一种新型合成实验温控装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种新型合成实验温控装置，其由外设气源、包含有半导体制冷片的温控装置、以及反应容器构成，其相互之间通过气相管道进行连接；所述温控装置包含有电源，以及半导体制冷片；采用上述技术方案的新型合成实验温控装置，其将气相介质作为热传递介质，并通过半导体制冷片对其进行温度控制，从而在实现精确的温度控制的同时，可使得热传递介质直接与反应介质接触，从而降低了热量损失。
【专利说明】一种新型合成实验温控装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种实验装置，尤其是一种新型合成实验温控装置。
【背景技术】
[0002]化学合成实验是教学、科研以及生产过程中不可或缺的实验之一，多数化学合成实验需要在一定的环境温度下进行。目前，提供化学合成实验的环境温度的方式通常包括I)水浴式温控，即将合成实验反应容器置于恒温水槽中，通过设置在水槽中的温控器控制水槽中水或其它介质的温度，以确保合成实验的环境温度；2)反应容器内部温控，即在反应容器内壁设置夹套层，或在反应容器内部设置盘管，通过外设的恒温循环机将水或其它介质的温度调节好，通过泵将其输送至夹套层或盘管内，让热量通过夹套层或者盘管传递给反应介质，从而达到反应温度的控制。上述两种传统控制温度的方式，都需要通过反应容器或其它设备的内外壁进行反应介质与热传递介质的热量传递，不仅热量传递慢，而且热量损失比较大，其温控效果不佳；同时，在实验过程中需要改变环境温度时，其需要一定的温度改变时间，从而导致温控效率降低。尤其在微波合成过程中，采用上述两种方式，热传递介质对微波的吸收，直接影响到合成反应的效果。
实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题是提供一种合成实验温控装置，其可以实现热传递介质与反应介质之间的直接接触，从而实现高效而低损的热量传递，同时可实现实时的温度控制。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型涉及一种新型合成实验温控装置，其由外设气源、包含有半导体制冷片的温控装置、以及反应容器构成，其相互之间通过气相管道进行连接；所述温控装置包含有电源，以及半导体制冷片；所述半导体制冷片由两片彼此相对的陶瓷片，设置在陶瓷片之间的多个N型半导体材料与P型半导体材料，以及设置在N型半导体材料及P型半导体材料与陶瓷片之间的多片金属导体构成；所述N型半导体材料与P型半导体材料彼此间隔设立；所述金属导体与N型半导体材料及P型半导体材料之间采用串联连接，位于半导体制冷片两侧的金属导体与电源连接；所述半导体制冷片中的两片陶瓷片分别设置于两个气相管道内，该气相管道内设置有电磁阀，其位于半导体制冷片与反应容器之间。
[0005]作为本实用新型的另一种改进，所述外设气源由内设有惰性气体的储气装置，以及设置在储气装置与温控装置之间的微型气泵构成。采用上述设计，由于惰性气体不发生反应，故而其不会对反应容器内反应介质造成影响。
[0006]作为本实用新型的一种改进，所述反应容器内部靠近反应容器端面位置设置有气体扩散网，其包含有多个彼此独立的网格，所述气体扩散网边部均连接至反应容器的端部；由温控装置延伸至反应容器内部的气相管道，其端部位于气体扩散网与反应容器的对应端部之间。采用上述设计，气体扩散网可使得气相热传导介质经由气体扩散网内的网格而向反应容器内四处扩散，避免气相热传导介质输入反应容器时形成气团，从而无法实现与反应介质的充分接触。
[0007]作为本实用新型的一种改进，所述气体扩散网设置于反应容器内部靠近反应容器底端的位置，且其处于水平面；由温控装置延伸至反应容器内部的气相管道，其沿竖直方向延伸至气体扩散网与反应容器底部之间；气相管道于反应容器内部的直径，由管身向管道端部逐渐增加。采用上述设计，可确保气相热传递介质在输送过程中通过反应容器内的各个空间，避免其因自身密度导致气相热传递介质进入反应容器后未能与反应介质充分接触，从而确保了温控效率；同时，气相管道端部的设计使得气相热传递介质在自管道输出过程中即可实现其扩散，从而确保了气相热传递介质的扩散角度。
