WO2016117334A1 - Temperature control device and temperature control method - Google Patents
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Abstract
Provided is a temperature control device that is smaller in size and consumes less power, and is also quiet. This temperature control device heats a temperature-controlled subject A using a Peltier element (10) and/or absorbs heat from the temperature-controlled subject A so as to control the temperature of the temperature-controlled subject A within a preset control temperature range. Among the surfaces of the Peltier element (10), a heat-reservoir heat sink (11) is disposed on the surface of the Peltier element (10) on the opposite side from the surface facing the temperature-controlled subject A. The heat-reservoir heat sink (11) includes a heat transfer part (18) that is in contact with the Peltier element (10), and a heat reservoir (15) that is in contact with the heat transfer part (18). The heat reservoir (15) is a latent heat type in which the phase-change temperature is within the control temperature range or within a second temperature range that is lower than the control temperature range.
Description
本発明は、ペルチェ素子を用いた温度制御の技術に係り、特に、生体サンプルの温度制御など生化学反応用の温調制御に好適な技術に関する。
The present invention relates to a temperature control technique using a Peltier device, and more particularly to a technique suitable for temperature control for biochemical reaction such as temperature control of a biological sample.
ＤＮＡを増幅させる技術として、ＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）がある。生体サンプルから抽出できるＤＮＡが微量であり直接に検出するのが難しいため、増幅してから検出する方法がしばしば用いられる。このＰＣＲ増幅法は、ＤＮＡを含む水溶液の温度を周期的に上下させることにより、短時間で指数関数的にＤＮＡを増幅させる技術である。
このようなＰＣＲ工程における加熱冷却制御用の温度制御装置として、温度や時間を設定して、温度制御対象を加熱および吸熱するサイクルを繰り返すサーマルサイクラー（温度制御装置）が存在する。このサーマルサイクラーの熱源としてペルチェ素子が用いられる場合がある。このペルチェ素子は、電子式であるために制御性や応答性に優れ、また、デバイスに流す電流の向きを変えることによって単一のデバイスで加熱も吸熱も行うことができる。 A technique for amplifying DNA is PCR (polymerase chain reaction). Since the amount of DNA that can be extracted from a biological sample is very small and difficult to detect directly, a method of detecting after amplification is often used. This PCR amplification method is a technique for amplifying DNA exponentially in a short time by periodically raising and lowering the temperature of an aqueous solution containing DNA.
As a temperature control device for heating and cooling control in such a PCR process, there is a thermal cycler (temperature control device) that repeats a cycle in which temperature and time are set and a temperature control target is heated and absorbed. A Peltier element may be used as a heat source of this thermal cycler. Since this Peltier element is electronic, it is excellent in controllability and responsiveness, and can be heated and absorbed by a single device by changing the direction of current flowing through the device.
このようなＰＣＲ工程における加熱冷却制御用の温度制御装置として、温度や時間を設定して、温度制御対象を加熱および吸熱するサイクルを繰り返すサーマルサイクラー（温度制御装置）が存在する。このサーマルサイクラーの熱源としてペルチェ素子が用いられる場合がある。このペルチェ素子は、電子式であるために制御性や応答性に優れ、また、デバイスに流す電流の向きを変えることによって単一のデバイスで加熱も吸熱も行うことができる。 A technique for amplifying DNA is PCR (polymerase chain reaction). Since the amount of DNA that can be extracted from a biological sample is very small and difficult to detect directly, a method of detecting after amplification is often used. This PCR amplification method is a technique for amplifying DNA exponentially in a short time by periodically raising and lowering the temperature of an aqueous solution containing DNA.
As a temperature control device for heating and cooling control in such a PCR process, there is a thermal cycler (temperature control device) that repeats a cycle in which temperature and time are set and a temperature control target is heated and absorbed. A Peltier element may be used as a heat source of this thermal cycler. Since this Peltier element is electronic, it is excellent in controllability and responsiveness, and can be heated and absorbed by a single device by changing the direction of current flowing through the device.
ペルチェ素子は機能的にヒートポンプであり、その性能は、温度制御対象と接しない面の温度と密接に関係する。ペルチェ素子を駆動すると、一般に、ペルチェ素子の両面に望まない温度差が生じる。温度差が大き過ぎると、熱を汲み上げて温度制御対象を温度調整することが難しくなる。
このため、従来のペルチェ素子を用いた温度制御装置では、ペルチェ素子の反対面にフィン及びファンからなる空冷式のヒートシンクを設置して、ペルチェ素子の両面の温度差の拡大を抑えている。
また、特許文献１には、液体循環式のヒートシンクを用いて温度調整することが開示されている。 The Peltier element is functionally a heat pump, and its performance is closely related to the temperature of the surface not in contact with the temperature control object. Driving a Peltier element generally causes an undesirable temperature difference on both sides of the Peltier element. If the temperature difference is too large, it will be difficult to pump the heat and adjust the temperature of the temperature control target.
For this reason, in a conventional temperature control device using a Peltier element, an air-cooled heat sink composed of a fin and a fan is installed on the opposite surface of the Peltier element to suppress an increase in the temperature difference between both sides of the Peltier element.
Patent Document 1 discloses that the temperature is adjusted using a liquid circulation heat sink.
このため、従来のペルチェ素子を用いた温度制御装置では、ペルチェ素子の反対面にフィン及びファンからなる空冷式のヒートシンクを設置して、ペルチェ素子の両面の温度差の拡大を抑えている。
また、特許文献１には、液体循環式のヒートシンクを用いて温度調整することが開示されている。 The Peltier element is functionally a heat pump, and its performance is closely related to the temperature of the surface not in contact with the temperature control object. Driving a Peltier element generally causes an undesirable temperature difference on both sides of the Peltier element. If the temperature difference is too large, it will be difficult to pump the heat and adjust the temperature of the temperature control target.
For this reason, in a conventional temperature control device using a Peltier element, an air-cooled heat sink composed of a fin and a fan is installed on the opposite surface of the Peltier element to suppress an increase in the temperature difference between both sides of the Peltier element.
空冷式のヒートシンクを用いた場合、ファンを有する分、装置が大型化すると共に、ファンを駆動するために振動が発生する。
また液体循環式のヒートシンクを用いた場合でも、液体を収容するタンク、循環するためのポンプや温度調整のためのファンやラジエターが必要であることから、装置が大型化すると共に、ファンを駆動するために振動が発生する。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、装置を小型化し、更に静音性に優れた温度制御方法や温度制御装置を提供することを目的としている。 When an air-cooled heat sink is used, the apparatus is increased in size by having a fan, and vibration is generated to drive the fan.
Even when a liquid circulation heat sink is used, a tank for storing liquid, a pump for circulation, a fan and a radiator for temperature adjustment are required, and the apparatus is increased in size and the fan is driven. Therefore, vibration is generated.
The present invention has been made paying attention to the above points, and has as its object to provide a temperature control method and a temperature control apparatus that are miniaturized and further excellent in quietness.
また液体循環式のヒートシンクを用いた場合でも、液体を収容するタンク、循環するためのポンプや温度調整のためのファンやラジエターが必要であることから、装置が大型化すると共に、ファンを駆動するために振動が発生する。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、装置を小型化し、更に静音性に優れた温度制御方法や温度制御装置を提供することを目的としている。 When an air-cooled heat sink is used, the apparatus is increased in size by having a fan, and vibration is generated to drive the fan.
Even when a liquid circulation heat sink is used, a tank for storing liquid, a pump for circulation, a fan and a radiator for temperature adjustment are required, and the apparatus is increased in size and the fan is driven. Therefore, vibration is generated.
The present invention has been made paying attention to the above points, and has as its object to provide a temperature control method and a temperature control apparatus that are miniaturized and further excellent in quietness.
課題を解決するために、本発明の一態様は、生体サンプルを温度制御対象とし、その温度制御対象への加熱及び上記温度制御対象からの吸熱の少なくとも一方をペルチェ素子を用いて行うことで、上記温度制御対象を予め設定した制御温度範囲に温度制御し、上記ペルチェ素子の放熱面と熱伝達可能な蓄熱材を有し、その蓄熱材は、上記温度制御範囲内、若しくは上記制御温度範囲の下限値より低く且つ使用時の雰囲気温度よりも高い第２の温度範囲内に相変化温度を持つ。
In order to solve the problem, one aspect of the present invention is to set a biological sample as a temperature control target, and perform at least one of heating to the temperature control target and endotherm from the temperature control target using a Peltier element. The temperature control target is temperature-controlled within a preset control temperature range, and has a heat storage material capable of transferring heat to the heat dissipation surface of the Peltier element, and the heat storage material is within the temperature control range or within the control temperature range. It has a phase change temperature within a second temperature range that is lower than the lower limit value and higher than the ambient temperature during use.
本発明の態様によれば、従来の温度制御装置のペルチェ素子の放熱面側に大型のフィンとファンを設置する代わりに潜熱式の蓄熱材を配置することで、装置を小型化且つ省力化できる。
また本発明によれば、ファンなどの機械的な駆動部が無いため静音性に優れている。 According to the aspect of the present invention, instead of installing large fins and a fan on the heat radiation surface side of the Peltier element of the conventional temperature control device, the latent heat type heat storage material can be arranged to reduce the size and labor of the device. .
In addition, according to the present invention, since there is no mechanical drive unit such as a fan, it is excellent in silence.
また本発明によれば、ファンなどの機械的な駆動部が無いため静音性に優れている。 According to the aspect of the present invention, instead of installing large fins and a fan on the heat radiation surface side of the Peltier element of the conventional temperature control device, the latent heat type heat storage material can be arranged to reduce the size and labor of the device. .
In addition, according to the present invention, since there is no mechanical drive unit such as a fan, it is excellent in silence.
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、生体サンプルの温度制御の一例として、生化学反応用の温調制御を対象とした場合を例示する。すなわち、ＰＣＲ工程における加熱冷却制御用の温度制御装置を例に挙げ、温度制御対象を加熱および吸熱するサイクルを、設定した温度や時間で繰り返す場合を想定して説明する。勿論、温度制御対象への加熱又は温度制御対象からの吸熱のいずれかをペルチェ素子を用いて行うことで、温度制御対象を予め設定した制御温度範囲で温度制御を行う場合であっても良い。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, as an example of temperature control of a biological sample, a case where temperature control for biochemical reaction is targeted is illustrated. That is, a temperature control device for heating and cooling control in the PCR process will be described as an example, and a description will be given assuming that a cycle for heating and absorbing a temperature control target is repeated at a set temperature and time. Of course, the temperature control may be performed in a control temperature range in which the temperature control target is set in advance by performing either heating to the temperature control target or heat absorption from the temperature control target using a Peltier element.
本実施形態では、生体サンプルの温度制御の一例として、生化学反応用の温調制御を対象とした場合を例示する。すなわち、ＰＣＲ工程における加熱冷却制御用の温度制御装置を例に挙げ、温度制御対象を加熱および吸熱するサイクルを、設定した温度や時間で繰り返す場合を想定して説明する。勿論、温度制御対象への加熱又は温度制御対象からの吸熱のいずれかをペルチェ素子を用いて行うことで、温度制御対象を予め設定した制御温度範囲で温度制御を行う場合であっても良い。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, as an example of temperature control of a biological sample, a case where temperature control for biochemical reaction is targeted is illustrated. That is, a temperature control device for heating and cooling control in the PCR process will be described as an example, and a description will be given assuming that a cycle for heating and absorbing a temperature control target is repeated at a set temperature and time. Of course, the temperature control may be performed in a control temperature range in which the temperature control target is set in advance by performing either heating to the temperature control target or heat absorption from the temperature control target using a Peltier element.
本実施形態の温度制御装置は、図１に示すように、ペルチェ素子１０、蓄熱材ヒートシンク１１、および予熱ヒーター１３を備える。
（ペルチェ素子）
ペルチェ素子１０は、温度制御対象Ａ側の第１の面１０ａと、蓄熱材ヒートシンク１１側の第２の面１０ｂ（放熱面）とを有する。ペルチェ素子１０の第１の面１０ａは、ヒートスプレッダ１２を介して温度制御対象Ａに面接触する。ヒートスプレッダ１２は、温度制御対象Ａにおける、図１の断面と垂直な面での温度分布の偏差を低減させるために配置される。ヒートスプレッダ１２を設けなくても良い。 As shown in FIG. 1, the temperature control device of the present embodiment includes aPeltier element 10, a heat storage material heat sink 11, and a preheating heater 13.
(Peltier element)
The Peltierelement 10 has a first surface 10a on the temperature control target A side and a second surface 10b (heat radiation surface) on the heat storage material heat sink 11 side. The first surface 10 a of the Peltier element 10 is in surface contact with the temperature control target A via the heat spreader 12. The heat spreader 12 is disposed in order to reduce the temperature distribution deviation in the surface perpendicular to the cross section of FIG. The heat spreader 12 may not be provided.
