TW201628718A - 加熱裝置以及具有該加熱裝置的生化反應器 - Google Patents

Abstract

本發明係一種加熱裝置以及具有該加熱裝置的生化反應器，加熱裝置包含一上板、一下板、一中板與一電熱件，該上板具有一上加熱孔、一上容置孔與一上傳導層，該下板具有一下加熱孔、一下容置孔與一第一下傳導層，該中板設於該上、下板之間且具有一中加熱孔與一中容置孔，該上、中、下容置孔互相連通形成一容置貫孔，該電熱件設於該容置貫孔中且以其二端連接於該上傳導層以及該第一下傳導層，藉以避免電熱件與各傳導層的接點因熱脹冷縮而裂損，更可避免傳導層之間發生短路。

Description

加熱裝置以及具有該加熱裝置的生化反應器

本發明係關於一種溫控裝置，特別係一種加熱裝置以及具有該加熱裝置的生化反應器。

許多生化反應器具有加熱裝置，使生化反應得以於特定的溫度下在試管中進行，習知加熱裝置主要係由一基板、二導電層、以及一加熱件組成，該基板具有至少一穿孔用以供試管伸入，以及至少一容置孔鄰近該穿孔用以容置該加熱件，該二導電層則覆設於該基板之局部且未連通，該加熱件之上下二端可藉由焊錫而分別與該二導電層電性連接，通電後該加熱件可將電能轉為熱能，進而加熱該試管。

然，連接該加熱件與該二導電層的焊錫往往因為長期反覆熱脹冷縮產生之應力而產生裂損，影響該加熱裝置的壽命；此外，進行焊接作業時，部分呈熔融狀態之焊錫可能因為毛細現象或重力作用而滲入加熱件與容置孔之間的孔隙，且當該加熱件一端焊接完成而另一端的焊錫仍呈部分融熔狀態時，由於該孔隙成為一密閉空間，且該基板在冷卻過程中，孔隙內之空氣溫度降低會造成體積縮小，孔隙內便形成一真空吸力使該部分呈熔融狀態之焊錫被吸入孔隙，若該加熱件二端之焊錫於孔隙中相互 連結在一起，該二導電層之間便會發生短路，使產品的良率降低。

有鑑於上述之缺失，本發明之目的在於提供一種加熱裝置，其可提升產製良率且可延長使用壽命。本發明之另一目的在於提供一種生化反應器，其可提升產製良率且可延長使用壽命。

為達上述目的，本發明提供之加熱裝置包含一上板、一下板、一中板以及一電熱件；該上板具有一上加熱孔、至少一位於該上加熱孔旁的上容置孔，以及一上傳導層，該上傳導層具有一上部覆於該上板之一上表面且圍繞該上容置孔、以及一容置管部覆於該上容置孔之孔壁且連接該上傳導層的上部；該下板具有一下加熱孔、至少一位於該下加熱孔旁的下容置孔、以及一第一下傳導層，該第一下傳導層具有一下部覆於該下板之一下表面且圍繞該下容置孔、以及一容置管部覆於該下容置孔之孔壁且連接該第一下傳導層的下部；該中板設於該上、下板之間，該中板具有一中加熱孔、以及至少一位於該中加熱孔旁的中容置孔，其中該上、中、下加熱孔互相連通形成一加熱貫孔，該上、中、下容置孔互相連通形成一容置貫孔；該電熱件設於該容置貫孔中且以其二端分別電性連接於該上傳導層以及該第一下傳導層。

本發明另提供一種具有該加熱裝置的生化反應器，該生化反應器用以供一試管插置且包含了一第一本體、一第 二本體、以及一加熱裝置設於該第一、第二本體之間，該第一本體具有一第一通孔，該第二本體位於該第一本體下方且具有一第二通孔，其中，該加熱貫孔與該第一、第二通孔互相連通形成一試管槽，用以供該試管伸入。

