JP2007257014A - 温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微小な被温度調節部の温度制御が容易であり、結露による温度調節部の故障が防止される温度制御装置を提供する。
【解決手段】被温度調節部の温度を制御する温度制御装置であって、ヒートシンクと、前記ヒートシンクとの間に閉空間を形成する空間形成部材と、前記ヒートシンクと前記空間形成部材とが形成する前記閉空間に収容され、前記空間形成部材の前記ヒートシンク側の端部に接し、前記空間形成部材を経由して前記被温度調節部の温度を調節する少なくとも一つのペルチェ式温度調節部を有する温度調節部と、前記閉空間の内部の湿度を低減する除湿手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、被温度調節部の温度を制御する温度制御装置に関する。

従来、ペルチェモジュールを含むペルチェ式温度調節部を有する温度制御装置が公知である。温度調節部は、被温度調節部を加熱または冷却することにより、被温度調節部を所定の温度に調節している。

温度調節部にペルチェモジュールを有するペルチェ式温度調節部を用いる場合、温度調節部の温度は室温よりも低下する場合がある。この場合、温度調節部の温度が大気の露点以下に達すると、温度調節部には周囲の大気中の水蒸気が水滴となって結露する。温度調節部の周囲に結露した水分は、温度調節部およびペルチェモジュールの腐食や短絡を招くおそれがある。

そこで、温度調節部のペルチェモジュール近傍の防湿を図る技術が提案されている（特許文献１、２参照）。特許文献１には、ペルチェモジュールの周囲にエポキシ樹脂を充填することにより、ペルチェモジュールの防湿を図る発明が開示されている。また、特許文献２には、ペルチェモジュールの周囲に設置したオーリングを二枚の板部材で挟み込むことにより、ペルチェモジュールの防湿を図る発明が開示されている。

特開２００５−３０３１８３号公報 特開２００５−１８３６７６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている発明の場合、エポキシ樹脂をペルチェモジュールの周囲に充填することにより、液体の水滴の浸入は防止することができるものの、気体の水蒸気の浸入を防止することは困難である。また、エポキシ樹脂は、時間の経過とともに劣化する。そのため、長期的な防湿性能の安定性は低い。

また、特許文献２に開示されている発明の場合、二枚の板部材の間にオーリングを挟み込むため、二枚の板部材を接続するねじ部材およびオーリングを経由して熱の移動を招く。そのため、冷却効率が低下し、消費電力が増大してしまう。

そこで、本発明の目的は、結露による温度調節部の故障が防止される温度制御装置を提供することにある。

（１）本発明の温度制御装置では、被温度調節部の温度を制御する温度制御装置であって、ヒートシンクと、前記ヒートシンクとの間に閉空間を形成する空間形成部材と、前記ヒートシンクと前記空間形成部材とが形成する前記閉空間に収容され、前記空間形成部材の前記ヒートシンク側の端部に接し、前記空間形成部材を経由して前記被温度調節部の温度を調節する少なくとも一つのペルチェ式温度調節部を有する温度調節部と、前記閉空間の内部の湿度を低減する除湿手段と、を備える。

これにより、ヒートシンクと、空間形成部材との間には、閉空間が形成される。温度調節部は、形成された閉空間に収容される。そのため、温度調節部が収容される閉空間は、密閉され外気が流入しない。そして、閉空間は、除湿手段によって湿度が低減される。その結果、密閉された閉空間の内部に存在する水蒸気は低減される。したがって、温度調節部への結露が低減され、温度調節部の故障を防止することができる。

（２）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記閉空間に連通する通路を形成する通路部材と、前記通路部材を経由して前記閉空間へ乾燥気体を供給する気体供給部と、を有する。
これにより、閉空間には通路部材が形成する通路を経由して乾燥気体が供給される。そのため、閉空間には常に乾燥した大気が充填され、長期間の使用による閉空間の湿度の上昇は抑えられる。したがって、温度調節部への結露が防止され、温度調節部の故障を防止することができる。

（３）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記閉空間を減圧する減圧手段を有する。
閉空間を減圧手段で減圧することにより、乾燥気体は迅速に閉空間へ充填される。これにより、閉空間に存在する水蒸気を含む大気は迅速に乾燥気体に置換される。したがって、被温度調節部の温度制御を開始するまでに要する期間を短縮することができる。

（４）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記閉空間に連通し前記閉空間の外部に前記閉空間の大気が循環する循環通路を形成する循環通路部材と、前記循環通路の途中に設けられ前記循環通路を流れる大気を冷却する冷却部と、を有する。
閉空間に存在する大気は閉空間の外部に設けられた循環通路を経由して循環する。循環通路の途中には冷却部が設けられている。そのため、閉空間から循環通路を流れる大気に含まれる水蒸気は、冷却部において結露する。これにより、閉空間に存在する大気中に含まれる水蒸気は、閉空間とは別の冷却部において除去される。したがって、閉空間には常に乾燥した大気が供給され、温度調節部の故障を防止することができる。

