ОПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР С ОСУШИТЕЛЕМ

[0001] Настоящая полезная модель относится к оптическому анализатору с осушителем.
[0002] В настоящем контексте оптический анализатор представляет собой устройство, выполненное с возможностью измерения дискретных значений интенсивности оптического излучения, зависящей от длины волны (или частоты), в определенной части электромагнитного спектра после его взаимодействия с пробой. Характеристики этой пробы могут быть затем определены в процессоре обработки данных на основании этих измеренных значений.
[0003] Как правило, известный оптический анализатор содержит корпус, образованный стенками, задающими внутреннее пространство, и спектрометр, размещенный во внутреннем пространстве. Спектрометрический блок находится в оптической связи с источником света и соответствующим детектором, ни один, один или оба из которых также могут быть расположены во внутреннем пространстве корпуса или сообщаться по газообразной среде с внутренним пространством корпуса. Такой оптический анализатор известен, например, из японской патентной заявки на изобретение JPH10332656A (дата публикации 18.12.1998, КБК G01N30/14, B01D53/02, G01D30/08, G01D 30/88, B01D 8/00).
[0004] Присутствие водяного пара на световом пути оптического анализатора от источника к детектору, вдоль которого расположен спектрометр, часто оказывает негативное воздействие на качество работы анализатора. Это особенно верно для оптического анализатора, работающего в инфракрасной, в частности в средней инфракрасной, области электромагнитного спектра, поскольку вода демонстрирует широкое поглощение энергии в этой области. Таким образом, изменения количества водяного пара будут вызывать изменения интенсивности излучения, проходящего по световому пути оптического анализатора, причем эти изменения не зависят от пробы.
[0005] Некоторые из оптических анализаторов, известных из уровня техники, содержат устройство, работающее на основании эффекта Пельтье для поддержания желаемой температуры анализатора. Пример такого анализатора известен из японской патентной заявки на изобретение JP2015194383A (дата публикации 05.11.15, КБК G01N21/39, прототип), раскрывающей газовый анализатор с модулем эффекта Пельтье. Однако перечисленные выше недостатки остаются актуальными в отношении такого технического решения, поскольку устройство, работающее на основании эффекта используется в анализаторе в качестве терморегулирующего элемента.
[0006] Кроме того, для уменьшения воздействия находящегося в воздухе водяного пара известный оптический анализатор содержит осушитель. Осушитель содержит корпус, заполненный влагопоглощающим веществом, таким как гранулы кремнезема, и расположен с возможностью съема в корпусе анализатора для обеспечения контакта между водяным паром внутри корпуса и влагопоглощающим веществом. Однако существует недостаток, заключающийся в том, что водяной пар не может быть удален из воздуха, когда влагопоглощающее вещество насыщено. Действительно, качество работы осушителя значительно ухудшается задолго до полного насыщения влагопоглощающего вещества. Это требует регулярной замены влагопоглощающего вещества, что приводит к сокращению интервалов между сеансами технического обслуживания, особенно в географических местах с высокой атмосферной влажностью или большими перепадами атмосферной влажности. Соответствующий оптический анализатор недоступен для выполнения анализа во время технического обслуживания, и это "время простоя" увеличивает эксплуатационные расходы. Кроме того, внешняя регенерация влагопоглощающего вещества или использование нового влагопоглощающего вещества еще больше увеличивает эксплуатационные расходы.
[0007] В соответствии с настоящей полезной моделью предлагается оптический анализатор, содержащий корпус, образованный периферийными стенками, ограничивающими внутреннее пространство; спектрометр, расположенный во внутреннем пространстве; и осушитель; причем осушитель содержит устройство, работающее на основании эффекта Пельтье, имеющее охлаждающую поверхность и нагревающую поверхность, причем устройство, работающее на основании эффекта Пельтье, установлено таким образом, что охлаждающая поверхность находится в тепловой связи с газом, обычно воздухом, расположенным во внутреннем пространстве; причем осушитель дополнительно содержит капиллярный элемент, проходящий между внутренней частью и наружной частью внутреннего пространства и содержащий первую часть, контактирующую с охлаждающей поверхностью.
