专利名称：实验室用循环水式蒸馏水器的水循环方法
技术领域：
本发明涉及实验室用于制备蒸馏水的仪器，具体地说是实验室用循环水式蒸馏水器的水循环方法。
背景技术：
在医院、制药厂、生物制剂公司、科研院所以及学校的实验里，经常需要用到大量的蒸馏水，包括单蒸水、双蒸水和三蒸水。而制作蒸馏水需将自来水加热至沸腾成为汽态后与其他杂质分离，然后水蒸汽经过冷却管被冷凝而重新变回液态即为蒸馏水。为此，制作蒸馏水过程需要大量的水进行冷却，冷却水因没有回收装置就直接排入下水道，造成大量的浪费。在蒸馏水的制备过程中，我们发现市场上销售的实验室用蒸馏水器，无论是哪一种类型，它们存在的缺陷主要有以下几点第一，加热器用的多是螺旋形加热管，且安装在加热桶体内，为防止干烧，要求在加热的过程中始终保持水面要高于螺旋形加热管的高度， 这就要求初始用水量要大；再者长期、反复加热，螺旋形加热管表面会形成结垢，影响热交换，这些因素不仅增大了耗电量，也使产出效率降低。第二，螺旋形加热管表面和加热桶内壁结垢不易清除，且维修不便，因螺旋形加热管固定于加热桶底部。第三，冷却水没有回收装置，直接排入下水道，造成水资源的浪费。经实验测算，用单蒸水器每制备IOL蒸馏水 (10L/h),需要冷却水大约200L，如果按一个实验室每天用20L蒸馏水，那么一年(按300天计算)就要浪费近120吨水，采用双蒸水器和三蒸水器的耗水量还要多。2008年中国水资源公报显示，2008年，全国人均用水量为446 m3。其中人均用水量大于600 m3的有新疆、西藏、宁夏、黑龙江、江苏、内蒙古、广西、上海、青海9个省(自治区、 直辖市)，小于300 m3的有山西、天津、北京、陕西、山东、河南、四川、贵州、河北、重庆10个省 (直辖市)，其中山西最低，仅167 m3。按照国际公认的标准，人均水资源低于3000 m3为轻度缺水；人均水资源低于2000 m3为中度缺水；人均水资源低于1000 m3为严重缺水；人均水资源低于500 m3为极度缺水。中国目前有16个省(区、市)人均水资源量(不包括过境水)低于严重缺水线，有6个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏)人均水资源量低于 500 m3。2008年，党中央、国务院号召各级水利部门深入贯彻落实科学发展观，积极践行可持续发展治水思路，着力推进民生水利，统筹推进了水利建设、管理、改革等各项工作。因此有必要积极开展水资源的合理开发和利用，节约用水。节水节能，利在当下，功在千秋。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实验室用循环水式蒸馏水器的水循环方法，具有节水节能，蒸馏水生产效率高的优点。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是实验室用循环水式蒸馏水器的水循环方法，采用的蒸馏水器包括蒸汽发生器和供水装置，供水装置包括冷凝水存储器和散热器，蒸汽发生器包括蒸馏桶和冷凝器，冷凝器设置在蒸馏桶的顶盖上，冷凝器包括冷凝罩和垂直设置在冷凝罩内的蒸汽引导套管；水循环方法为
将冷凝水存储器内的水通过供水泵输送至冷凝罩外侧绕设的螺旋形冷凝水管的下端口，水穿过冷凝水管对冷凝罩进行冷却后从冷凝水管的上端口流入散热器，吸热后的水经过散热器散热后重新流回冷凝水存储器；
冷凝水存储器内的水通过供水管输送至蒸馏桶，向蒸馏桶补充水量，在供水管位于冷凝水存储器内的一端设有单向阀，当蒸馏桶内的水位到达单向阀的高度时，单向阀自动切断停止补水，并防止热水回流；