（ペルチェ素子）
ペルチェ素子１０は、温度制御対象Ａ側の第１の面１０ａと、蓄熱材ヒートシンク１１側の第２の面１０ｂ（放熱面）とを有する。ペルチェ素子１０の第１の面１０ａは、ヒートスプレッダ１２を介して温度制御対象Ａに面接触する。ヒートスプレッダ１２は、温度制御対象Ａにおける、図１の断面と垂直な面での温度分布の偏差を低減させるために配置される。ヒートスプレッダ１２を設けなくても良い。 As shown in FIG. 1, the temperature control device of the present embodiment includes a
(Peltier element)
The Peltier
蓄熱材ヒートシンク１１は、蓄熱材１５と、その蓄熱材１５を収容する蓄熱材容器１６とから構成される。
（蓄熱材）
蓄熱材１５は、潜熱式の蓄熱材からなる。潜熱式の蓄熱材は、小型でより多くの熱を蓄えるため、一般に顕熱式の蓄熱材より蓄熱密度が高い蓄熱材である。本実施形態の潜熱式の蓄熱材１５として、その相変化温度が、温度調整する制御温度範囲内に位置する材料からなる蓄熱材を選択する。好ましくは相変化温度が、該制御温度範囲内のうち室温側に近い温度であることが好ましい。制御温度範囲の上限値及び下限値は、実際の制御時に誤差が生じるため、その誤差分だけ広い範囲に設定する。誤差分は、制御の精度にもよるが例えば２℃である。 The heat storagematerial heat sink 11 includes a heat storage material 15 and a heat storage material container 16 that houses the heat storage material 15.
(Heat storage material)
Theheat storage material 15 is made of a latent heat type heat storage material. Since the latent heat type heat storage material is small and stores more heat, it is generally a heat storage material having a higher heat storage density than the sensible heat type heat storage material. As the latent heat type heat storage material 15 of the present embodiment, a heat storage material made of a material whose phase change temperature is within a control temperature range for temperature adjustment is selected. Preferably, the phase change temperature is a temperature close to the room temperature side within the control temperature range. Since an error occurs during actual control, the upper limit value and the lower limit value of the control temperature range are set to a wide range corresponding to the error. The error is, for example, 2 ° C. although it depends on the accuracy of control.
（蓄熱材）
蓄熱材１５は、潜熱式の蓄熱材からなる。潜熱式の蓄熱材は、小型でより多くの熱を蓄えるため、一般に顕熱式の蓄熱材より蓄熱密度が高い蓄熱材である。本実施形態の潜熱式の蓄熱材１５として、その相変化温度が、温度調整する制御温度範囲内に位置する材料からなる蓄熱材を選択する。好ましくは相変化温度が、該制御温度範囲内のうち室温側に近い温度であることが好ましい。制御温度範囲の上限値及び下限値は、実際の制御時に誤差が生じるため、その誤差分だけ広い範囲に設定する。誤差分は、制御の精度にもよるが例えば２℃である。 The heat storage
(Heat storage material)
The
又は、蓄熱材１５として、相変化温度が、制御温度範囲の下限値より低く且つ使用時の雰囲気温度よりも高い第２の温度範囲内となる蓄熱材を採用する。温度制御装置を室温で使用することを想定すると、室温の平均温度は２０℃前後であり、使用時の雰囲気温度は高くても４０℃未満であると想定されるため、例えば上記の第２の温度範囲の下限値を４０℃以上として設定して、蓄熱材１５の相変化温度を決定しても良い。但し、その場合であっても、相変化温度が制御温度範囲に近い温度であることが好ましい。
ＰＣＲでは、室温の温度雰囲気で、およそ７０℃から９０℃の制御温度範囲において加熱と吸熱を繰り返すため、相変化温度が、例えば、８０℃前後の材質から蓄熱材１５を構成する。例えば、相変化温度が８０℃前後に設定されたパラフィンから構成する。 Alternatively, as theheat storage material 15, a heat storage material in which the phase change temperature is lower than the lower limit value of the control temperature range and higher than the ambient temperature during use is employed. Assuming that the temperature control device is used at room temperature, the average temperature at room temperature is around 20 ° C., and it is assumed that the ambient temperature during use is at most less than 40 ° C. The lower limit of the temperature range may be set as 40 ° C. or higher to determine the phase change temperature of the heat storage material 15. However, even in that case, the phase change temperature is preferably close to the control temperature range.
In PCR, heating and endotherm are repeated in a controlled temperature range of approximately 70 ° C. to 90 ° C. in a room temperature atmosphere. Therefore, theheat storage material 15 is composed of a material having a phase change temperature of, for example, about 80 ° C. For example, it is composed of paraffin whose phase change temperature is set to around 80 ° C.
ＰＣＲでは、室温の温度雰囲気で、およそ７０℃から９０℃の制御温度範囲において加熱と吸熱を繰り返すため、相変化温度が、例えば、８０℃前後の材質から蓄熱材１５を構成する。例えば、相変化温度が８０℃前後に設定されたパラフィンから構成する。 Alternatively, as the
In PCR, heating and endotherm are repeated in a controlled temperature range of approximately 70 ° C. to 90 ° C. in a room temperature atmosphere. Therefore, the
ここでパラフィンの蓄熱量は、およそ２００Ｊ／ｇであり、パラフィンの相変化温度は、炭素鎖数によって選択可能である。従って、相変化温度が制御温度範囲内若しくは制御温度範囲内よりも低い第２の温度範囲内となっているパラフィンを使用すれば良い。第２の温度範囲内を選択する場合であっても、上述のように制御温度範囲に近いことが好ましいため、第２の温度範囲として、例えば使用時の雰囲気温度よりも２０℃以上高温の６０℃以上７０℃未満に設定する。
Here, the heat storage amount of paraffin is approximately 200 J / g, and the phase change temperature of paraffin can be selected according to the number of carbon chains. Therefore, paraffin having a phase change temperature in the second temperature range within the control temperature range or lower than the control temperature range may be used. Even when the second temperature range is selected, since it is preferable to be close to the control temperature range as described above, the second temperature range is, for example, 60 ° C. higher than the ambient temperature during use. Set to not less than 70 ° C and not less than 70 ° C.
（蓄熱材容器）
蓄熱材容器１６は、蓄熱材１５を収容する容器部１７と、蓋部１８から構成される。本実施形態では、蓄熱材容器１６として、容器部１７の収容部の形状が直方体形状の場合を例示しているが、収容部が円筒状やボール状その他であっても構わない。
蓄熱材容器１６は、伝熱促進のために、銅やアルミその他の金属など、熱伝導性の良い材料で作製されている。ここで、蓋部１８は熱伝達部を構成する。容器部１７の少なくとも側面部１７ａは、放熱用の熱伝達体を構成する。
蓋部１８の外面１８ａは、ペルチェ素子１０の第２の面１０ｂ（ヒートシンク側の面）に接触している。
蓋部１８の内面１８ｂ（蓄熱材１５に向く面）には、上記蓄熱材１５内に向けて突出して該蓄熱材１５に埋入する複数の突起部１９を備える。本実施形態では、突起部１９の形状として円柱形状のピンを例示した。蓄熱材１５に埋入される突起部１９の形状は、円柱形状に限定されず、角柱形状や円錐形状などでも良く、特に限定されない。 (Heat storage material container)
The heatstorage material container 16 includes a container portion 17 that houses the heat storage material 15 and a lid portion 18. Although the case where the shape of the accommodating part of the container part 17 is a rectangular parallelepiped shape is illustrated as the heat storage material container 16 in the present embodiment, the accommodating part may be a cylindrical shape, a ball shape, or the like.
The heatstorage material container 16 is made of a material having good thermal conductivity, such as copper, aluminum, or other metal, in order to promote heat transfer. Here, the cover part 18 comprises a heat transfer part. At least the side part 17a of the container part 17 comprises the heat transfer body for thermal radiation.
Theouter surface 18 a of the lid 18 is in contact with the second surface 10 b (surface on the heat sink side) of the Peltier element 10.
On theinner surface 18 b (surface facing the heat storage material 15) of the lid portion 18, a plurality of protrusions 19 that protrude into the heat storage material 15 and are embedded in the heat storage material 15 are provided. In the present embodiment, a cylindrical pin is exemplified as the shape of the protrusion 19. The shape of the protrusion 19 embedded in the heat storage material 15 is not limited to a cylindrical shape, and may be a prismatic shape or a conical shape, and is not particularly limited.
蓄熱材容器１６は、蓄熱材１５を収容する容器部１７と、蓋部１８から構成される。本実施形態では、蓄熱材容器１６として、容器部１７の収容部の形状が直方体形状の場合を例示しているが、収容部が円筒状やボール状その他であっても構わない。
蓄熱材容器１６は、伝熱促進のために、銅やアルミその他の金属など、熱伝導性の良い材料で作製されている。ここで、蓋部１８は熱伝達部を構成する。容器部１７の少なくとも側面部１７ａは、放熱用の熱伝達体を構成する。
蓋部１８の外面１８ａは、ペルチェ素子１０の第２の面１０ｂ（ヒートシンク側の面）に接触している。
蓋部１８の内面１８ｂ（蓄熱材１５に向く面）には、上記蓄熱材１５内に向けて突出して該蓄熱材１５に埋入する複数の突起部１９を備える。本実施形態では、突起部１９の形状として円柱形状のピンを例示した。蓄熱材１５に埋入される突起部１９の形状は、円柱形状に限定されず、角柱形状や円錐形状などでも良く、特に限定されない。 (Heat storage material container)
The heat
The heat
The
On the
この突起部１９を設けることで、蓋部１８と蓄熱材１５との接触面積が増加して、蓄熱材１５の熱をペルチェ素子１０に、またペルチェ素子１０の熱を蓄熱材１５に効率よく伝熱出来るようになる。すなわち、突起部１９を有することで追従性が向上する。なお、この突起部１９を設けなくても良い。
また、上記突起部１９の蓄熱材１５への埋入量Ｌは、蓄熱材１５の深さＤの半分以上に設定されていることが好ましい。
突起部１９が蓄熱材１５の表面側の部分にだけ接触している場合には、蓄熱材１５の底側の蓄熱材部分の蓄熱を効率よくペルチェ素子１０に伝達出来ないおそれがある。これを考慮して、突起部１９の蓄熱材１５への埋入量は、蓄熱材１５の深さ（突起部の突出方向での深さ）の半分以上に設定することで、蓄熱材１５の底側の部分とペルチェ素子１０との熱交換も、迅速且つ効率良く出来るようになる。 By providing thisprojection 19, the contact area between the lid 18 and the heat storage material 15 is increased, and the heat of the heat storage material 15 is efficiently transferred to the Peltier element 10 and the heat of the Peltier element 10 is efficiently transferred to the heat storage material 15. It becomes possible to heat. That is, the followability is improved by having the protrusions 19. Note that the protrusion 19 may not be provided.
Moreover, it is preferable that the amount L of theprotrusion 19 embedded in the heat storage material 15 is set to be not less than half the depth D of the heat storage material 15.
When theprotrusion 19 is in contact with only the surface side portion of the heat storage material 15, the heat storage of the heat storage material portion on the bottom side of the heat storage material 15 may not be efficiently transmitted to the Peltier element 10. In consideration of this, the amount of embedding of the protrusions 19 in the heat storage material 15 is set to more than half of the depth of the heat storage material 15 (depth in the protruding direction of the protrusions). Heat exchange between the bottom portion and the Peltier element 10 can also be performed quickly and efficiently.
また、上記突起部１９の蓄熱材１５への埋入量Ｌは、蓄熱材１５の深さＤの半分以上に設定されていることが好ましい。
突起部１９が蓄熱材１５の表面側の部分にだけ接触している場合には、蓄熱材１５の底側の蓄熱材部分の蓄熱を効率よくペルチェ素子１０に伝達出来ないおそれがある。これを考慮して、突起部１９の蓄熱材１５への埋入量は、蓄熱材１５の深さ（突起部の突出方向での深さ）の半分以上に設定することで、蓄熱材１５の底側の部分とペルチェ素子１０との熱交換も、迅速且つ効率良く出来るようになる。 By providing this
Moreover, it is preferable that the amount L of the
When the
ここで、各突起部１９の大きさ（表面積）や本数が、多いほど効果があるが、多くなるほど蓄熱材容器１６に収容される蓄熱材１５の量の減少に繋がる。従って、必要な蓄熱材１５の量を勘案しつつ、各突起部１９の大きさ（体積）や本数を設定すればよい。
また、容器部１７の下面に予熱ヒーター１３が配置され、その予熱ヒーター１３を覆うようにして断熱材１４が配置されている。断熱材１４を配置することで、予熱ヒーター１３の熱を蓄熱材１５に効率良く入力することが出来る。 Here, the larger the size (surface area) and the number of theprotrusions 19, the more effective, but the larger the number, the more the heat storage material 15 accommodated in the heat storage material container 16 is reduced. Therefore, the size (volume) and the number of the protrusions 19 may be set while taking into account the amount of the necessary heat storage material 15.
