DE112016006885T5

DE112016006885T5 - Kühl/Heiz-Vorrichtung und Analysevorrichtung

Info

Publication number: DE112016006885T5
Application number: DE112016006885.9T
Authority: DE
Inventors: Tadao Yabuhara; Terumi Tamura; Hiroshi Watanabe
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2019-02-21
Also published as: WO2018003009A1; CN109477679B; JP6609702B2; JPWO2018003009A1; US11209197B2; US20200182518A1; CN109477679A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Kühl/Heiz-Vorrichtung bereit, die wirksam kühlt und erwärmt, während die Vorrichtungskosten unterdrückt werden. Diese Kühl/Heiz-Vorrichtung zum wirksamen Erwärmen und Kühlen ist mit Folgendem versehen: einer Kühlkammer 11; einem Peltier-Kühler 1 zu Zuführen von kalter Luft zum Inneren der Kühlkammer; einem Wärmeabstrahlungselement 3 zum Abstrahlen von Peltier-Wärme; Lüftern 7, 8 zum Luftkühlen des Wärmeabstrahlungselements; einer Abgasleitung 4, durch die Abwärme 9 von den Lüftern und dem Wärmeabstrahlungselement strömt; und einer Einbaukomponente 5, an der ein zu erwärmender Gegenstand 6 eingebaut sein kann. Der zu erwärmende Gegenstand ist im Abwärmeströmungsweg der Abgasleitung eingebaut und wird erwärmt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühl/Heiz-Vorrichtung und eine Analysevorrichtung, die diese verwendet, und insbesondere auf die Technologie einer Kühl/Heiz-Vorrichtung, die mit einer einfachen Struktur Kosten verringern kann.
Hintergrundgebiet
Komponenten, die zum Kühlen und Erwärmen der Kühl/Heiz-Vorrichtung verwendet werden, sind im Allgemeinen eine Wärmepumpe, eine Heizeinrichtung, ein Peltier-Element, ein Kompressor und dergleichen. Außerdem ist es in einem Fall, bei dem eine Kühlkammer, eine Heizkammer und dergleichen in einer Vorrichtung vorhanden sind und die Kühlkammer und die Heizkammer gleichzeitig gekühlt bzw. erwärmt werden, notwendig, zwei der obigen Komponenten zu verwenden. Das heißt, es gibt keine Vorrichtung, die mit lediglich einer Komponente zwei Bereiche kühlt bzw. erwärmt.
Als eine Vorrichtung, die gleichzeitig Kühlen und Erwärmen durchführt, offenbart PTL 1 eine Kühl- und Heizvorrichtung unter Verwendung einer kühlenden Wärmepumpe, einer erwärmenden Wärmepumpe und einer Mantelheizeinrichtung. In PTL 1 wird eine Konfiguration bereitgestellt, bei der ein Kondensor der kühlenden Wärmepumpe, ein Kompressor der kühlenden Wärmepumpe und ein Verdampfer der erwärmenden Wärmepumpe in dieser Reihenfolge von einer Stromaufwärtsseite aus in einer Luftströmungsrichtung angeordnet sind, dementsprechend gelangt Luft, die durch die Abgaswärme des Kondensors der kühlenden Wärmepumpe erwärmt ist, mit dem Kompressor der kühlenden Wärmepumpe in Kontakt und wird weiter erwärmt, und die erwärmte Luft wird in den Verdampfer der erwärmenden Wärmepumpe eingebracht, damit eine Verdampfungstemperatur im Verdampfer weiter erhöht wird, dementsprechend ist es möglich, einen thermischen Wirkungsgrad der erwärmenden Wärmepumpe zu verbessern.
Außerdem offenbart PTL 2 einen Brutkasten unter Verwendung eines Peltier-Kühlers und einer Peltier-Heizeinrichtung. Ein erstes Peltier-Element zum Erwärmen eines Heizblocks, ein zweites Peltier-Element zum Kühlen des Kühlblocks durch eine wärmeabsorbierende Oberfläche und ein wärmeleitfähiges Verbindungselement, das die wärmeabsorbierende Oberfläche des ersten Peltier-Elements mit einer wärmeabstrahlenden Oberfläche des zweiten Peltier-Elements verbindet, werden bereitgestellt, und Wärmeenergie, die von der wärmeabstrahlenden Oberfläche des zweiten Peltier-Elements erzeugt wird, wird durch die wärmeabsorbierende Oberfläche des ersten Peltier-Elements wiedergewonnen und wird zum Erwärmen der Heizblocks genutzt, um die Verbesserung des Wirkungsgrads und die Verbesserung der Lebensdauer zu erreichen.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

PTL 1: JP-A-2009-223838
PTL 2: JP-A-2000-270837

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Problemstellung
In der oben beschriebenen PTL 1 sind zwei unabhängige Temperatureinstellkomponenten jeweils zum Kühlen und zum Erwärmen angeordnet, und die Wärmeerzeugung der kühlenden Wärmepumpe wird zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads der erwärmenden Wärmepumpe umgelenkt. In einem Fall, bei dem zwei Bereiche mit verschiedenen Temperatureinstellungen vorgesehen sind und das Kühlen und das Erwärmen auf den Bereichen gleichzeitig durchgeführt werden, wird im Allgemeinen ein derartiges System verwendet. Jedoch steigen die Kosten an, da mehrere Komponenten zur Temperatursteuerung erforderlich sind, und eine Größe einer Vorrichtung nimmt ebenfalls zu.
