CN109477679B - 保冷加温装置、及分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能抑制装置成本、且高效地进行保冷和加温的保冷加温装置。用于高效地进行保冷和加温的保冷加温装置包括：保冷库(11)；将冷气提供到保冷库内的珀尔帖型冷却机的珀尔帖元件(1)；珀尔帖元件散热用的散热构件(3)；用于对散热构件进行风冷的风扇(7、8)；使来自风扇和散热构件的废热(9)通过的排气管道(4)；以及可设置有加温对象的设置部(5)，该保冷加温装置将加温对象设置在排气管道的废热流路内并进行加温。

Description

保冷加温装置、及分析装置
技术领域
本发明涉及保冷加温装置、及利用该保冷加温装置的分析装置，尤其涉及通过简单的构造能降低成本的保冷加温装置技术。
背景技术
用于保冷加温装置的冷却和加热的构成要素一般是热泵、加热器、珀尔帖元件、压缩机等。此外，在装置内有冷却室和加温室等，在同时对冷却室和加温室进行冷却/加热时，需要使用2个上述构成要素。即，不存在仅通过1个构成要素分别对2个区域进行冷却和加热的装置。
在专利文献1中公开了一种使用冷却用热泵、加温用热泵和护套式加热器的冷却加温装置作为同时进行冷却和加温的装置。在专利文献1中，沿着空气的流动方向，从上游侧按照冷却用热泵的冷凝器、冷却用热泵的压缩机、加温用热泵蒸发器的顺序进行配置，从而通过冷却用热泵的冷凝器的废热被加温的空气与冷却用热泵的压缩机接触，从而被进一步加温，通过将该加温空气导入至加温用热泵的蒸发器，从而能使蒸发器中的蒸发温度进一步上升，能提高加温用热泵的热效率。
此外，在专利文献2中，公开了一种使用冷却用珀尔帖元件和加温用珀尔帖元件的恒温箱。设置有对加热块进行加热的第一珀尔帖元件、通过吸热面对所述冷却块进行冷却的第二珀尔帖元件、将第一珀尔帖元件的吸热面和第二珀尔帖元件的散热面进行连接的热传导性的连接构件，通过将由第二珀尔帖元件的散热面产生的热能在第一珀尔帖元件的吸热面进行回收并用于加热块的加热，从而提高效率、提高耐久性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009－223838号公报
专利文献2：日本专利特开2009－270837号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
上述的专利文献1中，对冷却用和加温用各自独立的温度调整用的构成要素进行2系统配置，将冷却用热泵的发热转用于提高加温用热泵的热效率。在具有温度设定不同的2个区域并对这2个区域同时进行冷却和加温的情况下一般使用这种方式，但需要多个用于温度控制的构成要素，因此成本增大，装置尺寸也变大。
在专利文献2中，在一个装置内具有冷却部和加热部这样不同的温度设定区域(冷却块、加热块)。温度调整用的构成要素是珀尔帖元件，利用热传导性连接构件将加热用珀尔帖元件的吸热面和冷却用珀尔帖元件的散热面进行连接，从而能提高整体的效率。然而，使用2个珀尔帖元件，需要针对各个珀尔帖元件的每一个进行冷却或加温的温度控制，因此，与专利文献1同样地，需要多个用于温度控制的机械要素，成本增大，装置尺寸也变大。
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种能利用1个珀尔帖元件对具有温度设定的保冷部和加温部的装置进行保冷和加温并且成本较低的保冷加温装置、以及提供一种利用了该保冷加温装置的分析装置。
解决技术问题的技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种保冷加温装置，该保冷加温装置包括：保冷库、将冷气提供到保冷库内的珀尔帖型冷却机、珀尔帖元件散热用的散热构件、用于对散热构件进行风冷的风扇、以及设置在使来自风扇和散热构件的废热通过的流路内并且可设置加温对象的设置部，该保冷加温装置在设置部设置加温对象并进行加温。
