WO2009133585A1 - 伝熱接続体とそれを備えた恒温発生装置 - Google Patents

伝熱接続体とそれを備えた恒温発生装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2009133585A1
WO2009133585A1 PCT/JP2008/001111 JP2008001111W WO2009133585A1 WO 2009133585 A1 WO2009133585 A1 WO 2009133585A1 JP 2008001111 W JP2008001111 W JP 2008001111W WO 2009133585 A1 WO2009133585 A1 WO 2009133585A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
constant temperature
graphite sheet
generator
heat transfer
Prior art date
Application number
PCT/JP2008/001111
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
柴田真一
本田真一
Original Assignee
神栄テクノロジー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 神栄テクノロジー株式会社 filed Critical 神栄テクノロジー株式会社
Priority to JP2010509956A priority Critical patent/JPWO2009133585A1/ja
Priority to PCT/JP2008/001111 priority patent/WO2009133585A1/ja
Publication of WO2009133585A1 publication Critical patent/WO2009133585A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D19/00—Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
    • F25D19/006—Thermal coupling structure or interface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/02—Flexible elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/30—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing vibrations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the present invention relates to a heat transfer connection body that transfers heat of a cooler or a heater to a heat supply body, and a constant temperature generator that includes the heat transfer connection body.
  • a constant temperature generator that performs tests and inspections in a constant temperature environment and adjusts the equipment based on the results.
  • a low temperature constant temperature environment is created by a cooler (the term “cooler” in this specification and claims includes “refrigerator”), and the precise constant temperature environment is maintained and the temperature is kept low.
  • a constant temperature generator for calibrating a low temperature thermometer measuring instrument has been developed based on the result of the inspection of the thermometer.
  • a constant temperature generator in which a heater is provided in such a constant temperature generator, and a constant temperature environment is created by the cooler and the heater.
  • a constant temperature generator for creating a low temperature constant temperature environment will be described as an example.
  • This type of constant temperature generator is required as a device that can perform tests and inspections in a precise environment in the ultra-low temperature range, for example, in the bio, medical, and food fields, where the demand for precise temperature control in the ultra-low temperature range has increased. Sex is growing. For this reason, there is an increasing need for a constant temperature generator that can be easily carried to the site or a test room to perform tests and inspections in a low temperature range. In order to make a device that can be easily carried and used in the field or in a laboratory in this way, it is necessary to be a lightweight, compact, and power-saving device, so it is portable, compact, lightweight, and stable. Therefore, it is desired to realize an ultra-low temperature constant temperature generator that can perform highly accurate temperature control. In particular, there is a growing need for a constant temperature generator having high accuracy and temperature control stability without transmitting vibrations to a part to be tested or inspected, such as in ultra-low temperature calibration applications.
  • constant temperature generator for example, there is a constant temperature generator that uses a Peltier element to create a low temperature region.
  • the Peltier element has the advantage that it can be switched between heating and cooling without vibration, and a constant temperature generator that can be carried to the site is about 10 kg as a whole.
  • a cooling device using a Stirling refrigerator has been proposed.
  • a member made of a damping material is interposed between the cooling unit of the Stirling refrigerator and the heat exchanger, thereby suppressing the vibration of the Stirling refrigerator from being transmitted to the heat exchanger.
  • a cooling device as described above (for example, see Patent Document 1).
  • the lowest temperature in the low temperature range that can withstand practical use is about -30 ° C, and the realization of a constant temperature generator that generates a lower low temperature range. Is difficult.
  • it is necessary to connect a plurality of Peltier elements but in this case, a very large amount of heat is generated and a large heat dissipation process is required, resulting in an increase in the size of the apparatus.
  • reliability decreases such as a decrease in life.
  • Patent Document 1 vibration is absorbed by interposing a member made of a vibration damping material between the cooling unit of the Stirling refrigerator and the heat exchanger, but this is exemplified as the vibration damping material.
  • the structure that can be damped with aluminum is not specifically described.
  • this patent document 1 is related with the apparatus of the structure which cools a heat supply body with the refrigerant
  • Patent Document 2 a long cushion layer is required to suppress the vibration from the cooling section of the Stirling refrigerator from being transmitted to the heat supply body, and it is difficult to reduce the size of the constant temperature generator.
  • the heat supply body in the configuration in which the heat supply body is cooled or heated with the heat of the heat source generator to create a constant temperature environment, the heat of the heat source generator is efficiently transmitted to the heat supply body, and the heat source generator or It is difficult to configure a small-sized constant temperature generator that can be connected so as not to transmit vibration of one of the heat supply bodies to the other.
  • An object of the present invention is to efficiently transfer the heat of the heat source generator to the heat supply body as a connection body that cools or heats the heat supply body with the heat of the heat source generator to make a constant temperature environment, and at the same time,
  • An object of the present invention is to provide a heat transfer connection body capable of absorbing a body vibration and creating an accurate constant temperature environment, and a constant temperature generator provided with the heat transfer connection body.
  • the heat transfer connector of the present invention connects a heat source generator and a heat supply body heated or cooled by the heat source generator, and absorbs vibrations of either the heat source generator or the heat supply body.
  • a heat connection body wherein the heat transfer connection body has a graphite sheet laminated body in which graphite sheets are laminated, and the graphite sheet laminated body has a length capable of absorbing vibrations of the heat source generator or the heat supply body. It is characterized by having.
  • the graphite sheet has thermal conductivity, and this graphite sheet laminate is laminated so that the surfaces of thin graphite sheets overlap.
  • the connection length of the graphite sheet laminate is determined to be a length that can be absorbed according to the vibration frequency and amplitude on the vibration side.
  • the graphite sheet laminate in which thin graphite sheets having soft and good conductivity are laminated can increase the heat conduction area and transfer a large amount of heat, and can absorb vibration by the thin graphite sheet. Therefore, the connecting length can be made as short as possible to improve the heat conduction responsiveness, and a heat transfer connector with good controllability can be configured.
  • the thickness of the graphite sheet laminate is a change in the amount of heat that can be transferred by the laminated graphite sheets and a change in the amount of vibration absorption by the laminated graphite sheets.
  • the thickness of the intersection where the change amount of the heat amount and the change amount of the vibration absorption amount intersect with each other may be used. In this way, it is possible to solve the contradictory matter that it is desired to increase the thickness of the heat transfer connecting member in view of thermal conductivity, but that the absorption of vibration is impaired if the thickness is increased.
  • the outer surface of the graphite sheet laminate may be sandwiched between thin metal plates. If it does in this way, while a brittle graphite sheet is reinforced with the metal thin plate which pinches
  • the metal thin plate is a copper thin plate or an aluminum thin plate
  • efficient heat transfer can be performed with a copper thin plate or an aluminum thin plate having good heat conductivity sandwiching the graphite sheet laminate.
  • the graphite sheet laminate may include a heat insulating material on the outer surface of the graphite sheet laminate. If it does in this way, heat dissipation can be suppressed by the heat insulating material which pinches
  • the constant temperature generator of the present invention is a constant temperature generator that maintains the heat supply body at an arbitrary temperature, and detects the temperature of the heat source generator that makes the heat supply body a predetermined temperature, and the temperature of the heat supply body. And a controller for controlling the output of the heat source generator to bring the heat supply body into a constant temperature state, and the heat source generator and the heat supply body are connected by any one of the heat transfer connectors described above. It is characterized by that. If it does in this way, efficient heat transfer and vibration absorption can be performed by the heat transfer connection body of a graphite sheet laminated body, and size reduction of a constant temperature generator can be achieved.
  • the heat source generator is a cooler
  • a constant temperature generator for low temperature that can be reduced in size can be configured.
  • the heat source generator is a heater
  • a high temperature constant temperature generator that can be downsized can be configured.
  • the present invention is configured to create a constant temperature environment by cooling or heating the heat supply body with the heat of the heat source generator by means as described above, and efficiently transferring the heat of the heat source generator to the heat supply body. It is possible to reduce the size of the structure that absorbs the vibration of the generator or the heat supply body to create an accurate constant temperature environment.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a constant temperature generator according to an embodiment of the present invention as viewed from the side.
  • FIG. 2 is a plan view showing a support state of the refrigerator provided in the constant temperature generator shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a support portion of the refrigerator shown in FIG.