A preheatingheater 13 is disposed on the lower surface of the container portion 17, and a heat insulating material 14 is disposed so as to cover the preheating heater 13. By disposing the heat insulating material 14, the heat of the preheating heater 13 can be efficiently input to the heat storage material 15.
また、容器部１７の下面に予熱ヒーター１３が配置され、その予熱ヒーター１３を覆うようにして断熱材１４が配置されている。断熱材１４を配置することで、予熱ヒーター１３の熱を蓄熱材１５に効率良く入力することが出来る。 Here, the larger the size (surface area) and the number of the
A preheating
（制御部）
また図２に示すように制御部１００を有する。制御部１００は、予熱ヒーター１３への電流制御を行うヒーター制御部１０４と、ペルチェ素子１０への電流制御を行うペルチェ制御部１０２を備える。制御部１００の処理として、予熱工程と、予熱工程が完了後に行われる温度制御工程とを有する。
蓄熱材１５には、第１の温度センサ１０３が配置され、第１の温度センサ１０３は、検出信号をヒーター制御部１０４に供給する。ヒーター制御部１０４は、第１の温度センサ１０３からの信号を参照しつつ、蓄熱材１５が目的の予熱温度となるまで予熱ヒーター１３に通電を行う。この通電は、温度制御を実行する温度制御工程の前に行われる。すなわち、予熱ヒーター１３に通電するのは、温度制御対象Ａの加熱と吸熱を繰り返す前に、蓄熱材ヒートシンク１１を室温から制御温度範囲まで予熱する予熱工程においてであり、温度制御対象Ａの加熱と吸熱を繰り返す温度制御工程において予熱ヒーター１３に通電しない。これは、無駄な通電を防止するためである。 (Control part)
Moreover, as shown in FIG. Thecontrol unit 100 includes a heater control unit 104 that controls current to the preheating heater 13 and a Peltier control unit 102 that controls current to the Peltier element 10. The processing of the control unit 100 includes a preheating process and a temperature control process performed after the preheating process is completed.
Afirst temperature sensor 103 is arranged in the heat storage material 15, and the first temperature sensor 103 supplies a detection signal to the heater control unit 104. The heater control unit 104 energizes the preheating heater 13 until the heat storage material 15 reaches the target preheating temperature while referring to the signal from the first temperature sensor 103. This energization is performed before the temperature control step for performing temperature control. That is, the preheating heater 13 is energized in a preheating process in which the heat storage material heat sink 11 is preheated from room temperature to a control temperature range before the heating and heat absorption of the temperature control object A are repeated. The preheater 13 is not energized in the temperature control process that repeatedly absorbs heat. This is to prevent unnecessary energization.
また図２に示すように制御部１００を有する。制御部１００は、予熱ヒーター１３への電流制御を行うヒーター制御部１０４と、ペルチェ素子１０への電流制御を行うペルチェ制御部１０２を備える。制御部１００の処理として、予熱工程と、予熱工程が完了後に行われる温度制御工程とを有する。
蓄熱材１５には、第１の温度センサ１０３が配置され、第１の温度センサ１０３は、検出信号をヒーター制御部１０４に供給する。ヒーター制御部１０４は、第１の温度センサ１０３からの信号を参照しつつ、蓄熱材１５が目的の予熱温度となるまで予熱ヒーター１３に通電を行う。この通電は、温度制御を実行する温度制御工程の前に行われる。すなわち、予熱ヒーター１３に通電するのは、温度制御対象Ａの加熱と吸熱を繰り返す前に、蓄熱材ヒートシンク１１を室温から制御温度範囲まで予熱する予熱工程においてであり、温度制御対象Ａの加熱と吸熱を繰り返す温度制御工程において予熱ヒーター１３に通電しない。これは、無駄な通電を防止するためである。 (Control part)
Moreover, as shown in FIG. The
A
また、ヒートスプレッダ１２の温度を検出する第２の温度センサ１０１を有する。第２の温度センサ１０１は、検出信号をペルチェ制御部１０２に供給する。ペルチェ制御部１０２では、ヒートスプレッダ１２の温度を温度制御対象Ａの温度とみなして、ペルチェ素子１０を電流をフィードバック制御する。
即ち、制御部１００は、まず作動すると、予熱工程として、蓄熱材１５を室温から制御温度範囲の下限温度に近い蓄熱初期温度である予熱温度まで予熱する。蓄熱材１５が予熱温度になったことを検知したら、ヒーター１３への通電を停止して予熱を終了する。
予熱工程が終了したら、ペルチェ制御部１０２を起動して、第２の温度センサ１０１の温度を参照しながら、予め設定した制御温度範囲及び時間間隔で、温度制御対象Ａを加熱および吸熱するサイクルを予め設定した時間間隔で予め設定した回数繰り返すように、ペルチェ素子１０に対し電流制御を実行する。 Moreover, it has the2nd temperature sensor 101 which detects the temperature of the heat spreader 12. FIG. The second temperature sensor 101 supplies a detection signal to the Peltier control unit 102. The Peltier control unit 102 regards the temperature of the heat spreader 12 as the temperature of the temperature control object A, and feedback-controls the current of the Peltier element 10.
That is, when thecontrol unit 100 first operates, as a preheating step, the control unit 100 preheats the heat storage material 15 from room temperature to a preheat temperature that is a heat storage initial temperature close to the lower limit temperature of the control temperature range. When it is detected that the heat storage material 15 has reached the preheating temperature, the energization to the heater 13 is stopped and the preheating is finished.
When the preheating process is completed, thePeltier control unit 102 is activated, and a cycle for heating and absorbing the temperature control object A in a preset control temperature range and time interval while referring to the temperature of the second temperature sensor 101 is performed. Current control is performed on the Peltier element 10 so as to repeat a preset number of times at preset time intervals.
即ち、制御部１００は、まず作動すると、予熱工程として、蓄熱材１５を室温から制御温度範囲の下限温度に近い蓄熱初期温度である予熱温度まで予熱する。蓄熱材１５が予熱温度になったことを検知したら、ヒーター１３への通電を停止して予熱を終了する。
予熱工程が終了したら、ペルチェ制御部１０２を起動して、第２の温度センサ１０１の温度を参照しながら、予め設定した制御温度範囲及び時間間隔で、温度制御対象Ａを加熱および吸熱するサイクルを予め設定した時間間隔で予め設定した回数繰り返すように、ペルチェ素子１０に対し電流制御を実行する。 Moreover, it has the
That is, when the
When the preheating process is completed, the
（温度制御装置の配置例）
次に、温度制御対象Ａを加熱制御する際の温度制御装置の配置構造の例を説明する。
本実施形態では、図３に示すように、上記説明した温度制御装置１，２を２組用意し、それぞれのヒートスプレッダ１２を対向するようにして基台４に取り付けられている。本実施形態では、２組の温度制御装置１，２を上下で対向させる場合で例示するが、横方向などで対向するように配置しても良い。
基台４は、上下で対向する底面部４ａと天井部４ｂと備え、更に底面部４ａと天井部４ｂとを繋いで連結する支持部４ｃを有する。 (Temperature control device layout example)
Next, an example of the arrangement structure of the temperature control device when the temperature control object A is heated and controlled will be described.
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, two sets of the temperature control devices 1 and 2 described above are prepared and attached to the base 4 so that the heat spreaders 12 face each other. In this embodiment, the case where two sets of temperature control devices 1 and 2 are opposed to each other is illustrated, but they may be arranged to oppose each other in the horizontal direction.
The base 4 includes abottom surface portion 4a and a ceiling portion 4b that are vertically opposed to each other, and further includes a support portion 4c that connects and connects the bottom surface portion 4a and the ceiling portion 4b.
次に、温度制御対象Ａを加熱制御する際の温度制御装置の配置構造の例を説明する。
本実施形態では、図３に示すように、上記説明した温度制御装置１，２を２組用意し、それぞれのヒートスプレッダ１２を対向するようにして基台４に取り付けられている。本実施形態では、２組の温度制御装置１，２を上下で対向させる場合で例示するが、横方向などで対向するように配置しても良い。
基台４は、上下で対向する底面部４ａと天井部４ｂと備え、更に底面部４ａと天井部４ｂとを繋いで連結する支持部４ｃを有する。 (Temperature control device layout example)
Next, an example of the arrangement structure of the temperature control device when the temperature control object A is heated and controlled will be described.
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, two sets of the
The base 4 includes a
一方（下側）の温度制御装置１は、断熱材１４側を下方に向けた状態で、基台４の底面部４ａの上面に固定されている。
他方（上側）の温度制御装置２は、ねじ送り機構からなる加圧機構を介して天井部４ｂに支持されている。加圧機構は、他方の温度制御装置２を昇降（一方の温度制御装置１に接近・離脱）させる装置である。
加圧機構は、天井部４ｂに形成された雌ねじ部（不図示）に螺合する雄ねじ部３を備える。図３では、一つの雄ねじ部３だけが図示されているが、紙面直交方向に離隔して２本の雄ねじ部３が設けられている。そして、２本の雄ねじ部３の下端部に他方の温度制御装置２が取り付けられている。 One (lower)temperature control device 1 is fixed to the upper surface of the bottom surface portion 4a of the base 4 with the heat insulating material 14 facing downward.
The other (upper)temperature control device 2 is supported by the ceiling portion 4b via a pressurizing mechanism including a screw feed mechanism. The pressurizing mechanism is a device that moves the other temperature control device 2 up and down (approaches and leaves the one temperature control device 1).
The pressure mechanism includes amale screw portion 3 that is screwed into a female screw portion (not shown) formed in the ceiling portion 4b. In FIG. 3, only one male screw portion 3 is shown, but two male screw portions 3 are provided apart from each other in the direction orthogonal to the paper surface. The other temperature control device 2 is attached to the lower end portions of the two male screw portions 3.
他方（上側）の温度制御装置２は、ねじ送り機構からなる加圧機構を介して天井部４ｂに支持されている。加圧機構は、他方の温度制御装置２を昇降（一方の温度制御装置１に接近・離脱）させる装置である。
加圧機構は、天井部４ｂに形成された雌ねじ部（不図示）に螺合する雄ねじ部３を備える。図３では、一つの雄ねじ部３だけが図示されているが、紙面直交方向に離隔して２本の雄ねじ部３が設けられている。そして、２本の雄ねじ部３の下端部に他方の温度制御装置２が取り付けられている。 One (lower)
The other (upper)
The pressure mechanism includes a
なお、雄ねじ部３の軸回転に対して温度制御装置２が回転しないようにして、各雄ねじ部３の下端部を温度制御装置２に取付ける。雄ねじ部３にモータを接続しておき、制御部１００からの指令でモータを駆動して昇降するように構成しても良い。この場合、ロードセルなどの圧力センサを設けて、挟み込んだときの押し付け圧が所定値になるようにフィードバック制御などで昇降を調整するようにしても良い。
加圧機構は、図に示すねじ式以外でも、温度制御装置１と温度制御装置２で、温度制御対象Ａを適正に挟み込むことができる機構であればよい。例えば、モーターと歯車を組合わせたもの、モーターと歯車と無端ベルトを組合わせたもの、リンク機構を用いたもの、バネなどの弾性体を用いたもの、油圧、空気圧等の流体圧駆動のものが挙げられる。 Thetemperature control device 2 is attached to the temperature control device 2 so that the temperature control device 2 does not rotate with respect to the shaft rotation of the male screw portion 3. A motor may be connected to the male screw portion 3, and the motor may be driven up and down by a command from the control unit 100. In this case, a pressure sensor such as a load cell may be provided, and the elevation may be adjusted by feedback control or the like so that the pressing pressure when sandwiched becomes a predetermined value.
The pressurizing mechanism may be a mechanism that can appropriately sandwich the temperature control object A between thetemperature control device 1 and the temperature control device 2 other than the screw type shown in the drawing. For example, a combination of a motor and a gear, a combination of a motor, a gear and an endless belt, a link mechanism, a spring or other elastic body, a hydraulic pressure or a fluid pressure drive Is mentioned.
