CN102211047B - 一种恒温金属浴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生化仪器，提供了一种恒温金属浴。所述恒温金属浴包括基座、升降温部件、散热部件，还包括一用于热交换的导热片，其上下表面分别与基座、升降温部件贴合，其热传导系数为K＞237W/m·K。本发明通过在基座和升降温部件之间设置一层导热片，并在基座、导热片、升降温部件、散热部件之间的接触面上涂覆热界面材料，增强了导热均匀性；在基座与导热片之间设置保温垫片，增强了基座的保温功能；将排风扇更换到底部，并增加排风扇个数，提高了升降温效率；在基座上方设置防冷凝装置及垫片，并在基座四周设有套环，提高了恒温金属浴的易用性。

Description

一种恒温金属浴

技术领域

本发明涉及生化仪器，更具体地说，涉及一种恒温金属浴。

背景技术

生化试剂的保存及反应通常需要满足一定的温度条件，恒温金属浴就是一种为生化试剂的保存及反应进行温度控制的仪器，其广泛应用于各种生化样品的保存、各种酶的保存和反应、核酸和蛋白质的变性处理、PCR反应(聚合酶链式反应)、电泳的预变性和血清凝固等。

目前的恒温金属浴，在结构方面由自上而下依次紧贴的多个装置所组成，包括基座、垫片、升降温部件、散热部件，散热部件的一侧设有电源装置、显示面板，散热部件的另一侧设有一排风扇，排风扇嵌入在机壳中。该现有技术的恒温金属浴在温度调节方面存在缺陷，主要表现为导热均匀性差、升降温速度慢。

(1)导热均匀性差。

由于垫片一般由铝制成，而铝的热传导系数仅为K＝237W/m·K(瓦/米·度)，不能将热量迅速的均匀扩散，因此其导热均匀性不够好；另一方面，基座、垫片、升降温部件、散热部件之间的接触面一般存在空隙，例如若某部件表面凹凸不平，其与上下部件之间就无法完全贴合，未贴合的部分面之间的热量通过导热性能差的空气传递，贴合的部分的热量是通过相互贴合的面的金属传递，那么不同部位的导热效果就会存在较大差异。上述各种原因造成的导热不均匀，使得放置于同一基座中不同位置的试剂的保存或反应条件不一致，导致后续的生化实验无法顺利进行。

(2)升降温速度慢。

此处需要对恒温金属浴的升降温方式作出说明。对一个特定的制冷片而言，不论处于加热还是制冷状态，其上下表面温差的绝对值P是恒定的。现有技术就是通过对制冷片采取不同的通电方式，利用其恒定的温差绝对值来控制对基座的升降温。如需要对基座升温，则对制冷片正向通电，使制冷片的下表面温度低于上表面温度，由于温差恒定，那么通过逐步升高下表面温度，可使上表面温度上升至目标温度；如需要对基座降温，则对制冷片反向通电，使制冷片的上表面温度低于下表面温度，由于温差恒定，那么通过逐步降低上表面温度，可使下表面温度下降至目标温度。

在恒温金属浴的升降温过程中，排风扇的运转可有利于升降温的实现。由于散热片与制冷片接触，其温度与制冷片的下表面温度一致，当排风扇运转时，就会使散热片与外部环境之间形成空气对流，进行热交换。当对基座升温时，需要制冷片的下表面温度升高，若此时制冷片下表面的温度比环境温度低，那么排风扇的运转可以使散热片及制冷片下表面的温度尽快上升至环境温度，因此能提高升温效率；当对基座降温时，需要制冷片的下表面温度降低，若此时制冷片下表面的温度比环境温度高，那么排风扇的运转可以使散热片及制冷片下表面的温度尽快下降至环境温度，因此能提高降温效率。但是现有技术采取在金属浴侧面位置安装一个排风扇的方式，其热交换效率不高，使基座的升降温效率比较低。

除开上述温度调节方面的两点缺陷，现有技术的金属浴在易用性方面也有待改进。由于在对恒温金属浴的基座内的试剂加热时，试剂便会升温，产生蒸汽，蒸汽遇到冷的基座盖时，便会产生大量的蒸汽和冷凝水，当蒸汽形成的冷凝水回流到基座内时，会造成基座内试剂的污染；另一方面，打开基座盖时，基座盖上的冷凝水会顺着基座的边缘流下，造成试剂的浪费，同时，冷凝水流入到基座下方的元件中，会腐蚀设备中的元件、损坏电路，使得恒温金属浴的安全性和使用寿命均得不到保障。

