专利名称：用于具有可变速风扇的分析仪炉�？榈姆椒ê妥爸玫闹谱鞣椒�
技术领域：
本发明一般地涉及用于控制分析仪的炉�？橹形露确植嫉姆椒ê妥爸�。更具体而言，本发明涉及在分析仪的炉�？橹惺褂每杀渌俜缟取�
背景技术：
分析仪的性能通常容易受到温度变化的影响。诸如气相色谱仪的分析仪的一个或多个部件的温度，一般是通过将该部件放置在温控室中来控制的。该室可以包括加热或者冷却设备，或者这些设备的组合。当需要高于环境温度的温度时，使用炉�？�。例如，对于精确的操作，气相色谱仪分离柱的温度被控制在一度的十分之几以内。通过将色谱仪柱放置在炉子中来控制温度。
在自动化测试中，总处理量取决于样品分析周期的持续时间。样品分析周期的持续时间的减小会增大处理量。
减小样品分析周期的持续时间的一个方法是增大分析期间炉子的加热速率。这需要用户调整分析方法参数，例如气压和气流来获得新的加热速率。虽然有计算机应用程序帮助进行此处理，但为了细调新方法，通常必须进行许多迭代。最终，大的加热速率还可能导致不可接受的分辨(resolution)或者动态范围的损失。
减小样品分析周期的持续时间的另一个方法是增大多个分析之间炉子的冷却速率。完成此方法的一个策略是减小炉子的热质量(thermalmass)。使用更少的材料来加热，那么在采样分析周期中就会存储更少的能量，因此在冷却期间要去除的能量更少。类似地，在加热期间将需要更少的能量。例如，可以减小炉子的壁厚。由于壁刚度减�。贡诒浔』岽嬖谟τ孟拗疲跣〉谋诟斩瓤赡艿贾麓尤狈γ栏械讲荒苡行У匕沧拔锾宓铰诘囊幌盗形侍�。另一个可能性是减小整个炉子尺寸或者炉模块的容积。另外，因为此选择减小了GC柱和其他附件可用的空间，并且使维护更困难，会出现物理限制。
发明内容
本发明一般地涉及用于增大分析仪炉�？榈睦淙此俾实姆椒ê妥爸�。
本发明涉及用在控制分析仪的部件温度的炉�？�。炉�？榫哂腥菽刹考目翘�。壳体具有流体入口和流体出口。至少部分安装在壳体内的可变速风扇可以操作来使流体在壳体内循环。可变速风扇还被用来将冷却流体通过流体入口吸入壳体中。当需要冷却炉子时，可变速风扇在增大的速度下运行，以增大冷却速率。
在所附权利要求中阐述了被认为是本发明特性的新特征。但是，当结合附图阅读时，通过参考下面对示例性实施例的详细说明，将最好地理解本发明自身、以及实施的优选模式、及其其他目的和优点，附图中图1是示例性气相色谱仪的图形表示。
图2是根据本发明实施例的炉模块的内部视图。
图3是根据本发明实施例的炉�？榈钠适油�。
图4是表示根据本发明实施例的风扇速度和冷却时间之间的示例性关系的曲线图。
具体实施例方式
虽然本发明允许有许多不同形式的实施例，但附图中示出并且此处将详细说明一个或多个具体实施例，同时应当理解到本公开将被视为本发明原理的示例，而无意将本发明限制在所示出和说明的具体实施例。在以下说明中，相同的标号被用来说明附图的若干视图中相同、相似或者相应的部分。
本发明涉及用于减小分析仪的炉�？榈睦淙词奔涞姆椒ê妥爸茫龇治鲆抢缡瞧嗌滓�。
分析仪的炉�？樯柚糜锌杀渌俜缟龋每杀渌俜缟瓤梢栽诜治鼋锥我缘谝凰俣仍诵幸越炼？橹械牧魈澹⑶铱梢栽诶淙唇锥我越细叩牡诙俣仍诵幸栽龃舐拥睦淙此俾�。在冷却阶段，可变速风扇将冷空气吸入炉�？橹小�
在冷却阶段风扇的速度可以变化，以控制冷却期间的温度分布。
一个或多个附加风扇可以与可变速风扇一起使用，以进一步增大冷却速率。
本发明的以下说明将涉及气相色谱仪形式的分析仪。但是，此处的教导也可以应用到诸如其他类型色谱仪的其他分析仪，以及用于检测或分析物理参数或现象的其他仪器。
图1是示例性气相色谱仪100的图形表示。将要分析的材料样品注入注射器口102中，直到色谱仪分离柱104的端部。通过被称为载气的惰性气体流动相的流动，样品被传送通过分离柱104。来自供气装置106的载气的流动由流动控制器108控制。柱104自身可以包含液态固定相，其被吸附到惰性固体的表面上。通常使用的载气包括氮气、氦气、氩气和二氧化碳。载气的选择通常取决于所使用检测器的类型。
通过气体的流动，样品的各种组分在压力下被强制通过分离柱104，并且由检测器110检测。检测器110的输出由外部计算机112或者其他记录设备记录。外部计算机112或者被实现为气相色谱仪100中固件的控制器可以提供对分析过程的全面控制。样品组分具有不同的迁移率，因此在它们穿过分离柱104时会彼此分离。因此，样品组分在不同的时间到达检测器110。注射器102和检测器110可以结合为�？樽榧�。