In PTL 2 weist eine Vorrichtung Bereiche mit verschiedenen Temperatureinstellungen einer Kühlkomponente und einer Heizkomponente (der Kühlblock und der Heizblock) darin auf. Die Temperatureinstellkomponente ist ein Peltier-Element, und die wärmeabsorbierende Oberfläche eines erwärmenden Peltier-Elements und die wärmeabstrahlende Oberfläche eines kühlenden Peltier-Elements sind durch das wärmeleitfähige Verbindungselement verbunden, um eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads zu erreichen. Da jedoch zwei Peltier-Elemente verwendet werden und die Temperatursteuerung zum Kühlen oder Erwärmen für jedes Peltier-Element erforderlich ist, wie in PTL 1, sind mehrere mechanische Elemente zur Temperatursteuerung erforderlich, die Kosten steigen an, und eine Größe einer Vorrichtung nimmt ebenfalls zu.
Um die obigen Problemstellungen zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühl/Heiz-Vorrichtung zu schaffen, die ein Kühlen und ein Erwärmen mit einem Peltier-Element für eine Vorrichtung mit einer Kühlkomponente und einer Heizkomponente für die Temperatureinstellung durchführen kann und kostengünstig ist, und eine Analysevorrichtung zu schaffen, die diese verwendet.
Lösung der Problemstellung
Um die obige Aufgabe zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kühl/Heiz-Vorrichtung mit einer Konfiguration geschaffen, die Folgendes enthält: eine Kühlkammer; einen Peltier-Kühler, der einem Inneren der Kühlkammer kalte Luft zuführt; ein Wärmeabstrahlungselement zum Abstrahlen von Peltier-Wärme; einen Lüfter zum Luftkühlen des Wärmeabstrahlungselements; und eine Einbaukomponente, die in einem Strömungsweg bereitgestellt ist, durch den Abwärme vom Lüfter und vom Wärmeabstrahlungselement strömt, und an der ein zu erwärmender Gegenstand eingebaut sein kann, wobei der zu erwärmende Gegenstand an der Einbaukomponente eingebaut ist und erwärmt wird.
Außerdem wird, um die obige Aufgabe zu lösen, eine Kühl/Heiz-Vorrichtung mit einer Konfiguration geschaffen, die Folgendes enthält: eine Kühlkammer; einen Peltier-Kühler, der einem Inneren der Kühlkammer kalte Luft zuführt; ein Wärmeabstrahlungselement zum Abstrahlen von Peltier-Wärme; einen Lüfter zum Luftkühlen des Wärmeabstrahlungselements; eine Temperaturmesseinheit, die eine Temperatur der Abwärme vom Lüfter und vom Wärmeabstrahlungselement misst; eine Einbaukomponente, an der ein zu erwärmender Gegenstand eingebaut sein kann; und eine Strömungswegumschaltkomponente, die eine Abgasstrecke, die zu einem Wärmeaustausch zwischen dem zu erwärmenden Gegenstand, der an der Einbaukomponente eingebaut ist, und der Abwärme befähigt ist, und eine Abgasstrecke, die keinen Wärmeaustausch zwischen der Abwärme und dem zu erwärmenden Gegenstand durchführt, umschaltet, wobei die Strömungswegumschaltkomponente die zwei Abgasstrecken auf der Grundlage eines Messergebnisses der Temperaturmesseinheit umschaltet.
Außerdem wird, um die obige Aufgabe zu lösen, eine Kühl/Heiz-Vorrichtung geschaffen, bei der im Wesentlichen ein einziges Peltier-Element als eine Wärmequelle verwendet wird, eine wärmeabsorbierende Komponente eines Peltier-Elements und eine Kühlkomponente direkt oder indirekt verbunden sind und eine wärmeerzeugende Komponente des Peltier-Elements und eine Einbaukomponente eines zu erwärmenden Gegenstands direkt oder indirekt verbunden sind. Außerdem kann die Kühl/Heiz-Vorrichtung das Peltier-Element derart steuern, dass eine Temperatur der Kühlkomponente eine gewünschte Temperatur wird, ein Wärmeabstrahlungselement wie etwa Rippen kann an der wärmeerzeugenden Komponente des Peltier-Elements vorgesehen sein, und der Einbaukomponente eines zu erwärmenden Gegenstands kann über eine Abgasleitung durch einen Lüfter zur Luftkühlung Abwärme zugeführt werden. Ferner kann die Kühl/Heiz-Vorrichtung mit einem Temperatursensor in der Abgasleitung, einem Durchflussmengeneinstellmechanismus, der eine Durchflussmenge, die der Einbaukomponente eines warm zu haltenden Gegenstands durch die Abgasleitung zugeführt wird, in einem Bereich von 0% bis 100 % einstellt, und mehreren Einbaukomponenten von warm zu haltenden Gegenständen versehen sein.
