CN109168298A - 一种用于pcr检测仪温控系统的散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于PCR检测仪温控系统的散热装置，包括：温控系统、导热机构和散热机箱；温控系统，是指PCR检测仪运行时所需温度控制的系统与结构；导热机构包括导热金属层、导热管和导热液体；导热金属层通过导热介质与需要散热的温控系统中发热制冷器件紧贴在一起；导热金属层内含装有导热液体的腔体，腔体部分与导热管相连，导热金属层内腔与导热管腔相通，需要散热的温控系统中发热制冷器件的热量通过导热金属层转到导热金属层腔内的导热液体中。本发明特别适用于小型化、便携式PCR检测仪中，使散热部分占仪器空间大大缩小，而散热效率却会提高、同时能够降低成本。

Description

一种用于PCR检测仪温控系统的散热装置

技术领域

本发明属于散热结构领域，尤其涉及节约空间、高效节能、制造简单、成本低廉的用于PCR检测仪中温控系统的散热装置，特别适用于小型化、便捷式PCR快速检测、分析仪中。

背景技术

自从1986年由Mullis等发明PCR技术起，有关PCR技术开发与改进的工作二十几年来从未间断过，各种PCR技术的发明不断地给从事生物学研究的工作者一个又一个的惊喜。目前PCR技术已经成为了分子生物学实验室的一项基本技术。随着生命科学和医学检测的不断发展，人们越来越希望在保证PCR反应特异性、灵敏性、保真度的同时，能够尽量缩短反应的时间，即实现快速PCR(Rapid PCR or Fast PCR)。快速PCR技术不仅可使样品在有限的时间内可以尽快得到扩增，而且可以显著增加可检测的样品数量，显然，在大批量样本检测和传染病快速诊断等方面将会有重要的应用前景。例如，快速PCR在临床检测中可大大加快疾病的诊断效率；在生物恐怖袭击时能有效帮助快速鉴定可疑物中有害生物的存在与否。

快速PCR技术原理仍建立在常规PCR原理的基础上。常规的PCR反应过程通常是三大阶段的循环，即变性阶段、退火阶段和延伸阶段(在某些情况下，退火阶段和延伸阶段可以合并)，反应时间是以上三个阶段的总时间加上各阶段间温度变化的时间。要实现快速PCR，其根本问题就是要缩短这三大阶段的持续时间或温度变化的时间，而温控系统散热的快慢、效率是决定温度变化时间的重要因素之一。

同时随着生物技术的发展，PCR检测、分析仪器向小型化、集成化、自动化、高通量快速定量分析方向发展，为生化环境样品的实时检测、现场分析提供了一种可能的策略，其在医疗诊断、司法鉴定、食品检测及农业养殖系统疫情监测方面具有广阔的市场前景。例如设计操作简单、成本低、便携和易于实现自动化等特点的小型化现场病原体检测系统，实现在传染病疫情爆发现场对传染病病原体的快速检测。

此类型分析仪的核心之一是温控系统，针对不同的反应要求来实现反应物在变性、复性、延伸等不同阶段的温度控制。而温控系统想要控制精确，响应快速，其散热结构起着至关重要的作用。小型化、便携式PCR快速检测装置因其体积小及便捷性特点决定着散热空间具有很强的局限性，而现有的仪器均为铝或铜等材质散热器和散热风扇进行散热，而散热器和散热风扇的大小直接影响散热效率，因此在满足仪器性能条件下，散热片和散热风扇占去仪器相当大比例的空间，不利用仪器小型化、便携式发展。因此设计一种既不占空间，又能快速、高效、低成本的散热方法和结构显得尤为重要。

发明内容

本发明的技术解决方案：克服现有技术的不足，提供一种用于PCR检测仪中温控系统的散热装置，特别是小型化、便携式PCR检测仪，使散热部分占仪器空间大大缩小，而散热效率却会提高、同时能够降低成本，为仪器向更小、更便携和更实用方向的实现提供一种解决方法。其中PCR检测仪是指利用PCR(Polymerase Chain Reaction)技术即聚合酶链反应技术又称DNA体外核酸扩增技术的各类检测、分析仪器。

本发明的技术实现方法是：利用专门设计具有散热功能的机箱代替PCR检测仪正常温控系统散热所需要的散热片及散热风扇，温控系统产生的热量通过导热管中的导热液体传到散热机箱上，从而减少了散热片及散热风扇占去的仪器空间，提高散热效率。

具体技术方案：一种用于PCR检测仪温控系统的散热装置，包括温控系统、导热机构和散热机箱。

所述温控系统是指PCR(Polymerase Chain Reaction即聚合酶链式反应)检测仪运行时所需温度控制系统与结构，主要包括发热制冷器件(如半导体制冷片)和试管或芯片传热固定件等。