該加熱裝置以及具有該加熱裝置的生化反應器可讓試管局部維持在一穩定的溫度範圍內以進行生化反應，不僅可提升產製良率且可延長使用壽命。

1‧‧‧加熱裝置

10‧‧‧上板

101‧‧‧隔板

27‧‧‧下通槽

28‧‧‧孔組

29‧‧‧下貫槽

11‧‧‧上表面

12‧‧‧下表面

13‧‧‧上加熱孔

14‧‧‧上容置孔

15‧‧‧上傳導層

151‧‧‧上部

152‧‧‧下部

153‧‧‧容置管部

154‧‧‧加熱管部

17‧‧‧上通槽

18‧‧‧孔組

19‧‧‧上貫槽

2‧‧‧生化反應器

20‧‧‧下板

201‧‧‧下隔板

21‧‧‧上表面

22‧‧‧下表面

23‧‧‧下加熱孔

24‧‧‧下容置孔

25‧‧‧第一下傳導層

251‧‧‧上部

252‧‧‧下部

253‧‧‧容置管部

26‧‧‧第二下傳導層

261‧‧‧上部

262‧‧‧下部

263‧‧‧加熱管部

G‧‧‧間隙

3‧‧‧試管

30‧‧‧中板

301‧‧‧中隔板

31‧‧‧上表面

32‧‧‧下表面

33‧‧‧中加熱孔

34‧‧‧中容置孔

35‧‧‧中傳導層

351‧‧‧上部

352‧‧‧下部

353‧‧‧加熱管部

37‧‧‧中通槽

4‧‧‧第一本體

40‧‧‧電熱件

401‧‧‧第一通孔

5‧‧‧第二本體

50‧‧‧加熱貫孔

501‧‧‧第二通孔

6‧‧‧試管槽

60‧‧‧容置貫孔

7‧‧‧加熱裝置

70‧‧‧上板

701‧‧‧絕緣層

71‧‧‧上表面

80‧‧‧下板

81‧‧‧下表面

90‧‧‧中板

第1圖係本發明第一實施例加熱裝置之立體圖；第2圖係本發明第一實施例加熱裝置之分解圖；第3圖係本發明第一實施例局部上板之透視圖；第4圖係本發明第一實施例局部中板之透視圖；第5圖係本發明第一實施例局部下板之透視圖；第6圖係本發明第一實施例加熱裝置之剖面圖；第7圖係本發明第一實施例生化反應器之立體圖；第8圖係本發明第一實施例生化反應器之剖面圖；第9圖係本發明第二實施例加熱裝置之剖面圖。

第1至6圖係本發明第一實施例所提供之加熱裝置1，其具有一上板10、一下板20、一中板30以及四電熱件40。

首先，請先參考第2、3、6圖，該上板10係由可 導熱之絕緣材質如玻璃纖維樹脂製成，其具有一上表面11、一下表面12、四上加熱孔13、四分別位於各該上加熱孔13旁的上容置孔14、四上傳導層15以及五上通槽17，各該上加熱孔13與其旁邊的該上容置孔14形成一孔組18，如第2圖所示，因此本實施例之上板10共形成四孔組18；該上傳導層15可由銅等具良好導電與導熱性質的材料製成，其具有一上部151覆於該上表面11且圍繞該上容置孔14及該上加熱孔13、一下部152覆於該下表面12且圍繞該上容置孔14及該上加熱孔13、一容置管部153覆於該上容置孔14之孔壁且連接該上部151與該下部152、以及一加熱管部154覆於該上加熱孔13之孔壁且連接該上部151及該下部152，該上部151及該下部152概呈環形然並不以此為限；該五上通槽17逐一位於各該孔組18之二側以分隔該等孔組18，每二上通槽17之間定義一上隔板101，使該四孔組18分別位於該四上隔板101，該上板10更具有一上貫槽19與各該上通槽17之一端連接在一起，換言之，各該孔組18之三側係由二上通槽17及該上貫槽19所圍繞。於其他實施例中，一上加熱孔13旁可設有一個以上之上容置孔14而不加以限制。

