JP5942889B2 - Heat transfer mechanism and thermal analysis apparatus having the same - Google Patents
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Description
本発明は、被測定試料及び基準物質が収容されるヒートシンクを備えた熱伝達機構及びこれを備えた熱分析装置に関するものである。 The present invention relates to a heat transfer mechanism including a heat sink in which a sample to be measured and a reference material are accommodated, and a thermal analysis apparatus including the heat transfer mechanism.
示差走査熱量計(DSC:Differential Scanning Calorimeter)などの熱分析装置には、例えばヒータにより加熱されるヒートシンクが備えられており、当該ヒートシンクに被測定試料及び基準物質が収容されるようになっている(例えば、下記特許文献1及び2参照)。
A thermal analysis apparatus such as a differential scanning calorimeter (DSC) includes a heat sink that is heated by a heater, for example, and a sample to be measured and a reference material are accommodated in the heat sink. (For example, see
特許文献1に開示された構成では、ヒートシンク10の下方に冷却ブロック(熱伝達部)20が配置されている。分析時には、ヒータ12によりヒートシンク10を加熱することができるだけでなく、冷却ブロック20を介してヒートシンク10及び冷却源の間で熱を伝達することにより、ヒートシンク10を冷却することができるようになっている。
In the configuration disclosed in
ヒートシンク10と冷却ブロック20との間には、熱抵抗体14が配置されている。熱抵抗体14は円筒状に形成されており、上端面がヒートシンク10にロウ付けされるとともに、下端面が冷却ブロック20にロウ付けされている。この例では、熱抵抗体14は鉄により形成されている。これに対して、ヒートシンク10は銀などにより形成され、冷却ブロック20は銅又はアルミニウムなどにより形成されている。
A thermal resistor 14 is disposed between the
しかしながら、上記のような特許文献1に開示された構成では、熱抵抗体14とヒートシンク10との接合面、及び、熱抵抗体14と冷却ブロック20との接合面が、それぞれ異種金属同士の接合面となっている。そのため、各部材の線膨張係数の差に起因して、加熱時や冷却時に各部材に応力が生じるという問題がある。この場合、加熱及び冷却を繰り返し行うことにより、熱抵抗体14が接合面において剥離してしまうなどの弊害が生じるおそれがある。
However, in the configuration disclosed in
また、加熱時には、ヒートシンク10の温度が例えば600℃程度まで上昇するのに対して、冷却ブロック20の温度が例えば0℃程度と低いため、熱抵抗体14の上端と下端とで温度差が極めて大きい。そのため、線膨張係数の差だけでなく、上記のような温度差の影響も相俟って、各部材に生じる応力がさらに大きくなるという問題がある。
Further, at the time of heating, the temperature of the
特許文献2に開示された構成では、炉ブロックアセンブリ(ヒートシンク)1と冷却フランジ(熱伝達部)10との間に熱抵抗器9が配置されている点で、上記特許文献1に開示された構成と一致している。ただし、特許文献2においては、熱抵抗器9が円筒状ではなく、複数の薄部材31により形成されている点で、上記特許文献1に開示された構成とは異なっている。
The configuration disclosed in
このように、熱抵抗器9を複数の薄部材31により形成した場合には、これらの薄部材31の変形により、線膨張係数の差に起因して各部材に生じる応力を吸収することができる可能性がある。しかしながら、複数の薄部材31を炉ブロックアセンブリ1及び冷却フランジ10にそれぞれ接合した場合には、接合状態が不均等になりやすく、炉ブロックアセンブリ1において温度分布にばらつきが生じるおそれがある。
As described above, when the thermal resistor 9 is formed by a plurality of thin members 31, the deformation of these thin members 31 can absorb the stress generated in each member due to the difference in linear expansion coefficient. there is a possibility. However, when a plurality of thin members 31 are joined to the
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、加熱時や冷却時に各部材に応力が生じにくく、かつ、ヒートシンクにおいて温度分布にばらつきが生じにくい熱伝達機構及びこれを備えた熱分析装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, a heat transfer mechanism in which stress is not easily generated in each member during heating or cooling, and temperature distribution in the heat sink is less likely to vary, and a thermal analysis apparatus including the heat transfer mechanism The purpose is to provide.
