FR2917163A1

FR2917163A1 - Differential scanning calorimeter for measuring properties of materials, has thermal resistor coupled with measurement assembly and arranged outside region, and heat sink thermally coupled with thermal resistor and infrared reflectors

Info

Publication number: FR2917163A1
Application number: FR0853769A
Authority: FR
Inventors: Robert L Danley
Original assignee: Waters Investments Ltd
Current assignee: Waters Investments Ltd
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2008-12-12
Anticipated expiration: 2028-06-06
Also published as: FR2917163B1

Abstract

The calorimeter has a measurement assembly (1) to receive a sample, where the calorimeter includes an elongated silver coated cylinder with a sensor assembly (3). An infra-red lamp assembly is arranged circonfumferentially around the cylinder, and has infrared reflectors, which has a cavity (6) with length identical to length of the cylinder. A thermal resistor (4) is coupled with the assembly, and is arranged outside a region that is defined by the cavity. A heat sink is thermally coupled with the thermal resistor and the infrared reflectors. An independent claim is also included for a method for realizing a calorimeter.

Description

CALORIMETRE A BALAYAGE DIFFERENTIEL A CHAUFFAGE INFRAROUGEINFRARED HEAT DIFFERENTIAL SCALING CALORIMETER

La présente invention concerne généralement les appareils et les procédés 5 pour les mesures des propriétés de matériaux, quand ces matériaux sont chauffés ou refroidis. L'analyse thermique différentielle (DTA) et la calorimétrie à balayage différentiel (DSC) peuvent être réalisées à des taux de chauffage d'échantillon élevés, ainsi que cela est décrit dans le brevet US 5 509 733 de Danley ("brevet 733"), qui 10 décrit un "Analyseur Thermique Différentiel à Chauffage Infrarouge" permettant d'obtenir à la fois des taux de chauffage rapide et de refroidissement rapide. Le brevet 733 décrit l'utilisation d'une source de chaleur à infrarouge pour chauffer un ensemble de mesure d'analyse thermique différentielle (ou éventuellement une calorimétrie à balayage différentiel) couplé à un ou deux dissipateurs thermiques par 15 un ou deux éléments de restriction de flux de chaleur limitant le taux de chaleur s'écoulant entre le dissipateur thermique et l'ensemble de mesure. Les dissipateurs thermiques sont refroidis par la circulation d'un fluide froid à travers eux ou en alimentant un liquide sous-refroidi s'évaporant dans le dissipateur thermique, éloignant la chaleur. Le liquide sous-refroidi peut être le réfrigérant dans un système 20 de réfrigération à compression de vapeur ou il peut être un agent de refroidissement consommable tel que le nitrogène liquide dont la vapeur est évacuée dans l'atmosphère après le refroidissement du dissipateur thermique. Dans le brevet 733, le four à infrarouge décrit comprend une pluralité de lampes halogènes à quartz tubulaires rayonnant fortement dans la partie presque 25 infrarouge du spectre électromagnétique et un réflecteur enveloppant les lampes et l'ensemble de mesure chauffé par les lampes. Le réflecteur a la forme d'une pluralité de surfaces cylindriques elliptiques ou paraboliques égale au nombre de lampes. Les surfaces cylindriques sont positionnées par rapport aux lampes de telle sorte que chaque lampe soit à l'un des foyers de chaque ellipse ou au foyer de chaque parabole. 30 Les lampes et les foyers sont espacés également sur un cercle centré sur l'ensemble de mesure. Le second foyer de chaque cylindre elliptique d'un réflecteur elliptique multiple est colinéaire avec chacun des autres seconds foyers et avec l'axe central de l'ensemble de mesure. De cette manière, une fraction étendue du rayonnement infrarouge émis par chaque lampe est dirigé par le réfléchissement à partir des surfaces elliptiques vers la surface de l'ensemble de mesure, les chauffant ainsi. Dans le cas d'un réflecteur parabolique multiple, les foyers des surfaces paraboliques sont également espacés sur un cercle centré sur l'ensemble de mesure avec l'axe de chaque parabole traversant le centre de l'ensemble de mesure. De cette manière, une fraction étendue du rayonnement infrarouge émis par chaque lampe est réfléchie par la surface parabolique en rayons parallèles dirigés vers l'ensemble de mesure, chauffant ainsi l'ensemble de mesure. L'ensemble de chauffage décrit dans le brevet 733 peut être utilisé en conjonction avec un ensemble de mesure comprenant un capteur de type en disque construit selon le brevet US 4 095 453, dans lequel le capteur est joint à une paire de bagues d'égalisation de température métalliques à conductivité thermique élevée, un joint annulaire de chaque côté du capteur en disque. Les bagues sont jointes aux éléments de restriction thermique (également appelés "résistances thermiques" dans la présente description), qui sont à leur tour joints aux dissipateurs thermiques. Les éléments de restriction thermique sont des cylindres à parois minces constitués de métaux à conductivité thermique relativement faible résistants aux températures élevées et aux contraintes thermiques importantes qui peuvent leur être imposées. Dans le cas d'un appareil ayant un seul dissipateur thermique, l'élément de restriction thermique est joint à la bague d'égalisation de température située en dessous du capteur et une seconde section à paroi mince similaire à l'élément de restriction thermique est jointe à la bague supérieure d'égalisation de température. Un couvercle amovible est placé sur l'extrémité ouverte de la section supérieure à paroi mince pour envelopper la région d'échantillon. Son but principal est d'empêcher le rayonnement direct du capteur et les récipients d'échantillon par les lampes. Un obstacle majeur à l'utilisation de l'appareil, décrit dans le brevet 733, pour réaliser la calorimétrie à balayage différentiel est que le capteur et les récipients d'échantillon échangent la chaleur avec les éléments de restriction thermique et les dissipateurs thermiques (et avec le couvercle de l'ensemble de mesure dans le cas de l'analyseur thermique ayant un seul dissipateur thermique). Etant donné que les différences de température entre le capteur et les dissipateurs thermiques et entre le capteur et les parties des éléments de restriction thermique est souvent de l'ordre de plusieurs centaines de degrés, et peuvent même atteindre 1000 C ou plus, l'échange de chaleur peut être assez important. Etant donné que cette chaleur ne s'écoule pas à travers le capteur, elle n'est pas mesurée ; elle constitue donc une erreur de mesure du taux de flux thermique. Pour les expériences dans lesquelles la mesure quantitative du taux de flux thermique n'est pas nécessaire, telles que les expériences pendant lesquelles seule la température d'une transition est mesurée, et seule la connaissance de la direction de l'échange de chaleur, c'est-à-dire le fait que la transition est exotherme ou endotherme, est nécessaire, l'appareil du brevet 733 peut être approprié. De plus, bien que l'appareil décrit dans le brevet 733 ait une réponse thermique rapide basée sur la masse réduite de l'ensemble de mesure, l'appareil n'est pas configuré pour optimiser l'efficacité de l'échange de chaleur radiant entre les lampes et l'ensemble de mesure. Etant donné que le capteur est chauffé essentiellement par le rayonnement des éléments de restriction thermique et l'enceinte à parois minces au-dessus du capteur dans le cas du mode de réalisation avec un seul dissipateur thermique, ou par le rayonnement des deux éléments de restriction thermique dans le cas du mode de réalisation à dissipateur thermique double, la zone interceptant le rayonnement chauffant ainsi l'ensemble de mesure est une petite fraction de la surface totale irradiée. De plus, en dépit du fait que les dissipateurs thermiques sont recouverts avec un revêtement réfléchissant fortement les infrarouges tel que l'or, les dissipateurs thermiques et le réflecteur absorbent néanmoins une partie de l'énergie émise par les lampes étant donné que le revêtement n'est pas parfaitement réfléchissant. A chaque réfléchissement, une petite partie du rayonnement est absorbée et n'est donc plus disponible pour chauffer l'ensemble de mesure. Etant donné que la surface qui doit être chauffée est très petite en comparaison avec la surface combinée du réflecteur et du dissipateur thermique, presque tout le rayonnement émis par les lampes est absorbé par le réflecteur et le dissipateur thermique, au lieu de par l'ensemble de mesure. Une autre limite de l'appareil décrit dans le brevet 733 est la présence d'un tube de verre à quartz enveloppant l'ensemble de mesure. Le tube de verre à quartz permet à un espace renfermé d'être purgé avec un gaz qui peut servir d'environnement de protection pour l'échantillon quand un gaz de purge inerte est utilisé, ou peut fournir un environnement réactif quand un gaz de purge réactif est utilisé. Bien que le verre à quartz est fortement transparent au rayonnement dans le proche infrarouge, il absorbe néanmoins une petite fraction du rayonnement dans le proche infrarouge et absorbe fortement le rayonnement infrarouge ayant une longueur d'onde supérieure à environ 4 m. Ainsi, l'absorption du rayonnement par le tube de quartz réduit encore l'efficacité du chauffage radiant de l'ensemble de mesure. Il sera donc noté que l'efficacité du système de chauffage à infrarouge décrit dans le brevet 733 est relativement réduite et seule une petite fraction de l'énergie fournie aux lampes chauffe réellement l'ensemble de mesure. De plus, l'appareil tel qu'il est décrit dans le brevet 733 nécessite un refroidissement, étant donné que le réflecteur absorbe la plupart du rayonnement émis par les lampes. Le brevet 733 décrit le refroidissement du réflecteur en faisant circuler un agent de refroidissement (par exemple l'eau) à travers les passages d'agent de refroidissement dans l'ensemble du réflecteur ou en utilisant le refroidissement des ailettes sur l'extérieur du réflecteur. La circulation d'air est forcée par l'utilisation d'un ventilateur ou par convection naturelle, basée sur la flottabilité de l'air chauffé par les ailettes. Quand la température de fonctionnement minimale des dissipateurs thermiques est inférieure à la température minimale du réflecteur (par exemple, quand le dissipateur thermique est refroidi en utilisant un agent de refroidissement à basse température tel que le nitrogène liquide et le réflecteur est refroidi par l'eau), l'ensemble de mesure est entouré par un réflecteur qui est sensiblement plus chaud que l'ensemble de mesure, entraînant le chauffage de l'ensemble de mesure par le réflecteur. Les taux de refroidissement de l'ensemble de mesure sont ainsi réduits et la température minimale que l'ensemble de mesure peut atteindre est accrue. Ainsi, le procédé du refroidissement du réflecteur limite les performances de l'appareil du brevet 733. The present invention generally relates to apparatus and methods for measuring the properties of materials when such materials are heated or cooled. Differential thermal analysis (DTA) and differential scanning calorimetry (DSC) can be performed at high sample heating rates, as described in Danley US Pat. No. 5,509,733 ("Patent 733"). which discloses an "Infrared Heating Differential Thermal Analyzer" for obtaining both rapid heating and rapid cooling rates. The '733 patent discloses the use of an infrared heat source for heating a differential thermal analysis measurement set (or possibly a differential scanning calorimetry) coupled to one or two heat sinks by one or two restriction elements. of heat flux limiting the rate of heat flowing between the heat sink and the measuring assembly. The heat sinks are cooled by the circulation of a cold fluid through them or by feeding a sub-cooled liquid evaporating in the heat sink, moving the heat away. The subcooled liquid may be the refrigerant in a vapor compression refrigeration system or it may be a consumable coolant such as liquid nitrogen whose vapor is vented to atmosphere after cooling of the heat sink. In the '733 patent, the described infrared oven comprises a plurality of tubular quartz halogen lamps radiating strongly in the near-infrared part of the electromagnetic spectrum and a reflector enveloping the lamps and the measuring assembly heated by the lamps. The reflector is in the form of a plurality of elliptical or parabolic cylindrical surfaces equal to the number of lamps. The cylindrical surfaces are positioned relative to the lamps so that each lamp is at one of the focal points of each ellipse or at the focus of each dish. The lamps and the fireplaces are also spaced apart on a circle centered on the measuring assembly. The second focus of each elliptical cylinder of a multiple elliptical reflector is collinear with each of the other second foci and with the central axis of the measurement assembly. In this way, an extended fraction of the infrared radiation emitted by each lamp is directed by the reflection from the elliptical surfaces towards the surface of the measuring assembly, thereby heating them. In the case of a multiple parabolic reflector, the foci of the parabolic surfaces are also spaced on a circle centered on the measurement assembly with the axis of each parabola crossing the center of the measurement assembly. In this way, an extended fraction of the infrared radiation emitted by each lamp is reflected by the parabolic surface in parallel rays directed towards the measuring assembly, thereby heating the measuring assembly. The heater assembly described in the '733 patent can be used in conjunction with a measuring assembly comprising a disk type sensor constructed in accordance with US Pat. No. 4,095,453, wherein the sensor is joined to a pair of equalizing rings. High temperature conductivity metal temperature, an annular seal on each side of the sensor disk. The rings are joined to the thermal restriction elements (also referred to as "thermal resistors" in this specification), which in turn are joined to the heat sinks. The thermal restriction elements are thin-walled cylinders made of relatively low thermal conductivity metals resistant to the high temperatures and thermal stresses that can be imposed on them. In the case of an apparatus having a single heat sink, the thermal restriction element is joined to the temperature equalizing ring located below the sensor and a second thin-walled section similar to the thermal restriction element is attached to the upper ring of temperature equalization. A removable cover is placed on the open end of the thin-walled upper section to wrap the sample region. Its main purpose is to prevent direct radiation from the sensor and sample containers by lamps. A major obstacle to the use of the apparatus, described in the '733 patent, for performing differential scanning calorimetry is that the sensor and the sample containers exchange heat with the thermal restriction elements and the heat sinks (and with the cover of the measuring set in the case of the thermal analyzer having a single heat sink). Since the temperature differences between the sensor and the heat sinks and between the sensor and the parts of the thermal restriction elements are often of the order of several hundred degrees, and can even reach 1000 C or more, the exchange of heat can be quite important. Since this heat does not flow through the sensor, it is not measured; it therefore constitutes an error in measuring the heat flux rate. For experiments in which the quantitative measurement of the heat flux rate is not necessary, such as experiments during which only the temperature of a transition is measured, and only the knowledge of the direction of the heat exchange, c that is, that the transition is exothermic or endothermic, is necessary, the apparatus of the '733 patent may be appropriate. In addition, although the apparatus described in the '733 patent has a rapid thermal response based on the reduced mass of the measuring assembly, the apparatus is not configured to optimize the efficiency of the radiant heat exchange. between the lamps and the measuring set. Since the sensor is heated essentially by the radiation of the thermal restriction elements and the thin-walled enclosure above the sensor in the case of the embodiment with a single heat sink, or by the radiation of the two restriction elements in the case of the dual heat sink embodiment, the area intercepting the heating radiation and the measuring assembly is a small fraction of the total irradiated area. Moreover, despite the fact that the heat sinks are covered with a highly reflective infrared coating such as gold, the heat sinks and the reflector nevertheless absorb some of the energy emitted by the lamps since the coating is not perfectly reflective. At each reflection, a small portion of the radiation is absorbed and is therefore no longer available to heat the measurement assembly. Since the surface to be heated is very small in comparison with the combined area of the reflector and the heat sink, almost all of the radiation emitted by the lamps is absorbed by the reflector and the heat sink, instead of by the assembly. measurement. Another limitation of the apparatus disclosed in the '733 patent is the presence of a quartz glass tube enclosing the measuring assembly. The quartz glass tube allows an enclosed space to be purged with a gas that can serve as a protective environment for the sample when an inert purge gas is used, or can provide a reactive environment when a purge gas reagent is used. Although quartz glass is highly transparent to near-infrared radiation, it nevertheless absorbs a small fraction of near-infrared radiation and strongly absorbs infrared radiation having a wavelength greater than about 4 m. Thus, the absorption of radiation by the quartz tube further reduces the efficiency of the radiant heating of the measuring assembly. It will therefore be noted that the efficiency of the infrared heating system described in the '733 patent is relatively small and only a small fraction of the energy supplied to the lamps actually heats the measuring assembly. In addition, the apparatus as described in the '733 patent requires cooling, since the reflector absorbs most of the radiation emitted by the lamps. The patent 733 discloses cooling the reflector by circulating a coolant (eg water) through the coolant passages throughout the reflector or by using the cooling of the fins on the outside of the reflector . The air circulation is forced through the use of a fan or natural convection, based on the buoyancy of the air heated by the fins. When the minimum operating temperature of the heat sinks is lower than the minimum reflector temperature (for example, when the heat sink is cooled using a low temperature coolant such as liquid nitrogen and the reflector is water cooled ), the measuring assembly is surrounded by a reflector which is substantially hotter than the measuring assembly, causing the heating of the measuring assembly by the reflector. The cooling rates of the measuring assembly are thus reduced and the minimum temperature that the measuring unit can reach is increased. Thus, the method of cooling the reflector limits the performance of the apparatus of the 733 patent.