請參考第2、5、6圖，該下板20係由可導熱之絕緣材質如玻璃纖維樹脂製成，其具有一上表面21、一下表面22、四下加熱孔23、四分別位於各該下加熱孔23旁的下容置孔24、四第一下傳導層25、四第二下傳導層26以及五下通槽27，各該下加熱孔23與其旁邊的該下容置孔24形成一孔組28，因此本 實施例之下板20共形成四孔組28；該第一下傳導層25可由銅等具良好導電與導熱性質的材料製成，其具有一上部251覆於該上表面21且圍繞該下容置孔24、一下部252覆於該下表面22且圍繞該下容置孔24、以及一容置管部253覆於該下容置孔24之孔壁且連接該上部251以及該下部252；該第二下傳導層26可由銅等具良好導電與導熱性質的材料製成，其具有一上部261覆於該上表面21且圍繞該下加熱孔23、一下部262覆於該下表面22且圍繞該下加熱孔23、以及一加熱管部263覆於該下加熱孔23之孔壁且連接該上部261以及該下部262，其中，該第一下傳導層25之下部252更圍繞該第二下傳導層26之下部262，且該下部252與該下部262之間具有一間隙G，該第一下傳導層25之上部251更圍繞該第二下傳導層26之上部261，且該上部251與該上部261之間具有一間隙G，換言之，該第一傳導層25與該第二傳導層26之間並未連通，該上部251、該下部252、該上部261及該下部262概呈環形然並不以此為限；該五下通槽27逐一位於各該孔組28之二側以分隔該等孔組28，每二下通槽27之間定義一下隔板201，使該四孔組28分別位於該四下隔板201，該下板20更具有一下貫槽29與各該下通槽27之一端連接在一起，換言之，各該孔組28之三側係由二下通槽27及該下貫槽29所圍繞。於其他實施例中，一下加熱孔23旁可設有一個以上之下容置孔24而不加以限制。

請參考第2、4、6圖，該中板30係由可導熱之絕 緣材質如玻璃纖維樹脂製成並設於該上板10及該下板20之間，該中板30具有一上表面31、一下表面32、四中加熱孔33、四分別位於各該中加熱孔33旁的中容置孔34、四中傳導層35以及三中通槽37；該中傳導層35可由銅等具良好導電與導熱性質的材料製成，其具有一上部351覆於該上表面31且圍繞該中加熱孔33、一下部352覆於該下表面32且圍繞該中加熱孔33、以及一加熱管部353覆於該中加熱孔33之孔壁且連接該上部351以及該下部352，該上部351及該下部352概呈環形然並不以此為限；其中一中通槽37呈長條形且位置大致對應該上貫槽19與該下貫槽29，另二中通槽37則概呈L型，且與該長條形中通槽37共同圍構出一中隔板301，該些中通槽37將該些中加熱孔33及該些中容置孔34包圍在其中。於其他實施例中，一中加熱孔33旁可設有一個以上之中容置孔34而不加以限制，且該些中通槽37之形狀可視需求變化。當該上板10、中板30以及下板20依序疊合在一起時，該上加熱孔13、該中加熱孔33以及該下加熱孔23互相連通形成一加熱貫孔50，該上容置孔14、該中容置孔34以及該下容置孔24互相連通形成一容置貫孔60，此時，該中傳導層35之下部352與該第二下傳導層26之上部261連接而可傳導熱與電，但不與該第一下傳導層25之上部251連接，且該中傳導層35之上部351與該上傳導層15之下部152連接而可傳導熱與電；然於其他實施例中，該上、中、第二下傳導層表面可覆有一防焊層，使各傳導層之間雖無法導電但能導熱。

該四電熱件40分別設於各該容置貫孔60中，且以其二端分別電性連接於該上傳導層15以及該第一下傳導層25，於本實施例中，該電熱件40係一電阻式電熱器，其上下二端以焊錫與該上傳導層15及該第一下傳導層25電性連接，於其他實施例中，該電熱件40的類型可隨不同需求改變。

本發明更提供一具有該加熱裝置1之生化反應器2用以供四試管3插置，如第7、8圖所示，該生化反應器2更包含了一第一本體4與一第二本體5，該加熱裝置1則設於該第一本體4與該第二本體5之間，該第一本體4具有四第一通孔401，該第二本體5位於該第一本體4下方且具有四第二通孔501，其中，每一個加熱貫孔50分別與其上方的第一通孔401及其下方的第二通孔501互相連通形成一試管槽6，因此該生化反應器2具有四試管槽6用以供該四試管3伸入，於其他實施例中該些試管3數量可視需求改變。

藉此，該加熱裝置1可利用該電熱件40提供熱能並傳至該加熱貫孔50，用以讓試管3之局部大致維持在一穩定的溫度範圍內以進行生化反應，為達此目的，一電源(圖未示)可利用該上傳導層15與該第一下傳導層15對該電熱件40供電，該電熱件40將電能轉為熱能，並將熱能透過焊錫、該容置貫孔60內的空氣、該上傳導層15、該中傳導層35、第一下傳導層25、第二下傳導層26以及該上板10、該中板30與該下板20本身傳遞至該加熱貫孔50。其中，圍繞於該上容置孔14周圍的該上傳 導層15的下部152係為了進一步輔助該上板10導熱，於其他實施例中可視情況省略不設；該第一下傳導層25之上部251係為了進一步輔助該下板20導熱，於其他實施例中，該上部251可視情況僅圍繞該下容置孔24而未圍繞該下加熱孔23，甚至，該上部251可省略不設；藉此，該加熱貫孔50可得一均勻的加熱溫度，進而提供該些試管3之局部大致維持在一穩定的溫度範圍內以進行生化反應。事實上，傳導層除了前述上傳導層15之上部151與容置管部153、該第一下傳導層25之容置管部253與下部252以外，其餘部位之傳導層可省略不設，然省略後之加熱裝置的導熱效果必然較省略前差。

