JPH067604B2 - 遠心分離機のための熱電気温度制御組立体 - Google Patents

遠心分離機のための熱電気温度制御組立体

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JPH067604B2
JPH067604B2 JP60501356A JP50135685A JPH067604B2 JP H067604 B2 JPH067604 B2 JP H067604B2 JP 60501356 A JP60501356 A JP 60501356A JP 50135685 A JP50135685 A JP 50135685A JP H067604 B2 JPH067604 B2 JP H067604B2
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thermoelectric
thermoelectric device
substrate
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temperature control
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、熱電気温度制御装置に関し、特に遠心分離機
に使用するように特別に適合された熱電気温度制御組立
体に関する。
ペルチェ効果を利用する熱電気デバイスは、その寸法お
よび重量が小さいのでソリッドステイト用の加熱冷却素
子として広範囲に使用されている。たとえば、熱電気デ
バイスは、遠心分離機の冷却されたロータ区画室のよう
な容器および区画室の温度制御に広く使用されている。
このように広範囲にわたって使用されている理由の１つ
は、熱電気デバイスが液浴を利用する温度制御システム
の特徴を表わす高熱質量を現わさないことである。これ
は、システムにより確立された温度を速やかに変更する
ことができ、それによりサンプル浴槽を処理することが
できる割合いを大きく増大する。広範囲に使用される他
の理由は、熱電気デバイスに流す電流の方向を単純に変
更することにより、熱電気デバイスを通る熱流の方向を
反転することができることである。その結果、熱電気デ
バイスを利用する温度制御システムは、別々の加熱素子
および冷却素子を利用する必要がない。
熱電気加熱冷却システムの設計において考慮しなければ
ならない重要な問題の１つは、熱電気デバイスにより除
去または供給される熱がその外表面からまたは外表面に
向けて伝達される構造物の段取りである。いくつかの熱
電気加熱冷却システムでは、たとえば、熱電気デバイス
の外表面を空気が循環する放熱器に接触させる。他の熱
電気加熱冷却システムでは、熱電気デバイスの外表面を
水が循環するジャケットに接触させる。後者のシステム
は、遠心分離機の冷却に使用され、また１９６７年１０
月１７日にケイ・ゴエルゲンに許可された米国特許第
３，３４７，４５３号に記載されている。
熱電気加熱冷却システムにおいて考慮しなければならな
い他の重要な問題は、表面が相互に接触する熱電気デバ
イスの内外面と構造物との間に低熱抵抗を維持すること
である。この低熱抵抗は、たとえば、接触する表面を平
滑に研削し、それらの間に熱伝導性のグリースを供給す
ることにより確立することができる。所望の低熱抵抗
は、また、比較的高い接触圧を作るクランプ手段を相互
に接触する熱電気デバイスと構造物との間に使用するこ
とにより確立することができる。
従来では、熱電気デバイスに使用するクランプ手段が比
較的大きく、複雑である。いくつかのクランプ手段は、
対称的に配置された複数のボルトにより、各デバイスを
冷却すべき構造物と放熱器との間に押し付けることが必
要である。これらの各クランプ手段は、それぞれの熱電
気デバイスを横切る熱漏洩路を形成するので、能率が悪
い。
他のクランプ手段は、各熱電気デバイスの縁部を所望の
接触面に留めるのに複数のボルト締めクランプ手段を必
要とする。しかし、各熱電気デバイスにこの種のクラン
プ手段を使用すると、分離された部材を確実に配置し、
締付けに多くの時間および苦労を要する。この種の熱電
気加熱冷却システムは、各熱電気デバイスの導線を配線
し、固定するための準備をしなければならず、高価にな
る。従って、この種のクランプ手段は、取り付け、価格
および時間を消費する。
発明の概要 本発明によれば、既知の熱電気加熱冷却システムでもた