D'autre part, un DSC de flux thermique traditionnel peut être construit en installant un capteur dans une enceinte de température uniforme chauffée et refroidie selon le programme de température expérimental désiré. Cela réduit fortement les différences de température entre le capteur et les récipients d'échantillons et leurs environnements, réduisant ainsi l'échange de chaleur non mesuré entre le capteur et les récipients d'échantillons et l'enceinte. Cependant, ces enceintes ont généralement des capacités de chaleur relativement élevées et ne sont donc pas bien adaptées au chauffage et au refroidissement à des taux élevés. De plus, les enceintes sont généralement chauffées par des éléments de chauffage à résistance qui doivent être isolés électriquement et thermiquement de l'enceinte DSC. Ainsi, les éléments de chauffage ne transfèrent pas la chaleur rapidement à l'enceinte DSC et quand l'énergie est retirée, ils refroidissent lentement. Les éléments de chauffage, l'isolation électrique et thermique des éléments de chauffage ajoutent également de la masse au DSC, augmentant sa capacité de chaleur, limitant encore la capacité de chauffer et refroidir rapidement. Dans un mode de réalisation de la présente invention, un calorimètre à balayage différentiel comprend un ensemble de mesure ayant un ensemble de capteur de calorimètre à balayage différentiel pour recevoir un échantillon installé dans une cavité dans un cylindre allongé, et un ensemble de lampe infrarouge disposé circonférentiellement autour du cylindre allongé ayant une longueur sensiblement similaire à celle du cylindre. L'ensemble de lampe infrarouge comprend de préférence une pluralité de lampes tubulaires ayant chacune un axe longitudinal agencé parallèle à l'axe du cylindre allongé, et un réflecteur infrarouge comprenant une pluralité de surfaces cylindriques partielles décrivant chacune une forme cylindrique comprenant un foyer colinéaire avec l'axe de chaque lampe tubulaire. Le calorimètre comprend également une résistance thermique couplée à l'ensemble de mesure, dans lequel la résistance thermique est disposée sensiblement à l'extérieur d'une région dont le périmètre est défini par une cavité dans l'ensemble de lampe, et un dissipateur thermique couplé thermiquement à la résistance thermique et au réflecteur infrarouge. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, un calorimètre à balayage différentiel comprend un ensemble de mesure comprenant un ensemble de capteur de calorimètre à balayage différentiel pour recevoir un échantillon. On the other hand, a conventional thermal flow DSC can be constructed by installing a sensor in a uniform temperature chamber heated and cooled according to the desired experimental temperature program. This greatly reduces the temperature differences between the sensor and the sample containers and their surroundings, thereby reducing unmeasured heat exchange between the sensor and the sample containers and the enclosure. However, these speakers generally have relatively high heat capacities and are therefore not well suited for heating and cooling at high rates. In addition, the enclosures are generally heated by resistance heating elements which must be electrically and thermally insulated from the DSC enclosure. Thus, the heating elements do not transfer heat quickly to the DSC enclosure and when the energy is removed, they cool slowly. The heating elements, the electrical and thermal insulation of the heating elements also add mass to the DSC, increasing its heat capacity, further limiting the ability to heat and cool rapidly. In one embodiment of the present invention, a differential scanning calorimeter comprises a measuring assembly having a differential scanning calorimeter sensor assembly for receiving a sample installed in a cavity in an elongate cylinder, and an infrared lamp assembly disposed thereon. circumferentially around the elongated cylinder having a length substantially similar to that of the cylinder. The infrared lamp assembly preferably comprises a plurality of tubular lamps each having a longitudinal axis arranged parallel to the axis of the elongate cylinder, and an infrared reflector comprising a plurality of partial cylindrical surfaces each defining a cylindrical shape comprising a collinear focus with the axis of each tubular lamp. The calorimeter also includes a thermal resistance coupled to the measurement assembly, wherein the thermal resistance is disposed substantially outside a region whose perimeter is defined by a cavity in the lamp assembly, and a heat sink thermally coupled to the thermal resistance and infrared reflector. In another embodiment of the present invention, a differential scanning calorimeter includes a measurement assembly comprising a differential scanning calorimeter sensor assembly for receiving a sample.

L'ensemble de mesure comprend un cylindre thermique allongé à conductivité élevée ayant une cavité dans lequel l'ensemble de capteur du DSC est situé et une surface extérieure à émissivité élevée. Le calorimètre comprend également un ensemble de lampe infrarouge disposé circonférentiellement autour du cylindre allongé et ayant une longueur sensiblement similaire à celle du cylindre allongé. L'ensemble de lampe infrarouge comprend une pluralité de lampes tubulaires agencées avec leur axe longitudinal parallèle à l'axe du cylindre allongé, et un réflecteur infrarouge comprenant une pluralité de surfaces cylindriques partielles décrivant chacune une forme cylindrique comportant un foyer colinéaire avec l'axe de chaque lampe tubulaire. Le calorimètre comprend également une résistance thermique couplée thermiquement à l'ensemble de mesure et un dissipateur thermique couplé thermiquement à la résistance thermique et au réflecteur infrarouge. Dans encore un autre mode de réalisation de la présente invention, un calorimètre à balayage différentiel comprend un ensemble de mesure comprenant un ensemble de capteur de calorimètre à balayage différentiel pour recevoir un échantillon, dans lequel l'ensemble de mesure comprend un cylindre allongé. Le calorimètre comprend également un ensemble de lampe infrarouge disposé circonférentiellement autour du cylindre allongé et ayant une longueur sensiblement similaire à celle du cylindre allongé, dans lequel l'ensemble de lampe infrarouge comprend une pluralité de lampes tubulaires ayant chacune un axe longitudinal parallèle à un axe du cylindre allongé, et un réflecteur infrarouge comprenant une pluralité de surfaces cylindriques partielles décrivant chacune une forme cylindrique comportant un foyer colinéaire avec l'axe de chaque lampe tubulaire. Le calorimètre comprend également une résistance thermique couplée à l'ensemble de mesure et ayant une résistance thermique configurable, et un dissipateur thermique couplé thermiquement à la résistance thermique et au réflecteur infrarouge, dans lequel la résistance thermique est utilisable pour faire varier la résistance thermique entre l'ensemble de mesure et le dissipateur thermique pendant la mesure de l'échantillon. La figure 1 est un schéma illustrant une section transversale verticale à travers la ligne médiane d'un ensemble de mesure à calorimètre selon un mode de réalisation de la présente invention. The measuring assembly includes a high conductivity elongated thermal cylinder having a cavity in which the sensor assembly of the DSC is located and a high emissivity outer surface. The calorimeter also includes an infrared lamp assembly disposed circumferentially around the elongated cylinder and having a length substantially similar to that of the elongate cylinder. The infrared lamp assembly includes a plurality of tubular lamps arranged with their longitudinal axis parallel to the axis of the elongate cylinder, and an infrared reflector comprising a plurality of partial cylindrical surfaces each defining a cylindrical shape having a collinear focus with the axis. of each tubular lamp. The calorimeter also includes thermal resistance thermally coupled to the measurement assembly and a heat sink thermally coupled to the thermal resistance and the infrared reflector. In yet another embodiment of the present invention, a differential scanning calorimeter comprises a measurement assembly comprising a differential scanning calorimeter sensor unit for receiving a sample, wherein the measurement assembly comprises an elongated cylinder. The calorimeter also includes an infrared lamp assembly circumferentially disposed about the elongate cylinder and having a length substantially similar to that of the elongate cylinder, wherein the infrared lamp assembly comprises a plurality of tubular lamps each having a longitudinal axis parallel to an axis. an elongate cylinder, and an infrared reflector comprising a plurality of partial cylindrical surfaces each defining a cylindrical shape having a collinear focus with the axis of each tubular lamp. The calorimeter also includes a thermal resistance coupled to the measurement assembly and having a configurable thermal resistance, and a heat sink thermally coupled to the thermal resistance and the infrared reflector, wherein the thermal resistance is operable to vary the thermal resistance between the measuring assembly and the heat sink during the measurement of the sample. Fig. 1 is a diagram illustrating a vertical cross-section through the center line of a calorimeter measuring assembly according to an embodiment of the present invention.