（５）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記ヒートシンクまたは前記空間形成部材を貫いて前記閉空間に突出する吸熱部と、前記吸熱部を前記温度調節部よりも低温に冷却する冷却部とを有する。
これにより、温度調節部の周囲に存在する大気に含まれる水蒸気は、吸熱部に結露する。吸熱部に結露した水分を除去することにより、閉空間の湿度は低下する。したがって、温度調節部への結露が防止され、温度調節部の故障を防止することができる。

（６）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記閉空間に連通し前記閉空間の外部に前記空間の大気が循環する循環通路を形成する循環通路部材と、前記循環通路の途中に設けられ前記循環通路を流れる大気に含まれる水蒸気を吸着する吸着剤が充填されている吸着部とを有する。

閉空間に存在する大気は閉空間の外部に設けられた循環通路を経由して循環する。循環通路の途中には吸着部が設けられている。そのため、閉空間から循環通路を流れる大気に含まれる水蒸気は、吸着部において吸着剤に吸着される。これにより、閉空間に存在する大気中に含まれる水蒸気は、閉空間とは別の吸着部において除去される。したがって、閉空間には常に乾燥した大気が供給され、温度調節部の故障を防止することができる。

（７）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記循環通路に乾燥気体を供給する気体供給部を有する。
これにより、閉空間には乾燥した大気が迅速に供給される。したがって、閉空間には常に乾燥した大気が供給され、被温度調節部の温度制御を開始するまでに要する期間を短縮することができる。

（８）本発明の温度制御装置では、前記空間形成部材は、伝熱性の材料からなり前記温度調節部の前記ヒートシンクとは反対側の端部および前記被温度調節部に接している天板部と、断熱性の材料からなり前記ヒートシンクと前記天板部との間に設けられ前記閉空間の外縁を形成する枠部と、を有する。

空間形成部材は天板部と枠部とを有しているため、天板部と枠部とを別部材で形成することができる。そのため、天板部を伝熱性の材料で形成すると、天板部を挟んで配置される温度調節部から被温度調節部への熱伝導を促進することができる。一方、枠部を断熱性の材料で形成すると、天板部からヒートシンクへの熱伝導を低減することができる。

以下、本発明の温度制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図である。また、図２は図１のII−II線における断面図であり、図３は図１のIII−III線における断面図である。
温度制御装置１０は、図１に示すように上方にマイクロチップ５０が搭載される。本実施形態では、被温度調節部としてマイクロチップ５０を適用する例について説明する。温度制御装置１０は、ヒートシンク１１、温度調節部１２および空間形成部材１３を備えている。ヒートシンク１１と空間形成部材１３とは、相互の間に閉空間１４を形成している。

マイクロチップ５０は、例えばガラス、シリコン、セラミックス、金属、プラスチック、シリコンゴムなどのゴム、あるいはこれらの複合材料によって任意の形状に形成されている。なお、マイクロチップ５０は、単一の部材に限らず、例えば基板とカバーなどの二以上の部材から形成してもよい。本実施形態のマイクロチップ５０は、図１および図２に示すように複数の槽部５１、槽部５２、槽部５３と、各槽部の間を接続する通路部５４、通路部５５と、これらの槽部５１、５２、５３および通路部５４、５５へ試料を供給する供給部５６と、槽部５１、５２、５３および通路部５４、５５から試料を排出する排出部５７とを有している。マイクロチップ５０の槽部５１、５２、５３では、例えば細胞や微生物の培養が行われたり、化学物質の分離や化学反応が行われる。マイクロチップ５０に供給される試料としては、例えば培養液や反応物質を溶解した溶液などが適用される。

温度調節部１２は、図１に示すようにペルチェ式温度調節部２０ペルチェ式温度調節部３０およびペルチェ式温度調節部４０を有している。ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０は、それぞれペルチェモジュール２２、３２、４２を有している。ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０は、図示しない温度検出部を有している。温度検出部は、例えばサーミスタ、熱電対あるいは白金抵抗体などを有しており、各ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０の温度を検出する。温度検出部は、検出した温度を信号として図示しない制御部に出力する。なお、温度調節部１２に設置するペルチェ式温度調節部の数および位置などは、適用するマイクロチップ５０に応じて任意に変更することができる。温度検出部は、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０にそれぞれ設置してもよいし、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０の少なくともいずれか一つに設置してもよい。また、温度検出部は、空間形成部材１３に設置してもよい。なお、図示していないが、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０には、電力を供給するリード線が接続しており、このリード線は図示しない電源および制御部に接続している。