加圧機構は、図に示すねじ式以外でも、温度制御装置１と温度制御装置２で、温度制御対象Ａを適正に挟み込むことができる機構であればよい。例えば、モーターと歯車を組合わせたもの、モーターと歯車と無端ベルトを組合わせたもの、リンク機構を用いたもの、バネなどの弾性体を用いたもの、油圧、空気圧等の流体圧駆動のものが挙げられる。 The
The pressurizing mechanism may be a mechanism that can appropriately sandwich the temperature control object A between the
そして、一方の温度制御装置１のヒートスプレッダ１２の上に温度制御対象Ａを載置し、加圧機構を操作して、上側に位置する他方の温度制御装置２を下降させて、図４のように、対向する２つのヒートスプレッダ１２で温度制御対象Ａを挟み込む。このとき、所定圧力で加圧するように、他方の温度制御装置２を下降させる。加圧状態とすることで、上下の温度制御装置１，２と温度制御対象Ａの間の接触熱抵抗を低減させた状態で温度制御が可能となる。
この状態で、制御部１００を作動して、上述の余熱、及び温度制御対象Ａに対する加熱および吸熱するサイクルを予め設定した回数繰り返すための電流制御を実施する。 Then, the temperature control object A is placed on theheat spreader 12 of one temperature control device 1, the pressure mechanism is operated, and the other temperature control device 2 located on the upper side is lowered, as shown in FIG. In addition, the temperature control object A is sandwiched between the two heat spreaders 12 facing each other. At this time, the other temperature control device 2 is lowered so as to pressurize at a predetermined pressure. By setting it as a pressurization state, temperature control becomes possible in the state which reduced the contact thermal resistance between the upper and lower temperature control apparatuses 1 and 2 and the temperature control object A.
In this state, thecontrol unit 100 is operated, and current control for repeating the above-described remaining heat and a cycle of heating and absorbing heat with respect to the temperature control target A is performed a predetermined number of times.
この状態で、制御部１００を作動して、上述の余熱、及び温度制御対象Ａに対する加熱および吸熱するサイクルを予め設定した回数繰り返すための電流制御を実施する。 Then, the temperature control object A is placed on the
In this state, the
（動作その他）
ここで、ペルチェ素子１０の吸加熱量Ｑは、ペルチェ素子１０への入力電流をＩｉｎ、ペルチェ素子１０の両面の温度差をΔＴとすると、下記の（１）式で表すことができる。
Ｑ ＝ α・Ｉｉｎ ＋（１／２）・Ｒ・Ｉｉｎ ２ －Ｌ・ΔＴ ・・・（１）
ここで、
α：ペルチェ係数
Ｒ：電気抵抗
１／Ｌ：熱抵抗（ペルチェ素子１０に固有の値）
である。 (Operation other)
Here, the amount of heat Q absorbed by thePeltier element 10 can be expressed by the following equation (1), where I in is the input current to the Peltier element 10 and ΔT is the temperature difference between both sides of the Peltier element 10.
Q = α · I in + (1/2) · R · I in 2 −L · ΔT (1)
here,
α: Peltier coefficient R:Electric resistance 1 / L: Thermal resistance (value inherent to Peltier element 10)
It is.
ここで、ペルチェ素子１０の吸加熱量Ｑは、ペルチェ素子１０への入力電流をＩｉｎ、ペルチェ素子１０の両面の温度差をΔＴとすると、下記の（１）式で表すことができる。
Ｑ ＝ α・Ｉｉｎ ＋（１／２）・Ｒ・Ｉｉｎ ２ －Ｌ・ΔＴ ・・・（１）
ここで、
α：ペルチェ係数
Ｒ：電気抵抗
１／Ｌ：熱抵抗（ペルチェ素子１０に固有の値）
である。 (Operation other)
Here, the amount of heat Q absorbed by the
Q = α · I in + (1/2) · R · I in 2 −L · ΔT (1)
here,
α: Peltier coefficient R:
It is.
（１）式における、右辺の第１項は、ペルチェ素子１０の一方の面から他方の面へのペルチェ効果による熱移動量であり、第２項は、電流を流すことによるペルチェ素子１０自体からの発熱であり、第３項は、ペルチェ素子１０の両面の温度差に伴う熱伝導である。
本実施形態において、３つの項は比較し得る大きさとなり、これらの項の効果により温度制御対象Ａの温度が増減する。従来から、ペルチェ素子１０への入力電流Ｉｉｎは積極的に制御されてきたが、加熱と吸熱を繰り返す用途において、ペルチェ素子１０の両面の温度差ΔＴは積極的に制御されていなかった。 In the equation (1), the first term on the right-hand side is the amount of heat transfer due to the Peltier effect from one surface of thePeltier element 10 to the other surface, and the second term is from the Peltier element 10 itself caused by flowing current. The third term is the heat conduction associated with the temperature difference between the two surfaces of the Peltier element 10.
In the present embodiment, the three terms have comparable sizes, and the temperature of the temperature control object A increases or decreases due to the effects of these terms. Conventionally, the input current I in to thePeltier element 10 has been positively controlled, but the temperature difference ΔT between the two surfaces of the Peltier element 10 has not been positively controlled in applications where heating and heat absorption are repeated.
本実施形態において、３つの項は比較し得る大きさとなり、これらの項の効果により温度制御対象Ａの温度が増減する。従来から、ペルチェ素子１０への入力電流Ｉｉｎは積極的に制御されてきたが、加熱と吸熱を繰り返す用途において、ペルチェ素子１０の両面の温度差ΔＴは積極的に制御されていなかった。 In the equation (1), the first term on the right-hand side is the amount of heat transfer due to the Peltier effect from one surface of the
In the present embodiment, the three terms have comparable sizes, and the temperature of the temperature control object A increases or decreases due to the effects of these terms. Conventionally, the input current I in to the
すなわち、図５（ａ）のように、汲み上げる温度差が大きいほど、ペルチェ素子１０に通電する電流を大電流とすることが必要となる。図５（ａ）は、空冷ヒートシンクを使用した場合を想定している。
これに対し、本実施形態では、ペルチェ素子１０の第２の面１０ｂに予熱した蓄熱材１５を配置することで、図５（ｂ）のように、ペルチェ両面の温度差を小さくすることが出来る。このため、温度制御のためにペルチェ素子１０に通電する電流を小さく出来ると共に、加熱、吸熱の際の温度変化の立上りを早くすることが出来る。またペルチェ素子１０への通電が小さい場合、ペルチェ素子１０が発生する熱もその分小さくなる。すなわち、温度制御中にペルチェ素子１０の両面の温度差が小さくなり、ペルチェ素子１０を少ない入力電力で駆動できることから、温度制御のためのエネルギー効率が上がる。 That is, as shown in FIG. 5A, it is necessary to increase the current flowing through thePeltier element 10 as the temperature difference to be pumped increases. FIG. 5A assumes the case where an air-cooled heat sink is used.
On the other hand, in this embodiment, by arranging the preheatedheat storage material 15 on the second surface 10b of the Peltier element 10, as shown in FIG. 5B, the temperature difference between the Peltier surfaces can be reduced. . For this reason, the current supplied to the Peltier element 10 for temperature control can be reduced, and the rise in temperature change during heating and heat absorption can be accelerated. Further, when the energization to the Peltier element 10 is small, the heat generated by the Peltier element 10 is also reduced accordingly. That is, the temperature difference between both surfaces of the Peltier element 10 is reduced during temperature control, and the Peltier element 10 can be driven with less input power, so that energy efficiency for temperature control is increased.
これに対し、本実施形態では、ペルチェ素子１０の第２の面１０ｂに予熱した蓄熱材１５を配置することで、図５（ｂ）のように、ペルチェ両面の温度差を小さくすることが出来る。このため、温度制御のためにペルチェ素子１０に通電する電流を小さく出来ると共に、加熱、吸熱の際の温度変化の立上りを早くすることが出来る。またペルチェ素子１０への通電が小さい場合、ペルチェ素子１０が発生する熱もその分小さくなる。すなわち、温度制御中にペルチェ素子１０の両面の温度差が小さくなり、ペルチェ素子１０を少ない入力電力で駆動できることから、温度制御のためのエネルギー効率が上がる。 That is, as shown in FIG. 5A, it is necessary to increase the current flowing through the
On the other hand, in this embodiment, by arranging the preheated
更に、本実施形態の温度制御装置では、蓄熱材１５として、制御温度範囲内に相変化温度が設定された潜熱式の蓄熱材１５を採用する。
この構成によれば、蓄熱材１５における一番蓄熱密度の良い温度範囲及びその近傍で、当該蓄熱材１５を使用出来るようになるため、装置を小型化できたり、蓄熱材１５への熱の吸収や放熱を、余裕の蓄熱容量を持って実行可能に設定したり出来る。
ここで、上述の特許文献１の方法では、液体循環式ヒートシンクの温度を変えるために、流す液体それぞれの温調機構と、液体を切り替える可動機構とが必要になり、構造が複雑かつ装置が大型となる。また、系全体を流れる液体を別に温度調整するため、エネルギー効率が低くなる。 Furthermore, in the temperature control apparatus of this embodiment, the latent heat typeheat storage material 15 in which the phase change temperature is set within the control temperature range is employed as the heat storage material 15.
According to this configuration, since theheat storage material 15 can be used in the temperature range where the heat storage density of the heat storage material 15 is the best and in the vicinity thereof, the apparatus can be downsized and the heat storage material 15 can absorb heat. And heat dissipation can be set to be executable with a sufficient heat storage capacity.
Here, in the method of the above-mentionedpatent document 1, in order to change the temperature of the liquid circulation heat sink, a temperature control mechanism for each of the flowing liquids and a movable mechanism for switching the liquids are required, the structure is complicated, and the apparatus is large. It becomes. Moreover, since the temperature of the liquid flowing through the entire system is adjusted separately, energy efficiency is lowered.
この構成によれば、蓄熱材１５における一番蓄熱密度の良い温度範囲及びその近傍で、当該蓄熱材１５を使用出来るようになるため、装置を小型化できたり、蓄熱材１５への熱の吸収や放熱を、余裕の蓄熱容量を持って実行可能に設定したり出来る。
ここで、上述の特許文献１の方法では、液体循環式ヒートシンクの温度を変えるために、流す液体それぞれの温調機構と、液体を切り替える可動機構とが必要になり、構造が複雑かつ装置が大型となる。また、系全体を流れる液体を別に温度調整するため、エネルギー効率が低くなる。 Furthermore, in the temperature control apparatus of this embodiment, the latent heat type
According to this configuration, since the
Here, in the method of the above-mentioned
また、本実施形態の温度制御装置によれば、従来の温度制御装置のペルチェ素子１０の放熱面に設置されていた大型のフィンとファンに代わりに潜熱式の蓄熱材１５を使用することで、装置の大きさを小型化できる。また、ファンなどの機械的な駆動部が無いため静音性に優れている。
また、蓋部１８に対し蓄熱材１５内に埋入する複数の突起部１９を備える。
突起部１９を設けることで、蓄熱材１５と蓋部１８（熱伝達部）との接触面積が増加することから、蓄熱材１５とペルチェ素子１０との間の熱の授受が迅速且つ効率的に実行可能となる。 Further, according to the temperature control device of the present embodiment, by using the latent heat typeheat storage material 15 instead of the large fins and the fan installed on the heat radiation surface of the Peltier element 10 of the conventional temperature control device, The size of the device can be reduced. Moreover, since there is no mechanical drive part, such as a fan, it is excellent in silence.
In addition, a plurality ofprotrusions 19 embedded in the heat storage material 15 with respect to the lid 18 are provided.
Providing theprotrusion 19 increases the contact area between the heat storage material 15 and the lid 18 (heat transfer portion), so that heat transfer between the heat storage material 15 and the Peltier element 10 can be performed quickly and efficiently. It becomes executable.
また、蓋部１８に対し蓄熱材１５内に埋入する複数の突起部１９を備える。
突起部１９を設けることで、蓄熱材１５と蓋部１８（熱伝達部）との接触面積が増加することから、蓄熱材１５とペルチェ素子１０との間の熱の授受が迅速且つ効率的に実行可能となる。 Further, according to the temperature control device of the present embodiment, by using the latent heat type
In addition, a plurality of
Providing the
また、突起部１９の蓄熱材１５への埋入量Ｌが、蓄熱材１５の深Ｄさの半分以上に設定されている。
この構成によれば、蓋部１８から離れた位置にある蓄熱材１５の部分とも効率良く熱交換が可能となり、より有効に蓄熱材１５の蓄熱容量を使用出来る。
また、蓄熱材１５を温度制御する前に予熱するための予熱ヒーター１３を備える。
この構成によれば、温度制御前に蓄熱材１５を、室温よりも高くして、制御温度範囲若しくはその近傍に加熱可能となる。これによって、上述のように、ペルチェ素子１０を少ない入力電力で駆動できるため、温度制御のためのエネルギー効率が上がる。 Further, the amount L of theprotrusion 19 embedded in the heat storage material 15 is set to be half or more of the depth D of the heat storage material 15.
According to this configuration, it is possible to efficiently exchange heat with the portion of theheat storage material 15 located away from the lid portion 18, and the heat storage capacity of the heat storage material 15 can be used more effectively.
Moreover, thepreheater 13 for preheating before heat-controlling the heat storage material 15 is provided.
According to this configuration, theheat storage material 15 can be heated to the control temperature range or in the vicinity thereof by making the heat storage material 15 higher than room temperature before temperature control. As a result, as described above, the Peltier device 10 can be driven with a small input power, so that the energy efficiency for temperature control increases.