Ferner wird, um die obige Aufgabe zu lösen, eine Analysevorrichtung mit einer Konfiguration geschaffen, die Folgendes enthält: die darauf angebrachte Kühl/Heiz-Vorrichtung, in der ein zu kühlendes Reagens in einer Kühlkammer gekühlt wird und ein warm zu haltendes Reagens an der Einbaukomponente eingebaut ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Kühl/Heiz-Vorrichtung bereitzustellen, die ein Kühlen und ein Erwärmen mit einem Peltier-Element durchführen kann und kostengünstig ist.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für eine Kühl/Heiz-Vorrichtung gemäß Beispiel 1 veranschaulicht.
2 ist ein Diagramm, das ein Modifikationsbeispiel der Kühl/Heiz-Vorrichtung gemäß Beispiel 1 veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm, das ein Strömungswegbeispiel der Abwärme der Kühl/Heiz-Vorrichtung gemäß Beispiel 1 veranschaulicht.
4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Raumtemperatur und einer Abwärme-Raumtemperatur der Kühl/Heiz-Vorrichtung gemäß Beispiel 1 veranschaulicht.
5 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für eine Kühl/Heiz-Vorrichtung gemäß Beispiel 2 veranschaulicht.
6 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Strömungswegumschaltkomponente der Kühl/Heiz-Vorrichtung gemäß Beispiel 2 veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden diverse Beispiele für die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genau beschrieben.
Beispiel 1
Beispiel 1 ist ein Beispiel für eine Kühl/Heiz-Vorrichtung, die eine Kühlkammer, einen Peltier-Kühler, der einem Inneren der Kühlkammer kalte Luft zuführt, ein Wärmeabstrahlungselement zum Abstrahlen von Peltier-Wärme, einen Lüfter zum Luftkühlen des Wärmeabstrahlungselements und eine Einbaukomponente, die an einem Strömungsweg eingebaut ist, durch den Abwärme vom Lüfter und vom Wärmeabstrahlungselement strömt, und an der ein zu erwärmender Gegenstand eingebaut sein kann, enthält, wobei der zu erwärmende Gegenstand an der Einbaukomponente eingebaut ist und erwärmt wird.
1 ist ein Diagramm, dass ein Konfigurationsbeispiel für eine Kühl/Heizvorrichtung gemäß Beispiel 1 veranschaulicht. Wie in 1 veranschaulicht ist, ist eine Kühl/Heiz-Vorrichtung 21 gemäß dem vorliegenden Beispiel konfiguriert, eine Steuereinheit 18, eine Kühlkomponente 19 und eine Heizkomponente 20 zu enthalten. (a) von 1 zeigt eine Kühl/Heiz-Vorrichtung unter Verwendung von Wärmeübertragung und Wärmeleitung, (b) von 1 zeigt eine Kühl/Heiz-Vorrichtung unter Verwendung von Wärmeleitung.
In (a) von 1 ist die Kühlkomponente 19 aus einem Peltier-Element 1, das einen Peltier-Kühler konfiguriert, einer Kühlkammer 11, einer Kühlkammertür 12, einer Temperaturmesseinheit 13, einer Abdeckung 14, einem Lüfter 15 und einem Kühlelement 16 konfiguriert, und die Heizkomponente 20 ist aus einem Lüfter 2, einem Wärmeabstrahlungselement zum Abstrahlen von Peltier-Wärme, einer Abgasleitung 4, einer Einbaukomponente eines zu erwärmenden Gegenstands und einem Lüfter 7 konfiguriert. Hier wird ein thermoelektrisches Element, ein Thermistor, ein Widerstandstemperaturdetektor, ein Temperatursensor in Form einer integrierten Schaltung (IC-Temperatursensor) oder dergleichen als die Temperaturmesseinheit 13 verwendet.
Das Kühlen in der Kühl/Heiz-Vorrichtung 21 gemäß dem vorliegenden Beispiel wird durch Steuern eines Strom oder einer Spannung, der von der Steuereinheit 18 zum Peltier-Element 1 fließt, derart, dass eine Temperatur der Temperaturmesseinheit 13 in der Kühlkammer 11 innerhalb von 5 °C ± 2 °C zu liegen kommt, durchgeführt. Wenn das Peltier-Element 1 mit der Kühlungssteuerung beginnt, sinkt eine Temperatur des Kühlelements 16 ab, und eine Temperatur des Wärmeabstrahlungselements 3 steigt an. Die Kühlkomponente 19 bewirkt, dass die Luft 17 in der Kühlkammer 11 durch den Lüfter 15 umgewälzt wird und dass die Temperatur in der Kühlkammer 11 auf Kühlungsniveau verringert wird. Der Zugriff auf das Innere der Kühlkammer 11 wird durch die Kühlkammertür 12 durchgeführt.
Außerdem wird das Wärmeabstrahlungselement 3 durch den Lüfter 2 luftgekühlt, da der Kühlungswirkungsgrad des Peltier-Elements 1 umso besser ist, je kleiner ein Temperaturunterschied (Δt) zwischen einer wärmeabsorbierenden Oberfläche und einer wärmeabstrahlenden Oberfläche ist. Die Luft 8, die durch den Lüfter 2 angesaugt wird, absorbiert die Wärme des Wärmeabstrahlungselements und wird zur Abwärme 9 und wird durch die Abgasleitung 4, die einen Strömungsweg davon bildet, der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands, die auf dem Strömungsweg eingebaut ist, über die Abgasleitung 4, die als ihr Strömungsweg dient, zugeführt und erwärmt den zu erwärmenden Gegenstand 6. Die Abwärme 9, die durch den zu erwärmenden Gegenstand 6 Energie verloren hat, wird zur Abwärme 10 und wird zu einer Außenseite der Kühl/Heiz-Vorrichtung ausgelassen. In der Konfiguration, die in 1 veranschaulicht ist, sind zwei Lüfter 2 und 7 gezeigt; jedoch kann lediglich einer von ihnen eingebaut sein.
