专利名称：一种色谱仪柱箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分析测试设备领域的气相色谱仪柱箱，特别是涉及一种小型化、 便携式的气相色谱仪柱箱。
背景技术：
气相色谱仪应用在化工、环保等众多领域，但由于体积庞大，一般放在实验室使 用。气相色谱仪的柱箱占整个气相色谱仪的60%以上，要想使气相色谱仪小型化、便携式， 就必须要使色谱柱箱小型化。小型化的色谱柱箱除了大大减小体积、重量、功耗外，还应该 继承常规色谱柱箱的优点如控温范围大、快速升温、快速降温、温度场均勻、对色谱柱加热 均勻、易于温度控制、适用各种色谱柱、色谱柱更换方便等。在现有技术中曾提出一种环状色谱柱箱，该色谱柱箱靠金属热传导传热，传热速 度慢于空气热对流，金属传热不如气体对流传热均勻。同时，该色谱柱箱采用控制金属均热 块的温度来控制柱箱内温度，由于金属均热块的热惯性大，控温难度大，且不容易实现快速 升温和快速降温。还有一种微型色谱柱箱，该柱箱为方形，主要是将加热膜、色谱柱、热敏电阻安装 在一个支撑架上，支撑架材料为铝镁合金，其温度传递方式主要靠支撑架的热传导，并有2 个风扇，用于降温时加速下降。但是该色谱柱箱的气流场并不对称均勻，进入柱箱的冷空气 不能充分通过支撑架的色谱柱，而且支撑架存储较多热能，其降温效果受到影响。另外该方 案的色谱柱、加热膜是一体化的，更换色谱柱困难，色谱柱的选择也很受限。由此可见，上述现有的色谱柱箱以及色谱仪在结构与使用上，显然仍存在有不便 与缺陷，而亟待加以进一步改进。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于 设计出确具实用价值的本发明。

发明内容
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出 的一种气相色谱仪柱箱，其包括柱箱箱体；柱箱顶盖，设置在所述柱箱箱体上部；直流风 扇电机，设置在所述柱箱箱体外部，安装在所述柱箱箱体的底板中心位置；轮式离心风扇叶 片，设置在所述柱箱箱体内部，安装在所述直流风扇电机轴上；加热装置，设置在设置在所 述柱箱箱体内部，且在所述轮式离心风扇叶片外侧，安装在所述柱箱箱体底板上；温度传感 器，设置在所述柱箱箱体内部，且在所述加热装置外侧，安装在所述柱箱箱体底板上；色谱 柱支架，设置在所述柱箱箱体内部，且在所述温度传感器外侧，安装在所述柱箱顶盖上；进 气口、出气口，设置在所述柱箱箱体底板上，进气口与所述柱箱箱体内部中心区域相通，出 气口与所述柱箱箱体的顶部区域相通；进气门、出气门，设置在所述进气门、出气门的外侧； 以及步进电机，设置在所述柱箱箱体外，通过传动杆与所述进气门、出气门相连。由以上技术方案可知，本发明色谱仪柱箱至少具有下列优点通过采用离心式风扇叶片、加热装置、温度传感器、色谱柱支架按照同轴方式，从内向外设置，并紧凑安装，从而减小色谱仪柱箱的体积、重量。采用直流风扇电机和小体积 柱箱箱体，从而减小了功耗。色谱柱是受循环流动的热空气加热，色谱柱受热均勻，并缓冲 了加热丝发热不均勻性的影响；因为是用加热丝加热空气，空气热容系数小，且柱箱体积 小，可实现快速升温，且温度范围可以到420°C。进样器、检测器安装在柱箱顶盖上，通过采 用柱箱顶盖不动、柱箱箱体下拉的方式打开色谱仪柱箱，既可以将色谱柱暴露在操作者面 前便于安装色谱柱，又可以不变动进样器、检测器的气路、电路连接。所述的柱箱箱体有进 气口和出气口，进气口靠近电机轴的低气压区，出气口通过设置在所述柱箱箱体内部的通 风道与该箱体的顶部高气压区相通，当进气口、出气口的门在电机控制下打开，外面的冷空 气会从进气口抽入，从出气口推出，从而实现快速降温，通过控制进气门和出气门的开度可 实现近环境温度控制。所述柱箱体积是现在柱箱体积的20%以下，节省电功率90%以上， 上述各项指标经过进一步优化仍有望大幅提高。本发明对于气相色谱仪的小型化、便携化和制作工业现场在线式气相色谱仪具有 广泛的用途与应用前景，同时也可替代现有实验室气相色谱仪柱箱，具有显著的经济与社 会效益。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。