この構成によれば、蓋部１８から離れた位置にある蓄熱材１５の部分とも効率良く熱交換が可能となり、より有効に蓄熱材１５の蓄熱容量を使用出来る。
また、蓄熱材１５を温度制御する前に予熱するための予熱ヒーター１３を備える。
この構成によれば、温度制御前に蓄熱材１５を、室温よりも高くして、制御温度範囲若しくはその近傍に加熱可能となる。これによって、上述のように、ペルチェ素子１０を少ない入力電力で駆動できるため、温度制御のためのエネルギー効率が上がる。 Further, the amount L of the
According to this configuration, it is possible to efficiently exchange heat with the portion of the
Moreover, the
According to this configuration, the
蓄熱材１５は、温度制御前に、相変化温度よりも低い温度に予熱、例えば制御温度範囲以下の温度に予熱される。予熱温度は、室温よりも高く、制御温度範囲の下限値近傍が好ましい。更には、温度制御終了後の蓄熱材１５の温度が、制御温度範囲に収まると推定される範囲で、制御温度範囲の下限値に近い温度に設定することが好ましい。
ここで発明者は、最初、蓄熱材１５の予熱温度を制御温度範囲の中央値に設定して実験を行った。このとき、サイクル数が所定以上の場合に、蓄熱材１５の温度が制御温度範囲よりも高くなっていくことが分かった。すなわち、通電によって発生するペルチェ素子１０からの熱によって、蓄熱材１５の温度がサイクル変動を伴いつつ徐々に高くなることが分かった。このため、予熱温度を、室温よりも高く且つ相変化温度よりも低い温度、好ましくは制御温度範囲の下限値より低い温度に設定した。 Prior to temperature control, theheat storage material 15 is preheated to a temperature lower than the phase change temperature, for example, preheated to a temperature below the control temperature range. The preheating temperature is higher than room temperature and is preferably near the lower limit of the control temperature range. Furthermore, it is preferable to set the temperature of the heat storage material 15 after the temperature control to a temperature close to the lower limit value of the control temperature range in a range where the temperature is estimated to be within the control temperature range.
Here, the inventor first conducted an experiment by setting the preheating temperature of theheat storage material 15 to the median value of the control temperature range. At this time, it was found that the temperature of the heat storage material 15 becomes higher than the control temperature range when the number of cycles is equal to or greater than a predetermined number. That is, it has been found that the temperature of the heat storage material 15 gradually increases with cycle fluctuations due to the heat from the Peltier element 10 generated by energization. Therefore, the preheating temperature is set to a temperature higher than room temperature and lower than the phase change temperature, preferably lower than the lower limit value of the control temperature range.
ここで発明者は、最初、蓄熱材１５の予熱温度を制御温度範囲の中央値に設定して実験を行った。このとき、サイクル数が所定以上の場合に、蓄熱材１５の温度が制御温度範囲よりも高くなっていくことが分かった。すなわち、通電によって発生するペルチェ素子１０からの熱によって、蓄熱材１５の温度がサイクル変動を伴いつつ徐々に高くなることが分かった。このため、予熱温度を、室温よりも高く且つ相変化温度よりも低い温度、好ましくは制御温度範囲の下限値より低い温度に設定した。 Prior to temperature control, the
Here, the inventor first conducted an experiment by setting the preheating temperature of the
蓄熱材１５の具体的な予熱温度は、制御温度範囲と、サイクル数によって予め確認をして設定することができる。
このように、蓄熱材１５の初期温度を相変化温度以下に設定しておくことで、加熱、吸熱処理を行ううちに蓄熱材１５の温度は、その温度制御の時間の半分以上を制御温度範囲若しくはその近傍の温度となって、温度制御中にペルチェ素子１０の両面の温度差がより小さくなり、確実にペルチェ素子１０を少ない入力電力で駆動できるため、エネルギー効率が上がる。 The specific preheating temperature of theheat storage material 15 can be set by confirming in advance according to the control temperature range and the number of cycles.
In this way, by setting the initial temperature of theheat storage material 15 to be equal to or lower than the phase change temperature, the temperature of the heat storage material 15 is controlled within a control temperature range over half of the temperature control time during the heating and heat absorption heat treatment. Alternatively, the temperature is in the vicinity thereof, the temperature difference between both surfaces of the Peltier element 10 becomes smaller during temperature control, and the Peltier element 10 can be reliably driven with less input power, so that energy efficiency is improved.
このように、蓄熱材１５の初期温度を相変化温度以下に設定しておくことで、加熱、吸熱処理を行ううちに蓄熱材１５の温度は、その温度制御の時間の半分以上を制御温度範囲若しくはその近傍の温度となって、温度制御中にペルチェ素子１０の両面の温度差がより小さくなり、確実にペルチェ素子１０を少ない入力電力で駆動できるため、エネルギー効率が上がる。 The specific preheating temperature of the
In this way, by setting the initial temperature of the
蓄熱材１５の予熱温度を制御温度範囲内に設定しても良いが、制御温度範囲の下限値側に設定することが好ましい。
温度制御対象Ａを挟んで上記構成の温度制御装置１，２を一対使用する。
温度制御対象Ａに対し両側から温度調整することで、より反応良く温度制御対象Ａを温度制御することが可能となる。
ここで、一つの温度制御装置１で温度制御対象Ａを温度制御しても良い。例えば、図３の装置構成において、他方の温度制御装置２の代わりに、金属板や断熱材１４などの押付け板を加圧機構に取り付けて、その押付け板と一方の温度制御装置１で温度制御対象Ａを挟み込んで温度制御するような装置構成としても良い。
このような場合でも、温度制御時に機械的な駆動部が無いので、静音且つ装置の小型化が図れる。 Although the preheating temperature of theheat storage material 15 may be set within the control temperature range, it is preferably set to the lower limit side of the control temperature range.
A pair of temperature control apparatuses 1 and 2 having the above-described configuration is used with the temperature control target A interposed therebetween.
By adjusting the temperature of the temperature control object A from both sides, the temperature control object A can be temperature-controlled with better response.
Here, the temperature control object A may be temperature controlled by onetemperature control device 1. For example, in the apparatus configuration of FIG. 3, instead of the other temperature control device 2, a pressing plate such as a metal plate or a heat insulating material 14 is attached to the pressurizing mechanism, and the temperature control is performed by the pressing plate and one temperature control device 1. It is good also as an apparatus structure which inserts the object A and controls temperature.
Even in such a case, since there is no mechanical drive unit at the time of temperature control, it is possible to achieve quietness and downsizing of the apparatus.
温度制御対象Ａを挟んで上記構成の温度制御装置１，２を一対使用する。
温度制御対象Ａに対し両側から温度調整することで、より反応良く温度制御対象Ａを温度制御することが可能となる。
ここで、一つの温度制御装置１で温度制御対象Ａを温度制御しても良い。例えば、図３の装置構成において、他方の温度制御装置２の代わりに、金属板や断熱材１４などの押付け板を加圧機構に取り付けて、その押付け板と一方の温度制御装置１で温度制御対象Ａを挟み込んで温度制御するような装置構成としても良い。
このような場合でも、温度制御時に機械的な駆動部が無いので、静音且つ装置の小型化が図れる。 Although the preheating temperature of the
A pair of
By adjusting the temperature of the temperature control object A from both sides, the temperature control object A can be temperature-controlled with better response.
Here, the temperature control object A may be temperature controlled by one
Even in such a case, since there is no mechanical drive unit at the time of temperature control, it is possible to achieve quietness and downsizing of the apparatus.
また、２組の温度制御装置１，２のうちの一方の装置のヒートシンクとして、従来のような空冷式のヒートシンクを採用した装置構成としても良い。
蓄熱材１５には、放熱用の熱伝達体（側面部１７ａ）が接触している。
この構成によれば、蓄熱材１５からの放熱が促進することで、温度制御時の蓄熱材１５の温度上昇をその分、抑制することが可能となり、蓄熱材１５の予熱温度を制御温度範囲内若しくはその近傍に近づけることが出来る。フィン状の放熱板を、容器部１７の側面部１７ａに別途取り付けても良い。 Moreover, it is good also as an apparatus structure which employ | adopted the conventional air-cooling type heat sink as a heat sink of one apparatus of two sets of temperature control apparatuses 1 and 2. FIG.
Theheat storage material 15 is in contact with a heat transfer body (side surface portion 17a) for heat dissipation.
According to this configuration, by promoting heat dissipation from theheat storage material 15, it is possible to suppress the temperature increase of the heat storage material 15 during temperature control, and the preheating temperature of the heat storage material 15 is within the control temperature range. Or it can be brought close to the vicinity. A fin-like heat sink may be separately attached to the side surface portion 17 a of the container portion 17.
蓄熱材１５には、放熱用の熱伝達体（側面部１７ａ）が接触している。
この構成によれば、蓄熱材１５からの放熱が促進することで、温度制御時の蓄熱材１５の温度上昇をその分、抑制することが可能となり、蓄熱材１５の予熱温度を制御温度範囲内若しくはその近傍に近づけることが出来る。フィン状の放熱板を、容器部１７の側面部１７ａに別途取り付けても良い。 Moreover, it is good also as an apparatus structure which employ | adopted the conventional air-cooling type heat sink as a heat sink of one apparatus of two sets of
The
According to this configuration, by promoting heat dissipation from the
以上のように、ペルチェ素子１０を用いて、加熱および吸熱を繰り返す温度制御装置に利用できる。特に、ＰＣＲ工程の後に増幅産物を４℃保存する必要がなく、温度設定の汎用性よりサイズや消費電力が優先される、全自動の遺伝子解析装置にも利用できる。
ここで、本実施形態の温度制御装置１，２は、ＰＣＲ用に特定されず、患者のベッド近傍での温度制御や、ワインセラーのように空冷ファンの振動除去の要請が高い状態での吸熱用途に好適である。 As described above, thePeltier element 10 can be used for a temperature control device that repeats heating and heat absorption. In particular, it is not necessary to store the amplified product at 4 ° C. after the PCR process, and it can be used for a fully automatic gene analysis apparatus in which size and power consumption are prioritized over the versatility of temperature setting.
Here, the temperature control devices 1 and 2 of the present embodiment are not specified for PCR, and are endothermic when there is a high demand for temperature control near the patient's bed and vibration removal of the air cooling fan as in a wine cellar. Suitable for use.
ここで、本実施形態の温度制御装置１，２は、ＰＣＲ用に特定されず、患者のベッド近傍での温度制御や、ワインセラーのように空冷ファンの振動除去の要請が高い状態での吸熱用途に好適である。 As described above, the
Here, the
以下、本発明の実施例について説明する。
＜第１の実施例＞
第１の実施例の温度制御装置として、実施形態で説明した装置（図４）に示す装置を使用した。また比較のために、比較例として、図６に示すような温度制御装置を使用した。比較例の温度制御装置は、蓄熱材ヒートシンク１１の代わりに、フィン及びファンからなる空冷式のヒートシンクを採用している。
温度制御対象Ａは、特許第５００３８４５号に記載の、内部に２３個の反応槽が設けられた遺伝子解析チップとした。遺伝子解析チップは、反応を阻害しないためにポリプロピレンで作製されており、直径７５ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板状の外形をしており、各反応槽は円板の最外周部分に並んで設けられている。各反応槽は、略円柱状の形状となっている。ヒートスプレッダ１２は、それぞれの反応槽に等しく温度をかけるために、形状を遺伝子解析チップの外形に合わせて、熱伝導性の良いアルミ合金で作製した。
温度制御対象の温度は、任意の５つの反応槽に熱電対を差し込む穴をあけ、反応槽内に熱電対を設置し、各反応槽には生化学試験用の水を満たし、反応槽内の温度を記録した。 Examples of the present invention will be described below.
<First embodiment>
As the temperature control device of the first example, the device described in the embodiment (FIG. 4) was used. For comparison, a temperature control device as shown in FIG. 6 was used as a comparative example. The temperature control device of the comparative example employs an air-cooled heat sink composed of fins and a fan instead of the heat storagematerial heat sink 11.
The temperature control object A was a gene analysis chip described in Japanese Patent No. 5003845, in which 23 reaction vessels were provided. The gene analysis chip is made of polypropylene so as not to inhibit the reaction, has a disk-like outer shape with a diameter of 75 mm and a thickness of 2 mm, and each reaction tank is provided along the outermost periphery of the disk. ing. Each reaction tank has a substantially cylindrical shape. Theheat spreader 12 was made of an aluminum alloy having a good thermal conductivity in accordance with the outer shape of the gene analysis chip in order to apply the same temperature to each reaction vessel.
The temperature to be controlled is controlled by opening holes for inserting thermocouples in any of the five reaction vessels, installing thermocouples in the reaction vessels, filling each reaction vessel with water for biochemical tests, The temperature was recorded.
