一种实验室用水蒸气发生装置的制作方法

本发明属于蒸汽发生技术领域，具体来说是一种实验室用水蒸气发生装置。

背景技术：

水蒸气是冶金反应过程中常见的一种气体。炼铁工作者lees(lees,jungj,kimk.improvementofreductionofironoreusinghydrogen-enrichedsyntheticgas[j].campisij,2009,22(1):266-273.)和郭同来(郭同来.高炉喷吹焦炉煤气低碳炼铁新工艺的数学模拟[d].东北大学，2015.)通过对不同炼铁新工艺条件下高炉内各区域物料平衡和热平衡计算以及实验研究发现，随着喷煤量或喷吹天然气比例的增加，高炉内煤气中co、h2含量大幅增加，h2还原矿石所产生的h2o含量也随之增加，从而导致高炉煤气成分发生较大变化。然而，目前国内学者在使用国标gb/t4000-2008进行焦炭反应性和反应后强度测定时，并未考虑水蒸气对焦炭溶损反应的影响，测定的焦炭反应性和反应后强度数据很难准确反映新工艺条件下高炉内的焦炭劣化情况。在实验室中展开对水蒸气参与反应的实验(如焦炭与水蒸气气化反应)，需要实现连续微量水蒸气的稳定供给，以保证实验结果的精度和准确度，然而现在的实验装置难以实现连续微量水蒸气的稳定供给。

经检索，发明创造名称为：一种控制流量的水蒸气发生方法和装置(申请号：201410695912.5，申请日：2014.11.26)，包括氢气管道、气体质量流量计、反应器、加热炉、水蒸气输出管道，所述氢气管道与所述反应器连接，用于向所述反应器内输入氢气；所述气体质量流量计位于所述氢气管道上，用于控制向所述反应器内输入氢气的流量；所述反应器承载有金属氧化物颗粒，所述金属氧化物颗粒中的金属阳离子的氧化性强于氢离子；所述加热炉位于所述反应器外，用于加热所述反应器使所述金属氧化物颗粒与氢气发生氧化还原反应生成水蒸气；所述水蒸气输出管道与所述反应器连接，用于输出所述水蒸气。但是该申请案由于是利用氢气和氧化物颗粒的高温化学反应生成水蒸气，需耗费不少的原料和电力，且产生的水蒸气量和产气速率难以准确控制，无法满足实验室的实验需求。

此外，发明创造名称为：一种定量控制出口蒸气量的水蒸气发生装置和使用方法(申请号：201610108677.6，申请日2016.02.26)，包括蒸气生成器、和冷凝器，蒸气生成器的出口通过水蒸气输出管与第一调节阀连接，经过第一调节阀后的管路分成两个支路，即蒸气出口支路和蒸气回流支路；所述蒸气出口支路依次经过第二调节阀和压力表后，再经第五调节阀后输出蒸气；蒸气回流支路经过第三调节阀之后与储水箱连接。该申请案提供的装置虽然可以实现蒸气量的控制，但是蒸气产生过程中的速率稳定性难以保证，无法满足实验室实验的需求。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有装置难以实现连续微量水蒸气的稳定供给的问题，提供一种实验室用水蒸气发生装置，通过调速型蠕动泵可以稳定控制蒸馏水的供给量和供给速率，水蒸气发生器可以稳定的进行蒸发，可以进行连续微量水蒸气的稳定供给，满足实验的要求。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种实验室用水蒸气发生装置，包括输液单元，该输液单元用于为下述的蒸发单元提供蒸馏水；蒸发单元，该蒸发单元包括漏斗状的水蒸气发生器，所述水蒸气发生器下端与供液管连接，所述水蒸气发生器的上端设有上稳流片与下稳流片，所述上稳流片与下稳流片上均匀分布有圆孔；加热炉，该加热炉用于加热水蒸气发生器。

优选地，所述上稳流片上的圆孔与下稳流片上的圆孔交错设置。

优选地，输液单元包括烧杯和调速型蠕动泵，所述烧杯和调速型蠕动泵通过供液管相连，所述输液单元用于向装置输送反应溶液。

优选地，所述供液管远离调速型蠕动泵的一端与竖直接管相连，竖直接管的顶部与蒸发单元相连，所述竖直接管通过密封塞固定于石英管下端。

优选地，所述加热炉内设有石英管，所述水蒸气发生器竖直设置于石英管内部；石英管的下端设有进气管，进气管通过密封塞与石英管下端连接，所述进气管的管口高度高于密封塞的高度。

优选地，水蒸气发生器上设置有液位检测机构，该液位检测机构设置于下稳流片的下部，该液位检测机构用于检测水蒸气发生器内的液面高度。

优选地，所述圆孔的内侧设有突刺，该突刺由圆孔的内壁向其中心延伸。

优选地，所述的竖直接管包括内管和外管，所述的外管固定安装于密封塞上，内管螺旋安装于外管上，转动内管用于调节蒸发单元的高度。

优选地，所述的液位检测机构包括第一电极、第二电极和电信号检测器，第一电极和第二电极设置于水蒸气发生器的侧壁上，第一电极与第二电极通过电信号检测器相连，电信号检测器用于检测第一电极与第二电极之间的电信号变化。