らされた価格および不都合の多くを除去する改良された
熱電気温度制御組立体が提供される。本発明の熱電気温
度制御組立体は、特殊な応用への使用に制限されない
が、特に遠心分離機のロータ区画室の温度制御への使用
に適する。
一般的に言えば、本発明は、印刷回路板ような電気的熱
的非伝導性の基板の各開口に熱電気デバイスを据え付け
ることを企図する。好ましい実施例によれば、前記各開
口は、熱電気デバイスの縁部をそのデバイスが作動する
表面の１つに留めるためのスプリングとして役立つ可撓
性舌片を規定する形状に作られている。その結果、本発
明の熱電気温度制御組立体は、熱電気デバイスを結合す
る分離したクランプ手段またはボルトの使用を必要とし
ない。
本発明の好ましい実施例は、複数の熱電気デバイスの導
線のための複数の接着パッドを支持するのに非伝導性の
基板を使用する。これら熱電気デバイスの導線を直列ま
たは並列に接続すべきとき、これらの接着パッドは熱電
気デバイス間に所望の電気的接続を確立することができ
る。その結果、複数の熱電気デバイスのそれぞれに電力
を供給する問題は、外部電源を一対の接着パッドに接続
することにより解決される。それにより本発明の組立体
は、複数の熱電気デバイスを電気的に接続することが簡
単になり、廉価になる。
本発明の組立体を遠心分離機に利用するときは、好まし
くは遠心分離機の駆動軸が通る中心穴が設けられる。こ
の中心穴により、熱電気温度制御組立体をロータ区画室
を囲む容器の下に配置することができる。後者の配置
は、容器の重量が各熱電気デバイスと良好な熱的接触を
確立するように作用するので、特に望ましい。これは、
容器と各熱電気デバイスとの間にクランプボルトの必要
性を除去し、それにより上記した熱漏洩路を除去する。
この良好な熱的接触は、容器の頂部に下方へ向く力を生
じるようにスプリング負荷クランプ手段を使用すること
によりさらに改良される。
本発明の他の目的および利点は、以下の説明および図面
から明らかとなろう。
図面の説明 第１図は本発明の熱電気温度制御組立体を組み込んだ遠
心分離機の簡単な断面図、 第１図Ａはスプリング負荷クランプ組立体の断面図、 第２図Ａは第１図の熱電気温度制御組立体の平面図、 第２図Ｂは第２図Ａの熱電気デバイスの正面図、 第２図Ｃは熱電気デバイスを除去した第２図Ａの組立体
の一部の平面図、 第２図Ｄは吸熱器に据え付けられた本発明の組立体を示
す部分断面図である。
好ましい実施例の説明 第１図には、一般的な設計の遠心分離機８の後に詳細に
説明する箇所を除いた簡単な断面図が示されている。遠
心分離機８は、軸１５を介してロータ１４を駆動するた
めの駆動モータ１２を含む。ロータ１４およびそれと共
同する駆動構成要素の内部の詳細は省略している。
第１図の実施例において、ロータ１４は温度制御される
区画室１６内に配置されており、該区画室は一般的に円
形の金属容器１８およびカバー（図示せず）により囲わ
れている。容器１８は、破裂抑制リング２０、外側擁壁
２２、上部擁壁２４および下部擁壁２６により囲われて
いる。各擁壁２２，２４，２６は、もし必要ならば、真
空空間を作る密封されたチャンバをカバー（図示せず）
とともに形成することに使用することができる。真空の
形成に共同するシールおよびポンプは本発明の態様では
ないので、その説明は省略する。
区画室１６内を所望の温度に維持すべく熱を容器１８か
ら取り去りまたは容器１８へ供給するために、第１図の
遠心分離機は本発明に従って構成された熱電気温度制御
組立体１０を含む。第１図の実施例において、熱電気温
度制御組立体１０は、容器１８の底と適当な吸熱器３０
との間に配置されている。好ましくは、吸熱器３０は通
常のアルミニューム製吸熱器の円形カット部分を含み、
中心部の各フィンの一部または全てが駆動モータ１２の
ための室を提供するように切除されている。この吸熱器
は、下部擁壁２６の円形の肩部に支持されている。
第２図に関連してより詳細に説明するように、組立体１
０の熱電気デバイス５０，５２，５４の下面は、吸熱器
３０の上面に低熱抵抗に直接接触されている。加えて、
組立体１０の前記熱電気デバイスの上面は、容器１８の
底面に低熱抵抗に直接接触されている。その結果、これ
らの熱電気デバイスは、区画室１６内を所望の温度に維
持するために必要な熱を区画室１６内または外のいずれ
かに効果的に伝達することができる。この熱伝達は、容
器１８の底部閉鎖リング１７内に配置された１つまたは
複数のサーミスタ出力に応答して電流を前記熱電気デバ
