CN105572272A - 一种新结构的毛细管加热装置 - Google Patents

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李仲阳
汪鲁才
邹雄伟
王禺辰
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Abstract

本发明公开了一种新结构的毛细管加热装置。其特征在于：顶层固定盖、底层固定盖以及导热内、外结构通过螺钉进行连接固定，导热内结构嵌入导热外结构，加热棒嵌入导热内外结构中的通孔。导热外结构光滑的内表面与导热内结构外表面的凹槽契合成管道，毛细管缠绕在均匀的管道中，并用脂类导热材料填充管道缝隙；温度传感器嵌入导热外结构表面凹陷槽，导热结构通过陶瓷柱固定在盒体中。加热时，导热内外结构上通孔的均匀布置、导热结构材料的高热传导性以及加热棒的四种组合方式能够保证温度精准控制、均匀传导。降温时，盒体上设置通风口，在外部安装风扇，外来冷风在盒体以及导热结构内迅速流通，实现导热结构以及毛细管的快速散热。

Description

一种新结构的毛细管加热装置
技术领域
本发明涉及毛细管气相色谱技术温度控制领域，尤其是涉及毛细柱气相色谱技术应用中对毛细柱温度控制的加热装置。
背景技术
毛细管色谱技术目前已用于各种复杂混合物分析，包括大气及环境污染物质、生物试样、食品、矿物燃料、宇宙物质和一些无机物及金属有机物等。
在毛细管色谱分析技术中毛细管是最核心的装置，对其精准的温度控制是色谱分析技术的基础技术要求。色谱柱温度极限：一根色谱柱通常有两个温度极限，温度下限和温度上限。如果在低于温度下限的条件下实验，得到的色谱峰又圆又宽(柱效降低)。这样不能发挥色谱柱的正常功能。在达到下限温度或者高于下限温度时，得到的色谱峰会有明显的好转。毛细管色谱技术需要对温度进行精准的控制。否则会使测量数据产生巨大误差，甚至损坏毛细柱。
目前对毛细管的加热主要有蒸汽加热或冰水冷却、间壁式管式换热器、板式换热器等。通过对国内外相关文献及资料的检索发现，目前国内外多所高校和研究机构都对毛细管的加热开展了试验研究或理论研究。国内清华大学、博奥生物有限公司、湖南师范大学、国外菲利普莫里斯美国公司等机构都对毛细管加热装置开展了相关研究。清华大学、博奥生物有限公司发明专利CN101004287A，名称为：一种毛细管加热器件，是通过加热器包裹在毛细柱外部对毛细柱进行加热；湖南师范大学申请号为201510409176.7发明专利，名称为：一种新型毛细管加热装置，是通过加热缠绕有毛细管的铝制结构内部从而对毛细管进行加热；国外菲利普莫里斯美国公司发明专利CN1806117A，名称为：用于内燃机中燃料系统的毛细管加热控制和故障监测系统及方法，该方法需在内燃机内利用燃料通过燃料喷射器对毛细管进行加热。
在毛细管色谱分析技术中对毛细管的温度有精准的要求，因此用缠绕包裹的方式对毛细管进行加热的装置难以实现对毛细管的温度均匀精准控制。对于通过加热缠绕有毛细管的铝制结构内部对毛细管加热的方法，此方法对毛细管所在铝制结构加热的加热点稀少，以致调控PWM时加热点的加热区不能保证覆盖毛细管各处，所以难以控制毛细管各处温度都保持一致；同时此方法对毛细管单一的加热方式不能对加热功率进行良好控制；此结构的通风孔只有加热棒的口径大小，过于窄小，所以此方法难以实现迅速升温以及迅速降温。对于在内燃机中对毛细管加热的方法，此方法要求高，一般条件不能达到，所以在内燃机中加热毛细管的方法不能自由使用，难以普及。
综上所述，针对毛细管加热均匀，温度难以准确控制的要求，本发明提出了一种新结构的毛细管加热的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种新结构的毛细管加热的方法。
一种新结构的毛细管加热装置，由底板，盒体，陶瓷柱，螺钉，底层固定盖，导热外结构，温度传感器，温度传感器引线，导热内结构，毛细管，顶层固定盖，螺钉，加热棒，顶板组成。
本发明公开了一种新结构的毛细管加热装置。其特征在于：导热内结构插入导热外结构中，通过螺钉和顶层固定盖、底层固定盖连接固定，构成一体，形成导热结构，加热棒嵌入导热内结构和导热外结构中的通孔，导热外结构光滑的内表面与导热内结构外表面的凹槽契合成管道，毛细管通过导热外结构顶部的导入孔通入管道，缠绕在均匀的导热内结构表面凹槽中，导热内结构底部的导出孔导出毛细管，并用脂类导热材料填充管道缝隙，导热内、外结构对毛细管进行两边夹式加热；温度传感器嵌入导热外结构的表面凹陷槽，导热结构通过陶瓷柱固定在盒体中。