优选地，所述的电信号检测器设置于加热炉外面，所述第一电极与第二电极通过耐高温导线与加热炉连接。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种实验室用水蒸气发生装置，通过调速型蠕动泵可以稳定控制蒸馏水的供给量和供给速度，水蒸气发生器中的圆孔错开设置的上稳流片和下稳流片可以稳定的进行蒸馏水的蒸发和防止喷溅，漏斗形的水蒸气发生器增加了体比表面积，使得蒸发速度更加稳定；

(2)本发明的一种实验室用水蒸气发生装置，在水蒸气发生器的上方设置有高铝球，高铝球不仅可以进一步的加强蒸发效果，且可以将水蒸气与其它气体进行混合均匀，使得实验效果更好；

(3)本发明的一种实验室用水蒸气发生装置，在下稳流片的下端设有液位探针，用于检测液面高度是否达到设定值，防止液面高度过低出现水蒸发量低或者液面高度过高出现溢流，造成实验结果不准确；

(4)本发明的一种实验室用水蒸气发生装置，水蒸气发生器下方的接管由内管和外管组成，内管和外管通过螺纹连接，内管在外管内转动可以带动水蒸气发生器在竖直方向上上升或者下降，便于调节水蒸气发生器的高度，使得水蒸气发生器在合适的温度下进行气化，保证气化速率。

附图说明

图1为本发明的一种实验室用水蒸气发生装置的结构示意图；

图2为本发明的实施例1中的蒸发单元的结构示意图；

图3为本发明的实施例2中的蒸发单元的结构示意图；

图4为本发明的实施例3中的蒸发单元的结构示意图；

图5为本发明的石英管下端的局部放大图。

示意图中的标号说明：

100、输液单元；110、烧杯；111、称重装置；120、调速型蠕动泵；130、供液管；140、密封塞；150、竖直接管；151、内管；152、外管；160、进气管；

200、蒸发单元；210、水蒸气发生器；220、上稳流片；221、圆孔；222、突刺；230、下稳流片；240、液位检测机构；241、第一电极；242、第二电极；243、电信号检测器；250、接触探针；

300、加热炉；310、石英管；320、高铝球。

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若干实施例，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更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”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”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。

实施例1

参照附图1、图2和图5所示，本实施例的一种实验室用水蒸气发生装置，包括输液单元100、蒸发单元200和加热炉300，输液单元100与蒸发单元200通过供液管130连接，蒸发单元200设置于加热炉300内部的石英管310内。输液单元100用于输送实验所需的蒸馏水，蒸发单元200用于蒸发蒸馏水，加热炉300用于提供蒸发所需的温度。

本实施例中的输液单元100包括烧杯110和调速型蠕动泵120，烧杯110和调速型蠕动泵120通过供液管130相连，烧杯110用于存放蒸馏水，烧杯110的下端设有称重装置111用于称量烧杯110内蒸馏水的重量；调速型蠕动泵120通过管道将烧杯110内存放的蒸馏水稳定的输送给蒸发单元200进行蒸发。

本实施例中的蒸发单元200包括漏斗状的水蒸气发生器210，水蒸气发生器210设置为漏斗状漏斗形的水蒸气发生器210增加了体比表面积，保证水蒸发速率的稳定性；详细说明如下：水蒸气发生器210沿着竖直向上的方向上，表面积与体积的比值逐渐减小，使得蒸馏水在水蒸气发生器210受热升温速度较快，蒸馏水在水蒸气发生器210中向上运动的过程中，单位体积蒸馏水的受热面积逐渐减小，不仅使蒸馏水在水蒸气发生器210的顶部能保持较大的蒸发面积，提高了蒸发效率；而且单位体积的受热面积相对较少，使得蒸馏水在水蒸气发生器210的顶部蒸发相对平稳，使得水蒸气可以平稳的进入石英管310中。

此外，水蒸气发生器210下端固定连接有竖直接管150，该竖直接管150包括内管151和外管152，内管151螺旋转动连接于外管152内，内管151的上端与水蒸气发生器210底部固定连接，内管151的下端与输液单元100的供液管130连通，外管152通过密封塞140固定于石英管310的底端，当转动内管151时，内管151可以带动水蒸气发生器210在石英管310内上下移动，且由于加热炉300的石英管310内在竖直方向上，具有不同的温度场分布，通过调节水蒸气发生器210在石英管310内的高度位置，便于调节水蒸气发生器210在不同高度的加热温度和加热速率，进而调节不同的发生水蒸气与焦炭反应的不同比例。