イスを経て供給する一般的な閉ループ温度制御回路（図
示せず）により制御される。
容器１８が組立体１０の前記熱電気デバイス上に直接配
置されているので、容器１８の重量は、容器１８自身と
前記熱電気デバイスとの間に優れた熱接触を確立するた
めに必要な高接触圧力を維持することに役立つ。追加の
圧力が必要な場合に、この追加の圧力は、容器１８を組
立体１０に対し下方へ押す傾向のある複数のスプリング
負荷クランプ組立体３４を含むことにより提供すること
ができる。第１図の実施例においては、４つのスプリン
グ負荷クランプ組立体が、上部擁壁２４に下向きに据え
付けられており、また容器１８の上部リムに掛られて係
合されている。容器１８の頂部とのこの係合は、容器１
８がこれと吸熱器３０との間に熱漏洩路を形成すること
なしに前記熱電気デバイスに対し押されるので、大きな
利益がある。しかし、本発明により企図する漏洩のない
接触を得るべく、他のクランプ組立体およびクランプの
配置を使用することができることは理解されるべきであ
る。
第１図Ａを参照すると、１つのスプリング負荷クランプ
組立体３４が拡大して示されている。この組立体３４
は、上部擁壁２４の適合する穴にねじ込まれたピン１９
と、スプリング２０と、クランプアーム２１ａを有する
一般に円筒形のスリーブ２１とを含む。使用時、スプリ
ング２０は、ピン１９上のスナップリング１９ａとスリ
ーブ２１の下端との間に圧縮して嵌め込まれる。この圧
縮の結果、アーム２１ａは、容器１８の縁部に下方への
クランプ力を生じる。このクランプ力の強さは、ピン１
９の上端部に設けられた溝を通してピン１９を回すこと
により調整することができる。
上記のことから、熱電気温度制御組立体１０を容器１８
と吸熱器３０との間に配置すると、前記熱電気デバイス
の上面および下面と容器１８および吸熱器３０との間に
低熱抵抗接触を確立する傾向にあることが分かる。前記
熱電気デバイスの下面の熱抵抗は、熱電気温度制御組立
体１０自身により発生される前記クランプ力によりさら
に改善される。このクランプ力を発生する方法を、第２
図Ａ〜第２図Ｄに関連して説明する。
第２図Ａに示すように、熱電気温度制御組立体１０は、
好ましくは印刷回路板を備える非伝導性の基板４０を含
む。この基板には、ロータ１４の駆動軸に適用される中
心穴４２が設けられている。組立体１０は、また、ミド
ランド社のキャビオン・ディビジョンにより型番８０１
−３９５８−０１で販売されている複数の熱電気デバイ
ス５０，５２，５４を含む。これらのデバイスは、好ま
しくは等角度間隔に隔てられており、また前記基板の中
心からほぼ等距離に隔てられている。後者の関係は、容
器の底の熱流パターンが対称的になることを補償し、そ
れによってより短い可能な時間内で所望の温度にするこ
とができるので好ましい。しかし、本発明は熱電気デバ
イスの特殊な物理的配置または熱電気デバイスの特殊な
数に制限されないことを理解すべきである。
各熱電気デバイス５０〜５４を基板４０に保持させるた
めに、基板４０には第２図Ｃに示す形状の複数の据え付
け開口すなわちポケット４４が設けられている。好まし
い実施例においては、ポケット４４の幅すなわちその縁
部４４ａ，４４ｂ間の距離は、縁部４４ａ，４４ｂ各熱
電気デバイスの側の各溝内を滑動できるような寸法であ
る。ポケット４４中に適合される熱電気デバイス５４の
側部の前記溝５４ａ’，５４ｂ’を第２図Ｂに示す。後
に明らかにする理由から、基板４０の厚さを前記熱電気
デバイスの前記溝の幅にほとんど密接させて釣り合わせ
る必要はない。
本発明の１つの重要な特徴によれば、ポケット４４には
第２の開口すなわちストレス除去開口４４ｃ，４４ｄが
設けられている。開口４４ｃ，４４ｄは、前記熱電気デ
バイス吸熱器３０に留めることに使用する可撓性の舌片
４８を、ポケット４４の縁部４４ａ，４４ｂおよび基板
４０の近接する縁部４０ａ，４０ｂとともに、規定す
る。この留め作用の結果、クランプボルト５６により舌
片４８に歪みが生じる。クランプボルト５６は、舌片４
８に設けられた各クランプ穴４６に通され、吸熱器３０
の各ねじ穴にねじ込まれる。クランクボルト５６による
舌片４８の歪みを第２図Ｄに示す。前記クランプ力は、
第２図Ｄに符号５８で示すように、歪み制限スペーサを
基板４０と吸熱器３０との間に配置することにより、所
望の値に固定することができる。前記クランプ力は、ま
た、クランプ穴４６と舌片４８の縁部４４ａ，４４ｂと