本発明に係る熱伝達機構は、被測定試料及び基準物質が収容されるヒートシンクと、前記ヒートシンクを加熱するためのヒータと、前記ヒートシンクを冷却するための冷却源と、前記ヒートシンク及び前記冷却源の間で熱を伝達するための熱伝達部とを備え、前記ヒートシンク及び前記熱伝達部の少なくとも一方には、開口部又は凹部が形成されて部分的に断面積が縮小されることにより、熱抵抗部が形成されており、前記熱抵抗部の抵抗値は、前記ヒータを既定値まで通電したときに、前記ヒータから前記ヒートシンクへの供給熱量が、前記ヒートシンクからの前記熱伝達部を介した放熱量を上回るように設定されており、前記ヒータを前記既定値まで通電すれば前記ヒートシンクを加熱することができ、前記ヒータへの通電量を前記既定値よりも減少させれば前記ヒートシンクを冷却することができることを特徴とする。 The heat transfer mechanism according to the present invention includes a heat sink in which a sample to be measured and a reference material are stored, a heater for heating the heat sink, a cooling source for cooling the heat sink, and the heat sink and the cooling source. A heat transfer part for transferring heat between them, and at least one of the heat sink and the heat transfer part is formed with an opening or a recess to partially reduce the cross-sectional area, thereby reducing the thermal resistance. And the resistance value of the thermal resistance unit is such that when the heater is energized to a predetermined value, the amount of heat supplied from the heater to the heat sink is released from the heat sink via the heat transfer unit. The heat sink is set to exceed the amount of heat, and if the heater is energized to the predetermined value, the heat sink can be heated, and the energization amount to the heater is set to the predetermined amount. Characterized in that it is possible to cool the heat sink if caused to decrease than.
このような構成によれば、ヒートシンク及び熱伝達部の少なくとも一方に、その一部を利用して熱抵抗部を形成することができる。これにより、ヒートシンクと熱伝達部との間に、別部材として熱抵抗体が設けられている場合とは異なり、各部材の線膨張係数の差や温度差などに起因して、加熱時や冷却時に各部材に応力が生じにくい。 According to such a configuration, a thermal resistance portion can be formed on at least one of the heat sink and the heat transfer portion by using a part thereof. As a result, unlike the case where a thermal resistor is provided as a separate member between the heat sink and the heat transfer part, due to the difference in linear expansion coefficient or temperature difference of each member, heating or cooling Sometimes stress is not easily generated in each member.
また、ヒートシンクと熱伝達部との間に、別部材として熱抵抗体が設けられている場合とは異なり、ヒートシンク及び熱伝達部に対する熱抵抗体の接合状態が不均等になるといったことがないため、ヒートシンクにおいて温度分布にばらつきが生じにくい。 In addition, unlike the case where a thermal resistor is provided as a separate member between the heat sink and the heat transfer unit, the bonding state of the heat resistor to the heat sink and the heat transfer unit is not uneven. The heat distribution is less likely to vary in the heat sink.
特に、ヒートシンク及び熱伝達部の少なくとも一方に、開口部又は凹部を形成して部分的に断面積を縮小させるだけの構成であるため、別部材として熱抵抗体が設けられている場合と比較して、構成が簡単であり、低コストで上記効果を奏することができる。 In particular, since the structure is such that at least one of the heat sink and the heat transfer part is formed with an opening or a recess to partially reduce the cross-sectional area, it is compared with the case where a thermal resistor is provided as a separate member. Thus, the configuration is simple and the above effects can be achieved at low cost.
前記熱抵抗部は、0.1〜10K/Wの熱抵抗を有するように開口部又は凹部が形成されていることが好ましい。 It is preferable that the thermal resistance portion has an opening or a recess so as to have a thermal resistance of 0.1 to 10 K / W.
このような構成によれば、被測定試料及び基準物質が収容されるヒートシンクを備えた熱伝達機構において、適度な熱抵抗を有する熱抵抗部を形成することができるため、熱抵抗部を効果的に機能させることができる。 According to such a configuration, in the heat transfer mechanism including the heat sink in which the sample to be measured and the reference material are accommodated, the heat resistance portion having an appropriate heat resistance can be formed. Can function.
前記ヒートシンクには、被測定試料が載置される被測定試料載置部、及び、基準物質が載置される基準物質載置部が、中心線に対して対称に設けられていてもよい。この場合、前記熱抵抗部は、前記中心線に対して対称となるような配置で形成されていてもよい。 The heat sink may be provided with a measured sample placing portion on which the measured sample is placed and a reference material placing portion on which the reference material is placed symmetrically with respect to the center line. In this case, the thermal resistance portion may be formed so as to be symmetric with respect to the center line.
このような構成によれば、被測定試料載置部と基準物質載置部との間の中心線に対して、対称となるような配置で熱抵抗部が形成されているため、被測定試料載置部側と基準物質載置部側とで温度分布にばらつきが生じるのを効果的に防止することができる。 According to such a configuration, since the thermal resistance portion is formed so as to be symmetric with respect to the center line between the measured sample mounting portion and the reference material mounting portion, the measured sample It is possible to effectively prevent the temperature distribution from varying between the placement portion side and the reference material placement portion side.