所述导热结构是由具有高热传导性的材料制成，陶瓷柱将导热结构固定在盒体中，保证导热结构只与盒体中的空气接触，不与除陶瓷柱之外的实体相接触。
所述加热棒，进行四种方式组合，可以实现对加热总功率的控制，即：
(a)三个嵌入导热内结构中的通孔三个嵌入导热外结构中的通孔；
(b)六个嵌入导热内结构中的通孔；
(c)六个嵌入导热外结构中的通孔；
(d)十二个嵌入导热内结构和导热外结构中的通孔。
所述盒体，可在其上设置通风口、在其外部安装风扇，降温时打开风扇，外来冷风在盒体以及导热结构内迅速流通，实现导热结构以及毛细管的快速散热。
本发明的特点及有益效果是毛细管均匀缠绕在导热内外结构契合成的管道中，通过对加热棒所在通孔的位置进行准确的尺寸控制、对加热棒进行多种方式的组合以及导热结构材料高热传导的特性，能够保证温度的均匀传导，实现加热温度精准控制。同时还能够实现毛细管快速降温，方便使用。
附图说明
图1是新结构的毛细管加热装置结构图。
图2是新结构的毛细管加热装置加热棒组合方式(a)图。
图3是新结构的毛细管加热装置加热棒组合方式(b)图。
图4是新结构的毛细管加热装置加热棒组合方式(c)图。
图5是新结构的毛细管加热装置加热棒组合方式(d)图。
具体实施方式
以下结合附图并通过具体实施例对本发明的结构做进一步说明。需说明的是本实例是叙述性的，而不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种新结构的毛细管加热装置，其结构由底板1，盒体2，陶瓷柱3，螺钉4，底层固定盖5，导热外结构6，温度传感器7，温度传感器引线8，导热内结构9，毛细管10，顶层固定盖11，螺钉12，加热棒13，顶板14组成（如图1）。
导热内结构9插入导热外结构6中，通过螺钉12和螺钉4分别和顶层固定盖11、底层固定盖5连接固定，构成一体，形成导热结构，加热棒13嵌入导热内结构9和导热外结构6中的通孔，导热外结构6光滑的内表面与导热内结构9外表面的凹槽契合成管道，毛细管10通过导热外结构6顶部的导入孔通入管道，缠绕在均匀的导热内结构9表面凹槽中，导热内结构9底部的导出孔导出毛细管10，并用脂类导热材料填充管道缝隙；温度传感器7嵌入导热外结构6的表面凹陷槽，陶瓷柱3将导热结构固定在盒体2中，保证导热结构只与盒体2中的空气接触，不与除陶瓷柱3之外的实体相接触。
本发明一种新结构的毛细管加热装置，应用到气相色谱柱分析化合物酸碱性中。其应用过程为将气化后的样品通入毛细管10，毛细管10通过导热外结构6顶部的毛细管导入孔通入管道。加热时，可以对加热棒13进行四种加热方式组合，即三个嵌入导热内结构9中的通孔三个嵌入导热外结构6中的通孔(如图2)，或者六个嵌入导热内结构9(如图3)，或者六个嵌入导热外结构6中的通孔(如图4)，或者十二个嵌入导热内结构9和导热外结构6中的通孔(如图5)，加热棒13的四种组合方式，可以实现对加热总功率的控制。通过加热导热内、外结构，实现对毛细管10两边夹式加热，使毛细管10的温度逼近加热棒温度。利用PWM控制信号去控制驱动电路，使得加热棒13加热，由于该新结构的毛细管加热装置中导热外结构6和导热内结构9上通孔的均匀布置以及导热结构材料的高热传导性，从而实现导热结构温度的精准控制。陶瓷柱3将导热结构固定在盒体2中，保证导热结构只与盒体2中的空气接触，不与除陶瓷柱3之外的实体相接触。在未进行对流的情况下，空气是热的不良导体，导热性极差，陶瓷是良好的隔热材料，导热结构通过陶瓷柱3固定在盒体2中，防止温度通过热传导流失。同时采用一定的控制算法。使温度控制具有高精度和良好线性控制性，实现＋/－0.1℃控制精度。导热外结构6表面的温度传感器8输出温度信号到外部显示电路显示导热结构的温度，按照温度的预设，随着控制信号的变化，温度传感器依次输出温度信号依次达到要求的温度。根据分析物的极性、挥发性不同与毛细管10的相互作用效果不同的特性，分析物中各物质依次从毛细管10导出端分离输出，后经过检测器定量。分析保留时间以及输出的信号强度，得出色谱图。
降温时，加热棒13停止加热，同时打开通风口和风扇，外来冷风在盒体2以及导热结构中内迅速流动，实现导热结构以及毛细管10的快速散热。