の間を好適な距離に選択することにより、所定の値に固
定することができる。
好適な実施例においては、舌片４８内のクランプ穴４６
の位置により、両縁部４４ａ，４４ｂを横切るほぼ均一
なクランプ力を生じる。この位置は、第２の開口４４
ｃ，４４ｄの形状および縁部４０ａ，４０ｂの形状に応
じて、舌片４８の中心線に沿って横たえることができる
し、横たえなくすることもできる。クランプ穴４６を最
適な非中心位置に配置することが必要な場合には、これ
らの位置を実験により容易に決定することができる。し
かし、多くの場合、クランプ穴４６を舌片４８の中心線
に沿って配置すると、前記クランプ力の均一性を充分な
程度にすることができる。
第２の開口４４ｃ，４４ｄは、もしそれらが第２図Ｃに
示す形状であると、追加の舌片４９を形成することに役
立つ。舌片４９は、ポケット４４への前記熱電気デバイ
スの挿入深さを固定するのに便利なストッパとして役立
つ。もし望まれるならば、舌片４９は、また、第２図Ｃ
に点線で示す追加の開口４４ｅ，４４ｆを形成するよう
にポケット４４を延ばして適当に配置されたクランプ穴
でもって舌片４９を準備することにより、追加のクラン
プメンバとしての使用に適合させることができる。
本発明の他の重要な特徴によれば、基板４０には、前記
熱電気デバイスの導線を終らせかつ相互に接続させる複
数の接着パッドが設けられている。第２図Ａにおいて、
これらの接着パッドは、印刷回路板と同様の方法により
基板４０に形成された方形の複数の金属化領域６０〜６
６を含む。たとえば、接着パッド６０，６２は、熱電気
デバイス５０，５４の導線５０ａ，５４ｂを留めること
およびそれらの間に直列接続を形成することの両者に役
立つ。接着パッド６４，６６は、熱電気デバイスをそれ
らに電流を供給する外部電源に接続することができる便
利な位置に導線５２ａ，５０ｂを前記と同様に留めるこ
とに役立つ。各導線の各接続パッドとの間の接続は、前
記熱電気デバイスを基板４０の適当な位置に保持するの
に役立ち、それにより組立体１０を単一ユニットとして
取り扱い、取り付けることができる。
上記のことから明らかなように、本発明の熱電気温度制
御組立体は、従来の熱電気温度制御装置を越える多くの
利点を有する。第１に、複数の熱電気デバイスを容易に
取り扱いかつ取り付けることができる単一ユニットにす
ることができる。第２に、組み入れた係合舌片により各
熱電気デバイスを共同する吸熱器に係合させることがで
きる。第３に、各熱電気デバイスの導線を堅固にかつ相
互に接続するのに使用することができる便利な基板が提
供される。これらの特徴とともに、熱電気加熱および冷
却システムの技術における重要な改良が提供される。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】それぞれが吸熱器へのまたは吸熱器からの
    熱を伝達するための熱電気温度制御組立体において、 （ａ）それぞれが少なくとも２つの取り付け溝を有する
    複数の熱電気デバイスと、 （ｂ）前記熱電気デバイスを取り付ける非伝導性の基板
    であって（ｉ）それぞれが前記熱電気デバイスを受け入
    れる複数の開口および（ii）それぞれが前記熱電気デバ
    イスの前記取り付け溝と係合するように適合された複数
    の可撓性舌片を規定する基板と、 （ｃ）前記可撓性舌片を変形させ、それによって前記熱
    電気デバイスを前記吸熱器に対し押圧するクランプ手段
    とを含む、熱電気温度制御組立体。
  2. 【請求項２】前記可撓性舌片は、前記開口と前記基板の
    近接縁部との間に置れた前記基板の部分を含む、請求の
    範囲第１項に記載の組立体。
  3. 【請求項３】前記基板はそれぞれの前記可撓性舌片の基
    部の近くにクランプ穴を有しており、前記クランプ手段
    は前記クランプ穴を通るように適合された複数のボルト
    を含む、請求の範囲第２項に記載の組立体。
  4. 【請求項４】前記クランプ穴は、前記可撓性舌片がほぼ
    均一に分布されたクランプ力をそれぞれの前記熱電気デ
    バイスに適用するように配置されている、請求の範囲第
    ３項に記載の組立体。
  5. 【請求項５】前記取り付け溝は前記熱電気デバイスの対
    向する両縁部に形成されており、前記可撓性舌片はそれ
    ぞれの前記取り付け溝の全体の長さを実質的に占有する
    ように適合されている。請求の範囲第１項に記載の組立