＜第１の実施例＞
第１の実施例の温度制御装置として、実施形態で説明した装置（図４）に示す装置を使用した。また比較のために、比較例として、図６に示すような温度制御装置を使用した。比較例の温度制御装置は、蓄熱材ヒートシンク１１の代わりに、フィン及びファンからなる空冷式のヒートシンクを採用している。
温度制御対象Ａは、特許第５００３８４５号に記載の、内部に２３個の反応槽が設けられた遺伝子解析チップとした。遺伝子解析チップは、反応を阻害しないためにポリプロピレンで作製されており、直径７５ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板状の外形をしており、各反応槽は円板の最外周部分に並んで設けられている。各反応槽は、略円柱状の形状となっている。ヒートスプレッダ１２は、それぞれの反応槽に等しく温度をかけるために、形状を遺伝子解析チップの外形に合わせて、熱伝導性の良いアルミ合金で作製した。
温度制御対象の温度は、任意の５つの反応槽に熱電対を差し込む穴をあけ、反応槽内に熱電対を設置し、各反応槽には生化学試験用の水を満たし、反応槽内の温度を記録した。 Examples of the present invention will be described below.
<First embodiment>
As the temperature control device of the first example, the device described in the embodiment (FIG. 4) was used. For comparison, a temperature control device as shown in FIG. 6 was used as a comparative example. The temperature control device of the comparative example employs an air-cooled heat sink composed of fins and a fan instead of the heat storage
The temperature control object A was a gene analysis chip described in Japanese Patent No. 5003845, in which 23 reaction vessels were provided. The gene analysis chip is made of polypropylene so as not to inhibit the reaction, has a disk-like outer shape with a diameter of 75 mm and a thickness of 2 mm, and each reaction tank is provided along the outermost periphery of the disk. ing. Each reaction tank has a substantially cylindrical shape. The
The temperature to be controlled is controlled by opening holes for inserting thermocouples in any of the five reaction vessels, installing thermocouples in the reaction vessels, filling each reaction vessel with water for biochemical tests, The temperature was recorded.
（実施例の装置）
ペルチェ素子１０として、フェローテック社９５０１／２４２／１６０ＢＳを用いた。
蓄熱材１５としては、パラフィン（ＪＳＲ社Ｃａｌｇｒｉｐ）を用いた。この蓄熱材１５は、パラフィンの熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）と低いため、伝熱促進のために、蓄熱材容器１６は、熱伝導率が３９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高いタフピッチ銅合金で作製し、蓋部１８に、直径４ｍｍ、高さ１４ｍｍのピン（突起部１９）を７３本設けた。蓄熱材１５の相変化温度は、約７２℃である。
ここで、蓄熱材容器１６の外形サイズは、幅８０ｍｍ、奥行８０ｍｍ、深さ２０ｍｍである。蓄熱材容器１６と断熱材１４を合わせた高さは４１ｍｍである。この実施例は、ピンを断熱材１４の深さ方向に１４ｍｍ埋入した例である。 (Example device)
AsPeltier element 10, 9501/242 / 160BS manufactured by Ferrotec Corporation was used.
As theheat storage material 15, paraffin (JSR Corp. Calgrip) was used. Since this heat storage material 15 has a low paraffin thermal conductivity of 0.2 W / (m · K), in order to promote heat transfer, the heat storage material container 16 has a heat conductivity of 390 W / (m · K). The lid 18 was made of a high tough pitch copper alloy, and 73 pins (projections 19) having a diameter of 4 mm and a height of 14 mm were provided. The phase change temperature of the heat storage material 15 is about 72 ° C.
Here, the outer size of the heatstorage material container 16 is 80 mm wide, 80 mm deep, and 20 mm deep. The total height of the heat storage material container 16 and the heat insulating material 14 is 41 mm. In this embodiment, the pins are embedded 14 mm in the depth direction of the heat insulating material 14.
ペルチェ素子１０として、フェローテック社９５０１／２４２／１６０ＢＳを用いた。
蓄熱材１５としては、パラフィン（ＪＳＲ社Ｃａｌｇｒｉｐ）を用いた。この蓄熱材１５は、パラフィンの熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）と低いため、伝熱促進のために、蓄熱材容器１６は、熱伝導率が３９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高いタフピッチ銅合金で作製し、蓋部１８に、直径４ｍｍ、高さ１４ｍｍのピン（突起部１９）を７３本設けた。蓄熱材１５の相変化温度は、約７２℃である。
ここで、蓄熱材容器１６の外形サイズは、幅８０ｍｍ、奥行８０ｍｍ、深さ２０ｍｍである。蓄熱材容器１６と断熱材１４を合わせた高さは４１ｍｍである。この実施例は、ピンを断熱材１４の深さ方向に１４ｍｍ埋入した例である。 (Example device)
As
As the
Here, the outer size of the heat
（比較例の装置）
図６は、温度制御対象Ａをセットした状態における、比較例の温度制御装置の構成を示す概略断面図である。ペルチェ素子１０の放熱側（第２の面１０ｂ）には、空冷ヒートシンクが配置されている。空冷ヒートシンクは、フィン５１、ファン５２から構成されている。空冷ヒートシンクの高さは１１０ｍｍである。 (Comparative device)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a temperature control device of a comparative example in a state where the temperature control object A is set. An air-cooled heat sink is disposed on the heat dissipation side (second surface 10 b) of the Peltier element 10. The air-cooled heat sink is composed of fins 51 and fans 52. The height of the air-cooled heat sink is 110 mm.
図６は、温度制御対象Ａをセットした状態における、比較例の温度制御装置の構成を示す概略断面図である。ペルチェ素子１０の放熱側（第２の面１０ｂ）には、空冷ヒートシンクが配置されている。空冷ヒートシンクは、フィン５１、ファン５２から構成されている。空冷ヒートシンクの高さは１１０ｍｍである。 (Comparative device)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a temperature control device of a comparative example in a state where the temperature control object A is set. An air-cooled heat sink is disposed on the heat dissipation side (
（温度制御方法）
実施例及び比較例ともに、それぞれの反応槽においてＰＣＲ増幅を行うための条件として、遺伝子解析チップに対して、所定時間間隔毎に９０℃への加熱と７０℃への吸熱を３０サイクル繰り返した。
すなわち、温度センサの検出値に基づきフィードバック制御によって、第２の温度センサの温度が９０℃となるよう加熱制御のための通電を実施し、所定時間経過後に、電流の向きを変更して、第２の温度センサの温度が７０℃となるように吸熱制御のための通電を実施した。これを３０サイクル繰り返した。
なお、蓄熱材１５の予熱は、制御温度範囲である７０℃～９０℃の範囲より低めの６０℃とした。 (Temperature control method)
In both the examples and comparative examples, as a condition for performing PCR amplification in each reaction vessel, heating to 90 ° C. and endotherm to 70 ° C. were repeated 30 cycles at predetermined time intervals for the gene analysis chip.
That is, energization for heating control is performed by feedback control based on the detection value of the temperature sensor so that the temperature of the second temperature sensor becomes 90 ° C., and after a predetermined time has elapsed, the direction of the current is changed, Energization for heat absorption control was performed so that the temperature of the temperature sensor No. 2 was 70 ° C. This was repeated for 30 cycles.
The preheating of theheat storage material 15 was set to 60 ° C., which is lower than the control temperature range of 70 ° C. to 90 ° C.
実施例及び比較例ともに、それぞれの反応槽においてＰＣＲ増幅を行うための条件として、遺伝子解析チップに対して、所定時間間隔毎に９０℃への加熱と７０℃への吸熱を３０サイクル繰り返した。
すなわち、温度センサの検出値に基づきフィードバック制御によって、第２の温度センサの温度が９０℃となるよう加熱制御のための通電を実施し、所定時間経過後に、電流の向きを変更して、第２の温度センサの温度が７０℃となるように吸熱制御のための通電を実施した。これを３０サイクル繰り返した。
なお、蓄熱材１５の予熱は、制御温度範囲である７０℃～９０℃の範囲より低めの６０℃とした。 (Temperature control method)
In both the examples and comparative examples, as a condition for performing PCR amplification in each reaction vessel, heating to 90 ° C. and endotherm to 70 ° C. were repeated 30 cycles at predetermined time intervals for the gene analysis chip.
That is, energization for heating control is performed by feedback control based on the detection value of the temperature sensor so that the temperature of the second temperature sensor becomes 90 ° C., and after a predetermined time has elapsed, the direction of the current is changed, Energization for heat absorption control was performed so that the temperature of the temperature sensor No. 2 was 70 ° C. This was repeated for 30 cycles.
The preheating of the
（温度制御結果）
図７は、上記の温度制御方法で、実施例の温度制御装置の駆動時における、ペルチェ素子１０への入力電力の時間変化と温度の時間変化とを表すグラフの一部である。
図８は、上記の温度制御方法で、比較例の温度制御装置の駆動時における、ペルチェ素子１０への入力電力の時間変化と温度の時間変化とを表すグラフの一部である。
また図７及び図８に電力が示されているが、温度上昇時と温度下降時では電流の向きが逆に制御されている。また、図７及び図８のグラフは、上下の温度制御装置への両方の蓄熱材の温度のグラフを重ねて記載しているが、ヒートスプレッダの温度については、グラフを分かり易くするため、上側の温度制御対象側の計測値を記載している。
温度制御対象の温度は、上記に示す測定を行った５つのウェルのうち、１つのウェル温度を代表として図７及び図８に記載している。 (Temperature control result)
FIG. 7 is a part of a graph showing the time change of the input power to thePeltier element 10 and the time change of the temperature when the temperature control device of the example is driven in the above temperature control method.
FIG. 8 is a part of a graph showing the time change of the input power to thePeltier element 10 and the time change of the temperature when the temperature control device of the comparative example is driven in the above temperature control method.
Moreover, although electric power is shown by FIG.7 and FIG.8, the direction of an electric current is controlled reversely at the time of temperature rise and temperature fall. Moreover, although the graph of FIG.7 and FIG.8 has overlapped and described the graph of the temperature of both the thermal storage materials to the upper and lower temperature control apparatuses, about the temperature of a heat spreader, in order to make a graph intelligible, an upper side is shown. The measured value on the temperature control target side is described.
The temperature to be controlled is described in FIGS. 7 and 8 with one well temperature as a representative of the five wells subjected to the measurement described above.
図７は、上記の温度制御方法で、実施例の温度制御装置の駆動時における、ペルチェ素子１０への入力電力の時間変化と温度の時間変化とを表すグラフの一部である。
図８は、上記の温度制御方法で、比較例の温度制御装置の駆動時における、ペルチェ素子１０への入力電力の時間変化と温度の時間変化とを表すグラフの一部である。
また図７及び図８に電力が示されているが、温度上昇時と温度下降時では電流の向きが逆に制御されている。また、図７及び図８のグラフは、上下の温度制御装置への両方の蓄熱材の温度のグラフを重ねて記載しているが、ヒートスプレッダの温度については、グラフを分かり易くするため、上側の温度制御対象側の計測値を記載している。
温度制御対象の温度は、上記に示す測定を行った５つのウェルのうち、１つのウェル温度を代表として図７及び図８に記載している。 (Temperature control result)
FIG. 7 is a part of a graph showing the time change of the input power to the
FIG. 8 is a part of a graph showing the time change of the input power to the
Moreover, although electric power is shown by FIG.7 and FIG.8, the direction of an electric current is controlled reversely at the time of temperature rise and temperature fall. Moreover, although the graph of FIG.7 and FIG.8 has overlapped and described the graph of the temperature of both the thermal storage materials to the upper and lower temperature control apparatuses, about the temperature of a heat spreader, in order to make a graph intelligible, an upper side is shown. The measured value on the temperature control target side is described.
The temperature to be controlled is described in FIGS. 7 and 8 with one well temperature as a representative of the five wells subjected to the measurement described above.
図７と図８との比較から分かるように、制御温度を７０℃から９０℃に上昇させる際の、温度変化の立ち上がりが、比較例に比べて実施例の方が良いことが分かる。
実施例では、ヒートスプレッダの温度変化に追随して、温度制御対象（解析チップの反応槽内）の温度変化も良いことがわかる。
更に、同じ温度制御となるように電流制御を行っているにも係わらず、電力の波形が異なっており、実施例においては、蓄熱材ヒートシンク１１を予熱するために３７，０００Ｊのエネルギーが新たに必要になったが、加熱および吸熱を３０サイクル繰り返す工程において、比較例では、４２０，０００Ｊの電力が掛かっていたのに対し、実施例では１１０，０００Ｊの電力しか掛からず、合計の必要エネルギーは従来の３５％に低減されたことを確認した。 As can be seen from the comparison between FIG. 7 and FIG. 8, it can be seen that the rise of the temperature change when the control temperature is raised from 70 ° C. to 90 ° C. is better in the example than in the comparative example.
In the example, it can be seen that the temperature change of the temperature control target (in the reaction tank of the analysis chip) is good following the temperature change of the heat spreader.
