專利名稱：用于氣相色譜爐的進氣橫板的制作方法
技術領域：
本技術領域涉及氣相色譜爐，更具體而言，涉及爐冷卻效率。
背景技術：
氣相色譜法(GC)是用于分離、識別和量化化學化合物的物理方法。將試樣混合物注入流動的中性載體流，這些組合物流動穿過管子或色譜柱。柱子的內(nèi)表面涂有或包有固定相。當試樣混合物和載體流流動穿過柱子時，混合物中的成分不同程度地被固定相留下，這取決于單種成分的相對揮發(fā)性及其各自對固定相的親和性。不同的化學化合物被固定相在不同的時候留下。當單種混合物成分被固定相釋放到載體流中時，這些成分被向著柱出口沖刷，以由檢測器來檢測和測量?；旌衔锍煞种械木唧w化合物可以被識別，并且其相對濃度可以通過測量峰值保持時間和峰值面積而分別確定。
當前色譜法的發(fā)展趨勢是改進試樣周期時間以增大用戶吞吐量。周期時間包括試樣注入時間、爐加熱時間、試樣分離時間以及爐冷卻或平衡時間。為了減小試樣滯留時間，爐子正變得越來越強大(更高瓦特數(shù)的線圈)并變得越來越小(更低的熱質(zhì)量)。隨著爐子尺寸的減小，爐子進氣和排出口的管道系統(tǒng)通常變得更加復雜，以適應更小的地方或者布置得離爐子更遠。
在小而快的GC爐中所使用的一種幾何構形包括被連接到收斂形進氣管道的一個或多個軸向盒裝進氣風扇(boxer intake fan)。進氣風扇通過收斂進氣管道向GC爐供應新鮮空氣。使用收斂進氣管道允許在冷卻過程中使用遠離小爐子布置的更大的進氣風扇。但是，可以對該系統(tǒng)進行進一步的改進以更迅速地冷卻爐子。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于氣相色譜(GC)爐的爐進氣口，包括具有適應小爐子的收斂幾何形狀的進氣管道。所述進氣管道具有向所述GC爐供應氣流的一個或多個進氣風扇。所述氣流從所述一個或多個進氣風扇產(chǎn)生，并流動通過所述進氣管道而進入所述GC爐。所述爐進氣口還包括在所述進氣管道內(nèi)平行于流入所述GC爐的所述氣流的方向布置的一個或多個橫板。所述一個或多個橫板減小從所述一個或多個進氣風扇產(chǎn)生的所述氣流的旋轉(zhuǎn)，并引導所述氣流通過所述進氣管道而進入所述GC爐。
一種為GC爐設置進氣橫板的系統(tǒng)包括進氣管道，所述進氣管道具有收斂截面來適應位于進氣管道一端的GC爐。所述系統(tǒng)還包括在所述進氣管道相對一端遠離GC爐的一個或多個進氣風扇。所述一個或多個進氣風扇向GC爐供應氣流。所述系統(tǒng)還包括在所述進氣管道內(nèi)平行于流入GC爐的所述氣流的方向布置的一個或多個橫板。所述一個或多個橫板減小從所述一個或多個進氣風扇產(chǎn)生的所述氣流的旋轉(zhuǎn)，并減小流入GC爐的所述氣流的摩擦損耗。
一種用于冷卻爐子的方法，包括在進氣管道內(nèi)平行于流入所述爐子的氣流的方向設置一個或多個橫板。所述進氣管道具有適應所述爐子的收斂幾何形狀，并具有遠離所述爐子的一個或多個進氣風扇。所述一個或多個進氣風扇為所述爐子供應氣流。使用所述一個或多個橫板減小了從所述一個或多個進氣風扇產(chǎn)生的所述氣流的旋轉(zhuǎn)，并減小了所述爐子的冷卻時間。


將參考以下附圖詳細描述用于為氣相色譜(GC)爐設置進氣橫板的系統(tǒng)和方法的優(yōu)選實施例，所述附圖中類似的標號指示類似的元件，其中圖1圖示了帶收斂進氣管道和進氣風扇的示例爐進氣口；圖2圖示了圖1的示例爐進氣口在沒有橫板時的剖面?zhèn)纫晥D，示出了氣流旋的可能趨勢；圖3A圖示了圖1的示例爐進氣口在帶進氣風扇時的正視圖；
圖3B圖示了圖1的示例爐進氣口不帶進氣風扇時的另一個正視圖；圖4圖示了圖1的示例爐進氣口的剖面俯視圖，示出了進氣管道內(nèi)橫板的位置；圖5圖示了在圖1的示例爐進氣口中用來提高氣流速度的示例橫板；和圖6圖示了圖1的示例爐進氣口的剖面?zhèn)纫晥D，示出了氣流進入GC爐的方向。