[0008] Таким образом, водяной пар в воздушном внутреннем пространстве корпуса может предпочтительно конденсироваться на охлаждающей поверхности устройства, работающего на основании эффекта Пельтье, для перемещения к первой части за счет действия капиллярных сил капиллярного элемента.
[0009] В некоторых вариантах осуществления полезной модели капиллярный элемент содержит вторую часть, установленную на нагревающей поверхности снаружи от внутреннего пространства. Нагревание второй части капиллярного элемента посредством нагревающей поверхности устройства, работающего на основании эффекта Пельтье, обеспечивает удаление конденсированной воды из капиллярного элемента и способствует саморегенерации осушителя.
[0010] В целях практичности первая часть капиллярного элемента установлена только по периметру охлаждающей поверхности. Это оставляет участок, предпочтительно значительную часть, охлаждающей поверхности открытым за исключением ее периметра, чтобы тем самым улучшить тепловую связь между охлаждающей поверхностью и внутренним пространством и, следовательно, улучшить конденсацию водяного пара из воздуха в этом внутреннем пространстве.
[0011] В варианте осуществления полезной модели устройство, работающее на основании эффекта Пельтье, также содержит теплоотвод, находящийся в тепловом контакте с нагревающей поверхностью, в целях практичности образующий нагревающую поверхность, и в некоторых вариантах осуществления подверженный воздействию пространства снаружи корпуса.
[0012] В целях практичности охлаждающая поверхность и нагревающая поверхность расположены напротив друг друга на противоположных сторонах участка стенки корпуса. Вода, которая конденсируется, как правило, в виде капель на участке охлаждающей поверхности, затем может быть удобно транспортирована из внутреннего пространства корпуса посредством капиллярного элемента к нагревающей поверхности, где тепло может вызывать испарение транспортируемой воды.
[0013] Далее полезная модель описана более подробно со ссылкой на чертежи примерного варианта осуществления полезной модели, на которых:
Фиг. 1 изображает вид в разрезе примерного варианта осуществления оптического анализатора, предложенного в соответствии с настоящей полезной моделью; и
Фиг. 2 изображает вид в разрезе примерного варианта осуществления осушителя, выполненного с возможностью использования в анализаторе, представленном на Фиг. 1.
[0014] На Фиг. 1 изображен примерный вариант осуществления оптического анализатора 2. Анализатор 2 содержит корпус 4, который имеет четыре боковые стенки 4а,b,с,d, основание 4е и верхнюю стенку (не показана), которые вместе ограничивают внутреннее пространство 6. Корпус 4 может быть выполнен из теплопроводного материала, такого как алюминий. Во внутреннем пространстве расположен спектрометр 8, а также в настоящем варианте осуществления полезной модели привод 10 электродвигателя и печатная плата 12. Спектрометр 8 изображен как обычный спектрометр с преобразованием Фурье и, как показано, имеет неподвижное зеркало 8а и подвижное зеркало 8b, перпендикулярное неподвижному зеркалу 8а и функционально связанное с приводом 10 электродвигателя для осуществления возвратно-поступательного движения. Следует отметить, что другие оптические спектрометры, такие как обычный монохроматор с неподвижным или подвижным оптическим дисперсионным элементом, могут быть расположены во внутреннем пространстве 6 вместо спектрометра 8 с преобразованием Фурье в пределах объема полезной модели, заданного формулой полезной модели.