Claims (4)

1.一种新结构的毛细管加热装置，由底板(1)，盒体(2)，陶瓷柱(3)，螺钉(4)，底层固定盖(5)，导热外结构(6)，温度传感器(7)，温度传感器引线(8)，导热内结构(9)，毛细管(10)，顶层固定盖(11)，螺钉(12)，加热棒(13)，顶板(14)组成，其特征在于：导热内结构(9)插入导热外结构(6)中，通过螺钉(12)和螺钉(4)分别和顶层固定盖(11)、底层固定盖(5)连接固定，构成一体，形成导热结构，加热棒(13)嵌入导热内结构(9)和导热外结构(6)中的通孔，导热外结构(6)光滑的内表面与导热内结构(9)外表面的凹槽契合成管道，毛细管(10)通过导热外结构(6)顶部的导入孔通入管道，缠绕在均匀的导热内结构(9)表面凹槽中，导热内结构(9)底部的导出孔导出毛细管(10)，并用脂类导热材料填充管道缝隙，导热内、外结构对毛细管(10)进行两边夹式加热；温度传感器(7)嵌入导热外结构(6)的表面凹陷槽，导热结构通过陶瓷柱(3)固定在盒体(2)中。
2.按照权利要求1所述的一种新结构的毛细管加热装置，其特征是所述导热结构是由具有高热传导性的材料制成，陶瓷柱(3)将导热结构固定在盒体(2)中，保证导热结构只与盒体(2)中的空气接触，不与除陶瓷柱(3)之外的实体相接触。
3.按照权利要求1所述的一种新结构的毛细管加热装置，其特征是所述加热棒(13)，进行四种方式组合，可以实现对加热总功率的控制，即：
(a)三个嵌入导热内结构(9)中的通孔三个嵌入导热外结构(6)中的通孔；
(b)六个嵌入导热内结构(9)中的通孔；
(c)六个嵌入导热外结构(6)中的通孔；
(d)十二个嵌入导热内结构(9)和导热外结构(6)中的通孔。
4.按照权利要求1所述的一种新结构的毛细管加热装置，其特征是所述盒体(2)，可在其上设置通风口、在其外部安装风扇，降温时打开风扇，外来冷风在盒体(2)以及导热结构内迅速流通，实现导热结构以及毛细管(10)的快速散热。
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