Генератор потока пара органического вещества

Изобретение может быть использовано для калибровки приборов газового анализа или для генерации потока пара данного органического вещества. Корпус генератора выполнен в виде трехслойного тела. Во внутреннем слое корпуса расположена полость, этот слой выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, молибдена или алюминия. Два внешних слоя корпуса генератора выполнены из материала с низкой теплопроводностью, например, из нержавеющей стали, ковара или алундовой керамики. Нагреватели, которыми снабжен корпус генератора, выполнены в виде тепловых насосов, например ячеек Пельтье, и закреплены на внешних поверхностях внешних слоев корпуса генератора. Нагреватели расположены так, что направление потока тепла, генерируемого первым тепловым насосом, направлено в сторону внешней поверхности первого внешнего слоя корпуса генератора, на которой закреплен первый тепловой насос, а направление потока тепла, генерируемого вторым тепловым насосом, направлено в сторону, противоположную внешней поверхности второго внешнего слоя корпуса генератора, на которой закреплен второй тепловой насос. Генератор снабжен также датчиком температуры корпуса, который расположен во внутреннем слое корпуса. Изобретение обеспечивает расширение диапазона температур органического вещества, используемого для калибровки приборов газового анализа, при генерации потока пара данного органического вещества. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для калибровки приборов газового анализа органических веществ, например, для калибровки дрейф-спектрометров и газовых хроматографов, измерения их чувствительности, разрешающей способности, создания баз данных по дрейф-спектрам и хроматографическим спектрам органических веществ.

Известны устройства, которые используются для калибровки приборов газового анализа органических веществ, например для калибровки газовых хроматографов [1, стр.256-260]. Все они содержат корпус, имеющий полость и снабженный нагревателем корпуса, причем полость снабжена входным и выходным штуцерами, соединенными соответственно с внешним насосом и с внешним прибором газового анализа. Калибровочное органическое вещество, например, с помощью микрошприца вводится в полость корпуса, испаряется, и поток пара органического вещества направляется во внешний прибор, который калибруется.

Известные устройства широко применяются для калибровки газовых хроматографов, однако они имеют существенные недостатки: во-первых, они сложны в эксплуатации, во-вторых, они позволяют получать только импульсные, а не непрерывные потоки пара органических веществ.

Известен генератор потока пара органического вещества, включающий пористое тело, содержащее запас органического вещества и помещенное в полость корпуса генератора, причем корпус генератора содержит входной и выходной штуцеры, каналы которых сообщаются с полостью корпуса генератора, при этом штуцеры соединены соответственно с внешним источником потока воздуха, например насосом, снабженным датчиком потока воздуха, и с внешним прибором газового анализа, при этом корпус генератора снабжен двумя нагревателями и датчиком температуры корпуса [2].

Известное устройство имеет достаточно простую конструкцию и может быть использовано для калибровки дрейф-спектрометров. Однако существенным недостатком известного устройства является невозможность его применения при необходимости создания потока пара тестирующего вещества, находящегося при температуре вблизи или ниже комнатной температуры. Данная задача особенно важна для экспериментального определения предельной чувствительности и соответствующей калибровки приборов газового анализа.

Целью предлагаемого изобретения является расширение диапазона температур органического вещества, используемого для калибровки приборов газового анализа, при генерации потока пара данного органического вещества.

Поставленная цель достигается тем, что корпус генератора выполнен в виде трехслойного тела, в котором полость корпуса расположена во внутреннем слое корпуса, выполненном из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, молибдена или алюминия, два внешних слоя корпуса генератора выполнены из материала с низкой теплопроводностью, например, из нержавеющей стали, ковара или алундовой керамики, а нагреватели выполнены в виде тепловых насосов, например ячеек Пельтье, и закреплены на внешних поверхностях внешних слоев корпуса генератора таким образом, что направление потока тепла, генерируемого первым тепловым насосом, направлено в сторону внешней поверхности первого внешнего слоя корпуса генератора, на которой закреплен первый тепловой насос, а направление потока тепла, генерируемого вторым тепловым насосом, направлено в сторону, противоположную внешней поверхности второго внешнего слоя корпуса генератора, на которой закреплен второй тепловой насос, причем датчик температуры корпуса расположен во внутреннем слое корпуса.

На внешних поверхностях первого и второго внешних слоев корпуса генератора дополнительно размещены датчики температуры.

Заявленный способ иллюстрируется следующими чертежами. На Фиг.1 приведена конструкция генератора потока пара органического вещества, а на Фиг.2 - распределение температуры вдоль оси, перпендикулярной внешним поверхностям внешних слоев корпуса генератора.

На Фиг.1 обозначены: 1 - две части пористого тела, закрепленные во втулках 2, которые, в свою очередь, закреплены во внутреннем слое 4 корпуса генератора, 3 - запас органического вещества, 5 - первый внешний слой корпуса, 6 - второй внешний слой корпуса, 7 - первый тепловой насос, 8 - второй тепловой насос, 9 и 10 - охлаждающие радиаторы, 11 - входной штуцер, 12 - выходной штуцер, 13 и 14 - дополнительные датчики температуры, 15 датчик температуры внутреннего слоя корпуса генератора, F - направление потока воздуха, прокачиваемого через устройство внешним насосом, Q - величина и направление потока тепла, прокачиваемого через устройство тепловыми насосами, l₄÷l₁₀ - толщина слоев соответственно 4÷10. На Фиг.2 обозначены: Т - температура, Т_К - заданное значение температуры, при которой должен находиться запас органического вещества 3.

