一種應用于超臨界流體色譜系統(tǒng)的恒溫裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種應用于超臨界流體色譜系統(tǒng)中的恒溫裝置，屬于機械自動化領域。
【背景技術】
[0002]超臨界流體色譜(supercriticalfluid chromatography,簡稱 SFC)是以超臨界流體為流動相，固體吸附劑或鍵合到載體上的高聚物為固定相的色譜。它不但能分離氣相色譜系統(tǒng)難分離的熱不穩(wěn)定、相對分子質量較高、強極性或非揮發(fā)性化合物，也能分離液相色譜系統(tǒng)難以分離的高相對分子質量化合物。
[0003]超臨界流體色譜系統(tǒng)一般采用CO2和有機溶劑(甲醇等)作為流動相，CO 2在輸送過程中，它的狀態(tài)會有一些變化。CO2臨界點溫度為30.98°C，臨界點壓力為7.377MPa，從儲液罐中出來的CO2經過減壓閥減壓后壓力一般設定為5MPa，CO2要維持液態(tài)，其溫度須維持在
50C的恒溫，溫度過高，CO2就會氣化，高壓CO 2柱塞泵在輸液時流速會出現(xiàn)較大的脈動，從而影響系統(tǒng)檢測的穩(wěn)定性。
[0004]如何將0)2柱塞泵前的溫度維持在5°C恒溫，使CO 2保持在液體狀態(tài)，是本實用新型要解決的難題?，F(xiàn)有的恒溫裝置，大多采用低精度的MCU或者模擬電路構成的溫控器，溫度數據采集和處理速度較為滯后，且慣性溫度誤差較大。使用的管殼式散熱結構，由于其旁路效應導致其傳熱效率低，產生的對數平均溫差大，泵的流速不穩(wěn)定，同時其安裝體積和重量都較大。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有超臨界流體色譜系統(tǒng)中0)2恒溫裝置存在的缺陷，提供了一種制冷散熱效果好、溫度控制精度高的CO2恒溫裝置。
[0006]本實用新型是通過以下技術方案解決的:
[0007]一種應用于超臨界流體色譜系統(tǒng)的恒溫裝置，由液態(tài)CO2輸送泵泵頭、波紋板片換熱器、電子溫控器和恒溫箱組成。
[0008]所述的波紋板片換熱器，由密封圈、上擋板、下?lián)醢搴蛫A在其中的多個依次排列的換熱板片組成，每個換熱板片上分布有凸起狀波紋，相鄰的熱媒質換熱板片和冷媒質換熱板片之間構成換熱通道。為增大對數平均溫差和傳熱系數，采用冷、熱媒逆向流動布置。熱媒介正向流入熱媒質換熱板片層，冷媒介反向流入冷媒質換熱板片層，相鄰的各板片層間形成流體換熱通道，利用板片間空氣流動的熱傳導效應，對熱媒質流動板層進行降溫，并將降溫后的熱媒質輸送到液態(tài)CO2輸送泵泵頭。
[0009]所述的電子溫控器是一種智能溫控器，可精確控制CO2流體進入液態(tài)0)2輸送泵泵頭之前的溫度，由直流電源模塊、16位高精度MCU控制單元、制冷片驅動模塊、測溫模塊、A/D和D/A處理模塊、LCD液晶顯示模塊和按鍵輸入模塊組成。直流電源模塊驅動制冷片驅動模塊工作，制冷片驅動模塊輸出電流來控制半導體制冷片的溫度，通過測溫模塊采集半導體制冷片的實際溫度值，A/D處理模塊將模擬量的溫度值轉換為MCU能夠識別的數字量，與外部設定的溫度參數進行比較，兩者比較所產生的偏差，通過16位高精度MCU控制單元中的模糊PID程序處理，通過D/A處理模塊將處理得到的數字量轉換為制冷片驅動模塊能夠識別的模擬量，對制冷片驅動模塊輸出電流大小的進行調節(jié)，來消除半導體制冷片所產生的溫度偏差，從而形成閉環(huán)的環(huán)境溫度控制系統(tǒng)，精確實現(xiàn)半導體制冷片的制冷調節(jié)效應。液晶顯示模塊和按鍵輸入模塊用于顯示和設定溫度的輸入。
[0010]所述的溫度傳感器安裝在半導體制冷片后部，實時的采集半導體制冷片溫度數據，溫度數據反饋給電子溫控器的測溫模塊，由高精度MCU控制單元進行智能化處理，從而調整半導體制冷片的制冷效果。
[0011]所述的恒溫箱，由溫度傳感器、半導體制冷片和散熱器組成，0)2流經液態(tài)0)2輸送泵泵頭時，利用半導體制冷片對CO2進行制冷。散熱器吸收半導體制冷片工作時產生的熱量，再發(fā)散至恒溫箱外部。
[0012]本實用新型提供的技術方案的有益效果是:
[0013]與傳統(tǒng)恒溫裝置相比，波紋板片換熱器的使用在減小安裝體積和自身重量的前提下，散熱效率得到了顯著的提高；電子溫控器和溫度傳感器的配合使用，使恒溫裝置形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，溫度的變化處理更加快速和準確；模糊PID算法的引入，即使外界溫度產生微小變化，恒溫裝置也能做出精確的溫差補償與調節(jié)。
