JPS61502016A - 遠心分離機のための熱電気温度制御組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 遠心分離機のための熱電気温度制御組立体灸豆ユ茸１ 本発明は、熱電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。

ベ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ｌＩＩ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３，３ ４７，４５３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１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、締付けるの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。

λ朋迎１１ 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に使用するのに適する。

一般的に言えば１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 口に複数の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、各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、これらの接着パー２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ごと 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 バイスと良い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。この良い熱的接触は、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。

ス亘９主Ｊ 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朗らかとなろう。

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２図Ａは第１図の熱電気温度制御組立体のヱ面図、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図り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。

ま　い　の１ 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ａｔ機８は、軸１５およびハブ（図示せず） 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、前記ロータおよび 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 、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、爆発抑制リング２０、外側擁壁２２、上部および下部擁 １ｉ２４，２Ｂ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 のに使用することができる。真空を作るの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１ ８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、熱電気組立体１０は容器１ ８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１組立体１０の各熱電気デバイスの 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ｌＯ の前記各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 るのに必要な熱を区画室１８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 複数のサーミスタの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は組立体１０の前記熱電気デバイス上に直接置き直されているので、そ の重量は、それ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のに 必要な高接触圧力を維持するのに役立つ、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に据え付けら れ、容器１８の上部リムに下方へ向けて掛られて係合されている。容器１８の頂 部とのこの保合は、容器１８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、大きな利益がる。しかし、本 発明により企図される漏洩のない接触を生じるのに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組立体３４が拡大して示されてい る。この組立体は、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２１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１９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図りに関連して説明する。

第２図Ａに示すように、熱電気組立体１０は、好ましくは印刷回踏板を備える非 伝導性基板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４ ２が設けられている０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、これらの装置は、好ましくは等角度間隔に隔てられ 、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１本発明は熱電器具 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は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が各熱電気デバイスの側の各構内を滑動できる 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図すに示す、後に明らかになる理由から、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。該開口４４ｃ、４４ｄは、前 記各熱電気デバイスを吸熱器３０に留めるの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により前記舌片に歪みが生じる。クランプ ボルト５６は、前記舌片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。

前記クランクボルトによる前記舌片の歪みを第２図りに示す、前記クランプ力は 、第２図りの５８のように、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、前記クランプ穴と前記舌片の前記縁部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、前記舌片内の前記クランプ穴の位置により、前記再縁 部を横切るほぼ均一なりランプ力を生じる。この位置は、第２の開口４４ｃ　、 ４４ｄの形状および縁部４０ａ、４０ｂの形状次第により、前記舌片の中心線に 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、前記クランプ穴を前記舌 片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を規定するのに役立つ、該舌片は、前記各ポケットへの前記熱電気 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、前記舌片４９は、また、第２図Ｃに点線で示す追加の開口４４ｅ　、４ ４ｆを形成するように穴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３０に形成さ れた方形の複数の金属化領域６０〜６６を含む、たとえば、接着パッド６０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は、各熱電気デバイ 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機能に役立つ、各導線と各接続パッドとの 間の接続は、前記熱電気デバイスを基板３０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。

上記のことから朗らかなように、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１組み入れた保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。

国際調査邦失

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．吸熱器へのまたは吸熱器からの熱を伝達するための温度制御組立体であって 、 （ａ）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基板であって（ｉ）それぞれ熱 電気デバイスを受け入れる複数の開口および（ｉｉ）それぞれの前記熱電気デバ イスの各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. 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項の組立体。
3. ３．前記基板はそれぞれの前記舌片の基部の近くにクランプ穴を規定し、前記ク ランプ手段は前記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項の組立体。
4. ４．前記穴は、前記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 毒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項の組立体。
5. 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置かれ、前記可撓 性舌片はそれぞれの前記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項の組立体。
6. 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項の組立体。
7. 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項の組立体。
8. 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項の組立体。
9. 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項の組立体。
10. １０．吸熱器へのまたは吸熱器からの熱を伝達するための温度制御組立体であっ て、 （ａ）少なくとも１つの熱電気デバイスであってその対向する両縁部に置かれた 少なくとも２つの取り付け部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ための印刷回路板であってそれぞれの前 記熱電気デバイスの前記取り付け部と係合するように適合された少なくとも一対 の変形可能取り付け部を規定する印刷回路板と、 （ｃ）前記変形可能取り付け部を前記吸熱器に留めるためのクランプ手段と、 を含む、熱電気温度制御組立体。
11. １１．前記熱電気デバイスの前記取り付け部はその対向する両縁部に形成された 溝を含み、前記変形可能取り付け部は前記回路板の複数の開口により形成された 複数の舌片を含む、請求の範囲第１０項の組立体。
12. １２．前記各開口は、前記舌片が前記スロットに沿うほぼ均一に分散されたクラ ンプ力を適用することができるストレス除去部を含む、請求の範囲第１１項の組 立体。
13. １３．前記熱電気デバイスは、前記回路板に固定された複数の導線を有する、請 求の範囲第１０項の組立体。
14. １４．前記回路板は複数の接着パッドを含み、前記各導線は前記パッドに半田付 けされている、請求の範囲第１３項の組立体。
15. １５．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１４項の組立体。
16. １６．前記クランプ手段は前記変形可能取り付け部に近接する前記回路板を通る 複数の穴を含む、請求の範囲第１０項の組立体。
17. １７．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であって、 （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 を含む組立体と、 （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 を小さくすること、 を含む熱電気温度制御システム。
18. １８．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１７項のシステム。
19. １９．前記各熱電気デバイスはその対向する両縁部に沿う構を含み、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１７項のシステム。
20. ２０．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１９項のシステム。
21. ２１．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１７項のシステ ム。
22. ２２．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１７項のシステム。
23. ２３．前記各熱電気デバイスは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１７項のシステム。