具體實施例方式
當前的小而快的氣相色譜(GC)爐可以使用收斂的進氣管道來將位于遠處的更大的進氣風扇連接到小爐子。但是，軸流風扇的收斂形下游通常會維持由軸流風扇產(chǎn)生的氣流旋，這可能導致相當大的摩擦損耗。在Bleier，F(xiàn)rank所著由McGraw-Hill于1998年出版的Fan HandbookSelection，Application，and Design(p1.09-1.11)中討論了在具體的錐形情況下的這種效果，但是這種效果可以被擴展來包括所有收斂形的幾何構形。所產(chǎn)生的摩擦大大降低了氣流的速度以及從進氣風扇流入爐子的新鮮空氣的體積。
一種裝置、系統(tǒng)和方法通過經(jīng)過爐進氣管道供應更大體積的空氣來降低GC爐的冷卻時間。該系統(tǒng)和方法在爐進氣管道中設置進氣橫板(intakecross-sheet)來干擾并減小氣流旋，以增大新鮮空氣進入GC爐的流速并減小GC爐的總冷卻時間。此外，因為增強的氣流允許爐壁溫度很快地與爐氣溫一致，所以可以減小溫度信號中的噪聲。結果，GC爐可以更快地達到平衡“就緒”狀態(tài)。另外，使用橫板可以在不損失性能的情況下允許快速GC爐設計中的靈活性，尤其是在進氣管道的位置和形狀上。隨著GC爐不斷變得越來越小和越來越快，這種靈活性可能變得越來越重要。
圖1圖示了帶收斂進氣管道120和進氣風扇140的示例爐進氣口100，進氣風扇140位于收斂進氣管道120一端的上游。進氣風扇140可以是軸向盒裝風扇。進氣風扇140向遠離進氣風扇140布置在收斂進氣管道120相對一端的GC爐(未示出)供應新鮮空氣。如圖1所示，被連接到進氣風扇140的進氣管道120的截面具有近似方形的橫截面190。進氣管道120接著收斂成延伸到GC爐的矩形橫截面195。作為示例，Agilent6850GC爐上的進氣管道是橫截面為大約92mm的方形(以容納92mm的盒裝風扇)的管道，其收斂成35mm×92mm的矩形橫截面(以配合裝在GC的鍵盤和顯示器后)。進氣管道120可以具有錐形形狀，也可以不是。
圖2圖示了沒有橫板的示例爐進氣口100的剖面?zhèn)纫晥D，示出了氣流旋210的可能趨勢。進氣管道120示為具有收斂幾何形狀165。進氣風扇140沿方向180供應氣流。氣流流動通過收斂進氣管道120并沿方向185流入GC爐。進氣擋板250引導氣流方向185。因為進氣管道120具有不一致的收斂橫截面，所以在進氣管道120的整個長度上都可以保持由軸向進氣風扇140所產(chǎn)生的繞軸170的氣旋210。氣流旋210可以從除進氣風扇140之外的來源產(chǎn)生。氣旋210可以增加氣流行進的有效距離，這又由于與進氣管道壁的相互作用而增加了氣流所受的摩擦損耗。此增加的摩擦減少了流入GC爐的氣流。為了增加流入GC爐的氣流的速度和體積，可以對進氣管道120增加一個或多個橫板110(在圖3B中示出)以減小氣流旋210。
圖3A圖示了帶進氣風扇140的示例爐進氣口100的正視圖。圖3B圖示了帶進氣風扇140的示例爐進氣口100的另一個正視圖。在圖3B中示出了兩個橫板110。橫板110位于進氣管道120內(nèi)靠近進氣風扇140處，例如離風扇140有2cm處，并平行于氣流的方向。這里所示出的橫板110形狀為梯形，其兩個底部稍小于35mm和92mm，以近似爐進氣口100的收斂截面。但是，也可以采用其他形狀和大小的橫板?？梢酝ㄟ^鉚接金屬接頭115將橫板110固定到進氣管道壁。如果僅使用一個橫板，那么可以偏心布置該橫板以干擾氣旋210，例如在進氣管道120的三分之一寬度處或者進氣風扇140的三分之一直徑處?？梢允褂酶嗟臋M板。例如，可以與所示的橫板110并排著增加更多的橫板?？梢栽黾右粋€、兩個、三個或更多的。而且，可以與所示的橫板110正交或成直角增加橫板。優(yōu)選實施例是在進氣管道120寬度或進氣風扇140直徑的三分之一和三分之二處以“＝”構形布置的兩個橫板。具有相同有益效果的其他橫板布置也是可能的。