La figure 2 illustre une vue en section transversale horizontale à travers le four à infrarouge et les ensembles de mesure illustrés sur la figure 1. La figure 3 est un schéma illustrant une section transversale verticale à travers la ligne médiane d'un ensemble de mesure à calorimètre selon un autre mode de réalisation de la présente invention. La figure 4 illustre une vue en section transversale horizontale à travers le four à infrarouge et les ensembles de mesure illustrés sur la figure 3. Afin de clarifier la présente invention, les modes de réalisation de la présente invention sont décrits ci-dessous par rapport aux figures 1 à 4. Fig. 2 illustrates a horizontal cross-sectional view through the infrared oven and the measurement assemblies shown in Fig. 1. Fig. 3 is a diagram illustrating a vertical cross-section through the center line of a measuring assembly. calorimeter according to another embodiment of the present invention. Fig. 4 illustrates a horizontal cross-sectional view through the infrared oven and the measurement assemblies illustrated in Fig. 3. In order to clarify the present invention, the embodiments of the present invention are described below with respect to Figures 1 to 4.

Dans un mode de réalisation de la présente invention, un calorimètre à balayage différentiel à flux thermique comprend un four à infrarouge utilisé pour chauffer un ensemble de mesure intégrant une enceinte thermique à conductivité élevée similaire à celle d'un DSC traditionnel. L'enceinte réduit les erreurs de différence de température résultant de l'échange de chaleur entre le capteur, les récipients d'échantillons et leur environnements. Etant donné qu'une telle enceinte est considérablement plus massive que ce qui est décrit, par exemple, dans le brevet 733, beaucoup plus d'énergie infrarouge provenant des lampes doit être fournie à l'ensemble de mesure pour obtenir un taux de chauffage désiré, et davantage d'énergie doit être retirée pour obtenir un taux de refroidissement désiré. Dans les modes de réalisation de la présente invention décrits en détail ci-dessous, la surface extérieure d'une enceinte DSC entourant un ensemble de mesure est un cylindre circulaire allongé de longueur approximativement égale à une cavité de réflecteur et l'ensemble de lampe formant un ensemble de chauffage à infrarouge. De cette manière, l'enceinte DSC intercepte une plus grande fraction de l'énergie émise par les lampes et réfléchie par le réflecteur. De préférence, l'enceinte DSC comprend une surface extérieure d'émissivité élevée. Dans un mode de réalisation de la présente invention, l'enceinte DSC comprend un seul matériau à émissivité élevée. Dans un autre mode de réalisation, l'enceinte DSC comprend une enceinte, telle qu'une enceinte cylindrique dont l'émissivité n'est pas élevée dans une partie intérieure des parois du cylindre, mais dont la surface extérieure est recouverte ou laminée avec une couche à émissivité élevée pour augmenter fortement l'absorption du rayonnement arrivant sur la surface. De plus, dans les modes de réalisation de la présente invention, l'ensemble de mesure est construit sans un tube de quartz environnant traditionnellement utilisé pour envelopper l'ensemble de mesure, tel que celui illustré dans le brevet 733. Cela améliore encore l'efficacité de l'échange de chaleur et permet également aux lampes d'être positionnées plus près de l'ensemble de mesure, ce qui permet à son tour à la surface du réflecteur d'être réduite. Le rapport de la surface chauffée sur la surface du réflecteur est donc accru, améliorant encore l'efficacité du chauffage à infrarouge. De préférence, un seul dissipateur thermique est employé dans l'appareil DSC, et est situé à l'extérieur du four à réflecteur infrarouge, de telle sorte que le dissipateur thermique n'est pas chauffé directement par rayonnement, améliorant encore l'efficacité du chauffage à infrarouge. Le dissipateur thermique peut être refroidi en faisant circuler de l'eau ou un autre fluide, tel qu'un agent de refroidissement. En variante, le dissipateur thermique peut être refroidi par évaporation d'un liquide sous-refroidi, qui peut être le réfrigérant dans un système de réfrigération à compression de vapeur, ou un agent de refroidissement consommable tel que le nitrogène liquide dont la vapeur est évacuée dans l'atmosphère. Dans un mode de réalisation de la présente invention, le DSC de flux thermique comprend une seule résistance thermique utilisée pour raccorder thermiquement l'ensemble de mesure au dissipateur thermique extérieur situé à l'extérieur du réflecteur. De préférence, la résistance thermique est également située à l'extérieur du réflecteur, la résistance étant disposée à l'extérieur de la région définie par la cavité du réflecteur. La résistance thermique peut être composée d'un matériau solide ayant la composition et la géométrie requises pour créer la restriction désirée du flux thermique, ou elle peut être un petit espace rempli de gaz, de telle sorte que la conductivité thermique du gaz et la dimension de l'espace créent la restriction désirée du flux thermique. Quand la résistance thermique comprend un espace rempli de gaz, la composition du gaz peut être changée pour modifier la magnitude de sa résistance thermique. Au lieu d'utiliser un système de refroidissement séparé pour le réflecteur ainsi que cela est décrit dans l'art antérieur, dans les modes de réalisation de la présente invention, le réflecteur est également couplé au dissipateur thermique de telle sorte qu'il soit également refroidi par le dissipateur thermique. De cette manière, le taux de refroidissement et la température minimale atteints par l'appareil sont améliorés. De plus, le dispositif est simplifié par l'élimination d'un système de refroidissement séparé pour le réflecteur infrarouge. In one embodiment of the present invention, a thermal flux differential scanning calorimeter comprises an infrared oven used to heat a measurement assembly incorporating a high conductivity thermal enclosure similar to that of a conventional DSC. The enclosure reduces temperature difference errors resulting from heat exchange between the sensor, the sample containers and their surroundings. Since such an enclosure is considerably more massive than that described, for example, in the '733 patent, much more infrared energy from the lamps must be supplied to the measurement assembly to achieve a desired heating rate. , and more energy must be removed to achieve a desired cooling rate. In the embodiments of the present invention described in detail below, the outer surface of a DSC enclosure surrounding a measuring assembly is an elongate circular cylinder of length approximately equal to a reflector cavity and the lamp assembly forming a set of infrared heating. In this way, the DSC enclosure intercepts a greater fraction of the energy emitted by the lamps and reflected by the reflector. Preferably, the enclosure DSC comprises an outer surface of high emissivity. In one embodiment of the present invention, the DSC enclosure comprises a single high emissivity material. In another embodiment, the enclosure DSC comprises an enclosure, such as a cylindrical enclosure whose emissivity is not high in an interior part of the walls of the cylinder, but whose outer surface is covered or laminated with a high emissivity layer to greatly increase the absorption of radiation arriving on the surface. In addition, in the embodiments of the present invention, the measuring assembly is constructed without a surrounding quartz tube traditionally used to wrap the measuring assembly, such as that illustrated in the '733 patent. efficiency of the heat exchange and also allows the lamps to be positioned closer to the measuring assembly, which in turn allows the surface of the reflector to be reduced. The ratio of the heated surface to the surface of the reflector is thus increased, further improving the efficiency of the infrared heating. Preferably, a single heat sink is employed in the DSC apparatus, and is located outside the infrared reflector oven, so that the heat sink is not heated directly by radiation, further improving the efficiency of the heat sink. infrared heating. The heat sink may be cooled by circulating water or other fluid, such as a coolant. Alternatively, the heat sink may be cooled by evaporation of a subcooled liquid, which may be the refrigerant in a vapor compression refrigeration system, or a consumable coolant such as liquid nitrogen whose vapor is evacuated in the air. In one embodiment of the present invention, the thermal flux DSC comprises a single thermal resistor used to thermally connect the measurement assembly to the external heat sink located outside the reflector. Preferably, the thermal resistance is also located outside the reflector, the resistor being disposed outside the region defined by the cavity of the reflector. The thermal resistance may be composed of a solid material having the composition and geometry required to create the desired restriction of heat flow, or it may be a small gas filled space, such that the thermal conductivity of the gas and the size of space create the desired restriction of heat flow. When the thermal resistance comprises a space filled with gas, the composition of the gas can be changed to change the magnitude of its thermal resistance. Instead of using a separate cooling system for the reflector as described in the prior art, in the embodiments of the present invention, the reflector is also coupled to the heat sink so that it is also cooled by the heat sink. In this way, the cooling rate and the minimum temperature achieved by the apparatus are improved. In addition, the device is simplified by the elimination of a separate cooling system for the infrared reflector.

