專利名稱：加熱與冷卻設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加熱與冷卻設(shè)備，可以迅速加熱和迅速冷卻例如生物工藝學(xué)、化學(xué)、藥學(xué)與生物工程學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)的各種試樣，并能對此種試樣實現(xiàn)精密的溫度控制和在其中取得均勻的溫度分布。
上述各領(lǐng)域內(nèi)傳統(tǒng)上已使用各式各樣的加熱與冷卻設(shè)備，用于在精確控溫的條件下快速與精確地加熱和冷卻各種試樣。在任何這類加熱/冷卻設(shè)備中，由鋁或類似金屬材料制的用來承受待加熱或冷卻對象(即試樣)的容器和一種加熱裝置構(gòu)造成兩個獨立元件。這就減弱了從此種加熱裝置到試樣容器的熱傳輸效率，難以迅速加熱此試樣，且會在試樣中導(dǎo)致溫度分布不均。從而很難達到所需的加熱模式。另一方面，現(xiàn)下可利用來冷卻此類試樣的裝置，包括自然冷卻和采用氣體或液體之類冷卻劑的強制冷卻以及這兩者相結(jié)合的裝置。但單獨憑借這種冷卻裝置難以精確地控制冷卻速率?？梢赃@樣設(shè)想，采用上述任何一種冷卻裝置來控制冷卻速率，同時用上述加熱裝置給試樣提供規(guī)定的熱量。但在這樣的冷卻方式中，由加熱裝置供應(yīng)的熱卻不能有效地傳輸給試樣容器。這樣就難把試樣溫度迅速降至所需溫度，此外，試樣中的溫度也是不均勻的，結(jié)果便不易實現(xiàn)所需的冷卻模式。
本發(fā)明的目的之一即在于提供這樣一種加熱/冷卻設(shè)備，它能解決上述問題并得以快速加熱和快速冷卻各種試樣，同時能精確控制試樣溫度，由此即可依據(jù)預(yù)定的溫度模式來控制試樣的溫度并在試樣中取得均勻的溫度分布。
在本發(fā)明的加熱/冷卻設(shè)備中，有一個面、至少一個孔、至少一個凹座和至少一個槽這些中的至少一個，其形狀能與待加熱或冷卻的對象即試樣相符用以盛納此試樣和增加與此試樣的接觸面積，形成在熱導(dǎo)率至少為10W/(M.K)的一個電絕緣陶瓷料的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的任意位置上。在此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，埋設(shè)有一包括金屬、導(dǎo)電陶瓷或碳的電阻加熱元件。在本發(fā)明的這種加熱/冷卻設(shè)備中，上述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以為包括金屬或碳的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)置換。在這種情形下，就必須將此電阻加熱元件封裝入一電絕緣材料內(nèi)使之與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)絕緣。此外，在本發(fā)明的加熱/冷卻設(shè)備中，此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的整體可以包括導(dǎo)電陶瓷、一種金屬以及碳中的任一種，從而此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)本身也成為作為加熱裝置的一個電阻加熱元件。
本發(fā)明的加熱/冷卻裝置還包括一冷卻裝置。一方面，此冷卻裝置包括一設(shè)在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之外的冷卻劑供料器，用來向此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)供應(yīng)氣體或液體之類的冷卻劑，另一方面，在此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一個表面的至少一部分上形成有一凹凸不平的部分，在此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上還可設(shè)有至少一個用來通過冷卻劑的冷卻通孔，或在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上裝設(shè)一塊帶葉片的熱輻射板或一塊具有蜂窩結(jié)構(gòu)的熱輻射板，每種都用于熱交換，此種熱輻射板由任何一種金屬或陶瓷組成。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的加熱/冷卻裝置，試樣與上述的一個面、至少一個孔、至少一個凹座或至少一個槽相接觸，這些部分中的每一個都是用來承受試樣的，且設(shè)置在具有滿意熱導(dǎo)率的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，使得試樣的溫度能很快地等于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的溫度，這樣就可在加熱和冷卻試樣之際精確地控溫。
