[实用新型]一种应用于超临界流体色谱系统的恒温装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种应用于超临界流体色谱系统中的恒温装置，属于机械自动化领域。

背景技术

超临界流体色谱(supercritical fluid chromatography,简称SFC)是以超临界流体为流动相，固体吸附剂或键合到载体上的高聚物为固定相的色谱。它不但能分离气相色谱系统难分离的热不稳定、相对分子质量较高、强极性或非挥发性化合物，也能分离液相色谱系统难以分离的高相对分子质量化合物。

超临界流体色谱系统一般采用CO₂和有机溶剂（甲醇等）作为流动相，CO₂在输送过程中，它的状态会有一些变化。CO₂临界点温度为30.98℃，临界点压力为7.377MPa，从储液罐中出来的CO₂经过减压阀减压后压力一般设定为5MPa，CO₂要维持液态，其温度须维持在5℃的恒温，温度过高，CO₂就会气化，高压CO₂柱塞泵在输液时流速会出现较大的脉动，从而影响系统检测的稳定性。

如何将CO₂柱塞泵前的温度维持在5℃恒温，使CO₂保持在液体状态，是本实用新型要解决的难题。现有的恒温装置，大多采用低精度的MCU或者模拟电路构成的温控器，温度数据采集和处理速度较为滞后，且惯性温度误差较大。使用的管壳式散热结构，由于其旁路效应导致其传热效率低，产生的对数平均温差大，泵的流速不稳定，同时其安装体积和重量都较大。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有超临界流体色谱系统中CO₂恒温装置存在的缺陷，提供了一种制冷散热效果好、温度控制精度高的CO₂恒温装置。

本实用新型是通过以下技术方案解决的：

一种应用于超临界流体色谱系统的恒温装置，由液态CO₂输送泵泵头、波纹板片换热器、电子温控器和恒温箱组成。

所述的波纹板片换热器，由密封圈、上挡板、下挡板和夹在其中的多个依次排列的换热板片组成，每个换热板片上分布有凸起状波纹，相邻的热媒质换热板片和冷媒质换热板片之间构成换热通道。为增大对数平均温差和传热系数，采用冷、热媒逆向流动布置。热媒介正向流入热媒质换热板片层，冷媒介反向流入冷媒质换热板片层，相邻的各板片层间形成流体换热通道，利用板片间空气流动的热传导效应，对热媒质流动板层进行降温，并将降温后的热媒质输送到液态CO₂输送泵泵头。

所述的电子温控器是一种智能温控器，可精确控制CO₂流体进入液态CO₂输送泵泵头之前的温度，由直流电源模块、16位高精度MCU控制单元、制冷片驱动模块、测温模块、A/D和D/A处理模块、LCD液晶显示模块和按键输入模块组成。直流电源模块驱动制冷片驱动模块工作，制冷片驱动模块输出电流来控制半导体制冷片的温度，通过测温模块采集半导体制冷片的实际温度值，A/D处理模块将模拟量的温度值转换为MCU能够识别的数字量，与外部设定的温度参数进行比较，两者比较所产生的偏差，通过16位高精度MCU控制单元中的模糊PID程序处理，通过D/A处理模块将处理得到的数字量转换为制冷片驱动模块能够识别的模拟量，对制冷片驱动模块输出电流大小的进行调节，来消除半导体制冷片所产生的温度偏差，从而形成闭环的环境温度控制系统，精确实现半导体制冷片的制冷调节效应。液晶显示模块和按键输入模块用于显示和设定温度的输入。

所述的温度传感器安装在半导体制冷片后部，实时的采集半导体制冷片温度数据，温度数据反馈给电子温控器的测温模块，由高精度MCU控制单元进行智能化处理，从而调整半导体制冷片的制冷效果。

所述的恒温箱，由温度传感器、半导体制冷片和散热器组成， CO₂流经液态CO₂输送泵泵头时，利用半导体制冷片对CO₂进行制冷。散热器吸收半导体制冷片工作时产生的热量，再发散至恒温箱外部。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

与传统恒温装置相比，波纹板片换热器的使用在减小安装体积和自身重量的前提下，散热效率得到了显著的提高；电子温控器和温度传感器的配合使用，使恒温装置形成闭环控制系统，温度的变化处理更加快速和准确；模糊PID算法的引入，即使外界温度产生微小变化，恒温装置也能做出精确的温差补偿与调节。

附图说明