图1是本发明一实施例色谱仪柱箱的顶视图的示意图。图2是本发明一实施例色谱仪柱箱的A-A截面视图的示意图。图3是本发明一实施例色谱仪柱箱的B-B截面视图的示意图。图4是本发明一实施例色谱仪柱箱的色谱柱箱的立体示意图。图5是本发明一实施例柱箱顶盖组件的立体示意图。1.直流风扇电机2.直流风扇电机轴3.轮式离心风扇叶片4.柱箱箱体侧壁5.色 谱柱支架底板6.色谱柱支架7.色谱柱8.加热丝9.隔热密封垫10.加热丝支架11.进样 器12.检测器14.进样器接头15.检测器接头17.温度传感器18.加热丝接线端子19.温 度传感器接线端子20.进气口 21.出气口 22.进气门23.传动杆24.出气门25.步进电机 26柱箱箱体底板27.上顶盖28.通风道
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明提出的色谱仪柱箱的具体实施方式
、结构、特征及其功 效，详细说明如后。该色谱仪柱箱包括柱箱箱体100 (如图4)、柱箱顶盖组件200 (如图5)、直流风扇 电机1、轮式离心风扇叶片3、加热装置支撑架10、加热丝8、PT100钼电阻温度传感器17、进 气口 20、出气口 21、进气门22、出气门24、步进电机25和传动杆23。如图4所示，色谱柱 箱箱体100为圆柱形、长方体形或多边棱柱形，柱箱箱体的内表面和外表面可以为不同的 形状，较佳的柱箱箱体形状为圆柱形，柱箱箱体100包括下底板26、侧壁4组成，下底板26 和侧壁4由1毫米厚镜面不锈钢板制成，中间填充20毫米厚的陶瓷纤维棉绝热材料。如图5所示，柱箱顶盖200用于安装色谱柱7，由上顶盖27、色谱柱支架底板5和色谱柱支撑架6 组成，如图3所示，进样器11、检测器12可固定安装在上顶盖27上，色谱柱7的进样端通过 连接件14和进样器11连接，色谱柱7的流出端通过连接件15和检测器12连接，当操作者 下拉柱箱箱体100，可将柱箱顶盖组件200暴露出来，色谱柱7、连接件14、连接件15完全暴 露在操作者面前，方便操作者拆卸、安装色谱柱7。柱箱箱体100和柱箱顶盖组件200之间 有隔热密封垫9，用以加强密闭性能。如图2所示，轮式离心风扇叶片3，固定在直流风扇电机轴2上，直流风扇电机1固 定在柱箱箱体底板26上，直流风扇电机轴2与柱箱内部纵向中心轴重合。如图3所示，加热装置由加热丝支架10和加热丝8组成，加热丝支架10固定在柱 箱箱体底板26上，加热丝支撑架10设置在轮式离心风扇叶片3外侧。加热丝8固定在加 热丝支撑架10上，加热丝8通过固定在柱箱箱体底板26上的加热丝接线端子18引出柱箱 箱体100。温度传感器17为PT100钼电阻，设置在加热丝8的外侧，并靠近加热丝8，用以测 量加热丝8的温度，温度传感器17的引线通过固定在柱箱箱体底板26上的温度传感器接 线端子19引出柱箱箱体100。如图2所示，进气口 20设置在柱箱箱体底板26上，靠近直流风扇电机轴2的位置， 并与柱箱箱体100内部相通，出气口 21设置在柱箱箱体底板26的边缘，并通过柱箱箱体内 部的通风道28与柱箱箱体100的顶部区域相通，进气口 20外有进气门22，出气口 21外有 出气门24，进气门22、出气门24通过传动杆23和步进电机25相连，进气门22、出气门24 的开度受步进电机25控制。当直流风扇电机1带动轮式离心风扇叶片3旋转会在直流风扇电机轴2附近形成 低气压区，在轮式离心风扇叶片3径向外缘形成高气压区，将使柱箱箱体100内形成循环气 流，该气流使柱箱箱体100内温度场均勻，色谱柱7受循环流动的热空气均勻加热。由于柱 箱箱体100体积小、空气的热容系数小，可实现大于100°C/分钟的升温速度，温度上限可达 420 "C。进气口 20靠近直流风扇电机轴2，靠近低气压区，出气口 21通过通风道28与柱箱 箱体100的顶部区域相通，该区域处于高气压区，当步进电机25控制进气门22、出气门24 打开，柱箱外面的冷空气从进气口 22抽入，从出气口 24推出，从而实现快速降温。通过通 风道28将出气口 24延伸到柱箱箱体100的顶部区域的目的是让底部流入的冷空气可以流 经柱箱箱体100的顶部区域，以对顶部区域降温，从250°C到环境温度以上5°C需要2分钟。 还可以通过控制进气门22和出气门24的开度实现近环境温度控制。柱箱箱体100包括柱箱箱体下底板26、柱箱箱体侧壁4组成，柱箱箱体底板26、柱 箱箱体侧壁4由1毫米厚镜面不锈钢板制成，中间填充20毫米厚的陶瓷纤维棉绝热材料。 柱箱箱体侧壁4内壁的水平圆直径，受选用的色谱柱决定(尤其是采用玻璃毛细色谱柱时， 不能弯曲成过小的圆，否则毛细色谱柱会折断)，一般要60-220毫米，本实施例为180毫米。 柱箱箱体100的高度受色谱柱束的总粗度影响，一般要40-60毫米，本实施例为50毫米。轮 式离心风扇叶片2的直径80毫米，高度40毫米。加热丝围成圆环的直径100毫米，高度40 毫米，满负荷功率60瓦。色谱柱围成的圆环直径160毫米，高度40毫米。进气口 20、出气 口 21的直径20毫米。直流风扇电机1的输出功率可调，满负荷15瓦。