由於該上板10的該些上通槽17使該些上隔板101具有彈性，可吸收該電熱件40熱脹冷縮時的應力，可有效降低該電熱件40與該上傳導層15之焊接接點產生裂損之機率，從而延長該加熱裝置1的使用壽命，而該上貫槽19則可進一步增加該上隔板10的彈性變形量，然由於該上板10本身即具有彈性而可吸收該電熱件40熱脹冷縮時的應力，故該些上通槽17與該上貫槽19均可視情況省略；另一方面，由於該些上通槽17將各該孔組18分隔開來，因此位於各該上隔板101中電熱件40的熱能不會逸散到其他上隔板101，以確保各該上加熱孔13都可得一均勻穩定的加熱效果，然該些上通槽17亦可省略不設。同樣地，該下板20之該些下通槽27、該下貫槽29與該些下隔板201亦具有如上述之功效，故在此不再重複說明。

此外，該些中通槽37包圍該等中加熱孔33與該等中容置孔34之設計可使各該電熱件40產生之熱能大致保留在該中隔板301而不散失到該中板30之其他區域，使各該中加熱孔33之間的溫度維持均一，然該些中通槽37亦可省略不設。

該加熱裝置1之上板10、中板30、下板20係利用習知印刷電路板製程製造，不僅製造快速且整體結構輕巧，該上板10、該中板30與該下板20依序疊合後可藉多數螺栓鎖合在一起，或是利用雙面膠等膠合層黏合在一起，依序結合後之上板10、中板30、下板20(下稱組板)於其他實施例中亦可以上下顛倒之方式設於該生化反應器2中。由於各板之間仍存有縫隙，當各該電熱件40二端進行焊接作業時，該容置貫孔60並非一密閉空間，故當焊錫冷卻過程中，該容置貫孔60內之空氣不會因溫度降低、體積縮小而產生真空吸力將尚未凝固之焊錫吸入該電熱件40與該容置貫孔60之間的孔隙中，可避免該電熱件40二端之焊錫相互連接而發生短路，即便呈熔融狀態的焊錫因毛細現象或重力作用而滲入該孔隙中，由於焊錫僅與傳導層具有附著力而中容置孔34孔壁並無傳導層，因此焊錫至多僅會滲入覆有上傳導層15之上容置孔14以及覆有第一下傳導層25之下容置孔24，而不會再繼續往該中容置孔34滲入，可進一步避免該電熱件40二端之焊錫連結在一起，避免發生電性短路，藉此，可有效提高產品良率。

該上板10、該中板30以及該下板20之材質可以 有其他變化，如第9圖所示係本發明第二實施例提供之加熱裝置7，其上板70、中板90以及下板80係均由導電材質外包覆一絕緣層701而形成，該導電材質如鋁或鐵，故同時兼具高導熱性；由於各板本身導熱能力較絕緣材質為佳，故部分傳導層可選擇性地省略以簡化製程，例如該上傳導層15可省略該加熱管部154、圍繞於該上加熱孔13之部分上部151、或該下部152，該第二下傳導層26可省略該加熱管部263、該上部261或該下部262，該第一下傳導層25可省略圍繞於該第二下傳導層26之部分下部252、該上部251，該中傳導層35則可省略該加熱管部353、該上部351、或該下部352，於本實施例中，即使各板不具有上述部分傳導層，該電熱件40產生之熱能依舊可有效地傳遞至該加熱貫孔50，惟該加熱裝置7仍須覆設具有導電功能之傳導層藉焊錫與該電熱件40電性連接，故設於上板70之上傳導層15包含上部151以及容置管部153，而設於下板80之第一下傳導層25則包含下部252以及容置管部253。