因此需要一种新的恒温金属浴，能够提高温度调节能力，并增强易用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种恒温金属浴，旨在解决现有技术中恒温金属浴的温度调节能力差、易用性较低的问题。

为了实现发明的目的，所述恒温金属浴包括基座、升降温部件、散热部件，还包括一用于热交换的导热片，其上下表面分别与基座、升降温部件贴合，其热传导系数K＞237W/m·K。

其中，所述导热片的组成成分包含至少一种热传导系数K＞237W/m·K的金属材料。

其中，所述导热片的组成成分是铜；或所述导热片的组成成分是铜与任一金属或非金属材料组成的合金。

其中，所述导热片的最小尺寸与基座底面尺寸一致。

其中，所述基座、导热片、升降温部件、散热部件之间至少一个接触面上涂有热界面材料。

其中，所述热界面材料为导热硅胶、导热硅脂或导热胶带。

其中，所述基座与导热片之间还设置有一保温垫片，其由导热系数K≤237W/m·K的金属或非金属材料制成。

其中，所述恒温金属浴的底部安装有至少一个排风扇，与散热部件的位置相对。

其中，所述恒温金属浴的侧面还安装有至少一个排风扇。

其中，所述恒温金属浴的基座上方设置有一防冷凝装置，其与基座中的试剂贮存位置相对。

其中，所述防冷凝装置包含至少一个用于加热的加热器，以及至少一个用于温度检测的温度传感器。

其中，所述恒温金属浴的基座上还设有一用于防止冷凝水产生的垫片，所述垫片的形状、尺寸均与基座上表面一致，其独立存在或与基座上表面相结合。

其中，所述基座的四周设有一防止冷凝水流下的套环，其规格与基座侧面相匹配。

由上可知，本发明通过在基座和升降温部件之间设置一层导热片，并在基座、导热片、升降温部件、散热部件之间的接触面上涂覆热界面材料，增强了导热均匀性；在基座与导热片之间设置保温垫片，增强了基座的保温功能；将排风扇更换到底部，并增加排风扇个数，提高了升降温效率；在基座上方设置防冷凝装置及垫片，并在基座四周设有套环，提高了恒温金属浴的易用性。

附图说明

图1是本发明中恒温金属浴的外形示意图；

图2是本发明的一个实施例中恒温金属浴的结构示意图；

图3是本发明的一个实施例中恒温金属浴的部分结构示意图；

图4是本发明的一个实施例中恒温金属浴的部分结构示意图；

图5是本发明的一个实施例中涂有热界面材料的恒温金属浴的结构示意图；

图6是本发明的一个实施例中带有保温垫片的恒温金属浴的结构示意图；

图7是本发明的一个实施例中带有保温垫片的恒温金属浴的结构示意图；

图8是本发明中在底部安装排风扇的恒温金属浴的第一实施例的结构示意图；

图9是本发明中在底部安装排风扇的恒温金属浴的第二实施例的结构示意图；

图10是本发明中安装多个排风扇的恒温金属浴的第一实施例的结构示意图；

图11是本发明中安装多个排风扇的恒温金属浴的第二实施例的结构示意图；

图12是本发明中安装多个排风扇的恒温金属浴的第三实施例的结构示意图；

图13是本发明中设有防冷凝装置的恒温金属浴的第一实施例的结构示意图；

图14是本发明中设有防冷凝装置的恒温金属浴的第二实施例的结构示意图；

图15是本发明中设有防冷凝装置的恒温金属浴的第三实施例的结构示意图；

图16是本发明中设有防止冷凝水产生的垫片的恒温金属浴的一个实施例的结构示意图；

图17是本发明中设有防止冷凝水流下的套环的恒温金属浴的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

图1示出了本发明中恒温金属浴的外形。该恒温金属浴具有良好的导热均匀性，其包括基座、升降温部件、散热部件，还包括一用于热交换的导热片。该导热片的上下表面分别与基座、升降温部件贴合，其热传导系数K＞237W/m·K。