本实施例中的水蒸气发生器210的上端固定连接有上稳流片220与下稳流片230，所述上稳流片220与下稳流片230上均匀分布有圆孔221，上稳流片220与下稳流片230的竖直方向上的间距小于下稳流片230圆孔221的直径，使得喷溅液滴在穿过下稳流片230圆孔后，很快就到达了上稳流片220的位置，并更容易被上稳流片220所阻拦，进而防止水因喷溅而造成损失；上稳流片220与下稳流片230上的圆孔221交错分布，即上稳流片220的圆孔221和下稳流片230的圆孔221的几何中心不在同一竖直直线上。当液体发生喷溅时，液滴在喷溅作用力的作用下会朝着水蒸气发生器210的开口方向运动，液滴在向上运动的过程中，部分液滴会被高温的下稳流片230所阻拦，停留在下稳流片230，并被高温的下稳流片230迅速气化生产水蒸气；此外，另一部分的液滴会从下稳流片230的圆孔221中飞出，由于上稳流片220与下稳流片230上的圆孔221交错分布，使得液滴即使穿过下稳流片230的圆孔221，也会被上稳流片220所阻拦，并被高温的上稳流片220迅速气化生产水蒸气，防止液滴喷溅而造成的水量损失，进而保证了实验过程中焦炭与水蒸气反应的准确性。

本实施例中的下稳流片230的下端的水蒸气发生器210的两侧内壁上设有液位检测机构240，该液位检测机构240包括第一电极241、第二电极242和电信号检测器243，第一电极241和第二电极242设置于水蒸气发生器210的侧壁上，第一电极241和第二电极242设置于下稳流片230的下部，第一电极241与第二电极242通过电信号检测器243相连，电信号检测器243设置于加热炉300的外部，第一电极241、第二电极242与电信号检测器243通过耐高温导线相连接，其中第一电极241、第二电极242的材质为铂铑合金；电信号检测器243用于检测第一电极241与第二电极242之间的电信号变化。当液面到达液位检测机构240设置的高度时，液位检测机构240之间的电势会发生变化，第一电极241与第二电极242之间产生电信号，第一电极241与第二电极242之间有溶液进行连通，使得电信号检测器243检测得到的电信号将发送变化，电信号检测器243检测得到的突变信号传输给调速型蠕动泵120，减小调速型蠕动泵120的流量，防止水蒸气发生器210中的液面过高，使得水蒸气发生器210中的最高液面仍然低于下稳流片230的下表面；一方面，避免水溢出蒸发单元200；另一方面，使得液体在发生喷溅的过程中必然需要连续穿过下稳流片230和上稳流片220的圆孔221，喷溅的液滴才有可能喷溅到蒸发单元200的外部，从而有效地避免了液滴喷溅而造成的水量损失。

本实施例中的石英管310内设置有高铝球320，该高铝球320不仅可以进一步的加强蒸发效果，且可以将水蒸气与其它气体进行混合均匀。石英管310的下端设有进气管160，该进气管160通过密封塞140与石英管310下端连接，所述进气管160的管口高度高于密封塞140的高度，防止石英管310底部积水溢出并通过进气管160排出。

实施例2

参照附图1、图3和图5所示，本实施例的一种实验室用水蒸气发生装置，其基本内容与实施例1相同，其不同之处在于：所述下稳流片230设置于水蒸气发生器210内，所述下稳流片230可随着液面的高度不同在水蒸气发生器210内上下浮动；下稳流片230的下端不设有液位检测机构240，而下稳流片230的上端设有接触探针250，接触探针250设置于水蒸气发生器210的侧壁，当下稳流片230随着液面的升高而上浮时，会触碰到接触探针250，此时降低调速型蠕动泵120的功率，降低功率防止液面过高。

使得水蒸气发生器210中的最高液面仍然低于下稳流片230的上表面；一方面，避免水溢出蒸发单元200；另一方面，使得液体在发生喷溅时，必然是在下稳流片230的圆孔221中发生喷溅，液滴喷溅的方向往往直接向上，使得喷溅液滴更容易被上稳流片220所阻拦，从而避免溶液因喷溅而发生损失。

实施例3

参照附图1、图4和图5所示，本实施例的一种实验室用水蒸气发生装置，其基本内容与实施例1相同，其不同之处在于：所述圆孔221内侧设有突刺222，该突刺222由圆孔221的内壁向其中心延伸，使得喷溅液滴在穿过圆孔221时，仍然会与圆孔221内侧的突刺222发生碰撞，避免了喷溅液滴顺利的穿过圆孔221。

此外，值得注意的是：突刺222设置为长短交错分布的长突刺和短突刺，长突刺和短突刺的交错分布，不仅可以充分的与经过圆孔221的液滴进行接触，避免液滴穿过圆孔221，而且可以保证圆孔221的通透性，进而使得水蒸气顺利、稳定、均匀的穿过上稳流片220和下稳流片230而进入石英管310中，使得水蒸气可以充分的与焦炭发生反应，进而提高反应的准确性。

实施例4

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：所述的上稳流片220圆孔221的直径小于下稳流片230圆孔221的直径，从而防止喷溅的液滴连续穿过下稳流片230和上稳流片220的圆孔221而喷溅到水蒸气发生器210的外部，进而避免水量损失，进而保证焦炭与水蒸气反应的准确性。

此外，下稳流片230的圆孔221截面设置为不规则的圆形或者多边形，进而增大了喷溅液滴与下稳流片230的碰撞几率。

以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。