利用蒸馏桶底部设置的电磁加热装置对蒸馏桶进行加热，将蒸馏桶内的水加热成蒸汽，蒸汽自然上浮，并从顶盖上的蒸汽出口进入冷凝器的蒸汽引导套管内，蒸汽在蒸汽引导套管内上升的过程中被冷凝罩内的低温气体初步冷却后，从蒸汽引导套管的上端口流出； 利用冷凝罩顶部设置的凸面向下的弧形导流板阻挡蒸汽的上升，使蒸汽向四周扩散进入蒸汽引导套管和冷凝罩之间的冷却腔，蒸汽进入冷却腔后与冷凝罩内壁设置的冷凝片接触， 通过冷凝片将热量传递至冷凝水管内的冷却水；蒸汽经过冷凝片降温后迅速凝结成水，并从冷却腔下端的蒸馏水出口流出，对流出的水进行收集得到成品蒸馏水；
通过冷凝水存储器内设置的液位计检测冷凝水存储器内的水位，并将检测信号传递至冷凝水存储器补水口处设置的液位调节阀，当冷凝水存储器内的水位低于设定的下限时自动开启液位调节阀向冷凝水存储器补充水量，实现连续不间断工作。所述的冷凝片分布在冷凝罩的内壁上，冷凝片的一端固定在冷凝罩的内壁上，另一端倾斜向下设置。所述的冷却腔的底部设有隔热层。所述的弧形导流板通过螺杆设置在冷凝罩的顶部，通过螺杆调节弧形导流板与蒸汽引导套管上端口之间的间距。所述的蒸馏桶的桶壁为双层结构，其内层与外层之间设有保温层。所述的散热器由风扇和至少两层垂直设置的散热板构成，每层散热板均有蛇形散热管和设置在蛇形散热管管壁上的散热片构成，相邻散热板中的蛇形散热管相连通，最外层散热板中的蛇形散热管与冷凝水管的上端口连通，最内层散热板中的蛇形散热管与冷凝水存储器连通，风扇设置在最外层散热板的一侧。所述的冷凝水管与供水泵之间的管路上设有循环水流量调节阀。本发明的有益效果是采用冷凝水循环利用的方式，使冷凝水完全保留下来，节约水资源，同时向蒸馏桶供水，实现了自动连续运转，维护费用低；冷凝器中的弧形导流板和冷凝片提高了冷凝效率，热交换效率高，单位时间产出率高；加热装置采用电磁加热的方式，效率高、能耗低，并且可以将加热装置设置在蒸馏桶的外部，便于维修，同时实现水电隔离，提高安全性；蒸馏桶的锅壁为双层结构，保温效果好，减少了热量损失，降低能源消耗。
图1是本发明所用蒸馏水器的结构示意图； 图2是散热器的结构示意图。图中标记1、蒸馏桶，101、桶体，102、顶盖，103、卡扣，104、保温层，105、加水口，106、观察窗，2、冷凝器，201、冷凝罩，202、蒸汽引导套管，203、冷却腔，204、冷凝水管，205、 蒸馏水出口，206、冷凝片，207、弧形导流板，208、保护层，209、隔热层，210、螺杆，211、调节旋钮，3、电磁加热装置，4、冷凝水存储器，401、液位计，402、液位调节阀，5、供水泵，6、散热器，601、散热板，602、蛇形散热管，603、散热片，604、风扇，7、供水管，701、单向阀，8、循环水
流量调节阀。
具体实施例方式结合
实验室用循环水式蒸馏水器的水循环方法，采用的蒸馏水器包括蒸汽发生器和供水装置，供水装置包括冷凝水存储器4和散热器6，蒸汽发生器包括蒸馏桶1 和冷凝器2，冷凝器2设置在蒸馏桶1的顶盖102上，冷凝器2包括冷凝罩201和垂直设置在冷凝罩201内的蒸汽引导套管202。水循环方法为
将冷凝水存储器4内的水通过供水泵5输送至冷凝罩201外侧绕设的螺旋形冷凝水管 204的下端口，水穿过冷凝水管204对冷凝罩201进行冷却后从冷凝水管204的上端口流入散热器6，吸热后的水经过散热器6散热后重新流回冷凝水存储器4 ；
冷凝水存储器4内的水通过供水管7输送至蒸馏桶1，向蒸馏桶1补充水量，在供水管 7位于冷凝水存储器4内的一端设有单向阀701，当蒸馏桶1内的水位到达单向阀701的高度时，单向阀701自动切断停止补水，并防止热水回流；
利用蒸馏桶1底部设置的电磁加热装置3对蒸馏桶1进行加热，将蒸馏桶1内的水加热成蒸汽，蒸汽自然上浮，并从顶盖102上的蒸汽出口进入冷凝器2的蒸汽引导套管202内， 蒸汽在蒸汽引导套管202内上升的过程中被冷凝罩201内的低温气体初步冷却后，从蒸汽引导套管202的上端口流出；利用冷凝罩201顶部设置的凸面向下的弧形导流板207阻挡蒸汽的上升，使蒸汽向四周扩散进入蒸汽引导套管202和冷凝罩201之间的冷却腔203，蒸汽进入冷却腔后与冷凝罩201内壁设置的冷凝片206接触，通过冷凝片206将热量传递至冷凝水管204内的冷却水；蒸汽经过冷凝片206降温后迅速凝结成水，并从冷却腔203下端的蒸馏水出口 205流出，对流出的水进行收集得到成品蒸馏水；