Furthermore, although the current control is performed so as to achieve the same temperature control, the power waveform is different, and in the embodiment, 37,000 J of energy is newly added to preheat the heat storagematerial heat sink 11. Although it was necessary, in the process of repeating heating and heat absorption 30 cycles, in the comparative example, 410,000 J of electric power was applied, whereas in the example, only 110,000 J of electric power was applied, and the total required energy was It was confirmed that it was reduced to 35% of the conventional value.
実施例では、ヒートスプレッダの温度変化に追随して、温度制御対象（解析チップの反応槽内）の温度変化も良いことがわかる。
更に、同じ温度制御となるように電流制御を行っているにも係わらず、電力の波形が異なっており、実施例においては、蓄熱材ヒートシンク１１を予熱するために３７，０００Ｊのエネルギーが新たに必要になったが、加熱および吸熱を３０サイクル繰り返す工程において、比較例では、４２０，０００Ｊの電力が掛かっていたのに対し、実施例では１１０，０００Ｊの電力しか掛からず、合計の必要エネルギーは従来の３５％に低減されたことを確認した。 As can be seen from the comparison between FIG. 7 and FIG. 8, it can be seen that the rise of the temperature change when the control temperature is raised from 70 ° C. to 90 ° C. is better in the example than in the comparative example.
In the example, it can be seen that the temperature change of the temperature control target (in the reaction tank of the analysis chip) is good following the temperature change of the heat spreader.
Furthermore, although the current control is performed so as to achieve the same temperature control, the power waveform is different, and in the embodiment, 37,000 J of energy is newly added to preheat the heat storage
ここで、ピンの高さが１４ｍｍの場合を例示したが、ピンの高さが１０ｍｍにしても同様の効果を得たことを確認している。
また、装置の寸法においても、実施例の装置構成は、比較例の装置構成に比べて、各温度制御装置の高さ方向の大きさが３７％削減されたにも関わらず、同等以上の温度制御が実現されていることが分かった。同等以上とは、比較のために最大±９Ａの電源にそろえた場合、実施例のほうが、比較例に比べて加熱速度が速いことを指す。
また上記実施例では、蓄熱材１５の相変化温度が約７２℃のものを使用したが、相変化温度が約６５℃の蓄熱材を使用しても、比較例に比べて上記と同様な有利な効果を奏することを確認している。 Here, the case where the height of the pin is 14 mm is exemplified, but it has been confirmed that the same effect is obtained even when the height of the pin is 10 mm.
In addition, in terms of the dimensions of the apparatus, the apparatus configuration of the example was equal to or higher than the apparatus configuration of the comparative example, although the size in the height direction of each temperature control apparatus was reduced by 37%. It was found that control was realized. “Equivalent or higher” means that the heating rate is higher in the example than in the comparative example when the power supply is adjusted to a maximum of ± 9 A for comparison.
Moreover, in the said Example, although the thing whose phase change temperature of theheat storage material 15 is about 72 degreeC was used, even if it uses a heat storage material whose phase change temperature is about 65 degreeC, it is the same advantage as the above compared with a comparative example. It has been confirmed that there is an effect.
また、装置の寸法においても、実施例の装置構成は、比較例の装置構成に比べて、各温度制御装置の高さ方向の大きさが３７％削減されたにも関わらず、同等以上の温度制御が実現されていることが分かった。同等以上とは、比較のために最大±９Ａの電源にそろえた場合、実施例のほうが、比較例に比べて加熱速度が速いことを指す。
また上記実施例では、蓄熱材１５の相変化温度が約７２℃のものを使用したが、相変化温度が約６５℃の蓄熱材を使用しても、比較例に比べて上記と同様な有利な効果を奏することを確認している。 Here, the case where the height of the pin is 14 mm is exemplified, but it has been confirmed that the same effect is obtained even when the height of the pin is 10 mm.
In addition, in terms of the dimensions of the apparatus, the apparatus configuration of the example was equal to or higher than the apparatus configuration of the comparative example, although the size in the height direction of each temperature control apparatus was reduced by 37%. It was found that control was realized. “Equivalent or higher” means that the heating rate is higher in the example than in the comparative example when the power supply is adjusted to a maximum of ± 9 A for comparison.
Moreover, in the said Example, although the thing whose phase change temperature of the
＜第２の実施例＞
次に、第２の実施例について説明する。
（実施例の装置）
第１の実施例では、蓋部１８にピン（突起部１９）を設けた温度制御装置を使用する場合を示した。これに対し、第２の実施例の温度制御装置は、蓋部１８にピン（突起部１９）を設けず、代わりに蓄熱材１５の量を増やした点が、第１の実施例と異なる。その他は第１の実施例の装置と同じ構成とした。
すなわち、第２の実施例は、温度制御装置にピン（突起部１９）を設けない場合の実施例である。 <Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described.
(Example device)
In the first embodiment, a case where a temperature control device in which a pin (protrusion 19) is provided on thelid 18 is shown. On the other hand, the temperature control device of the second embodiment is different from the first embodiment in that the pin (projection 19) is not provided on the lid 18 and the amount of the heat storage material 15 is increased instead. The other configuration is the same as that of the apparatus of the first embodiment.
That is, the second embodiment is an embodiment in the case where the temperature control device is not provided with the pin (projection 19).
次に、第２の実施例について説明する。
（実施例の装置）
第１の実施例では、蓋部１８にピン（突起部１９）を設けた温度制御装置を使用する場合を示した。これに対し、第２の実施例の温度制御装置は、蓋部１８にピン（突起部１９）を設けず、代わりに蓄熱材１５の量を増やした点が、第１の実施例と異なる。その他は第１の実施例の装置と同じ構成とした。
すなわち、第２の実施例は、温度制御装置にピン（突起部１９）を設けない場合の実施例である。 <Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described.
(Example device)
In the first embodiment, a case where a temperature control device in which a pin (protrusion 19) is provided on the
That is, the second embodiment is an embodiment in the case where the temperature control device is not provided with the pin (projection 19).
（温度制御方法）
また、第２の実施例では、本発明の装置に基づくＰＣＲ処理を２０サイクルで済むように、後述のように、一次処理を施してから、本発明に基づく温度制御（二次処理）を実施した場合を例示している。但し、二次処理におけるＰＣＲ処理の処理サイクル数を増加すれば、一次処理は不要である。 (Temperature control method)
Further, in the second embodiment, the temperature control (secondary processing) based on the present invention is performed after performing the primary processing as will be described later so that the PCR processing based on the apparatus of the present invention can be completed in 20 cycles. The case is shown as an example. However, if the number of processing cycles of the PCR process in the secondary process is increased, the primary process is unnecessary.
また、第２の実施例では、本発明の装置に基づくＰＣＲ処理を２０サイクルで済むように、後述のように、一次処理を施してから、本発明に基づく温度制御（二次処理）を実施した場合を例示している。但し、二次処理におけるＰＣＲ処理の処理サイクル数を増加すれば、一次処理は不要である。 (Temperature control method)
Further, in the second embodiment, the temperature control (secondary processing) based on the present invention is performed after performing the primary processing as will be described later so that the PCR processing based on the apparatus of the present invention can be completed in 20 cycles. The case is shown as an example. However, if the number of processing cycles of the PCR process in the secondary process is increased, the primary process is unnecessary.
［一次処理］
反応液を、表１記載の配列を含む表２に記載の組成となるように調整した。調整した反応液を９６穴プレートに入れ、リアルタイムＰＣＲシステム（Ｒｏｃｈｅ製、「ＬｉｇｈｔＣｙｃｌｅｒ」）にセットし、９５ ℃で２分間保持した。その後、９５ ℃， １８秒間、６６ ℃， ２０秒間の２ステップＰＣＲを４０サイクル行い、最後に９９ ℃， ２分間の加熱により反応を終了させた。 [Primary processing]
The reaction liquid was adjusted so that it might become a composition of Table 2 containing the arrangement | sequence of Table 1. The prepared reaction solution was placed in a 96-well plate, set in a real-time PCR system (Roche, “LightCycler”), and held at 95 ° C. for 2 minutes. Subsequently, 40 cycles of 2-step PCR at 95 ° C. for 18 seconds, 66 ° C. for 20 seconds, and finally the reaction was terminated by heating at 99 ° C. for 2 minutes.
反応液を、表１記載の配列を含む表２に記載の組成となるように調整した。調整した反応液を９６穴プレートに入れ、リアルタイムＰＣＲシステム（Ｒｏｃｈｅ製、「ＬｉｇｈｔＣｙｃｌｅｒ」）にセットし、９５ ℃で２分間保持した。その後、９５ ℃， １８秒間、６６ ℃， ２０秒間の２ステップＰＣＲを４０サイクル行い、最後に９９ ℃， ２分間の加熱により反応を終了させた。 [Primary processing]
The reaction liquid was adjusted so that it might become a composition of Table 2 containing the arrangement | sequence of Table 1. The prepared reaction solution was placed in a 96-well plate, set in a real-time PCR system (Roche, “LightCycler”), and held at 95 ° C. for 2 minutes. Subsequently, 40 cycles of 2-step PCR at 95 ° C. for 18 seconds, 66 ° C. for 20 seconds, and finally the reaction was terminated by heating at 99 ° C. for 2 minutes.
「二次処理」
次に、一次処理で得られた溶液を表３に記載の組成となるように調製した。
その調整後の溶液を、特許第５００３８４５号に記載の遺伝子解析チップに２６０μＬ送液して、卓上遠心機を利用して遠心を行って、各反応ウェルに溶液を送液し、本第２の実施例の温度制御装置で９３℃４５秒間、６２℃４５秒間の２ステップＰＣＲを２０サイクル行い、後述のように反応結果を確認した。
なお、この遺伝子解析チップには、表１の各プライマーと表２のＨａｗｋ Ｔａｑが予め各反応ウェルに乾燥固化してある。
なお、約２００ｂｐの増幅産物を得られるように表１のプライマーを設計している。 "Secondary processing"
Next, the solution obtained by the primary treatment was prepared to have the composition shown in Table 3.
260 μL of the solution after the adjustment was fed to the gene analysis chip described in Japanese Patent No. 5003845, centrifuged using a tabletop centrifuge, and the solution was fed to each reaction well. 20 cycles of 2-step PCR at 93 ° C. for 45 seconds and 62 ° C. for 45 seconds were performed using the temperature control apparatus of the example, and the reaction results were confirmed as described below.
In this gene analysis chip, each primer in Table 1 and Hawk Taq in Table 2 are dried and solidified in each reaction well in advance.
The primers shown in Table 1 are designed so that an amplification product of about 200 bp can be obtained.
次に、一次処理で得られた溶液を表３に記載の組成となるように調製した。
その調整後の溶液を、特許第５００３８４５号に記載の遺伝子解析チップに２６０μＬ送液して、卓上遠心機を利用して遠心を行って、各反応ウェルに溶液を送液し、本第２の実施例の温度制御装置で９３℃４５秒間、６２℃４５秒間の２ステップＰＣＲを２０サイクル行い、後述のように反応結果を確認した。
なお、この遺伝子解析チップには、表１の各プライマーと表２のＨａｗｋ Ｔａｑが予め各反応ウェルに乾燥固化してある。
なお、約２００ｂｐの増幅産物を得られるように表１のプライマーを設計している。 "Secondary processing"
Next, the solution obtained by the primary treatment was prepared to have the composition shown in Table 3.
260 μL of the solution after the adjustment was fed to the gene analysis chip described in Japanese Patent No. 5003845, centrifuged using a tabletop centrifuge, and the solution was fed to each reaction well. 20 cycles of 2-step PCR at 93 ° C. for 45 seconds and 62 ° C. for 45 seconds were performed using the temperature control apparatus of the example, and the reaction results were confirmed as described below.
In this gene analysis chip, each primer in Table 1 and Hawk Taq in Table 2 are dried and solidified in each reaction well in advance.
The primers shown in Table 1 are designed so that an amplification product of about 200 bp can be obtained.
（温度制御効果）
図９は、第２の実施例の温度制御装置の駆動時における、ペルチェ素子１０への入力電力の時間変化と温度の時間変化とを表すグラフであり、図１０はその一部の拡大図である。
この第２の実施例においても、制御温度を上昇させる際の、温度変化の立ち上がりが良いことが分かる。
ここで、遺伝子解析チップにおける反応後の確認は、１２％ポリアクリルアミドゲル（モノアクリルアミド：ビスアクリルアミド＝１９：１）にて電気泳動を実施し、１ｘ ＳＹＢＲ Ｇｏｌｄで染色後、ＢＩＯ－ＲＡＤ社のＰｈａｒｏｓ ＦＸにてイメージングで行った。結果を図１１に示す。 (Temperature control effect)
FIG. 9 is a graph showing the time change of the input power to thePeltier element 10 and the time change of the temperature when the temperature control device of the second embodiment is driven, and FIG. 10 is a partial enlarged view thereof. is there.
Also in this second embodiment, it can be seen that the rise in temperature change is good when the control temperature is raised.
