[实用新型]热管半导体制冷直冷式无水冷凝器及实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及化学、化工、制药、食品、环境等行业的科研院所、高等院校、企业研发机构；具体属于实验仪器和设备技术制造领域，尤其涉及一种热管半导体制冷直冷式无水冷凝器及实验装置。

背景技术

如何从长期困扰我国社会经济发展的水资源匮乏状况中找出一条合理、可行又可产生积极效果的解决水资源问题的出路，已是当前亟待研究解决的重要课题。因其水资源的有限，故必须科学合理地用水，各行各业都在探索各种节水措施。减少水的使用量是最传统也是最有效的一种节水途径。随着科技进步和社会的不断发展，这种节水技术也在不断改进、提高，对此，各国都积累了较多的经验和做法，在工业用水中方面，已推广蒸汽冷凝回用、间接冷却水循环利用、污水处理回用等节水技术；在农业灌溉节水技术的应用，世界农业灌溉节水技术经过了地面灌溉、喷灌、微灌(滴灌及微喷灌)及渗灌等发展过程，目前已达到较高的技术水平；在城市建筑及生活用水方面，大力推广中水回用技术、防渗漏技术及节水型器具、卫生洁具，提高用水重复利用率。

然而，对于科研院所、学校、企业实验室等机构实验用水的浪费却无人问津，没有引起社会足够的重视。实验室在进行科学研究、实验教学、新产品研发、蒸馏水制备等需要冷却水的实验中，普遍使用自来水直接通入实验装置，实验过程中自来水大量排放，白白浪费了许多珍贵的洁净水。因此，科学研究、教育、研发机构节水应当成为科研人员、教育工作者及全社会非常值得关注的问题。

许多科学研究及实验内容使用实验仪器进行实验时，样品的合成、分离、浓缩普遍要涉及到蒸馏、回馏方法，这就需要用冷却水对冷凝器进行冷却，一般都是直接将自来水通入到仪器的冷凝器上，自来水进入冷凝器使冷凝器温度降低，自来水吸收热量后从冷凝器排出直接放掉，造成水资源的严重浪费。以有机化学实验中的蒸馏实验为例，满足最低冷却温度要求时，冷却水的流速大约为每分钟2升，一套实验装置把自来水作为废水排放的水量为每小时120升，每组实验学生人数30名，就要用30套实验装置，每完成一个有机实验的平均时间约为6小时，那么完成一个实验，就平均排放了21.6吨洁净自来水。而这只是一所院校一个实验室中一个实验项目的用量，如果以全国院校、实验室、实验项目的数量来统计将是一个十分惊人的数字。除此之外，全国从事科学研究实验教学的科研院所及院校实验用蒸馏水配置了不少制备蒸馏水设备，每小时产1.6升蒸馏水，要消耗掉120升冷却用自来水，制备一桶20升蒸馏水则需耗费1.5吨洁净自来水，另外还要耗费37.5度电能；由此可以看出每升蒸馏水的制作成本。并且有时遇到突然停水时，必须立即停止实验，给正常的科学研究及实验教学带来极大的不便。目前用于实验室的循环水装置也有多种，普遍使用的是不带制冷系统的循环水泵，但使用一段时间后水温逐渐升高，失去冷却效果；有带压缩机制冷系统的循环水机，但这类循环水冷却设备耗电量大，价格高，虽然冷却效果好，但实验运行成本高，难以在科学研究、实验教学中得到广泛的普及和推广。

热管又名热导管或超导管。热管技术是1963年美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。在上个世纪70年代后，热管才由理论阶段进入应用阶段，但由于技术的不成熟以及高昂的成本，当时使用范围仅仅限制在航天、核电等高端技术领域。当时在太空中运行的航天器由于其面向太阳和背向太阳的部件温差太大，导致其无法正常工作且容易损坏，利用热管技术使其达到热平衡良好地解决了这个问题。进入80年代后，随着技术的不断完善及成本的降低，热管技术开始广泛的进入大专院校、科研院所、民用工业、大型工业设备以及生产上。

热管(heat tube)，按较精确的定义，应称之谓“封闭两相传热系统”，即在一个封闭的体系内，依靠流体的相态变化(液相变为汽相或汽相变为液相)来传递热量的装置。众所周知，当某种介质由液相变为汽相(如水蒸发或沸腾)时，会吸收热量；而当介质由汽相变为液相(如蒸汽的凝结)时，会放出热量。将这两种过程巧妙地结合在一起，并置于封闭的容器内，就构成了一个先进的传热元件——热管了。热管的典型结构是由一个园筒状的容器，内部衬以多孔性的材料，将容器内部抽成某种程度的真空，然后注入一定量的液体(介质)并将容器密封起来。目前热管技术被广泛应用在宇航、军工、石油、化工、冶金、机械、电力、电子、煤炭、铁路、通讯、纺织、家电、IT产品等领域。