    体。
  6. 【請求項６】前記各開口は、均一に分散されたクランプ
    力を前記熱電気デバイスに適用することをそれぞれの前
    記可撓性舌片に生じさせるストレス除去部を含む、請求
    の範囲第１項に記載の組立体。
  7. 【請求項７】各熱電気デバイスは前記基板に固定された
    複数の導線を有する、請求の範囲第１項に記載の組立
    体。
  8. 【請求項８】前記基板は複数の接着パッドを有する印刷
    回路板であり、前記各導線はこれを前記パッドに半田付
    けすることにより前記印刷回路板に固定されている、請
    求の範囲第７項に記載の組立体。
  9. 【請求項９】前記各熱電気デバイスは前記パッドにより
    他の１つに接続されている、請求の範囲第８項に記載の
    組立体。
  10. 【請求項１０】ロータ、温度制御された容器、前記容器
    を少なくとも部分的に囲むハウジングを有する種類の遠
    心分離機のための熱電気温度制御システムにおいて、 （ａ）前記容器の下に配置され、前記ハウジングにより
    支持された吸熱器と、 （ｂ）熱電気温度制御組立体であって（ｉ）非伝導性の
    基板および（ii）前記基板に取り付けられた少なくとも
    １つの熱電気デバイスを含む熱電気温度制御組立体とを
    含み、 （ｃ）前記組立体は前記容器と前記吸熱器との間に配置
    されて、前記熱電気デバイスの上面が前記容器に直接熱
    的接触し、前記熱電気デバイスの下面が前記吸熱器に直
    接熱的接触し、 （ｄ）それにより前記容器の重量が前記熱的接触の熱抵
    抗を小さくする、熱電気温度制御装置。
  11. 【請求項１１】前記容器を前記熱電気デバイスに対し下
    方へ押すように前記ハウジングにより支持された手段を
    含む、請求の範囲第１０項に記載の装置。
  12. 【請求項１２】前記各熱電気デバイスはその対向する両
    縁部に沿う溝を含み、前記基板はそれぞれの熱電気デバ
    イスの前記溝中に納まるように適合された少なくとも一
    対の取り付け舌片を規定する、請求の範囲第１０項に記
    載の装置。
  13. 【請求項１３】前記各舌片を前記吸熱器に留め、それに
    より前記各熱電気デバイスを前記吸熱器に押す手段を含
    む、請求の範囲第１２項に記載の装置。
  14. 【請求項１４】前記基板には複数の接着パッドが与えら
    れており、前記熱電気デバイスの前記導線は前記接着パ
    ッドに半田付けされている、請求の範囲第１０項に記載
    の装置。
  15. 【請求項１５】前記基板は前記ロータを駆動モータに結
    合することができる中心開口を有する、請求の範囲第１
    ０項に記載の装置。
  16. 【請求項１６】複数の前記熱電気デバイスが前記容器の
    中心に対し対称的に配置されている、請求の範囲第１０
    項に記載の装置。
JP60501356A 1984-04-30 1985-03-18 遠心分離機のための熱電気温度制御組立体 Expired - Lifetime JPH067604B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/605,360 US4512758A (en) 1984-04-30 1984-04-30 Thermoelectric temperature control assembly for centrifuges
US605360 1984-04-30

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Publication Number Publication Date
JPS61502016A JPS61502016A (ja) 1986-09-11
JPH067604B2 true JPH067604B2 (ja) 1994-01-26

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US (1) US4512758A (ja)
EP (1) EP0185672B1 (ja)
JP (1) JPH067604B2 (ja)
AT (2) ATE105213T1 (ja)
DE (2) DE3587815T2 (ja)
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