ペルチェモジュール２２、３２、４２は、空間形成部材１３のマイクロチップ５０とは反対側の面に接している。ペルチェモジュール２２、３２、４２と空間形成部材１３とは、例えば接着剤、ハンダ材またはろう材により接着してもよいし、強固に固定するのではなく例えばグリスなどを介在させて接着してもよい。ペルチェモジュール２２、３２、４２は、通電することにより一方の面が発熱し他方の面が吸熱する。ペルチェモジュール２２、３２、４２は、印加される電流の向きによって一方の端面から熱を吸収し、他方の端面に排熱する。これにより、ペルチェモジュール２２、３２、４２に印加する電流の向きおよび大きさを制御することにより、空間形成部材１３に接するマイクロチップ５０は加熱または冷却される。その結果、空間形成部材１３に接するマイクロチップ５０は、所定の温度に制御される。ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０は、図示しない制御部によって制御される。制御部は、図示しない温度検出部で検出された温度に基づいて、ペルチェモジュール２２、３２、４２に供給する電流の向きおよび大きさ、または電流の供給の断続を制御する。

ヒートシンク１１は、例えば銅、アルミニウムまたは各種の金属の合金など、熱伝導体により形成されている。ヒートシンク１１は、温度調節部１２を挟んでマイクロチップ５０の反対側に設置されている。ヒートシンク１１は、熱伝導率の大きな熱伝導体で形成することにより、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０からの排熱を放熱する。なお、ヒートシンク１１には、例えば図示しないファンなどから送風してもよい。これにより、ヒートシンク１１の放熱は促進される。ペルチェモジュール２２、３２、４２とヒートシンク１１とは、例えば接着剤、ハンダ材またはろう材により接着してもよいし、強固に固定するのではなく例えばグリスなどを介在させて接着してもよい。

空間形成部材１３は、天板部１５および枠部１７を有している。天板部１５は、例えば銅、アルミニウムまたは各種の合金など、伝熱性の材料により形成されている。天板部１５は、金属に限らず例えば熱伝導性を有するセラミックスや樹脂などで形成してもよい。天板部１５は、一方の面がマイクロチップ５０に接し、他方の面が温度調節部１２のペルチェ式温度調節部２０、３０、４０に接している。

枠部１７は、図３に示すように温度調節部１２の周囲を囲んでヒートシンク１１に固定されている。枠部１７は、断熱性の樹脂などの材料により形成され、例えば断熱性の接着剤などによりヒートシンク１１および天板部１５に固定されている。枠部１７は、図１に示すようにヒートシンク１１と反対側の端部に天板部１５を支持する。

空間形成部材１３をヒートシンク１１に固定することにより、ヒートシンク１１と空間形成部材１３との間には閉空間１４が形成される。形成された閉空間１４には、温度調節部１２のペルチェ式温度調節部２０、３０、４０が収容される。これにより、枠部１７は、ヒートシンク１１と天板部１５との間で閉空間１４の外縁を形成している。

マイクロチップ５０を挟んで温度制御装置１０の反対側には、蓋部材６０を設置してもよい。蓋部材６０は、マイクロチップ５０と接し、マイクロチップ５０の温度制御装置１０とは反対側を覆う。蓋部材６０を設置することにより、マイクロチップ５０は蓋部材６０およびマイクロチップ５０の自重によって空間形成部材１３の天板部１５へ押し付けられる。これにより、マイクロチップ５０は空間形成部材１３の天板部１５に密着する。また、蓋部材６０は例えば図示しない錘や弾性部材などによりマイクロチップ５０へ押し付けてもよい。蓋部材６０をマイクロチップ５０に押し付けることにより、マイクロチップ５０と天板部１５との密着度が高められ、天板部１５からマイクロチップ５０への熱伝導効率を高めることができる。

温度制御装置１０は、除湿手段としての除湿装置７０をさらに備えている。除湿装置７０は、気体供給部７１と、通路部材７２、７３とを有している。気体供給部７１には、乾燥気体が蓄えられている。乾燥気体は、例えば乾燥窒素、乾燥空気や乾燥アルゴンなどである。通路部材７２および通路部材７３は、ヒートシンク１１を経由してヒートシンク１１と空間形成部材１３との間に形成される閉空間１４に連通する通路７４、および通路７５を形成している。通路７４にはバルブ７６が設置され、通路７５にはバルブ７７が設置されている。バルブ７６は通路７４を開閉し、バルブ７７は通路７５を開閉する。

通路部材７２が形成する通路７４は、一方の端部がヒートシンク１１と空間形成部材１３との間に形成される閉空間１４に連通し、他方の端部が気体供給部７１に連通している。これにより、温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されたとき、気体供給部７１に蓄えられている乾燥気体は、通路部材７２が形成する通路７４を経由して閉空間１４へ供給される。