In der Konfiguration der Kühl/Heiz-Vorrichtung unter Verwendung von Wärmeleitung, die in (b) von 1 veranschaulicht ist, werden das Peltier-Element 1 und die Kühlkammer 11 miteinander in Kontakt gebracht, um das Innere der Kühlkammer durch die Wärmeleitung zu kühlen bzw. tiefzukühlen. Die anderen Konfigurationen sind dieselben wie die Konfiguration aus (a) von 1, und ein Strom oder eine Spannung, der von der Steuereinheit 18 zum Peltier-Element 1 fließt, wird derart gesteuert, dass die Temperatur der Temperaturmesseinheit 13 in der Kühlkammer 11 innerhalb von 5°C ± 2°C zu liegen kommt.
2 veranschaulicht eine Konfiguration eines Modifikationsbeispiels der Kühl/Heiz-Vorrichtung gemäß Beispiel 1. In (a) von 2 ist ferner eine Abgasleitung 201, die als ein Strömungsweg dient, auf einer Stromabwärtsseite der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands enthalten, damit die Abwärme 10 aus einem spezifischen Auslass ausgelassen wird. In (b) von 2 sind ferner ein Einbauort 202 eines zu erwärmenden Gegenstands und ein zu erwärmender Gegenstand 203 enthalten, die auf der Stromabwärtsseite des Einbauortes 5 eines zu erwärmenden Gegenstands zur Abgasleitung 201 hinzugefügt sind.
Als die Konfiguration des Modifikationsbeispiels, das in (a) und (b) von 2 veranschaulicht ist, können in der Konfiguration der Kühl/Heiz-Vorrichtung aus 1 mehr als eine Abgasleitung, mehr als ein Einbauort eines zu erwärmenden Gegenstands sein, und die zu erwärmenden Gegenstände können 2 oder mehr sein.
3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Strömungswegs der Abwärme der Kühl/Heiz-Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel veranschaulicht. (a) und (b) von 3 zeigen Draufsichten der Abgasleitung 4, der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands, des zu erwärmenden Gegenstands 6 und der Abgasleitung 201. (c), (d) und (e) von 3 zeigen vertikale Schnittansichten der Abgasleitung 4, der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands, des zu erwärmenden Gegenstands 6 und der Abgasleitung 201.
In (a) von 3 ist eine Positionsbeziehung der Abgasleitung 4 und der Abgasleitung 201, die die Strömungswege sind, auf einer geraden Linie, das heißt, 0°, und die Abwärme 9 wird mit dem zu erwärmenden Gegenstand 6 positiv in Kontakt gebracht, um einen Wärmeaustausch durchzuführen. In (b) von 3 sind die Abgasleitung 4 und die Abgasleitung 201, die die Strömungswege sind, in einer Position unter einem rechten Winkel, das heißt, 90°, angeordnet. In den obigen Konfigurationsbeispielen wurden Positionen von 0° und 90° gezeigt, jedoch kann die Verbindung in einer bevorzugten Position zwischen 0 ° und 180° hergestellt sein.
In (c) von 3 sind die Abgasleitung 4 und die Abgasleitung 201, die die Strömungswege sind, geradlinig in einer Schwerkraftrichtung angeordnet. Der zu erwärmende Gegenstand 6 ist von einer Seitenfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands aus eingebaut und gelangt in einen Zustand des Schwebens in der Luft. Jedoch kann der zu erwärmende Gegenstand 6 auf einer Bodenfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands eingebaut sein, solange der zu erwärmende Gegenstand 6 ein Lüftungsloch der Abgasleitung 201 nicht versperrt. In (d) von 3 ist die Abgasleitung 4 mit einer Deckfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands verbunden, und die Abgasleitung 201 ist mit einer Seitenfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands verbunden. Der zu erwärmende Gegenstand 6 ist von der Seitenfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands aus eingebaut und gelangt in einen Zustand des Schwebens in der Luft oder des Sich-In-Kontakt-Befindens mit der Bodenfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands. Ein Loch kann in die Bodenfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands gebohrt sein, und der zu erwärmende Gegenstand 6 kann von der Bodenfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands aus eingebaut sein.
In (e) von 3 ist die Abgasleitung 4 mit einer Seitenfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands verbunden, und die Abgasleitung 201 ist mit der Bodenfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands verbunden. Der zu erwärmende Gegenstand 6 ist von einer Seitenfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands aus eingebaut und gelangt in einen Zustand des Schwebens in der Luft. Jedoch kann der zu erwärmende Gegenstand 6 auf einer Bodenfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands eingebaut sein, solange der zu erwärmende Gegenstand 6 ein Lüftungsloch der Abgasleitung 201 nicht versperrt. In (e) von 3 ist der zu erwärmende Gegenstand 6 in der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands eingebaut. Jedoch kann ein Loch in die Deckfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands gebohrt sein, und der zu erwärmende Gegenstand 6 kann sich in einem Zustand des Vorstehens aus dem Loch der Deckfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands befinden. In diesem Fall ist es möglich, zum Einbauen des zu erwärmenden Gegenstands 6 von dem Loch der Deckfläche der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands aus zuzugreifen.