La figure 1 illustre une section transversale verticale à travers la ligne médiane d'un ensemble de mesure à calorimètre selon un mode de réalisation de la présente invention dans lequel une résistance thermique solide est utilisée pour coupler l'ensemble de mesure au dissipateur thermique. L'ensemble de mesure 1 comprend l'enceinte thermique à conductivité élevée 2, l'ensemble de capteur 3, la résistance thermique 4 et le flasque de refroidissement 5. Dans un mode de réalisation de la présente invention, l'enceinte thermique à conductivité élevée 2 est constituée d'argent pur du commerce sous la forme d'un cylindre, de préférence un cylindre ayant une section transversale approximativement circulaire ("cylindre circulaire"), et comprend la cavité 6, fermée par le couvercle intérieur 7 et le couvercle extérieur 8 qui sont tous les deux également constitués d'argent. La surface extérieure cylindrique 9 est recouverte d'un revêtement à émissivité élevée améliorant l'absorptivité infrarouge de la surface, l'émissivité élevée étant définie comme l'émissivité totale normale supérieure à environ 0,9. Un tel revêtement approprié est Laser Black, un revêtement déposé produit par Epner Technology Inc. de Brooklyn, NY. Dans un mode de réalisation de la présente invention, l'ensemble de capteur de calorimètre à balayage différentiel à flux thermique 3 décrit dans le brevet US 6 431 747 et dans la demande de brevet US 11 843 225 déposée le 22 août 2007 (basée la demande de brevet US 60 839 673 déposée le 24 août 2006), est joint indistinctement à la base de la cavité 6 de l'enceinte 2 par brasage, ce qui garantit que l'échange de chaleur entre le capteur et l'enceinte est fortement répétable. Un flasque 10 à l'extrémité inférieure de l'enceinte 2 fournit un moyen de jonction de l'enceinte à la résistance thermique 4, comprenant une pluralité de tiges minces 11. De préférence, les tiges minces 11 sont inséparablement jointes au flasque de refroidissement 5, par exemple par brasage. Le matériau et la structure des tiges minces 11 sont sélectionnés pour supporter des contraintes mécaniques générées pendant la dilatation et la contraction de l'enceinte 2 par rapport au flasque de refroidissement 5. Par exemple, les tiges 1 l peuvent être fabriquées à partir de flasque de refroidissement en nickel 5 fournissant une surface de montage plate 13 sur laquelle le dissipateur thermique, ou l'échangeur de chaleur 14 est fixé. Dans un mode de réalisation de la présente invention, l'enceinte 2, l'ensemble de capteur 3 et le flasque de refroidissement 5 sont les mêmes que leurs éléments correspondants décrits dans le brevet US 6 523 998 ("brevet 998") de Danley et al. Cependant, notamment, l'appareil du brevet 998 utilise des éléments de chauffage résistifs et des structures associées pour chauffer un échantillon, par opposition à un ensemble de four à infrarouge 22 (voir la figure 1) employé dans les modes de réalisation de la présente invention et décrit ci-dessous. L'échangeur de chaleur 14 comprend un flasque 15 ayant une surface de montage plate 16 en contact avec la surface de montage plate 13 du flasque de refroidissement 5. Le corps 17 de l'échangeur de chaleur est intégral avec le flasque 15 et comprend des parois inférieure, intérieure et extérieure jointes au couvercle 19 pour former la cavité 20 qui contient l'agent de refroidissement qui échange la chaleur avec la surface intérieure 21 du corps. Des ailettes peuvent être ajoutées pour augmenter la surface de la surface latérale 21 si nécessaire selon la magnitude de l'échange de chaleur. Si l'agent de refroidissement est du nitrogène liquide, le débit de nitrogène liquide peut être contrôlé en utilisant l'appareil et le procédé décrits dans le brevet US 6 578 367 de Schaefer, et al. Dans le mode de réalisation de la présente invention illustré sur la figure 1, l'ensemble du four à infrarouge 22 comprend un corps de réflecteur 23, une plaque supérieure 24, une plaque inférieure 25, quatre lampes 26 et huit supports de lampe 27. Le corps de réflecteur 23 contient une cavité comprenant quatre parties orientées verticalement parallèles se croisant de cylindres quadriques partiels, par exemple, des cylindres elliptiques partiels, dans lesquelles une lampe halogène à quartz tubulaire 26 est située à un foyer de chacun d'un ensemble de quatre cylindres quadriques définis par les parties de cylindre quadrique partiel formant les parois de la cavité. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, les cylindres quadriques sont des cylindres elliptiques dans lesquels un second foyer de chacun des cylindres elliptiques est colinéaire et situé au centre du corps de réflecteur colinéaire avec l'axe central de l'ensemble de mesure. Les lampes peuvent être, par exemple, des lampes de 250 watts T-3 avec une base RSC (contact unique encastré) et une longueur de filament de 1 ", délivrant ainsi une puissance totale de 1000 watts. La cavité du réflecteur est polie et comporte un revêtement à réflectivité infrarouge élevée appliqué sur celle-ci. La réflectivité infrarouge élevée est définie comme une réflectivité totale hémisphérique d'au moins 0,95 dans le spectre électromagnétique proche infrarouge de longueur d'onde jusqu'à 12 m. Un tel revêtement approprié est le Laser Gold, un revêtement déposé produit par Epner Technology Inc. de Brooklyn, NY. La plaque supérieure de réflecteur 24 est plate et comporte des oreilles de montage (non représentées) pour quatre supports de lampe 27 réalisant et maintenant le contact électrique avec l'extrémité supérieure de chaque lampe. La surface 28 de la plaque face à la cavité du bloc du réflecteur est polie et comporte un revêtement à réflectivité infrarouge élevée appliqué sur celle-ci. Un trou 29 s'étendant à travers la plaque permet d'accéder à l'ensemble de mesure pour charger et décharger les échantillons. La plaque inférieure du réflecteur 25 est plate et comporte des oreilles de montage (non représentées) pour les quatre supports de lampe 27 réalisant et maintenant le contact électrique avec l'extrémité inférieure de chaque lampe. La surface 30 de la plaque face à la cavité du bloc du réflecteur est polie et comporte un revêtement à réflectivité infrarouge élevée appliqué sur celle-ci. Un trou 31 s'étendant à travers la plaque permet à la résistance thermique de traverser la plaque. La surface plate extérieure 32 de la plaque inférieure s'accouple avec la surface plate 33 du flasque 15 du refroidisseur, refroidissant ainsi l'ensemble du réflecteur. La figure 2 illustre une vue en section transversale horizontale à travers le four à infrarouge et les ensembles de mesure. La cavité 34 du corps de réflecteur 23 comprend quatre cylindres elliptiques partiels parallèles se croisant agencés de telle sorte qu'un foyer de chaque cylindre elliptique partiel soit situé à un espacement égal sur un cercle centré sur l'ensemble de mesure 1. En référence à la figure 1, la cavité 34 du bloc du réflecteur est conçue pour être approximativement de la même longueur que (aux fins de la présente description, l'utilisation des phrases "approximativement de la même longueur" ou "approximativement égal" signifie que le rapport de la longueur de la cavité du bloc du réflecteur 34 et de l'enceinte 2 le long de son axe est d'environ 0,8 à 1,2, de préférence 0,9 à 1,1) et alignée avec l'enceinte conductrice 2, de telle sorte que l'enceinte 2 soit entourée par la cavité du bloc du réflecteur 34 sur la totalité de la longueur. Afin de chauffer l'enceinte 2 efficacement, la cavité du bloc du réflecteur 34 est conçue pour ne pas s'étendre sensiblement au-delà de la longueur de l'enceinte 2. Une lampe 26 est située à chacun des quatrefoyers également espacés. Le second foyer de chaque ellipse est colinéaire avec chacun des autres seconds foyers et avec la ligne médiane de l'ensemble de mesure 1. L'ensemble de capteur 3 est situé symétriquement par rapport à la ligne médiane de l'ensemble de mesure dans la cavité 6 de l'enceinte 2 (illustrée sur la figure 2) et a une position d'échantillon 37 et une position de référence 38 sur lesquelles les récipients des échantillons et les récipients de référence sont placés. Pendant les expériences, le récipient d'échantillon contient un échantillon ; alors que le récipient de référence peut être vide ou peut contenir un matériau de référence. Figure 1 illustrates a vertical cross-section through the centerline of a calorimeter measurement assembly according to an embodiment of the present invention in which a solid thermal resistance is used to couple the measurement assembly to the heat sink. The measuring assembly 1 comprises the high conductivity thermal enclosure 2, the sensor assembly 3, the thermal resistance 4 and the cooling flange 5. In one embodiment of the present invention, the conductivity thermal enclosure 2 is made of pure silver commercially in the form of a cylinder, preferably a cylinder having an approximately circular cross section ("circular cylinder"), and comprises the cavity 6, closed by the inner lid 7 and the lid outside 8 which are both also made of silver. The cylindrical outer surface 9 is coated with a high emissivity coating improving the infrared absorptivity of the surface, the high emissivity being defined as the normal total emissivity greater than about 0.9. One such suitable coating is Laser Black, a deposited coating produced by Epner Technology Inc. of Brooklyn, NY. In one embodiment of the present invention, the heat flux differential scanning calorimeter sensor assembly 3 disclosed in US Patent 6,431,747 and in US Patent Application 1,184,325 filed August 22, 2007 (based on US Pat. US patent application 60 839 673 filed August 24, 2006), is joined indistinctly to the base of the cavity 6 of the chamber 2 by brazing, which ensures that the heat exchange between the sensor and the enclosure is strongly repeatable. A flange 10 at the lower end of the enclosure 2 provides a means of joining the enclosure to the thermal resistance 4, comprising a plurality of thin rods 11. Preferably, the thin rods 11 are inseparably joined to the cooling flange 5, for example by brazing. The material and the structure of the thin rods 11 are selected to withstand mechanical stresses generated during the expansion and contraction of the chamber 2 with respect to the cooling flange 5. For example, the rods 11 can be made from a flange nickel cooling system 5 providing a flat mounting surface 13 on which the heat sink, or heat exchanger 14 is attached. In one embodiment of the present invention, the enclosure 2, the sensor assembly 3 and the cooling flange 5 are the same as their corresponding elements described in Danley US Patent No. 6,523,998 ("Patent 998"). et al. However, in particular, the apparatus of the '998 patent uses resistive heating elements and associated structures for heating a sample, as opposed to an infrared oven assembly 22 (see Fig. 1) employed in the embodiments of this invention. invention and described below. The heat exchanger 14 comprises a flange 15 having a flat mounting surface 16 in contact with the flat mounting surface 13 of the cooling flange 5. The body 17 of the heat exchanger is integral with the flange 15 and comprises lower, inner and outer walls joined to the cover 19 to form the cavity 20 which contains the cooling agent which exchanges the heat with the inner surface 21 of the body. Vane may be added to increase the surface area of the side surface 21 as needed depending on the magnitude of the heat exchange. If the coolant is liquid nitrogen, the liquid nitrogen flow rate can be controlled using the apparatus and method described in US Pat. No. 6,578,367 to Schaefer, et al. In the embodiment of the present invention illustrated in FIG. 1, the entire infrared oven 22 comprises a reflector body 23, an upper plate 24, a lower plate 25, four lamps 26 and eight lamp holders 27. The reflector body 23 contains a cavity comprising four parallel vertically oriented portions intersecting with partial quadric cylinders, for example, partial elliptical cylinders, wherein a tubular quartz halogen lamp 26 is located at a focus of each of a plurality of four quadric cylinders defined by the partial quadric cylinder parts forming the walls of the cavity. In the embodiment illustrated in FIG. 1, the quadric cylinders are elliptical cylinders in which a second focus of each of the elliptical cylinders is collinear and located in the center of the collinear reflector body with the central axis of the measuring assembly . The lamps can be, for example, 250 watt T-3 lamps with a RSC base (single flush contact) and a filament length of 1 ", thus delivering a total power of 1000 W. The reflector cavity is polished and has a high infrared reflectivity coating applied thereto.The high infrared reflectivity is defined as a total hemispheric reflectivity of at least 0.95 in the near-infrared electromagnetic spectrum of wavelength up to 12 m. Suitable coating is Laser Gold, a deposited coating produced by Epner Technology Inc. of Brooklyn, NY The reflector top plate 24 is flat and has mounting ears (not shown) for four lamp holders 27 making and maintaining contact the surface 28 of the plate facing the cavity of the reflector block is polished and has high infrared effectivity applied on it. A hole 29 extending through the plate provides access to the measurement assembly for loading and unloading the samples. The reflector bottom plate 25 is flat and has mounting lugs (not shown) for the four lamp holders 27 making and maintaining electrical contact with the lower end of each lamp. The surface of the plate facing the cavity of the reflector block is polished and has a high infrared reflectivity coating applied thereto. A hole 31 extending through the plate allows the thermal resistance to pass through the plate. The outer flat surface 32 of the bottom plate mates with the flat surface 33 of the cooler flange 15, thereby cooling the entire reflector. Figure 2 illustrates a horizontal cross-sectional view through the infrared oven and measurement assemblies. The cavity 34 of the reflector body 23 comprises four intersecting parallel elliptical cylindrical cylinders arranged such that a focus of each partial elliptical cylinder is located at equal spacing on a circle centered on the measuring assembly 1. Referring to 1, the cavity 34 of the reflector block is designed to be approximately the same length as (for purposes of this disclosure, the use of phrases "of approximately the same length" or "approximately equal" means that the ratio the length of the cavity of the reflector block 34 and the enclosure 2 along its axis is about 0.8 to 1.2, preferably 0.9 to 1.1) and aligned with the enclosure conductor 2, so that the enclosure 2 is surrounded by the cavity of the reflector block 34 over the entire length. In order to effectively heat the enclosure 2, the cavity of the reflector block 34 is designed not to extend substantially beyond the length of the enclosure 2. A lamp 26 is located at each of the four spaced spacers. The second focus of each ellipse is collinear with each of the other second foci and with the centerline of the measurement assembly 1. The sensor assembly 3 is located symmetrically with respect to the center line of the measurement assembly in the cavity 6 of the enclosure 2 (shown in FIG. 2) and has a sample position 37 and a reference position 38 on which the sample containers and the reference containers are placed. During the experiments, the sample container contains a sample; while the reference container may be empty or may contain a reference material.