通路部材７３が形成する通路７５は、一方の端部がヒートシンク１１と空間形成部材１３との間に形成される閉空間１４に連通し、他方の端部が大気に開放されている。これにより、温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されたとき、気体供給部７１から閉空間１４へ乾燥気体が供給されると、閉空間１４に存在する大気は通路部材７３が形成する通路７５を経由して閉空間１４の外側へ排出される。

ヒートシンク１１には、湿度検出手段である湿度センサ１６が設置されている。湿度センサ１６は、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間においてヒートシンク１１と空間形成部材１３との間に形成される閉空間１４の湿度を検出する。湿度センサ１６は、図示しない制御部に接続している。図示しない制御部は、湿度センサ１６で検出した湿度に基づいてバルブ７６またはバルブ７７を開閉する。これにより、制御部は、閉空間１４の湿度を調整する。

次に、第１実施形態による温度制御装置１０を用いたマイクロチップ５０の温度制御の手順について説明する。
マイクロチップ５０は、温度制御装置１０から着脱可能である。そのため、マイクロチップ５０の温度制御を行う場合、温度制御装置１０の上方にマイクロチップ５０が搭載される。マイクロチップ５０は、空間形成部材１３の天板部１５の上方に搭載される。マイクロチップ５０は、底面すなわち温度制御装置１０側の面が天板部１５と接する。温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されると、マイクロチップ５０の上方すなわちマイクロチップ５０を挟んで温度制御装置１０と反対側に蓋部材６０が設置される。蓋部材６０を設置することにより、マイクロチップ５０は温度制御装置１０側へ押し付けられる。その結果、マイクロチップ５０と空間形成部材１３の天板部１５との密着性が向上する。

マイクロチップ５０が搭載されると、図示しない制御部はバルブ７６およびバルブ７７を開放し、気体供給部７１から閉空間１４へ乾燥気体の供給を開始する。制御部は、湿度センサ１６からの出力によって閉空間１４の湿度を検出する。

制御部は、閉空間１４の湿度が所定値以下になるまで閉空間１４へ乾燥気体を供給する。ここで、湿度の所定値とは、閉空間１４における大気の露点がペルチェ式温度調節部２０、３０、４０によって制御する最低温度以下となるときの湿度である。閉空間１４の湿度が所定値以下になると、制御部はバルブ７６およびバルブ７７を閉鎖し、気体供給部７１から閉空間１４への乾燥気体の供給を停止する。
なお、結露を確実に抑えるため、閉空間１４における大気の露点は、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０によって制御する最低温度よりも３℃低い温度が望ましく、より好ましくは５℃以上低いことが望ましい。

乾燥気体の供給を停止すると、制御部はペルチェ式温度調節部２０、３０、４０に通電し、マイクロチップ５０の温度制御を開始する。ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０が収容されている閉空間１４には乾燥気体が充填されている。そのため、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０を最低温度に制御するときでも、閉空間１４に含まれる水蒸気はペルチェ式温度調節部２０、３０、４０に結露しない。したがって、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０の破壊を防止することができる。

マイクロチップ５０の温度制御が終了すると、マイクロチップ５０は温度制御装置１０から取り外される。マイクロチップ５０を交換し、新たに温度制御を開始する場合、制御部は湿度センサ１６で検出した閉空間１４の湿度に基づいて、閉空間１４への乾燥気体の供給の要否を判断する。ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０に結露が生じる可能性があるとき、制御部は閉空間１４に乾燥気体を供給する。

また、マイクロチップ５０の温度制御を長期間実施する場合、閉空間１４にはヒートシンク１１と空間形成部材１３との間などから水蒸気を含む外部の大気がわずかに流入するおそれがある。そこで、制御部は、湿度センサ１６が検出する閉空間１４の湿度が上記の所定値付近に達すると、バルブ７６およびバルブ７７を開放し、閉空間１４へ乾燥気体を供給する。これにより、閉空間１４の内部は常に所定の湿度以下に保持される。また、マイクロチップ５０の温度制御を実施する間、乾燥気体は気体供給部７１から閉空間１４へ常に供給してもよい。したがって、長期間の温度制御を実施する場合でも、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０への結露が防止され、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０の破壊を防止することができる。なお、乾燥気体としては、例えば空気、窒素あるいはアルゴンなどを適用することができる。

（変形例）
上述した第１実施形態の変形例を図４に示す。図４は、本発明の第１実施形態による温度制御装置の変形例の概略を示す断面図である。
第１実施形態の変形例の場合、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０は、それぞれ伝熱部２１、伝熱部３１、伝熱部４１を有している。これにより、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０の場合、ペルチェモジュール２２、３２、４２の熱は伝熱部２１、３１を経由して天板部１５へ伝達される。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による温度制御装置を図５に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図５は、本発明の第２実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図である。第２実施形態では、温度制御装置１０は減圧手段としての減圧装置８０を備えている。減圧装置８０は、通路部材８１および減圧部８２を有している。通路部材８１は、ヒートシンク１１を貫いてヒートシンク１１と空間形成部材１３との間に形成される閉空間１４に連通する減圧通路８３を形成している。減圧通路８３は、一方の端部が閉空間１４となるヒートシンク１１と空間形成部材１３との間に連通し、他方の端部が減圧部８２に連通している。減圧部８２は、例えば吸引ポンプあるいは真空ポンプなどを有しており、ヒートシンク１１と空間形成部材１３との間に形成される閉空間１４を減圧する。減圧装置８０は、減圧通路８３を開閉するバルブ８４を有している。