通过冷凝水存储器4内设置的液位计401检测冷凝水存储器4内的水位，并将检测信号传递至冷凝水存储器4补水口处设置的液位调节阀402，当冷凝水存储器4内的水位低于设定的下限时自动开启液位调节阀402向冷凝水存储器4补充水量，实现连续不间断工作。所述的冷凝片206沿垂直方向均勻分布在冷凝罩201的内壁上。所述的冷却腔203的底部设有隔热层209。所述的弧形导流板207通过螺杆210设置在冷凝罩201的顶部，通过螺杆210调节弧形导流板207与蒸汽引导套管202上端口之间的间距。所述的蒸馏桶1的桶壁为双层结构，其内层与外层之间设有保温层104。所述的散热器6由风扇604和至少两层垂直设置的散热板601构成，每层散热板 601均有蛇形散热管602和设置在蛇形散热管602管壁上的散热片603构成，相邻散热板 601中的蛇形散热管602相连通，最外层散热板601中的蛇形散热管602与冷凝水管204的上端口连通，最内层散热板601中的蛇形散热管602与冷凝水存储器4连通，风扇604设置在最外层散热板601的一侧。如图所示，本发明所用的蒸馏水器的结构为，蒸馏水器包括蒸汽发生器和供水装置，供水装置包括冷凝水存储器4和散热器6，蒸汽发生器包括蒸馏桶1和冷凝器2，冷凝器 2设置在蒸馏桶1的顶盖102上。蒸馏桶1的底部设有电磁加热装置3，采用电磁感应加热代替原有的蒸馏桶内电阻丝加热，不但提高了加热效率，降低了电量消耗，还实现了水电隔离，提高了安全性能。冷凝器2包括冷凝罩201和垂直设置在冷凝罩201内的蒸汽引导套管202，蒸汽引导套管202的下端口通过顶盖102上的蒸汽出口与蒸馏桶1的内部连通，在冷凝罩201的顶部设有一个凸面向下的弧形导流板207，弧形导流板207设置在蒸汽引导套管202的上方，并与蒸汽引导套管202的上端口之间具有供蒸汽扩散的间隙。由于弧形导流板207的作用，蒸汽可以迅速均勻的向四周扩散，增强蒸汽的流动性，从而提高制水效率。将弧形导流板207通过螺杆210设置在冷凝罩201的顶部，在螺杆210露在冷凝罩201外部的一端设置调节旋钮211。通过旋转调节旋钮211调节弧形导流板207的高度，从而调节弧形导流板207与蒸汽引导套管202的上端口之间的间隙，以适应蒸汽的流量变化。蒸汽引导套管202和冷凝罩201之间为冷却腔203，冷却腔203的下端设有蒸馏水出口 205，在冷凝罩201的外侧套有螺旋形的冷凝水管204，冷凝水管204的下端通过供水泵5与冷凝水存储器4连通，冷凝水管204的上端口通过散热器6与冷凝水存储器4连接。在冷凝水管204与供水泵5的连接管路上设置循环水流量调节阀8以调节循环水的流量。通过调节，既可使水蒸汽充分冷凝，又可控制热交换后的冷凝水的温度不致太高。加热产生的蒸汽在蒸汽引导套管202内上升的过程中，由于蒸汽引导套管202外冷却腔203的温度相对较低，而被初步降温，而后从冷凝罩201的顶部扩散到冷却腔203内，蒸汽由于冷凝罩201外冷凝水管204的作用迅速冷却凝结，并从冷却腔203底部的蒸馏水出口 205流出。通过先初步降温再冷却凝结的方式，有效提高了蒸汽的冷凝效率。冷却用水在冷凝水管204中被加热后，通过散热器6散热后返回冷凝水存储器4，重新作为冷却用水，使冷凝水完全保留下来，节约水资源。所述的蒸馏桶1下部设有加水口 105，加水口 105通过供水管7与冷凝水存储器4 连通，供水管7位于冷凝水存储器4内的一端设有单向阀701。供水管7在冷凝水存储器4 内的管口高于蒸馏桶1内的供水管7管口，冷凝水存储器4内供水管7的开口高度正好是蒸馏桶1内加热水位的高度。