CN105651807A - 热分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热分析装置，其目的在于，排除热分析装置的加热炉周围的温度环境的变化的影响，提高测量精度。具备至少二层以上的密闭的层构造的多层构造体，该多层构造体以与外界隔离的方式覆盖所述加热炉周围。另外，其层间由具有与存在于加热炉内的气体同等的热容量的物质充满。

Description

热分析装置

本申请是于2011年3月29日提交的发明专利申请(最早的优先权日为2010年3月29日，中国国家申请号为201110088494.X，发明名称为“热分析装置”)的分案申请。

技术领域

本发明涉及热分析装置，尤其涉及其加热炉内的绝热构造。

背景技术

作为热分析装置，例如差示扫描量热仪(以下称作DSC)为使在装置内所具备的加热炉的温度根据一定的温度速度程序而变化，对于被放置在加热炉内的试样和基准物质，测量两者的温度差(作为DSC的一个形态的热通量型)或者为了消除两者的温度差而赋予的热能差(作为DSC的一个形态的输入补偿型)的热分析装置。

在DSC中，为了稳定地检测试样和基准物质间的温度差或者将两者的温度差保持为零所需的热能差，重要的是，检测器或搭载检测器的加热炉部分被放置在不受到温度扰动的直接的影响的、稳定的环境。另外，从向测量者提供能够在较宽的温度范围进行测量的便利性的观点出发，为了实现从期望的高温至室温以下的低温的较宽的测量温度范围(例如－150℃~750℃)，同样重要的是，抑制加热炉部分和外界之间的热交换，并高效地进行加热和冷却。

在一般的DSC中，由于上述的原因，被设计成检测器或搭载检测器的加热炉部分与外部环境隔离而绝热。

例如，在热通量型的DSC中，提出了由隔壁覆该加热炉整体，进而由在外侧框和内侧框的中间填充有绝热材料的绝热壳体覆盖。该绝热壳体具有抑制外部的温度扰动的影响并得到的稳定的基线(baseline)的效果，结果，能够进行高灵敏度的DSC测量(参照专利文献1)。

另外，例如，在输入补偿型的DSC中，其构成为，不但能够控制具备对试样和基准物质赋予热能的加热器的加热炉的温度，还能够同时控制配置在其外侧的热屏蔽器的温度。通过控制热屏蔽器的温度，即控制从加热炉观察的周围环境，能够获取稳定的基线(参照专利文献2)。

在此，在DSC的测量中，灵敏度、分辨能力、噪声级是性能的指标，但作为其他指标，也能够列举基线的再现性作为重要的指标。在此所说的“再现性”是指，“在使用同一温度程序的反复测量中获取的测量基线的反复一致性”。

在基线再现性较低(较差)的情况下，即使反复进行使用同一温度程序的测量，基线在各次测量中也发生变化，在比较测量结果时产生困难。另一方面，在基线再现性较高(较好)的情况下，容易对各次测量间的结果进行比较，能够捕捉到更详细的试样的热的变化，并且，也提高测量结果自身的可靠性。

作为影响这样的基线再现性的主要原因，不但不能忽视容纳有检测部的加热炉的温度控制精度，还不能忽视在加热炉周围所实现的温度环境。即使在对加热炉进行精密的温度控制的情况下，当在上述加热炉周围所实现的温度环境在每次测量中发生变动时，尤其是在进行高灵敏度的温度或者热能测量的DSC中，每次测量的基线的变动确实地产生影响。

专利文献1：日本特开2005－345333号公报

专利文献2：日本特表2008－530560号公报。

发明内容

然而，在专利文献1的实施例所记载的热分析装置中，在加热炉附近的隔离和绝热，具备金属制绝热屏蔽器和在内部填充有绝热材料的绝热罩。在该实施例中，在根据一定的温度程序进行包含加热炉的加热和冷却的反复测量的情况下，配置在加热炉周围的绝热屏蔽器和绝热罩也由于其影响而被加热和冷却，但其温度变化伴随着具有一定的时间常数的延迟。这是因为，包含绝热屏蔽器和绝热罩的加热炉周围的一系列的绝热构造具有用于抑制扰动的较低的热导率和构造自身的既定的热容量。例如在将加热炉控制从加热切换至冷却时，与加热炉自身的冷却相比，周围的绝热材料无法跟随其冷却，结果，产生降温的延迟。所以，实际的加热炉内的温度会由于反复加热和冷却而产生热过程。

这样的绝热构造所具有的热过程存在的问题是：在反复测量时，使加热炉周围的温度环境变化，结果使基线变动。

专利文献2记载的技术的情况是在加热炉周围具备温度可控制的热屏蔽器。认为通过适当地控制该热屏蔽器的温度，每次测量的加热炉周围的温度环境的变化不大。然而，在这种情况下，存在的问题是：由于需要与加热炉的状态一致地进行热屏蔽器的温度控制，因而装置结构或控制系统比通常更复杂。另外，由于需要将冷却装置的冷却能力分配至本来希望温度控制的加热炉和热屏蔽器，因而与仅单纯地冷却加热炉的情况相比，冷却速度或最低达到温度等被限制。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种热分析装置，该热分析装置不需要复杂的控制或结构等，就能够进行具有较高的基线再现性的测量。