前記ヒートシンク及び前記熱伝達部が一体的に形成されていてもよい。 The heat sink and the heat transfer part may be integrally formed.
このような構成によれば、ヒートシンクと熱伝達部との間に接合面がないため、接合状態の不均等が生じにくく、ヒートシンクにおいて温度分布にばらつきが生じるのをさらに効果的に防止することができる。 According to such a configuration, since there is no bonding surface between the heat sink and the heat transfer portion, unevenness in the bonding state is less likely to occur, and variation in temperature distribution in the heat sink can be more effectively prevented. it can.
本発明に係る熱分析装置は、被測定試料及び基準物質を用いて熱分析を行うための熱分析装置であって、前記熱伝達機構を備えたことを特徴とする。 A thermal analysis apparatus according to the present invention is a thermal analysis apparatus for performing thermal analysis using a sample to be measured and a reference material, and includes the heat transfer mechanism.
本発明によれば、ヒートシンク及び熱伝達部の少なくとも一方に、その一部を利用して熱抵抗部を形成することができるため、各部材の線膨張係数の差や温度差などに起因して、加熱時や冷却時に各部材に応力が生じにくい。また、本発明によれば、接合状態の不均等が生じにくいため、ヒートシンクにおいて温度分布にばらつきが生じにくい。 According to the present invention, since at least one of the heat sink and the heat transfer portion can be used to form a thermal resistance portion, it is caused by a difference in linear expansion coefficient or a temperature difference of each member. In addition, stress is not easily generated in each member during heating or cooling. In addition, according to the present invention, unevenness in the bonding state is unlikely to occur, and therefore, the temperature distribution is unlikely to vary in the heat sink.
図1Aは、本発明の一実施形態に係る熱伝達機構1を備えた熱分析装置の構成例を示す平面図である。図1Bは、図1Aの熱伝達機構1における中心線L1に沿った断面図である。この熱分析装置は、例えば示差走査熱量計であって、被測定試料及び基準物質を用いて熱分析を行う。例えば、示差走査熱量計を用いることにより、被測定試料が融解する際などに生じる温度変化に基づいて、被測定試料及び基準物質の熱量差を測定することができる。
FIG. 1A is a plan view showing a configuration example of a thermal analysis apparatus including a
この熱伝達機構1には、ヒートシンク2、ヒータ3、冷却源4及び熱伝達部5などが備えられている。被測定試料及び基準物質は、ヒートシンク2内に収容される。ヒートシンク2内の被測定試料及び基準物質は、ヒータ3により加熱することができるとともに、冷却源4により冷却することができる。
The
ヒートシンク2は、水平方向に延びる載置台21と、載置台21の外周を囲む円筒状の周壁22と、周壁22の下端部から径方向に張り出した円環状のフランジ部23とを有し、平面視において円形状に形成されている。この例では、図1Bに示すように、フランジ部23の下部が分離可能な下板24を構成しており、載置台21が汚れた場合などには、ヒートシンク2における下板24よりも上側の部分を取り外して、洗浄又は交換することができるようになっている。
The
ヒートシンク2は、例えば銅により形成されている。ただし、ヒートシンク2の材料は、銅に限られるものではなく、熱伝導率が高い材料であれば、銀などの他の材料でヒートシンク2を形成することも可能である。また、ヒートシンク2は、上記のように複数(例えば2つ)の部品に分割された構成に限らず、1つの部品により構成されていてもよい。
The
載置台21には、中心線L1を挟んで両側に、被測定試料載置部211及び基準物質載置部212が対称に設けられている。被測定試料載置部211及び基準物質載置部212は、例えば円形状の平坦面により形成されており、互いに近接するように水平面上に並べて配置されている。
The mounting table 21 is provided with a measured
被測定試料載置部211には、測定対象となる試料(被測定試料)が載置される。一方、基準物質載置部212には、例えばアルミナなどの基準となる物質(基準物質)が載置される。分析時には、図1Bに示すように、ヒートシンク2の周壁22の上端部が蓋6で覆われることにより、被測定試料及び基準物質が外気の影響を受けにくくなるような構成となっている。