[0008]作为本实用新型的一种改进，所述气体扩散网中，通过气体扩散网轴线的轴向截面内，与气体扩散网轴线之间的距离小于该轴向截面长度的1/6的网格，其延伸方向均为竖直方向；与气体扩散网轴线之间的距离为该轴向截面长度的1/6至1/2的网格，其轴线均与竖直方向存在一定夹角；所述网格轴线与竖直方向所成夹角角度由气体扩散网轴线向轴向截面侧边部逐渐增加，且其至多为30°。采用上述设计，其通过在过滤网内设置多个方向的网格，以使得气相热传导介质通过气体扩散网后会向反应容器内各个方向扩散，从而进一步确保其与反应介质的充分接触；对网格斜度进行限制，则避免其夹角过大时，气相热传导介质直接与反应容器内壁碰撞，而可能形成的死角位置。
[0009]作为本实用新型的另一种改进，所述反应容器包含有在竖直方向延伸的进料口，进料口内设置有抽气装置；所述抽气装置包含有第一管道与第二管道，第一管道与第二管道之间设置有电磁阀；所述第一管道延伸至反应容器进料口内，且其端部所处高度高于进料口与反应容器的相交面；所述第二管道延伸至外设气源中的储气装置，第二管道中设置有过滤网。采用上述设计，其可通过抽气装置将与反应介质充分接触后，以达到温控效果的惰性气体抽取，并将其输送至储气装置中加以回收利用；同时，第二管道内的过滤网能够滤去惰性气体中可能含有的部分反应介质，以避免其对后续合成反应造成影响。
[0010]上述新型合成实验温控装置，其将外设气源内的气相热传递介质输送至温控装置中，经由半导体制冷片内的不同陶瓷片与金属导体对气相热传递介质进行加热或制冷，并可根据合成反应需要的环境温度控制各个温控支路的电磁阀开闭，使得各支路的气相热传递介质混合，以获得合成反应所需的环境温度。完成温控的气相热传递介质输送至反应容器内，经过气体扩散网向反应容器内各个方向扩散，并与反应介质充分接触，以实现对反应介质的温度控制。完成上述工作的气相热传递介质由抽气装置将其抽取回收，以待后续使用。
[0011]温度控制过程中，半导体制冷片通过直流电流进行工作运作，并可通过改变直流电流的极性来决定在同一半导体制冷片上实现制冷或加热效果。半导体制冷片中，电流由N型半导体材料流向P型半导体材料时吸收热量，从而实现制冷效果；电流由P型半导体材料流向N型半导体材料时释放热量，从而实现加热效果。半导体制冷片吸热和放热的大小与电流大小有关，故在合成实验过程中，可通过控制电流大小，以配合电磁阀的开闭实时改变气相热传递介质温度的实时控制。半导体制冷片作为冷热源，无需制冷剂与滑动原件，从而避免污染源的产生以及工作过程中可能出现的震动或噪音；同时，半导体制冷片通过电流控制，故而可实现精确的温控效果。
[0012]采用上述技术方案的新型合成实验温控装置，其将气相介质作为热传递介质，并通过半导体制冷片对其进行温度控制，从而在实现精确的温度控制的同时，可使得热传递介质直接与反应介质接触，从而降低了热量损失；同时，实验过程中可通过对电流实现温控装置的温度实时变化，从而进一步提高了温控效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型示意图；
[0014]图2为本实用新型中半导体制冷片内部示意图；
[0015]图3为本实用新型中气体扩散网示意图；
[0016]附图标记列表:
[0017]I 一外设气源、2—半导体制冷片、3—反应容器、4 一电源、5—陶瓷片、6—电磁阀、7—气体扩散网、8—进料口、9一第一管道、10—第二管道、11 一抽气装置内电磁阀、12—N型半导体材料、13一P型半导体材料、14一金属导体、15一网格、16—气体混合器。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本实用新型，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0019]如图1所示的一种新型合成实验温控装置，其由外设气源1、包含有半导体制冷片2的温控装置、以及反应容器3构成，其相互之间通过气相管道进行连接；所述温控装置包含有电源4，以及半导体制冷片；所述半导体制冷片由两片彼此相对的陶瓷片5，设置在陶瓷片5之间的多个N型半导体材料12与P型半导体材料13，以及设置在N型半导体材料12及P型半导体材料13与陶瓷片5之间的多片金属导体14构成；如图2所示，所述N型半导体材料12与P型半导体材料13彼此间隔设立；所述金属导体14与N型半导体材料12及P型半导体材料13之间采用串联连接，位于半导体制冷片两侧的金属导体14与电源4连接；所述半导体制冷片中的两片陶瓷片2分别设置于两个气相管道内，该气相管道内设置有电磁阀，其位于半导体制冷片与反应容器之间；上述气相管道的相交处设置有气体混合器16，经由温控处理后的惰性气体通过电磁阀后在气体混合器16内混合，从而达到合成反应所需的温度。