所述导热机构包括导热金属层、导热管和导热液体等，导热结构为保证温控系统正常运行而进行热量转移和散出。其中导热金属层通过导热介质与需要散热的温控系统器件紧贴在一起；导热金属层内含装有导热液体的腔体；腔体部分与导热管相连。导热金属层内腔与导热管腔相通。需要散热的温控系统器件热量通过导热金属层转到其腔内的导热液体中。

所述的导热液体是指具有优异的热传导、运载性能的液态传导物质。由于液体的流动性及循环，使液体可以有很大的传热面积，很容易把热量带走转移。导热液体吸收温控系统发热制冷器件热量，然后先后经过导热金属层内腔、导热管、将热量转移到散热机箱上，冷却后的导热液体再经过另一端导热管流回到导热金属层内腔中，从而实现将从温控系统热量快速转移到散热机箱上，再利用散热机箱与空气大面积接触将热量快速散到外部环境中。导热液体通过连通的导热金属层内腔、导热管、散热机箱内腔实现循环，从而实现将热量快速转移。并实现不需要专门散热器和散热风扇的情况下，进行快速有效散热。

所述的散热机箱包括机箱外壳和隔热层，其中机箱外壳是具有散热功能的外壳结构，包括散热模块、内腔和导热液体；隔热层为紧贴外壳内部的一层具有隔热性能的材料层，主要功能是保证机箱外壳上的热量向空气中散发，避免热量传递向仪器内部扩散中，从而影响内部温控系统、仪器元器件和实验的正常运行；内腔是用于导热液体在机箱内部流通的通道，方便导热液体将热量分散到机箱散热模块的各个部分，提高散热效率。所述的散热模块部分除了本身作为机箱外壳功能如对仪器起保护、支撑、固定、抗干扰等作用外，同时还兼具散热功能，在不能影响其本身能力情况下，将其设计为带有散热齿片等形状，使其同时具备良好的散热功能。散热模块内部设计有腔体，其腔体与导热管内部腔体相通，导热液体在导热金属层、导热管、机箱散热模块三部分结构的内部腔体形成循环，温控系统中的热量通过导热液转移到散热机箱的散热模块上，并通过散热模块将热量散到外部环境中。

所述导热机构在导热管上还可以增加一个微型泵，能够加快导热液态的循环，从而能够加速散热，提高散热性能，满足对温控散热系统有更高要求的PCR检测、分析仪。

所述的散热机箱，其散热模块可以通过设计不同结构的散形状(如将设计成单位LOGO或具有意义的特别标识)，既能提高散热效率，还能增加仪器的美观度及认知度。同时可以需要设计不同结构的散热模块内腔，并通过循环的导热液体，将需散的热量迅速均匀的分布到散热机箱的各个部分，从而加快散热速度，提高散热效率。

本发明与现有技术相比优点是：

(1)在省去专门散热器和散热风扇的情况下，能够利用机箱大面积接触外界环境特性，进行快速有效的散热，相对现有的利用散热片和散热风扇技术，散热效率更高、速度更快，从而能够提高整个仪器性能，具有很强的实用性。同时利用机箱散热可以有效减少散热器和风扇所占空间，使得检测仪结构更为紧凑，为PCR检测仪更加小型化和便携式提供一种可靠的方法与捷径，为PCR检测仪在医疗诊断、司法鉴定、食品检测等领域更广泛的应用提供了可靠的技术优化方案。

(2)利用专门设计具有散热功能的机箱代替PCR检测仪正常温控系统散热所需要的散热片及散热风扇，温控系统产生的热量通过导热管中的导热液体传到散热机箱上，从而减少了散热片及散热风扇占去的仪器空间，提高散热效率，有效避免散热过程对仪器内部环境影响的可能。

附图说明

图1为本发明一种用于PCR检测仪中温控系统的散热装置结构示意图；

图2本发明一种用于PCR检测仪中温控系统的散热装置结构又一实施例结构示意图。

其中：1散热机箱，11隔热层，12机箱外壳，13机脚，14散热模块，2温控系统，3导热机构，31导热介质，32导热金属层，33导热管，34微泵，4导热液体。

具体实施方式

下面结合附图1和图2对本发明装置的内容做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施案例。

实施案例1：如图1所示，一种用于PCR检测仪温控系统的散热装置，包括温控系统2、导热机构3和散热机箱1。

所述温控系统2是PCR检测仪运行时所需温度控制系统与结构，主要包括发热制冷器件(如半导体制冷片)和固定结构等。

所述导热机构3包括导热金属层32、导热管33和导热液体4等，导热机构3为保证温控系统2正常运行而进行热量转移和散出。其中导热金属层32通过导热介质31如石墨片或导热硅脂与需要散热的温控系统2发热制冷器件紧贴在一起；导热金属32层内含有内腔，导热金属32层与导热管33相连，导热金属层32内腔与导热管33内腔相通，腔内有循环的导热液体4。需要散热的温控系统2发热制冷器件热量通过导热金属层32转到其腔内的导热液体4中。

