TW574065B - Device for the temperature control of microcomponents - Google Patents

Description

574065 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（1) 本發明係關於一種用於微型元件的溫度控制之裝置， 特別是微型反應器，其最好是具有板形設計且最好是由矽 所構成的。 在化學領域中新穎物質的開發與備製經常須要一連串 大量的實驗。爲此，藉著實驗的幫助已經揭示出微型元件 ’其僅#t要少里的貫驗就能實施。這些微型元件的模組化 構造，例如微型反應器和其他用以處理不同物質的元件， 促進特殊任務所用的系統之裝配。例如，具有這種型式的 模組化化學的微型系統在DE 1 98 54 096 A1 and DE 199 17 398 A1中已經揭示。 在每一情況中所需要的反應經常需要維持預定的溫度 。本發明的目的是要控制微型元件的溫度，特別是微型反 應器，以一有利的方法，藉此保持由微型元件構成的系統 之橈性。根據本發明，藉由提供一溫度控制元件及在微型 元件與溫度控制元件之間的一平面熱傳導連接來達成本發 明之目的。 根據本發明一有利的實施例，假設溫度控制元件是 Pel tier元件。此實施例具有一優點，尤其，可以在輸入或輸 出熱性能中產生相當快速的變化。至於與環境的熱交換， 在此實施例中，假設冷卻與加熱媒介所饋送的一熱交換器 係配置在Peltier元件之側邊上，該Peltier元件係面對而遠離 此微型元件。在此，熱交換器最好形成有放大的表面以便 與週遭的空氣作熱交換。可以藉由風扇來供應熱交換。 在本發明另一個較佳實施例中，藉由將溫度控制元件 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) imr Λ衣· 、1Τ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） -4- 574065 A7 B7 五、發明説明（2) 作爲可以饋送冷卻或加熱媒介的熱交換器而達成溫度控制 。冷卻或加熱媒介在這可以是，例如，水或熱傳送油。 在上述兩個實施例中，熱交換器可具有一中空設計且 設有用於冷卻或加熱媒介的線路連接。 在本發明中，最好假設溫度控制元件的熱交換表面具 有微型元件的鄰近表面之尺寸。然而，假如適合用於熱交 換的表面僅存在於一些微型元件上的話，本發明的裝置還 可以此方式精製，就是溫度控制元件之熱交換表面是小於 微型元件之相鄰表面。 根據本發明的另一精緻裝置中，假設一支架具有微型 元件和溫度控制元件所用的一 U形容納部，其兩臂尾端可以 螺旋到一壓力板上。 爲了使用單一支架鉗緊不同厚度的微型元件或微型元 件堆疊，根據本發明另一個實施例中，壓力板具有一增厚 的中央部份，係安裝在U形容納部的兩臂之間。 在另一有利實施例中，藉由將容納溫度控制元件的一 孔予以配置在面對壓力板的U形容納部的區域中，而促進溫 度控制元件之靈巧裝配，特別是Peltier元件。 另一有利的實施例藉由將孔設置容納連接元件的壓力 板中而產生對外的連接。 可以藉由將溫度控制元件所用的電連接設置在容納部 上而簡化本發明裝置的操作，特別是電子線路的運作。 根據本發明，依裝置的應用而定，可以使用各種材質 作爲支架。然而，已經證實耐熱性塑膠所製成的支架是比 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5- 574065 A7 B7 五、發明説明（3) 較有利的。 如上所述，多數的微型元件能裝配且連接到另一個上 面’隨意地如同堆疊。在此可藉由以下方式產生溫度控制 ’就是藉由多數的微型元件緊靠著另一個來支撐，及外部 的微型元件以熱傳導方式連接到溫度控制元件，或者其他 外部的微型元件以熱傳導方式連接到另一溫度控制元件。 可以在同樣方向上發生堆疊兩側的溫度控制，以便在相同 的方向.控制多數微型元件的溫度，例如冷卻或予以加熱。 然而’可以在堆疊的兩側以不同溫度實行溫度控制，例如 去冷卻其中一個外部微型元件且去加熱其他的微型元件。 爲了減少在微型元件之間溫度均等，可以假設具有低 熱傳導性的板係配置在相鄰的微型元件之間。在此也可以 假設板具有孔用以通過在相鄰的微型元件之間的物質，這 些相鄰的微型元件同樣地設有孔。 爲了維持預先確定之溫度，在本發明的裝置中可以進 一步假設設置至少一個感測器以用於測量至少一個微型元 件的溫度，此感測器能控制溫度控制元件之至少一個調節 器。 可以藉由將至少一感測器配置在支架中的溝紋內而產 生感測器的有效配置，其中該感測器能確保熱量可從微型 元件傳送出去，且該溝紋在相鄰微型元件的方向上是開啓 的。 圖示簡易說明 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6 - 574065 A7 B7 五、發明説明（4) 以下參考附圖說明本發明的較佳實施例。 圖1顯示根據本發明裝置部分的分解圖， 圖la顯示另外一部分， 圖2和圖3是兩個不同的圖形’顯75圖1的貫施例在組 狀態中之情形， 圖4顯示第二實施例， 圖5顯示第三實施例，且 圖6顯示圖1的實施例之一部分且具有一感測器。 元件對照表 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 支架 2 微型元件 2， 微型元件 3 支架 3， 支架 4 中央部 5 臂 6 臂 10 連接元件 12 孔 15 溫度控制元件 16 多導體插頭 17 電子連接 18 熱交換器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 574065 A7 B7 五、發明説明（5) 19 風扇 20 溫度控制元件 21 線路連接 22 線路連接 23 平板 24 感測器 25 溝紋 根據圖1的裝置包含U形容納部1及一壓力板3，其中U形 容納部1係用於容納至少一微型元件2，而壓力板3係可以螺 旋到容納部1的側臂5，6上。壓力板3在它的中央區域4變厚 。在實施例中，顯示單一微型元件，但也可以支撐多數微 型元件。容納部1具有兩個凸緣狀的延伸物7，8用於裝附到 一合適的基座上。可以將連接元件10螺旋到壓力板3中，其 中每一個連接元件在其尾端面上帶有一密封圓板11且可以 隨意地在微型元件的表面上形成液密或氣密連接。 在容納部1中，一切口 12係形成在兩正對邊緣13，14上 ，使得在Peltier元件15的側輪廓上形成正向連接。一電纜連 接16經由一多導體插頭17而供應電能到Peltier元件15上。此 連接16能通過在容納部1中的一個洞（未顯示），使多重連接 器插頭Π能夠直接安裝在容納部1上（圖2和圖3所示）。

PelUer元件15依供給電壓而定產生溫度差異，且因此能 從微型元件2供給或移除熱量。可以產生簡單且快速的逆向 熱流。用於與環境作熱交換，根據圖1在實施例中設置一元 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） :绛-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 言

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8- 574065 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（6) 件1 8，藉著一連串肋狀物而增加它的表面積。來自風扇1 9 之氣流可導入在肋狀物之間。 在適用於本發明的P e 11 i e r元件中，例如在它們的尺寸方 面，受限於冷卻/加熱之能力。假如需要較高能力的話，特 別是溫度差異’多數的Peltier元件能夠以串聯或梯形錐體的 形狀連接在一起。 除了元件18之外，對於熱交換器20也可以（圖ia)連接 到Peltiei:元件15，其中熱交換器20具有一個洞用以使冷卻/ 加熱媒介之流過，該媒介能經由連接21，22供給和移除。 在圖4所示的實施例中，可設置如圖丨3所示的冷卻元件 2 0 ’以替代肋狀兀件1 8用以供給或分散p e 11 i e r元件1 5所傳送 的熱。 圖5的實施例顯示本發明的一裝置，其中以一平板23隔 開的兩個微型元件2，2,係配置在支架1，3 ’中。此平板係用 於封鎖通過在微型元件2，2’之間的物質且用於熱絕緣。在 圖5的實施例中，壓力板3設有通道（在圖形中無法看見），使 得油或加熱媒介可以通過，其中油或加熱媒介能在2丨和22 供入或供出。用於微型元件或微型元件之堆疊在其兩側的 溫度控制’冷卻或加熱媒介流過的兩個peltier元件或兩個熱 交換器也可設置在圖5所示的實施例之修改型上。 圖6顯示一壓力板3，其中已經引進一溫度感測器所用 的溝槽25 °感測器會與面對微型反應器的壓力板側平齊且 終止，如此能導致與微型元件有良好的熱傳導接觸。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

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、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210><297公羡） -9 -

Claims (1)

1. 574065-η 公告本 -—----1 々、申請專利範圍 1. 一種用於微型元件（2)的溫度控制之裝置，特別是微 型反應器，其最好是具有板形設計且最好是由矽所構成的 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，其特徵爲設置一溫度控制元件（15,20)且平面熱傳導連接 可存在於微型元件（2)和溫度控制元件（15,20)之間。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中溫度控制元件是 Peltier元件（15)。 3. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中冷卻或加熱媒介 所饋入的熱交換器（18,20)係配置在面對而遠離微型元件（2) 的Peltier元件之側邊上。 ' 4. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中熱交換器（18)形 成有能與周遭空氣作熱交換的放大表面。 5. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中設置風扇（19)以 支援熱交換。 6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中溫度控制元件是· 一熱交換器（18,20)且能使冷卻或加熱媒介饋入。 7. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中熱交換器（20)有 一中空設計且設有用於冷卻或加熱媒介的線路連接（21，22) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 〇 8. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中溫度控制元件 (18，20)之熱交換表面具有微型元件（2)的鄰近表面之尺寸。 9. 如申請專利範圍第！項之裝置，其中溫度控制元件之 熱交換表面是小於微型元件的鄰近表面。 10. 如申請專利範圍第丨項之裝置，其中支架（1，3,3J具 有一 U形容納部，用於微型元件（2)和溫度控制元件（15)，該 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 574065 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 容納部具有兩臂（5，6)，其尾端能螺旋到一壓力板（3,3，）上。 11.如申g靑專利範圍第1 〇項之裝置，其中壓力板（3)具有 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 一增厚的中央部（4) ’係安裝在U形容納部（1)的兩臂之間 (5,6)。 1 2 ·如申請專利範圍第1 〇項之裝置，其中用於容納溫度 控制元件（15)的孔（12)係配置在正對於壓力板（3)的U形容納 部區域中。 13·如申請專利範圍第1項之裝置，其中用於容納連接元 件（10)的孔係設置在壓力板中。 - 14·如申請專利範圍第1〇項之裝置，其中用於溫度控制 元件（15)的電子連接（17)係設置在容納部上。 15·如申請專利範圍第10項之裝置，其中支架（i，3,3J是 由耐熱性塑膠所組成的。 16. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中多數的微型元件· (2,2’）緊靠著另一個支撐，且其中外部的微型元件（2)係以熱 傳導方式連接到溫度控制元件（15)。 17. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中另一個外部的 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 微型元件（2’）係以熱傳導方式連接到另一溫度控制元件（3 J 〇 18. 如申請專利範圍第16和17任一項之裝置，其中具有 低熱傳導性的平板（23)係配置在鄰近的微型元件之間。 19. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中該平板具有孔 用以通過在相鄰微型元件之間的物質，相鄰微型元件也同 樣設有孔。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 以 574065 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 20. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中設置至少一感測 器用以測量至少一個微型元件的溫度，且其至少控制一個 溫度控制元件的調節器。 21. 如申請專利範圍第20項之裝置，其中至少一個感測 器（2 4)配置在一支架（3 〇內的一溝紋內（2 5 )，且溝紋在相鄰 微型元件的方向上開口。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁)

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