碳纤维层220的电流大小进而调节容器内的固体、液体或气体的温度。

当第二温度传感器400测得的温度低于第二预设温度，温控系统300将通入纳米碳纤维层220的电流调大，从而使加热套100的电热转换量升高，直至第二温度传感器400反馈的温度等于第二预设温度；

当第二温度传感器400测得的温度高于第二预设温度，温控系统300将通入纳米碳纤维层220的电流调小，从而使加热套100的电热转换量降低，直至第二温度传感器400反馈的温度等于第二预设温度。

本申请通过第一预设温度和第二预设温度配合，能够通过调节通入纳米碳纤维层220的电流大小以及加热套100与容器之间的位置进而稳定控制容器内的固体、液体或气体的温度。

本申请实施例中第一温度传感器270为赛亿凌科技有限公司的STT-F系列温度传感器，第二温度传感器400为玻璃外套电子传感器。

实验加热装置10还包括基座500和磁力搅拌机构，加热套100设置于基座500上，基座500内部具有第二腔体，磁力搅拌机构包括磁力搅拌器610和用于置入容器中的搅拌子620，磁力搅拌器610设置于第二腔体内，温控系统300也被收纳于第二腔体内。磁力搅拌器610能够推动置入容器中的搅拌子620进行圆周运动，从而达到搅拌容器内液体或气体的目的。

基座500的顶部设置有至少三个支撑柱510，加热套100通过至少三个支撑柱510连接于基座500，支撑柱510采用耐高温材料制成，从而避免加热套100与基座500直接接触导致基座500承受高温损坏。

在如图1所示的实施例中，基座500的顶部设置有四个支撑柱510。四个支撑柱510依次连接的连线形成为正方形，加热套100以其中心线对准四个支撑柱510的中点的位置放置，能够使加热套100稳定的被支撑。在本申请的其他一些实施方式中，基座500的顶部还可以设置有三个支撑柱510、五个或更多支撑柱510。其中，三个支撑柱510支撑性不太稳定，五个或更多支撑柱510会浪费材料，四个支撑柱510最佳。

综上所述，本申请实施例的实验加热装置10以纳米碳纤维层220为加热体，纳米碳纤维层220是一种远红外辐射材料，通电时纳米碳纤维层220将电能转换成热能，通过远红外辐射加热，无需与被加热物质紧密接触，无传热介质，具有节能、加热升温快、无污染、传热均匀、热损耗少、热效率高等优点。同时，硅胶层210增加了纳米碳纤维层220的柔韧性，保护了纳米碳纤维层220的完整性，提高了实验加热装置10的绝缘性和安全性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实验加热装置，其特征在于，所述实验加热装置包括加热套，所述加热套形成为上部开口的筒状结构，所述筒状结构内具有用于容纳容器的第一腔体；

所述加热套的材质为复合加热层，所述复合加热层包括依次层叠布置的硅胶层、纳米碳纤维层和硅胶层，所述纳米碳纤维层设置有电极，所述电极的边缘连接有极耳。

2.根据权利要求1所述的实验加热装置，其特征在于，所述复合加热层的厚度为0.8～1.0mm。

3.根据权利要求1所述的实验加热装置，其特征在于，所述复合加热层还包括保温隔热层，所述保温隔热层贴合于其中一个所述硅胶层，且所述加热套的所述保温隔热层设置于远离所述第一腔体的一侧。

4.根据权利要求3所述的实验加热装置，其特征在于，所述保温隔热层的材质为云母或硅酸铝纤维，所述保温隔热层的厚度为0.2～0.3mm。

5.根据权利要求3所述的实验加热装置，其特征在于，所述复合加热层还包括支撑层，所述支撑层贴合于所述保温隔热层。

6.根据权利要求5所述的实验加热装置，其特征在于，所述支撑层的材质为金属铝，所述支撑层的厚度为1～2mm。

7.根据权利要求1～6任一项所述的实验加热装置，其特征在于，所述实验加热装置还包括温控系统和第一温度传感器，所述第一温度传感器设置于所述加热套的内壁，所述温控系统连接于所述电极和所述温度传感器。

8.根据权利要求7所述的实验加热装置，其特征在于，所述实验加热装置还包括用于插入到容器中的第二温度传感器，所述第二温度传感器连接于所述温控系统。

9.根据权利要求1～6任一项所述的实验加热装置，其特征在于，所述实验加热装置还包括基座和磁力搅拌机构，所述加热套设置于所述基座上，所述基座内部具有第二腔体，所述磁力搅拌机构包括磁力搅拌器和用于置入容器中的搅拌子，所述磁力搅拌器设置于所述第二腔体内。

10.根据权利要求9所述的实验加热装置，其特征在于，所述基座的顶部设置有至少三个支撑柱，所述加热套通过所述至少三个支撑柱连接于所述基座。

Images