4 ist eine Grafik, die ein Beispiel für eine Beziehung zwischen einer Raumtemperatur und der Abwärme-Raumtemperatur in der Kühl/Heiz-Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel veranschaulicht. Die Temperatur der Abwärme ist eine Temperatur, die durch Messen einer Temperatur der Abwärme 9 auf einer Stromabwärtsseite des Wärmeabstrahlungselements 3 erhalten wird. Eine horizontale Achse derselben Figur zeigt eine Raumtemperatur (°C), und eine vertikale Achse zeigt die Beziehung der Abwärme-Raumtemperatur (°C). Die Daten aus 4 sind Daten während eines stetigen Zustands der Kühlungssteuerung der Kühlkammer. Es ist möglich, in einer Umgebung mit einer Raumtemperatur im Bereich von 18°C bis 25°C Abwärme mit Raumtemperatur + näherungsweise 2,6°C zuzuführen.
In den in 4 gezeigten Daten weist die Abwärme eine Temperatur von Raumtemperatur + näherungsweise 2,6 ° C auf. Jedoch ist es abhängig von einer Form und einem Material des Wärmeabstrahlungselements und der Auswahl des Peltier-Elements 1 möglich, die Temperatur der zuzuführenden Abwärme weiter zu erhöhen. Als Materialien des Kühlelements 16 und des Wärmeabstrahlungselements 3 können Aluminium, Kupfer, Gold, Silber, andere synthetische Metalle, ein Wärmeleitungsharz und dergleichen verwendet werden. Als die Form davon können ein Gegenstand in der Form eines Steckmassehalters [engl.: pinholder], ein Gegenstand mit vielen Rippen, ein Gegenstand mit nebeneinander stehenden Säulen und dergleichen verwendet werden.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel ist es möglich, eine Kühl/Heiz-Vorrichtung bereitzustellen, die mit einer einfachen Konfiguration mit einem Peltier-Element Kühlen und Erwärmen durchführen kann und kostengünstig ist.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird ein Betrieb des Peltier-Elements auf der Grundlage der Temperatur der Kühlkammer gesteuert, und lediglich durch die Steuerung ist es möglich, einen warm zu haltenden Gegenstand näherungsweise von 21°C auf 28°C zu erwärmen (Raumtemperatur (18°C bis 26°C)). Es ist möglich, die Kühl/Heiz-Vorrichtung mit einem Peltier-Element und einer Steuervorrichtung zu konfigurieren, und es ist möglich, die Größe und die Kosten zu verringern. Außerdem wurde bestätigt, dass die Temperatur der wärmeerzeugenden Komponente des Peltier-Elements höher als die Temperatur der Heizkomponente war, und indem diese Wärme unverändert für die Heizkomponente verwendet wird, ist es möglich, die ausreichende Heizleistung sicherzustellen. Indem die Wärme der wärmeerzeugenden Komponente für die Heizkomponente verwendet wird, ist es möglich, eine Heizkomponente zu konstruieren, die einfach und kostengünstig ist.
Beispiel 2
Beispiel 2 ist ein Beispiel für eine Kühl/Heiz-Vorrichtung mit einer Konfiguration, die ferner eine Strömungswegumschaltkomponente, die auf der Grundlage der gemessenen Temperatur der Temperaturmesseinheit, die in der Abgasleitung vorgesehen ist, Abgasstrecken umschalten kann, zusätzlich zur Konfiguration aus Beispiel 1 enthält, wobei es möglich ist, eine Abgasstrecke, die zu einem Wärmeaustausch zwischen der Abwärme und dem zu erwärmenden Gegenstand befähigt ist, und eine Abgasstrecke, die keinen Wärmeaustausch zwischen der Abwärme und dem zu erwärmenden Gegenstand durchführt, umzuschalten. In 5 ist eine Konfiguration der Kühl/Heiz-Vorrichtung bezogen auf das vorliegende Beispiel gezeigt.
In 5 ist eine Kühlkomponente 19 aus einem Peltier-Element 1, einer Kühlkammer 11, einer Kühlkammertür 12, einer Temperaturmesseinheit 13, einer Abdeckung 14, einem Lüfter 15 und einem Kühlelement 16 konfiguriert, und die Heizkomponente 20 ist aus einem Lüfter 2, einem Wärmeabstrahlungselement 3, einer Abgasleitung 4, einem Einbauort 5 eines zu erwärmenden Gegenstands, einem Lüfter 7, einer Temperaturmesseinheit 302, die die Temperatur der Abwärme misst, einer Strömungswegumschaltkomponente 303, einer Abgasleitung 201, einer Abgasleitung 304, einer Abgasleitung 306 und einer Abwärmeableitungseinheit 305 konfiguriert. Wie in der Temperaturmesseinheit 13 wird ein thermoelektrisches Element, ein Thermistor, ein Widerstandstemperaturdetektor, ein IC-Temperatursensor oder dergleichen als die Temperaturmesseinheit 302 verwendet.