为了达到上述目的，本发明的热分析装置的特征在于如下构成：具备由层间距离为0.5~50mm的至少二层以上构成的密闭的多层构造体，该多层构造体包括由厚度为0.1~3mm的金属构成的多层壁和多层盖，多层壁中，各层壁的底端部为开口且被加工为凸缘状，以相互热分离的状态配置成层状，并以覆该加热炉的方式固定至支撑该加热炉的支撑体，多层盖中，多个盖相互地配置成层状，并且通过联接部件来联接各个盖的一部分而一体化，多层盖可装卸地嵌入前述多层壁，使得其与该多层壁相互的层间是对应的。

加热炉周围的多层的壁体中，在第1层，能够使用作为具有耐热性、耐腐蚀性的材料的SUS等金属，在第2层以后，能够使用铝或铜等热传导性或散热性比较高的金属材料。另外，在该壁体的各层间，能够使用空气或氮等气体。根据该构造，由于在加热炉周围不使用与气体相比具有比较大的热容量的固体绝热材料，因而加热炉周围的绝热构造所具有的热容量比较小。由此，在反复进行测量的情况下，加热炉周围的绝热构造与使用固体绝热材料的构造相比，能够进行比较迅速的温度变化，显示出响应延迟所导致的热过程减少的倾向。所以，加热炉周围的温度环境的变化被抑制得较小。另外，由于多层壁体的层间是热导率不高的气体，因而具有充分的绝热性能，扰动的影响较少，而且，能够实现较宽的温度范围的测量。结果，能够实现在较宽的温度范围可以获取显示出较高的再现性的基线的热分析装置。

如上所述，在本发明中，由于加热炉周围的绝热构造不是热容量远大于气体的绝热构造，因而具有的效果是：在反复测量时产生的加热炉周围的绝热构造的热过程减少。结果，抑制了每次反复测量的加热炉周围的温度环境的变化，能够得到显示出稳定的较高的基线再现性的数据。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的结构图。

图2是本发明的一个实施方式的多层壁的结构的概要图。

图3是本发明的一个实施方式的多层盖的结构的概要图。

图4是显示本发明的一个实施例装置的DSC基线再现性的示例的图。

图5是显示以往的DSC基线再现性的示例的图。

标号说明：

1…加热炉

2…加热线

3a…试样托架

3b…基准物质托架

3c…热阻

3d…差动热流检测部

4…热阻材料

5…冷却块

6…绝热材料

7…套壳体

8…热电偶线

9…多层壁

9a…第1层壁

9b…第2层壁

9c…第3层壁

10…多层盖

10a…第1层盖

10b…第2层盖

10c…第3层盖

10d…轴

11…多层构造体。

具体实施方式

下面，以DSC为例，使用图来说明本发明的热分析装置。此外，各部件等的尺寸尤其在其比例不成为问题的范围内进行了适当变更。

图1显示本发明的一个实施例的DSC的装置结构。

该DSC具有加热炉1，在该加热炉1的上部可装卸地设置有加热炉盖1a。另外，在其周围卷绕有用于对加热炉1进行加热的加热线2。另外，为了防止该加热线2露出，图中未显示的罩安装在加热炉1周围。在加热炉1的内部，配置有分别用于设置试样物质和参照物质的试样托架3a和参照物质托架3b，另外，配置有形成这些托架和加热炉的热流路的热阻体3c，由与两个托架连接的热电偶构成检测该托架间的温度差的差动热流检测部3d。从差动热流检测部3d引出的热电偶线8与测量电路连接，检测的信号被放大后，被作为DSC曲线而记录。

配置在加热炉1的下方的冷却块5构成为，根据需要能够连接冷却装置，经由热阻材料4而与加热炉1连接。在冷却加热炉1时，通过将该冷却块5冷却，从而作为散热器而起作用。冷却块5周围因绝热材料而与外部环境充分地绝热，被容纳在套壳体7，防止冷却时的结露等。

实施例

接下来，使用附图，说明本发明的加热炉周围的绝热构造。

在图1中，在加热炉1的周围，设置有多层(在此，为三层)的多层壁9，以覆该加热炉1整体。在此，其截面为圆形的筒状。

图2仅显示了上述多层壁9的概要图。

第1层壁9a是作为具有耐热性、耐腐蚀性的材料的SUS，为圆筒，该圆筒的厚度为0.5mm，直径与加热炉1的间隙为1mm。该圆筒的上部和下部为开口，在下端部具有凸缘状部。

第2层壁9b和第3层壁9c由作为热传导性或散热性比较高的材料的铝形成，厚度各为1mm，直径分别为内层直径＋20mm，以成为各为10mm的层间距离的方式固定在装置主体的套壳体7。各层构成为热分离，尽可能使得层间的固体传导所导致的热传递较少。为了提高该热分离性，在各层间采用与固体热传导相比热导率比较小的气体(在此，为大气压的空气)。通过利用这样的上述多层壁9和后述的多层盖10的组合作为多层构造体11，使得存在于该空间的气体在各层间的移动被限制，作为绝热层而起作用。如此地具有气体层的上述多层构造体11相对于外部环境具有绝热性，能够将加热炉与外部环境隔离并绝热。