此外，为了实现上述目的，本发明提供一种保冷加温装置，该保冷加温装置包括：保冷库；将冷气提供到保冷库内的珀尔帖型冷却机；珀尔帖元件散热用的散热构件；用于对散热构件进行风冷的风扇；对来自风扇和散热构件的废热的温度进行测定的温度测定部；可设置加温对象的设置部；以及流路切换部，该流路切换部对设置在设置部的加温对象和废热能进行热交换的排气路径与废热和加温对象不进行热交换的排气路径进行切换，流路切换部基于温度测定部的测定结果，对2个排气路径进行切换。
此外，为了实现上述目的，本发明提供一种保冷加温装置，该保冷加温装置实质上使用单个珀尔帖元件作为热源，将珀尔帖元件的吸热部与保冷部直接或间接地接合，将珀尔帖元件的发热部与加温对象的设置部直接或间接地接合。此外，所述保冷加温装置可以控制珀尔帖元件使得保冷部的温度变为期望的温度，在珀尔帖元件的发热部设置有翅片等散热构件，利用风冷用风扇经由排气管道将废热传递到加温对象的设置部。另外，所述保冷加温装置也可以在排气管道内设置有温度传感器；在0到100％之间的范围内对通过排气管道传递到加温对象的设置部的流量进行调整的流量调整机构；以及多个加温对象的设置部。
此外，为了实现上述目的，本发明提供一种分析装置，该分析装置搭载有上述的保冷加温装置，利用保冷库对保冷试剂进行保冷，将加温试剂设置于设置部。
发明效果
根据本发明，能提供一种保冷加温装置，可利用1个珀尔帖元件进行保冷和加温并且成本较低。
附图说明
图1是表示实施例1所涉及的保冷加温装置的一个结构例的图。
图2是表示实施例1所涉及的保冷加温装置的变形例的图。
图3是表示实施例1所涉及的保冷加温装置的废热的流路示例的图。
图4是表示实施例1所涉及的保冷加温装置的室温和废热-室温的关系的图。
图5是表示实施例2所涉及的保冷加温装置的一个结构例的图。
图6是表示实施例2所涉及的保冷加温装置的流路切换部的结构例的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的各种实施例进行详细说明。
实施例1
实施例1是下述保冷加温装置的实施例，该保冷加温装置包括：保冷库、将冷气提供到保冷库内的珀尔帖型冷却机、珀尔帖元件散热用的散热构件、用于对散热构件进行风冷的风扇、以及设置在使来自风扇和散热构件的废热通过的流路内并且可设置加温对象的设置部，该保冷加温装置在设置部设置加温对象并进行加温。
图1是表示实施例1所涉及的保冷加温装置的一个结构例的图。如图1所示，本实施例的保冷加温装置21包括控制部18、保冷部19、以及加温部20来构成。图1(a)是利用了热传递和热传导的保冷加温装置，图1(b)是利用了热传导的保冷加温装置。
在图1(a)中，保冷部19包括：构成珀尔帖型冷却机的珀尔帖元件1、保冷库11、保冷库的门12、温度测定部13、盖板14、风扇15、以及冷却构件16，加温部20包括：风扇2、珀尔帖元件散热用的散热构件3、排气管道4、加温对象的设置部5以及风扇7。这里，温度测定部13使用热电偶、热敏电阻、测温电阻、集成电路(IC)温度传感器等。
本实施例所涉及的保冷加温装置21中的冷却是通过由控制部18对在珀尔帖元件1中流过的电流或电压进行控制来执行，使得保冷库11内的温度测定部13的温度在5℃±2℃以内。若珀尔帖元件1开始冷却控制，则冷却构件16的温度降低，散热构件3的温度上升。冷却部19利用风扇15使保冷库11内的空气17循环，对保冷库11内的温度进行冷却/保冷。另外，通过保冷库的门12进入到保冷库11内。
此外，珀尔帖元件1的吸热面和散热面的温度差(Δt)越小，则珀尔帖元件1的冷却效率越好，因此利用风扇2对散热构件3进行风冷。被风扇2吸入的空气8对散热构件的热量进行吸收并成为废热9，经由构成作为该流路的排气管道4，提供到设置在流路上的加温对象的设置部5，对加温对象6进行加温。被加温对象6夺走了能量的废热9成为废热10，被排出至保冷加温装置外。另外，在图1所示的结构中，记载有风扇2和风扇7这2个风扇，但也可以仅设置任意一个。
在利用了图1(b)所示的热传导的保冷加温装置的结构中，使保冷库11与珀尔帖元件1接触，通过热传导对保冷库内进行冷却/保冷。另一个结构与图1(a)的结构相同，由控制部18对在珀尔帖元件1中流过的电流或电压进行控制，使得保冷库11内的温度测定部13的温度在5℃±2℃以内。