A sample to be measured (measurement sample) is placed on the measurement
ヒートシンク2における被測定試料載置部211及び基準物質載置部212の裏側(下面)には、それぞれ熱電対7が接続されている。各熱電対7は、ヒートシンク2の下部から突出するように垂直方向に延びている。これらの熱電対7を介して被測定試料載置部211及び基準物質載置部212の温度を検出することにより、その温度変化に基づいて被測定試料及び基準物質の熱量差を測定することができる。
The
ヒータ3は、例えばシーズヒータからなり、金属チューブの中に絶縁材を挟んでニクロム線などの発熱体が収容されることにより構成されている。ヒータ3は、水平面内で巻回された状態で、ヒートシンク2と熱伝達部5との間に挟まれている。これにより、ヒータ3でヒートシンク2を加熱し、ヒートシンク2内の被測定試料及び基準物質を加熱することができるようになっている。ヒータ3による加熱時には、ヒートシンク2の温度が、例えば600℃程度の高温まで上昇する。
The heater 3 is composed of a sheathed heater, for example, and is configured by housing a heating element such as a nichrome wire with an insulating material sandwiched in a metal tube. The heater 3 is sandwiched between the
冷却源4は、ヒートシンク2を冷却するためのものであり、例えば液体窒素などの冷媒が収容されている。ただし、冷却源4は、液体窒素を利用するものに限らず、電子冷却機などの他の構成によるものであってもよい。熱伝達部5は、一端部に冷却源4が接続されるとともに、他端部にヒータ3を介してヒートシンク2が接続されることにより、ヒートシンク2及び冷却源4の間で熱を伝達することができるようになっている。これにより、冷却源4及び熱伝達部5でヒートシンク2を冷却し、ヒートシンク2内の被測定試料及び基準物質を冷却することができるようになっている。熱伝達部5の温度は、例えば0℃程度の低温となる。
The
熱伝達部5は、例えば銅により形成されている。ただし、熱伝達部5の材料は、銅に限られるものではなく、熱伝導率が高い材料であれば、銀などの他の材料で熱伝達部5を形成することも可能である。また、ヒートシンク2及び熱伝達部5は、同一材料で形成された構成に限らず、異種材料により形成された構成であってもよい。この例では、熱伝達部5が水平方向に延びる矩形状の板状部材により形成されているが、これに限られるものではなく、熱伝達部5が他の形状により形成されていてもよい。
The
熱伝達機構1において互いに分離している部材間の連結は、固定ねじなどの固定具を用いて行うことができる。例えば、ヒートシンク2及び熱伝達部5は、これらの間にヒータ3を挟んだ状態で、ヒートシンク2側又は熱伝達部5側の一方側から他方側に固定ねじをねじ込むことにより連結することができる。また、ヒートシンク2の下板24についても、例えばヒートシンク2の上方側から固定ねじをねじ込んで、下板24に連結することにより固定することができる。
The connection between the members separated from each other in the
ただし、熱伝達機構1において互いに分離している部材は、固定ねじに限らず、ロウ付けや溶接などの他の任意の手段で連結されていてもよい。また、互いに分離している部材間には、図示しないロウ材等、他の部材や材料が介在していてもよい。
However, the members separated from each other in the
本実施形態では、熱伝達部5に開口部51が形成され、中心線L1に直交する方向の断面積が部分的に縮小されることにより、開口部51における中心線L1に直交する方向の両側に、それぞれ熱抵抗部52が形成されている。この例では、熱伝達部5の中央部に矩形状の開口部51が形成されることにより、2つの熱抵抗部52が、中心線L1に対して対称となるような配置で形成されている。
In the present embodiment, the
各熱抵抗部52は、例えば中心線L1に平行な細長い棒状に形成されている。各熱抵抗部52における中心線L1に直交する方向の断面は、例えば矩形状となっている。各熱抵抗部52が有する熱抵抗は、各熱抵抗部52の断面積及び長さにより規定することができる。この例では、2つの熱抵抗部52により3K/W程度の熱抵抗が生じるように、開口部51が形成されている。
Each
ただし、開口部51の形状は矩形状に限られるものではない。また、各熱抵抗部52の形状についても、断面が矩形状からなる細長い棒状に限られるものではない。さらに、開口部51のように熱伝達部5を貫通するような形状に限らず、例えば熱伝達部5を貫通しない凹部を形成して、熱伝達部5の断面積を部分的に縮小することにより、熱抵抗部が形成されるような構成であってもよい。
However, the shape of the
熱抵抗部52が有する熱抵抗は、上記値に限られるものではないが、全体で0.1〜10K/Wの熱抵抗を有するように開口部51が形成されていることが好ましい。これにより、被測定試料及び基準物質が収容されるヒートシンク2を備えた熱伝達機構1において、適度な熱抵抗を有する熱抵抗部52を形成することができるため、熱抵抗部52を効果的に機能させることができる。
The thermal resistance of the