以下将在多个实施例中对该恒温金属浴的内部结构进行详细阐述。

图2示出了本发明的一个实施例中恒温金属浴的结构，包括基座1、导热片2、升降温部件3、散热部件4及其他各组成部件，其详细结构如下：

(1)基座1，用来放置盛放试剂的试剂管，并将传递给基座1的热量传递给试剂管。

(2)导热片2，用来将传递给导热片2的热量均匀的传递给基座1，使得基座1受热均匀。

(3)升降温部件3，升降温部件3的上表面和导热片2的下表面紧密贴合，用来对基座1内的试剂管中的试剂进行加热或者制冷，升降温部件3的热量通过导热片2均匀的传递给基座1，基座1再将温度传递给试剂管。

(4)散热部件4，升降温部件3的下表面和散热部件4的上表面紧密贴合，用来快速排出设备中的能量，使得升降温部件3下表面快速达到所需的温度。

(5)排风扇5，实现设备中的空气与外界的空气对流，使得散热片起到快速散热或者制冷的作用。

(6)显示面板6，用来显示恒温金属浴的各种运行状态。

(7)电源装置7，为恒温金属浴提供所需的电流。

其中，基座1和散热部件4连接在一起，升降温部件3和导热片2被紧压在基座1和散热部件4之间。

在本发明中，导热片2的材料、尺寸、形状等均存在多种可行性方案。

关于导热片2的材料，其组成成分包含至少一种热传导系数K大于237W/m·K的金属材料。因此，导热片2的材料既可以是某种单一的金属材料，也可以是合金。分别阐述如下：

如果是单一的金属材料，热传导系数K≥237W/m·K的金属材料包括：银(K＝429W/m·K)、铜(K＝401W/m·K)、金(K＝317W/m·K)。在一个实施例中，导热片2的材料为单一的金属银，利用银的良好的导热性和延展性，导热片2的厚度d为1mm～3mm。在另一实施例中，导热片2的材料为单一的金属铜，利用铜良好的导热性可以使得热量传递均匀，导热片2选用铜质材料制成。导热片2的最佳厚度d为2mm～3mm。

如果是合金，则包含很多种情况。在一个实施例中，利用铜良好的导热性和铝的廉价，导热片2使用铜铝的合金制成，铜和铝的比重可以根据需要来选择，例如为30％和70％，导热片2的最佳厚度d＝3mm。在另一实施例中，利用铜良好的导热性和铁的廉价，导热片2使用铜铁的合金制成，铜和铁的最佳比重例如为70％和30％，导热片2的最佳厚度d＝2mm。

关于导热片2的尺寸，其最小尺寸与基座底面尺寸一致。在一个实施例中，如图3所示，导热片2的尺寸与基座底面的尺寸完全相同。基座1放置在导热片2上，导热片2和基座1通过螺栓连接的方式紧贴在一起。在另一实施例中，如图4所示，导热片2的尺寸为各边比基座底面的边长长X，例如X＝1cm，同样可保证热量能够传递给基座底面的各个点。

关于导热片2的形状，可以根据需要选取。在一个实施例中，导热片的形状如图3所示，导热片2为一个平面，基座1紧贴导热片2，基座1通过螺栓连接的方式与导热片2连接。在另一实施例中，导热片2的形状如图4所示，导热片2为四周凸起的凹槽形，基座1被包含在导热片2的凹槽中，基座1紧贴导热片2凹槽的底部，基座1通过螺栓连接的方式与导热片2相连接。

在本发明中，基座1和散热部件4的连接方式有多种。在一个实施例中，基座1和散热部件4通过螺栓连接的方式紧密连接。在另一实施例中，基座1和散热部件4还可通过销连接的方式。

在本发明中，为了进一步改善导热均匀性的问题，可在恒温金属浴各部件之间的接触面上涂覆热界面材料。关于热界面材料的涂覆部位，以及热界面材料本身的材料选取、规格设置等，均存在多种方案。