Das Abkühlen und das Kühlen sind dieselben wie in Beispiel 1, und ein Strom oder eine Spannung, der von der Steuereinheit 18 zum Peltier-Element 1 fließt, wird derart gesteuert, dass die Temperatur der Temperaturmesseinheit 13 in der Kühlkammer 11 innerhalb von 5°C ± 2 °C zu liegen kommt. Wenn das Peltier-Element 1 mit der Kühlsteuerung beginnt, sinkt eine Temperatur des Kühlelements 16 ab, und eine Temperatur des Wärmeabstrahlungselements 3 steigt an. Die Kühlkomponente 19 bewirkt, dass die Luft 17 in der Kühlkammer 11 durch den Lüfter 15 umgewälzt wird und dass die Temperatur in der Kühlkammer 11 abgekühlt und gekühlt wird. Der Zugriff auf das Innere der Kühlkammer 11 wird durch die Kühlkammertür 12 durchgeführt.
Das Wärmeabstrahlungselement 3 wird unter Verwendung des Lüfters 2 luftgekühlt. Die Luft 8, die durch den Lüfter 2 angesaugt wird, absorbiert die Wärme des Wärmeabstrahlungselements und wird zur Abwärme 9 und wird über die Abgasleitung 4 der Strömungswegumschaltkomponente 303 zugeführt. Außerdem wird die Temperatur der Abwärme 9 mit der Temperaturmesseinheit 302 in der Abgasleitung 4 gemessen. Auf der Grundlage der gemessenen Temperatur wird die Strömungswegumschaltkomponente 303 derart gesteuert, dass sie die Strömungswege, das heißt, zwischen einer Abgasstrecke, die zu einem Wärmeaustausch zwischen der Abwärme und dem zu erwärmenden Gegenstand befähigt ist, und einer Abgasstrecke, die keinen Wärmeaustausch zwischen der Abwärme und dem zu erwärmenden Gegenstand durchführt, umschaltet.
(a) von 5 zeigt ein Diagramm, das einen Strömungsweg, der der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands Abwärme 9 zuführt, in der Konfiguration des vorliegenden Beispiels veranschaulicht. Wenn die durch die Temperaturmesseinheit 302 gemessene Temperatur der Abwärme 9 30°C oder niedriger ist, verbindet die Strömungswegumschaltkomponente 303 den Strömungsweg mit einer Seite der Abgasleitung 304, führt die Abwärme 9 dem Einbauort 5 eines zu erwärmenden Gegenstands zu und erwärmt den zu erwärmenden Gegenstand 6. Die Abwärme 9, die durch den zu erwärmenden Gegenstand 6 Energie verloren hat, wird zur Abwärme 10 und wird zu einer Außenseite der Abwärmeableitungseinheit 305 ausgelassen. In 5 sind zwei Lüfter 2 und 7 gezeigt; jedoch kann lediglich einer von ihnen eingebaut sein.
(b) von 5 zeigt ein Diagramm, das einen Strömungsweg veranschaulicht, der die Abwärme 9 nicht der Einbaukomponente 5 eines zu erwärmenden Gegenstands zuführt. Wenn die Temperatur der Temperaturmesseinheit 302 30°C überschreitet, wird die Strömungswegumschaltkomponente 303 mit der Abgasleitung 306 verbunden und lässt die Abwärme 9 aus der Abwärmeableitungseinheit 305 direkt zur Außenseite der Vorrichtung aus.
6 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Konfigurationsbeispiel der Strömungswegumschaltkomponente der Kühl/Heiz-Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel veranschaulicht. (a) von 6 zeigt eine Konfiguration, bei der ein Schrittmotor 401 bewirkt, dass sich eine Strömungswegumschaltwelle 402 und eine Strömungswegumschaltplatte 403 drehen, damit die Strömungswege umgeschaltet werden. (b) und (c) von 6 zeigen eine Konfiguration zum Umschalten der Strömungswege unter Verwendung einer Feder 404 und eines Elektromagneten 405. Wenn dem Elektromagneten 405 eine Leistung zugeführt wird, wird die Strömungswegumschaltplatte 403 durch die Kraft des Elektromagneten 405 zu einer Seite der Abgasleitung 304 geschoben, und der Strömungsweg wird zu einem Strömungsweg der Abgasleitung 306. Während keine Zufuhr stattfindet, wird die Strömungswegumschaltplatte 403 durch die Kraft der Feder 404 zu einer Seite der Abgasleitung 306 geschoben, und der Strömungsweg wird zu einem Strömungsweg der Abgasleitung 304. Die mechanischen Elemente können umgekehrt verwendet werden, und das Verbindungsziel kann umgekehrt sein. Außerdem kann ein Thermoelement und dergleichen anstelle des Elektromagneten 405 verwendet werden.
6 zeigt ein Beispiel für einen Fall des Umschaltens von 0 % und 100% auf einen zu erwärmenden Gegenstand, jedoch ist es durch Einstellen der Strömungswegumschaltplatte auf eine Zwischenposition möglich, auf eine bestimmte Position im Bereich von 0 % bis 100 % eingestellt zu sein.