上記のような熱抵抗部52の熱抵抗は、ヒータ3からヒートシンク2への供給熱量と、ヒートシンク2からの熱伝達部5を介した放熱量との関係に基づいて設定することができる。具体的には、ヒータ3を既定値まで通電したときに、ヒータ3からヒートシンク2への供給熱量が、ヒートシンク2からの熱伝達部5を介した放熱量を上回るように、熱抵抗部52の熱抵抗が設定される。
The thermal resistance of the
これにより、ヒータ3を既定値まで通電すればヒートシンク2を加熱することができ、ヒータ3への通電量を既定値よりも減少させればヒートシンク2を冷却することができる。したがって、ヒータ3への通電量を制御するだけで、ヒートシンク2を加熱したり、冷却したりして、任意の温度に調整することができる。
Thus, the
以上のように、本実施形態では、熱伝達部5の一部を利用して熱抵抗部52を形成することができる。これにより、ヒートシンク2と熱伝達部5との間に、別部材として熱抵抗体が設けられている場合とは異なり、各部材の線膨張係数の差や温度差などに起因して、加熱時や冷却時に各部材に応力が生じにくい。
As described above, in the present embodiment, the
また、ヒートシンク2と熱伝達部5との間に、別部材として熱抵抗体が設けられている場合とは異なり、ヒートシンク2及び熱伝達部5に対する熱抵抗体の接合状態が不均等になるといったことがないため、ヒートシンク2において温度分布にばらつきが生じにくい。
In addition, unlike the case where a thermal resistor is provided as a separate member between the
特に、熱伝達部5に開口部51を形成して部分的に断面積を縮小させるだけの構成であるため、別部材として熱抵抗体が設けられている場合と比較して、構成が簡単であり、低コストで上記効果を奏することができる。
In particular, since the
また、本実施形態では、被測定試料載置部211と基準物質載置部212との間の中心線L1に対して、対称となるような配置で熱抵抗部52が形成されているため、被測定試料載置部211側と基準物質載置部212側とで温度分布にばらつきが生じるのを効果的に防止することができる。
Further, in the present embodiment, since the
図2Aは、熱伝達機構1の第1変形例を示す平面図である。図2Bは、図2Aの熱伝達機構1における中心線L1に沿った断面図である。この熱伝達機構1は、熱伝達部5の形状のみが図1A及び図1Bの場合とは異なっており、他の部分については同様の構成を有している。図1A及び図1Bの場合と同様の構成については、図に同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
FIG. 2A is a plan view showing a first modification of the
この熱伝達機構1では、熱伝達部5における中心線L1を挟んで両側の側面から、それぞれ中心線L1側に向かって凹部53が形成されている。これらの凹部53が熱伝達部5に形成され、中心線L1に直交する方向の断面積が部分的に縮小されることにより、中心線L1に沿って1つの熱抵抗部54が形成されている。この例では、各凹部53が同一形状(例えば矩形状)で形成されることにより、熱抵抗部54が、中心線L1に対して対称となるような配置で形成されている。
In this
熱抵抗部54は、例えば中心線L1に平行な細長い棒状に形成されている。熱抵抗部54における中心線L1に直交する方向の断面は、十字状となっており、単なる矩形状の断面の場合よりも強度が高い形状となっている。熱抵抗部54が有する熱抵抗は、熱抵抗部54の断面積及び長さにより規定することができる。
The
この例では、熱抵抗部54により0.1〜10K/W、より好ましくは3K/W程度の熱抵抗が生じるように、各凹部53が形成されている。ただし、各凹部53の形状は矩形状に限られるものではない。また、熱抵抗部54の形状も断面が十字状からなる細長い棒状のものに限られるものではない。
In this example, each
図3は、熱伝達機構1の第2変形例を示す平面図である。この熱伝達機構1は、熱伝達部5の形状のみが図1A及び図1Bの場合とは異なっており、他の部分については同様の構成を有している。図1A及び図1Bの場合と同様の構成については、図に同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
FIG. 3 is a plan view showing a second modification of the
この熱伝達機構1では、熱伝達部5における中心線L1を挟んで一方側の側面から、中心線L1を超えて他方側の側面近傍まで矩形状の凹部55が形成されている。この凹部55が熱伝達部5に形成され、中心線L1に直交する方向の断面積が部分的に縮小されることにより、熱伝達部5の上記他方側の側面に沿って1つの熱抵抗部56が形成されている。このように、熱抵抗部は、中心線L1に対して対称となるような配置で形成されていなくてもよい。
In this
熱抵抗部56は、例えば中心線L1に平行な細長い棒状に形成されている。熱抵抗部56における中心線L1に直交する方向の断面は、例えば矩形状となっている。熱抵抗部56が有する熱抵抗は、熱抵抗部56の断面積及び長さにより規定することができる。
The
この例では、熱抵抗部56により0.1〜10K/W、より好ましくは3K/W程度の熱抵抗が生じるように、凹部55が形成されている。ただし、凹部55の形状は矩形状に限られるものではない。また、熱抵抗部56の形状も断面が矩形状からなる細長い棒状のものに限らず、図2A及び図2Bの例のように、例えば断面が十字状などの他の形状となっていてもよい。
In this example, the