第２実施形態では、温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されると、気体供給部７１からの乾燥気体の供給に先立って、減圧装置８０はヒートシンク１１と空間形成部材１３との間に形成された閉空間１４を減圧する。すなわち、制御部は、温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されると、減圧装置８０を作動させる。そして、閉空間１４の圧力が所定値まで低下すると、制御部はバルブ８４を閉じ減圧装置８０を停止する。これとともに、制御部は、バルブ７６を開放し、気体供給部７１から減圧された閉空間１４へ乾燥気体を供給する。

第２実施形態では、乾燥気体の供給に先立って閉空間１４を減圧することにより、気体供給部７１から閉空間１４の内部を、水蒸気を含む大気から乾燥気体へ迅速に置換することができる。これにより、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０による温度制御を開始するまでに必要な時間は短縮することができる。また、閉空間１４を減圧することにより、閉空間１４に残留する水蒸気は低減する。したがって、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０への結露をさらに確実に防止することができる。なお、閉空間１４の減圧と乾燥気体の供給とを繰り返すことにより、閉空間１４の内部を、水蒸気を含む大気から乾燥気体に置換してもよい。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による温度制御装置を図６に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図６は、本発明の第３実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図である。第３実施形態では、除湿装置の構成が第１実施形態と異なっている。第３実施形態では、除湿装置９０は、循環通路部材９１、冷却部９２、循環ポンプ９３、および脱水部９４を有している。循環通路部材９１は、温度制御装置１０のヒートシンク１１の外側に循環通路９５を形成している。循環通路９５は、ヒートシンク１１を貫いてヒートシンク１１と空間形成部材１３との間に形成される閉空間１４に連通している。これにより、閉空間１４の大気は、閉空間１４の外側に形成される循環通路９５を循環する。

循環通路９５の途中には冷却部９２が設置されている。冷却部９２は、循環通路９５を形成する循環通路部材９１の一部を冷却する。冷却部９２は、例えばペルチェ式温度調節部などを有している。冷却部９２が循環通路部材９１を冷却することにより、循環通路９５を流れる大気に含まれる水蒸気は冷却部９２において循環通路部材９１に結露する。

循環ポンプ９３は、循環通路９５の途中に設置されている。循環ポンプ９３は、循環通路９５に大気の流れを形成する。これにより、循環ポンプ９３が作動すると、閉空間１４と循環通路９５との間に大気の流れが形成される。
冷却部９２において循環通路部材９１に結露した水は、循環通路部材９１の内壁にそって脱水部９４へ流入する。脱水部９４には、排出バルブ９６が設置されている。これにより、冷却部９２によって結露した水は、脱水部９４において外部へ排出される。冷却部９２は、循環通路部材９１を温度調節部１２のペルチェ式温度調節部に設定されている最低温度以下に冷却する。なお、冷却部９２は、ペルチェ式温度調節部に限らず、例えば冷凍サイクルを適用したヒートポンプなどを適用してもよい。
なお、結露を確実に抑えるため、閉空間１４における大気の露点は、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０によって制御する最低温度よりも３℃低い温度が望ましく、より好ましくは５℃以上低いことが望ましい。

第３実施形態では、温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されると、制御部は循環ポンプ９３を作動させる。これにより、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間に形成された閉空間１４に存在する大気は、閉空間１４と循環通路９５との間を循環する。循環通路９５を流れる大気に含まれる水蒸気は、冷却部９２を通過する際に冷却された循環通路部材９１に接することにより結露する。そのため、冷却部９２を通過した大気に含まれる水蒸気は低減される。その結果、閉空間１４と循環通路９５との間を循環する大気の湿度は低下する。

制御部は、閉空間１４に存在する大気すなわち循環する大気の湿度が所定値以下となると、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０に通電し、マイクロチップ５０の温度制御を開始する。
第３実施形態では、閉空間１４の大気は外部の循環通路９５において除湿される。これにより、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０の結露が防止される。したがって、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０の破壊を防止することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態による温度制御装置を図７に示す。第４実施形態は、第３実施形態の変形である。そのため、第３実施形態と実質的に同一の構成部位の説明は省略する。
図７は、本発明の第４実施形態による温度制御装置の概略図である。第４実施形態では、除湿装置９０は循環通路９５の途中に大気を蓄える気体供給部９７を有している。冷却部９２で冷却することにより除湿された大気は、気体供給部９７に蓄えられる。閉空間１４には、循環通路９５に設置されたバルブ９８を経由して気体供給部９７から乾燥した大気が供給される。