Сущность предложенного устройства состоит в том, что в устройстве при любом заданном значении температуры Т_K запаса органического вещества, даже при необходимости поддержания температуры запаса органического вещества на уровне комнатной температуры, через устройство задается определенный ноток тепла Q с помощью тепловых насосов.

Величина теплового потока, проходящего через устройство, и величины теплопроводности, толщины и перепада температуры для каждого слоя корпуса устройства связаны известным соотношением:

Q=λ_iΔТ_i/l_i,

где λ_i - теплопроводность материала слоя i, ΔТ_i - перепад температуры на слое i, l_i - толщина слоя i, i=4÷6. Если выбрать l₄/λ₄<l₅/λ₅ и l₄/λ₄<l₆/λ₆, то величина перепада температуры на слое 4 будет существенно меньше, чем перепад температуры на слоях 5 и 6. Практически это можно обеспечить, если теплопроводность материала слоя 4 (медь, молибден, алюминий и т.д.) будет в 7-10 раз выше, чем теплопроводность материала слоев 5 и 6 (нержавеющая сталь, ковар, алундовая керамика и т.д.). При этом условии, из-за конструктивных соображений, толщину слоев 5 и 6 можно выбирать в интервале 0,4-1,5 от толщины слоя 4. В этом случае внутренний слой корпуса генератора потока органического вещества будет иметь практически однородную по толщине температуру, а внешние слоя корпуса будут выполнять роль тепловых сопротивлений для согласования тепловых режимов работы тепловых насосов.

Устройство работает следующим образом. Тепловые насосы могут быть запитаны, например, через мостовую схему электропитания. В исходном положении при полной симметрии электропитания тепловых насосов температура запаса органического вещества будет равна комнатной температуре, при этом через устройство будет протекать некоторый тепловой поток Q_O, а распределение температуры вдоль оси, перпендикулярной внешним поверхностям внешних слоев корпуса генератора, будет соответствовать распределению, показанному на Фиг.2. Данный режим работы стабилизируется, например, цепью обратной связи, управляемой разностью опорного сигнала и сигнала от датчика температуры 15. При изменении величины опорного сигнала происходит разбалансировка питания тепловых насосов, при этом поток Q становится больше или меньше потока Q_О, причем в зависимости от величины опорного сигнала температура внутреннего слоя корпуса генератора может быть установлена как выше, так и ниже комнатной температуры. Так как любые тепловые насосы имеют ограничения по величине теплового потока, который они могут генерировать, то для контроля режимов их работы и оптимального выбора исходного режима, определяющего величину Q_О, служат дополнительные датчики температуры 13 и 14. По существу они позволяют для конкретного типа тепловых насосов и заданного значения рабочего диапазона температур запаса органическою вещества оптимально выбрать режим работы тепловых насосов, который обеспечивает регулирование температуры запаса органического вещества.

Изложенное показывает, что в научно-технической и патентной литературе отсутствуют технические решения, позволяющие достичь указанных технических результатов с помощью вышеуказанных приемов и средств, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условиям патентоспособности: «новизна» и «изобретательский уровень». Заявленная конструкция может быть реализована в промышленности, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности: «промышленная применимость».

ЛИТЕРАТУРА.

1. Руденко Б.А., Руденко Г.И. Высокоэффективные хроматографические процессы. Том.1, Газовая хроматография. М.: Наука, 2003, 425 с. (аналог).

2. Carnahan В., Day S., Kouznetsov V., Tarassov A., "Field Ion Spectrometry - A new technology for cocaine and heroin detection". Proceedings of "The International Society for Optical Engineering": "Chemistry - and Biology-Based Technologies for Contraband Detection", 20-21 November 1996, Boston, Massachusetts, Vol.2937. p.107-119 (прототип).

1. Генератор потока пара органического вещества, включающий пористое тело, содержащее запас органического вещества и помещенное в полость корпуса генератора, причем корпус генератора содержит входной и выходной штуцеры, каналы которых сообщаются с полостью корпуса генератора, при этом штуцеры соединены соответственно с внешним источником потока воздуха, например насосом, снабженным датчиком потока воздуха, и с внешним прибором газового анализа, при этом корпус генератора снабжен двумя нагревателями и датчиком температуры корпуса, отличающийся тем, что корпус генератора выполнен в виде трехслойного тела, в котором полость корпуса расположена во внутреннем слое корпуса, выполненном из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, молибдена или алюминия, два внешних слоя корпуса генератора выполнены из материала с низкой теплопроводностью, например, из нержавеющей стали, ковара или алундовой керамики, а нагреватели выполнены в виде тепловых насосов, например ячеек Пельтье, и закреплены на внешних поверхностях внешних слоев корпуса генератора таким образом, что направление потока тепла, генерируемого первым тепловым насосом, направлено в сторону внешней поверхности первого внешнего слоя корпуса генератора, на которой закреплен первый тепловой насос, а направление потока тепла, генерируемого вторым тепловым насосом, направлено в сторону, противоположную внешней поверхности второго внешнего слоя корпуса генератора, на которой закреплен второй тепловой насос, причем датчик температуры корпуса расположен во внутреннем слое корпуса.

2. Генератор потока пара органического вещества по п.1, отличающийся тем, что на внешних поверхностях первого и второго внешних слоев корпуса генератора дополнительно размещены датчики температуры.