Il faut également noter que les modes de réalisation de la présente invention décrits ci-dessus par rapport aux figures 1 et 2 peuvent être utilisés pour mettre en oeuvre les inventions décrites dans les brevets US 6 488 408 ; 6 561 692 ; 6 648 504 ; et 6 843 595. La figure 3 illustre une section transversale verticale à travers la ligne médiane de l'ensemble de mesure à calorimètre pour un mode de réalisation de la présente invention utilisant un résistance thermique comportant un espace rempli de gaz pour accoupler l'ensemble de mesure au dissipateur thermique. Pour améliorer encore le taux de chauffage et le taux de refroidissement atteignables, l'ensemble de mesure est fortement réduit en taille, comme le sont l'échantillon et les récipients d'échantillon utilisés. L'ensemble de mesure 41 comprend une enceinte thermique à conductivité élevée 42, un ensemble de capteur 43 et une résistance thermique 44. Dans un mode de réalisation de la présente invention, l'enceinte thermique à conductivité élevée 42 est constituée d'argent pur du commerce, et est agencée en forme d'un cylindre, de préférence un cylindre ayant une section transversale circulaire ("cylindre circulaire"), comprenant la cavité 46 qui est fermée par le couvercle intérieur 47 et le couvercle extérieur 48 qui sont tous les deux également constitués d'argent. La surface extérieure cylindrique 49 est recouverte avec un revêtement à émissivité élevée améliorant l'absorptivité infrarouge de la surface. Un tel revêtement approprié est le Laser Black, un revêtement déposé produit par Epner Technology Inc. de Brooklyn, NY. It should also be noted that the embodiments of the present invention described above with respect to FIGS. 1 and 2 may be used to implement the inventions described in US Pat. No. 6,488,408; 6,561,692; 6,648,504; and 6,843,595. FIG. 3 illustrates a vertical cross-section through the center line of the calorimeter measurement assembly for an embodiment of the present invention utilizing a thermal resistance having a gas-filled gap for coupling the assembly. measurement to the heat sink. To further improve the attainable heating rate and cooling rate, the measurement set is greatly reduced in size, as are the sample and the sample containers used. The measuring assembly 41 comprises a high conductivity thermal enclosure 42, a sensor assembly 43 and a thermal resistance 44. In one embodiment of the present invention, the high conductivity thermal enclosure 42 is made of pure silver. of commerce, and is arranged in the form of a cylinder, preferably a cylinder having a circular cross section ("circular cylinder"), comprising the cavity 46 which is closed by the inner cover 47 and the outer cover 48 which are all two also made of money. The cylindrical outer surface 49 is covered with a high emissivity coating improving the infrared absorptivity of the surface. One such suitable coating is Laser Black, a deposited coating produced by Epner Technology Inc. of Brooklyn, NY.

Dans un mode de réalisation de la présente invention, l'ensemble de capteur de calorimètre à balayage différentiel à flux thermique 43 décrit dans le brevet US 6 431 747 et dans la description du brevet (demande de brevet US 60 839 673), est inséparablement joint à la base de la cavité 46 de l'enceinte 42 par brasage, ce qui garantit que l'échange de chaleur entre le capteur et l'enceinte est fortement répétable. In one embodiment of the present invention, the heat flux differential scanning calorimeter sensor assembly 43 disclosed in US 6,431,747 and in the patent specification (US Patent Application 60,839,673) is inseparably joined to the base of the cavity 46 of the enclosure 42 by soldering, which ensures that the heat exchange between the sensor and the enclosure is highly repeatable.

Etant donné que les tailles de l'échantillon et du récipient de l'échantillon dans ce mode de réalisation sont très petites, l'ensemble de capteur 43 est de préférence doté de cavités cylindriques sur l'échantillon et les positions de référence pour aider à positionner et maintenir les récipients d'échantillon, (c'est-à-dire que les récipients contenant les matériaux placés dans l'échantillon ou les positions de référence). Cet agencement s'oppose à celui de l'ensemble de capteur 3 du mode de réalisation précédent, comprenant des plates-formes plates pour supporter les récipients d'échantillon. En outre, les cavités cylindriques réduisent la résistance de contact entre les capsules d'échantillon et le capteur en augmentant la surface pour l'échange de chaleur. Cela aide à réduire la différence de température entre la capsule d'échantillon et le capteur quand des taux de chauffage et de refroidissement élevés sont employés. Le sommet de la résistance thermique comportant un espace rempli de gaz 44 comprend une plaque d'argent plate 50 faisant partie intégrante de l'ensemble de mesure. La surface opposée de la résistance thermique 44 est formée par l'extension du dissipateur thermique 52 du dissipateur thermique 51 s'étendant vers le haut dans la plaque inférieure du réflecteur pour supporter l'ensemble de mesure. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'espace rempli de gaz 45 est un simple espace généré quand deux surfaces nominalement plates sont pressées ensemble. Par exemple, le dissipateur thermique 51, comprenant la partie extérieure 92 et l'extension du dissipateur thermique 52 disposées dans le centre du dissipateur thermique 51, peut être configuré de telle sorte que l'extension du dissipateur thermique 52 entre en contact nominal avec la plaque 50 quand le dissipateur thermique 51 est assemblé à l'ensemble de mesure 41. Dans un tel mode de réalisation, l'espace rempli de gaz résultant est généré étant donné que les deux surfaces nominalement plates, c'est-à-dire la plaque 50 et le sommet de l'extension du dissipateur thermique 52, ne sont pas parfaitement plates, de telle sorte que le gaz remplit les espaces entre les surfaces nominalement plates. La dimension verticale moyenne de l'espace rempli de gaz résultant correspond à la séparation verticale moyenne entre le sommet de l'extension du dissipateur thermique 52 et la partie inférieure de la plaque 50 audessus de la surface planaire entre l'extension du dissipateur thermique 52 et la plaque 50. Ainsi, étant donné que ni la surface de l'extension du dissipateur thermique 52 ni celle de la plaque 50 ne peuvent être idéalement plates, c'est-à-dire que chaque surface a une certaine rugosité ou non planéarité, quand la plaque 50 et l'extension du dissipateur thermique 52 sont amenées en contact, il peut y avoir de nombreux espaces entre les points de contact réels entre la plaque 50 et l'extension du dissipateur thermique 52, qui peut être exprimée comme un espace vertical moyen. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, ainsi que cela est illustré sur la figure 3, l'extension du dissipateur thermique 52 peut être configurée de telle sorte qu'un espace vertical 45 fini existe entre la plaque 50 et le sommet de l'extension du dissipateur thermique 52 (c'est-à-dire qu'il n'y a pas de contact entre la plaque 50 et l'extension du dissipateur thermique 52), quand la surface 66 est assemblée contre la plaque inférieure 62. Les dimensions exemplaires de l'espace rempli de gaz 45 comprennent une largeur latérale (diamètre) allant de quelques millimètres à plusieurs centimètres, correspondant au diamètre de l'extension du dissipateur thermique 52, et une dimension verticale allant de quelques dizaines de millimètre à nominalement zéro millimètres, ainsi que cela est décrit ci-dessus. Cependant, la présente invention n'est pas limitée à une quelconque plage de dimension particulière d'espace rempli de gaz 45, et l'invention n'est pas non plus limitée à un rapport vertical-horizontal particulier d'espace rempli de gaz 45. Deux passages de petit diamètre 53 s'étendant à travers l'extension du dissipateur thermique fournissent le gaz à la résistance thermique 44 ; les passages 53 sont fournis par un passage plus grand 55 qui traverse le dissipateur thermique fermé par un soufflet 56 et un dispositif de joint 57 auquel la source de gaz est connectée. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, le soufflet 56 réalise également la fonction supplémentaire de maintien de l'ensemble de mesure en place et maintient les dimensions de l'espace 45 de la résistance thermique. Quand l'ensemble de mesure est installé pour chauffer le dissipateur 51, il est maintenu en place contre l'extension du dissipateur thermique 52 et le soufflet 56 est compressé. Le dispositif de joint 57 est configuré pour être serré, serrant le dispositif de joint aux tubes de protection de thermocouple et exerçant ainsi une force qui maintient la plaque 50 de l'ensemble de mesure fermement en place contre l'extension du dissipateur thermique 52. Le serrage du dispositif de joint 57 tend à tirer la plaque 50 couplée aux tubes de protection de thermocouple passant à travers le passage 55, vers l'extension du dissipateur thermique 52. Par conséquent, le processus de serrage peut être utilisé pour maintenir la plaque 50 en contact avec l'extension du dissipateur thermique 52. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, des entretoises minces (non représentées) sont disposées dans l'espace rempli de gaz 45 pour augmenter la résistance thermique effective. Dans un mode de réalisation de la présente invention, les entretoises sont des tôles métalliques minces s'étendant horizontalement sur le diamètre de l'espace rempli de gaz 45. Par exemple, les tôles métalliques minces peuvent être des disques circulaires ayant un diamètre dont la taille va jusqu'à celle de l'espace rempli de gaz 45. Ainsi, les entretoises minces sont disposées en couche dans l'espace rempli de gaz 45. Since the sample and sample container sizes in this embodiment are very small, the sensor assembly 43 is preferably provided with cylindrical cavities on the sample and reference positions to assist in position and hold the sample containers, (ie containers containing the sample materials or reference positions). This arrangement is opposed to that of the sensor assembly 3 of the previous embodiment, including flat platforms for supporting the sample containers. In addition, the cylindrical cavities reduce the contact resistance between the sample capsules and the sensor by increasing the area for heat exchange. This helps to reduce the temperature difference between the sample capsule and the sensor when high heating and cooling rates are used. The top of the thermal resistance having a gas filled space 44 comprises a flat silver plate 50 integral with the measurement assembly. The opposite surface of the thermal resistance 44 is formed by the extension of the heatsink 52 of the heat sink 51 extending upwardly in the bottom plate of the reflector to support the measurement assembly. According to one embodiment of the present invention, the gas-filled space 45 is a simple space generated when two nominally flat surfaces are pressed together. For example, the heat sink 51, including the outer portion 92 and the heat sink extension 52 disposed in the center of the heat sink 51, may be configured such that the extension of the heat sink 52 comes into nominal contact with the heat sink 52. plate 50 when the heat sink 51 is assembled to the measuring assembly 41. In such an embodiment, the resulting gas-filled space is generated since the two nominally flat surfaces, i.e. plate 50 and the top of the extension of the heatsink 52, are not perfectly flat, so that the gas fills the spaces between the nominally flat surfaces. The average vertical dimension of the resulting gas-filled space corresponds to the average vertical separation between the top of the extension of the heat sink 52 and the lower portion of the plate 50 above the planar surface between the extension of the heat sink 52 and the plate 50. Thus, since neither the surface of the extension of the heat sink 52 nor that of the plate 50 can be ideally flat, that is to say that each surface has a certain roughness or non-planarity when the plate 50 and the extension of the heat sink 52 are brought into contact, there may be many gaps between the actual contact points between the plate 50 and the extension of the heat sink 52, which may be expressed as a average vertical space. In another embodiment of the present invention, as illustrated in FIG. 3, the extension of the heat sink 52 may be configured such that a finite vertical space exists between the plate 50 and the top of the the extension of the heat sink 52 (i.e. there is no contact between the plate 50 and the extension of the heat sink 52), when the surface 66 is assembled against the lower plate 62 The exemplary dimensions of the gas-filled space 45 comprise a lateral width (diameter) ranging from a few millimeters to several centimeters, corresponding to the diameter of the extension of the heat sink 52, and a vertical dimension ranging from a few tens of millimeters to nominally zero millimeters, as described above. However, the present invention is not limited to any particular gas-filled space size range 45, nor is the invention limited to a particular vertical-to-horizontal ratio of gas-filled space 45 Two small diameter passages 53 extending through the extension of the heat sink provide the gas to the heat resistance 44; the passages 53 are provided by a larger passage 55 which passes through the heat sink closed by a bellows 56 and a seal device 57 to which the gas source is connected. According to another embodiment of the present invention, the bellows 56 also performs the additional function of holding the measuring assembly in place and maintains the dimensions of the space 45 of the thermal resistance. When the measuring assembly is installed to heat the heatsink 51, it is held in place against the extension of the heatsink 52 and the bellows 56 is compressed. The seal device 57 is configured to be tightened, clamping the seal device to the thermocouple protection tubes and thereby exerting a force that holds the meter assembly plate 50 firmly in place against the extension of the heat sink 52. The tightening of the seal device 57 tends to pull the plate 50 coupled to the thermocouple protection tubes passing through the passage 55, towards the extension of the heat sink 52. Therefore, the clamping process can be used to hold the plate 50 in contact with the extension of the heat sink 52. In another embodiment of the present invention, thin struts (not shown) are disposed in the gas-filled space 45 to increase the effective heat resistance. In one embodiment of the present invention, the spacers are thin metal sheets extending horizontally over the diameter of the gas-filled space 45. For example, the thin metal sheets may be circular disks having a diameter of which size goes up to that of the gas-filled space 45. Thus, the thin struts are layered in the gas-filled space 45.