第４実施形態では、気体供給部９７に乾燥した大気が蓄えられる。そのため、大気を循環することにより除湿する場合と比較して、閉空間１４の湿度を迅速に低下させることができる。また、気体供給部９７から閉空間１４へ大気を供給する前に、図示しない減圧装置によって閉空間１４を減圧する構成としてもよい。これにより、さらに迅速に閉空間１４に湿度を低減することができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による温度制御装置を図８に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図８は、本発明の第５実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図である。図９は、図８のIX部分を拡大した拡大図である。

除湿装置１００は、吸熱部１０１および冷却部１０２を有している。吸熱部１０１は、ヒートシンク１１を貫いて閉空間１４に突出している。吸熱部１０１は、図９に示すように柱部１０３と、柱部１０３から突出する複数のフィン１０４と、フィンの下方に設置されている貯水部１０５とを有している。吸熱部１０１は、熱伝導率の大きな金属によって形成されている。冷却部１０２は、温度制御装置１０の外部において柱部１０３のマイクロチップ５０とは反対側の端部に接続している。冷却部１０２は、例えばペルチェ式温度調節部や冷凍サイクルのヒートポンプなどを有している。柱部１０３とヒートシンク１１との間には、シール部材１０６が設置されている。シール部材１０６は、柱部１０３とヒートシンク１１との間を断熱するとともに、気密にシールしている。

冷却部１０２は、柱部１０３の端部を冷却する。これにより、吸熱部１０１は冷却部１０２によって全体が冷却される。ヒートシンク１１と空間形成部材１３との間には閉空間１４が形成される。吸熱部１０１は、冷却部１０２と反対側の端部が閉空間１４に突出している。吸熱部１０１が冷却部１０２によって冷却されると、閉空間１４に突出する吸熱部１０１も冷却される。そのため、吸熱部１０１には、閉空間１４に存在する大気に含まれる水蒸気が水滴となって結露する。結露した水滴は、吸熱部１０１の貯水部１０５に蓄えられる。

吸熱部１０１は、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０に設定されている最低温度以下に冷却される。これにより、閉空間１４に存在する大気に含まれる水蒸気は、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０ではなく吸熱部１０１に結露する。そのため、閉空間１４の湿度は低下し、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０への結露が防止される。したがって、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０の破壊を防止することができる。なお、本実施形態では、吸熱部１０１は、ヒートシンク１１を貫いているが、空間形成部材１３を貫くことにより閉空間１４に突出する構成としてもよい。
なお、結露を確実に抑えるため、閉空間１４における大気の露点は、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０によって制御する最低温度よりも３℃低い温度が望ましく、より好ましくは５℃以上低いことが望ましい。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態による温度制御装置を図１０に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１０は、本発明の第６実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図である。第６実施形態では、除湿装置１１０の構成が第１実施形態と異なっている。第６実施形態では、除湿装置１１０は、循環通路部材１１１、吸着部１１２および循環ポンプ１１３を有している。循環通路部材１１１は、温度制御装置１０のヒートシンク１１の外側に循環通路１１４を形成している。循環通路１１４は、ヒートシンク１１を貫いてヒートシンク１１と空間形成部材１３とが形成する閉空間１４に連通している。これにより、閉空間１４の大気は、閉空間１４の外側に形成される循環通路１１４を循環する。

循環通路１１４の途中には吸着部１１２が設置されている。吸着部１１２は、例えばシリカゲル、酸化カルシウム、あるいは塩化カルシウムなどの吸着剤１１５が充填されている。循環ポンプ１１３は、循環通路１１４の途中に設置されている。循環ポンプ１１３は、循環通路１１４に大気の流れを形成する。これにより、循環ポンプ１１３が作動すると、閉空間１４と循環通路１１４との間に大気の流れが形成される。

第６実施形態では、温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されると、制御部は循環ポンプ１１３を作動させる。これにより、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間に形成された閉空間１４に存在する大気は、閉空間１４と循環通路１１４との間を循環する。循環通路１１４を流れる大気に含まれる水蒸気は、吸着部１１２を通過する際に吸着剤１１５によって吸着される。そのため、吸着部１１２を通過した大気に含まれる水蒸気は低減される。その結果、閉空間１４と循環通路１１４との間を循環する大気の湿度は低下する。したがって、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０の結露が防止され、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０の破壊を防止することができる。
第６実施形態においても、上述の第４実施形態と同様に循環通路１１４の途中に気体供給部９７を設置してもよい。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態による温度制御装置を図１１に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１１は、本発明の第７実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図である。第７実施形態では、温度制御装置１０は保温庫１２０を冷却または加熱する。保温庫１２０は、断熱材１２１によって外部と断熱された保温室１２２を形成している。第７実施形態の場合、保温室１２２は被温度調節部である。保温室１２２には、フィン１２３が露出している。フィン１２３は、例えば銅、アルミニウムまたは各種の合金など、伝熱性の材料により形成されている。フィン１２３は、金属に限らず例えば熱伝導性を有するセラミックスや樹脂などで形成してもよい。フィン１２３は、保温室１２２とは反対側の端面が天板部１５に接している。これにより、温度調節部１２によって天板部１５が加熱または冷却されると、その熱がフィン１２３を経由して保温室１２２に伝えられる。なお、第７実施形態では、温度の制御効率を高めるために、保温室１２２の内部に空気を循環させるファンを設置してもよい。