分离柱104安装在炉�？�114的内部。炉�？�114被风扇罩116内的加热线圈加热。诸如搅动扇118的流体移动设备运行以使流体在加热线圈和风扇罩116上移动来加热炉子内的流体，并且还搅动炉子内的流体以使炉子温度保持均匀。虽然在此实施例中使用了搅动扇，但对本领域技术人员而言，显然可以使用适于炉子中的气体或者液体的其他类型的流体移动设备。
在本发明的一个实施例中，搅动扇118的速度在色谱分析期间以第一速率运行，而在冷却期间以更高的第二速率运行。这增大了冷却速率，并有助于增大自动化测试期间的处理量。风扇的速度可以由仪器中的固件或者外部计算机112控制。
在另一个实施例中，仪器中的固件控制加热元件116和风扇118，以在色谱分析或者冷却期间生成炉�？�114内的预定温度分布。
炉子中的流体可以是气体，例如空气、氦气或者氮气，或者其可以是液体，例如水。
在冷却期间，搅动扇118运行以将冷却流体从流体入口120吸入炉子中，使其沿着炉壁循环并将其从流体出口122排出。为了适应此操作，流体入口120被导通到搅动扇118后的低压区。
在图1中，分析仪是气相色谱仪，并且其部件之一即分离柱104基本被放置在炉�？�114内。其他分析仪可能具有至少部分位于用于加热的炉�？槟诘母髦植考�
图2是根据本发明实施例的示例性炉�？�114的内部视图。在此实施例中，流体入口120与搅动扇118共轴排列，搅动扇118可以被实现为径流式风扇。罩116包括例如电阻线的加热元件。罩116中的孔202允许流体返回搅动扇118中心处的低压区。
图3是通过图2所示的炉�？榈慕孛�3-3的剖视图。图3示出了入口120和出口122相对于搅动扇118和具有罩116的加热元件的位置。能够以可变速度运行的搅动扇118包括多个安装到中心毂的叶片，中心毂经由轴302顺次地耦合到可变速电机304。向可变速电机304供电的电源(未示出)由速度控制器306控制。速度控制器306可以包含在与风扇电机304相同的组件中，或者可以独立于风扇电机304。
速度控制器306可以响应于来自仪器内固件的控制信号而运行。
在操作中，搅动扇118在其轴附近产生低压区，该低压区通过入口120将冷却流体吸入炉子中。此外，搅动扇118在其周边产生高压区，高压区通过出口122将热流体推动出去。来自入口120的冷却流体绕着加热元件和罩116的边缘、经过炉子114的壁并返回通过罩中的孔202而循环。这导致箭头308所示的环形循环。其他可变速流体移动设备，例如轴流式风扇、离心式风扇或者鼓风机，都可以用来代替径流式风扇。
根据本发明的一个方面，搅动扇118的速度在冷却期间增大以在冷却期间以增大的速率将冷却流体吸入炉子中。
为了进行有效的操作，入口120位于搅动扇118所形成的低压区中，而出口122位于压力较高的区域中。搅动扇118定位成使流体流过加热元件，并在色谱分析期间使整个炉子保持基本均匀的温度。而且，搅动扇118定位成使流体在冷却阶段流过炉子的壁。
可选地，将辅助风扇安装在入口120、出口122或者入口和出口两者中，以在冷却期间进一步增大流体流动。在入口中安装辅助风扇310允许风扇处于较冷的环境中。在出口中安装辅助风扇312要求风扇电机足够耐热，并可能要求将电机放置在气流以外。辅助风扇在加热期间可以被关闭，以使仪器的最大电流最小化。
在一个实施例中，当需要增加或者保持炉子中的温度时，流体入口和流体出口在样品分析期间关闭。当需要冷却时，流体入口和流体出口打开。
在本发明的一个实施例中，气相色谱仪设置有可变速风扇。可变速风扇在色谱分析期间以第一速度运行以提供对流体的搅动，并且在冷却期间以更高的第二速度运行来将流体吸入炉子中。在一个实施例中，可变速风扇由直流电机驱动。在另一个实施例中，可变速风扇由具有速度控制器的交流电机驱动。
使用可变速风扇比使用单一固定速度风扇具有一些优点。为了利用单一固定速度风扇获得快速冷却，需要固定速度风扇在冷却期间高速运行。如果风扇在色谱分析期间以相同的高速度运行，结果将是噪声、振动、能量消耗和对风扇与电机的磨损都增大。具体而言，因为在色谱分析期间搅动扇和加热元件两者同时运行，所以增大了整个系统的最大能量消耗，从而需要更强大的电源或者减小用于加热的能量。此外，一些色谱检测器对振动非常敏感。
使用两个固定速度风扇的组合(一个用于搅动，一个用于冷却)避免了这些缺点，但是增加了部件数量和成本。此外，改造第二风扇更加困难。