Gemäß der Kühl/Heiz-Vorrichtung des vorliegenden Beispiels ist es durch Messen der Temperatur der Abwärme in der Abgasleitung möglich zu verhindern, dass ein zu erwärmender Gegenstand unnötig erwärmt wird.
In diesem Beispiel ist, wie in Beispiel 1, ein Peltier-Element vorhanden, und seine Steuerung wird auf der Grundlage der Temperatur der Kühlkammer durchgeführt. Außerdem ist es möglich, dass die Steuerung der Strömungswegumschaltkomponente einen Betrieb mit einer einfachen Struktur und geringer elektrischer Leistung durchführt. Dementsprechend ist es möglich, die Größe und die Kosten zu verringern.
Beispiel 3
Beispiel 3 ist ein Beispiel für eine Analysevorrichtung, in der die Kühl/Heiz-Vorrichtung aus Beispiel 1 oder 2 angebracht ist und verwendet wird. Das heißt, die Konfiguration und die Funktion der oben beschriebenen Kühl/Heiz-Vorrichtung sind in der Analysevorrichtung eingebaut, das Kühlen eines zu kühlenden Reagens wird in der Kühlkammer 11 durchgeführt, die die Kühlkomponente ist, und das Erwärmen wird durch Einbauen eines warm zu haltenden Reagens an der Einbaukomponente 5 der Heizkomponente durchgeführt. Als das Reagens, das in der Analysevorrichtung warm gehalten werden soll, wird auf Reagenzien und dergleichen abgezielt, für die verhindert werden soll, dass sie kristallisieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben ist, ist es möglich, eine Kühl/Heiz-Vorrichtung und eine Analysevorrichtung bereitzustellen, die mit einer einfachen Konfiguration mit einem Peltier-Element Kühlen und Erwärmen durchführen können und kostengünstig sind und eine kleine Größe aufweisen. Ferner ist es möglich zu verhindern, dass der zu erwärmende Gegenstand unnötig erwärmt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Beispiele eingeschränkt und enthält diverse Modifikationsbeispiele. Zum Beispiel wurden die obigen Beispiele genau beschrieben, um die vorliegende Erfindung auf eine einfach zu verstehende Weise zu erklären, und sind nicht notwendigerweise auf jene eingeschränkt, die alle beschriebenen Konfigurationen aufweisen. Außerdem ist es möglich, eine Komponente der Konfiguration eines bestimmten Beispiels durch die Konfiguration von anderen Beispielen zu ersetzen, und es ist ebenfalls möglich, die Konfiguration von anderen Beispielen zu der Konfiguration eines bestimmten Beispiels hinzuzufügen. Außerdem ist es ebenfalls möglich, andere Konfigurationen hinzuzufügen, zu löschen oder zu ersetzen, bezogen auf eine Komponente der Konfiguration jedes Beispiels.
Bezugszeichenliste

1:: Peltier-Element
2, 15:: Lüfter
3:: Wärmeabstrahlungselement
4,201,304,306:: Abgasleitung
5,202:: Einbaukomponente
6, 203:: zu erwärmender Gegenstand
7:: Lüfter
8,17:: Luft
9:: Abwärme
10:: Abwärme
11:: Kühlkammer
12:: Kühlkammertür
13,302:: Temperaturmesseinheit
14:: Abdeckung
16:: Kühlelement
18:: Steuereinheit
19:: Kühlkomponente
20:: Heizkomponente
21:: Kühl- und Heizvorrichtung
303:: Strömungswegumschaltkomponente
305:: Abwärmeableitungseinheit
401:: Schrittmotor
402:: Strömungswegumschaltwelle
403:: Strömungswegumschaltplatte
404:: Feder
405:: Elektromagnet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009223838 A [0004]
JP 2000270837 A [0004]

Claims

Kühl/Heiz-Vorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Kühlkammer; einen Peltier-Kühler, der einem Inneren der Kühlkammer kalte Luft zuführt; ein Wärmeabstrahlungselement zum Abstrahlen von Peltier-Wärme; einen Lüfter zum Luftkühlen des Wärmeabstrahlungselements; und eine Einbaukomponente, die in einem Strömungsweg bereitgestellt ist, durch den Abwärme vom Lüfter und vom Wärmeabstrahlungselement strömt, und an der ein zu erwärmender Gegenstand eingebaut sein kann, wobei der zu erwärmende Gegenstand an der Einbaukomponente eingebaut ist und erwärmt wird.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kühlkammer unter Verwendung von Wärmeleitung kalte Luft vom Peltier-Kühler zugeführt wird.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kühlkammer unter Verwendung von Wärmeübertragung und Wärmeleitung kalte Luft vom Peltier-Kühler zugeführt wird.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Strömungsweg eine Abgasleitung enthält.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei mehrere Einbaukomponenten, an welchen der zu erwärmende Gegenstand eingebaut sein kann, mit der Abgasleitung verbunden sind.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Abgasleitung zwei Abgasleitungen enthält, die auf einer geraden Linie angeordnet sind, wobei die Einbaukomponente dazwischen eingeschoben ist.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Abgasleitung zwei Abgasleitungen enthält, die in einer Position unter einem rechten Winkel angeordnet sind, wobei sich die Einbaukomponente dazwischen befindet.