所述的导热液体4是指具有优异的热传导、运载性能的液态传导物质如导热油、水银、液态金属或水等。由于液体的流动性及循环，使液体有很大的传热面积，很容易把热量带走转移。导热液体4吸收温控系统2需要发散的热量，然后先后经过导热金属层32内腔和导热管33将热量转移到散热机箱上，冷却后即转移掉热量的导热液体4再经过另一端导热管流33回到导热金属层32内腔中，从而实现将从温控系统2热量快速转移到散热机箱1上，再利用散热机箱1与空气大面积接触将热量快速散到外部环境中。导热液体4通过连通的导热金属层32内腔、导热管内腔33、散热机箱1内腔实现循环，从而实现将热量能够快速转移。最终实现不需要专门散热器和散热风扇的情况下，进行快速有效散热。

所述的散热机箱1包括机箱外壳12和隔热层11，其中机箱外壳12是具有散热功能的外壳结构，包括散热模块14和内腔，内腔中有循环的导热液体4；隔热层11为紧贴机箱外壳12内部的一层具体隔热性能的材料层，主要功能是保证机箱外壳12上的热量只能向空气中散发，避免热量传递向仪器内部扩散，从而影响仪器内部中的温控系统2、仪器元器件和实验的正常运行；内腔是用于导热液体4在机箱内部流通及与导热管相连的通道，方便导热液体4将热量分散到散热模块14的各个部分，提高散热效率，同时保证导热液体4能够在仪器内部循环。

所述的散热模块14部分除了本身作为机箱1外壳功能如对仪器起保护、支撑、固定、抗干扰等作用外，同时还兼具散热功能，在不能影响其本身功能情况下，将其设计为带有散热齿片等形状，使其同时具备良好的散热功能。散热模块14内部设计有腔体，其腔体与导热管腔体相通，导热液体在导热金属层32、导热管33、机箱散热模块14三部分结构的内部腔体形成循环，温控系统2中的热量通过导热液4转移到散热机箱1的散热模块14上，并通过散热模块14将热量散到外部环境中。

实施案例2：如图2所示，根据实际需要在实施案例1的基础上增加一个微泵34，能够加快导热液体的循环速度，从而能够加速散热，提高散热效率。具体如下，一种用于PCR检测仪温控系统散热的装置，包括温控系统2、导热机构3和散热机箱1。满足对温控散热系统有更高要求的PCR检测仪。

所述温控系统2是PCR检测仪运行时所需温度控制系统与结构，主要包括发热制冷器件(如半导体制冷片)和固定结构等。

所述导热机构3包括导热金属层32、导热管33、微泵34和导热液体4等，导热机构3为保证温控系统2正常运行而进行热量转移和散出。其中导热金属层32通过导热介质31石墨片或导热硅脂与需要散热的温控系统2发热制冷器件紧贴在一起；导热金属32层内含有内腔，导热金属32层与导热管33相连，导热金属层32内腔与导热管33内腔相通，腔内有循环的导热液体4。需要散热的温控系统2发热制冷器件热量通过导热金属层32转到其腔内的导热液体4中。

所述的导热液体4是指具有优异的热传导、运载性能的液态传导物质如导热油、水银、液态金属或水等。由于液体的流动性，使液体具有很大的热传导面积，容易把热量带走转移。导热液体4吸收温控系统2需要发散的热量，然后先后经过导热金属层32内腔和导热管33将热量转移到散热机箱上，冷却后即转移掉热量的导热液体4再经过另一端导热管流33回到导热金属层32内腔中，微泵34驱动导热液体4在几个腔体内不断循环，从而实现将从温控系统2热量快速转移到散热机箱1上，再利用散热机箱1与空气大面积接触将热量快速散到外部环境中。导热液体4通过连通的导热金属层32内腔、导热管内腔33、散热机箱1内腔实现循环，从而实现将热量能够快速转移。最终实现不需要专门散热器和散热风扇的情况下，进行快速有效散热。同时可以用温控传感器检测温控系统2的温度，利用温度的高低来判断导热液体4需要循环的速度并通过微泵34进行调节，从而更加有效、合理的进行温控系统2散热，满足对温控系统2散热有更高要求的PCR检测仪。