[0020]如图2所示，按照由左至右的顺序，设定N型半导体材料依次为N1、N2、N3、N4, P型半导体材料依次为P1、P2、P3、P4，金属导体为Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9 ;则其连接关系为，两片相对的陶瓷片之间，N型半导体材料12与P型半导体材料13彼此间隔设立，即按照N1、P1、N2、P2、N3、P3、N4、P4的顺序依次设立，金属导体14设置在N型半导体材料12及P型半导体材料13与陶瓷片5之间，其中，Al、A3、A5、A7、A9设置于半导体制冷片中下部陶瓷片内，A2、A4、A6、A8设置于半导体制冷片中上部陶瓷片内；每个半导体材料在任意一片陶瓷片上，均连接有一片金属导体。
[0021]为使得半导体制冷片中上部陶瓷片与下部陶瓷片各自实现制冷与加热的功能，则需使得连接在两片陶瓷片上的半导体材料分别按照一定顺序设置。故而如图2所示，金属导体中，Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9按照上下间隔，且由左至右的顺序依次设立，Al与NI单独连接，A9与P4单独连接，并分别连接至电源的正负极构成回路。上述排列方式使得半导体材料在上部陶瓷片内，其电流均由N型半导体材料流向P型半导体材料，从而形成制冷端；半导体材料在下部陶瓷片内，其电流均由P型半导体材料流向N型半导体材料，从而形成加热端。
[0022]作为本实用新型的另一种改进，所述外设气源I由内设有惰性气体的储气装置，以及设置在储气装置与温控装置之间的微型气泵构成，所述微型气泵设置于储气装置与温控装置之间的气相管道内，靠近储气装置的一端。采用上述设计，由于惰性气体不发生反应，故而其不会对反应容器内反应介质造成影响。
[0023]作为本实用新型的一种改进，所述反应容器3内部靠近反应容器底端的位置设置有气体扩散网7，其包含有多个彼此独立的网格14，气体扩散网7其处于水平面，气体扩散网7边部均连接至反应容器3的端部；由温控装置延伸至反应容器内部的气相管道，其沿竖直方向延伸至气体扩散网7与反应容器3底部之间；气相管道于反应容器内部的直径，由管身向管道端部逐渐增加，气相管道端部设置有单向阀。
[0024]采用上述设计，气体扩散网可使得气相热传导介质经由气体扩散网内的网格而向反应容器内四处扩散，避免气相热传导介质输入反应容器时形成气团，从而无法实现与反应介质的充分接触；同时，其可确保气相热传递介质在输送过程中通过反应容器内的各个空间，避免其因自身密度导致气相热传递介质进入反应容器后未能与反应介质充分接触，从而确保了温控效率；此外，气相管道端部的设计使得气相热传递介质在自管道输出过程中即可实现其扩散，从而确保了气相热传递介质的扩散角度；同时，气相管道端部的单向阀可避免反应介质倒流入气相管道内部。
[0025]作为本实用新型的一种改进，如图3所示，所述气体扩散网7中，通过气体扩散网轴线的轴向截面内，与气体扩散网轴线之间的距离小于该轴向截面长度的1/6的网格15，其延伸方向均为竖直方向；与气体扩散网轴线之间的距离为该轴向截面长度的1/6至1/2的网格15，其轴线均与竖直方向存在一定夹角；所述网格轴线与竖直方向所成夹角角度由气体扩散网轴线向轴向截面侧边部逐渐增加，且其至多为30°。采用上述设计，其通过在过滤网内设置多个方向的网格，以使得气相热传导介质通过气体扩散网后会向反应容器内各个方向扩散，从而进一步确保其与反应介质的充分接触；对网格斜度进行限制，则避免其夹角过大时，气相热传导介质直接与反应容器内壁碰撞，而可能形成的死角位置。
[0026]作为本实用新型的另一种改进，所述反应容器3包含有在竖直方向延伸的进料口8，进料口内设置有抽气装置；所述抽气装置包含有第一管道9与第二管道10，第一管道与第二管道之间设置有电磁阀11 ;所述第一管道9延伸至反应容器进料口 8内，且其端部所处高度高于进料口与反应容器的相交面；所述第二管道10延伸至外设气源中的储气装置1，第二管道10中设置有过滤网。采用上述设计，其可通过抽气装置将与反应介质充分接触后，以达到温控效果的惰性气体抽取，并将其输送至储气装置中加以回收利用；同时，第二管道内的过滤网能够滤去惰性气体中可能含有的部分反应介质，以避免其对后续合成反应造成影响。