図4Aは、別の実施形態に係る熱伝達機構101を備えた熱分析装置の構成例を示す平面図である。図4Bは、図4Aの熱伝達機構101における中心線L101に沿った断面図である。
FIG. 4A is a plan view illustrating a configuration example of a thermal analysis apparatus including a
この熱伝達機構101には、ヒートシンク102及び熱伝達部105が一体的に形成された熱伝達部材100が備えられている。具体的には、熱伝達部105を構成する平板部の端部に、ヒートシンク102を構成する円筒部が上方に向かって突出するように形成されている。熱伝達部材100は、例えば銅により形成されている。ただし、熱伝達部材100の材料は、銅に限られるものではなく、熱伝導率が高い材料であれば、銀などの他の材料で熱伝達部材100を形成することも可能である。
The
被測定試料及び基準物質は、ヒートシンク102内に収容される。ヒートシンク102内には、水平方向に延びる載置台121が形成されており、当該載置台121には、中心線L101を挟んで両側に、被測定試料載置部122及び基準物質載置部123が対称に設けられている。被測定試料載置部122及び基準物質載置部123は、例えば円形状の平坦面により形成されており、互いに近接するように水平面上に並べて配置されている。
The sample to be measured and the reference material are accommodated in the
この熱伝達機構101には、熱伝達部材100以外に、ヒータ103、冷却源104及び保持板108などが備えられている。ヒータ103は、例えばシーズヒータからなり、金属チューブの中に絶縁材を挟んでニクロム線などの発熱体が収容されることにより構成されている。
In addition to the heat transfer member 100, the
ヒータ103は、水平面内で巻回された状態で、熱伝達部材100の下方に設けられている。熱伝達部材100には、例えば固定ねじなどの固定具を用いて下方から保持板108が取り付けられ、当該保持板108と熱伝達部材100との間にヒータ103が挟まれた状態で保持される。これにより、ヒータ103で熱伝達部材100を加熱し、ヒートシンク102内の被測定試料及び基準物質を加熱することができるようになっている。ただし、熱伝達部材100に対するヒータ103の取付態様は、保持板108を用いた態様に限らず、例えばセメントのような固着材料を用いて固着させるなど、他の任意の態様を採用することができる。
The
冷却源104は、ヒートシンク102を冷却するためのものであり、例えば液体窒素などの冷媒が収容されている。熱伝達部材100の熱伝達部105は、一端部に冷却源104が接続されるとともに、他端部にヒートシンク102が一体的に形成されることにより、ヒートシンク102及び冷却源104の間で熱を伝達することができるようになっている。これにより、冷却源104で熱伝達部材100を冷却し、ヒートシンク102内の被測定試料及び基準物質を冷却することができるようになっている。
The
分析時には、図4Bに示すように、ヒートシンク102の上端部が蓋106で覆われる。ヒートシンク102における被測定試料載置部122及び基準物質載置部123の裏側(下面)には、それぞれ熱電対107が接続されている。各熱電対107は、熱伝達部材100の下部から突出するように垂直方向に延びている。これらの熱電対107を介して被測定試料載置部122及び基準物質載置部123の温度を検出することにより、その温度変化に基づいて被測定試料及び基準物質の熱量差を測定することができる。
At the time of analysis, as shown in FIG. 4B, the upper end portion of the
本実施形態では、熱伝達部105に開口部151が形成され、中心線L101に直交する方向の断面積が部分的に縮小されることにより、開口部151における中心線L101に直交する方向の両側に、それぞれ熱抵抗部152が形成されている。この例では、熱伝達部105の中央部に矩形状の開口部151が形成されることにより、2つの熱抵抗部152が、中心線L101に対して対称となるような配置で形成されている。
In the present embodiment, the
各熱抵抗部152の構成は、図1A及び図1Bの場合と同様であり、この場合と同様の効果を奏することができる。特に、本実施形態では、ヒートシンク102及び熱伝達部105が一体的に形成されることにより、ヒートシンク102と熱伝達部105との間に接合面がない。そのため、接合状態の不均等が生じにくく、ヒートシンク102において温度分布にばらつきが生じるのをさらに効果的に防止することができる。
The structure of each
ただし、熱抵抗部152の構成は、図1A及び図1Bの場合と同様の構成に限られるものではなく、例えば図2A及び図2Bのような構成、又は、図3のような構成など、他の各種構成を採用することができる。
However, the configuration of the
図5は、さらに別の実施形態に係る熱伝達機構201を備えた熱分析装置の構成例を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a thermal analysis apparatus including a
この熱伝達機構201には、ヒートシンク202及び熱伝達部205が一体的に形成された熱伝達部材200が備えられている。具体的には、熱伝達部205を構成する平板部の端部に、ヒートシンク202を構成する円筒部が上方に向かって突出するように形成されている。熱伝達部材200は、例えば銅により形成されている。ただし、熱伝達部材200の材料は、銅に限られるものではなく、熱伝導率が高い材料であれば、銀などの他の材料で熱伝達部材200を形成することも可能である。