所述的散热机箱1包括机箱外壳12和隔热层11，其中机箱外壳12是具有散热功能的外壳结构，包括散热模块14和内腔，内腔中有循环的导热液体4；隔热层11为紧贴机箱外壳12内部的一层具有隔热性能的材料层，主要功能是保证机箱外壳12上的热量只能向空气中散发，避免热量传递向仪器内部扩散，从而影响仪器内部中的温控系统2、仪器元器件和实验的正常运行；内腔是用于导热液体4在机箱内部流通及与导热管相连的通道，方便导热液体4将热量分散到散热模块14的各个部分，提高散热效率，同时保证导热液体4能够在仪器内部循环。

所述的散热模块14部分除了本身作为机箱1外壳功能如对仪器起保护、支撑、固定、抗干扰等作用外，同时还兼具散热功能，在不能影响其本身功能情况下，将其设计为带有散热齿片等形状，使其同时具备良好的散热功能。散热模块14内部设计有腔体，其腔体与导热管腔体相通，导热液体在导热金属层32、导热管33、机箱散热模块14三部分结构的内部腔体形成循环，温控系统2中的热量通过导热液4转移到散热机箱1的散热模块14上，并通过散热模块14将热量散到外部环境中。

所述的散热机箱1，其散热模块14可以通过设计不同结构的散热形状(如将设计成单位LOGO或特别标识)，既能提高散热效率，还能增加仪器的美观度以及具有宣传效果。同时可以根据需要设计不同结构的散热模块14内腔，通过循环的导热液体，将需散的热量迅速均匀的分布到散热机箱的各个部分，从而加快散热速度，提高散热效率。

通过以上方式能够容易实现PCR检测仪温控系统的散热方法及其装置，特别适合小型化、便携式PCR检测、分析仪，使散热部分占仪器空间大大缩小，而散热效率却会提高、同时能够降低成本，为仪器向更小、更便携及实用性的实现提供一种解决方法。但以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域普通技术人员依然可以对其进行技术方案进行修改，而这些修改并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种用于PCR检测仪温控系统的散热装置，其特征在于，包括：温控系统、导热机构和散热机箱；

所述温控系统，是指PCR检测仪运行时所需温度控制的系统与结构；

所述导热机构包括导热金属层、导热管和导热液体；

其中导热金属层通过导热介质与需要散热的温控系统中发热制冷器件紧贴在一起；导热金属层内含装有导热液体的腔体，腔体部分与导热管相连，导热金属层内腔与导热管腔相通，需要散热的温控系统中发热制冷器件的热量通过导热金属层转到导热金属层腔内的导热液体中；

所述导热液体为液态传导物质；导热液体吸收温控系统发热制冷器件热量，然后先后经过导热金属层内腔、导热管、将热量转移到散热机箱上，冷却后的导热液体再经过另一端导热管流回到导热金属层内腔中，从而实现将从温控系统热量快速转移到散热机箱上，再利用散热机箱与空气大面积接触将热量快速散到外部环境中，导热液体通过连通的导热金属层内腔、导热管、散热机箱内腔实现循环，能够将热量快速转移及散热；

所述散热机箱包括：机箱外壳和隔热层，机箱外壳是具有散热功能的外壳结构，所述机箱外壳包括散热模块、内腔和导热液体；隔热层为紧贴外壳内部的一层具有隔热性能的材料层；内腔是用于导热液体在机箱内部流通的通道，方便导热液体将热量分散到机箱散热模块的各个部分，提高散热效率。

2.根据权利要求1所述的一种用于PCR检测仪温控系统的散热装置，其特征在于：所述导热介质为石墨片或导热硅脂。

3.根据权利要求1所述的一种用于PCR检测仪温控系统的散热装置，其特征在于：所述散热模块设计为带有散热齿片形状。

4.根据权利要求1所述的一种用于PCR检测仪温控系统的散热装置，其特征在于：所述散热模块内部设计有腔体，所述腔体与导热管腔体相通，导热液体在导热金属层、导热管、机箱散热模块三部分结构的内部腔体形成循环，温控系统中的热量通过导热液转移到散热机箱的散热模块上，并通过散热模块将热量散到外部环境中。

5.根据权利要求1所述的一种用于PCR检测仪温控系统的散热装置，其特征在于：所述导热机构在导热管上设有微型泵。

6.根据权利要求1所述的一种用于PCR检测仪温控系统的散热装置，其特征在于：所述导热液体为具有优异的热传导、运载性能的液态传导物质，包括导热油、水银、液态金属或水。