圖4圖示了示例爐進氣口100的剖面俯視圖，其示出了進氣管道120內(nèi)橫板110的位置。進氣風扇140沿方向180供應氣流。氣流流動通過收斂進氣管道120而流入GC爐。如上所述，進氣風扇140可以產(chǎn)生繞軸170的氣流旋210。使用橫板110干擾220了氣流保持氣旋210的趨勢，使得氣流被引導230通過進氣管道120而到達GC爐。結果，可以減小摩擦損耗，因為減小了任一部分流體與進氣管道壁相互作用的距離。所減小的摩擦損耗可以導致氣流速度增大，從而導致在冷卻過程中有更多的新鮮空氣流入GC爐。橫板110優(yōu)選地靠近進氣風扇140以盡可能地引導氣流，例如離進氣風扇140有2cm處。
圖5圖示了在示例爐進氣口100中用來提高氣流速度的示例橫板110。鉚接金屬接頭115來將橫板110固定到進氣管道壁上。可以使用其他的固定方法，例如螺釘、螺栓等等。圖5所示的橫板110具有符合并近似進氣管道的收斂幾何形狀165的收斂形狀160。
圖6圖示了示例爐進氣口100的剖面?zhèn)纫晥D，其示出了氣流進入GC爐的方向185。如上所述，進氣風扇140沿方向180供應氣流。由位于進氣管道120內(nèi)的橫板110將氣流引導230到進氣風扇140的正前方。被引導的氣流流動通過收斂進氣管道120而沿方向185進入GC爐。對橫板110的使用減小了由進氣風扇140產(chǎn)生并由進氣管道120的收斂幾何形狀165保持的氣流旋210，這增大了進入GC爐的新鮮空氣的流速和體積。
隨著進入GC爐的新鮮空氣的流速的增大，GC爐的整個冷卻時間可以減小。而且，溫度信號中的噪聲可以減小，因為提高的氣流允許爐壁溫度快速與爐氣溫一致。結果，GC爐可以更快地達到平衡“就緒”狀態(tài)。此外，使用橫板110可以在不損失性能的情況下允許快速GC爐設計中的靈活性。例如，收斂進氣管道可以用來允許在冷卻過程中遠離小爐子使用更大的進氣風扇，而不會受到由氣流旋210所導致的摩擦損耗。
以下的實驗圖示了使用橫板110的優(yōu)點，這具體地作為從GC爐排出到開放大氣中的空氣流速來測量。
一種類型的實驗是一組氣流測量。在此實驗中，諸如Agilent 6850內(nèi)爐之類的沒有絕緣或支座的爐子裝備有軸向風扇140和一個或多個橫板110。橫板布置在爐進氣管道120中的不同位置上。在此實驗中沒有爐攪拌風扇。爐子用塑料蓋密封。
使用葉輪風速計和熱線式風速計(hot-wire anemometer)兩者來測量從爐子排出的空氣流速。風速計是用來測量和指示空氣速度的儀器。因為在爐子排氣導管(未示出)的橫截面上空氣速度是不同的，所以取四個點來生成平均速度。在室溫和標準壓力下進行此實驗。表1圖示了此實驗的結果。
表1

盡管葉輪風速計和熱線式風速計之間的絕對值上存在一定差別，但是趨勢是明顯的。有了橫板110后空氣速度增大了。對于此特定應用，當使用多于2個的橫板110時改進即使有也很小。結果，橫板的優(yōu)選數(shù)量是兩個。
對于一個橫板的特殊情況，橫板是偏心的，例如是在進氣管道的三分之一寬度處，以產(chǎn)生表1所示的有益結果。如果將橫板布置在進氣管道寬度的中間，那么冷卻時間實際上是增加的。
第二種類型的實驗更針對應用。此實驗將諸如Agilent 6850GC原型爐之類的裝備有一個或多個橫板110的GC爐，與沒有橫板110的相同GC爐的冷卻曲線進行比較。表2圖示了Agilent原型爐的冷卻時間，該爐子在幾何構形上類似于標準的Agilent 6850GC爐，除了壁材料不同。此外，在此實驗中使用更有效的進氣風扇140，如以下表2所示，所觀察到的兩個橫板110的優(yōu)點是很明顯的。
表2(帶更有效風扇的原型爐)

如此實驗所示，在進氣管道120內(nèi)加上兩個橫板110，使得GC爐的冷卻時間降低了大于16％。