下面簡述本發(fā)明的附圖。


圖1是示意性透視圖，闡明本發(fā)明第一實施例的加熱/冷卻裝置，它包括一由包含氮化鋁的陶瓷制的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
圖2是沿圖1A-A′線的示意性剖面圖。
圖3是一示意性分解透視圖，示明圖1中本發(fā)明第一實施例的加熱/冷卻設(shè)備的制造過程。
圖4是一示意性說明圖，用來闡明本發(fā)明第一實施例的加熱/冷卻設(shè)備與一冷卻劑供料器的組合方式。
圖5是一曲線圖，示明一加熱/冷卻設(shè)備性能實驗中的預(yù)定溫度模式。
圖6是示意性透視圖，示明本發(fā)明第二實施例的加熱/冷卻設(shè)備，它包括一由包含氮化鋁的陶瓷制的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
圖7是沿圖6中A-A′線的示意性剖面圖。
圖8是一示意性透視圖，示明用于圖6中本發(fā)明第二實施例的加熱/冷卻設(shè)備中的兩塊原坯。
圖9是一示意性透視圖，示明將一電阻加熱元件接裝到圖8中兩塊原坯之一上的狀態(tài)。
圖10是一示意性透視圖，示明本發(fā)明第三實施例的加熱/冷卻設(shè)備，它包括一由含氮化鋁的陶瓷制的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及一用作冷卻裝置的帶葉片的熱輻射板。
圖11是一示意性透視圖，闡明本發(fā)明第四實施例的加熱/冷卻設(shè)備，它包括一由含氮化鋁的陶瓷制的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以及在此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中形成的至少一個用作冷卻裝置的冷卻通孔。
圖12是一示意性透視圖，闡明本發(fā)明第四實施例的加熱/冷卻設(shè)備，它包括一由含碳化硅的陶瓷制的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
圖13是一示意性透視圖，闡明圖12所示本發(fā)明第五實施例的加熱/冷卻設(shè)備用的原坯。
圖14是一示意性透視圖，闡明圖12所示本發(fā)明第五實施例的加熱/冷卻設(shè)備中所用的原坯，上面帶有承受加熱或冷卻對象即試樣的孔。
圖15是一示意性描述圖，示明圖12中本發(fā)明第五實施例的加熱/冷卻設(shè)備與一冷卻劑供料器的組合方式。
圖16是一示意性透視圖，示明本發(fā)明第六實施例的加熱/冷卻設(shè)備，它包括一由含氮化鋁的陶瓷制的，上面至少設(shè)有一個窺視孔的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
圖17是一沿圖16中A-A′線的示意性剖面圖;
圖18是一示意性透視圖，示明本發(fā)明第七實施例的加熱/冷卻設(shè)備，它包括一由含氮化鋁的陶瓷制的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
圖19是一沿圖18中A-A′線的示意性剖面圖;
圖20是沿圖18中B-B′線的示意性剖面圖，示明圖18中本發(fā)明第七實施例的加熱/冷卻設(shè)備，它接裝上一試樣容器。
圖21是一示意性透視圖，示明本發(fā)明第八實施例的加熱/冷卻設(shè)備，它包括一含鋁合金的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及一用作加熱裝置的電阻加熱元件，此種元件封裝于電絕緣材料內(nèi)并埋設(shè)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中。
圖22是一示意性透視圖，闡明用作圖21所示本發(fā)明第八實施例加熱/冷卻設(shè)備中的加熱裝置的電阻加熱元件。
圖23是一沿圖22中A-A′線的示意性剖面圖。
下面參照附圖詳述本發(fā)明的加熱/冷卻設(shè)備。