[0015] К боковой стенке, в данном случае к боковой стенке 4с, прикреплен световой блок 14, который в настоящем варианте осуществления полезной модели содержит источник 14а света и отражатель 14b, выполненный с возможностью отражения оптического излучения, испускаемого источником 14а света, предпочтительно в виде коллимированного луча, по направлению ко входу (не показан) спектрометра 8. Соответственно, источник 14а света испускает оптическое излучение в инфракрасной, в частности средней инфракрасной, области излучения электромагнитного спектра. В этом варианте осуществления полезной модели в боковой стенке 14с выполнено сквозное отверстие 16 для обеспечения возможности прохождения оптического излучения от источника 14а света к спектрометру 8. Хотя в некоторых вариантах осуществления полезной модели может быть выполнено окошко для герметизации сквозного отверстия 16 и обеспечения газовой изоляции между внутренним пространством 6 корпуса 4 и внутренней частью светового блока, как будет описано ниже, предпочтительно оставлять сквозное отверстие 16 негерметизированным и, таким образом, обеспечивать сообщение по газообразной среде между внутренним пространством 6 и внутренней частью светового блока.
[0016] В данном случае снаружи корпуса 4 расположен детектор 18 для приема оптического излучения, испускаемого источником 14а света, после того, как он прошел оптический путь от источника 14а света через спектрометр 8 и пробу 20 в держателе 22 пробы к детектору 18. Следует отметить, что настоящая полезная модель не ограничена относительной пространственной конфигурацией компонентов оптического анализатора 2, и что другие известные конфигурации могут быть использованы в пределах объема полезной модели, заданного формулой полезной модели. Например, в альтернативном варианте осуществления оптического анализатора 2 проба 20 и держатель пробы 22 могут быть расположены на световом пути между источником 14а света и спектрометром 8. Еще в одном варианте осуществления полезной модели детектор 18 может быть расположен относительно держателя 22 пробы таким образом, чтобы обнаруживать оптическое излучение, отражаемое от пробы 20.
[0017] Может быть полезно иметь возможность поддержания анализатора при температуре, равной температуре окружающей среды или ниже ее, и, таким образом, в некоторых вариантах осуществления полезной модели анализатор 2 может содержать терморегулятор 24, который находится в тепловом контакте с теплопроводным материалом корпуса 4, в данном случае с боковой стенкой 4с. Подходящий терморегулятор может содержать элемент Пельтье, расположенный таким образом, что его холодная поверхность находится в тепловом контакте с внутренним пространством 6 корпуса 4, а его противоположная теплая поверхность находится в тепловом контакте с теплоотводом 26, который термически изолирован от корпуса 4. Для обеспечения регулирования температуры теплоизолирующий материал 28 может быть расположен в тепловом контакте с некоторой частью наружной поверхности или всей наружной поверхностью корпуса 4.
[0018] По существу, анализатор 2 дополнительно содержит осушитель 30, который выполнен с возможностью удаления водяного пара из внутреннего пространства 6 по меньшей мере вдоль части, предпочтительно большей части, светового пути оптического излучения, проходящего через корпус 4.  В целях практичности сквозное отверстие 16 остается негерметизированным для обеспечения возможности удаления водяного пара из воздуха внутри светового блока 14 с помощью осушителя 30.
[0019] В соответствии с настоящей полезной моделью и со ссылкой на Фиг. 2 осушитель 30 содержит устройство, работающее на основании эффекта Пельтье, имеющее один или более (в данном случае один) элементов 32 Пельтье, выполненных с возможностью обеспечения холодной стороны 34 и теплой стороны 36, и теплоотвод 38, термически связанный с теплой стороной 36 элемента 32 Пельтье для обеспечения нагревающей поверхности 40 на конце теплоотвода 38. Кроме того, осушитель 30 содержит капиллярный элемент 42, который может быть выполнен в виде волокнистой ткани, пористого пластика или стекловолоконного материала. Капиллярный элемент 42 проходит от холодной стороны 34 элемента 32 Пельтье к наружной части внутреннего пространства 6, в этом варианте осуществления полезной модели к нагревающей поверхности 40 теплоотвода 38. Капиллярный элемент 42 содержит первую часть 42а, расположенную только по периметру верхней поверхности 44 холодной стороны 34 элемента 32 Пельтье и в контакте с ним, причем верхняя поверхность 44 действует как охлаждающая поверхность устройства, работающего на основании эффекта Пельтье, и вторую часть 42b, находящуюся в тепловом контакте с нагревающей поверхностью 40, которая расположена снаружи внутреннего пространства 6. В настоящем варианте осуществления полезной модели для закрепления второй части 42b капиллярного элемента 42 в тепловом контакте с нагревающей поверхностью 40 использован крепеж, такой как винт 46.
