[发明专利]采用被动热交换的实验室冷凝器

说明书

本发明涉及冷凝器，以及一种使用冷凝器的方法。

人们经常需要将气体凝聚成液体。这通常是通过降低气体温度至其沸点以下来实现。

在某些情况下，需要液态到气态的相变，并作为分离反应混合物组分的一种手段(例如，蒸发或蒸馏)。在这种情况下，通常需要将蒸汽或气体从液相中分离，然后将其转化回液相并单独地收集到反应混合物的剩余组分。通常使用冷凝器将蒸汽或气体转化回液体，从而使其可以被收集。

在其他情况下，相变可能导致反应组分不合需求的损失，进而需要一种防止这些组分损失的方法。在这种情况下，需要以蒸汽或气体能够返回至原反应混合物的方式，将其转化回液体。通常使用冷凝器将蒸汽或气体转化回液体。将装置直接放置于反应器皿上方并与之连接，可使凝结的蒸汽或气体返回至反应器。该过程通常被称为回流。

在实验室设置中，冷凝器通常是风冷式，带有一段处于本地温度下的管(典型为玻璃)，或水冷式，带有一段被外套环绕的管(典型亦为玻璃)，外管有流水流过。后一种冷凝器的一个典型例子是著名的利氏冷凝器。

人们发现风冷式冷凝器不是特别有效，由于它依赖于将热量从玻璃管直接转移至大气。对直型风冷式冷凝器的改进可见于韦氏冷凝器，其中管的内表面具有很多突出物，这些突起增加了待凝结气体所流经的表面积。

水冷式冷凝器可更有效地发挥作用，但需要持续的水流以便运转。水正变为一种越来越昂贵和稀缺的资源，而实验室的水排放也变得越来越复杂，成本也越来越高。

专利号为4187903的美国专利中提供了一种水冷式冷凝器，其中水冷却剂通过一个闭合的环循环，经过利氏冷凝器的外套和带有散热器的外部部件。然而，这样的效率很低，因为此技术需依赖在液体中涡流的形成来启动水循环。申请文件中也提出在空气冷凝器上直接安装散热器，但这又引出了如何将散热器与玻璃冷凝器连接或结合以便实现有效热交换的重要问题。

根据本发明的第一方面，提供一种冷凝器用以冷凝气体，包括：

内管，其具有贯穿其中的孔道；

外管，其具有贯穿其中的孔道及两个端部，所述内管穿过所述外管的孔道；以及

位于所述外管的每个所述端部的密封件，其将所述外管密封至所述内管，从而在所述内管和所述外管之间限定了密封的空间，其中所述空间包含或适配于包含与所述内管和所述外管相接触的液体。

同样地，通过提供一个充有液体的密封空间，使内管到外管的热传导得到加强，而无需直接将外管设置在内管上；内管孔道内蒸汽的热量可通过内管被移除，传递至外管，然后辐射出去。由于液体被封在密封空间内，因此不必持续地提供替换水或者处理排水。

由于进行本次发明，我们了解到一些针对我们首次英国专利申请而被引用的现有技术。

专利JP62284193涉及一种用来在夜间或日间制冰(或保温)并利用储存的热/冷在不同时间影响环境/建筑的系统。系统的局部为壁间有高热容量的液体或固体材料的双壁管，并且肋片从外管延伸至内管并从内管延伸至外管。肋片从外管的外表面延伸。内管的内部没有肋片。内管和外管均为金属。热或冷的液体流动通过内管，热量从管间的储热材料中被散发或吸收。该技术启示是关于一种高热容的热存储，不是在化学反应体系中凝结蒸汽。

专利DE4033677涉及注塑机。其与在实验室/化学反应体系中回流蒸汽无任何关系。外观上它没有任何肋片，且以金属制成，没有玻璃内管。

专利US4187903和GB1588119涉及一种奥德里奇空气流量系统。它们没有我们所使用的特征的组合，且为我们所改进的现有技术。

专利US2005/155748涉及车辆的热交换机。其带有通过泵送流经外管和内管间空腔的冷却油。在内管和外管之间的空间里没有载液主体，不带有用以泵送冷却液的进出口。这与在内管内凝结蒸汽无关。该发明以全金属结构为主。只有在内管和外管空腔内具有肋片，没有从外管向外延伸，以及在内管向内延伸。该专利主要针对露出的端头配件。看上去不是真正的风冷系统。

专利JP59142381是另一个在两流动液体间交换热量的热交换机。这与带有大量储热交换流体的气冷机完全不同。其不涉及凝结蒸汽。没有用于风冷的外部肋片。

专利US2008/277092是另一无肋片的热交换机。其具有用于冷却的循环气体，且与将流体的储热容量作为热交换系统的概念相去甚远。其与冷凝无关，且使用循环液体制冷剂通过静态传导流体。

专利US2006/107682是一空调装置的另一部分。其涉及从高压液态制冷剂提取热量至流动液体或至空气。其没有肋片，也没有进行冷凝。