雖然已經(jīng)結合示例實施例描述了用于提供GC爐的進氣橫板的系統(tǒng)和方法，但是本領域技術人員將理解到根據(jù)這些教導可以有許多改進，并且本申請意于覆蓋其變化。
權利要求
1.一種用于氣相色譜爐的爐進氣口(100)，包括具有適應小爐子的收斂幾何形狀(165)的進氣管道(120)，所述進氣管道(120)具有向所述氣相色譜爐供應氣流的一個或多個進氣風扇(140)，其中所述氣流從所述一個或多個進氣風扇(140)產(chǎn)生，并流動通過所述進氣管道(120)而進入所述氣相色譜爐；和在所述進氣管道(120)內(nèi)平行于流入所述氣相色譜爐的所述氣流的方向布置的一個或多個橫板(110)，其中所述一個或多個橫板(110)減小從所述一個或多個進氣風扇(140)產(chǎn)生的所述氣流的旋轉(zhuǎn)，并幫助將所述氣流引導通過所述進氣管道(120)而進入所述氣相色譜爐。
2.如權利要求1所述的爐進氣口，其中所述一個或多個橫板(110)中的每一個都具有與所述進氣管道的所述收斂幾何形狀一致的收斂形狀。
3.如權利要求1所述的爐進氣口，其中所述一個或多個橫板(110)中的每一個都通過鉚接一個或多個金屬接頭(115)而固定到所述進氣管道(120)。
4.如權利要求1所述的爐進氣口，其中布置在所述進氣管道(120)內(nèi)來引導所述氣流通過所述進氣管道(120)的橫板(110)的數(shù)量是以下之一兩個、三個或四個。
5.如權利要求1所述的爐進氣口，其中一個橫板(110)被相對于所述氣流的旋轉(zhuǎn)軸(170)而偏心安裝，以引導所述氣流通過所述進氣管道(120)。
6.如權利要求1所述的爐進氣口，其中所述一個或多個橫板(110)在所述進氣管道(120)內(nèi)靠近所述一個或多個進氣風扇(140)布置。
7.如權利要求1所述的爐進氣口，其中兩個橫板(110)以“＝”的構形被布置在所述進氣管道(120)寬度的三分之一和三分之二處。
8.一種用于冷卻爐子的方法，包括在進氣管道(120)內(nèi)平行于流入所述爐子的氣流的方向設置一個或多個橫板(110)，其中所述進氣管道(120)具有適應所述爐子的收斂幾何形狀(165)，并具有遠離所述爐子的一個或多個進氣風扇(140)，并且其中所述一個或多個進氣風扇(140)為所述爐子供應氣流；以及使所述一個或多個橫板(110)減小從所述一個或多個進氣風扇(140)產(chǎn)生的所述氣流的旋轉(zhuǎn)，并減小所述爐子的冷卻時間。
9.如權利要求8所述的方法，其中所述一個或多個橫板(110)中的每一個都具有與所述進氣管道(120)的所述收斂幾何形狀(165)一致的收斂形狀(165)。
10.如權利要求8所述的方法，還包括在所述進氣管道(120)內(nèi)布置兩個橫板(110)來幫助引導所述氣流通過所述進氣管道(120)。
全文摘要
本發(fā)明公開了通過經(jīng)過爐進氣管道(120)供應更大體積的空氣來減少GC爐的冷卻時間的裝置、系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法在爐進氣管道(120)設置進氣橫板(110)來減小氣流旋，以增大進入GC爐的新鮮空氣的流速并減小GC爐的總冷卻時間。此外，因為提高的氣流允許爐壁溫度很快地與爐氣溫一致，所以可以減小溫度信號中的噪聲。結果，GC爐可以更快地達到平衡“就緒”狀態(tài)。另外，使用橫板(110)可以在不損失性能的情況下允許快速GC爐設計中的靈活性，尤其是在進氣管道(120)的位置和形狀上。隨著GC爐不斷變得越來越小和越來越快，這種靈活性可能變得越來越重要。
文檔編號B01D15/00GK1651914SQ20041007021
公開日2005年8月10日 申請日期2004年7月30日 優(yōu)先權日2004年2月2日
發(fā)明者薩米·米勒 申請人:安捷倫科技有限公司