关于热界面材料的涂覆部位：

在第一实施例中，如图5所示，基座1、导热片2、升降温部件3、散热部件4之间的所有接触面均涂有热界面材料8。

在第二实施例中，基座1、导热片2、升降温部件3之间的两个接触面上涂有热界面材料8。

在第三实施例中，导热片2、升降温部件3、散热部件4之间的两个接触面上涂有热界面材料8。

在第四实施例中，仅在基座1与导热片2之间的接触面上涂有热界面材料8。

在第五实施例中，仅在导热片2与升降温部件3之间涂有热界面材料。

在第六实施例中，仅在升降温部件3与散热部件4之间涂有热界面材料。

关于热界面材料8的材料选取：可以是导热硅胶、导热硅脂或导热胶带，本发明中热界面材料8的优选材料为导热硅脂。

关于热界面材料8的规格设置：本发明主要考虑其厚度，只要能均匀涂覆到接触面上，将空隙填满，从而使导热更加均匀即可。在一个实施例中，上述的热界面材料8的厚度可以为0.05mm≤d≤0.4mm。在一个优选实施例中，热界面材料8的厚度为0.15mm。

为了使基座具有更好的保温效果，本发明进一步提出改进方案，在基座1与导热片之间还设置有一保温垫片。

在一个实施例中，如图6所示。基座1的下表面紧贴保温垫片9上表面，保温垫片9的下表面紧贴导热片的上表面。

其中，上述保温垫片9的材料可以选取导热系数K≤237W/m·K的材料制成，该材料可以是金属材料，也可以是非金属材料。保温垫片的厚度d≤1mm。

其中，上述保温垫片9的材料可以是单一的金属制成，也可以采用合金制成。本发明保温垫片9的材料的最佳优选材料是金属铝。

其中，上述保温垫片9的尺寸与基座的尺寸刚好吻合。当导热片2为凹槽结构时，保温垫片9被紧压在基座1和导热片2的凹槽中；当导热片2为平面结构时，基座1下表面紧贴保温垫片9的上表面，保温垫片9的下表面紧贴导热片2的上表面，保温垫片9被紧压在基座1和导热片2之间。

在另一实施例中，如图7所示。基座1的下表面紧贴保温垫片9的上表面，保温垫片9的下表面紧贴制导热片2的上表面，导热片2的下表面紧贴升降温部件3的上表面，升降温部件3的下表面紧贴散热部件4的上表面。上述紧贴的两个面之间涂有热界面材料8。这样，使恒温金属浴既具有导热均匀性又具有良好的保温效果。

为了提高升降温效率，本发明在前述实施例的基础上进一步作出改进，分别从风扇安装位置、风扇数量的角度提出新的方案及实施例。

方案一，将排风扇5的安装位置从现有技术中的侧面改成了底部，与散热部件4的位置相对，如图8、图9所示。这样，当散热部件4工作时，发热的核心部位恰好对着排风扇，排风扇运转便能带走大量的热量，从而实现对基座1的快速降温。

如图8所示的恒温金属浴，与图2的实施例相比，将排风扇5的安装位置从现有技术中的侧面改成了底部，与散热部件4的位置相对。

如图9所示的恒温金属浴，与图5的实施例相比，将排风扇5的安装位置从现有技术中的侧面改成了底部，与散热部件4的位置相对。

方案二，增加排风扇5的个数，利用多个排风扇同时运转的方式提高发生降温效率。关于增加的数量，本发明不作限定。

如图10所示的恒温金属浴，与图8的实施例相比，在底部安装有两个排风扇5。

如图11所示的恒温金属浴，与图8的实施例相比，同时在侧面和底部安装有一个排风扇5。

如图12所示的恒温金属浴，与图9的实施例相比，在底部安装有两个排风扇5。

为了增强易用性，本发明在前述实施例的基础上进一步作出改进，主要在防止试剂流失、冷凝水产生方面提出新的方案及实施例。

方案一，在恒温金属浴的基座1上方设置有一防冷凝装置，其与基座1中的试剂贮存位置相对，该防冷凝装置可以发热。当基座中试剂温度高于室温时，防冷凝装置发热，使其温度比试剂温度高，这样试剂便不会挥发或冷凝，有效防止了试剂损失，而且避免了冷凝水的产生。在一个实施例中，该防冷凝装置包含至少一个用于加热的加热器，以及至少一个用于温度检测的温度传感器。