The
被測定試料及び基準物質は、ヒートシンク202内に収容される。ヒートシンク202内には、水平方向に延びる載置台221が形成されており、当該載置台221には、中心線(図示せず)を挟んで両側に、被測定試料載置部222及び基準物質載置部223が対称に設けられている。被測定試料載置部222及び基準物質載置部223は、例えば円形状の平坦面により形成されており、互いに近接するように水平面上に並べて配置されている。
The sample to be measured and the reference material are accommodated in the
この熱伝達機構201には、熱伝達部材200以外に、ヒータ203及び冷却源204などが備えられている。ヒータ203は、例えばシーズヒータからなり、金属チューブの中に絶縁材を挟んでニクロム線などの発熱体が収容されることにより構成されている。この例では、ヒータ203が、ヒートシンク202の外周に沿って巻回された状態で取り付けられている。これにより、ヒータ203でヒートシンク202を加熱し、ヒートシンク202内の被測定試料及び基準物質を加熱することができるようになっている。
In addition to the heat transfer member 200, the
冷却源204は、ヒートシンク202を冷却するためのものであり、例えば液体窒素などの冷媒が収容されている。熱伝達部材200の熱伝達部205は、一端部に冷却源204が接続されるとともに、他端部にヒートシンク202が一体的に形成されることにより、ヒートシンク202及び冷却源204の間で熱を伝達することができるようになっている。これにより、冷却源204で熱伝達部材200を冷却し、ヒートシンク202内の被測定試料及び基準物質を冷却することができるようになっている。
The
分析時には、図5に示すように、ヒートシンク202の上端部が蓋206で覆われる。ヒートシンク202における被測定試料載置部222及び基準物質載置部223の裏側(下面)には、それぞれ熱電対207が接続されている。各熱電対207は、熱伝達部材200の下部から突出するように垂直方向に延びている。これらの熱電対207を介して被測定試料載置部222及び基準物質載置部223の温度を検出することにより、その温度変化に基づいて被測定試料及び基準物質の熱量差を測定することができる。
At the time of analysis, the upper end of the
本実施形態では、ヒートシンク202が円筒状に形成されることにより、ヒートシンク202の底面から上方に向かって凹部251が形成され、ヒートシンク202の中心線L201に直交する方向の断面積が部分的に縮小されている。これにより、ヒートシンク202の下部の周壁が、熱抵抗部252を構成している。
In the present embodiment, since the
このように、熱伝達部205側ではなく、ヒートシンク202側に凹部251が形成された構成であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。ただし、ヒートシンク202側に凹部251を形成するのではなく、開口部を形成するような構成であってもよい。また、ヒートシンク202側及び熱伝達部205側の両方に、開口部又は凹部が形成されたような構成であってもよい。
As described above, even when the
本実施形態では、ヒータ203がヒートシンク202の外周に沿って巻回された構成について説明したが、図1A及び図1Bの構成、図2A及び図2Bの構成、又は、図3の構成などのように、ヒータ203が水平面内で巻回された構成であってもよい。一方、図1A及び図1Bの構成、図2A及び図2Bの構成、又は、図3の構成において、ヒータをヒートシンクの外周に沿って巻回することも可能である。このように、ヒータの構成としては、他の任意の構成を採用することができる。
In the present embodiment, the configuration in which the
以上の実施形態では、本発明に係る熱伝達機構が示差走査熱量計に適用される場合について説明したが、示差走査熱量計以外の熱分析装置にも適用可能である。例えば、被測定試料及び基準物質を加熱又は冷却して、それらの表面状態を観察するための熱分析装置など、被測定試料及び基準物質を用いて熱分析を行うための各種熱分析装置に本発明を適用することができる。 Although the case where the heat transfer mechanism according to the present invention is applied to a differential scanning calorimeter has been described in the above embodiment, the present invention can also be applied to a thermal analyzer other than the differential scanning calorimeter. For example, the present invention is applied to various thermal analyzers for performing thermal analysis using a sample to be measured and a reference material, such as a thermal analyzer for observing the surface state of the sample to be measured and a reference material by heating or cooling. The invention can be applied.