【附圖說明】
[0014]圖1為恒溫裝置整體結構圖。其中，1、波紋板片換熱器2、電子溫控器3、液態(tài)CO2輸送泵泵頭4、恒溫箱5、溫度傳感器6、半導體制冷片7、散熱器
[0015]圖2為板式換熱器的結構圖。其中，8、密封圈9、上擋板10、換熱板片11、下?lián)醢?br>[0016]圖3為電子溫控器電路結構示意圖。其中，12、直流電源模塊13、制冷片驅動模塊
14、A/D測溫模塊15、MCU控制單元16、D/A模塊17、液晶顯示屏18、按鍵模塊
[0017]圖4為半導體制冷片結構圖。其中，12、直流電源模塊19、N型半導體20、P型半導體21、金屬導流片22、金屬導流片基板(冷端)23、金屬導流片基板(熱端)。
【具體實施方式】
[0018]結合附圖詳細說明本實用新型的具體實施過程。從儲罐流出的液態(tài)0)2經過波紋板片換熱器I進行首次降溫(如圖2)，再經恒溫箱4 二次冷卻降溫。當0)2流經液態(tài)CO 2輸送泵泵頭3時，利用與CO2輸送泵泵頭3緊密安裝的半導體制冷片6進行制冷(如圖1)，制冷片6中的N型半導體19和P型半導體20與金屬導流片21連接并形成熱電偶對回路，當電流由N型半導體19通過P型半導體20時，電場使N型半導體中19中的電子和P型半導體20中的空穴反向流動，它們產生的能量來自晶格的熱能，在金屬導流片基板(冷端)22上吸熱熱量，金屬導流片基板(熱端)23上釋放熱量，產生溫差(如圖4)，金屬導流片基板(熱端)23釋放的熱量經恒溫箱4中的散熱器7散發(fā)，由此實現(xiàn)對液態(tài)CO2的二次冷卻降溫。電子溫控器2用于控制恒溫箱4的溫度，電子溫控器2中的直流電源模塊12驅動制冷片驅動模塊13工作，制冷片驅動模塊13輸出電流來控制半導體制冷片6的溫度，安裝在半導體制冷片6上的溫度傳感器5用于采集其實時溫度值，并傳送給A/D測溫模塊14，A/D測溫模塊14將采集到的溫度值模擬量轉換為數字量后，交給MCU控制單元15中的模糊PID算法處理，處理后的數據數字量經D/A模塊16變換為模擬量輸出至制冷片驅動模塊13，制冷片驅動模塊13調節(jié)輸出驅動電流的大小，用來消除半導體制冷片6上安裝的溫度傳感器5所反饋的溫度偏差(如圖3)。
【主權項】
1.一種應用于超臨界流體色譜系統(tǒng)的恒溫裝置，由波紋板片換熱器(1)、電子溫控器(2)、液態(tài)CO2輸送泵泵頭(3)和恒溫箱(4)組成；該裝置外側裝有波紋板片換熱器(1)，正面裝有電子溫控器(2 )、液態(tài)CO2輸送泵泵頭(3 )和恒溫箱(4 )，恒溫箱(4 )通過緊固螺釘安裝在液態(tài)CO2輸送泵泵頭(3 )正面。
2.根據權利要求1所述的一種應用于超臨界流體色譜系統(tǒng)的恒溫裝置，其特征在于:恒溫箱(4)由溫度傳感器(5 )、半導體制冷片(6 )和散熱器(7 )組成，散熱器(7 )置于恒溫箱(4)外側，同端內側裝有半導體制冷片(6)，半導體制冷片(6)與液態(tài)CO2輸送泵泵頭(3)緊密安裝。
3.根據權利要求1所述的一種應用于超臨界流體色譜系統(tǒng)的恒溫裝置，其特征在于:電子溫控器是由直流電源模塊(12)、制冷片驅動模塊(13)、A/D測溫模塊(14)、MCU控制單元(15 )、D/A模塊(16 )、液晶顯示屏(17 )和按鍵模塊(18 )組成。
【專利摘要】本實用新型公開了一種應用于超臨界流體色譜系統(tǒng)的恒溫裝置，由CO2液態(tài)輸送泵泵頭、波紋板片換熱器、電子溫控器和恒溫箱組成。從儲罐流出的液態(tài)CO2經過波紋板片換熱器進行首次降溫，再經恒溫箱二次冷卻降溫后，最終使CO2以穩(wěn)定的液體狀態(tài)進入CO2液態(tài)輸送泵泵頭。本實用新型采用波紋板片換熱器，在減小安裝體積和自身重量的同時，提高了散熱效率；電子溫控器和溫度傳感器的配合使用，使恒溫裝置形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，溫度的變化處理更加快速和準確；模糊PID算法的引入，即使外界溫度產生微小變化，恒溫裝置也能做出精確的溫差補償與調節(jié)。
【IPC分類】G01N30-30
【公開號】CN204330698
【申請?zhí)枴緾N201420828380
【發(fā)明人】張巖, 關正娟, 尤慧艷
【申請人】江蘇漢邦科技有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月24日