一种可控流控温液体蒸发机的制作方法

本发明属于化工、环境及实验技术领域，具体涉及一种可控流控温液体蒸发机。

背景技术：

液体蒸发机广泛应用服装、食品、纺织、包装、医药、冶金等相关行业。随着市场和技术领域的多样化发展，对产生蒸汽设备的性能要求越来越高。例如在实验技术领域，气固和气液反应的研究方向中(渣金平衡、金属高温腐蚀、高温还原制氢、煤的裂解等)，将无机或者有机溶液进行蒸发并注入反应器中参与反应，是很常见的一种做法。部分研究者在没有合适的蒸汽发生装置的情况下，选择采用玻璃仪器进行自行制备。但此类过程面临气体流量不可控、气体温度不准确、反应前气体冷凝或者回流等问题，造成不可控的结果。因此一种好的蒸发设备对工艺或流程控制非常重要。

液体蒸发机的基本原理是通过高温、声波或磁场，把液体变成气体，在载气流的带动下输出饱和蒸气。可通过控制输入液体的速度和含量来确保输出蒸气流量的精确和稳定。但是该类设备目前普遍存在的问题有：

1、蒸汽装置内部管道复杂，使流体受到的阻力大、热量损失大，造成系统控制和能耗负荷大。

2、管道的材质和保温性能一般，造成管道老化快、热量损失不可控。

3、设备体积偏大，各部件之间不能有机衔接，操作不够智能化。

4、调温部件精度不足，且不能使蒸汽到达更高的温度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可控流控温液体蒸发机，以解决上述问题。

为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种可控流控温液体蒸发机，包括：载气供应装置、恒温储水室和逻辑控制单元；载气供应装置输入的载气和恒温储水室输入的液体分别经过蒸发机和输气管道；在蒸发机处设置有加热丝；

在换热器处设置有第一双铂铑热电偶，在蒸发机处设置有第二双铂铑热电偶，在输气管道上分别设置有阀门组、第三双铂铑热电偶；第一双铂铑热电偶连接第一温度控制器，第二双铂铑热电偶连接第二温度控制器；在恒温储水室的出水口处依次设置有双柱塞泵、流量控制计；

输气管道在阀门组处的出口分为两路，一路经文丘里管连接换热器，另一路连接废液室；

逻辑控制单元通过数据线分别连接第一温度控制器、第二温度控制器、第三双铂铑热电偶、阀门组、双柱塞泵、流量控制计。

进一步的，逻辑控制单元根据收集到的第三双铂铑热电偶的数据，控制阀门组中的电磁转向阀运转，使饱和蒸汽进入文丘里管，使未完全饱和的蒸气或者未气化的液体进入废液室；

逻辑控制单元根据收集到的第二双铂铑热电偶的数据，控制第二温度控制器的运转，进而控制加热丝的功率，实现控制液体的气化速率；

逻辑控制单元根据收集到的第一双铂铑热电偶的数据，控制第一温度控制器的运转，进而控制换热器的换热功率，实现控制输出气体温度；

逻辑控制单元通过向双柱塞泵和流量控制计发出指令的方式控制进入蒸发机的液体流量，进而实现控制蒸汽流量。

进一步的，加热丝功率采用pid控制。

进一步的，蒸发器采用圆柱形或六面体的多孔金属铝制造，两端为流体的输入端和输出端，内部为多孔疏松状；加热丝采用镍铬电阻丝，外层采用莫来石纤维保护，最外层采用水冷不锈钢外壳进行隔热及辅助调温。

进一步的，恒温储水室具有自动补水的功能。

进一步的，在输气管道外侧包裹有隔热层。

进一步的，换热器采用两端收缩的刚玉管作为外壳，刚玉管内部填充高纯氧化铝颗粒，采用的加热体为螺旋硅碳棒，加热体采用氧化铝纤维保温，最外层采用水冷不锈钢炉壳进行隔热及辅助调温。

进一步的，阀门组位于第三双铂铑热电偶的下方向(该方向为输气管道的运输方向)。

进一步的，载气供应装置能够调节载气的流速，被加热的载气与被蒸发出的气体在阀门组的电磁转向阀之前进行初步混合，采用惰性气体作为载气带动蒸汽的流动。

进一步的，在流量控制计与蒸发机之间连接有流量显示器。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明实施例提供的可控流控温的液体蒸发器装置。由液体蒸发系统(加热丝、蒸发器、载气供应装置、第二双铂铑热电偶)；液体供应及控制系统(双柱塞泵、可自动补水的恒温储水室、流量控制计、流量显示器)；流体传输系统(输气管道、第三双铂铑热电偶、隔热层、阀门组、废液室)；输出气体混匀及调温装置(文丘里管、换热器、第一双铂铑热电偶)；流速及温度控制系统(逻辑控制单元、数据线、温度控制器)五部分组成。通过设定逻辑控制单元的基础数据并根据第一双铂铑热电偶、第二双铂铑热电偶、第三双铂铑热电偶、双柱塞泵、流量控制计等反馈的信号，对输入液体进行计量、控制、蒸发，对输出气体进行混匀、调温，实现系统的一体化控制。

进一步的，逻辑控制单元控制第二温度控制器的启动或者关闭，以及向第二温度控制器输入控温程序；第二温度控制器收集处理第二双铂铑热电偶的数据，并对加热丝的功率进行控制，从而控制蒸发器的蒸发速度。

进一步的，加热丝的功率采用pid控制，节约能源且控制精确。加热丝的材质为镍铬电阻丝，外层采用组合式的莫来石纤维板进行保护。该类电阻丝的极限温度超过1000℃，在紧密排列的情况下加热均匀且速度快，能满足蒸发器对温度的要求(一般蒸发器的工作温度在800℃以下)。该类耐火板适合该温度条件且价格便宜，拥有良好的保温性能，可延长电阻丝的使用寿命；其次，组合式的结构便于电阻丝的更换。

进一步的，蒸发器为圆柱形或六面体，两端为流体的输入端和输出端，内部为多孔疏松状，可采用泡沫铝或在内部加工有环形通道的铝锭制造；其导热性好、比表面积大，加热效率高。

进一步的，加热丝的最外层采用水冷不锈钢外壳进行隔热及辅助调温。这种方式配合载气和输入的液体，可以实现温度迅速降低的效果，在调整输出蒸汽温度时非常有效。

进一步的，载气的进入流速在载气供应装置上调节，被加热的载气与被蒸发出的气体在电磁转向阀之前进行初步混合。载气可以避免空气进入反应器，在产生蒸汽之初还可作为冲洗管道的介质存在。且载气的流速可控，通过控制载气流速来控制蒸汽的流速和饱和度。

进一步的，已输入预设程序的逻辑控制单元控制柱塞泵从恒温储水室抽取液体材料。抽取速度由柱塞泵和流量控制计联合控制；这是因为虽然柱塞泵的压力和供应流量可设定，但可能会受到外部影响，联合控制可以消除影响。

进一步的，为了保证流体的稳定供应时间，设置自动补水的恒温储水室，流体稳定的供应时间将超过1000小时。自动补水装置利用液面高度控制，当液面低于设定的界限时液体将被补充到最高限位。

进一步的，输入预设温度的逻辑控制单元控制阀门组中的电磁转向阀运转。逻辑控制单元接收第三双铂铑热电偶反馈的温度信号，当流体的温度低于预设值时，控制阀门组的流动方向为废液室，使未气化的液体、冷凝液体或未完全饱和的蒸气流入废液室储存，同时反馈数据至逻辑控制单元。当流体温度高于预设值时，控制阀门组的流动方向为文丘里管。阀门组中的止回阀将限制流体回流，避免回流液体影响蒸汽器的运转。