[0020] В целях практичности в качестве элемента осушителя 30 может быть использован корпус 48 с размещением в нем устройства, работающего на основании эффекта Пельтье, и капиллярного элемента 42. В настоящем варианте осуществления полезной модели корпус 48 содержит участок 50 корпуса и участок 52 съемной крышки. Элемент 32 Пельтье расположен внутри участка 52 крышки, причем его холодная сторона 42 обращена к сквозному отверстию 54, выполненному в верхней поверхности 56 крышки 52. Сквозное отверстие 54 перекрывает по меньшей мере часть открытого участка охлаждающей поверхности 44, не закрытого первой частью 42а капиллярного элемента 42. Кроме того, тепловая изоляция 58 может быть предпочтительно выполнена внутри крышки 52 и расположена таким образом, чтобы оставлять охлаждающую поверхность 44 открытой для сквозного отверстия 54. Теплоотвод 38 проходит в участок 50 корпуса, так что согревающая поверхность 40 заканчивается внутри или снаружи участка 50 корпуса, который, как показано на Фиг. 2, может заканчиваться открытым концом 60.  Кроме того, как показано в варианте осуществления полезной модели, изображенном на Фиг. 2, корпус 48 может иметь наружную поверхность, в данном случае резьбовую область 62 корпуса 50, которая выполнена с возможностью взаимодействия с соответствующей частью корпуса 4 для обеспечения требуемого расположения осушителя 30 и корпуса 4 таким образом, чтобы расположить охлаждающую поверхность 44 на одной стороне участка стенки (в данном случае 4d) во внутреннем пространстве 6, а нагревающую поверхность 40 - на противоположной стороне участка стенки (в данном случае 4d) снаружи внутреннего пространства 6.
[0021] Как показано на Фиг. 1, осушитель 30 расположен вместе с корпусом 4 таким образом, чтобы обеспечивать тепловую связь между охлаждающей поверхностью 44 и внутренним пространством 6 корпуса 4 за счет обеспечения прохождения крышки 52 через боковую стенку 4d. При использовании, когда электрический ток подают на элемент 32 Пельтье, холодная сторона 34 начинает охлаждаться. Когда температура на охлаждающей поверхности 44 падает ниже точки росы, водяной пар в воздухе из внутреннего пространства 6, который попадает в сквозное отверстие 54, конденсируется в виде капель на участке охлаждающей поверхности 44 устройства, работающего на основании эффекта Пельтье, который не закрыт капиллярным элементом 42. Капли конденсированной воды под действием силы тяжести перемещаются к первой части 42а капиллярного элемента 42, которая перекрывает охлаждающую поверхность 44 по периметру. Вода, поступающая в первую часть 42a капиллярного элемента 42, последовательно перемещается по капиллярному элементу 42 ко второй части 42b капиллярного элемента 42, которая предпочтительно находится в тепловом контакте с нагревающей поверхностью 40 теплоотвода 38, которая находится в тепловой связи с теплой стороной 36 элемента 32 Пельтье. Вода, проходящая по капиллярному элементу 42, которая достигает второй части 42b, постепенно испаряется под действием тепла, обеспечиваемого нагревающей поверхностью 40. Таким образом, водяной пар удаляют из внутреннего пространства 6.