Заявляемое конструкторское решение относится к приборостроению, в частности к термостатам для хроматографов.
Известен термостат хроматографа (патент №2213960, публ. 10.10.2003), содержащий теплоизолирующий корпус, дверцу и крышку с установленными на ней хроматографическими колонками, в полости корпуса расположены кольцевой нагреватель, датчик температуры и осевой вентилятор, а в задней стенке корпуса выполнены вентиляционные каналы с заслонками, при этом нагреватель подключен к источнику питания через соответствующие электронные ключи, управляемые контроллером по заданной программе.
Недостатком известного термостата является наличие тепловых потерь через стенки корпуса.
Известен термостат хроматографа (а.с. №1469452, публ. 30.03.89 Бюл. №12), выбранный в качестве прототипа, содержащий теплоизоляционный корпус, крышку, колонку в виде трубки, свернутой в цилиндрическую спираль, впускной и выпускной каналы для воздуха, центробежный вентилятор с двигателем и открытую цилиндрическую юбку, расположенную коаксиально внутри цилиндрической спирали соосно с вентилятором, при этом колонка размещена в рабочей зоне, в центре образованного наружным кожухом и цилиндрической юбкой равномерного кольцевого зазора, сообщающегося через кольцеобразную смесительную камеру с выходом вентилятора, снабженного равномерно распределенным кольцеобразным нагревателем и дополнительной крыльчаткой, взаимодействующей с выходным соплом впускного канала, выполненного в задней стенке корпуса термостата и снабженного управляемой заслонкой.
Недостатком известного термостата является высокий температурный градиент в объеме термостата, связанный с тепловыми потерями через стенки корпуса, низкая динамика изменения температуры, а также большое аэродинамическое сопротивление между входными и выходными вентиляционными каналами.
Задачей заявляемого изобретения является понижение температурного градиента в объеме термостата, снижение мощности нагрева в изотермическом режиме, уменьшение времени охлаждения термостата и снижение аэродинамического сопротивления.
Указанный технический результат достигается тем, что термостат хроматографа состоит из корпуса с дверцей, хроматографической колонки, размещенной в корпусе в рабочей зоне смесительной камеры, нагревателя, крыльчатки вентилятора, входных и выходных каналов для воздуха с управляемыми заслонками, при этом термостат дополнительно содержит теплоизолирующий экран, установленный внутри корпуса с образованием зазора, рабочая зона расположена внутри теплоизолирующего экрана, на входе которого установлены нагреватель и кожух, образующий смесительную камеру, внутри которого расположена крыльчатка вентилятора, обеспечивающая подачу воздуха внутрь термостата через входные каналы, расположенные на задней стенке корпуса.
Теплоизолирующий экран выполнен сборным из плоской и П-образной частей, содержащих два слоя листового материала скрепленных полыми втулками, теплоизоляторы обернуты теплоустойчивой тканью и размещены между слоями листового материала по их периметру.
Корпус выполнен многослойным из пористых базальтовых плит с размещением между слоями фольги с коэффициентом отражения инфракрасной энергии не менее 0,9.
Входные каналы расположены в зоне вращения крыльчатки вентилятора, а выходные каналы расположены на наименьшем расстоянии от входных каналов за пределами зоны вращения крыльчатки вентилятора по ходу движения воздуха между корпусом и теплоизолирующим экраном.
Смесительная камера выполнена в виде цилиндрического кожуха, установленного относительно крыльчатки вентилятора с равномерным зазором.
Нагреватель размещен в плоскости, перпендикулярной оси крыльчатки вентилятора.
Размещение рабочей зоны внутри теплоизолирующего экрана, установленного с образованием зазора с корпусом, обеспечивает снижение температурного градиента в объеме рабочей зоны термостата и снижение мощности нагрева в изотермическом режиме.
Выполнение смесительной камеры в виде цилиндрического кожуха, внутри которого установлена крыльчатка вентилятора, обеспечивает высокую динамику подачи холодного воздуха в рабочую зону, снижает аэродинамические потери и позволяет уменьшить время охлаждения термостата.
С целью снижения тепловых потерь и уменьшения температурного градиента корпус выполнен многослойным из пористых базальтовых плит с размещением между ними слоями фольги.
Расположение входных каналов в зоне вращения крыльчатки вентилятора, а выходных каналов на наименьшем расстоянии от входных каналов за пределами зоны вращения крыльчатки вентилятора по ходу движения воздуха между корпусом и теплоизолирующим экраном позволило уменьшить аэродинамические потери и снизить время охлаждения термостата.
Устройство термостата поясняется чертежом на котором изображен термостат, разрез.
Термостат состоит из корпуса 1 с дверцей 2 и откидной крышкой 3, теплоизолирующего экрана 4, образующего рабочую зону 5 с хроматографической колонкой 6. На входе теплоизолирующего экрана 4 установлен кожух 7, образующий смесительную камеру 8, нагреватель 9. Внутри кожуха расположена крыльчатка вентилятора 10. Теплоизолирующий экран 4 располагается относительно корпуса 1 с зазором 11. На задней стенке корпуса расположены входные 12 и выходные 13 каналы с механизмом привода заслонок 14.
Теплоизолирующий экран 4 содержит два слоя листового материала толщиной 0,4-0,6 мм, полые втулки, скрепляющие слои на расстоянии 3-5 мм, и теплоизоляторы, обернутые теплоустойчивой тканью и размещенные между слоями по их периметру.