圖1是本發(fā)明第一實施例加熱/冷卻設(shè)備的示意性透視圖，此設(shè)備包括一由含氮化鋁的陶瓷制的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu);而圖2是沿圖1中A-A′線的示意性剖面圖。本發(fā)明第一實施例的加熱/冷卻設(shè)備的制造過程如下。如圖3所示，在由含氮化鋁的陶瓷制的每一塊板坯7、8與10上形成用來盛納試樣的孔2與3。利用選自鎢、鉬與錸中至少一種的粉料捏和成糊劑，借助網(wǎng)板印刷之類方法，于板坯8表面上形成電阻加熱元件5。然后將板坯7、8與10垛放在一起，再經(jīng)燒結(jié)而形成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)1。這樣形成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)1具有圖1所示的形狀，它的兩個相對側(cè)面分別具有連接到電阻元件5上的電極4與4′。
然后用如上制備的加熱/冷卻設(shè)備進行性能測試。圖4示意性地表征了上述本發(fā)明第一實施例的加熱/冷卻設(shè)備與一冷卻劑供料器的組合方式。在加熱試樣時，對電極4與4′加一電壓。當(dāng)冷卻試樣時，由用作冷卻劑供料器的噴嘴11給此設(shè)備提供冷卻氣體。在孔2與3中均插入其內(nèi)帶有熱電偶的試管，以研究此設(shè)備的性能。根據(jù)熱電偶測出的溫度對各個試管的溫度進行PID(比例加積分加微分)控制，使此試管的溫度與一預(yù)定溫度相符。用可控硅控制此電阻加熱元件5的電功率。
按以下步驟進行上述性能測試。將裝有加熱或冷卻對象(試樣)的試管分別插于用來納置試樣的設(shè)備孔2與3中，然后用此設(shè)備依圖5所示的模式來加熱或冷卻這些試樣，由此來精確地控制試樣的溫度。更具體地說，將各盛有1.5ml純水的試管分別插于孔2與3中，此圖1所示設(shè)備中孔2與3的內(nèi)徑與試管的外徑一致。將測溫用熱電偶插入到各試管內(nèi)純水的中部。熱電偶表明兩試管中純水的初始溫度均為17℃。
隨后將有關(guān)加熱與冷卻此純水所設(shè)定的溫度與設(shè)定的時間的程序，輸入用來控制此加熱/冷卻設(shè)備作業(yè)的控制器中。如圖5所示，上述程序包括將純水的溫度升高到95℃(后面稱之為“第一設(shè)定溫度”)，然后保持此溫度10分鐘(后面稱之為“第一設(shè)定時間”)，再降至4℃(后面稱之為“第二設(shè)定溫度”)，保持此溫度約60分鐘(后面稱之為“第二設(shè)定時間”)，復(fù)又升至25℃(后面稱之為“第三設(shè)定溫度”)并將此溫度保持20分鐘(后面稱之為“第三設(shè)定時間”)，至此中斷這一加熱/冷卻設(shè)備的工作。
而后在上述控制器的控制下操作此設(shè)備，由熱電偶測量各試管中純水的溫度隨時間的實際變化。測量結(jié)果如下。在此加熱/冷卻設(shè)備起始工作8秒后，各試管中純水溫度升至第一設(shè)定溫度95℃。然后在第一設(shè)定時間的10分鐘內(nèi)，各試管中純水的溫度保持為95±0.1℃。在此第一設(shè)定時間之后20秒，各試管中純水溫度下降到第二設(shè)定溫度即4℃。在作為第二設(shè)定時間的60分鐘內(nèi)，各試管中純水溫度保持在4±0.1℃。隨之，在此第二設(shè)定時間之后2秒，各試管中純水溫度升至第三設(shè)定溫度即25℃。然后在第三設(shè)定時間的20分鐘內(nèi)，各試管中純水的溫度保持在25±0.1℃，之后即中止此設(shè)備的作業(yè)。
本發(fā)明上述第一實施例的加熱/冷卻設(shè)備的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)1，在前面描述為是由含氮化鋁的電絕緣陶瓷構(gòu)成。但此種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)1除氮化鋁外，尚可包括碳化硅、氮化硅、氧化鋁與氧化鈹中的至少一種。用來形成電阻加熱元件5的材料并不限于選自鎢、鉬、錸中的至少一種金屬，還可以是碳，進而還可以是至少一種選自碳化硅、氮化鈦、硅化鉬、硼化鋯、碳化鎢與碳化鉭中的導(dǎo)電陶瓷。此外，在此設(shè)備中，電阻加熱元件5是以單層形式埋設(shè)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)1中，但它也可取多層形式埋設(shè)于結(jié)構(gòu)1中。在此設(shè)備中，盛放試樣的孔2與3可以取任意個數(shù)與任何形式。