Here, the confirmation after the reaction on the gene analysis chip was carried out by electrophoresis on 12% polyacrylamide gel (monoacrylamide: bisacrylamide = 19: 1), stained with 1 × SYBR Gold, and Pharos of BIO-RAD. Imaging was performed with FX. The results are shown in FIG.
図９は、第２の実施例の温度制御装置の駆動時における、ペルチェ素子１０への入力電力の時間変化と温度の時間変化とを表すグラフであり、図１０はその一部の拡大図である。
この第２の実施例においても、制御温度を上昇させる際の、温度変化の立ち上がりが良いことが分かる。
ここで、遺伝子解析チップにおける反応後の確認は、１２％ポリアクリルアミドゲル（モノアクリルアミド：ビスアクリルアミド＝１９：１）にて電気泳動を実施し、１ｘ ＳＹＢＲ Ｇｏｌｄで染色後、ＢＩＯ－ＲＡＤ社のＰｈａｒｏｓ ＦＸにてイメージングで行った。結果を図１１に示す。 (Temperature control effect)
FIG. 9 is a graph showing the time change of the input power to the
Also in this second embodiment, it can be seen that the rise in temperature change is good when the control temperature is raised.
Here, the confirmation after the reaction on the gene analysis chip was carried out by electrophoresis on 12% polyacrylamide gel (monoacrylamide: bisacrylamide = 19: 1), stained with 1 × SYBR Gold, and Pharos of BIO-RAD. Imaging was performed with FX. The results are shown in FIG.
図１１に示した第一レーン（左端のレーン）は、２０ｂｐラダーマーカー（ＴａＫａＲａ社）であり、第二レーン（中央のレーン）は前記ＰＣＲより得られた溶液を表３記載の組成に従い調整したものを用いて遺伝子解析チップ内にて更に増幅反応を行ったものである。なお、第三レーン（右端のレーン）は、ＰＣＲ処理をする前の溶液を表３記載の組成に従い調整したものである。
図１１から分かるように、第２の実施例においても、目的のバンド２００ｂｐ付近に増幅産物を得たことが確認されているため、目的としたものを増幅出来ていることが分かる。 The first lane (leftmost lane) shown in FIG. 11 is a 20 bp ladder marker (TaKaRa), and the second lane (center lane) was prepared by adjusting the solution obtained from the PCR according to the composition described in Table 3. This was used for further amplification reaction in the gene analysis chip. The third lane (rightmost lane) is prepared by adjusting the solution before PCR treatment according to the composition described in Table 3.
As can be seen from FIG. 11, in the second example as well, it was confirmed that the amplification product was obtained in the vicinity of the target band 200 bp, so that the target product was amplified.
図１１から分かるように、第２の実施例においても、目的のバンド２００ｂｐ付近に増幅産物を得たことが確認されているため、目的としたものを増幅出来ていることが分かる。 The first lane (leftmost lane) shown in FIG. 11 is a 20 bp ladder marker (TaKaRa), and the second lane (center lane) was prepared by adjusting the solution obtained from the PCR according to the composition described in Table 3. This was used for further amplification reaction in the gene analysis chip. The third lane (rightmost lane) is prepared by adjusting the solution before PCR treatment according to the composition described in Table 3.
As can be seen from FIG. 11, in the second example as well, it was confirmed that the amplification product was obtained in the vicinity of the target band 200 bp, so that the target product was amplified.
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
以上、本願が優先権を主張する日本国特許出願２０１４－００６０１３（２０１４年１月１６日出願）の全内容はここに引用例として包含される。ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。 In addition, it is needless to say that other specific detailed structures can be appropriately changed.
As described above, the entire contents of Japanese Patent Application No. 2014-006013 (filed on Jan. 16, 2014) to which the present application claims priority are incorporated herein by reference. Although the present invention has been described with reference to a limited number of embodiments, the scope of rights is not limited thereto, and modifications of each embodiment based on the above disclosure are obvious to those skilled in the art.
以上、本願が優先権を主張する日本国特許出願２０１４－００６０１３（２０１４年１月１６日出願）の全内容はここに引用例として包含される。ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。 In addition, it is needless to say that other specific detailed structures can be appropriately changed.
As described above, the entire contents of Japanese Patent Application No. 2014-006013 (filed on Jan. 16, 2014) to which the present application claims priority are incorporated herein by reference. Although the present invention has been described with reference to a limited number of embodiments, the scope of rights is not limited thereto, and modifications of each embodiment based on the above disclosure are obvious to those skilled in the art.
１，２ 温度制御装置
４ 基台
４ａ 底面部
４ｂ 天井部
４ｃ 支持部
１０ ペルチェ素子
１０ａ 第１の面
１０ｂ 第２の面
１１ 蓄熱材ヒートシンク
１２ ヒートスプレッダ
１３ 予熱ヒーター
１４ 断熱材
１５ 蓄熱材
１６ 蓄熱材容器
１７ 容器部
１７ａ 側面部（熱伝達体）
１８ 蓋部（熱伝達部）
１９ 突起部
５１ フィン
５２ ファン
１００ 制御部
１０１ 第２の温度センサ
１０２ ペルチェ制御部
１０３ 第１の温度センサ
１０４ ヒーター制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Temperature control apparatus 4 Base 4a Bottom part 4b Ceiling part 4c Support part 10 Peltier device 10a 1st surface 10b 2nd surface 11 Thermal storage material Heat sink 12 Heat spreader 13 Preheating heater 14 Thermal insulation material 15 Thermal storage material 16 Thermal storage material container 17 container part 17a side part (heat transfer body)
18 Lid (heat transfer part)
19Protrusion 51 Fin 52 Fan 100 Control Unit 101 Second Temperature Sensor 102 Peltier Control Unit 103 First Temperature Sensor 104 Heater Control Unit
４ 基台
４ａ 底面部
４ｂ 天井部
４ｃ 支持部
１０ ペルチェ素子
１０ａ 第１の面
１０ｂ 第２の面
１１ 蓄熱材ヒートシンク
１２ ヒートスプレッダ
１３ 予熱ヒーター
１４ 断熱材
１５ 蓄熱材
１６ 蓄熱材容器
１７ 容器部
１７ａ 側面部（熱伝達体）
１８ 蓋部（熱伝達部）
１９ 突起部
５１ フィン
５２ ファン
１００ 制御部
１０１ 第２の温度センサ
１０２ ペルチェ制御部
１０３ 第１の温度センサ
１０４ ヒーター制御部 DESCRIPTION OF
18 Lid (heat transfer part)
19
Claims (11)
- 生体サンプルを温度制御対象とし、その温度制御対象への加熱及び上記温度制御対象からの吸熱の少なくとも一方をペルチェ素子を用いて行うことで、上記温度制御対象を予め設定した制御温度範囲に温度制御し、
上記ペルチェ素子の放熱面と熱伝達可能な蓄熱材を有し、
上記蓄熱材は、上記温度制御範囲内、若しくは上記制御温度範囲の下限値より低く且つ使用時の雰囲気温度よりも高い第２の温度範囲内に相変化温度をもつ潜熱式の蓄熱材であることを特徴とする温度制御方法。 A biological sample is set as a temperature control target, and at least one of heating to the temperature control target and heat absorption from the temperature control target is performed using a Peltier element, so that the temperature control target is controlled in a preset control temperature range. And
A heat storage material capable of transferring heat with the heat dissipation surface of the Peltier element,
The heat storage material is a latent heat storage material having a phase change temperature within the temperature control range or a second temperature range lower than the lower limit value of the control temperature range and higher than the ambient temperature during use. The temperature control method characterized by this. - 上記温度制御対象を一対のペルチェ素子で挟み込んで上記温度制御を行い、各ペルチェ素子の放熱面と熱伝達可能に上記蓄熱材を配置することを特徴とする請求項１に記載した温度制御方法。 The temperature control method according to claim 1, wherein the temperature control target is sandwiched between a pair of Peltier elements, the temperature control is performed, and the heat storage material is disposed so as to be able to transfer heat to the heat radiation surface of each Peltier element.
- 上記ペルチェ素子の面のうち上記温度制御対象と対向する面とは反対側の面側に、蓄熱部が配置され、
上記蓄熱部は、上記ペルチェ素子に接する熱伝達部と、その熱伝達部に接する上記蓄熱材とを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した温度制御方法。 A heat storage part is disposed on the surface of the Peltier element opposite to the surface facing the temperature control target,
The temperature control method according to claim 1, wherein the heat storage unit includes a heat transfer unit in contact with the Peltier element and the heat storage material in contact with the heat transfer unit. - 上記温度制御は、上記制御温度範囲内で上記温度制御対象への加熱と吸熱を繰り返し、
上記蓄熱材を予熱するための予熱ヒーターを備え、
上記温度制御対象への温度制御の実施前に上記予熱ヒーターに通電して上記蓄熱材を予熱し、
上記温度制御の実施中は、上記予熱ヒーターに通電しないことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載した温度制御方法。 The temperature control repeats heating and heat absorption to the temperature control object within the control temperature range,
A preheating heater for preheating the heat storage material,
Before conducting the temperature control to the temperature control target, preheat the heat storage material by energizing the preheating heater,
The temperature control method according to any one of claims 1 to 3, wherein the preheating heater is not energized during the temperature control. - 上記蓄熱材は、上記相変化温度よりも低い温度に予熱されることを特徴とする請求項４に記載した温度制御方法。 The temperature control method according to claim 4, wherein the heat storage material is preheated to a temperature lower than the phase change temperature.
- 温度制御対象への加熱及び上記温度制御対象からの吸熱の少なくとも一方をペルチェ素子を用いて行って上記温度制御対象を予め設定した制御温度範囲で温度制御を行う温度制御装置であって、
上記ペルチェ素子の面のうち上記温度制御対象と対向する面とは反対の面側に、蓄熱部が配置され、
上記蓄熱部は、上記ペルチェ素子に接する熱伝達部と、その熱伝達部に接する蓄熱材とを備え、上記蓄熱材は、上記制御温度範囲内、若しくは上記温度制御範囲の下限値より低く且つ使用時の雰囲気温度よりも高い第２の温度制御範囲内に相変化温度が設定された潜熱式の蓄熱材であることを特徴とする温度制御装置。 A temperature control device that performs temperature control in a control temperature range in which the temperature control target is set in advance by performing at least one of heating to the temperature control target and heat absorption from the temperature control target using a Peltier element,
A heat storage unit is disposed on the surface of the Peltier element opposite to the surface facing the temperature control target,
The heat storage unit includes a heat transfer unit in contact with the Peltier element and a heat storage material in contact with the heat transfer unit, and the heat storage material is used within the control temperature range or lower than the lower limit value of the temperature control range. A temperature control device characterized by being a latent heat type heat storage material having a phase change temperature set within a second temperature control range higher than the atmospheric temperature of the hour. - 上記熱伝達部は、上記蓄熱材内に埋入する複数の突起部を備えることを特徴とする請求項６に記載した温度制御装置。 The temperature control device according to claim 6, wherein the heat transfer unit includes a plurality of protrusions embedded in the heat storage material.
- 上記突起部の上記蓄熱材への埋入量は、上記蓄熱材の深さの半分以上に設定されていることを特徴とする請求項７に記載した温度制御装置。 The temperature control device according to claim 7, wherein the amount of the protrusions embedded in the heat storage material is set to be half or more of the depth of the heat storage material.
- 上記蓄熱材を予熱する予熱ヒーターを備え、
上記予熱ヒーターで、上記蓄熱材は、上記温度制御前に、上記相変化温度よりも低い温度に予熱されることを特徴とする請求項６～請求項８のいずれか１項に記載した温度制御装置。 A preheating heater for preheating the heat storage material,
The temperature control according to any one of claims 6 to 8, wherein the heat storage material is preheated to a temperature lower than the phase change temperature by the preheating heater before the temperature control. apparatus. - 上記温度制御対象を挟んで２組の温度制御装置が配置され、
上記２組の温度制御装置の少なくとも一方が、請求項６～請求項９のいずれか１項の温度制御装置で構成されることを特徴とする温度制御装置。 Two sets of temperature control devices are arranged across the temperature control object,
10. The temperature control device according to claim 6, wherein at least one of the two sets of temperature control devices includes the temperature control device according to any one of claims 6 to 9. - 上記蓄熱材には、放熱用の熱伝達体が接触していることを特徴とする請求項６～請求項１０のいずれか１項に記載した温度制御装置。 The temperature control device according to any one of claims 6 to 10, wherein a heat transfer member for heat radiation is in contact with the heat storage material.
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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-
2016
- 2016-01-19 JP JP2016570550A patent/JP6711282B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP7138301B2 (en) | 2018-01-24 | 2022-09-16 | 思納福（北京）医療科技有限公司 | Microdroplet container, microdroplet container manufacturing method, microdroplet spreading method, microdroplet generating reagent kit, temperature control device, oil phase composition for microdroplet generation, and processing method thereof |
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| Publication number | Publication date |
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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: 16739943 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2016570550 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16739943 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |