一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管 |
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| 申请号 | CN201910592975.0 | 申请日 | 2019-07-03 | 公开(公告)号 | CN110157491B | 公开(公告)日 | 2024-02-09 |
| 申请人 | 吉林大学; | 发明人 | 李大伟; 赵韬韬; 蔡伟; 张强; 袁永恒; 于海业; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种可拆卸的用于收集 生物 质 热裂解油的冷凝管，为克服需要消耗大量 水 源及 电能 、冷能利用率不高、管路连接复杂、安装和使用繁琐的问题，其包括 螺纹 盖、倒钩、内管固定 支架 、双层 真空 玻璃外管、球形玻璃内管、玻璃三通与收集瓶；球形玻璃内管装入双层真空玻璃外管中，球形玻璃内管下端与双层真空玻璃外管末端 接触 连接，内管固定支架套装在球形玻璃内管的第一个内管球泡与排气口的连接处，内管固定支架的内管固定支架T形部分与双层真空玻璃外管内壁上的倒钩连接，螺纹盖套装在球形玻璃内管上并与双层真空玻璃外管 螺纹连接 ，球形玻璃内管末端外壁与玻璃三通的内管 接口 的内壁接触连接，玻璃三通的玻璃瓶接口与收集瓶上端的 瓶口 接触连接。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管，其特征在于，所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管包括螺纹盖（2）、倒钩（3）、内管固定支架（4）、双层真空玻璃外管（5）、蓄冷剂、球形玻璃内管（7）、玻璃三通（10）与收集瓶（13）； |
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| 说明书全文 | 一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管技术领域[0001] 本发明涉及属于实验设备技术领域的一种装置，更确切地说，本发明涉及一种可拆卸的用于实验室收集生物质热裂解油的冷凝管。 背景技术[0002] 实验室生物质热裂解油的收集一般采用冷凝管或多级冷凝管冷却回收，目前实验室普遍使用的冷凝管一方面需要大量连续流动的水源或者水泵工作使水循环，安装繁琐、占用有限的实验空间而且能耗偏高，存在大量水资源的浪费的问题；另一方面生物质热裂解过程中产生的可冷凝气体在110℃以下便可以开始冷凝收集，普遍使用的冷凝管存在冷能利用不充分损耗高的情况；还有一方面是实验室常规冷凝管由内管和外管组成且连成一体不可拆卸，根据不同冷凝物质的差异，还需要更换不同类型的冷凝管，而且常规冷凝管长期使用还会使内外管空腔中存积水垢，降低工作效率；由于初始生物质热裂解气体温度常常达到几百摄氏度，所以目前实验室生物质热裂解油的收集往往需要两步冷却(空气冷凝和循环水冷凝)或多级冷凝管布置的方式进行，所以复杂的冷凝设备的搭建以及过多收集器皿的使用造成了生物质热裂解油收集困难和效率低下等问题。 发明内容[0003] 本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的生物质热裂解油冷凝管在使用时需要消耗大量水源及电能、冷能利用率不高、管路连接复杂、安装和使用繁琐、挤占实验空间、内管清洗困难、外管与内管之间的冷凝室长时间使用导致水垢积累不能清洗与不可拆卸的问题，提供了一种可拆卸清洗无需外接流动水源或电泵驱动的用于实验室生物质热裂解油冷凝收集的冷凝管。 [0004] 为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管包括螺纹盖、倒钩、内管固定支架、双层真空玻璃外管、蓄冷剂、球形玻璃内管、玻璃三通与收集瓶； [0005] 所述的球形玻璃内管从双层真空玻璃外管的顶端装入其中，球形玻璃内管的下端锥形外壁与双层真空玻璃外管的末端内壁接触连接，内管固定支架通过内管固定支架内圈套装在球形玻璃内管的第一个内管球泡与排气口的连接处，内管固定支架的内管固定支架T形部分与双层真空玻璃外管内壁上的倒钩连接，蓄冷剂装入球形玻璃内管与双层真空玻璃外管之间所形成的冷凝室中,螺纹盖套装在球形玻璃内管的进气口上并与双层真空玻璃外管的顶端螺纹连接，球形玻璃内管末端锥形外壁与玻璃三通上端的内管接口的内壁接触连接，玻璃三通下端的玻璃瓶接口与收集瓶上端的瓶口接触连接。 [0006] 技术方案中所述的双层真空玻璃外管包括管体、3个结构相同的倒钩、排水口以及实心楔形磨砂玻璃接口；所述的管体由上端的圆筒体与下端的锥形壳体连接而成，圆筒体与锥形壳体的回转轴线共线，管体的上端设置有与螺纹盖结构相同的外螺纹；管体内壁均匀地设置有3个结构相同的带凹槽的用于和内管固定支架的内管固定支架T形部分连接的倒钩，倒钩的高度低于内管固定支架的内管固定支架内圈安装后所在水平面，锥形壳体上设置有用于排放冷凝室内多余水量的排水口；双层真空玻璃外管末端即锥形壳体末端到排水口中支管根部之间设置有实心楔形磨砂玻璃接口，实心楔形磨砂玻璃接口与锥形壳体的回转轴线共线。 [0007] 技术方案中所述的实心楔形磨砂玻璃接口为空心玻璃锥体件，是双层真空玻璃外管中锥形壳体的一部分，实心楔形磨砂玻璃接口的外圆锥面的锥度与双层真空玻璃外管中锥形壳体的锥度相等，实心楔形磨砂玻璃接口的中心处设置有一个中心锥形通孔，中心锥形通孔与外圆锥面的回转轴线共线，中心锥形通孔的锥度与球形玻璃内管下端锥体的锥度相等，实心楔形磨砂玻璃接口的顶面为球面，该球面对应的球心与双层真空玻璃外管中心轴线共线，并且与排水口所在的支路和双层真空玻璃外管交汇处连接，球面与排水口所在支路的下底面相切。 [0008] 技术方案中所述的3个结构相同的倒钩设置于双层真空玻璃外管的内壁上，三个结构相同的倒钩处于和双层真空玻璃外管回转轴线垂直的同一平面内；倒钩整体形状采用三棱柱体结构，倒钩的三个侧面分别为水平面、垂直面以及倾斜面，倾斜面和水平面相交所形成的棱边与双层真空玻璃外管的内壁相连接，垂直面上设置有用于和内管固定支架T形部分勾连的水平凹槽。 [0009] 技术方案中所述的球形玻璃内管包括排气口、3～6个球泡和楔形磨砂玻璃接口；所述的球形玻璃内管为单层玻璃内管，球形玻璃内管的顶部设置有直管状的排气口，球形玻璃内管的中部由3～6个玻璃空球首尾相连接，3～6个玻璃空球与排气口的回转轴线共线，和排气口相连接的第一个玻璃球的球心位置高于3个结构相同的倒钩所在的平面，最后一个玻璃球的末端位置高于双层真空玻璃外管锥形壳体上端所在的平面；球形玻璃内管末端的楔形磨砂玻璃接口分为上下两段，其中上端的锥度小于下端的锥度且与实心楔形磨砂玻璃接口的中心通孔的锥度相匹配，下端的锥度与玻璃三通的内管接口的锥度相匹配。 [0010] 技术方案中所述的内管固定支架是采用富有弹性的硅胶材质制成的圆环结构件，内管固定支架由内管固定支架内圈、内管固定支架外圈与3根结构相同的连接杆组成，内管固定支架内圈的内径等于球形玻璃内管中排气口的外径并套装在第一个内管球泡与排气口的连接处；内管固定支架外圈直径等于双层真空玻璃外管的内壁直径，3根结构相同的连接杆在内管固定支架内圈与内管固定支架外圈的圆周方向内均布，3根结构相同的连接杆的一端和内管固定支架内圈连接，3根结构相同的连接杆的另一端和内管固定支架外圈连接，3根结构相同的连接杆和内管固定支架外圈连接成的内管固定支架T形部分与双层真空玻璃外管内壁上的倒钩连接。 [0011] 技术方案中所述的玻璃三通包括上端的内管接口、中段的等直径的圆环筒体与下端的收集瓶接口，内管接口与收集瓶接口皆为楔形的圆环锥体，玻璃三通上端的内管接口的锥度等于球形玻璃内管的末端锥度，收集瓶接口锥度等于收集瓶瓶口的锥度；内管接口的下端与圆环筒体的上端连成一体，圆环筒体下端与收集瓶接口的上端连成一体；玻璃三通上端的内管接口的直径大于下端的收集瓶接口的直径，下端的收集瓶接口的直径小于收集瓶的瓶口直径，中段的等直径的圆环筒体的中部倾斜地设置有进气管，同时进气口所在支管采用斜向上的加长管，内管接口、收集瓶接口与收集瓶的接口面均采用磨砂玻璃面。 [0012] 与现有技术相比本发明的有益效果是： [0013] 1.本发明所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管中的冷凝管外管采用双层真空玻璃管设计，因而具有良好的保温隔热性能，该设计可有效防止外部热量的进入，避免冷凝室内冷能的损耗，大大提高了冷能的利用效率； [0014] 2.本发明所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管中的冷凝管的外管和内管具有可拆卸的特性，外管和内管采用穿插组合的连接方式，因此可根据冷凝气体的需要，灵活选择直形、球形、蛇形内管，达到一管多用的效果，同时可拆卸性的设计使内管和外管的清洗更加方便和彻底，提高冷凝管的适用性及实验效率； [0015] 3.本发明所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管中的冷凝管采用向外管和内管形成的空腔(冷凝室)中投放蓄冷剂提供冷能，蓄冷剂可以重复使用，不需要外接流动的水源或电泵的工作驱动水源循环，节省大量水资源以及电能的同时节省有限的实验空间，使冷凝管的安装和使用更加简单更加环保； [0016] 4.本发明所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管中的冷凝管进气管采用斜向上加长以及锥形收集瓶的设计，使之具备一定的空气冷凝的效果，实现了空气冷凝和循环水冷凝两种冷凝方式的结合，提高生物质热裂解油的收集效率，同时可有效防止已经冷凝的生物质热裂解油回流入进气管，避免进气管的堵塞。附图说明 [0017] 下面结合附图对本发明作进一步的说明： [0018] 图1是本发明所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管的主视图； [0019] 图2是本发明所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管下端的局部放大视图； [0020] 图3是本发明所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管中所采用的内管固定支架和双层真空玻璃外管内壁上的倒钩相连接的主视图； [0021] 图4是本发明所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管中所采用的内管固定支架和双层真空玻璃外管内壁上的倒钩相连接的左视图； [0022] 图5是本发明所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管中所采用的内管固定支架和双层真空玻璃外管内壁上的倒钩相连接的俯视图； [0023] 图6是本发明所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管中所采用的内管固定支架俯视图； [0024] 图7是本发明所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管中所采用玻璃三通的主视图； [0025] 图8是本发明所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管中所采用玻璃三通右视图； [0026] 图9是本发明所述的一种可拆卸的用于收集生物质热裂解油的冷凝管中所采用玻璃三通的俯视图； [0027] 图中：1.排气口，2.螺纹盖，3.倒钩，4.内管固定支架，5.双层真空玻璃外管，6.冷凝室，7.球形玻璃内管，8.排水口，9.楔形磨砂玻璃接口，10.玻璃三通，11.实心楔形磨砂玻璃接口，12.进气口，13.收集瓶，14.内管固定支架内圈，15.内管固定支架外圈，16.内管固定支架T形部分，17.内管接口，18.收集瓶接口。 具体实施方式[0028] 下面结合附图对本发明作详细的描述： [0029] 参阅图1，本发明提供的一种可拆卸的用于实验室生物质热裂解油收集的冷凝管包括螺纹盖2、倒钩3、内管固定支架4、双层真空玻璃外管5、蓄冷剂、球形玻璃内管7、玻璃三通10与收集瓶13。 [0030] 所述的螺纹盖2采用PVC材质，螺纹盖2上设置有内螺纹，螺纹盖2的内径与设置有外螺纹的双层真空玻璃外管5上端的外径相同，螺纹盖2的中心处设置有一个直径等于球形玻璃内管7的排气口1的通孔，使螺纹盖2与球形玻璃内管7的排气口1轻松配装并与双层真空玻璃外管5上端螺纹连接。螺纹盖2的功能是用于冷凝室6的封闭以及在冷凝管工作时根据冷凝室内冰块的消融情况方便及时进行冰块的补充，实现冷凝管的连续工作； [0031] 参阅图1与图2，所述的双层真空玻璃外管5包括管体、倒钩3、排水口8以及实心楔形磨砂玻璃接口11。 [0032] 所述的管体由上端的圆筒体与下端的锥形壳体连接而成，圆筒体与锥形壳体的回转轴线共线，管体的上端设置有与螺纹盖2结构相同的外螺纹；管体内壁均匀地设置有3个结构相同的带豁口的倒钩3，用于和内管固定支架4的内管固定支架T形部分16的连接，且倒钩3的高度低于内管固定支架4的内管固定支架内圈14在工作时(安装后)所在水平面，目的在于给球形玻璃内管7提供一个向下的应力进而提高球形玻璃内管7与双层真空玻璃外管5下端的密闭性；双层真空玻璃外管5下端即在锥形壳体上设置有排水口8，用于冷凝室6内多余水量的排放；双层真空玻璃外管5末端即锥形壳体末端到排水口8中支管根部之间设置有实心楔形磨砂玻璃接口11，所述的实心楔形磨砂玻璃接口11为空心玻璃锥体件，是双层真空玻璃外管5中锥形壳体的一部分，实心楔形磨砂玻璃接口11的外圆锥面的锥度与双层真空玻璃外管5中锥形壳体的锥度相等，实心楔形磨砂玻璃接口11的中心处设置有一个中心锥形通孔，中心锥形通孔与外圆锥面的回转轴线共线，中心锥形通孔的锥度与球形玻璃内管7下端椎体的锥度相等，实心楔形磨砂玻璃接口11的顶面为球面结构，该球面对应的球心与双层真空玻璃外管5中心轴线共线，并且与排水口8所在的支路和双层真空玻璃外管5交汇处连接，球面与排水口8所在支路的下底面相切。采用实心楔形磨砂玻璃接口11为球形玻璃内管7和双层真空玻璃外管5末端提供更大的接触面积进而提高密闭性，同时便于在清洗时冷凝室6内残余水量的全部流出； [0033] 参阅图1与图2，所述的球形玻璃内管7包括排气口1、球泡和楔形磨砂玻璃接口9。 [0034] 所述的球形玻璃内管7为单层玻璃内管，球形玻璃内管7的顶部设置有直管状的排气口1，用于不可冷凝的生物质热裂解气体的排出；球形玻璃内管7的中部由3～6个玻璃空球首尾相连接，均起到有效冷凝的作用，3～6个玻璃空球与排气口1的回转轴线共线，和排气口1相连接的第一个玻璃空球的球心位置高于3个结构相同的倒钩3所在的平面，最后一个玻璃球的末端位置高于双层真空玻璃外管5锥形壳体上端所在平面；球形玻璃内管7末端的楔形磨砂玻璃接口分为上下两段，其中上端的锥度小于下端的锥度且与实心楔形磨砂玻璃接口11的中心通孔的锥度相匹配，实现摩擦对接，下端的锥度与玻璃三通10的内管接口17的锥度相匹配，实现摩擦对接以及密闭。 [0035] 参阅图1与图6，所述的内管固定支架4是采用富有弹性的硅胶材质制成的圆环结构件，内管固定支架4由内管固定支架内圈14、内管固定支架外圈15与3根结构相同的连接杆组成，内管固定支架内圈14直径等于球形玻璃内管7排气口1的直径并套装在第一个内管球泡与排气口1的连接处；内管固定支架外圈15直径等于双层真空玻璃外管5的内壁直径，3根结构相同的连接杆在内管固定支架内圈14与内管固定支架外圈15圆周方向内均布，3根结构相同的连接杆的一端和内管固定支架内圈14连接，3根结构相同的连接杆的另一端和内管固定支架外圈15连接，3根结构相同的连接杆和内管固定支架外圈15连接的内管固定支架T形部分16钩于双层真空玻璃外管5内壁上的倒钩3处； [0036] 参阅图3、图4与图5，所述的3个结构相同的倒钩3设置于双层真空玻璃外管5的内壁上，三个倒钩3处于同一平面内，该平面与双层真空玻璃外管5回转轴线垂直；倒钩3整体形状采用三棱柱体结构，组成倒钩3的三个侧面分别为水平面、垂直面以及倾斜面，倾斜面和水平面相交所形成的棱边与双层真空玻璃外管5的内壁相连接，垂直面上设置有水平凹槽，水平凹槽用于和内管固定支架T形部分16相勾连。 [0037] 参阅图1、图7至图9，所述的玻璃三通10包括上端的内管接口17、中段的等直径的圆环筒体与下端的收集瓶接口18，内管接口17与收集瓶接口18皆为楔形的圆环锥体，玻璃三通10上端的内管接口17的锥度等于球形玻璃内管7的末端锥度，收集瓶接口18锥度等于收集瓶13瓶口的锥度；内管接口17的下端与圆环筒体的上端连成一体，圆环筒体下端与收集瓶接口18的上端连成一体；玻璃三通10上端的内管接口17的直径大于下端的收集瓶接口18的直径，中段的等直径的圆环筒体的中部向上倾斜地设置有进气管12，下端的收集瓶接口18的直径小于收集瓶13的瓶口直径，内管接口17、收集瓶接口18与收集瓶13的接口面均采用楔形磨砂玻璃面，各接口在连接时依靠接口上部冷凝管重量挤压实现密闭，同时玻璃三通10中部的进气口12所在支管采用斜向上加长管，使高沸点的生物质高温裂解气体首先通过空气冷却的方式冷凝下来，在提高生物质热裂解油收集效率的同时避免过高温度气体进入球形玻璃内管7使冷凝管炸裂； [0038] 所述的收集瓶13采用玻璃磨砂口锥形瓶结构，收集瓶13在支撑整个冷凝管重量的同时使已经降温的生物质热裂解气体进一步降温对可冷凝部分进行收集，防止球形玻璃内管7因温差过大而炸裂。 [0039] 所述的冷凝室6是球形玻璃内管7装入双层真空玻璃外管5后在两者之间的空间中投放蓄冷剂所形成的冷凝室，为冷凝管的工作提供冷能；达到吸热饱和的蓄冷剂从冷凝室6排出后，可以循环使用。本发明中采用的蓄冷剂为冰水混合物、水、聚乙烯醇‑硼砂蓄冷剂等流体蓄冷剂。 [0040] 球形玻璃内管7的末端(插入端)从双层真空玻璃外管5的顶端(插入端)插入；内管固定支架内圈14套装在球形玻璃内管7的第一个内管球泡与排气口1的连接处，并将内管固定支架T形部分16倒扣于倒钩3上；将螺纹盖2套装在球形玻璃内管7的进气口1上并与双层真空玻璃外管5的顶端通过螺纹拧合连接；组装在一起的球形玻璃内管7、双层真空玻璃外管5、内管固定支架内圈14与螺纹盖2通过的球形玻璃内管7末端与玻璃三通10上端的内管接口17配装，玻璃三通10下端的玻璃瓶接口18与收集瓶13上端的瓶口配装即可完成各部件的连接。 [0041] 一种可拆卸的用于生物质热裂解油收集的冷凝管的工作原理： [0042] 本发明所述的一种可拆卸的用于生物质热裂解油收集的冷凝管(以下简称冷凝管)在双层真空玻璃外管5末端内壁与球形玻璃内管7下端外壁插合、球形玻璃内管7末端外壁与玻璃三通10内管接口17内壁插合、玻璃三通10的收集瓶接口18外壁与收集瓶13的瓶口内壁的插合处均运用了磨砂玻璃接口通过挤压会形成良好密封面的结构特点，进而实现本发明中各部件间的密闭对接。其中双层真空玻璃外管5末端内壁与球形玻璃内管7下端外壁摩擦对接的挤压应力来自内管固定支架4与双层真空玻璃外管5内壁上的倒钩3的勾连产生的应力；球形玻璃内管7末端外壁与玻璃三通10内管接口17内壁，玻璃三通10的收集瓶接口18外壁与收集瓶13瓶口内壁摩擦对接的挤压应力来自冷凝管自身的重力。 [0043] 本发明中的冷凝管在工作时生物质热裂解设备输出的生物质热裂解气体(可冷凝和不可冷凝)首先从冷凝管的进气口12进入冷凝管，其中，可冷凝的高温生物质热裂解气体在通过进气口12所在细长玻璃管路的过程中，高温生物质热裂解气体以玻璃为介质与实验室内温度较低的冷空气进行热交换，大大降低初始生物质热裂解气体携带的热量以及温度，生物质热裂解气体中一些高沸点的成份率先在进气口12所在的玻璃管路的内壁上冷凝下来并滑落至收集瓶13内完成生物油中部分高沸点成分的收集； [0044] 通过初步降温以及冷凝的生物质热裂解气体接下来进入收集瓶13接受进一步的空气冷凝以及可冷凝部分的收集，为防止因生物质热裂解气体过高导致球形玻璃内管7炸裂；收集瓶13内未冷凝的生物质热裂解气体迫于后续生物质热裂解气体的进入，从球形玻璃内管7末端进入球形玻璃内管7并向上运动，在冷凝室6提供的低温环境条件下，生物质热裂解气体通过球形玻璃内管7的内壁与冷凝室6内的冰水混合物进行热交换，使生物质热裂解气体中残余的可冷凝成分在球形玻璃内管7的内壁上冷凝并滑落至收集瓶13，完成生物油中低沸点成份的收集； |
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