在图2中示出实施例1的保冷加温装置的变形例的结构。在图2(a)中，从特定的出口排出废热10，因此在加温对象的设置部5的下游，还包括构成作为流路的排气管道201。在图2(b)中，在加温对象的设置场所5的下游除了排气管道201以外，还包括加温对象的设置场所202、加温对象203。
如图2(a)、2(b)所示的变形例的结构那样，在图1的保冷加温装置的结构中，排气管道和加温对象的设置场所、加温对象可以是2个以上。
图3(a)～图3(d)是表示本实施例的保冷加温装置的废热的流路的结构例的图。图3(a)、3(b)示出排气管道4、加温对象的设置部5、加温对象6、排气管道201的俯视图，图3(c)、3(d)、3(e)示出排气管道4、加温对象的设置部5、加温对象6、排气管道201的纵剖视图。
在图3(a)中，成为流路的排气管道4和排气管道201的位置关系呈一条直线即为0°，使废热9积极地与加温对象6接触来进行热交换。图3(b)中，将成为流路的排气管道4和排气管道201配置在直角即90°的位置上。在以上的结构例中，示出了0°和90°的位置，但也可以在0～180°中任意的位置上进行连接。
图3(c)中，将成为流路的排气管道4和排气管道201配置成在重力方向上呈直线状。从加温对象的设置部5的侧面设置加温对象6，并使其成为漂浮在空中的状态。其中，只要在加温对象6不堵住排气管道201的通气口的范围内，就可以将加温对象6设置在加温对象的设置部5的底面。图3(d)中，排气管道4连接到加温对象的设置部5的上表面，排气管道201连接到加温对象的设置部5的侧面。从加温对象的设置部5的侧面设置加温对象6，使其成为漂浮在空中的状态或者与加温对象的设置部5的底面相接的状态。另外，也可以构成为：在加温对象的设置部5的底面预先开孔，从加温对象的设置部5的底面的下方设置加温对象6。
图3(e)中，排气管道4连接到加温对象的设置部5的侧面，排气管道201连接到加温对象的设置部5的下表面。从加温对象的设置部5的侧面设置加温对象6，使其成为漂浮在空中的状态。其中，只要在加温对象6不堵住排气管道201的通气口的范围内，就可以将加温对象6设置在加温对象的设置部5的底面。在图3(e)中，加温对象6设置在加温对象的设置部5内，但也可以在加温对象的设置部5的上表面开孔，成为加温对象6从加温对象的设置部5的上表面的孔突出的状态。在该情况下，能从加温对象的设置部5的上表面的孔进入来设置加温对象6。
图4是表示本实施例的保冷加温装置的结构中，室温和废热-室温的关系的一个示例的图表。该废热的温度是对散热构件3的下游的废热9的温度进行测定得到的温度。该图中的横轴表示室温(℃)，纵轴表示废热-室温(℃)的关系。另外，图4的数据是保冷库的冷却控制为稳定状态时的数据。在室温18～25℃的环境下，能提供室温+约2.6℃的废热。
在图4所示的数据中，虽然为室温+约2.6℃的废热，但根据散热构件3的形状和材料、以及珀尔帖元件1的选定，能进一步提高提供的废热的温度。另外，冷却构件16和散热构件3的材料能使用铝、铜、金、银、其他合成金属、热传导性树脂等，其形状能使用针板状的物品、排列有多个翅片的物品、排列有多个柱子的物品等。
根据本实施例，能提供一种能以1个珀尔帖元件这样简单的结构进行保冷和加温并且成本较低的保冷加温装置。
根据本实施例，珀尔帖元件的动作控制是基于保冷库的温度来进行控制，仅通过该控制能将保温对象从约21℃加温到28℃(室温(18－26℃))，利用1个珀尔帖元件和1个系统的控制装置构成保冷加温装置，能实现小型化和低成本化。此外，确认到珀尔帖元件的发热部的温度为加温部的温度以上，通过将该热量直接用于加温部，从而能确保充分的加温性能。通过将该发热部的热量用于加温部，能构建简单、廉价的加温部。
实施例2
除了实施例1的结构以外，实施例2还包括能基于设置于排气管道内的温度测定部的测定温度来切换排气路径的流路切换部，是能对废热与加温对象可进行热交换的排气路径和废热与加温对象不进行热交换的排气路径进行切换的保冷加温装置的实施例。在图5中，示出了本实施例所涉及的保冷加温装置的一个结构。
在图5中，保冷部19包括：珀尔帖元件1、保冷库11、保冷库的门12、温度测定部13、盖板14、风扇15以及冷却构件16，加温部20由风扇2、散热构件3、排气管道4、加温对象的设置场所5、风扇7、对废热的温度进行测定的温度测定部302、流路切换部303、排气管道201、排气管道304、排气管道306以及废热废弃部305构成。另外，温度测定部302与温度测定部13同样地使用热电偶、热敏电阻、测温电阻、IC温度传感器等。
本实施例的冷却/保冷与实施例1相同，由控制部18对在珀尔帖元件1中流过的电流或电压进行控制，使得保冷库11内的温度测定部13的温度在5℃±2℃以内。若珀尔帖元件1开始冷却控制，则冷却构件16的温度降低，散热构件3的温度上升。保冷部19通过风扇15使保冷库11内的空气17循环，对保冷库11内的温度进行冷却/保冷。另外，通过保冷库的门12进入保冷库11内。
通过风扇2对散热构件3进行风冷。被风扇2吸入的空气8对散热构件的热量进行吸收，成为废热9，经由排气管道4提供到流路切换部303。此外，利用排气管道4内的温度测定部302对废热9的温度进行测定，基于该测定温度，对流路切换部303进行切换控制，从而对流路即废热和加温对象能进行热交换的排气路径与废热和加温对象不进行热交换的排气路径进行切换。
图5(a)是表示本实施例的结构中将废热9提供到加温对象的设置部5的流路的图。由温度测定部302得到的废热9的测定温度在30℃以下的情况下，流路切换部303将流路连接到排气管道304侧，向加温对象的设置场所5提供废热9，对加温对象6进行加温。被加温对象6夺走了能量的废热9成为废热10，从废热废弃部305被排出至装置外。另外，在图5中，记载有风扇2和风扇7这2个风扇，但也可以与实施例1同样地仅设置任意一个。
图5(b)是表示不将废热9提供到加温对象的设置部5的流路的图。在温度测定部302的温度超过30℃的情况下，流路切换部303连接到排气管道306，使废热9从废热废弃部305直接排出到装置外部。
图6是表示本实施例的保冷加温装置的流路切换部的具体的结构例的图。图6(a)表示通过步进电动机401，使流路切换轴402和流路切换板403旋转移动来切换流路的结构。图6(b)、6(c)表示通过弹簧404、螺线管405进行流路切换的结构。对螺线管405提供电力时，通过螺线管405的作用力，将流路切换板403压向排气管道304侧，成为排气管道306的流路。在不对螺线管405提供电力时，通过弹簧404的作用力，将流路切换板403压向排气管道306侧，成为排气管道304的流路。另外，也可以使用机械要素，使连接对象进行反转。此外，也可以使用热电元件来代替螺线管405。
另外，图6是关于将对加温对象的切换设为0％和100％时的示例，但也能通过将流路切换板设在中间位置，来设定在0％～100％中的任意位置。
根据本实施例的保冷加温装置，通过在排气管道内测定废热的温度，从而能防止对加温对象不必要的加温。
在本示例中，与实施例1同样地，珀尔帖元件为1个，基于保冷库的温度进行该珀尔帖元件的控制。此外，流路切换部的控制能以简单的结构，通过较小的电力来进行动作。由此，能实现小型化和低成本化。
实施例3
实施例3是搭载、使用了实施例1或实施例2的保冷加温装置的分析装置的实施例。即，将上述的保冷加温装置的结构/功能搭载于分析装置，利用作为保冷部的保冷库11来对保冷试剂进行保冷，将保温试剂设置于保冷加温装置的加温部的设置部5来对其进行加温。另外，作为分析装置中的保温试剂，将需要防止结晶化的试剂等作为对象。
根据以上说明的本发明，能提供一种能利用1个珀尔帖元件这样简单的结构进行保冷和加温、成本较低并且小型的保冷加温装置以及分析装置，能进一步防止对加温对象的不必要的加温。
另外，本发明不限定于上述实施例，还包含各种变形例。例如，上述实施例是为了便于理解本发明而进行的详细说明，并不限于必须要具备所说明的所有结构。另外，能够将某实施例的结构的一部分替换成其它实施例的结构，另外，也能将其它实施例的结构添加至某实施例的结构上。另外，关于各实施例的结构的一部分，也可以进行其它结构的追加、删除、替换。
标号说明
1 珀耳帖元件，
2、15 风扇，
3 散热构件，