本发明的气相色谱仪柱箱所需的其他必备零件采用现有技术即可，在此不再赘述。本发明的气相色谱仪柱箱在重庆川仪分析仪器有限公司的SC6000气相色谱仪温 度控制器控制下，温控精度达到士0. 05°C，控温范围可达到环境温度+5 420°C，可实现9 阶程序升温，重复性优于0. 5%。升温速度大于100°C /分钟，降温时，从250°C到环境温度 以上5°C需要2分钟。优于目前较先进的通用气相色谱仪指标，但是其体积小于现有气相色 谱仪体积的20%，节省电功率90%以上。本发明对于气相色谱仪的小型化、便携化和制作 工业现场在线式气相色谱仪具有广泛的用途与应用前景，具有显著的经济与社会效益。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任 何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内 容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本 发明技术方案的范围内。
权利要求
一种仪色谱仪柱箱，其特征在于其包括柱箱箱体；柱箱顶盖，设置在所述柱箱箱体上部；风扇电机，设置在所述柱箱箱体外部，安装在所述柱箱箱体的底板中心位置；风扇叶片，设置在所述柱箱箱体内部，安装在所述风扇电机轴上；加热装置，设置在设置在所述柱箱箱体内部，且在所述风扇叶片外侧，安装在所述柱箱箱体底板上；温度传感器，设置在所述柱箱箱体内部，且在所述加热装置外侧；色谱柱支架，设置在所述柱箱箱体内部，且在所述温度传感器外侧，安装在所述柱箱顶盖上；进气口和出气口，分别设置在所述柱箱箱体底板上，且与所述柱箱箱体内部相通；进气门和出气门，分别设置在所述进气口、出气口的外侧；以及步进电机，设置在所述柱箱箱体外，通过传动杆与所述进气门、出气门相连。
2.如权利要求1所述的色谱仪柱箱，其特征在于所述柱箱箱体为圆柱形、长方体形或 多边棱柱形。
3.如权利要求1所述的色谱仪柱箱，其特征在于风扇电机为直流风扇电机。
4.如权利要求1所述的色谱仪柱箱，其特征在于风扇叶片采为轮式离心风扇叶片。
5.如权利要求1所述的色谱仪柱箱，其特征在于所述进气口与所述柱箱箱体内部中心 区域连通。
6.如权利要求1所述的色谱仪柱箱，其特征在于出气口与所述柱箱箱体内顶部区域连 通。
7.如权利要求1所述的色谱仪柱箱，其特征在于气相色谱仪的另外2个部件进样器和 检测器，分别安装在所述柱箱顶盖的上部。
8.如权利要求1所述的色谱仪柱箱，其特征在于所述的风扇叶片、加热装置、温度传感 器和色谱柱支架按照同轴方式，从内向外设置。
9.如权利要求1所述的色谱仪柱箱，其特征在于打开色谱仪柱箱的方式为所述柱箱顶 盖不动，所述柱箱箱体向下运动，以暴露出色谱柱。
全文摘要
本发明是关于一种气相色谱仪柱箱。该色谱仪柱箱包括柱箱箱体；柱箱顶盖；直流风扇电机，设置在所述柱箱箱体外部，安装在所述柱箱箱体的底板中心位置；轮式离心风扇叶片，设置在所述柱箱箱体内部；加热装置，设置在所述轮式离心风扇叶片外侧；温度传感器，设置在所述加热装置外侧；色谱柱支架，设置在所述温度传感器外侧；进气口、出气口，设置在所述柱箱箱体上；进气门、出气门，设置在所述进气口、出气口的外侧；以及步进电机，设置在所述柱箱箱体外，通过传动杆与所述进气门、出气门相连。本发明的色谱仪柱箱不仅小型化、升温快、降温快，易于色谱柱的安装，可用于便携式气相色谱仪中或实验室色谱仪中。
文档编号G01N30/54GK101995443SQ20101028729
公开日2011年3月30日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者余建华, 刘渝, 晏飘, 李建, 杨逍, 王琳, 陈高燕, 靳斌 申请人:西华大学;李宣福