进一步的，采用文丘里管对已经达到设定温度的第一次混合气体进行第二次混匀。即使2种气体的分子量、密度差异很大，文丘里管也能取得很好的效果。第二次混合的气体经过换热管温度调整之后直接输出。同样的，流体的输送管道和文丘里管的外面均包裹隔热保温层，保证蒸汽的温度不降低，避免产生冷凝回流的效果。

进一步的，换热器采用两端收缩的刚玉管作为外壳，刚玉管内部填充高纯氧化铝颗粒。氧化铝颗粒的粒径在0.5～3mm之间，混合均匀，既能保证气体顺利通过，也尽可能地提高了传热效率。颗粒的级配视刚玉管大小而不同，如管径较大可提高大粒径的颗粒配比，如管径较小可提高小粒径的颗粒配比。如果要考虑减小气体动能的损失，可将氧化铝颗粒换成微小的氧化铝管或氧化铝空心球。

进一步的，第一温度控制器收集第一双铂铑热电偶的数据，对换热器的发热体的运行功率进行控制，从而控制换热器的蒸发速度。逻辑控制单元控制第一温度控制器的启动或者关闭，以及向第一温度控制器输入控温程序。

进一步的，采用螺旋硅碳棒为换热器加热，发热体外层采用氧化铝纤维板进行保护，最外层采用水冷不锈钢炉壳进行隔热及辅助调温。该类加热体发热速度快、加热均匀，最高能加热到1450度，能满足超高温蒸汽的调温需求。氧化铝纤维板可承受1700度高温，满足换热器的最高温度需求。

综上，本发明的可控流控温的液体发生器，包括液体蒸发系统、液体供应及控制系统、流体传输系统、输出气体混匀及调温装置、流速及温度控制系统。实现了对输入液体进行计量、控制、蒸发，对输出气体进行混匀、调温等功能，对所有部件进行系统化控制。管道设计简单，热管道、蒸发器、换热器均有保温层，节能环保；功能更加丰富，可满足更复杂的使用需求且稳定耐用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的可控流控温液体蒸发机结构图

图2为本发明实施例提供的可控流控温液体蒸发机运行流程图。

其中：s1载气供应装置；s201加热丝；s202蒸发机；s3输气管道；s401阀门组；s402废液室；s5隔热层；s6文丘里管；s7换热器；s8011第一双铂铑热电偶；s8012第二双铂铑热电偶；s8013第三双铂铑热电偶；s802数据线；s8031第一温度控制器；s8032第二温度控制器；s804逻辑控制单元；s901双柱塞泵；s902恒温储水室；s903流量控制计；s904流量显示器。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

(一)如图1所示，本发明实施例提供了一种可控流控温液体蒸发机，包括：载气供应装置s1、恒温储水室s902和逻辑控制单元s804；载气供应装置s1、恒温储水室s902均分别经过蒸发机s202连接输气管道s3；在蒸发机s202处设置有加热丝s201；在换热器s7处设置有第一双铂铑热电偶s8011，在蒸发机s202处设置有第二双铂铑热电偶s8012，在输气管道s3上分别设置有阀门组s401、第三双铂铑热电偶s8013；第一双铂铑热电偶s8011连接第一温度控制器s8031，第二双铂铑热电偶s8012连接第二温度控制器s8032；在恒温储水室s902的出水口处依次设置有双柱塞泵s901、流量控制计s903；输气管道s3在阀门组s401处的出口分为两路，一路经文丘里管s6连接换热器s7，另一路连接废液室s402；逻辑控制单元s804通过数据线s802分别连接第一温度控制器s8031、第二温度控制器s8032、第三双铂铑热电偶s8013、阀门组s401、双柱塞泵s901、流量控制计s903。

逻辑控制单元s804根据收集到的第三双铂铑热电偶s8013的数据，控制阀门组s401中的电磁转向阀运转，使饱和蒸汽进入文丘里管s6，使未气化的液体、冷凝液体或未完全饱和的蒸气进入废液室s401；逻辑控制单元s804根据收集到的第二双铂铑热电偶s8012的数据，控制第二温度控制器s8032的运转，进而控制加热丝s201的功率，实现控制液体的气化速率；逻辑控制单元s804根据收集到的第一双铂铑热电偶s8011的数据，控制第一温度控制器s8031的运转，进而控制换热器s7的换热功率，实现控制输出气体温度；逻辑控制单元s804通过向双柱塞泵s901和流量控制计s903发出指令的方式控制进入蒸发机s202的液体流量，进而实现控制蒸汽流量。

加热丝s201功率采用pid控制。蒸发器s202采用圆柱形或六面体的多孔金属铝制造，两端为流体的输入端和输出端，内部为多孔疏松状；加热丝s201采用镍铬电阻丝，外层采用莫来石纤维保护，最外层采用水冷不锈钢外壳进行隔热及辅助调温。恒温储水室s902具有自动补水的功能。在输气管道s3外侧包裹有隔热层s5。

换热器s7采用两端收缩的刚玉管作为外壳，刚玉管内部填充高纯氧化铝颗粒，采用的加热体为螺旋硅碳棒，加热体采用氧化铝纤维保温，最外层采用水冷不锈钢炉壳进行隔热及辅助调温。阀门组s401位于第三双铂铑热电偶s8013的下方向(该方向为输气管道s3的运输方向)。载气供应装置s1能够调节载气的进入流速，被加热的载气与被蒸发出的气体在阀门组s401的电磁转向阀之前进行初步混合，采用惰性气体作为载气带动蒸汽的流动。在流量控制计s903与蒸发机s202之间连接有流量显示器s904。

(二)本发明实施例提供的可控流控温的液体蒸发器装置，由液体蒸发系统(加热丝s201、蒸发器s202、载气供应装置s1、第二双铂铑热电偶s8012)；液体供应及控制系统(双柱塞泵s901、可自动补水的恒温储水室s902、流量控制计s903、流量显示器s904)；流体传输系统(输气管道s3、第三双铂铑热电偶s8013、隔热层s5、阀门组s401、废液室s402)，阀门组s401包括电磁转向阀及止回阀；输出气体混匀及调温装置(文丘里管s6、换热器s7、第一双铂铑热电偶s8011)；流速及温度控制系统(逻辑控制单元s804、数据线s802、第一温度控制器s8031、第二温度控制器s8032)五部分组成。设定逻辑控制单元s804的基础数据并根据其他几个部件反馈的信号，对输入液体进行计量、控制、蒸发，对输出气体进行混匀、调温，实现系统的一体化控制。

进一步的，逻辑控制单元s804控制第二温度控制器s8032的启动或者关闭，以及向第二温度传感器s8032输入控温程序；第二温度控制器s8032收集处理第二双铂铑热电偶s8012的数据，并对加热丝s201的功率进行控制，从而控制蒸发器s202的蒸发速度。

进一步的，加热丝s201的功率采用pid控制，节约能源且控制精确。加热丝的材质为镍铬电阻丝，外层采用组合式的莫来石纤维板进行保护。该类电阻丝的极限温度超过1000℃，在紧密排列的情况下加热均匀且速度快，能满足蒸发器对温度的要求(一般蒸发器的工作温度在800℃以下)。该类耐火板适合该温度条件且价格便宜，拥有良好的保温性能，可延长电阻丝的使用寿命；其次，组合式的结构便于电阻丝的更换。

进一步的，蒸发器s202为圆柱形或六面体，两端为流体的输入端和输出端，内部为多孔疏松状，可采用泡沫铝或在内部加工有环形通道的铝锭制造；其导热性好、比表面积大，加热效率高。