Корпус термостата выполнен многослойным из пористых базальтовых плит с размещением между слоями фольги для отражения инфракрасной энергии, излучаемой колонкой.
В Таблице 1 приведены продольный и поперечный градиенты температуры для вариантов термостата с теплоизолирующим экраном и без него.
Работа термостата осуществляется следующим образом.
После начала вращения крыльчатки вентилятора 10 и включения нагревателя 9 воздух движется через нагреватель 9 в рабочую зону 5 термостата. Кожух 7 выполняет направляющую функцию и обеспечивает эффективную работу крыльчатки вентилятора 10. Поток воздуха в рабочей зоне 5 ограничен теплоизолирующим экраном 4, поэтому он сначала достигает дверцы 2, затем по зазору 11 проходит через пространство между корпусом 1 и теплоизолирующим экраном 4 с кожухом 7, затем возвращается на вход смесительной камеры 8. Горячий воздух, циркулируя в объеме термостата, нагревает хроматографическую колонку 6. Температура воздуха в рабочей камере контролируется датчиком температуры.
Приведенный цикл теплообмена повторяется многократно и создает достаточно однородное распределение градиента температуры в рабочей зоне 5 термостата.
Управление нагревательным элементом 9 осуществляется регулятором, например, по ПИД-закону. При низких температурах термостатирования, т.е. близких к температуре окружающей среды, поддержание температуры осуществляется совместным взаимодействием нагревателя 9 и механизма заслонок 14, при этом входящий воздух смешивается с воздухом, проходящим через зазоры 11.
При высоких температурах термостатирование осуществляется за счет подвода строго дозированной мощности к нагревателю 9, как правило, при закрытых заслонках 14. Количество мощности регулируется ПИД-регулятором.
Работа термостата в режиме охлаждения осуществляется при выключенном нагревателе 9 с открытыми полностью заслонками 14. Смешивание холодного воздуха, подаваемого осевым вентилятором внутрь термостата, приводит к быстрому понижению его температуры, а наличие прямоточного выходного канала снижает пневмосопротивление выходящему воздуху.
Движение воздушных потоков организовано с минимальным энергопотреблением, так как исключена возможность смешивания входящих и выходящих потоков.
Таким образом, размещение рабочей зоны внутри теплоизолирующего экрана. установленного с образованием зазора с теплоизолированным корпусом, применение смесительной камеры в виде цилиндрического кожуха, размещение входных каналов в зоне вращения крыльчатки вентилятора, а выходных каналов на наименьшем расстоянии от входных каналов за пределами зоны вращения крыльчатки вентилятора позволило снизить температурный градиента в объеме рабочей зоны термостата, обеспечить высокую динамику подачи холодного воздуха в рабочую зону, снизить аэродинамические потери и снизить время охлаждения термостата.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ТЕРМОСТАТ ХРОМАТОГРАФА | 2011 |
|
RU2476874C1 |
ТЕРМОСТАТ КОЛОНОК ХРОМАТОГРАФА | 2013 |
|
RU2529665C1 |
Термостат хроматографа | 1987 |
|
SU1469452A1 |
ТЕРМОСТАТ ХРОМАТОГРАФА | 2002 |
|
RU2213960C1 |
Термостат хроматографа | 1990 |
|
SU1741062A1 |
Термостат для газового хроматографа | 1980 |
|
SU924564A1 |
ТЕРМОСТАТ ХРОМАТОГРАФА | 1996 |
|
RU2120124C1 |
Термостат для хроматограмм | 1982 |
|
SU1205132A1 |
ТЕРМОСТАТ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СУБСТАНЦИЙ | 2002 |
|
RU2228494C1 |
Термостат для газового хроматографа | 1982 |
|
SU1073704A1 |
Сущность: термостат хроматографа состоит из корпуса с дверцей, хроматографической колонки, размещенной в корпусе в рабочей зоне, смесительной камеры, нагревателя, вентилятора, входных и выходных каналов для воздуха с управляемыми заслонками. Дополнительно введен теплоизолирующий экран, установленный внутри корпуса с образованием зазора. Рабочая зона расположена внутри теплоизолирующего экрана, на входе которого установлены нагреватель и кожух, образующий смесительную камеру, внутри которого установлена крыльчатка вентилятора, обеспечивающая подачу воздуха внутрь термостата через входные каналы, расположенные на задней стенке корпуса. Теплоизолирующий экран выполнен сборным из плоской и П-образной частей, содержащих два слоя листового материала, скрепленных полыми втулками, теплоизоляторы обернуты теплоустойчивой тканью и размещены между слоями листового материала по их периметру. Технический результат изобретения: понижение температурного градиента в объеме термостата, снижение мощности нагрева в изотермическом режиме, уменьшение времени охлаждения термостата и снижение аэродинамического сопротивления. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Термостат хроматографа | 1987 |
|
SU1469452A1 |
ТЕРМОСТАТ ХРОМАТОГРАФА | 1996 |
|
RU2120124C1 |
ТЕРМОСТАТ ХРОМАТОГРАФА | 2002 |
|
RU2213960C1 |
US 5744029, 28.04.1998. |
Авторы
Даты
2006-10-27—Публикация
2004-12-24—Подача