圖6中的示意性透視圖示明了本發(fā)明第二實施例的加熱/冷卻設(shè)備，它包括一由含氮化鋁的陶瓷制的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，而圖7是沿圖6A-A′線的示意性剖面圖。此設(shè)備的制造過程如下。將包括氮化鋁的粉狀原料加入一未圖示的金屬模具中來形成圖8所示的兩塊原坯21與22。然后將分別由鎢、鉬與錸中選擇的至少一種金屬構(gòu)成線圈形的電阻加熱元件21與22，配置于圖9所示的原坯22的表面上，復(fù)將另一塊原坯21垛碼于原坯22之上，且用沖切方法形成如圖6與7所示的用來接納試樣的孔13、14、15與16。之后用熱壓法燒結(jié)這兩塊開設(shè)有上述孔的原坯，由此制成了內(nèi)埋有電阻加熱元件19與20由含氮化鋁陶瓷制成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)12。再行研磨此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)12的側(cè)面至露出上述作為電阻加熱元件19與20的線圈的端部。隨即將電極17與18銅焊到此暴露出的線圈的端部上。
按照類似于對本發(fā)明第一實施例的加熱/冷卻設(shè)備作性能測試的方式，對本發(fā)明上述第二實施例的加熱/冷卻設(shè)備進行了性能測試。與本發(fā)明第一實施例的加熱/冷卻設(shè)備的性能測試相同，將一用作冷卻劑供料器的噴嘴設(shè)于設(shè)備之下，朝它噴吹冷卻氣體使之冷卻。試樣的溫度也依第一實施例設(shè)備的性能測試中相同方式進行控制。在此第二實施例的設(shè)備性能測試中，取得了與第一實施例的設(shè)備性能測試同樣的極佳結(jié)果。此外，在此第二實施例的設(shè)備中，通過對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)12表面的一部分研磨，形成一種凹凸不平部或葉片結(jié)構(gòu)而對該實施例設(shè)備進行了改進，并對每一種這樣的改進形式進行與上述相同的性能測試，取得了與本發(fā)明第二實施例的加熱/冷卻性能測試相同的良好結(jié)果。特別是在100～600℃的溫度范圍內(nèi)，所獲得的冷卻速率高于本發(fā)明第一實施例的加熱/冷卻設(shè)備。在此第二實施例的設(shè)備中，用于盛受試樣的孔13、14、15與16可以有任何形狀和取任意個數(shù)，而電阻加熱元件19與20也可有任意個數(shù)。
圖10中的示意性透視圖，示明了本發(fā)明第三實施例的加熱/冷卻設(shè)備，它包括一含氮化鋁的陶瓷制的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及一作為冷卻裝置的有葉片的熱輻射板。此第三實施例的這種設(shè)備按下述方式構(gòu)成將銅、鎳、鉬與錳中至少一種金屬組成的金屬層形成于上述第二實施例設(shè)備的下表面上，并將作為冷卻裝置的一種帶葉片的金屬熱輻射板30銅焊到此金屬層上。在圖10中，23是一基礎(chǔ)結(jié)構(gòu);24、25、26與27是承受試樣的孔;而28與29是電極。
上述第三實施例的加熱/冷卻設(shè)備的性能測試按對第一實施例的設(shè)備所用相同的方式進行。同樣，在此第三實施例的設(shè)備性能測試中取得了與第一實施例的設(shè)備性能測試同樣優(yōu)良的結(jié)果。特別是在100～600℃的溫度范圍內(nèi)，所達到的冷卻速率高于第一實施例。在此第三實施例的加熱/冷卻設(shè)備中，所描述的這一用作冷卻裝置的具有葉片的金屬熱輻射板，是設(shè)在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)23的下表面上，但它也可不為此而設(shè)在例如此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)23的一個側(cè)面上。此外，上述的熱輻射板30也可具有一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)來取代葉片形式。