进一步的，加热丝s201和蒸发器s202组成蒸发系统，蒸发系统的最外层采用水冷不锈钢外壳进行隔热及辅助调温。这种方式配合载气和输入的液体，可以实现蒸发系统温度的迅速降低的效果；这在调整输出蒸汽温度时非常有效。

进一步的，载气的进入流速在载气供应装置s1上调节，被加热的载气与被蒸发出的气体在阀门组s401的电磁转向阀之前进行初步混合。采用惰性气体作为载气带动蒸汽的流动，载气可以避免空气进入反应器，在产生蒸汽之初还可作为冲洗管道的介质存在。且载气的流速可控，通过控制载气流速来控制蒸汽的流速和饱和度。

进一步的，已输入预设程序的逻辑控制单元s804控制柱塞泵s901从恒温储水室s902抽取液体材料。抽取速度由柱塞泵s901和流量控制计s903联合控制，这是因为虽然柱塞泵的压力和供应流量可设定，但可能会受到外部影响，联合控制可消除这种影响。

进一步的，为了保证流体的稳定供应时间，设置自动补水的恒温储水室s902，流体稳定的供应时间将超过1000小时。自动补水装置利用液面高度控制，当液面低于设定的界限时，液体将被补充到最高限位。液体温度采用电阻式感温元件测量，当液体温度高于设定温度时，微型压缩机和微型循环泵将开启；当液体温度低于设定温度时，微型压缩机将关闭。

进一步的，输入预设温度的逻辑控制单元s804控制阀门组s401中的电磁转向阀的运转。逻辑控制单元s804接收第三双铂铑热电偶s8013反馈的温度信号，第三双铂铑热电偶s8013的偶头与输气管道焊接，当流体的温度低于预设值时，控制阀门组s401的流动方向为废液室s402，使未气化的液体、冷凝液体或未完全饱和的蒸气流入废液室s402储存，同时反馈数据至逻辑控制单元s804。当流体温度高于预设值时，控制阀门组s401的流动方向为文丘里管s6。阀门组s401中的止回阀将限制流体回流，避免回流液体影响蒸汽器的运转。

进一步的，采用文丘里管s6对已经达到设定温度的第一次混合气体进行第二次混匀。即使2种气体的分子量、密度差异很大，文丘里管能取得很好的效果。第二次混合的气体经过换热管s7温度调整之后直接输出。同样的，流体的输送管道和文丘里管的外面均包裹隔热保温层，保证蒸汽的温度不降低，避免产生冷凝回流的效果。

进一步的，换热器s7采用两端收缩的刚玉管作为外壳，刚玉管内部填充高纯氧化铝颗粒。氧化铝颗粒的粒径在0.5～3mm之间，混合均匀，既能保证气体顺利通过，也尽可能地提高了传热效率。颗粒的级配视刚玉管大小而不同，如管径较大可提高大粒径的颗粒配比，如管径较小可提高小粒径的颗粒配比。如果要考虑减小气体动能的损失，可将氧化铝颗粒换成微小的氧化铝管或氧化铝空心球。

进一步的，第一温度控制器s8031收集第一双铂铑热电偶s8011的数据，对换热器s7的发热体的运行功率进行控制，从而控制蒸发器s202的蒸发速度。逻辑控制单元s804控制第一温度控制器s8031的启动或者关闭，以及向第一温度控制器s8031输入控温程序。

进一步的，采用螺旋硅碳棒为换热器s7加热，发热体外层采用氧化铝纤维板进行保护，最外层采用水冷不锈钢炉壳进行隔热及辅助调温。该类加热体发热速度快、加热均匀，最高能加热到1450度，能满足超高温蒸汽的调温需求。氧化铝纤维板可承受1700度高温，满足s7的最高温度需求。