1 熱伝達機構
2 ヒートシンク
3 ヒータ
4 冷却源
5 熱伝達部
6 蓋
7 熱電対
21 載置台
22 周壁
23 フランジ部
24 下板
51 開口部
52 熱抵抗部
53 凹部
54 熱抵抗部
55 凹部
56 熱抵抗部
100 熱伝達部材
101 熱伝達機構
102 ヒートシンク
103 ヒータ
104 冷却源
105 熱伝達部
106 蓋
107 熱電対
108 保持板
121 載置台
122 被測定試料載置部
123 基準物質載置部
151 開口部
152 熱抵抗部
200 熱伝達部材
201 熱伝達機構
202 ヒートシンク
203 ヒータ
204 冷却源
205 熱伝達部
206 蓋
207 熱電対
211 被測定試料載置部
212 基準物質載置部
221 載置台
222 被測定試料載置部
223 基準物質載置部
251 凹部
252 熱抵抗部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ヒートシンクを加熱するためのヒータと、
前記ヒートシンクを冷却するための冷却源と、
前記ヒートシンク及び前記冷却源の間で熱を伝達するための熱伝達部とを備え、
前記ヒートシンク及び前記熱伝達部の少なくとも一方には、開口部又は凹部が形成されて部分的に断面積が縮小されることにより、熱抵抗部が形成されており、
前記熱抵抗部の抵抗値は、前記ヒータを既定値まで通電したときに、前記ヒータから前記ヒートシンクへの供給熱量が、前記ヒートシンクからの前記熱伝達部を介した放熱量を上回るように設定されており、
前記ヒータを前記既定値まで通電すれば前記ヒートシンクを加熱することができ、前記ヒータへの通電量を前記既定値よりも減少させれば前記ヒートシンクを冷却することができることを特徴とする熱伝達機構。 A heat sink containing a sample to be measured and a reference material;
A heater for heating the heat sink;
A cooling source for cooling the heat sink;
A heat transfer unit for transferring heat between the heat sink and the cooling source,
At least one of the heat sink and the heat transfer part is formed with an opening or a recess, and the cross-sectional area is partially reduced to form a heat resistance part ,
The resistance value of the thermal resistance unit is set such that when the heater is energized to a predetermined value, the amount of heat supplied from the heater to the heat sink exceeds the amount of heat released from the heat sink through the heat transfer unit. And
The heat transfer can heat the heat sink by energizing the heater to the predetermined value, and can cool the heat sink by reducing the energization amount to the heater from the predetermined value. mechanism.
前記熱抵抗部は、前記中心線に対して対称となるような配置で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の熱伝達機構。 The heat sink is provided with a measured sample mounting portion on which the measured sample is mounted and a reference material mounting portion on which the reference material is mounted symmetrically with respect to the center line,
The heat transfer mechanism according to claim 1, wherein the thermal resistance portion is formed in an arrangement that is symmetrical with respect to the center line.
前記ヒートシンクを加熱するためのヒータと、A heater for heating the heat sink;
前記ヒートシンクを冷却するための冷却源と、A cooling source for cooling the heat sink;
前記ヒートシンク及び前記冷却源の間で熱を伝達するための熱伝達部とを備え、A heat transfer unit for transferring heat between the heat sink and the cooling source,
前記ヒートシンク及び前記熱伝達部の少なくとも一方には、開口部又は凹部が形成されて部分的に断面積が縮小されることにより、熱抵抗部が形成されており、At least one of the heat sink and the heat transfer part is formed with an opening or a recess, and the cross-sectional area is partially reduced to form a heat resistance part,
前記熱抵抗部は、0.1〜10K/Wの熱抵抗を有することを特徴とする熱伝達機構。The heat resistance portion has a heat resistance of 0.1 to 10 K / W.
請求項1〜5のいずれかに記載の熱伝達機構を備えたことを特徴とする熱分析装置。 A thermal analysis device for performing thermal analysis using a sample to be measured and a reference material,
Thermal analysis apparatus characterized by comprising a heat transfer mechanism according to any of claims 1-5.
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