圖11的示意性透視圖示明了本發(fā)明第四實施例的加熱/冷卻設(shè)備，它包括一由含氮化鋁的陶瓷制的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及形成在此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上作為冷卻裝置的至少一個冷卻通孔。此第四實施例的這一設(shè)備按如下方式構(gòu)成即在第二實施例的設(shè)備基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，由超聲加工、金鋼鉆或類似方式形成如圖11所示的作為冷卻裝置的冷卻通孔38與39。在圖11中，31是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu);32、33、34與35是盛納試樣的孔;而36與37是電極。當(dāng)用該設(shè)備來冷卻試樣時，經(jīng)此冷卻孔38與39來供給冷卻氣體。
按前述第一實施例加熱/冷卻設(shè)備的性能測試程序測試了本第四實施例中加熱/冷卻設(shè)備的性能，獲得了同樣優(yōu)異的結(jié)果。特別是在100～600℃的溫度范圍內(nèi)，達到的冷卻速率高于第一實施例加熱/冷卻設(shè)備所能實現(xiàn)的冷卻速率。在此第四實施例的加熱/冷卻設(shè)備中，上面談到，是把冷卻氣體供給作為冷卻裝置的冷卻通孔38與39的。但是，也可將液體冷卻劑供給于此冷卻通孔38與39內(nèi)。根據(jù)需要，可在各個通孔38與39內(nèi)設(shè)置一具備蜂窩結(jié)構(gòu)的間隔件。
圖12的示意性透視圖示明了本發(fā)明第五實施例的一種加熱/冷卻設(shè)備，它包括有一由含碳化硅的陶瓷制的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在圖12中，40是一由含碳化硅的導(dǎo)電陶瓷制的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，而41與42是納置試樣的孔。此種設(shè)備的制造過程如下。將含碳化硅的用來組成導(dǎo)電陶瓷的粉狀原料加入一未示明的金屬模具中，形成圖13所示的原坯45。然后用沖切方法于原坯45上形成圖14所示的試樣接納孔41與42。隨之在周知的燒結(jié)條件下燒結(jié)此設(shè)置有孔41與42的原坯45。然后圖如12所示，把用作為電極43與44的金屬層分別連接到此最終制得的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)40的兩相對側(cè)面上。在此第五實施例的這一設(shè)備中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)40本身形成了一種作為加熱裝置的電阻加熱元件。因而不必要在此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)40中再具體地提供電阻加熱元件。
依照與第一實施例的加熱/冷卻設(shè)備性能測試時的相同方式，測試了本第五實施例中加熱/冷卻設(shè)備的性能。在此第五實施例的加熱/冷卻設(shè)備的性能測試中，如圖15所示，在此設(shè)備下方設(shè)有一噴嘴50用作冷卻劑加料器，向此設(shè)備噴吹冷卻氣體使之冷卻。取得了與第一實施例設(shè)備性能測試相同的優(yōu)異結(jié)果。
按以上所述，此第五實施例中設(shè)備的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)40是包括有含碳化硅的導(dǎo)電陶瓷，但是，此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)40也可以包括不同于此碳化硅的，選自氮化鈦、氮化鋁與碳的混合物、氮化鋁與硅化鉬的混合物中任何一種導(dǎo)電陶瓷料，或可以包括選自鋁、銅、鎳、鐵與不銹鋼中的至少一種金屬，或可以包括碳。按前述，此第五實施例的設(shè)備中有兩個用于納置試樣的孔41與42。但是，并不限于此種結(jié)構(gòu)，這種孔的形狀與個數(shù)都是可以任意的。還可以根據(jù)需要，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)40上設(shè)置一帶葉片的熱輻射板，或一帶蜂窩結(jié)構(gòu)的熱輻射板，或至少一個冷卻通孔，用作為冷卻裝置。