上述僅為本發明不同實施例之說明，不能作為限定本發明實施之範圍，舉凡未超脫本發明精神所作的簡易結構潤飾或變化，仍應屬於本發明意欲保護之範疇。

1‧‧‧加熱裝置

10‧‧‧上板

101‧‧‧隔板

13‧‧‧上加熱孔

14‧‧‧上容置孔

17‧‧‧上通槽

18‧‧‧孔組

19‧‧‧上貫槽

20‧‧‧下板

201‧‧‧下隔板

23‧‧‧下加熱孔

24‧‧‧下容置孔

27‧‧‧下通槽

28‧‧‧孔組

29‧‧‧下貫槽

30‧‧‧中板

301‧‧‧中隔板

33‧‧‧中加熱孔

34‧‧‧中容置孔

37‧‧‧中通槽

Claims (9)

1. 一種加熱裝置，包含有：一上板，具有一上加熱孔、至少一位於該上加熱孔旁的上容置孔，以及一上傳導層，該上傳導層具有一上部覆於該上板之一上表面且圍繞該上容置孔、以及一容置管部覆於該上容置孔之孔壁且連接該上傳導層的上部；一下板，具有一下加熱孔、至少一位於該下加熱孔旁的下容置孔、以及一第一下傳導層，該第一下傳導層具有一下部覆於該下板之一下表面且圍繞該下容置孔、以及一容置管部覆於該下容置孔之孔壁且連接該第一下傳導層的下部；一中板，設於該上、下板之間，該中板具有一中加熱孔、以及至少一位於該中加熱孔旁的中容置孔；其中該上、中、下加熱孔互相連通形成一加熱貫孔，該上、中、下容置孔互相連通形成一容置貫孔；以及一電熱件，設於該容置貫孔中且以其二端分別電性連接於該上傳導層以及該第一下傳導層。
2. 根據請求項1之加熱裝置，其中該上傳導層的上部更圍繞該上加熱孔，該上傳導層更具有一下部覆於該上板之一下表面且圍繞該上加熱孔、以及一加熱管部覆於該上加熱孔之孔壁且連接該上傳導層的上、下部；該下板更具有一第二下傳導層，該第二下傳導層具有一下部覆於該下板之下表面且圍繞該下加熱孔、一上部覆於該下板之一上表面且圍繞該下加熱 孔、以及一加熱管部覆於該下加熱孔之孔壁且連接該第二下傳導層的上、下部，該第一下傳導層之下部更圍繞該第二下傳導層之下部，且該第一下傳導層之下部與該第二下傳導層之下部之間具有一間隙；該中板更具有一中傳導層，該中傳導層具有一上部覆於該中板之一上表面且圍繞該中加熱孔、一下部覆於該中板之一下表面且圍繞該中加熱孔、以及一加熱管部覆於該中加熱孔之孔壁且連接該中傳導層的上、下部。
3. 根據請求項2之加熱裝置，其中該上傳導層之下部更圍繞該上容置孔且連接該上傳導層的容置管部。
4. 根據請求項2之加熱裝置，其中該第一下傳導層更具有一上部覆於該下板之上表面且圍繞該下容置孔，該上部並連接該第一下傳導層之容置管部，該第一下傳導層之上部更圍繞該第二下傳導層之上部，且該第一下傳導層之上部與該第二下傳導層之上部之間具有一間隙。
5. 根據請求項1之加熱裝置，其中該上板具有多數該上加熱孔，每一該上加熱孔旁具有至少一該上容置孔，各該上加熱孔與其旁邊的該上容置孔形成一孔組，該上板更具有多數上通槽分隔該等孔組。
6. 根據請求項1之加熱裝置，其中該下板具有多數該下加熱孔，每一該下加熱孔旁具有至少一該下容置孔，各該下加熱孔與其旁邊的該下容置孔形成一孔組，該下板更具有多數下通槽分隔該等孔組。
7. 根據請求項1之加熱裝置，其中該中板具有多數該中加熱孔，每一該中加熱孔旁具有至少一該中容置孔，該中板更具有多數中通槽包圍該等中加熱孔與該等中容置孔。
8. 根據請求項1之加熱裝置，其中該上、中、下板係由絕緣材質製成，或者由導電材質外包覆一絕緣層而形成。
9. 一種生化反應器，用以供一試管插置，該生化反應器包含有：一第一本體，具有一第一通孔；一第二本體，位於該第一本體下方且具有一第二通孔；一如請求項1至8中任一項所述之加熱裝置，設於該第一、二本體之間；其中，該加熱貫孔與該第一、二通孔互相連通形成一試管槽，用以供該試管伸入。