CN105319306B - 一种空气能加热式色谱柱箱以及气相色谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种空气能加热式色谱柱箱以及气相色谱仪，是对 CN201010102284.7的改进和优化。该空气能加热式色谱柱箱包括：热交换器，变频压缩机，四通阀，环形柱箱，节流阀。所述热交换器、变频压缩机、四通阀、环形柱箱、节流阀、通过工艺管道依次连接，构成空气能加热的密闭回路，所述环形柱箱内设有挡板和温度测量装置。本发明用空气能加热原理对色谱柱加热，省去了加热丝和风扇，通过四通阀切换加热工质流向可以实现快速升温快速降温，具有节能，加热均匀的优点，有利于柱箱小型化，和柱箱与色谱柱实现一体化。

Description

一种空气能加热式色谱柱箱以及气相色谱仪

技术领域

本发明涉及一种气体分析测试设备领域的色谱柱箱以及气相色谱仪，特别是涉及一种小型化以空气能加热的气相色谱仪柱箱。

背景技术

气相色谱仪主要用于气体分析领域。传统的气相色谱仪体积大，色谱柱加热效率低，部件加热不均匀，且热量损失大。气相色谱仪的重要定性依据为保留时间，而色谱柱所处的温度与每种样品的保留时间成指数关系，温度升高，保留时间会迅速缩短，色谱柱温度过高过低都会使分析效率低下。因此色谱柱箱控温精度和加热均匀性等会影响色谱柱分层效果。

CN201010102284.7提出的一种色谱柱箱，该柱箱为环形，色谱柱、加热丝、风扇均安装在环形柱箱内，为了使色谱柱快速升温快速降温，安装了两个气道门，使得整个环形柱箱内部结构复杂，安装困难。因此，上述现有的色谱柱箱的结构及色谱柱加热方式还存在缺陷，而亟待进一步改进。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有色谱柱箱的结构及色谱柱加热方面的缺陷，提出一种空气能加热式色谱柱箱以及气相色谱仪。所要解决的技术问题是利用空气能加热的方式给色谱柱加热，简化色谱柱箱内部结构，空气能加热色谱柱使得加热更加均匀，节能，通过控制切换四通阀达到快速升温和降温的效果，且无需在环形色谱柱箱内安装风扇和加热丝，减小了色谱柱箱的体积，从而更加实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种空气能加热式色谱柱箱，其包括空气能加热装置。所述空气能加热装置包括：热交换器，变频压缩机，四通阀，环形柱箱，节流阀，其通过工艺管道依次连接，构成空气能加热的密闭回路；以及所述环形柱箱内设有挡板和温度测量装置。挡板，不锈钢焊接而成。温度测量装置，设置在所述环形柱箱内部。优选的，所述环形柱箱截面形状为圆形、矩形或者椭圆形。所述的空气能加热式色谱柱箱还包括气相色谱柱设置于所述环形柱箱内部，空气能的循环加热模式使得色谱柱受热均匀，空气能制冷模式也可实现色谱柱快速降温。

本发明解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种空气能加热式气相色谱仪，其包括上述的色谱柱箱以及空气能加热装置。所述环形柱箱包括工质进气口和出气口以及接头。还包括：主控制器；四通阀驱动装置，连接于四通阀和主控制器；所述的温度测量装置与主控制器连接；温度控制模块，连接于主控制器和变频压缩机。

由以上技术方案可知，本发明一种空气能加热式色谱柱箱以及气相色谱仪至少具有下列有点：本发明的色谱柱加热方式为空气能加热，空气能加热原理主要是工质与外界空气的热传递。首先工质与外界空气热交换后，吸收空气中低品位热量成为低温低压气体，经变频压缩机压缩后成为高温高压气体，工质经四通阀沿工艺管道通过进气口流入环形柱箱，挡板使得大部分工质气体沿环形柱箱逆时针流动，此时环形柱箱相当于冷凝器的作用，工质放出大量热给置于环形柱箱中的色谱柱加热，流出环形柱箱的高温高压气态工质变为高温高压液态工质，此时经节流阀节流降温后变为低温低压液体，再沿工艺管道流经热交换器，工质吸收大量热变为低温低压气体又通过四通阀流入压缩机，以此循环给色谱柱加热。当要给色谱柱快速降温时，便可通过四通阀驱动装置调节四通阀使得工质换向，缩机压缩后的高温高压工质经四通阀后先流入热交换器，此时热交换器相当于冷凝器的作用，使得工质放出热量，又经节流阀流入环形柱箱中以顺时针方向流动，吸收热量从而给色谱柱降温，此时流出环形柱箱的工质又经四通阀回到压缩机中完成循环。由于所述压缩机为变频压缩机，可通过控制变频器使压缩机内部电机以不同频率转速动作，使得压缩机输出功率可调，从而调节空气能加热温度，温控精度高，可达±0.05℃，升温速度快，大于40℃/分钟，降温速度快，大于40℃/分钟。利用空气能加热可实现循环加热与降温，大大减小了热量损耗。