圖16是一示意性透視圖，示明本發(fā)明第六實施例的一種加熱/冷卻設(shè)備，它包括一由含氮化鋁的陶瓷制的，上面至少設(shè)有一個窺視孔的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在圖16中，51是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu);52與53是用來納置試樣的孔;54是電極;55與56是例如供肉眼與光學(xué)方法來觀察試管中試樣的窺視孔;而57、58與59則是冷卻通孔，用作為冷卻裝置，通過它們供應(yīng)冷卻劑。圖17是沿圖16中A-A′線的示意性剖面圖。在圖17中，63是電阻加熱元件。在此第六實施例的設(shè)備中，能通過上述窺視孔55與56來觀察處于合適控溫下試樣的狀態(tài)。這些窺視孔55與56的形狀可以任意，數(shù)目也不局限于兩個。用可透光的陶瓷、玻璃或樹脂中的任何一種材料裝配到窺視孔55與56中，便可形成觀察用的光路。在此第六實施例的設(shè)備中，使用本發(fā)明在前面第一至第五實施例中描述到的兩類材料的一種組合(1)所述各基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中用到的若干種化學(xué)成份中的任意一種;以及(2)所述各電阻加熱元件中用到的若干種化學(xué)成份中的任意一種。用來綱置試樣的孔52與53可具任何形狀和可以是任意個數(shù)。
圖18的示意性透視圖示明了本發(fā)明第七實施例的一種加熱/冷卻設(shè)備，它包括一由含氮化鋁的陶瓷制成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在圖18中，60是含氮化鋁的陶瓷制成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu);61是電極;而62是一批用作冷卻裝置的冷卻通孔，冷卻劑即經(jīng)這些通孔流入。圖19是沿圖18中A-A′的示意性剖面圖。在圖19中，66是包含有鎢的電阻加熱元件，連接到電極61上。圖20是沿圖18中B-B′線的示意性剖面圖，示明了圖18中此第七實施例的加熱/冷卻設(shè)備已接裝上一種試樣容器64。在圖20中，65表明一批供試樣用的凹座;而62則是用作冷卻裝置的冷卻通孔。
采用與第一實施例的加熱/冷卻設(shè)備性能測試相同的方式測試了此第七實施例中設(shè)備的性能。把與第一實施例設(shè)備性能測試中相一致的純水注入到試樣用的各凹座65中。在此第七實施例的設(shè)備性能測試中，所采用的溫度控制方法與第一實施例的設(shè)備性能測試中所用的相同。更具體地說，是根據(jù)插入各個試樣凹座65內(nèi)純水中的熱電偶所測得的純水溫度來進行溫度控制的。在此第七實施例的設(shè)備的性能測試中，取得了令人滿意的測試結(jié)果。各試樣用凹座65中純水的溫度與目標(biāo)溫度的誤差在±1℃內(nèi)。在此第七實施例的設(shè)備中，使用本發(fā)明在前面第一至第五實施例描述到的材料與裝置的一種組合(1)所述各基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中用到的若干種化學(xué)成份中的任意一種;(2)所述各電阻加熱元件中用到的若干種化學(xué)成份中的任意一種，以及(3)所述若干種冷卻裝置中的任意一種。
圖21是一示意性透視圖，示明了本發(fā)明第八實施例的一種加熱/冷卻設(shè)備。它包括一含鋁合金的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以及一個封裝于電絕緣材料內(nèi)而埋設(shè)在此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中用作加熱裝置的電阻加熱元件，圖22是此種電阻加熱元件的示意性透視圖，而圖23是沿圖22中A-A′線的示意性剖面圖。此第八實施例中的上述設(shè)備制造過程如下。首先制備出由含氧化鋁的陶瓷制的板坯70a與70b用作電絕緣材料件。從鎢、鉬與錸中至少選取一種由其粉狀材料捏合制成糊劑，用網(wǎng)板印刷之類的方法使于板坯70a的表面上形成電阻加熱元件73。然后將另一塊板坯70b垛放在此上面業(yè)已形成有電阻加熱元件73的上述板坯70a之上。燒結(jié)此已垛好的板坯70a與70b，即形成圖22所示的加熱裝置70，電阻加熱元件73即封裝在此電絕緣材料件內(nèi)。在圖22與23中，71與72是電極。之后，將上述加熱裝置70置于一具有空心長方體的模具的中央，將熔融態(tài)的鋁合金注入此模具中，由此便澆鑄成一個其內(nèi)埋設(shè)有加熱裝置包含有鋁合金的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)67。然后如圖21所示，用沖切方法于此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)67中形成用于納置試樣的孔68與69，至此便制成了本發(fā)明第八實施例中的加熱/冷卻設(shè)備。在此設(shè)備中，電阻加熱元件73由于它已封裝入電絕緣材料內(nèi)，而與含鋁合金的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)67電絕緣。配置有電極71與72的加熱裝置70的端部，則如圖21所示從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)67的側(cè)面突出。