[0027]上述新型合成实验温控装置，其将外设气源内的气相热传递介质输送至温控装置中，经由各个温控支路内的半导体制冷片对气相热传递介质进行加热或制冷，并可根据合成反应需要的环境温度控制各个温控支路的电磁阀开闭，使得各支路的气相热传递介质混合，以获得合成反应所需的环境温度。完成温控的气相热传递介质输送至反应容器内，经过气体扩散网向反应容器内各个方向扩散，并与反应介质充分接触，以实现对反应介质的温度控制。完成上述工作的气相热传递介质由抽气装置将其抽取回收，以待后续使用。
[0028]温度控制过程中，半导体制冷片通过直流电流进行工作运作，并可通过改变直流电流的极性来决定在同一半导体制冷片上实现制冷或加热效果。半导体制冷片中，电流由N型半导体材料流向P型半导体材料时吸收热量，从而实现制冷效果；电流由P型半导体材料流向N型半导体材料时释放热量，从而实现加热效果。半导体制冷片吸热和放热的大小与电流大小有关，故在合成实验过程中，可通过控制电流大小，以配合电磁阀的开闭实时改变气相热传递介质温度的实时控制。半导体制冷片作为冷源，无需制冷剂与滑动原件，从而避免污染源的产生以及工作过程中可能出现的震动或噪音；同时，半导体制冷片通过电流控制，故而可实现精确的温控效果。
[0029]在工作过程中，由于反应容器内，气体扩散网与反应器底端面之间始终填充有用于温控的惰性气体，在气压影响下，反应介质不会渗入气体扩散网，而致使反应容器底部被反应介质填充，导致气相管道难以向反应容器内输送惰性气体。
[0030]采用上述技术方案的新型合成实验温控装置，其将气相介质作为热传递介质，并通过半导体制冷片对其进行温度控制，从而在实现精确的温度控制的同时，可使得热传递介质直接与反应介质接触，从而降低了热量损失；同时，实验过程中可通过电气元件时间实现温控装置的温度实时变化，从而进一步提高了温控效率。
【权利要求】
1.一种新型合成实验温控装置，其特征在于，所述新型合成实验温控装置由外设气源、包含有半导体制冷片的温控装置、以及反应容器构成，其相互之间通过气相管道进行连接；所述温控装置包含有电源，以及半导体制冷片；所述半导体制冷片由两片彼此相对的陶瓷片，设置在陶瓷片之间的多个N型半导体材料与P型半导体材料，以及设置在N型半导体材料以及P型半导体材料与陶瓷片之间的多片金属导体构成；所述N型半导体材料与P型半导体材料彼此间隔设立；所述金属导体与N型半导体材料及P型半导体材料之间采用串联连接，位于半导体制冷片两侧的金属导体与电源连接；所述半导体制冷片中的两片陶瓷片分别设置于两个气相管道内，该气相管道内设置有电磁阀，其位于半导体制冷片与反应容器之间。
2.按照权利要求1所述的新型合成实验温控装置，其特征在于，所述外设气源由内设有惰性气体的储气装置，以及设置在储气装置与温控装置之间的微型气泵构成。
3.按照权利要求2所述的新型合成实验温控装置，其特征在于，所述反应容器内部靠近反应容器端面位置设置有气体扩散网，其包含有多个彼此独立的网格，所述气体扩散网边部均连接至反应容器的端部；由温控装置延伸至反应容器内部的气相管道，其端部位于气体扩散网与反应容器的对应端部之间。
4.按照权利要求3所述的新型合成实验温控装置，其特征在于，所述气体扩散网设置于反应容器内部靠近反应容器底端的位置，且其处于水平面；由温控装置延伸至反应容器内部的气相管道，其沿竖直方向延伸至气体扩散网与反应容器底部之间；气相管道于反应容器内部的直径，由管身向管道端部逐渐增加。
5.按照权利要求4所述的新型合成实验温控装置，其特征在于，所述气体扩散网中，通过气体扩散网轴线的轴向截面内，与气体扩散网轴线之间的距离小于该轴向截面长度的1/6的网格,其延伸方向均为竖直方向；与气体扩散网轴线之间的距离为该轴向截面长度的1/6至1/2的网格，其轴线均与竖直方向存在一定夹角；所述网格轴线与竖直方向所成夹角角度由气体扩散网轴线向轴向截面侧边部逐渐增加，且其至多为30°。
6.按照权利要求5所述的新型合成实验温控装置，其特征在于，所述反应容器包含有在竖直方向延伸的进料口，进料口内设置有抽气装置；所述抽气装置包含有第一管道与第二管道，第一管道与第二管道之间设置有电磁阀；所述第一管道延伸至反应容器进料口内，且其端部所处高度高于进料口与反应容器的相交面；所述第二管道延伸至外设气源中的储气装置，第二管道中设置有过滤网。
【文档编号】G05D23/20GK204009610SQ201420203263
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】卢兵, 高文华 申请人:卢兵