各层壁向套壳体7的固定以能够确保各层间的密闭性的方式紧贴。

另外，在本实施例中，壁体的厚度为1mm，但根据材料的热传导性，最佳的厚度不同。大致，如果是金属制的壁体，则优选的是0.1~3mm，更为优选的是0.3~2mm。

另外，在本实施例中，上述层间距离为10mm，但从如上所述的固体热传导和绝热的观点出发，优选的是0.5~50mm，更为优选的范围是1.0~30mm。在0.5mm以下，热传导变大，另外，在50mm以上，对绝热性的贡献减少，并且，在层间为气体的情况下，其对流的影响变大，容易损害基线的稳定性。作为倾向，如果减少层数或者减小层间距离，则绝热性会降低，如果增多层数或者增大层间距离，则绝热性升高。另外，只要具有装置所需的绝热性，就不限于三层，例如可以是两层或者四层以上的多层，优选的是两层至五层。这是因为，在一层的情况下，不能形成上述绝热层，难以得到装置所需的绝热性，另外，层数太多，对于提高装置所需的绝热的效果的贡献减少，装置外形尺寸大型化，费用效果比下降。

另外，用于上述层间的材料不是热容量远大于气体的物质，为同等程度的热容量的物质即可。所以，如上述说明所示，气体不限于空气，为由能够得到本发明的效果的层间物质构成的材料即可。

此外，在本实施例中，说明了多层壁9的截面为圆形，但不限于此，也能够为多边形。

图3显示了多层盖10的构造图。多层盖10为与上述圆筒壁体相等的层数(在此，为三层)。多层盖10的各层为与上述筒状金属壁体9同样的结构，第1层盖10a由作为具有耐热性、耐腐蚀性的材料3的SUS制作，是厚度为0.5mm的圆板，第2层盖10b和第3层盖10c由作为热传导性或散热性比较高的材料的铝形成，是厚度分别为1mm的圆板。构成多层盖10的各层盖10a、10b、10c，通过插入设在中央的贯穿孔的轴10d而一体化。由此，在拆下盖时，通过一次操作就能完成，与各层的盖独立的情况相比，省去试样更换时等的人工。此外，为了抑制热传导，轴10d使用热导率比较低的SUS材料，直径细至1mm。

图4和5分别是显示将本发明所涉及的多层构造体11配置在加热炉周围并用于绝热的DSC基线再现性和以往的在加热炉周围使用绝热材料的情况的DSC基线再现性的示例的图。

纵轴为热流差，横轴为温度，分别显示以一定速度升温的情况的示例。像现有技术那样在加热炉周围使用绝热材料的构造的情况下，如图5所示，反复测量时的各DSC基线(反复测量的各第1~第3次的升温基线)相差较大，再现性较低。

另一方面，将本发明所涉及的多层构造体11配置在加热炉周围并用于绝热的情况如图4所示，反复测量时的各DSC基线(反复测量的各第1~第3次的升温基线)的相差大幅减少，显示出较高的再现性。

如上所述，在本实施例中，说明了将本发明用于DSC的情况，但本发明的适应范围不限于此。例如，也可以应用于热重量分析(TG)、差热分析(DTA)。

Claims (7)

1.一种热分析装置，对加热炉内的试样进行加热和冷却，并对此时的热举动进行测量和计测，其中，

具备由层间距离为0.5~50mm的至少二层以上构成的密闭的多层构造体，

该多层构造体包括由厚度为0.1~3mm的金属构成的多层壁和多层盖，

所述多层壁中，各层壁的底端部为开口且被加工成凸缘状，以相互热分离的状态配置成层状，并以覆盖所述加热炉的方式固定至支撑该加热炉的支撑体，

所述多层盖中，多个盖相互地配置成层状，并且通过联接部件来联接各个盖的一部分而一体化，

所述多层盖可装卸地嵌入所述多层壁，使得其与该多层壁相互的层间是对应的。

2.根据权利要求1所述的热分析装置，其特征在于，

所述多层构造体的层间由具有与所述加热炉内的气体同等的热容量的物质填充。

3.根据权利要求2所述的热分析装置，其特征在于，

所述多层构造体的层间的填充材料是气体。

4.根据权利要求1所述的热分析装置，其特征在于，

所述多层壁和所述多层盖各自的层数为二层至五层。

5.根据权利要求4所述的热分析装置，其特征在于，

所述多层壁和所述多层盖各自的第一层壁由具有耐热性和耐腐蚀性的材料形成，其它的层壁由具有高热传导性和高散热性的材料形成。

6.根据权利要求5所述的热分析装置，其特征在于，

所述第一层壁是SUS制的，所述第二层壁是铝制的。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的热分析装置，其特征在于，

所述热分析装置是差示扫描量热仪。