4、201、304、306 排气管道，
5、202 设置部，
6、203 加温对象，
7 风扇，
8、17 空气，
9 废热，
10 废热，
11 保冷库，
12 保冷库的门，
13、302 温度测定部，
14 盖板，
16 冷却构件，
18 控制部，
19 冷却部，
20 加温部，
21 冷却加温装置，
303 流路切换部，
305 废热废弃部，
401 步进电动机，
402 流路切换轴，
403 流路切换板，
404 弹簧，
405 螺线管。

Claims (12)

1.一种保冷加温装置，其特征在于，包括：
保冷库；将冷气提供到所述保冷库内的珀尔帖型冷却机；珀尔帖元件散热用的散热构件；用于对所述散热构件进行风冷的风扇；以及设置在使来自所述风扇和所述散热构件的废热通过的流路内并且可设置加温对象的设置部，所述流路包含排气管道，所述排气管道由夹着所述设置部并且配置在直线上或者直角的位置上的2个排气管道构成，该保冷加温装置在所述设置部设置加温对象并进行加温。
2.如权利要求1所述的保冷加温装置，其特征在于，
利用热传导将冷气从所述珀尔帖型冷却机提供到所述保冷库。
3.如权利要求1所述的保冷加温装置，其特征在于，
利用热传递和热传导将冷气从所述珀尔帖型冷却机提供到所述保冷库。
4.一种保冷加温装置，其特征在于，包括：
保冷库；将冷气提供到所述保冷库内的珀尔帖型冷却机；珀尔帖元件散热用的散热构件；用于对所述散热构件进行风冷的风扇；对来自所述风扇和所述散热构件的废热的温度进行测定的温度测定部；可设置加温对象的设置部；以及流路切换部，该流路切换部对使设置在所述设置部的加温对象和所述废热能进行热交换的排气路径与所述废热和所述加温对象不进行热交换的排气路径进行切换，
所述流路切换部基于所述温度测定部的测定结果，对2个所述排气路径进行切换，
2个所述排气路径各自包含排气管道，所述流路切换部包含流路切换板，该流路切换板将流路切换到2个所述排气管道中的任意一个。
5.如权利要求4所述的保冷加温装置，其特征在于，
沿着空气流动的方向，从上游侧开始按照所述风扇、所述散热构件、所述温度测定部、所述流路切换部的顺序进行配置。
6.如权利要求4所述的保冷加温装置，其特征在于，
所述流路切换部包括步进电机，该步进电机利用流路切换轴使所述流路切换板旋转移动。
7.如权利要求4所述的保冷加温装置，其特征在于，
所述流路切换部由螺线管或热电元件、以及弹簧构成，该螺线管利用流路切换轴使所述流路切换板旋转移动。
8.一种分析装置，搭载有如权利要求1所述的保冷加温装置，该分析装置的特征在于，
利用所述保冷库对保冷试剂进行保冷，将保温试剂设置于所述设置部。
9.一种分析装置，搭载有如权利要求4所述的保冷加温装置，该分析装置的特征在于，
利用所述保冷库对保冷试剂进行保冷，将保温试剂设置于所述设置部。
10.一种保冷加温装置，具有保冷部和对加温对象进行加温的加温部，其特征在于，
具备实质上为单个的珀尔帖元件，
所述珀尔帖元件的吸热部与所述保冷部实质上接合，
所述珀尔帖元件的发热部与所述加温部实质上接合，
具有珀尔帖元件控制部，该珀尔帖元件控制部仅基于所述保冷部的温度信息，控制所述珀尔帖元件，
在所述珀尔帖元件的发热部设置有散热构件和风冷用风扇，经由排气管道与所述加温对象的设置部相连接，
在所述珀尔帖元件和所述加温对象的设置部之间，具备用于对所述排气管道内的温度进行测定的温度传感器；以及流量调整机构部，该流量调整机构部对排气管道内流向所述加温对象的设置部的流量进行调整，
所述流量调整机构部是使来自所述珀尔帖元件的发热部的废热分岔，并将一部分废热提供到所述加温对象的设置部的机构。
11.如权利要求10所述的保冷加温装置，其特征在于，
所述流量调整机构部是用来打开/关闭将来自所述珀尔帖元件的发热部的废热提供到所述加温对象的设置部的机构。
12.一种分析装置，该分析装置搭载有如权利要求10或11所述的保冷加温装置，其特征在于，
利用所述保冷部对保冷试剂进行保冷，
将保温试剂设置于所述加温部。
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