第７実施形態では、温度制御装置１０を保温庫１２０に適用することができる。したがって、保温庫１２０を冷却するときでも、温度制御装置１０の温度調節部１２が結露せず、破壊を防止することができる。

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態による温度制御装置を図１２に示す。第８実施形態による温度制御装置は、第４実施形態の変形であり、第４実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１２は、本発明の第８実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図である。第８実施形態では、温度制御装置１０は、被温度調節部であるシリコンウェーハ１３０を冷却または加熱する。シリコンウェーハ１３０は、天板部１５に搭載される。これにより、シリコンウェーハ１３０は、温度調節部１２から天板部１５を経由して冷却または加熱される。半導体の製造プロセスにおいて、温度調節装置１０でシリコンウェーハ１３０の温度を調整することにより、シリコンウェーハ１３０は均一に温度が調整される。したがって、作成されるシリコンウェーハ１３０の特性を均一化し、半導体の性能を均一にすることができる。
なお、第８実施形態は、第４実施形態の変形例として説明したが、第１実施形態から第３実施形態、第５実施形態または第６実施形態のいずれかを変形して適用してもよい。

（第９実施形態）
本発明の第９実施形態による温度制御装置を図１３に示す。第９実施形態による温度制御装置は、第５実施形態の変形であり、第５実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図１３は、本発明の第９実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図である。第９実施形態では、温度制御装置１０は被温度調節部であるビーカー１４０を冷却または加熱する。ビーカー１４０は、天板部１５に搭載される。これにより、ビーカー１４０は、温度調節部１２から天板部１５を経由して冷却または加熱される。ビーカー１４０には、例えば化学反応を行うための試薬、あるいは培養を行うための細胞や細菌などが蓄えられている。化学反応や培養を行う場合、試薬を含む溶液や培養液を一定の温度に保持する必要がある。温度制御装置１０を用いることにより、ビーカー１４０に入った試薬や培養液を容易に一定温度に保持することができる。

なお、被温度調節部は、ビーカー１４０に限らず、例えばフラスコや培養槽など、任意の容器を用いることができる。
また、第９実施形態は、第５実施形態の変形例として説明したが、第１実施形態から第４実施形態または第６実施形態のいずれかを変形して適用してもよい。

（その他の実施形態）
第１実施形態から第９実施形態では、湿度センサをヒートシンクに設置する例について説明した。しかし、湿度センサは、空間形成部材に設置してもよい。
また、第１実施形態から第９実施形態では、空間形成部材と別部材の天板部と枠部とを一体に組み付ける例について説明した。しかし、空間形成部材の天板部と枠部とは、例えばインサート成形などにより一体に成形してもよく、単一の材料により一体に成形してもよい。
また、第１実施形態から第４実施形態および第６実施形態から第８実施形態では、通路部材をヒートシンクに設置する例について説明した。しかし、通路部材は、空間形成部材に設置してもよい。
さらに、第２実施形態では、減圧通路部材をヒートシンクに設置する例について説明した。しかし、減圧通路部材は、空間形成部材や他の通路部材に設置してもよい。

（実験例）
次に、上記の実施形態による温度制御装置１０を用いた実験例について説明する。
ここでは、上述の図１に示す第１実施形態による温度制御装置１０、図５に示す第２実施形態による温度制御装置１０、図６に示す第３実施形態による温度制御装置１０を用いて実験を行った。各温度制御装置１０において、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０の温度を１０℃に設定した。温度制御装置１０は、いずれも気温３０℃、湿度５０％の大気中に設置した。ここで、気温３０℃のとき湿度５０％の空気には、１ｍ³あたり１５．２ｇの水蒸気が含まれている。

マイクロチップ５０は、幅２４ｍｍ×長さ６４ｍｍ×厚さ１ｍｍに設定した。また、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間に形成される閉空間１４は、幅２０ｍｍ×長さ６０ｍｍ×高さ３ｍｍに設定した。