Kühl/Heiz-Vorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Kühlkammer; einen Peltier-Kühler, der einem Inneren der Kühlkammer kalte Luft zuführt; ein Wärmeabstrahlungselement zum Abstrahlen von Peltier-Wärme; einen Lüfter zum Luftkühlen des Wärmeabstrahlungselements; eine Temperaturmesseinheit, die eine Temperatur der Abwärme vom Lüfter und vom Wärmeabstrahlungselement misst; eine Einbaukomponente, an der ein zu erwärmender Gegenstand eingebaut sein kann; und eine Strömungswegumschaltkomponente, die eine Abgasstrecke, die zu einem Wärmeaustausch zwischen dem zu erwärmenden Gegenstand, der an der Einbaukomponente eingebaut ist, und der Abwärme befähigt ist, und eine Abgasstrecke, die keinen Wärmeaustausch zwischen der Abwärme und dem zu erwärmenden Gegenstand durchführt, umschaltet, wobei die Strömungswegumschaltkomponente die zwei Abgasstrecken auf der Grundlage eines Messergebnisses der Temperaturmesseinheit umschaltet.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Lüfter, das Wärmeabstrahlungselement, die Temperaturmesseinheit und die Strömungswegumschaltkomponente in dieser Reihenfolge von einer Stromaufwärtsseite aus entlang einer Luftströmungsrichtung angeordnet sind.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zwei Abgasstrecken jeweils Abgasleitungen enthalten.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Strömungswegumschaltkomponente eine Strömungswegumschaltplatte enthält, die den Strömungsweg auf eine beliebige der zwei Abgasleitungen schaltet.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Strömungswegumschaltkomponente einen Schrittmotor enthält, der bewirkt, dass sich die Strömungswegumschaltplatte auf einer Strömungswegumschaltwelle dreht.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Strömungswegumschaltkomponente eine Feder und einen Elektromagneten oder ein Thermoelement enthält, der bzw. das bewirkt, dass sich die Strömungswegumschaltplatte auf der Strömungswegumschaltwelle dreht.
Analysevorrichtung, die Folgendes umfasst: die Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 1, die darauf angebracht ist, wobei ein zu kühlendes Reagens in der Kühlkammer gekühlt wird, und ein warm zu haltendes Reagens an der Einbaukomponente eingebaut ist.
Analysevorrichtung, die Folgendes umfasst: die Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 8, die darauf angebracht ist, wobei ein zu kühlendes Reagens in der Kühlkammer gekühlt wird, und ein warm zu haltendes Reagens an der Einbaukomponente eingebaut ist.
Kühl/Heiz-Vorrichtung, die eine Kühlkomponente und eine Heizkomponente enthält, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: im Wesentlichen ein einziges Peltier-Element; und wobei eine wärmeabsorbierende Komponente des Peltier-Elements und die Kühlkomponente im Wesentlichen verbunden sind, eine wärmeerzeugende Komponente des Peltier-Elements und die Heizkomponente im Wesentlichen verbunden sind, eine Peltier-Element-Steuereinheit, die das Peltier-Element lediglich auf der Grundlage von Temperaturinformationen der Kühlkomponente steuert.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 16, die ferner Folgendes umfasst: mehrere Einbaukomponenten für einen zu erwärmenden Gegenstand.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die wärmeerzeugende Komponente des Peltier-Elements mit einem Wärmeabstrahlungselement und einem Lüfter zur Luftkühlung versehen ist und über eine Abgasleitung mit einer Einbaukomponente eines zu erwärmenden Gegenstands verbunden ist.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 18, wobei ein Temperatursensor zum Messen einer Temperatur im Inneren der Abgasleitung und ein Durchflussmengeneinstellmechanismus, der eine Durchflussmenge im Inneren der Abgasleitung zur Einbaukomponente eines zu erwärmenden Gegenstands einstellt, zwischen dem Peltier-Element und der Einbaukomponente eines zu erwärmenden Gegenstands enthalten sind.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Durchflussmengeneinstellmechanismus Abwärme von der wärmeerzeugenden Komponente des Peltier-Elements derart aufteilt, dass ein Teil der Abwärme der Einbaukomponente eines zu erwärmenden Gegenstands zugeführt wird.
Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Durchflussmengeneinstellmechanismus die Zufuhr der Abwärme von der wärmeerzeugenden Komponente des Peltier-Elements zur Einbaukomponente eines zu erwärmenden Gegenstands EIN/AUS-schaltet.
Analysevorrichtung, die Folgendes umfasst: die Kühl/Heiz-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, die darauf angebracht ist, wobei ein zu kühlendes Reagens in der Kühlkomponente gekühlt wird, und ein warm zu haltendes Reagens an der Heizkomponente eingebaut ist.
Kühl/Heiz-Vorrichtung, die eine Kühlkomponente und eine Heizkomponente enthält, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Peltier-Element, wobei eine wärmeabsorbierende Komponente des Peltier-Elements und die Kühlkomponente im Wesentlichen verbunden sind, und eine wärmeerzeugende Komponente des Peltier-Elements und die Heizkomponente im Wesentlichen verbunden sind.
Analysevorrichtung, die Folgendes umfasst: die Kühl/Heiz-Vorrichtung nach Anspruch 23, die darauf angebracht ist, wobei ein zu kühlendes Reagens in der Kühlkomponente gekühlt wird, und ein warm zu haltendes Reagens an der Heizkomponente eingebaut ist.