如图13所示的恒温金属浴，与图2的实施例相比，在基座1上方设置了一个热盖10。

如图14所示的恒温金属浴，与图5的实施例相比，在基座1上方设置了一个热盖10。

如图15所示的恒温金属浴，与图12的实施例相比，在基座1上方设置了一个热盖10。

与图13、图14、图15类似，本发明可在前述的其他实施例基础上均作出相同改进，在基座1上方设置该热盖10，此处不作赘述。

方案二，在恒温金属浴的基座1上还设有一用于防止冷凝水产生的垫片。该垫片采用导热系数小，耐腐蚀且具有一定吸水性的材料制成，因此能够防止冷凝水的产生，例如石棉、橡胶等。

如图16所示，恒温金属浴的基座1上设置了一个垫片11，该垫片11的形状、尺寸，该垫片的形状、尺寸均与基座1上表面一致，其独立存在或与基座1上表面相结合。

方案三，在基座1的四周设置一防止冷凝水流下的套环。该套环同样采用导热系数小，耐腐蚀且具有一定吸水性的材料制成，因此能够防止冷凝水流下，例如石棉、橡胶等。该套环的规格与基座1侧面相匹配，也即：若基座1是方形，那么该套环也为方形；若基座为圆形，该套环也就为圆形。

如图17所示，在基座1的四周设置了一个防止冷凝水流下的套环12，设置在与基座上沿平行的位置。应当说明的是，本发明中，套环12的位置可以灵活设置，图17所示的实施例不应视作对保护范围的限制。

应当说明的是，本发明典型的应用但不限于在恒温金属浴中的运用，其他类似的原理或方案也应包含在本发明的保护范围之类。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种恒温金属浴，包括基座、升降温部件、散热部件，其特征在于，所述恒温金属浴还包括一用于热交换的导热片，其上下表面分别与基座、升降温部件贴合，其热传导系数K＞237W/m·K；所述导热片为四周凸起的凹槽形；所述基座被包含在导热片的凹槽中，并通过螺栓连接的方式与导热片相连；所述基座与导热片之间还设置有一保温垫片，其由导热系数K≤237W/m·K的金属或非金属材料制成；所述保温垫片的厚度d≤1mm；所述恒温金属浴的基座上还设有一用于防止冷凝水产生的垫片，所述用于防止冷凝水产生的垫片的形状、尺寸均与基座上表面一致，其独立存在或与基座上表面相结合；所述基座的四周设有一防止冷凝水流下的套环，其规格与基座侧面相匹配。

2.根据权利要求1所述的恒温金属浴，其特征在于，所述导热片的组成成分包含至少一种热传导系数K＞237W/m·K的金属材料。

3.根据权利要求2所述的恒温金属浴，其特征在于，所述导热片的组成成分是铜；或

所述导热片的组成成分是铜与任一金属或非金属材料组成的合金。

4.根据权利要求1所述的恒温金属浴，其特征在于，所述基座、导热片、升降温部件、散热部件之间至少一个接触面上涂有热界面材料。

5.根据权利要求4所述的恒温金属浴，其特征在于，所述热界面材料为导热硅胶、导热硅脂或导热胶带。

6.根据权利要求1或4所述的恒温金属浴，其特征在于，所述保温垫片采用金属铝制成。

7.根据权利要求1或4所述的恒温金属浴，其特征在于，所述恒温金属浴的底部安装有至少一个排风扇，与散热部件的位置相对。

8.根据权利要求7所述的恒温金属浴，其特征在于，所述恒温金属浴的侧面还安装有至少一个排风扇。

9.根据权利要求1或4所述的恒温金属浴，其特征在于，所述恒温金属浴的基座上方设置有一防冷凝装置，其与基座中的试剂贮存位置相对。

10.根据权利要求9所述的恒温金属浴，其特征在于，所述防冷凝装置包含至少一个用于加热的加热器，以及至少一个用于温度检测的温度传感器。

11.根据权利要求1所述的恒温金属浴，其特征在于，所述用于防止冷凝水产生的垫片采用石棉或橡胶制成。

12.根据权利要求1所述的恒温金属浴，其特征在于，所述套环采用石棉或橡胶制成。

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