実験は、次の手順で行った。
（１）温度３０℃で湿度が２２％のとき、露点は５℃となる。そこで、マイクロチップ５０を搭載した後、閉空間１４の内部の露点が上記のペルチェ式温度調節部２０、３０、４０の設定温度以下である５℃以下となるように、閉空間１４の湿度を２２％以下になるまで除湿した。

（２）温度調節部１２のペルチェ式温度調節部２０、３０、４０に通電し、上述の設定温度にした。
（３）ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０を設定温度に調節した後、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０の結露の様子を観察した。
ここで、比較例として、図１に示す第１実施形態による温度制御装置１０において、空間形成部材１３を設けず、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０が大気中に露出しているものを用いた。

その結果、表１に示すように、本発明を適用した第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態による温度制御装置１０では、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０のいずれにも結露が生じなかった。一方、比較例では、ペルチェ式温度調節部に結露が生じた。これにより、本発明を適用した各実施形態の温度制御装置１０は、ペルチェ式温度調節部２０、３０、４０の結露防止に有効であることが証明された。

また、第２実施形態の温度制御装置では、閉空間１４を減圧することにより、他の実施形態と比較して湿度の低下が迅速であることが証明された。
以上説明した複数の実施形態では、本発明を各実施形態ごとに適用する例について説明した。しかし、本発明は、複数の実施形態を組み合わせて適用してもよい。

本発明の第１実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。 図１のII−II線における断面図。 図１のIII−III線における断面図。 本発明の第１実施形態の変形例による温度制御装置の概略を示す断面図。 本発明の第２実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。 本発明の第３実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。 本発明の第４実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。 本発明の第５実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。 図１２のIX部分の拡大図。 本発明の第６実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。 本発明の第７実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。 本発明の第８実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。 本発明の第９実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。

符号の説明

１０：温度制御装置、１１：ヒートシンク、１２：温度調節部、１３：空間形成部材、１４：閉空間、１５：天板部、１７：枠部、２０、３０、４０：ペルチェ式温度調節部、５０：マイクロチップ（被温度調節部）、７０：除湿装置（除湿手段）、７１：気体供給部、７２：通路部材、７３：通路部材、８０：減圧装置（減圧手段）、９０：除湿装置（除湿手段）、９１：循環通路部材、９２：冷却部、９７：気体供給部、１００：除湿装置、１０１：吸熱部、１０２：冷却部、１１０：除湿装置、１１１：循環通路部材、１１２：吸着部、１１５：吸着剤、１２２：保温室（被温度調節部）、１３０：シリコンウェーハ（被温度調節部）、１４０：ビーカー（被温度調節部）

Claims (8)

1. 被温度調節部の温度を制御する温度制御装置であって、
   ヒートシンクと、
   前記ヒートシンクとの間に閉空間を形成する空間形成部材と、
   前記ヒートシンクと前記空間形成部材とが形成する前記閉空間に収容され、前記空間形成部材の前記ヒートシンク側の端部に接し、前記空間形成部材を経由して前記被温度調節部の温度を調節する少なくとも一つのペルチェ式温度調節部を有する温度調節部と、
   前記閉空間の内部の湿度を低減する除湿手段と、
   を備える温度制御装置。
2. 前記除湿手段は、前記閉空間に連通する通路を形成する通路部材と、前記通路部材を経由して前記閉空間へ乾燥気体を供給する気体供給部と、を有する請求項１記載の温度制御装置。
3. 前記除湿手段は、前記閉空間を減圧する減圧手段を有する請求項２記載の温度制御装置。
4. 前記除湿手段は、前記閉空間に連通し前記閉空間の外部に前記閉空間の大気が循環する循環通路を形成する循環通路部材と、前記循環通路の途中に設けられ前記循環通路を流れる大気を冷却する冷却部と、を有する請求項１記載の温度制御装置。
5. 前記除湿手段は、前記ヒートシンクまたは前記空間形成部材を貫いて前記閉空間に突出する吸熱部と、前記吸熱部を前記温度調節部よりも低温に冷却する冷却部とを有する請求項１記載の温度制御装置。
6. 前記除湿手段は、前記閉空間に連通し前記閉空間の外部に前記空間の大気が循環する循環通路を形成する循環通路部材と、前記循環通路の途中に設けられ前記循環通路を流れる大気に含まれる水蒸気を吸着する吸着剤が充填されている吸着部とを有する請求項１記載の温度制御装置。
7. 前記除湿手段は、前記循環通路に乾燥気体を供給する気体供給部を有する請求項４または６記載の温度制御装置。
8. 前記空間形成部材は、伝熱性の材料からなり前記温度調節部の前記ヒートシンクとは反対側の端部および前記被温度調節部に接している天板部と、断熱性の材料からなり前記ヒートシンクと前記天板部との間に設けられ前記閉空間の外縁を形成する枠部と、を有する請求項１から７のいずれか一項記載の温度制御装置。
   
   
   
   

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