按對第一實施例的設(shè)備采用過的相同性能測試方式，測試了上述第八實施例加熱/冷卻設(shè)備的性能。正如在此第一實施例的設(shè)備性能測試中那樣，也是把一用作冷卻劑供料器的噴嘴設(shè)在這一加熱/冷卻設(shè)備之下，朝此設(shè)備噴吹冷卻氣體使之冷卻。試樣的溫度控制方式也與第一實施例的設(shè)備性能測試過程中所用的方式相同。也取得了與第一實施例測試中相同的良好性能測試結(jié)果。
按照上面所述，此第八實施例的加熱/冷卻設(shè)備的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)67是包括鋁合金的，但它也可包括異于此鋁合金的任何一種具有較大熱導(dǎo)率的金屬，例如選自銅、鎳及其合金中的任何一種金屬，或可包括碳。
根據(jù)如上詳述的本發(fā)明的加熱/冷卻設(shè)備，就能快速加熱與冷卻各種試樣、精確地控制試樣的溫度、在試樣中保持均勻的溫度分布，并能根據(jù)一預(yù)定的復(fù)雜的溫度程序進行精密的溫度控制，而這是任何傳統(tǒng)工藝所不能作到的，這樣就能為生物工藝學(xué)、化學(xué)、藥學(xué)與生物工程學(xué)之類的領(lǐng)域作出積極的貢獻，并能在工業(yè)上取得實用效益。
權(quán)利要求
1.一種加熱/冷卻設(shè)備，它包括一個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有一個面、至少一個孔、至少一個凹座和至少一個槽這些中的至少一個，它們中的每一個都用來置納一待加熱或冷卻的對象，此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括一種熱導(dǎo)率至少為10w/(m.k)的電絕緣陶瓷材料；和埋設(shè)于此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中用作加熱裝置的至少一個電阻加熱元件。
2.一種加熱/冷卻設(shè)備，它包括一個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有一個面、至少一個孔、至少一個凹座和至少一個槽這些中的至少一個，它們中的每個都用來置納-待加熱或冷卻的對象，此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包含有金屬和碳之中的任何一種;和埋設(shè)于此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中用作加熱裝置的至少一個電阻加熱元件，所述至少一個電阻加熱元件封裝于電絕緣材料內(nèi)因而所述至少一個電阻加熱元件與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形成電絕緣。
3.一種加熱/冷卻設(shè)備，它包括一個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有一個面、至少一個孔、至少一個凹座和至少一個槽這些中的至少一個，它們中的每個都用來置納-待加熱或冷卻的對象，此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)整體包括導(dǎo)電陶瓷、金屬與碳中的任何一種，由此使這一基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)本身成為用作加熱裝置的電阻加熱元件。
4.如權(quán)利要求1到3中任何一項所述的加熱/冷卻設(shè)備，其特征是此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有-冷卻裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的加熱/冷卻設(shè)備，其特征是一方面前述冷卻裝置包括-設(shè)在此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)外側(cè)的冷卻劑供料器，用來向此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)供應(yīng)冷卻劑，另一方面在此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一個表面的至少一部分上形成有一凹凸不平的部分，此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上還可設(shè)有至少一個用來通過冷卻劑的冷卻通孔，或在此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上設(shè)有用來實現(xiàn)熱交換的一塊帶葉片的熱輻射板或一塊具有蜂窩結(jié)構(gòu)的熱輻射板。