Selon les modes de réalisation de la présente invention, bien que des tôles métalliques minces aient généralement une résistance thermique par nature réduite étant donné qu'elles sont minces et sont constituées de matériau de conductivité thermique relativement élevée, la résistance thermique de l'espace rempli de gaz 45 est accrue quand les tôles minces sont disposées horizontalement dans l'espace. Cela est le cas étant donné que la présence d'une ou de plusieurs tôles métalliques minces horizontales augmente la résistance thermique en augmentant le nombre de couches de gaz minces dans l'interface entre la plaque 50 et l'extension 52. Sans aucune entretoise de tôle métallique horizontale mince ("entretoise") dans l'espace rempli de gaz 45, une seule couche de gaz se trouve entre la plaque 50 et l'extension 52. L'ajout d'une entretoise augmente le nombre de couches de gaz à deux : une couche de gaz entre l'entretoise et la plaque 50, et une couche de gaz entre l'entretoise et l'extension 52. Etant donné que les surfaces supérieure et inférieure de chaque entretoise ont un degré de non planéarité ou de rugosité, de nombreux espaces persistent entre les entretoises adjacentes même quand elles sont amenées en contact l'une avec l'autre, produisant une couche de gaz effective entre les entretoises adjacentes. Par conséquent, l'insertion de chaque entretoise supplémentaire dans l'espace 45 augmente d'un le nombre de couches de gaz, augmentant ainsi la résistance thermique de l'ensemble de l'espace pour toute composition de gaz donnée. Dans un mode de réalisation de la présente invention, deux entretoises sont disposées dans l'espace 45, fournissant trois couches de gaz dans l'espace. According to the embodiments of the present invention, although thin metal sheets generally have a reduced thermal resistance because they are thin and consist of relatively high thermal conductivity material, the thermal resistance of the filled space gas 45 is increased when the thin sheets are arranged horizontally in space. This is the case since the presence of one or more horizontal thin metal sheets increases the thermal resistance by increasing the number of thin gas layers in the interface between the plate 50 and the extension 52. Without any spacer of thin horizontal metal sheet ("spacer") in the gas-filled space 45, a single layer of gas is located between the plate 50 and the extension 52. The addition of a spacer increases the number of layers of gas to two: a layer of gas between the spacer and the plate 50, and a layer of gas between the spacer and the extension 52. Since the upper and lower surfaces of each spacer have a degree of non-planarity or roughness many spaces remain between the adjacent struts even when they are brought into contact with each other, producing an effective gas layer between the adjacent struts. Therefore, inserting each additional spacer into gap 45 increases the number of gas layers by one, thereby increasing the thermal resistance of the entire gap for any given gas composition. In one embodiment of the present invention, two struts are disposed in the gap 45, providing three layers of gas in the gap.

Une épaisseur d'entretoise exemplaire peut être d'environ 0,0005" à environ 0.01", ladite plage d'épaisseur étant adaptée pour produire de petits espaces remplis de gaz 45 ainsi que cela est décrit ci-dessous. Selon un mode de réalisation de la présente invention, une ou plusieurs entretoises minces sont placées horizontalement dans une pile d'entretoises (c'est-à- dire que les entretoises sont agencées en couches) entre l'extension du dissipateur thermique 52 et la plaque 50, après quoi le dispositif de joint 57 est serré de telle sorte que la pile d'entretoises entre en contact nominal avec l'extension du dissipateur thermique 52 et la plaque 50. Dans un mode de réalisation de la présente invention, l'espacement vertical moyen total, qui est la somme des espaces verticaux moyens créés entre toute entretoise dans la pile, l'espace moyen entre le sommet de la pile d'entretoises et la plaque 50, et l'espace moyen entre la partie inférieure de la pile d'entretoises et l'extension du dissipateur thermique 52, est d'environ 0,0001" à 0.002". En sélectionnant le nombre d'entretoises approprié, avec la rugosité de surface appropriée, entre autres paramètres, l'espace vertical moyen total peut être conçu pour obtenir une dimension désirée, pour fournir une plage désirée de résistance thermique atteignable. An exemplary spacer thickness may be from about 0.0005 "to about 0.01", said thickness range being adapted to produce small spaces filled with gas 45 as described below. According to one embodiment of the present invention, one or more thin struts are placed horizontally in a stack of struts (i.e. the struts are arranged in layers) between the extension of the heat sink 52 and the plate 50, after which the seal device 57 is tightened so that the stack of spacers comes into nominal contact with the extension of the heat sink 52 and the plate 50. In one embodiment of the present invention, the total average vertical spacing, which is the sum of the average vertical spaces created between any spacer in the stack, the average space between the top of the stack of spacers and the plate 50, and the average space between the bottom of the stack stack of spacers and the heat sink extension 52, is about 0.0001 "to 0.002". By selecting the appropriate number of spacers, with the appropriate surface roughness, among other parameters, the total average vertical space can be designed to achieve a desired dimension, to provide a desired range of attainable thermal resistance.

L'utilisation des entretoises minces offre de multiples avantages pour réaliser la résistance thermique dans l'ensemble 59. Par exemple, si un utilisateur désire une plage de résistance thermique nécessitant un espace vertical moyen d'environ 0,001" afin d'essayer d'obtenir la séparation verticale, le sommet de l'extension 52 pourrait être approché à approximativement 0,001" de la plaque 50. Cependant, il peut être excessivement difficile d'obtenir de façon reproductible un tel petit espace, par exemple, en ajustant le dispositif de joint 57, sans parler de la possibilité de déterminer quand l'espace approprié est obtenu. Au contraire, l'utilisation d'entretoises minces facilite un contrôle plus précis d'un espace vertical en autorisant un utilisateur à assembler l'extension du dissipateur thermique 52 et la plaque 50 ensemble jusqu'à ce que le contact soit constitué à la fois sur les surfaces supérieure et inférieure de la pile d'entretoises minces interposées, point auquel un emboîtement étroit est obtenu dans lequel chaque entretoise est en contact avec une surface extérieure sur le côté supérieur et sur le côté inférieur. Etant donné que la rugosité de surface du haut de l'extension du dissipateur thermique 52 et du bas de la plaque 50, ainsi que celle des entretoises interposées, tend à persister, un espace effectif sensiblement identique peut être produit chaque fois que l'extension du dissipateur thermique 52 est serrée contre la plaque 50. De cette manière, un utilisateur peut déterminer par essai le nombre d'entretoises nécessaires pour produire la dimension désirée de l'espace ou la plage désirée de résistance thermique. De plus, en sélectionnant la composition du gaz fourni à l'espace 45, la résistance thermique et donc le taux de flux thermique entre l'ensemble de mesure et le dissipateur thermique peut être adaptée pour produire le taux de chauffage et le taux de refroidissement désirés. Par exemple, quand un gaz à conductivité thermique réduite tel que l'argon est fourni à l'espace, des taux de chauffage supérieurs et des taux de refroidissement inférieurs peuvent être obtenus. Quand un gaz à conductivité thermique élevée tel que l'hélium est fourni à l'espace, des taux de chauffage inférieurs et des taux de refroidissement supérieurs peuvent être obtenus. L'agent de refroidissement est fourni à la cavité 58 dans le dissipateur thermique où l'agent de refroidissement est en contact avec les surfaces du dissipateur thermique pour extraire la chaleur. Des ailettes peuvent être ajoutées pour augmenter la surface du dissipateur thermique si nécessaire selon la magnitude de l'échange de chaleur. Si l'agent de refroidissement est du nitrogène liquide, le débit de nitrogène liquide peut être contrôlé en utilisant l'appareil et le procédé décrits dans le brevet US 6 578 367 de Schaefer. The use of thin struts provides multiple advantages for achieving thermal resistance in assembly 59. For example, if a user desires a thermal resistance range requiring an average vertical space of about 0.001 "in order to try to obtain the vertical separation, the apex of the extension 52 could be approximated to approximately 0.001 "of the plate 50. However, it can be excessively difficult to reproducibly obtain such a small space, for example, by adjusting the joint device 57, not to mention the possibility of determining when the appropriate space is obtained. In contrast, the use of thin struts facilitates more precise control of a vertical space by allowing a user to assemble the extension of the heat sink 52 and the plate 50 together until the contact is made up at once. on the upper and lower surfaces of the stack of interposed thin struts, at which point a narrow interlock is obtained in which each strut is in contact with an outer surface on the upper side and the lower side. Since the surface roughness of the top of the extension of the heat sink 52 and the bottom of the plate 50, as well as that of the interposed spacers, tends to persist, a substantially identical effective space can be produced each time the extension The heat sink 52 is clamped against the plate 50. In this manner, a user can determine by testing the number of spacers required to produce the desired size of the space or the desired range of thermal resistance. In addition, by selecting the composition of the gas supplied to the space 45, the thermal resistance and thus the heat flux rate between the measuring assembly and the heat sink can be adapted to produce the heating rate and the cooling rate. desired. For example, when a reduced thermal conductivity gas such as argon is supplied to the space, higher heating rates and lower cooling rates can be achieved. When a high thermal conductivity gas such as helium is supplied to the space, lower heating rates and higher cooling rates can be achieved. The coolant is supplied to the cavity 58 in the heat sink where the coolant is in contact with the surfaces of the heat sink to extract the heat. Vane can be added to increase the surface of the heatsink if necessary depending on the magnitude of the heat exchange. If the coolant is liquid nitrogen, the liquid nitrogen flow rate can be controlled using the apparatus and method described in Schaefer US Patent No. 6,578,367.