  • FIG. 4 is a side view showing a heat transfer connector used in the constant temperature generator shown in FIG.
  • FIG. 5 is a side view showing another example of the heat transfer connector shown in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a graph for determining the total thickness of the heat transfer connector shown in FIG.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the operation of the constant temperature generator shown in FIG.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a constant temperature generator according to an embodiment of the present invention as viewed from the side
  • FIG. 2 is a plan view showing a support state of a refrigerator provided in the constant temperature generator shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a support portion of the refrigerator shown in FIG.
  • the heat source generator may be either cooled or heated.
  • a constant temperature generator that creates a low-temperature environment using a refrigerator as a heat source generator will be described as an example.
  • a free piston type Stirling refrigerator is used, and a heating unit is provided according to usage conditions and the like.
  • a constant temperature generator 1 (for example, a temperature calibrator) includes a refrigerator 2 that is a heat source generator, a constant temperature block 3 that is a heat supply unit, and a heat absorption unit of the constant temperature block 3 and the refrigerator 2. 4 is provided with a heat transfer connection body 6 that connects the cold head 5 attached to 4.
  • the “heat supply body” in this embodiment is the “constant temperature block 3”.
  • the “heat supply body” may be a “constant temperature” portion such as a “constant temperature plate”. Then, the heat is transferred from the heat absorption part 4 to the constant temperature block 3 by the heat transfer connection body 6 connected to the heat absorption part 4 and the constant temperature block 3 of the refrigerator 2.
  • the cold head 5 provided in the heat absorption part 4 of the refrigerator 2 is formed in a cylindrical shape in this embodiment, and the heat transfer connection body 6 is provided on the side opposite to the refrigerator. One end is connected.
  • the material of the cold head 5 is formed of a metal having good thermal conductivity such as copper or aluminum. With such a cold head 5, the cooling output of the refrigerator 2 is transmitted to the heat transfer connector 6 with high efficiency.
  • a good thermal conductivity such as a silicone adhesive is used. Applied to install.
  • the thermostatic block 3 of this embodiment is formed in a rectangular box shape having a predetermined depth with the upper surface open.
  • a metal material having high thermal conductivity such as copper or aluminum is preferable, but other metal materials may be used.
  • the shape is not limited to a box shape, and may be a cylindrical shape, a polygonal shape, a plate shape, or the like.
  • the heat transfer connection body 6 extends upward from the cold head 5 of the refrigerator 2 disposed sideways, bends laterally toward the lower part of the thermostatic block 3, and is provided above the refrigerator 2. It contacts the lower surface of the constant temperature block 3.
  • the width dimension of the heat transfer connection body 6 is finished to a width dimension equivalent to the width dimension of the cold head 5 (heat source generator) and the constant temperature block 3 (heat supply body).
  • thermostatic block 3 and the heat transfer connection body 6 are subjected to heat insulation treatment by a heat insulating material 30 that is appropriately divided in order to prevent intrusion heat from outside air.
  • the heat insulating material 30 is preferably a vacuum heat insulating material, but may be foamed polyurethane, for example. In this way, by heat-insulating the periphery of the constant temperature block 3, the influence of heat from the outside on the constant temperature block 3 is suppressed, and the constant temperature state can be efficiently achieved.
  • a temperature calibrator is configured with such a constant temperature block 3, there are various types and shapes of the temperature sensor to be calibrated. It is preferable to prepare an insert block 31 having the same size and insert the insert block 31 into the thermostatic block 3 to perform an actual calibration operation.
  • the insert block 31 of this embodiment is provided with two insertion ports, a standard temperature sensor insertion port 32 and a temperature sensor insertion port 33 to be calibrated. These two insertion openings 32 and 33 are arranged at the same distance from the center when the insert block 31 is viewed from above in consideration of the temperature distribution of the insert block 31.
  • the reason why two insertion ports for the temperature sensor to be calibrated are prepared in this way is because it is assumed that pricing of the temperature sensor to be calibrated is performed by a standard temperature sensor prepared separately.
  • the temperature sensor to be calibrated is priced by the temperature detected by the temperature sensor 8 incorporated in the constant temperature block 3 of the constant temperature generator 1 without using the standard temperature sensor, Two temperature sensors to be calibrated can be inserted at a time.
  • the inlets 32 and 33 of the temperature sensor to be calibrated provided in the insert block 31 are not limited to two as in this embodiment, and may be, for example, one or a plurality of three or more. What is necessary is just to determine according to use conditions.
  • the insertion ports 32 and 33 are arranged in the central portion when the insert block 31 is viewed from above in the case of one, as in the case of two in the case of three or more.
  • the insert block 31 is arranged at the same distance from the center when viewed from above.
  • the insert block 31 is preferably an aluminum block in consideration of the balance between weight and thermal conductivity. However, other metals having good thermal conductivity such as copper may be used.
  • the insert block 31 is inserted into the constant temperature block 3 and applied as a temperature calibrator.
  • the insert block 31 is removed and the constant temperature block 3 is used as a single small temperature chamber. May be. Thereby, it can be used as an apparatus for experiments and tests on a small sample that requires an ultra-low temperature and a precise constant temperature environment.
  • a heater 34 is provided below the thermostatic block 3.
  • the heater 34 is constituted by an electric heater and is connected to the control device 9 by a wiring 35.
  • the heater 34 may be provided at an arbitrary position between the refrigerator 2 and the constant temperature block 3. In this way, by providing the heater 34 for the purpose of auxiliary control, when it is desired to increase the set temperature, the temperature rise time of the constant temperature block 3 can be shortened, or the temperature control of the constant temperature block 3 can be performed more precisely and accurately. it can.
  • the heater 34 may be omitted when heating is not required.
  • a control device 9 is provided in the device main body 10, and the heat transfer connection body 6 is cooled via the cold head 5 by the heat absorption action of the refrigerator 2 by the control of the control device 9.
  • the constant temperature block 3 is cooled to a predetermined temperature by the heat transfer of the heat transfer connection body 6.
  • the temperature of the constant temperature block 3 detected by the temperature sensor 8 incorporated in the constant temperature block 3 is fed back to the control device 9, and the control device 9 controls the heat absorption amount of the refrigerator 2, so that the constant temperature block 3 is predetermined. It is controlled to be constant temperature.
  • the control device 9 may be configured separately from the device main body 10.
  • the vibration of the refrigerator 2 (axially generated, for example, low-frequency vibration having a displacement of about 0.3 microns or less) is not transmitted to the apparatus body 10.
  • the refrigerator 2 is supported by the apparatus main body 10 by a support portion 36 that absorbs vibration.
  • the support portions 36 are provided on both side portions of the refrigerator housing 26, and both side portions of the refrigerator 2 are supported by the apparatus main body 10 by the support portions 36.
  • the support part 36 includes a refrigerator main body side mounting plate 37 fixed to the refrigerator housing 26, an L-shaped apparatus main body side mounting plate 38 fixed to the apparatus main body 10, and these mounting plates 37, 38.
  • the vibration isolator 39 is fixed.
  • the vibration isolator 39 includes a mounting flange 40 fixed to the refrigerator main body side mounting plate 37, a mounting flange 41 fixed to the apparatus main body side mounting plate 38, and the mounting flanges 40, 41 between them.
  • the bonded gel material 42 is integrally formed. Both mounting flanges 40 and 41 of the vibration isolator 39 are fixed to mounting plates 37 and 38 by bolts 43, respectively. Thereby, it supports so that the vibration direction (axial direction) of the refrigerator 2 may become the shearing direction of the gel material 42.
  • the gel material 42 for example, a silicon-based or urethane-based high-attenuating material having strength that can support the refrigerator 2 and flexibility that can absorb even minute vibrations is used.
  • the piston 12 of the refrigerator 2 moves in the axial direction due to the operating frequency of the power source used to generate vibrations at that frequency.
  • the vibration can be absorbed by the gel material 42 of the vibration isolator 39 being displaced in the shear direction. That is, since the gel material 42 is flexible and freely deformable in the shearing direction, even if the mounting flange 40 fixed to the refrigerator housing 26 side vibrates, the gel material 42 deforms and moves toward the apparatus main body 10 side. Vibration propagation to the fixed mounting flange 41 can be prevented.
  • FIG. 4 is a side view showing a heat transfer connector used in the constant temperature generator shown in FIG. 1
  • FIG. 5 is a side view showing another example of the heat transfer connector shown in FIG. 4, and
  • FIG. It is a graph for determining the total thickness of the heat-transfer connection body shown in FIG.
  • the heat transfer connector 6 will be described in detail with reference to these drawings. In these drawings, the thickness of a thin sheet is exaggerated.
  • the heat transfer connection body 6 is composed of a graphite sheet laminate 6 in which a plurality of thin graphite sheets 15 (the number that can secure an area suitable for heat transfer) are laminated.
  • a graphite sheet laminate 16 having a predetermined thickness is formed by laminating a high thermal conductivity graphite sheet 15 having a thickness as thin as about 0.3 to 0.5 mm.
  • a graphite sheet 15 having thermal conductivity such as a sheet formed by mixing graphite powder with a binder resin, or a sheet formed by rolling expanded graphite, is employed.
  • the thermal conductivity of the graphite sheet 15 is, for example, about 200 to 400 W / m ⁇ K, a specific gravity of about 1.1 to 1.7, and a specific heat of about 0.67 to 0.84 J / g ⁇ K. Things are adopted.
  • the graphite sheet laminate 16 in the heat absorbing portions X and Y is laminated by sandwiching a heat conductive silicon grease or a heat conductive sheet between the thin plates.
  • the heat conductive silicon grease or the heat conductive sheet or the like is sandwiched between the thin graphite sheets 15 and laminated, so that the heat absorption between the graphite sheets 15 in the heat absorbing portion X of the cold head 5 and the heat absorption of the constant temperature block 3 is achieved.
  • the graphite sheets 15 in the portion Y are separated from each other by the thickness of the thermally conductive silicon grease or the thermally conductive sheet.
  • the thermal resistance is lowered by applying or interposing a heat conductive material 27 having a good heat conductivity such as a heat conductive silicon grease or a heat conductive sheet between the graphite sheets 15. Therefore, it is possible to carry out heat transfer while suppressing a decrease in heat transfer efficiency in the heat absorbing portions X and Y.
  • the thin metal sheet 17 is provided on both outer sides of the graphite sheet laminate 16, and the brittle graphite sheet laminate 16 is reinforced by sandwiching the graphite sheet laminate 16 between the thin metal sheets 17.
  • the metal thin plate 17 for example, a copper plate having a thickness of about 0.3 mm is used.
  • the graphite sheet laminate 16 and the thin metal plates 17 provided on both sides thereof are fixed with screws 19 so as to be sandwiched between the cold head 5 and the thermostatic block 3 by pressing plates 18 made of aluminum or the like.
  • the graphite sheet laminate 16 may be stopped with a heat conductive adhesive or the like without using screws.
  • both the outer sides of the graphite sheet laminate 16 are reinforced by sandwiching them with the metal thin plate 17, but a flexible heat insulating material 20 is provided on the outer side of the metal thin plate 17 to achieve heat insulation. Also good.
  • the heat insulating material 20 is provided, the heat radiation efficiency from the graphite sheet laminated body 16 can be suppressed, and heat conduction efficiency can be improved.
  • the graphite sheet laminate 6 has a configuration in which the graphite sheet laminate 6 extends upward from the cold head 5 of the refrigerator 2 and then bends in a lateral direction opposite to the configuration shown in FIG. It may be configured to extend in the direction and contact the lower part of the thermostatic block 3.
  • the graphite sheet laminate 16 may be formed in an L shape, U shape, or other linear shape, and the arrangement relationship between the cooler 2 (heat source generator) and the constant temperature block 3 (heat supply body). It may be determined according to the shape or the like.
  • the graphite sheet laminate 16 having such a form may be reinforced by being sandwiched between thin metal plates 17 or provided with a heat insulating material 20.
  • the total thickness of the graphite sheet laminate 16 includes the amount of change in the amount of heat that can be transferred by the laminated graphite sheet 15 (solid line) and the amount of change in the amount of vibration absorption by the laminated graphite sheet 15 ( When the dotted line) is shown in relation to the change in the total thickness of the graphite sheet laminate, the thickness of the intersecting intersection is preferable.
  • each capability relationship when the width dimension and length dimension of the graphite sheet laminated body 16 are made constant is shown. That is, from these relations, the total thickness of the graphite sheet laminate 16 increases, the heat transfer area increases, the amount of heat that can be transferred increases, and the total thickness of the graphite sheet laminate 16 increases.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the operation of the constant temperature generator shown in FIG.
  • the constant temperature block 3 can be brought into a constant temperature state by operating as follows. That is, the set temperature of the constant temperature block 3 is set by the temperature setting panel 45 provided in the constant temperature generator 1, and the constant temperature generator 1 is operated.
  • the temperature of the constant temperature block 3 is detected by the built-in temperature sensor 8 and is input to the control device 9.
  • the control device 9 compares the input temperature with the temperature set by the temperature setting panel 45 (provided in the device body 10), and based on the comparison result, the drive circuit 46 of the refrigerator 2 (included in the refrigerator 2). The amount of heat absorbed by the refrigerator 2 is controlled.
  • This control reduces the endothermic amount of the refrigerator 2 when the temperature of the constant temperature block 3 is lower than the set temperature, and conversely, when the temperature of the constant temperature block 3 is higher than the set temperature, the endothermic amount of the refrigerator 2. Operate to increase.
  • This control is preferably PID control, but may be simple proportional control depending on the load.
  • the heater 34 is provided for the purpose of auxiliary control, and by controlling the heater 34, the temperature rise time of the thermostatic block 3 when it is desired to increase the set temperature can be shortened.
  • the temperature of the thermostatic block 3 is not stabilized by the independent control of the refrigerator 2, it is possible to always achieve a highly accurate and precise constant temperature state by combining auxiliary control with the heater 34.
  • the weight when a temperature calibrator in a low temperature range is used, for example, the weight can be about 3.0 kg, and the weight of the entire apparatus is significantly reduced. In addition, it is possible to perform a calibration operation from 0 ° C. to about ⁇ 80 ° C. In this way, a small and lightweight constant temperature generator 1 that can be used in a low temperature range can be realized, and it is easy to carry the constant temperature generator 1 to the site and perform on-site testing and inspection work. It becomes possible.
  • the heat absorption part 4 of the refrigerator 2 is directly used with the heat-conductive and flexible graphite sheet laminate 16.
  • the constant temperature block 3 can be connected to the constant temperature block 3 and the constant temperature block 3 can be quickly controlled by the high heat transfer performance of the graphite sheet laminate 16, so that high heat transfer capability and rapid temperature control can be achieved. good.
  • the graphite sheet laminate 16 (heat transfer connection body 6) is shortened by configuring the graphite sheet laminate 16 using the flexible high thermal conductive graphite sheet 15 having a high vibration transmission suppressing effect. Since vibration can be absorbed, the amount of heat transfer that is inversely proportional to the length of the heat transfer connector 6 can be increased, and an efficient heat transfer connection can be achieved by improving controllability and heat transfer amount.
  • the graphite sheet laminate 16 that is the heat transfer connecting body 6 is shortened, so that the heat transfer path is shortened and the heat transfer area is reduced, thereby reducing the heat dissipated area and increasing the heat transfer effect. This point can also contribute to performance improvement.
  • the material price of the graphite sheet 15 can be reduced as compared with a metal (for example, copper) and the specific gravity is reduced, the weight of the apparatus can be reduced and the cost can be reduced. Further, since the amount of heat (specific gravity ⁇ weight) when warming the material is about 35% compared to copper, the temperature controllability can be improved, and the stability can be improved and the temperature arrival time can be shortened.
  • a metal for example, copper
  • the constant temperature generator 1 does not use a cooling medium or the like, there are no consumables that require replacement or addition when the constant temperature generator 1 is used, and the running cost required for operating the apparatus is greatly increased. Can be suppressed.
  • the structure for heat transfer can be reduced in weight and size. It is possible to configure the constant temperature generator 1 that can be carried and can maintain the constant temperature portion with high accuracy in the temperature range.
  • a refrigerator 2 with a preferable cooling output, it is used in the bio, medical, food field, etc. where a temperature control request is required to perform tests and inspections in a precise environment in an ultra-low temperature range.
  • the constant temperature generator 1 it is possible to provide a constant temperature generator 1 that is small and lightweight that can be easily carried and that can perform highly accurate temperature control stably in an ultra-low temperature range.
  • it can be used as a constant temperature generator 1 capable of generating an ultra-low temperature region of about ⁇ 40 ° C. or less with a configuration in which a specimen to be tested is not in contact with a cooling medium, which has been increasingly demanded for food-related applications.
  • the constant temperature block 3 is described as an example of the constant temperature portion.
  • the constant temperature block 3 is a constant temperature plate, a cooling plate, a low temperature calibration of a surface thermometer, a semiconductor or electronic component testing device, It can be used as a constant temperature generator that requires an extremely low temperature and precise constant temperature environment such as an inspection device.
  • the constant temperature part can be a constant temperature block 3, a constant temperature plate, a constant temperature container, etc. Is not limited to the above embodiment.
  • the constant temperature generator 1 which performs temperature calibration at low temperature as an example of the constant temperature generator provided with the graphite sheet laminated body 16 which is the heat-transfer connection body 6, this graphite sheet laminated
  • the body 16 can be used for a device that performs high-precision sensing with a CCD image sensor at a low temperature.
  • temperature inspection is performed on electronic devices such as vibration detection electronic devices / modules (acceleration sensors, angular velocity sensors, etc.) mounted on heating / cooling plates and electronic devices / modules (crystal oscillators, etc.) whose output values change due to vibration.
  • It can be used when it is desired to transmit the temperature from the plate but not the vibration of the heat source in the apparatus. Further, it is an inspection apparatus related to the temperature of a general electronic device or the like mounted on a heating / cooling plate, and can be used when an electrical contact is affected by vibration of a heat generation source.
  • the present invention can also be used for a device that performs temperature control with high accuracy by a high-accuracy temperature sensor (for example, a platinum resistance thermometer or a crystal thermometer) that is vulnerable to vibration.
  • a high-accuracy temperature sensor for example, a platinum resistance thermometer or a crystal thermometer
  • it can also be used when a temperature test is performed by placing components, modules, etc. that are vulnerable to vibration on a heating / cooling plate.
  • the refrigerator 2 that is also a vibration source is taken as an example of the heat source generator, and the constant temperature block 3 that is a heat supply body is cooled by the refrigerator 2, but the heat source generator is It may be a heater, and heat transfer by the heat transfer connecting member may be either heating or cooling, and is not limited to the above embodiment.
  • the constant temperature block 3 side that is a heat supply body may be a vibration source, and in that case, the constant temperature block 3 (heat supply body) ) Can absorb the vibration from the heat transfer body 6 (graphite sheet laminate 16) and maintain a high heat transfer function, and the vibration source can be either a heat source generator or a heat supply body. It is not limited to the form.
  • the heat transfer connection body connects a heat source generator and a heat supply body to transmit heat of the heat source generator, and absorbs vibrations between them to prevent transmission from occurring. Can be used for etc.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Abstract

　熱源発生体とこの熱源発生体で加熱又は冷却する熱供給体とを接続し、この熱源発生体又は熱供給体のいずれか一方の振動を吸収する伝熱接続体として、グラファイトシート（１５）を積層したグラファイトシート積層体（１６）を有し、このグラファイトシート積層体（１６）は、前記熱源発生体又は熱供給体の振動を吸収できる長さを具備するようにして、熱伝達と振動吸収とが可能な伝熱接続体（６）を提供する。

Description

伝熱接続体とそれを備えた恒温発生装置
　本発明は、冷却機や加熱機の熱を熱供給体に伝える伝熱接続体と、その伝熱接続体を備えた恒温発生装置に関する。
　従来より、加熱・冷却装置等の熱源発生体の熱を熱供給体に伝え、この熱供給体を所定の温度にする装置が種々の分野で利用されている。例えば、恒温環境で試験や検査を行い、その結果に基いて機器の調整を行うような恒温発生装置がある。その一例として、冷却機（この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「冷却機」は、「冷凍機」を含む）によって低温の恒温環境を作り、その精密な恒温環境を維持して低温用温度計の検査を行い、その検査結果から低温用温度計計測器の校正などを行うための恒温発生装置が開発されている。また、このような恒温発生装置に加熱機を設け、これら冷却機と加熱機とによって恒温環境を作るようにした恒温発生装置もある。以下、低温の恒温環境を作る恒温発生装置を例に説明する。
　この種の恒温発生装置は、例えば、バイオ、医療、食品分野などで、超低温域での精密な温度管理要求が増え、そのような超低温域の精密な環境での試験や検査を行える装置として必要性が伸びている。そのため、現場や試験室へ手軽に持運んで低温域の試験や検査ができる恒温発生装置の必要性が高まっている。このように現場や試験室等へ簡単に持運んで使用できる装置とするためには、軽量、小型、省電力の装置であることが必要とされるため、持運びができる小型、軽量で安定した高精度の温度制御ができる超低温域の恒温発生装置の実現が望まれている。特に、超低温校正用途のように、試験や検査を行う部分へ振動を伝達することなく、高い精度と温度制御の安定性を備えた恒温発生装置の必要性が高まっている。
　この種の恒温発生装置として、例えば、ペルチェ素子を用いて低温域を作る恒温発生装置がある。ペルチェ素子は振動が無く、加熱と冷却の切替えができるなどの利点を持ち、現場への持運びができる恒温発生装置として装置全体で約１０ｋｇ程度のものが実現されている。
　また、他の恒温発生装置として、スターリング冷凍機を用いた冷却装置が提案されている。この種の従来技術として、例えば、スターリング冷凍機の冷却部と熱交換機との間に制振材料からなる部材を介装させることにより、このスターリング冷凍機の振動が熱交換機に伝わるのを抑制するようにした冷却装置がある（例えば、特許文献１参照）。
　また、他の従来技術として、スターリング冷凍機を冷却庫本体に緩衝材を介して支持することにより、スターリング冷凍機の振動が冷却庫本体に伝わるのを抑制しようとしたスターリング冷却庫もある（例えば、特許文献２参照）。
日本国　特許出願公開第２０００－１９３３６１号公報 日本国　特許出願公開第２００７－１９８６２７号公報
　しかしながら、上記したペルチェ素子を用いた恒温発生装置の場合、実用に耐え得る低温領域で最も低い温度としては－３０℃程度が限界であり、それ以上の低い低温域を発生させる恒温発生装置の実現は難しい。それ以上の低温域を発生させるためにはペルチェ素子を複数段接続する必要があるが、この場合には、非常に大きな発熱を生じて大掛かりな放熱処理が必要になって装置が大型化してしまうとともに、寿命の低下等の信頼性低下を生じる。
　また、上記特許文献１では、スターリング冷凍機の冷却部と熱交換機との間に制振材料からなる部材を介装させることによって振動を吸収するようにしているが、この制振材料として例示されているアルミニウムで制振できる構造は具体的に記載されていない。しかも、この特許文献１は熱交換機内の冷媒によって熱供給体を冷却する構成の装置に関するものであり、この熱供給体を含めて装置を小型化するのは難しい。
　さらに、特許文献２では、スターリング冷凍機の冷却部からの振動が熱供給体に伝わるのを抑制するためには長いクッション層が必要であり、恒温発生装置の小型化は難しい。
　このように、従来の技術では、熱源発生体の熱で熱供給体を冷却又は加熱して恒温環境を作る構成において、熱源発生体の熱を熱供給体に効率良く伝えると共に、熱源発生体又は熱供給体のいずれか一方の振動を他方へ伝えないように接続できる小型の恒温発生装置を構成することは難しい。
　本発明の目的は、熱源発生体の熱で熱供給体を冷却又は加熱して恒温環境とする接続体として、熱源発生体の熱を熱供給体に効率良く伝えると共に、熱源発生体又は熱供給体の振動を吸収して正確な恒温環境を作ることができる伝熱接続体と、それを備えた恒温発生装置を提供することにある。
　そこで、本発明の伝熱接続体は、熱源発生体と該熱源発生体で加熱又は冷却する熱供給体とを接続し、該熱源発生体又は熱供給体のいずれか一方の振動を吸収する伝熱接続体であって、前記伝熱接続体は、グラファイトシートを積層したグラファイトシート積層体を有し、該グラファイトシート積層体は、前記熱源発生体又は熱供給体の振動を吸収できる長さを具備していることを特徴とする。グラファイトシートは熱伝導性を有し、このグラファイトシート積層体は薄いグラファイトシートの表面が重なるように積層したものである。このグラファイトシート積層体の接続長さは、振動側の振動数や振幅に応じて吸収できる長さに決定される。このようにすれば、柔らかく伝導性が良い薄いグラファイトシートを積層したグラファイトシート積層体により、熱伝導面積を増やして大きな熱量を伝熱することができると共に、薄いグラファイトシートによって振動を吸収することができるので、連結する長さをできるだけ短くして熱伝導の応答性を向上させることができると共に、制御性のよい伝熱接続体を構成することができる。
　また、前記グラファイトシート積層体の厚みが、該積層したグラファイトシートによって伝熱できる熱量の変化量と、該積層したグラファイトシートによる振動吸収量の変化量とを、グラファイトシート積層体の総厚みの変化との関係で示した時に前記熱量の変化量と振動吸収量の変化量とが交差する交点の厚みであってもよい。このようにすれば、熱伝導性を考えると伝熱接続体を厚くしたいが、厚くすると振動の吸収が損なわれる、という相反する事項を好ましい点で解決することができる。
　さらに、前記グラファイトシート積層体は、該グラファイトシート積層体の外側面が金属薄板で挟持されていてもよい。このようにすれば、グラファイトシート積層体を挟む金属薄板によって脆いグラファイトシートを補強するとともに、この金属薄板でも伝熱することができ、効率の良い熱伝達ができる。
　また、前記金属薄板が銅薄板又はアルミニウム薄板であれば、グラファイトシート積層体を挟む伝熱性の良い銅薄板又はアルミニウム薄板で効率の良い熱伝達を行うことができる。
　さらに、前記グラファイトシート積層体は、該グラファイトシート積層体の外面に断熱材を具備していてもよい。このようにすれば、グラファイトシート積層体を挟む断熱材で放熱を抑止して、効率の良い熱伝達を行うことができる。
　一方、本発明の恒温発生装置は、熱供給体を任意の温度で維持する恒温発生装置であって、前記熱供給体を所定温度にする熱源発生体と、前記熱供給体の温度を検知して前記熱源発生体の出力を制御することにより該熱供給体を恒温状態とする制御装置とを備え、前記熱源発生体と前記熱供給体とを前記したいずれかの伝熱接続体で接続したことを特徴とする。このようにすれば、グラファイトシート積層体の伝熱接続体により、効率の良い伝熱と振動吸収とができ、恒温発生装置の小型化を図ることができる。
　さらに、前記熱源発生体が冷却機であれば、小型化が図れる低温用の恒温発生装置を構成することができる。
　また、前記熱源発生体が加熱機であれば、小型化が図れる高温用の恒温発生装置を構成することができる。
　本発明は、以上説明したような手段により、熱源発生体の熱で熱供給体を冷却又は加熱して恒温環境を作る構成として、熱源発生体の熱を熱供給体に効率良く伝えると共に、熱源発生体又は熱供給体の振動を吸収して正確な恒温環境を作る構成を小型化することが可能となる。
図１は、本発明の一実施の形態に係る恒温発生装置を側面から見た縦断面図である。 図２は、図１に示す恒温発生装置に設けた冷凍機の支持状態を示す平面図である。 図３は、図２の冷凍機の支持部を示す斜視図である。 図４は、図１に示す恒温発生装置に用いられている伝熱接続体を示す側面図である。 図５は、図４に示す伝熱接続体の他の例を示す側面図である。 図６は、図４に示す伝熱接続体の総厚みを決定するためのグラフである。 図７は、図１に示す恒温発生装置の動作を示すブロック図である。
符号の説明
　１　恒温発生装置
　２　冷凍機
　３　恒温ブロック
　４　吸熱部
　５　コールドヘッド
　６　伝熱接続体
　８　温度センサ
　９　制御装置
　１０　装置本体
　１５　グラファイトシート
　１６　グラファイトシート積層体
　２７　熱伝導性材
　２８　放熱ファン
　２９　外気
　３０　断熱材
　３１　インサートブロック
　３４　ヒータ
　３６　支持部
　３７　冷凍機本体側取付板
　３８　装置本体側取付板
　３９　防振部
　４２　ゲル材
　４５　温度設定パネル
　４６　駆動回路
Ｘ，Ｙ　吸熱部
　以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る恒温発生装置を側面から見た縦断面図であり、図２は、図１に示す恒温発生装置に設けた冷凍機の支持状態を示す平面図、図３は、図２の冷凍機の支持部を示す斜視図である。熱源発生体は、冷却・加熱のいずれでもよいが、以下の実施の形態では、冷凍機を熱源発生体として低温環境を作る恒温発生装置を例を説明する。この冷凍機としては、例えば、フリーピストン型スターリング冷凍機が用いられ、使用条件等に応じて加熱ユニットが具備される。
　図１に示すように、恒温発生装置１（例えば、温度校正器）は、熱源発生体たる冷凍機２と、熱供給体たる恒温ブロック３と、この恒温ブロック３と上記冷凍機２の吸熱部４に取付けられたコールドヘッド５とを接続する伝熱接続体６とを備えている。この実施の形態における「熱供給体」は、「恒温ブロック３」であるが、この「熱供給体」は「恒温プレート」等、冷凍機で「恒温」にする部分であればよい。そして、冷凍機２の吸熱部４と恒温ブロック３とに接続された伝熱接続体６により、吸熱部４から恒温ブロック３に熱搬送される。このようにして、伝熱接続体６で冷凍機２から恒温ブロック３にドライタイプで熱搬送を行い、恒温ブロック３の全体を低温域の精密な恒温環境としている。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「ドライタイプ」とは、「冷却媒体」として「液体」を用いない構成をいう。
　図１に示すように、上記冷凍機２の吸熱部４に設けられたコールドヘッド５は、この実施の形態では円筒状に形成されており、その反冷凍機側に上記伝熱接続体６の一端が接続されている。コールドヘッド５の材料としては、銅またはアルミニウムなど、熱伝導性のよい金属で形成される。このようなコールドヘッド５により、冷凍機２の冷却出力を伝熱接続体６へ高効率で伝えるようにしている。このコールドヘッド５を冷凍機２の吸熱部４へ取付ける際には、吸熱部４とコールドヘッド５との間の熱抵抗を低減させるために、熱伝導性のよい、例えば、シリコーン接着剤などを塗布して取付けられる。
　一方、この実施の形態の上記恒温ブロック３は、上面が開放した所定深さの矩形箱状に形成されている。この恒温ブロック３の材料としては、銅やアルミニウムなど、熱伝導率が高い金属材料が好ましいが、他の金属材料でもよい。また、形状も箱状に限らず、円筒状、多角形状の筒やプレート状等であってもよい。
　また、上記伝熱接続体６は、横向きに配置された冷凍機２のコールドヘッド５から上方向へ延び、恒温ブロック３の下部へと向けて横方向に屈曲し、冷凍機２の上方に設けられた恒温ブロック３の下面に接している。この実施の形態では、伝熱接続体６の幅寸法が、コールドヘッド５（熱源発生体）及び恒温ブロック３（熱供給体）の幅寸法と同等の幅寸法に仕上げられている。
　また、恒温ブロック３と伝熱接続体６とは、外気からの侵入熱を防ぐために適宜分割された断熱材３０によって断熱処理が施されている。断熱材３０は真空断熱材がよいが、例えば発泡ポリウレタンなどでもよい。このように恒温ブロック３の周囲を断熱処理することにより、恒温ブロック３への外部からの熱の影響を抑えて、効率的に恒温状態とできるようにしている。
　さらに、このような恒温ブロック３で温度校正器を構成する場合、被校正温度センサには様々な種類や形状があるため、これらに対して、形状の異なる被校正温度センサ毎に温度センサ挿入口のサイズを合わせたインサートブロック３１を用意し、このインサートブロック３１を恒温ブロック３内に挿入することで、実際の校正作業を行なう方法が好ましい。
　この実施の形態のインサートブロック３１には、標準温度センサ挿入口３２と被校正温度センサ挿入口３３の２つの挿入口が備えられている。これら２つの挿入口３２，３３は、インサートブロック３１の温度分布を考慮して、インサートブロック３１を上方から見て中心から同一距離に配置されている。このように被校正温度センサの挿入口を２つ準備するのは、被校正温度センサの値付けを、別に用意された標準温度センサで行なう場合を想定しているためである。標準温度センサを使用せず、恒温発生装置１の恒温ブロック３に組込まれた温度センサ８での検知温度によって被校正温度センサの値付けを行なう場合は、２つの挿入口３２，３３には、一度で２本の被校正温度センサを挿入できる。
　また、このインサートブロック３１に設けられる被校正温度センサの揮入口３２，３３は、この実施の形態のような２つには限られず、例えば、１つ、もしくは３つ以上の複数個でもよく、使用条件等に応じて決定すればよい。但し、この挿入口３２，３３は、インサートブロック３１の温度分布を考慮して、１つの場合はインサートブロック３１を上方から見て中心部に、３つ以上の場合は、２つの場合と同様に、インサートブロック３１を上方から見て中心から同一距離で配置する。このインサートブロック３１としては、重さと熱伝導性のバランスを考慮すると、アルミニウムブロックが好ましい。但し、銅など、他の熱伝導のよい金属でもよい。
　さらに、この実施の形態では、インサートブロック３１を恒温ブロック３に挿入することによって温度校正器として応用する例を説明したが、このインサートブロック３１を取り外して恒温ブロック３を単独の小型恒温槽として利用してもよい。これにより、超低温で精密な恒温環境が必要とされる小さな試料に対する実験や試験の装置として用いることができる。
　また、この実施の形態では、恒温ブロック３の下部にヒータ３４が設けられている。このヒータ３４は電気ヒータで構成されており、配線３５によって制御装置９と接続されている。ヒータ３４は、冷凍機２と恒温ブロック３との間の任意の位置に設けられていればよい。このように補助制御の目的でヒータ３４を設けることにより、設定温度を上げたい場合に恒温ブロック３の温度上昇時間を短縮したり、より緻密で高精度な恒温ブロック３の温度制御を行うことができる。なお、このヒータ３４は、加熱を必要としない場合には無くてもよい。
　さらに、この実施の形態では、装置本体１０内に制御装置９が設けられており、この制御装置９の制御によって、冷凍機２の吸熱作用によってコールドヘッド５を介して伝熱接続体６を冷却し、その伝熱接続体６の熱搬送によって恒温ブロック３が所定の温度まで冷却される。そして、恒温ブロック３に組込まれた温度センサ８で検知した恒温ブロック３の温度が制御装置９ヘフィードバックされ、この制御装置９によって冷凍機２の吸熱量を制御することで、恒温ブロック３が所定の恒温となるよう制御される。なお、この制御装置９は、装置本体１０と別体で構成してもよい。
　一方、図２，３に示すように、上記冷凍機２の振動（軸方向に生じる、例えば、変位量が約０．３ミクロン程度以下の低周波振動）が装置本体１０に伝わらないように、この冷凍機２は振動を吸収する支持部３６によって装置本体１０に支持されている。支持部３６は、冷凍機筐体２６の両側部に設けられ、この支持部３６で冷凍機２の両側部が装置本体１０に支持されている。支持部３６は、冷凍機筐体２６に固定される冷凍機本体側取付板３７と、装置本体１０に固定されるＬ字状の装置本体側取付板３８と、これらの取付板３７，３８に固定される防振部３９とによって構成されている。この防振部３９は、上記冷凍機本体側取付板３７に固定される取付フランジ４０と、上記装置本体側取付板３８に固定される取付フランジ４１と、これらの取付フランジ４０，４１の間に接着されたゲル材４２とが一体形成されたものである。この防振部３９の両取付フランジ４０，４１がボルト４３で取付板３７，３８にそれぞれ固定されている。これにより、冷凍機２の振動方向（軸方向）がゲル材４２の剪断方向となるように支持されている。このゲル材４２としては、冷凍機２を支持できる強さとともに、微少な振動も吸収できる柔軟さとを兼ね備えた、例えば、シリコン系、ウレタン系の高減衰材料等が用いられる。
　このような支持部３６で冷凍機２を装置本体１０に支持することにより、使用電源の動作周波数によって冷凍機２のピストン１２が軸方向に移動してその周波数の振動を生じるが、その周波数の振動を防振部３９のゲル材４２が剪断方向に変位して吸収することができる。すなわち、ゲル材４２は剪断方向に柔軟で変形自在となっているため、冷凍機筐体２６側に固定された取付フランジ４０が振動したとしても、ゲル材４２が変形して装置本体１０側に固定された取付フランジ４１への振動伝搬を防止することができる。
　図４は、図１に示す恒温発生装置に用いられている伝熱接続体を示す側面図、図５は、図４に示す伝熱接続体の他の例を示す側面図、図６は、図４に示す伝熱接続体の総厚みを決定するためのグラフである。これらの図面により上記伝熱接続体６を詳細に説明する。なお、これらの図では、薄いシートの厚み等を誇張して記載する。
　図４に示すように、上記伝熱接続体６は、複数枚の薄いグラファイトシート１５（熱搬送に適した面積が確保できる枚数）が積層されたグラファイトシート積層体６で構成されており、例えば、厚みが約０．３～０．５ｍｍ前後と薄く、高熱伝導性のグラファイトシート１５が積層されて、所定の厚みとなったグラファイトシート積層体１６が構成されている。
　上記グラファイトシート１５としては、例えば、黒鉛粉末をバインダー樹脂と混合してシート状にしたもの、膨張黒鉛を圧延してシート状にしたもの等の、熱伝導性を有するグラファイトシート１５が採用される。このグラファイトシート１５の熱伝導率としては、例えば、２００～４００Ｗ／ｍ・Ｋ程度で、比重が１．１～１．７程度、比熱が０．６７～０．８４Ｊ／ｇ・Ｋ程度、のものが採用される。
　また、この実施の形態では、上記吸熱部Ｘ，Ｙにおけるグラファイトシート積層体１６は、熱伝導性シリコングリスまたは熱伝導性シート等を各薄板間に挟んで積層されている。このように熱伝導性シリコングリスまたは熱伝導性シート等を薄板の各グラファイトシート１５間に挟んで積層することにより、コールドヘッド５の吸熱部Ｘにおける各グラファイトシート１５の間と恒温ブロック３の吸熱部Ｙにおける各グラファイトシート１５の間とが、熱伝導性シリコングリスまたは熱伝導性シート等の厚みの分で離れるようにしている。
　このように、吸熱部Ｘ，Ｙで各伝熱接続体６の間を離すことにより、吸熱部Ｘ，Ｙの間の各伝熱接続体６間に隙間を空けている。すなわち、吸熱部Ｘ，Ｙ以外の部分では、薄いグラファイトシート１５の間が隙間で空いた状態となっている。このように各グラファイトシート１５の間に隙間を空けることにより、コールドヘッド５と恒温ブロック３との間でグラファイトシート積層体１６の剛性を更に低めるとともに、各グラファイトシート１５が自由に変位できるようにしている。これにより、上記したように冷凍機２のコールドヘッド５からグラファイトシート積層体１６に振動が伝わっても、このグラファイトシート積層体１６が変位して確実に吸収できるので、冷凍機２の振動が恒温ブロック３へ伝わるのを確実に抑止することができる。
　しかも、吸熱部Ｘ，Ｙにおいて、各グラファイトシート１５間に熱伝導性シリコングリスまたは熱伝導性シート等の熱伝導性のよい熱伝導性材２７を塗布または介在させることで熱抵抗を下げた状態で接続しているので、これらの吸熱部Ｘ，Ｙにおける熱伝達効率の低下を抑止した熱搬送ができる。
　さらに、この実施の形態では、上記グラファイトシート積層体１６の両外側には金属薄板１７が設けられており、この金属薄板１７でグラファイトシート積層体１６を挟み込むことによって脆いグラファイトシート積層体１６の補強を図っている。この金属薄板１７としては、例えば、厚みが０．３ｍｍ程度の銅板が用いられる。このグラファイトシート積層体１６とその両側に設けられた金属薄板１７とは、アルミニウム等の押え板１８でコールドヘッド５と恒温ブロック３とにそれぞれ挟むようにしてビス１９で止められている。なお、このグラファイトシート積層体１６は、ビスを使わずに熱伝導性接着剤等で止めるようにしてもよい。
　また、この実施の形態では、グラファイトシート積層体１６の両外側を金属薄板１７で挟んで補強しているが、この金属薄板１７の外側に柔軟な断熱材２０を設けて断熱を図るようにしてもよい。このように断熱材２０を設ければ、グラファイトシート積層体１６からの放熱量を抑制して熱伝導効率を向上させることができる。なお、金属薄板１７を設けることなく、グラファイトシート積層体１６の両外側に断熱材２０を一体的に設けるようにしてもよい。
　図５に示すように、上記グラファイトシート積層体６の形態としては、冷凍機２のコールドヘッド５から上方向に延びた後、上記図４に示す形態とは逆方向の横向きに屈曲して横方向に延びて恒温ブロック３の下部に接するような形態でもよい。このグラファイトシート積層体１６は、Ｌ字状、Ｕ字状、その他、直線状等に形成されていても良く、冷却機２（熱源発生体）と恒温ブロック３（熱供給体）との配置関係や形状等に応じて決定すればよい。このような形態のグラファイトシート積層体１６も、上記図４に示すグラファイトシート積層体１６と同様に、金属薄板１７で挟んで補強したり、断熱材２０を設けて断熱するようにしてもよい。
　図６に示すように、前記グラファイトシート積層体１６の総厚みは、積層したグラファイトシート１５によって伝熱できる熱量の変化量（実線）と、この積層したグラファイトシート１５による振動吸収量の変化量（点線）とを、グラファイトシート積層体の総厚みの変化との関係で示した時に、交差する交点の厚みが好ましい。このグラフでは、グラファイトシート積層体１６の幅寸法と、長さ寸法とを一定とした場合のそれぞれの能力関係を示している。つまり、これらの関係から、グラファイトシート積層体１６の総厚みが増すことにより伝熱面積が増えて伝熱できる熱量が増加することと、グラファイトシート積層体１６の総厚みが増すことによりグラファイトシート積層体１６の柔軟性が低下して振動吸収量が減ること、の相反する関係を相互に好ましい状態で満足できる点として、上記熱量の変化量と振動吸収量の変化量との交点によって容易に導き出すことができるようにしている。なお、この交点は、伝熱性能や振動周波数、グラファイトシート積層体１６（伝熱接続体）の幅寸法等に応じたグラフを作成して決定すればよい。
　図７は、図１に示す恒温発生装置の動作を示すブロック図である。上記恒温発生装置１によれば、以下のように動作して恒温ブロック３内を恒温状態とすることができる。すなわち、恒温発生装置１に設けられた温度設定パネル４５によって恒温ブロック３の設定温度を設定し、恒温発生装置１を運転する。恒温ブロック３では、組込まれた温度センサ８によって恒温ブロック３の温度が検知されて制御装置９に入力される。制御装置９では、入力された温度と温度設定パネル４５（装置本体１０に設けられる）で設定した温度とを比較し、その比較結果に基いて冷凍機２の駆動回路４６（冷凍機２に含まれる）を制御することで冷凍機２の吸熱量を制御する。この制御は、恒温ブロック３の温度が設定温度よりも低い場合には冷凍機２の吸熱量を減らし、逆に、恒温ブロック３の温度が設定温度よりも高い場合には冷凍機２の吸熱量を増やすように動作させる。この制御はＰＩＤ制御がよいが、負荷によっては簡単な比例制御などでもよい。
　また、上記したように、補助制御の目的でヒータ３４を設け、このヒータ３４を制御することにより、設定温度を上げたい場合の恒温ブロック３の温度上昇時間を短縮させることができる。また、例えば、冷凍機２の単独の制御で恒温ブロック３の温度が安定しない場合、ヒータ３４での補助制御を組み合わせることで、常に、高精度で精密な恒温状態とすることができる。
　以上のように構成された恒温発生装置１によれば、低温域の温度校正器とした場合、例えば、重量を約３．０ｋｇ程度とすることもでき、装置全体の重量を大幅に軽量化することができるとともに、０℃から約－８０℃程度での校正作業が可能である。このように、小型で軽量な低温域での使用が可能な恒温発生装置１が実現でき、恒温発生装置１を現場へ容易に持運んで、現場での試験や検査作業を行なうことが容易に可能となる。
　また、上記したようなグラファイトシート積層体１６を用いたドライタイプの恒温発生装置１とすることにより、冷凍機２の吸熱部４を、直接、伝熱性が高く柔軟なグラファイトシート積層体１６を用いて恒温ブロック３に接続し、このグラファイトシート積層体１６による高い熱搬送性によって恒温ブロック３の恒温化を迅速に行えるので、高い熱搬送能力と迅速な恒温化ができるとともに、非常にメンテナンス性が良い。
　しかも、振動伝達の抑制効果が高い柔軟な高熱伝導性グラファイトシート１５を用いてグラファイトシート積層体１６を構成することにより、グラファイトシート積層体１６（伝熱接続体６）の全長を短くしても振動吸収ができるので、伝熱接続体６の長さに反比例する伝熱量を大きくすることができ、制御性と伝熱量の向上を図って効率の良い伝熱接続ができる。その上、伝熱接続体６であるグラファイトシート積層体１６が短くなることにより、伝熱経路が短くなって伝熱面積が減るので、これにより放熱される面積が減り、伝熱効果が上がって、この点でも性能向上に寄与することができる。さらに、グラファイトシート１５の素材価格も金属（例えば、銅）と比べて抑えることができると共に比重も軽くなるので、装置重量の軽量化とコストダウンを図ることができる。また、素材を温める時の熱量（比重×重量）が銅と比べて３５％程度になるので、温度制御性が向上して安定度の向上と温度到達時間の短縮とを図ることができる。
　また、上記したように恒温発生装置１では冷却媒体等を使用しないので、恒温発生装置１の使用時に交換や追加を必要とする消耗品は無く、装置を動作させる際に必要なランニングコストを大幅に抑えることができる。
　このように、上記恒温発生装置１によれば、柔軟なグラファイトシート積層体１６によるドライタイプで熱搬送を行うので、熱搬送のための構成を軽量、小型化することができ、軽量、小型で持運びができ、恒温部を高精度で温域維持ができる恒温発生装置１を構成することが可能となる。
　したがって、好ましい冷却出力の冷凍機２を採用することにより、超低温域での精密な環境で試験や検査を行うために温度管理要求が必要とされている、バイオ、医療、食品分野などで使用する恒温発生装置１として、簡単に持運びができる小型・軽量であり、超低温域で安定した高精度の温度制御ができる恒温発生装置１を提供することが可能となる。例えば、食品関係等の用途で要望が高まっている、被試験体が冷却媒体と接触しない構成で、約－４０℃以下の超低温域を発生させることが可能な恒温発生装置１として利用できる。
　なお、上記実施の形態では、恒温部として恒温ブロック３を例に説明したが、恒温ブロック３を恒温プレートとした場合、冷却プレート、表面温度計の低温温度校正、半導体や電子部品の試験装置、検査装置など、超低温で、且つ、精密な恒温環境を必要とする恒温発生装置として利用でき、恒温部は、恒温ブロック３、恒温プレート、恒温容器等とすることは可能であり、恒温部の形態は上記実施の形態に限定されるものではない。
　また、上記実施の形態では、伝熱接続体６であるグラファイトシート積層体１６を備えた恒温発生装置の一例として低温で温度校正を行う恒温発生装置１を例に説明したが、このグラファイトシート積層体１６の他の用途としては、例えば、低温でＣＣＤ撮像素子によって高精度センシングを行う装置にも利用できる。さらに、加温冷却プレートに載せられた振動検出電子デバイス・モジュール（加速度センサ、角速度センサ等）や振動により出力値が変化する電子デバイス・モジュール（水晶振動子等）等の電子デバイスを温度検査する装置において、温度はプレートから伝えるが熱源の振動は伝えないようにしたい場合に利用できる。また、加温冷却プレートに載せられた一般的な電子デバイス等の温度に関する検査装置で、熱発生源の振動により電気的なコンタクトに影響がある場合にも利用できる。
　さらに、その他の用途として、モータやジェネレータ等の振動のある部品で発生した熱をペルチェ素子にて冷却する場合も、振動に弱いペルチェ素子に振動が伝わるのを防ぐことができる。また、振動に弱い高精度の温度センサ（例えば、白金測温抵抗体、水晶温度計）によって高精度で温度制御する装置にも利用できる。その上、その他、振動に弱い部品・モジュール等を加温冷却プレートに載せて温度試験を行う場合にも利用できる。
　さらに、上記実施の形態では、熱源発生体として振動源でもある冷凍機２を例にし、この冷凍機２で熱供給体である恒温ブロック３を恒温冷却する例を説明したが、熱源発生体は加熱機であってもよく、伝熱接続体による伝熱は加熱又は冷却のどちらであってもよく、上記実施の形態に限定されるものではない。
　また、上記実施の形態では熱源発生体側が振動源となった例を説明したが、熱供給体である恒温ブロック３側が振動源であってもよく、その場合には恒温ブロック３（熱供給体）側からの振動を伝熱接続体６（グラファイトシート積層体１６）で吸収して高い伝熱機能は維持でき、振動源は熱源発生体又は熱供給体のいずれであってもよく、上記実施の形態に限定されるものではない。
　さらに、上述した実施の形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。
　本発明に係る伝熱接続体は、熱源発生体と熱供給体とを接続して熱源発生体の熱を伝えると共に、これらの間で振動を吸収して伝達しないようにしたい冷凍機や加熱機等に利用できる。

Claims (8)

  1. 　熱源発生体と該熱源発生体で加熱又は冷却する熱供給体とを接続し、該熱源発生体又は熱供給体のいずれか一方の振動を吸収する伝熱接続体であって、
    　前記伝熱接続体は、グラファイトシートを積層したグラファイトシート積層体を有し、
    　該グラファイトシート積層体は、前記熱源発生体又は熱供給体の振動を吸収できる長さを具備していることを特徴とする伝熱接続体。
  2. 　前記グラファイトシート積層体の厚みが、
    　該積層したグラファイトシートによって伝熱できる熱量の変化量と、該積層したグラファイトシートによる振動吸収量の変化量とを、グラファイトシート積層体の総厚みの変化との関係で示した時に前記熱量の変化量と振動吸収量の変化量とが交差する交点の厚みである請求項１記載の伝熱接続体。
  3. 　前記グラファイトシート積層体は、該グラファイトシート積層体の外側面が金属薄板で挟持されている請求項１又は請求項２記載の伝熱接続体。
  4. 　前記金属薄板が銅薄板又はアルミニウム薄板である請求項３に記載の伝熱接続体。
  5. 　前記グラファイトシート積層体は、該グラファイトシート積層体の外面に断熱材を具備している請求項１又は請求項２記載の伝熱接続体。
  6. 　熱供給体を任意の温度で維持する恒温発生装置であって、
    　前記熱供給体を所定温度にする熱源発生体と、前記熱供給体の温度を検知して前記熱源発生体の出力を制御することにより該熱供給体を恒温状態とする制御装置とを備え、
    　前記熱源発生体と前記熱供給体とを請求項１～５のいずれか１項に記載の伝熱接続体で接続したことを特徴とする恒温発生装置。
  7. 　前記熱源発生体が冷却機である請求項６に記載の恒温発生装置。
  8. 　前記熱源発生体が加熱機である請求項６に記載の恒温発生装置。
PCT/JP2008/001111 2008-04-28 2008-04-28 伝熱接続体とそれを備えた恒温発生装置 WO2009133585A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010509956A JPWO2009133585A1 (ja) 2008-04-28 2008-04-28 伝熱接続体とそれを備えた恒温発生装置
PCT/JP2008/001111 WO2009133585A1 (ja) 2008-04-28 2008-04-28 伝熱接続体とそれを備えた恒温発生装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2008/001111 WO2009133585A1 (ja) 2008-04-28 2008-04-28 伝熱接続体とそれを備えた恒温発生装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009133585A1 true WO2009133585A1 (ja) 2009-11-05

Family

ID=41254817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2008/001111 WO2009133585A1 (ja) 2008-04-28 2008-04-28 伝熱接続体とそれを備えた恒温発生装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2009133585A1 (ja)
WO (1) WO2009133585A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015099010A (ja) * 2015-02-26 2015-05-28 株式会社大木工藝 冷凍庫
JP2016092357A (ja) * 2014-11-11 2016-05-23 日本電気株式会社 排熱デバイス
KR20170095215A (ko) * 2014-12-10 2017-08-22 그라프텍 인터내셔널 홀딩스 인코포레이티드 가요성 흑연 시트 지지 구조체 및 열 관리 배열체
CN112964972A (zh) * 2021-02-03 2021-06-15 上海陆芯电子科技有限公司 一种恒温测试系统及测试方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04231375A (ja) * 1990-07-26 1992-08-20 Carbone Lorraine 大面積の炭素複合体要素の製造方法及びそれにより得られた自己組立て性全炭素複合体要素
JPH04313668A (ja) * 1990-12-07 1992-11-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気冷水器
JP2006041259A (ja) * 2004-07-28 2006-02-09 Sumitomo Heavy Ind Ltd 冷却装置
JP2007273943A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 General Electric Co <Ge> 高度ヒートシンク及び熱スプレッダ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04231375A (ja) * 1990-07-26 1992-08-20 Carbone Lorraine 大面積の炭素複合体要素の製造方法及びそれにより得られた自己組立て性全炭素複合体要素
JPH04313668A (ja) * 1990-12-07 1992-11-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気冷水器
JP2006041259A (ja) * 2004-07-28 2006-02-09 Sumitomo Heavy Ind Ltd 冷却装置
JP2007273943A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 General Electric Co <Ge> 高度ヒートシンク及び熱スプレッダ

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016092357A (ja) * 2014-11-11 2016-05-23 日本電気株式会社 排熱デバイス
KR20170095215A (ko) * 2014-12-10 2017-08-22 그라프텍 인터내셔널 홀딩스 인코포레이티드 가요성 흑연 시트 지지 구조체 및 열 관리 배열체
EP3243366A4 (en) * 2014-12-10 2018-08-22 NeoGraf Solutions, LLC Flexible graphite sheet support structure and thermal management arrangement
KR102428171B1 (ko) 2014-12-10 2022-08-02 네오그라프 솔루션즈, 엘엘씨 가요성 흑연 시트 지지 구조체 및 열 관리 배열체
JP2015099010A (ja) * 2015-02-26 2015-05-28 株式会社大木工藝 冷凍庫
CN112964972A (zh) * 2021-02-03 2021-06-15 上海陆芯电子科技有限公司 一种恒温测试系统及测试方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2009133585A1 (ja) 2011-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7244913B2 (en) Temperature regulator for microchemical chip
JP5999665B2 (ja) 熱移動ユニットおよび温度調節装置
CN108321503B (zh) 液晶天线装置
WO2009133585A1 (ja) 伝熱接続体とそれを備えた恒温発生装置
US10578570B2 (en) Test system of thermoelectric module and test method for thermoelectric module
CN102036537A (zh) 电子设备的冷却结构
JP2004282804A (ja) インバータ装置
JP2011174851A (ja) 熱流束計の校正装置
CN101777589A (zh) Apd温控装置
JP2008121917A (ja) 恒温発生装置とその伝熱構造
US9161432B2 (en) Circuit board
KR101889818B1 (ko) 열전도도 측정 장치 및 그 측정 방법
Liu et al. Developing instrumentation to characterize thermoelectric generator modules
JP2005227010A (ja) 熱伝導率測定装置及び熱伝導率測定方法
JP2007123541A (ja) 機能部品内蔵装置
JP4854353B2 (ja) 温度制御装置、並びに、バーンイン試験装置
Nishida et al. Forced liquid cooling of piezoelectric stack actuator utilizing silicone oil
CN114018518A (zh) 隔热平台及振动实验装置
JP2000286483A (ja) レーザ光発生装置
Xu et al. Design of temperature testing system in multi-parameter combined environmental test
JP3175039B2 (ja) 熱電変換モジュール、積層型熱電変換装置、熱電発電用サブユニット、および発電システム
CN109827570A (zh) 惯性测量模块
CN109682365B (zh) 一种用于振动陀螺组合的恒温槽
JP2006078039A (ja) 恒温発生装置
JP2004122857A (ja) 航空機搭載電子機器筐体及び航空機搭載電子機器温度調節装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08751636

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010509956

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08751636

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1