6.如權(quán)利要求5所述的加熱/冷卻設(shè)備，其特征是此種熱輻射板包括金屬與陶瓷中的任一種。
7.如權(quán)利要求5所述的加熱/冷卻設(shè)備，其特征是所述的一個冷卻通孔包括有一批通孔，其中的每個通孔均具有蜂窩結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的加熱/冷卻設(shè)備，其特征是在所說基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上形成有至少一個用來觀察加熱或冷卻對象的窺視孔，此窺視孔與前述的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上形成的接納加熱或冷卻對象的至少一個孔、至少一個凹座或至少一個槽相通。
9.如權(quán)利要求8所述的加熱/冷卻設(shè)備，其特征是在前述的至少一個窺視孔中，裝填有可透光的陶瓷、玻璃與樹脂中的任何一種。
10.如權(quán)利要求1所述的加熱/冷卻設(shè)備，其特征是此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所包括的電絕緣陶瓷料是，選自氮化鋁、碳化硅、氮化硅、氧化鋁與氧化鈹中的至少一種化合物。
11.如權(quán)利要求2所述的加熱/冷卻設(shè)備，其特征是此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括選自鋁、銅、鎳及其合金中的任何一種金屬。
12.如權(quán)利要求3所述的加熱/冷卻設(shè)備，其特征是此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包含選自碳化硅、氮化鈦、氮化鋁與碳的混合物以及氮化硅與硅化銅的混合物中的任何一種導(dǎo)電陶瓷。
13.如權(quán)利要求3所述的加熱/冷卻設(shè)備，其特征是此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括選自鋁、銅、鎳、鐵與不銹鋼中的至少一種金屬。
14.如權(quán)利要求1或2所述的加熱/冷卻設(shè)備，其特征是此電阻加熱元件包括選自金屬、導(dǎo)電陶瓷與碳中的任何一種。
15.如權(quán)利要求14所述的加熱/冷卻設(shè)備，其特征是此電阻加熱元件包括選自鎢、鉬與錸中的至少一種金屬。
16.如權(quán)利要求14所述的加熱/冷卻設(shè)備，其特征是此電阻加熱元件包括選自碳化硅、氮化鈦、硅化鉬、硼化鋯、碳化鎢與碳化鉭中的至少一種導(dǎo)電陶瓷。
全文摘要
一種加熱/冷卻設(shè)備，包括絕緣陶瓷的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)有承受加熱或冷卻試樣的面或孔或凹座或槽，和埋設(shè)于此結(jié)構(gòu)中的電阻加熱元件。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)也可由金屬或碳組成，這時就須將加熱元件封裝于絕緣材料內(nèi)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)絕緣?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)整體也可包括導(dǎo)電陶瓷、金屬與碳中的任一種本身形成加熱裝置。此設(shè)備尚有一冷卻裝置。由于與試樣有較大接觸面積故能有效地傳熱至試樣，按預(yù)定溫度程序精確地加熱與冷卻，保持試樣中均勻的溫度分布。
文檔編號B01L7/00GK1104129SQ9312147
公開日1995年6月28日 申請日期1993年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月30日
發(fā)明者加藤圭一, 植田修治 申請人:加藤圭一, 植田修治