L'ensemble de four à infrarouge 59 comprend le corps de réflecteur 60, la plaque supérieure 61, la plaque inférieure 62, quatre lampes 26 et huit supports de lampe 27 (un conteneur de lampe 27 situé sur le sommet et un conteneur de lampe 27 situé sur la partie inférieure de chaque lampe 26). Le corps de réflecteur 60 contient une cavité comprenant quatre cylindres elliptiques parallèles orientés verticalement se croisant, dans lequel une lampe est située à un foyer de chacun des quatre cylindres elliptiques. Les autres foyers des cylindres elliptiques sont colinéaires et situés au centre du corps de réflecteur colinéaire avec l'axe central de l'ensemble de mesure. Les lampes peuvent être des lampes de 250 watts ayant une configuration T-3 avec une base à RSC (contact unique encastré) et une longueur de filament de 1 ", délivrant ainsi une puissance totale de 1000 watts. La cavité du réflecteur est polie et comprend un revêtement ayant une réflectivité infrarouge très élevée, défini comme une réflectivité totale hémisphérique d'au moins environ 0,95 dans le spectre électromagnétique proche infrarouge d'une longueur d'onde jusqu'à 12 m. Un tel revêtement approprié est le Laser Gold, un revêtement déposé produit par Epner Technology Inc. de Brooklyn, NY. La plaque supérieure du réflecteur 61 est plate et comporte des oreilles de montage (non représentées) pour quatre supports de lampe 27 maintenant et réalisant le contact électrique avec l'extrémité supérieure de chaque lampe. La surface 63 de la plaque face à la cavité du bloc du réflecteur est polie et comporte un revêtement appliqué ayant une réflectivité infrarouge très élevée. Un trou 64 s'étendant à travers la plaque permet d'accéder à l'ensemble de mesure pour charger et décharger les échantillons. La plaque inférieure du réflecteur 62 est plate et comporte des oreilles de montage pour quatre supports de lampe maintenant et réalisant le contact électrique avec l'extrémité inférieure de chaque lampe. La surface 65 de la plaque face à la cavité du bloc du réflecteur est polie et comporte un revêtement appliqué ayant une réflectivité infrarouge très élevée. Un trou 54 s'étendant à travers la plaque permet à l'extension du dissipateur thermique 52 et à la résistance thermique 44 d'entrer dans la plaque inférieure et supporter l'ensemble de mesure. La surface plate extérieure 85 de la plaque inférieure s'accouple avec la surface plate 66 du dissipateur thermique, refroidissant ainsi l'ensemble du réflecteur. Dans les modes de réalisation de la présente invention, la cavité 67 comprend une pluralité de surfaces cylindriques quadriques partielles, chaque surface cylindrique quadrique partielle est adjacente à une ou plusieurs surfaces similaires, ainsi que cela est illustré généralement sur la figure 4. Le terme "surface cylindrique quadrique partielle" utilisé ici fait référence à une surface tridimensionnelle définissant un cylindre partiel dont la forme en section transversale est celle d'une partie d'une courbe quadrique, telle qu'une ellipse. Ainsi, la cavité 67 est définie par une série de quatre cylindres quadriques partiels qui sont chacun adjacents aux deux autres cylindres quadriques partiels disposés sur les côtés opposés du cylindre en question. Selon les modes de réalisation de la présente invention, chaque cylindre quadrique partiel peut être un cylindre elliptique partiel ou parabolique partiel, ayant un foyer (correspondant à un point dans un plan du cylindre quadrique partiel vu en section transversale, tel que celui illustré sur la figure 4) correspondant à une position d'une lampe 26. La figure 4 illustre une vue en section transversale horizontale à travers le four à infrarouge et les ensembles de mesure. Dans un mode de réalisation de la présente invention, la cavité 67 du corps de réflecteur 60 comprend quatre cylindres elliptiques se croisant agencés de telle sorte qu'un foyer de chaque cylindre elliptique soit situé également espacé sur un cercle centré sur l'ensemble de mesure 41. Une lampe 26 est située à chacun des foyers également espacés. Le second foyer de chaque ellipse est colinéaire avec chaque autre second foyer et la ligne médiane de l'ensemble de mesure 41. Le capteur 43 est situé symétriquement par rapport à la ligne médiane de l'ensemble de mesure dans la cavité 33 de l'enceinte 42 ayant une position d'échantillon 68 et une position de référence 69. En référence à la figure 3, la cavité 67 du bloc du réflecteur 60 est conçue pour être approximativement de la même longueur (le rapport de la longueur de la cavité du bloc du réflecteur 67 et de l'enceinte 42 est d'environ 0,8 à 1,2, de préférence environ 0,9 à 1,1) est alignée avec l'enceinte conductrice 42, de telle sorte que l'enceinte 42 soit entourée par la cavité du bloc du réflecteur 67 sur la totalité de la longueur. Afin de chauffer l'enceinte 42 efficacement, la cavité du bloc du réflecteur 67 est conçue pour ne pas s'étendre sensiblement au-delà de la longueur de l'enceinte 42. The infrared oven assembly 59 includes the reflector body 60, the upper plate 61, the lower plate 62, four lamps 26 and eight lamp holders 27 (a lamp container 27 located on the top and a lamp container 27 located on the lower part of each lamp 26). The reflector body 60 contains a cavity comprising four vertically oriented parallel elliptical cylinders intersecting each other, wherein a lamp is located at a focus of each of the four elliptical cylinders. The other foci of the elliptical cylinders are collinear and located in the center of the collinear reflector body with the central axis of the measuring assembly. The lamps can be 250 watt lamps having a T-3 configuration with a RSC (single flush contact) base and a 1 "filament length, thus delivering a total power of 1000 watts The reflector cavity is polished and comprises a coating having a very high infrared reflectivity, defined as a hemispheric total reflectivity of at least about 0.95 in the near-infrared electromagnetic spectrum of a wavelength up to 12 m, Such a suitable coating is Laser Gold, a deposited coating produced by Epner Technology Inc. of Brooklyn, NY The reflector top plate 61 is flat and has mounting lugs (not shown) for four lamp holders 27 now and making electrical contact with the end The surface 63 of the plate facing the cavity of the reflector block is polished and has an applied coating having a reflectivity very high infrared. A hole 64 extending through the plate allows access to the measuring assembly for loading and unloading samples. The reflector bottom plate 62 is flat and has mounting lugs for four lamp holders now and making electrical contact with the lower end of each lamp. The surface 65 of the plate facing the cavity of the reflector block is polished and has an applied coating having a very high infrared reflectivity. A hole 54 extending through the plate allows the extension of heat sink 52 and thermal resistance 44 to enter the bottom plate and support the measurement assembly. The outer flat surface 85 of the bottom plate mates with the flat surface 66 of the heat sink, thereby cooling the entire reflector. In the embodiments of the present invention, the cavity 67 comprises a plurality of partial quadric cylindrical surfaces, each partial quadric cylindrical surface is adjacent to one or more similar surfaces, as is generally illustrated in FIG. Partial quadric cylindrical surface "used herein refers to a three-dimensional surface defining a partial cylinder whose cross-sectional shape is that of a portion of a quadric curve, such as an ellipse. Thus, the cavity 67 is defined by a series of four partial quadric cylinders which are each adjacent to the other two partial quadric cylinders disposed on the opposite sides of the cylinder in question. According to the embodiments of the present invention, each partial quadric cylinder may be a partial or partial parabolic elliptical cylinder, having a focus (corresponding to a point in a plane of the partial quadric cylinder seen in cross-section, such as that illustrated in FIG. Fig. 4) corresponding to a position of a lamp 26. Fig. 4 illustrates a horizontal cross-sectional view through the infrared oven and measuring assemblies. In one embodiment of the present invention, the cavity 67 of the reflector body 60 comprises four intersecting elliptical cylinders arranged such that a focus of each elliptical cylinder is equally spaced on a circle centered on the measurement assembly. 41. A lamp 26 is located at each of the equally spaced foci. The second focus of each ellipse is collinear with each other second focus and the centerline of the measurement assembly 41. The sensor 43 is located symmetrically with respect to the centerline of the measurement assembly in the cavity 33 of the enclosure 42 having a sample position 68 and a reference position 69. Referring to FIG. 3, the cavity 67 of the reflector block 60 is designed to be approximately the same length (the ratio of the length of the cavity of the block of the reflector 67 and the enclosure 42 is about 0.8 to 1.2, preferably about 0.9 to 1.1) is aligned with the conductive enclosure 42, so that the enclosure 42 is surrounded by the cavity of the reflector block 67 over the entire length. In order to effectively heat the enclosure 42, the cavity of the reflector block 67 is designed not to extend substantially beyond the length of the enclosure 42.

En résumé, selon les modes de réalisation de la présente invention, un DSC de flux thermique est configuré pour assurer un taux de chauffage et de refroidissement plus rapides de l'échantillon en comparaison avec les systèmes traditionnels. De plus, les modes de réalisation de la présente invention fournissent un agencement plus efficace pour chauffer un DSC quand la source de chaleur est une pluralité de lampes émettant un rayonnement infrarouge. Enfin, des mesures d'échantillon plus variées sont assurées par Ies modes de réalisation dans lesquels un DSC de flux thermique comprend une résistance thermique configurable. Ainsi, la conductivité thermique de la résistance thermique peut être réduite pendant le chauffage de l'échantillon et accrue pendant le refroidissement de échantillon, ce qui permet d'optimiser indépendamment les taux de chauffage et de refroidissement de l'échantillon pendant une seule expérience. La description qui précède des modes de réalisation préférés de la présente invention est présentée à des fins d'illustration et de description. Elle n'est pas conçue pour être exhaustive ou pour limiter l'invention aux formes précises décrites. De nombreuses variantes et modifications des modes de réalisation décrits ici apparaîtront à un homme du métier à la lumière de la description qui précède. Notamment, la portée de l'invention doit être définie seulement par les revendications jointes, et par leurs équivalents. En outre, en décrivant les modes de réalisation représentatifs de la présente invention, la description peut avoir présenté le procédé et/ou le processus de la présente invention comme une séquence particulière d'étapes. Cependant, dans la mesure où le procédé ou processus n'est pas basé sur l'ordre particulier d'étapes décrit ici, le procédé ou processus ne doit pas être limité à la séquence particulière d'étapes décrites. Comme l'appréciera un homme du métier, d'autres séquences d'étapes peuvent être possibles. Par conséquent, l'ordre particulier des étapes décrites dans la description ne doit pas être interprété comme une limitation des revendications. De plus, les revendications concernant le procédé et/ou le processus de la présente invention ne doivent pas être limitées à l'exécution de leurs étapes dans l'ordre écrit, et un homme du métier peut facilement apprécier que les séquences peuvent être modifiées tout en restant dans l'esprit et la portée de la présente invention. In summary, according to the embodiments of the present invention, a heat flux DSC is configured to provide a faster rate of heating and cooling of the sample compared to conventional systems. In addition, the embodiments of the present invention provide a more efficient arrangement for heating a DSC when the heat source is a plurality of lamps emitting infrared radiation. Finally, more varied sample measurements are provided by the embodiments in which a thermal flux DSC comprises a configurable thermal resistance. Thus, the thermal conductivity of the thermal resistance can be reduced during sample heating and increased during sample cooling, which makes it possible to independently optimize the heating and cooling rates of the sample during a single experiment. The foregoing description of the preferred embodiments of the present invention is presented for purposes of illustration and description. It is not designed to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms described. Many variations and modifications of the embodiments described herein will be apparent to those skilled in the art in light of the foregoing description. In particular, the scope of the invention should be defined only by the appended claims, and by their equivalents. In addition, by describing the representative embodiments of the present invention, the description may have presented the method and / or the process of the present invention as a particular sequence of steps. However, since the method or process is not based on the particular order of steps described herein, the method or process should not be limited to the particular sequence of steps described. As will be appreciated by one skilled in the art, other sequences of steps may be possible. Therefore, the particular order of the steps described in the description should not be construed as a limitation of the claims. In addition, the claims concerning the method and / or the process of the present invention should not be limited to the execution of their steps in the written order, and one skilled in the art can readily appreciate that the sequences can be modified any remaining within the spirit and scope of the present invention.