本发明的色谱柱箱设计为环形体，与现有色谱柱箱相比较，由于柱箱中无需放置风扇和加热丝，使色谱柱箱更加小型化。柱箱和色谱柱实现了一体化，生产厂家可根据用户需求直接将色谱柱安置到柱箱中，便于使用。本发明的气相色谱仪具有广泛的应用前景和显著的社会效益。

附图说明

图1是本发明一实施例一种空气能加热式色谱柱箱的平面示意图。

图2是本发明一实施例一种空气能加热式气相色谱仪结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明所提出的一种空气能加热式色谱柱箱及气相色谱仪做进一步详细说明。

如图1和图2所示，图1是本发明较佳实施例所提出的一种空气能加热式色谱柱箱的平面示意图，图2是本发明较佳实施例气相色谱仪结构示意图。该空气能加热装置包括：热交换器19、变频压缩机17、四通阀18、环形柱箱13、节流阀20。所述的环形柱箱13采用镜面不锈钢材料，采用模具冲压形成半个环形体，半个环形体相焊接构成密闭环形色谱柱箱。所述环形柱箱13包括工质的两个通气口11、12。所述通气口11、12通过螺母固定或焊接方式与外部工艺管道相连。当给环形柱箱13中的色谱柱100加热时，内部工质沿图1中实线箭头方向流动。当给色谱柱100降温时，通过四通阀驱动装置104调节四通阀18使得内部工质换向，沿图1中虚线箭头方向流动。该色谱柱箱包括：环形柱箱13、挡板14、以及设置在环形柱箱13内部的温度测量装置16。所述挡板14使得加热色谱柱100时，大部分工质气体沿环形柱箱13逆时针方向流出，降温时，工质沿环形柱箱13顺时针流出。环形柱箱13内还设有色谱柱支撑架15，用于支撑色谱柱100。所述环形柱箱13内设有两个色谱柱接头101，用于连接检测器或者气化炉。

所述温度测量装置16设置在所述环形柱箱13下方轴线上，较佳为PT100。其两根引线从环形柱箱13壁上通过开孔引出，开孔处温度测量装置16的引线用隔热、绝缘材料包裹，保证不漏电、不传热，该开孔用隔热、绝缘材料密封，确保环形柱箱内的气体不外漏。

环形柱箱13的轴线圆直径，受色谱柱100的弯曲度决定，现大多数色谱柱为玻璃或石英毛细色谱柱，弯曲过小会使毛细柱折断，因此一般要60-200毫米，环形柱箱的圆环半径受挡板长度和毛细色谱柱束的总粗度决定，环形柱箱的圆环半径为挡板的长度加上色谱柱束的总粗度加5毫米，一般为20-50毫米。

以上实施例提供的一种空气能加热式色谱柱箱，由于采用与色谱柱形状相同的环形结构，与现有的方形柱箱相比，可以降低色谱柱箱内的空间。采用空气能加热可实现循环快速的升温和降温，提高了色谱仪的温度变化速率。同时，上述环形柱箱内由于无需安装风扇和电热丝，减少了色谱柱箱体积，可制造小型化色谱仪。将色谱柱安装固定在上述色谱柱箱后，柱箱和色谱柱实现一体化，从而更加方便实用。

本发明的另一实施例提出一种空气能加热式气相色谱仪，如图2所示，其包括上述实施例所述的色谱柱箱以及空气能加热装置，还包括主控制器102、温度控制模块103、四通阀驱动装置104。所述温度控制模块103连接于主控制器102和变频压缩机17，用于接收主控制器102发出的加热或降温指令，通过控制变频压缩机17中的变频器，改变压缩机17输出功率来控制环形柱箱内的温度。所述四通阀驱动装置104连接于主控制器102和四通阀18，用于切换四通阀18使工质换向流动。所述温度测量装置与主控制器102连接，用于向主控制器发送色谱柱箱内的温度值。本发明的一种空气能加热式气相色谱仪所需的其他必备零件采用现有技术即可，为此不再赘述。本发明的一种空气能加热式气相色谱仪温度控制范围广，温控精度高，可达±0.05℃，升温速度快，大于40℃/分钟，降温速度快，大于40℃/分钟，并可对色谱柱实现循环加热和降温，高效节能，和目前较先进的通用气相色谱仪指标相当。本发明对于气相色谱仪的小型化和制作工业现场在线式气相色谱仪具有广泛的用途和应用前景，具有显著的经济和社会效益。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例作出的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种空气能加热式色谱柱箱，其特征在于其包括：

热交换器，变频压缩机，四通阀，环形柱箱，节流阀；

所述热交换器、变频压缩机、四通阀、环形柱箱、节流阀通过工艺管道依次连接，构成空气能加热的密闭回路；

所述环形柱箱内设有挡板和温度测量装置；所述环形柱箱截面形状为圆形、矩形或者椭圆形；以及

气相色谱柱设置于所述的环形柱箱内。

2.一种气相色谱仪，其特征在于其包括上述权利要求1所述的色谱柱箱。

3.根据权利要求2所述的气相色谱仪，其特征在于还包括：

主控制器；

四通阀驱动装置，连接于四通阀和主控制器；

权利要求1所述的温度测量装置与主控制器连接；

温度控制模块，连接于主控制器和变频压缩机。