冷凝水存储器4内供水管7设置的单向阀701，使水只能单向流入蒸馏桶1，用于补充蒸馏桶1内蒸发掉的水，并防止热水倒流。将供水管7位于蒸馏桶 1内一端的管口朝上设置，可以防止蒸馏桶1内的水沸腾后对供水管7内部的冲击，保证蒸馏桶1的供水稳定。冷凝水存储器4内设置水位警戒线即液位计401。由设置在补水管上的液位调节阀402控制水位，补水管连在自来水管道上，液位计401的信号输出端与液位调节阀402连接。当冷凝水存储器4内的水位低于最低水位刻度线时，液位调节阀402打开， 向冷凝水存储器4中补充冷水至最高水位线；当冷凝水存储器4内的水位高于最高水位刻度线时，液位调节阀402关闭。并且通过液位调节阀402的流量调节作用，防止水箱中由于快速补充冷水，进而进入加热桶后，造成蒸汽生成不均勻，影响产出效率。所述的冷却腔203内设有冷凝片206，多个冷凝片206分布在冷凝罩201的内壁上，冷凝片206的一端固定在冷凝罩201的内壁上，另一端倾斜向下设置。冷凝片206可加大冷却面积，使蒸汽迅速冷却，提高水蒸汽冷凝效率。由于蒸馏桶1内蒸汽的加热作用，会使顶盖102的温度升高，因此，在冷却腔203的底部设置隔热层209，通过隔热层209将冷却腔203与下部的蒸馏桶1进行热隔离，可以防止凝结的水流到冷却腔203底部后受热而重新变为蒸汽，也可防止蒸馏桶1内的蒸汽被冷凝。所述的冷凝罩201的外侧设有保护层208，保护层208将冷凝水管204包围在其中，防止冷凝水管204受到碰撞而损坏。所述的蒸馏桶1的桶壁为双层结构，其内层与外层之间设有保温层104。保温层 104可以由保温材料构成，也可以是真空腔，利用保温层104实现蒸馏桶1内外的热量隔离， 减少热量损失。所述的蒸馏桶1的顶盖102通过卡扣103与桶体101连接，便于卸下进行维修。也可以采用螺栓连接的方式将顶盖102固定在桶体101上。所述的散热器6由风扇604和至少两层垂直设置的散热板601构成，每层散热板 601均有蛇形散热管602和设置在蛇形散热管602管壁上的散热片603构成。散热片603 与蛇形散热管602垂直，相邻的散热片603之间中空有网眼，可增大对流面积，便于散热。相邻散热板601中的蛇形散热管602相连通，最外层散热板601中的蛇形散热管602与冷凝水管204的上端口连通，最内层散热板601中的蛇形散热管602与冷凝水存储器4连通，风扇604设置在最外层散热板601的一侧。通过调整散热板601的数量可以适应不同蒸馏水产量的需要，保证冷却用水的温度。从冷凝水管204流出的水，先进入最外层的散热板601， 然后逐层流动降温，最后将冷凝水导入冷凝水存储器4。将风扇604设置在最外层散热板 601的一侧可以提高风扇604的利用率，降低能源消耗，并有效提高散热效率。为了便于观察蒸馏桶1内的水位和情况，可以在蒸馏桶1上设置观察窗106。将冷凝罩201的顶部设置成可拆卸的形式，可以便于维修。
权利要求
1.实验室用循环水式蒸馏水器的水循环方法，采用的蒸馏水器包括蒸汽发生器和供水装置，供水装置包括冷凝水存储器(4)和散热器(6)，蒸汽发生器包括蒸馏桶(1)和冷凝器 (2)，冷凝器(2)设置在蒸馏桶(1)的顶盖(102)上，冷凝器(2)包括冷凝罩(201)和垂直设置在冷凝罩(201)内的蒸汽引导套管(202)，其特征在于水循环方法为将冷凝水存储器(4)内的水通过供水泵(5)输送至冷凝罩(201)外侧绕设的螺旋形冷凝水管(204)的下端口，水穿过冷凝水管(204)对冷凝罩(201)进行冷却后从冷凝水管 (204)的上端口流入散热器(6)，吸热后的水经过散热器(6)散热后重新流回冷凝水存储器 (4)；冷凝水存储器(4)内的水通过供水管(7)输送至蒸馏桶(1 )，向蒸馏桶(1)补充水量，在供水管(7)位于冷凝水存储器(4)内的一端设有单向阀(701)，当蒸馏桶(1)内的水位到达单向阀(701)的高度时，单向阀(701)自动切断停止补水，并防止热水回流；利用蒸馏桶(1)底部设置的电磁加热装置(3)对蒸馏桶(1)进行加热，将蒸馏桶(1)内的水加热成蒸汽，蒸汽自然上浮，并从顶盖(102)上的蒸汽出口进入冷凝器(2)的蒸汽引导套管(202)内，蒸汽在蒸汽引导套管(202)内上升的过程中被冷凝罩(201)内的低温气体初步冷却后，从蒸汽引导套管(202)的上端口流出；利用冷凝罩(201)顶部设置的凸面向下的弧形导流板(207)阻挡蒸汽的上升，使蒸汽向四周扩散进入蒸汽引导套管(202)和冷凝罩 (201)之间的冷却腔(203)，蒸汽进入冷却腔后与冷凝罩(201)内壁设置的冷凝片(206)接触，通过冷凝片(206)将热量传递至冷凝水管(204)内的冷却水；蒸汽经过冷凝片(206)降温后迅速凝结成水，并从冷却腔(203)下端的蒸馏水出口(205)流出，对流出的水进行收集得到成品蒸馏水；通过冷凝水存储器(4)内设置的液位计(401)检测冷凝水存储器(4)内的水位，并将检测信号传递至冷凝水存储器(4)补水口处设置的液位调节阀(402)，当冷凝水存储器(4)内的水位低于设定的下限时自动开启液位调节阀(402)向冷凝水存储器(4)补充水量，实现连续不间断工作。
2.如权利要求1所述的实验室用循环水式蒸馏水器的水循环方法，其特征在于所述的冷凝片(206)分布在冷凝罩(201)的内壁上，冷凝片(206)的一端固定在冷凝罩(201)的内壁上，另一端倾斜向下设置。
3.如权利要求1所述的实验室用循环水式蒸馏水器的水循环方法，其特征在于所述的冷却腔(203)的底部设有隔热层(209)。
4.如权利要求1所述的实验室用循环水式蒸馏水器的水循环方法，其特征在于所述的弧形导流板(207)通过螺杆(210)设置在冷凝罩(201)的顶部，通过螺杆(210)调节弧形导流板(207 )与蒸汽引导套管(202 )上端口之间的间距。
5.如权利要求1所述的实验室用循环水式蒸馏水器的水循环方法，其特征在于所述的蒸馏桶(1)的桶壁为双层结构，其内层与外层之间设有保温层(104)。
6.如权利要求1所述的实验室用循环水式蒸馏水器的水循环方法，其特征在于所述的散热器(6)由风扇(604)和至少两层垂直设置的散热板(601)构成，每层散热板(601)均有蛇形散热管(602)和设置在蛇形散热管(602)管壁上的散热片(603)构成，相邻散热板 (601)中的蛇形散热管(602 )相连通，最外层散热板(601)中的蛇形散热管(602 )与冷凝水管(204)的上端口连通，最内层散热板(601)中的蛇形散热管(602)与冷凝水存储器(4)连通，风扇(604 )设置在最外层散热板(601)的一侧。
7.如权利要求1所述的实验室用循环水式蒸馏水器的水循环方法，其特征在于所述的冷凝水管(204 )与供水泵(5 )之间的管路上设有循环水流量调节阀(8 )。
全文摘要
实验室用循环水式蒸馏水器的水循环方法，将冷凝水存储器内的水送至冷凝水管对冷凝罩冷却后流入散热器，散热后重新流回冷凝水存储器；冷凝水存储器内的水通过供水管向蒸馏桶补充水量；将蒸馏桶内的水加热成蒸汽并进入蒸汽引导套管，蒸汽在上升过程中被初步冷却后从蒸汽引导套管上端口流出；利用弧形导流板使蒸汽扩散进冷却腔，并通过冷凝片将热量传递至冷凝水管内的冷却水；蒸汽凝结成水从蒸馏水出口流出；通过液位计检测水位，水位低于下限时开启液位调节阀向冷凝水存储器补水。采用冷凝水循环利用的方式，节约水资源，同时向蒸馏桶供水，实现自动连续运转；冷凝器中的弧形导流板和冷凝片提高了冷凝效率，热交换效率高，单位时间产出率高。
文档编号B01L3/16GK102363125SQ201110356828
公开日2012年2月29日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者安君岭, 席守民, 席恺, 张文斗, 胡澍 申请人:河南科技大学