Claims

A differential scanning calorimeter comprising: a measuring assembly (1) for receiving a sample, the measuring assembly (1) comprising an elongated cylinder comprising a sensor assembly (3); an infrared lamp assembly disposed circumferentially around the elongate cylinder and comprising an infrared reflector which comprises a cavity (6) having a length approximately the same as that of the circular cylinder; a thermal resistance (4) coupled to the measuring assembly (1), wherein the thermal resistance (4) is disposed substantially outside a region defined by the cavity (6); and a heat sink (51) thermally coupled to the thermal resistance (4) and the infrared reflector.

The differential scanning calorimeter according to claim 1, wherein the elongate cylinder comprises a high thermal conductivity material having a high emissivity outer coating, wherein the infrared lamp assembly comprises a plurality of tubular lamps arranged with an axis. longitudinal axis parallel to an axis of the elongate cylinder and wherein an infrared reflector comprises a plurality of partial quadric cylindrical surfaces each defining a portion of a cylindrical shape having a collinear focus with a position of a tubular lamp.

The differential scanning calorimeter of claim 2, wherein the high thermal conductivity material comprises silver. 25

The differential scanning calorimeter of any of claims 2 and 3, wherein the high emissivity outer coating comprises an electrogalvanized layer.

A differential scanning calorimeter according to any one of claims 1 to 4, wherein the sensor assembly (3) comprises a sample holder and a reference support such that each comprises a cylindrical cavity (6). to accept and retain a respective sample container and a respective reference container.

A differential scanning calorimeter according to any one of claims 2 to 5, wherein each partial quadric cylindrical shape corresponds to an elliptical cylindrical shape, wherein a position of each tubular lamp corresponds to a first focus of each cylindrical elliptical shape, and wherein a second focus of each cylindrical shape is collinear with a second focus of each other elliptical cylindrical shape.

A differential scanning calorimeter according to any one of claims 1 to 6, wherein the reflector comprises a polished surface having a coating having an infrared reflectivity of greater than about 0.9 for infrared wavelengths up to a length about 12 micrometers.

A differential scanning calorimeter comprising: a measuring assembly (1) for receiving a sample, the measuring assembly (1) comprising an elongate cylinder having a high conductivity thermal enclosure (2) having a high emissivity outer surface. ; an infrared lamp assembly disposed circumferentially around the elongate cylinder and including a cavity (6) having a length approximately the same as that of the circular cylinder, the infrared lamp assembly comprising a plurality of tubular lamps arranged with a longitudinal axis parallel to a axis of the elongate cylinder and an infrared reflector comprising a plurality of elliptical cylindrical surface portions each defining a cylindrical shape having a collinear focus with a position of a tubular lamp; and a thermal resistance (4) thermally coupled to the measuring assembly (1). 30

The differential scanning calorimeter of claim 8, further comprising a heat sink (51) thermally coupled to the thermal resistance (4) and the infrared reflector.

The differential scanning calorimeter of any of claims 8 and 9, wherein the lamp assembly comprises a plurality of T-3 lamps.

A differential scanning calorimeter according to any of claims 8 to 10, wherein the elongate cylinder comprises cylinder walls having an inner portion of high thermal conductivity and a high emissivity outer coating.

The differential scanning calorimeter of any one of claims 8 to 11, wherein the high thermal conductivity material comprises silver.

The differential scanning calorimeter of any one of claims 8 to 12, wherein the high emissivity outer coating comprises an electrogalvanized layer.

A differential scanning calorimeter, comprising: a measuring assembly (1) for receiving a sample, the measuring assembly (1) comprising an elongate cylinder; an infrared lamp assembly disposed circumferentially around the elongated cylinder and including a cavity (6) having a length approximately the same as that of the circular cylinder, the infrared lamp assembly comprising a plurality of tubular lamps arranged with a longitudinal axis parallel to an axis an elongated cylinder and an infrared reflector comprising a plurality of partial cylindrical surfaces each defining a cylindrical shape having a first collinear focus with a position of a tubular lamp and a second collinear focus with an axis of the elongated cylinder; and a thermal resistance (4) coupled to the measuring assembly (1), wherein the measuring assembly (1) comprises a sensor assembly (3) having a plurality of cylindrical cavities (6), each cavity (6) ) configured to receive and hold sample containers; wherein the thermal resistance (4) is operable to vary the thermal resistance (4) between the measuring assembly (1) and the heat sink (51) during measurement of the sample.

15. Differential scanning calorimeter according to claim 14, also comprising a heat sink (51) coupled to the thermal resistance (4).

16. A differential scanning calorimeter according to any of claims 14 and 15, wherein the thermal resistance (4) comprises a plurality of rods coupled to a flat end of the elongate cylinder of the measuring assembly (1).

A differential scanning calorimeter according to any one of claims 14 to 16, wherein the thermal resistance (4) comprises a gas filled space.

The differential scanning calorimeter of claim 17, wherein the thermal resistance (4) comprises a layer of high thermal conductivity integral with the elongate cylinder and disposed at a flat end of the elongated cylinder.

The differential scanning calorimeter of any of claims 17 and 18, wherein the thermal resistance (4) is configured to receive and retain gas from a gas supply. 25

20. A differential scanning calorimeter according to any one of claims 14 to 19, wherein the thermal resistance (4) comprises a thin-walled cylinder.

21. Differential scanning calorimeter for efficient heating during rapid thermal heating, comprising: a measuring assembly (1) for receiving a sample, the measuring assembly (1) comprising an elongate cylinder comprising a sensor assembly (3) ), wherein the elongate cylinder comprises a high thermal conductivity material having a high emissivity outer coating; and an infrared lamp assembly circumferentially disposed about the elongate cylinder and including a cavity (6) having a length approximately the same as that of the elongate cylinder, wherein the infrared lamp assembly comprises a plurality of tubular lamps arranged with a parallel longitudinal axis to an axis of the elongate cylinder and wherein each of the infrared lamps arranged in a cavity (6) is surrounded by an infrared reflector.

The differential scanning calorimeter of claim 21, wherein the infrared reflector comprises a plurality of quadric cylindrical surface portions each defining a portion of a cylindrical shape having a first collinear focus with a position of a tubular lamp.

A differential scanning calorimeter according to claim 22, wherein the quadric cylindrical surface portions comprise elliptical cylinder portions, wherein a second focus of each elliptical cylinder is collinear with an axis of the elongate cylinder, and wherein the infrared reflector comprises a polished surface having a coating having an infrared reflectivity greater than about 0.9 for infrared wavelengths up to a wavelength of about 12 microns.

24. A differential scanning calorimeter according to any one of claims 21 to 23, wherein the high thermal conductivity material comprises silver.

The differential scanning calorimeter of any one of claims 21 to 24, wherein the high emissivity outer coating comprises an electrogalvanized layer. 30

A differential scanning calorimeter according to any one of claims 21 to 25, further comprising: a thermal resistance (4) coupled to the measuring assembly (1), wherein the thermal resistance (4) is disposed substantially at least outside the cavity (6); and a heat sink (51) thermally coupled to the thermal resistance (4) and the infrared reflector.

A differential scanning calorimeter according to claim 26, wherein the thermal resistance (4) is coupled to a flat end of the elongated cylinder of the measuring assembly (1) and comprises one of a plurality of rods or a space filled with gas.

The differential scanning calorimeter of any of claims 26 and 27, wherein the heat sink (51) is circumferentially disposed around the infrared lamp assembly. 15

A differential scanning calorimeter comprising: a measuring assembly (1) for receiving a sample, the measuring assembly (1) comprising an elongate cylinder comprising a sensor assembly (3); an infrared lamp assembly disposed circumferentially around the elongate cylinder and including a cavity (6) having a length substantially similar to that of the circular cylinder; a thermal resistance (4) coupled to the measuring assembly (1), wherein the thermal resistance (4) is disposed substantially outside the cavity (6), and wherein the thermal resistance (4) comprises a plurality of rods. 25

30. A differential scanning calorimeter according to claim 29, further comprising a heat sink (51) thermally coupled to the thermal resistance (4).

31. The differential scanning calorimeter of claim 30, wherein the heat sink (51) is circumferentially disposed around the infrared lamp assembly. 10

The differential scanning calorimeter of claim 31, wherein the heat sink (51) comprises a cavity (6) configured to contain a flowing liquid.

The differential scanning calorimeter of any of claims 31 and 32, wherein the heat sink (51) comprises a set of cooling fins. 10

The differential scanning calorimeter of any one of claims 32 and 33, wherein the flowing liquid comprises liquid nitrogen.

The differential scanning calorimeter of any one of claims 29 and 34, wherein the elongate cylinder comprises a high thermal conductivity material having a high emissivity outer coating.

The differential scanning calorimeter of claim 35, wherein the high emissivity outer coating comprises an electrogalvanized layer. 20

37. The differential scanning calorimeter of any one of claims 35 and 36, wherein the high thermal conductivity material comprises silver.

38. A differential scanning calorimetry method, comprising: receiving a sample in a measurement assembly (1) comprising an elongated cylinder comprising a sensor assembly (3); heating the sample using an infrared lamp assembly disposed circumferentially around the elongate cylinder and including a cavity (6) having a length approximately the same as that of the circular cylinder; providing a thermal resistance (4) coupled to the measuring assembly (1), the thermal resistance (4) being disposed substantially outside the cavity (6); and dissipating the heat of the sample using a heat sink (51) thermally coupled to the thermal resistance (4) and the infrared reflector.

The method of claim 38, wherein the elongate cylinder comprises a high thermal conductivity material having a high emissivity outer coating, and wherein the infrared lamp assembly comprises a plurality of tubular lamps arranged with a longitudinal axis parallel to an elongated cylinder axis and an infrared reflector comprising a plurality of quadric cylindrical surface portions each defining a portion of a quadric cylindrical shape having a collinear focus with a position of a tubular lamp.

40. The method of claim 39, wherein the high thermal conductivity material comprises silver.

41. The method of any of claims 39 and 40, wherein the high emissivity outer coating comprises an electrogalvanized layer.

42. A method according to any of claims 38 to 41, wherein the sensor assembly (3) comprises a sample holder and a reference support each comprising a cylindrical cavity (6) for accepting and holding a container of the respective sample and a respective reference container.

A method according to any one of claims 39 to 42, wherein each portion of a quadric cylindrical shape corresponds to an elliptical cylindrical shape, wherein a position of each tubular lamp corresponds to a first focus of each cylindrical elliptical shape, and wherein a second focus of each cylindrical shape is collinear with a second focus of each other elliptical cylindrical shape.