在一个实施例中，风扇电机位于流体流的外面，并且与流体流绝热，以防止热从风扇电机进入炉子和来自炉子的热使风扇电机过热。在此实施例中，风扇叶片和轴位于流体流中，但电机安装在远处以保护其免受炉热的影响。然而，电机产生的热通过炉子中的电机轴和风扇叶片传导。虽然在高温下，相对于炉子中存储的热而言，这可能不是重要的热源，但是在环境温度附近或者在低温下，这就变得更加重要。而且，搅动的动作向系统增加了能量。因此，在环境温度附近最小化流动速度是重要的。
在另一个实施例中，风扇电机位于流体流内。在此实施例中，风扇的速度在冷却期间可以改变，以平衡风扇吸入流体的冷却容量和风扇电机所产生的热。
表1概括了安装有用于搅动和冷却的可变速直流风扇的安捷伦科技(Agilent Technologies)6890气相色谱仪的一些示例性冷却时间。该表示出了炉子从350℃冷却到40℃的时间。通过增大风扇速率，冷却时间与恒速交流风扇(空载时，速率为1735RPM)相比最高可以减小45％。
表1
图4中以图形示出了表1中的结果。该曲线表示作为风扇速度函数的、从350℃冷却到40℃的时间。
虽然已经结合特定实施例说明了本发明，但根据以上说明，对于本领域技术人员而言，许多替代、修改、置换和变化都是显然的。因此，意于使本发明涵盖所有落入所附权利要求范围的这些替代、修改和变化。
权利要求
1.一种用于控制分析仪(100)的部件(104)温度的炉�？�(114)，包括具有容纳所述部件(104)的足够尺寸和形状的壳体，所述壳体具有流体入口(120)和流体出口(122)以提供通过所述壳体的流体循环；和可变速风扇(118)，所述可变速风扇(118)可以第一速度运行来循环所述壳体内的流体，并且可以高于所述第一速度的第二速度运行来将冷却流体通过所述流体入口(120)吸入所述壳体中。
2.如权利要求1所述的炉�？�(114)，其中在所述炉�？�(114)的温度高于环境温度的分析阶段中，所述分析仪(100)可以操作来分析样品，并且在分析阶段之后的冷却阶段，所述炉�？�(114)的温度减�。⑶宜隹杀渌俜缟�(118)在冷却阶段可以以比在所述分析阶段更高的速度旋转运行。
3.如权利要求2所述的炉�？�(114)，还包括位于所述流体入口(120)内的辅助风扇(310)，并且所述辅助风扇(310)在冷却阶段可以运行以增大通过所述炉�？�(114)的流体流。
4.如权利要求2所述的炉�？�(114)，还包括位于所述流体出口(122)内的辅助风扇(312)，并且所述辅助风扇(312)在冷却阶段可以运行以增大通过所述炉模块(114)的流体流。
5.如权利要求1所述的炉�？�(114)，其中所述可变速风扇(118)选自轴流式风扇、离心式风扇或径流式风扇。
6.如权利要求1所述的炉�？�(114)，其中所述分析仪(100)是气相色谱仪，并且其中当所述气相色谱仪正在分析样品时，所述可变速风扇(118)以第一速度运行，而当所述壳体冷却时，所述可变速风扇(118)以第二速度运行。
7.一种用于增大分析仪(100)的炉子(114)冷却速率的方法，所述方法包括在所述分析仪(100)对样品进行分析期间，使可变速风扇(118)以第一速度运行来循环所述炉子(114)内的流体，并且保持整个所述炉子(114)基本均匀的温度；以及在所述分析仪(100)对样品进行分析之后的冷却阶段，使所述可变速风扇(118)在增大的速度下运行，以将冷却流体通过流体入口(120)吸入所述炉子(114)中并且增大所述炉子(114)的冷却速率。
8.如权利要求7所述的方法，还包括在所述冷却阶段改变所述可变速风扇(118)的速度以使冷却速率最大化。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述分析仪(100)是气相色谱仪。
全文摘要
本发明公开了一种用于控制分析仪(100)的部件(104)温度的炉�？�(114)。所述炉�？�(114)具有壳体以容纳所述部件和加热元件。所述壳体具有流体入口(120)和流体出口(122)。安装在所述壳体内的可变速风扇(118)可以运行以使所述壳体内的流体循环，并且通过所述流体入口(120)将冷却流体吸入所述壳体内。当需要冷却所述炉子(114)时，所述可变速风扇(118)在增大的速度下运行。
文档编号G01N30/54GK1719224SQ20041008855
公开日2006年1月11日 申请日期2004年11月5日 优先权日2004年7月8日
发明者萨米·伊丽莎白·米勒二世 申请人:安捷伦科技有限公司
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