[发明专利]一种调控液体蒸发的装置及方法

说明书

本发明公开了一种调控液体蒸发的装置，包括储存罐、抽液装置、液体分散介质以及蓄热体，所述储存罐与所述液体分散介质连接，所述储存罐用于储存待蒸发液体，所述抽液装置用于将待蒸发液体送入液体分散介质当中，所述液体分散介质为具有多孔结构的固体介质，所述液体分散介质包括入口和出口，所述入口与所述储存罐连接，所述蓄热体紧密的包裹在液体分散介质外表面，加热结构与所述蓄热体连接或设置于所述蓄热体内部。本申请通过毛细效应将需要蒸发的液体在微米尺度进行充分展开，采用热导率极高的蓄热体来抑制蒸发时因热供应和蒸发速率不匹配引起的波动。基于该方法的液体蒸发器可以解决蒸发过程不稳定和体积过大等问题。

技术领域

本发明涉及液体蒸发领域，特别涉及一种调控液体蒸发的装置及方法。

背景技术

调控液体蒸发的需求广泛存在于民生、工业和国防等方面。例如，在家电领域，水蒸气可以用于油污清洗、食物蒸制、食品干燥等；在半导体领域，需要对液体原材料进行蒸发，产生用来沉积各类半导体膜所需的工艺气体；在环保和计量仪器领域，需要蒸发VOCs或水，行程标准的气体源，用于净化材料性能的评估，传感器的校准等用途；在医疗领域，最先进的呼吸麻醉系统，需要对液体麻醉药进行精准定量的蒸发，以方便医生控制麻醉剂量和深度；在医药中间体和新材料合成领域，往往会通过气相反应来合成目标产物，或者在石墨烯等材料表面生成功能性材料，这些气体的来源在室温下往往是液态。

最简单的方法是将液体置于一个容器内，通过加热容器，间接将液体加热到沸腾来实现相变。或者给容器抽真空，或者使气流强制通过液体表面，来实现液体的蒸发。这些方法的缺点包括：当需要蒸发的液体量较大时，设备的体积庞大；难以精确的调节所需的蒸汽量；由于要把整个容器内的液体加热，因此启动时间长。例如专利CN104235812A等。

一种常用的改进方法是将液体储存和蒸发分开，通过泵将液体打入蒸发模块中进行蒸发。近年来所公开的新专利相当大部分采用了该思路，例如专利CN105627284A、CN104976604B 和CN107228349A等。其中CN105627284A采用螺旋管道进行液体蒸发，同时电阻式的加热体也是螺旋的，与蒸发管形成紧密配合。CN104976604B采用凹槽蒸发腔来替代直管蒸发，而CN107228349A采用电磁加热的直管管束进行蒸发。类似采用直管管束蒸发的还有 CN100557305C，不过它采用导热油作为热源。这类改进的好处是：蒸发流量可以通过泵精确调节；启动时不需要加热所有液体，因此时间短；可以从饱和蒸发直接过渡到过热加热，产生高温蒸汽。但是，根据我们的实践，这种方法不太好控制：1即使在蒸发通道很长、换热面积是远超过理论计算所需时，因为受热不均，管内的气泡推动前面的液体飞溅出去，原理类似于热阻型喷墨打印机；2加热体容易加热过冲而触发超温保护停止加热，导致蒸汽断断续续，特别在蒸发流量和温度调节范围要求较大的应用场景中尤为突出。上述问题是本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种可在有限的体积内实现大量、连续、快速而稳定的相变的一种调控液体蒸发的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种调控液体蒸发的装置，包括储存罐、抽液装置、液体分散介质以及蓄热体，所述储存罐与所述液体分散介质连接，所述储存罐用于储存待蒸发液体，所述抽液装置用于将待蒸发液体送入液体分散介质当中，所述液体分散介质为具有多孔结构的固体介质，所述液体分散介质包括入口和出口，所述入口与所述储存罐连接，所述蓄热体紧密的包裹在液体分散介质外表面，加热结构与所述蓄热体连接或设置于所述蓄热体内部。

本申请先将待蒸发液体切割成微米的液粒，再进行加热蒸发，通过蓄热体作为补充热源，使得液体可以连续稳定的发生相变，在相变过程中液体不会发生波动。

进一步的是：当仅以蓄热体作为蒸发热源时，所述蓄热体所存储的热量可以提供液体以最大蒸发流量蒸发0.1至1.5s，所述蓄热体从外部热源向多孔介质传递的功率不小于1.2倍最大蒸发流量所需的蒸发功率。