综上，本发明的可控流控温的液体发生器，包括液体蒸发系统、液体供应及控制系统、流体传输系统、输出气体混匀及调温装置、流速及温度控制系统。实现了对输入液体进行计量、控制、蒸发，对输出气体进行混匀、调温等功能，对所有部件进行系统化控制。管道设计简单，热管道、蒸发器、换热器均有保温层，节能环保，功能更加丰富、可满足更复杂的使用需求且稳定耐用。

(三)

3.1运行设定

通过逻辑控制单元s804设定电磁转向阀的转动温度(第二双铂铑热电偶s8012，最低限制温度105℃，最高400℃)，设定蒸发器s202运行的目标温度(第三双铂铑热电偶s8013，最高限制温度800℃)、设定换热器s7运行的目标温度(第一双铂铑热电偶s8011，最高限制温度1450℃)；并将预设的目标温度升温程序写入第一温度控制器s8031和第二温度控制器s8032，控制器采用pid控制；在整个系统开始运转之前，蒸发器s202和换热器s7的腔内温度应先达到预设值并开始动态保温；之后打开载气，当载气冲洗设备15min后开始注入液体材料。

3.2液体的供应与蒸汽的生成

设定双塞泵s901的抽取速度，然后开启s901抽取恒温储水室s902里的液体原料。液体的流量由流量控制计s903进行精确控制，流量值将显示在量显示器s904上，将其送入蒸发器s202。液体原料在蒸发器s202由液体转化为气态，其转化速度由预设程序的逻辑控制单元s804决定。第二温度控制器s8032根据逻辑控制单元s804的指令开启，然后根据第二双铂铑热电偶s8012的温度数据调整加热丝s201的温度，进而调整液体的蒸发速度和蒸汽的温度。

3.3蒸汽与载气的混合

液体供应系统生成的气体，通过管路传输到阀门组s401，并在阀门组s401前进行第一次混合。逻辑控制单元s804将根据第三双铂铑热电偶s8013的温度数据决定阀门组s401的电磁转向阀的转动方向。如果流体的温度低于设定温度，电磁转向阀将开启废液室s402方向的通道，未达到温度的流体将进入废液室s402；同时反馈数据至逻辑控制单元s804，逻辑控制单元将提高蒸发机s202的工作温度，提升速度为5℃/次，间隔时间为20min；工作温度提升之后逻辑控制单元s804自动将升温程序重新写入第二温度控制器s8032，第二温度控制器s8032将重新升温并动态保温。以上过程的最高自动调整温度为原设置温度的15％，超过则不再增加并报警。如果流体温度高于设定温度，电磁转向阀将开启文丘里管s6方向的通道，气态将进行第二次混合。

3.4气体的二次混合及温度调整

温度符合设定要求的混合气将顺着管道流入文丘里管s6。文丘里管的特殊结构能促进气体进一步混合均匀。蒸汽的初始温度高于设定温度值，不可能直接达到目标温度值；且在传输和两次混合的过程中，温度会有所下降。因此，混合均匀的气体将流入换热器s7进行最后的温度调整。气体的温度被调整之后便通过管道输入到用气设备中。

(四)应用实例

在液体原料为水的情况下，将本专利设备的实验室版本(#s)与某高校制造的水蒸气发生装置(#b)、华东某企业制造的蒸汽机(#j)、华北某企业制造的蒸汽发生设备(#h)——均为同规格的实验用设备，进行使用情况的对比评测。按照每个评测参数的排序给与1～4分；如果两个设备的参数相同，给与相同的分数，更低的设备得分-2。四种设备的评测参数及得分如表1所示。

表1四种设备的评测参数

表1显示，本专利的设备得分最高，设备的持续工作时间、液体流量精度、最高温度及误差等参数均最好。其次是华东某企业的蒸汽发生机，仅在持续工作时间和蒸汽最高温度上略有差距。再次是某高校制造和华北某企业制造的设备，得分为第三、第四。评测显示本专利的设备在同类型设备中具备先进性。此外，根据前面技术背景及具体内容的分析，本设备在结构和运行上也具有一定的优势。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

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