使用帕尔帖元件的温控装置和方法制造方法及图纸

一种用帕尔帖元件控温的装置和方法。帕尔帖元件和相关元件的热绝缘是在不安装容纳帕尔帖元件和相关元件的真空容器及相关装置的情况下实现的。可通过简化系统或装置结构降低系统或装置成本，并可提高根据温度传感器确定的温度控制接触面处温度的准确度。通过使用具有帕尔帖元件的温度控制装置，要被控制温度的物体通过与其接触的导体的接触面，通过当在帕尔帖元件和电极热槽间施加直流电压时产生的帕尔帖效应，被迅速冷却或加热。温度控制装置设置一端罩来覆盖导体、帕尔帖元件及电极热槽的全部或接触面的部分，设置具有一限定在所述罩内并充有气体的封闭空间的气体层，并在封闭空间中在导体和气体层之间设置由绝热器构成的热绝缘层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用帕尔帖(Peltier)元件通过帕尔帖元件控制温度的装置和方法，该帕尔帖元件能以大温差和大热流量进行冷却以及迅速冷却或加热小的局部区域，更具体地，涉及适于对诸如皮肤或粘膜损伤的皮肤类伤害的局部冷冻处理的通过帕尔帖元件控制温度的装置和方法。
技术介绍
尽管使用帕尔帖元件的电子制冷系统因为冷却温度可根据供给的电功率来控制而被应用于光学仪器或电子部件的局部冷却或冷冻，但由于它在稳定状态时的低冷却性能使之难以实现大温差和大热流量。人们已经开发出具有多级帕尔帖元件的模块。在日本早期公开专利公报No.H8-186205，公开了一温控装置，其中，与第一帕尔帖元件接触的热槽进一步与第二帕尔帖元件接触。在这样的温控装置中，为增强热扩散和热传递的效率，第二帕尔帖元件需要大于第一帕尔帖元件。也就是说，在上面提及的多级型装置的情况下，为增大吸收能力以实现温度差和吸收在第一级析出的热，模块下一级或下一级之后的级需要大于之前的级，因此整个模块变大，而且由于周围环境的热传递和热对流冷却表面的控制顷向变的不稳定。同时，在对不能承受外科腹部手术的年老患者进行的无血处理或对诸如皮肤或粘膜损伤的皮肤类伤害的局部处理中，已经实现了冷冻手术，其中源自冷冻的现象通过冷冻活性器官的染病区域被用于处理，传统地在冷冻手术中一直使用液氮进行冷冻。然而，对于使用液氮的传统方法，很难去控制适于处理活性器官组织的温度而且液氮引起的过冷冻易于造成对邻近冷冻区域的正常组织的伤害，这导致处理不令人满意。作为克服该问题的一种技术，在日本早期公开专利公报No.JP2002-177296中公开了一帕尔帖烧灼仪器。所述帕尔帖烧灼仪器包括其中一个面接触烧灼表面的接触面(即温控体(temperature controlled body)表面)的帕尔帖元件，设置在元件的另一面上以便接触该面的电极热槽(electrode-cum-heat-sink)，设置在帕尔帖元件侧的电极热槽的端部或内表面上的温度传感器，设置在不接触帕尔帖元件的电极热槽后端上以接触该后端的外部冷却器，其中接触烧灼表面的帕尔帖元件的面和除外部冷却器后端的仪器结构都被密封在真空容器中。当烧灼表面或温控体的表面被帕尔帖烧灼仪器迅速冷却时，设置在烧灼表面上的一个面是帕尔帖元件的瞬时冷却面(transient cooling plane)，与热槽构件热接触的另一个面是加热面。在稳定态时，热槽构件的温度通过外部冷却器保持在低于在稳定态时烧灼表面温度的一预定温度处，并且通过沿着使得烧灼表面侧作为加热面的方向向帕尔帖元件施加电流，保持在稳定态时的预定温度。当迅速冷却时，施加的电流从加热模式转变为冷却模式，以实现迅速冷却。尽管在以上参考专利公报中，利用帕尔帖元件实现了具有大温差和大热流量的电子制冷系统，但诸如大模块和温度控制不稳定的问题依然存在，而且系统缺乏实用性。用于诸如冷冻手术的医疗制冷系统的液氮处理在控制温度方面存在困难。尽管在以上参考专利公报中描述的技术能解决在以上参考专利公报中描述的技术和液氮处理具有的上述问题，但在以上参考专利公报中描述的技术有如下问题(1)由于接触烧灼表面(即温控体表面)的帕尔帖元件的面，和除外部冷却器的后端以外的仪器结构都密封在真空容器中以便绝热，所以仪器需要诸如真空泵和真空管的用于产生和保持真空的装置，从而因为温控仪器的结构变得复杂，制作仪器的成本增加。因为真空度的下降，仪器的长期操作倾向于引起温度控制准确性的降低，因此作为医疗用的温控仪器的可靠性尚有疑问。此外，如上描述，因为帕尔帖元件的主要部分安装在真空容器中，具有接触温控体表面的接触面的导体的长度受到限制，因此当使用时很难去变化温控仪器端部部分的形状。(2)如上面描述，因为包括连接元件的温控元件和帕尔帖元件密封在真空容器中，用于控制温度以监控操作的温度传感器基本不可能设置在温控体表面的接触面附近。传感器被迫设置在帕尔帖元件侧的电极热槽的端部或内表面处，因此温控表面的接触面的温度不能被准确探测，这导致温控准确性的下降。
技术实现思路
考虑到上面提及的问题，本专利技术的目的在于提供使用帕尔帖元件的温度控制装置和方法，其使得能够基于温度传感器探测到的温度值，提高控制接触面温度的准确性，而且由于不需要设置密封帕尔帖元件的真空容器和相关装置就能够实现接触元件和帕尔帖元件的绝缘，所以其通过简化装置结构，降低了制作装置的成本。为实现以上目的，本专利技术提出了一装置，其通过使其一表面接触要在温度上受控的物体(以下称为温控体)来控制所述物体的温度，所述装置包括由一对半导体组成的帕尔帖元件、与所述帕尔帖元件一端部表面接触的电导体、与所述帕尔帖元件另一端部表面接触的电极热槽体，利用通过在所述帕尔帖元件和所述电极热槽之间施加直流电压而产生的帕尔帖效应，所述电导体能被迅速冷却或加热，以冷却或加热与所述电导体接触的所述温控体，其中，设置一由电绝缘材料制成的端罩，以覆盖所述电导体和所述帕尔帖元件，使得围绕所述电导体和所述帕尔帖元件或围绕所述帕尔帖元件形成一封闭空间，所述端罩形成为具有一端面部分，当冷却或加热所述温控体时，该端面部分与所述温控体接触，所述端罩的端面部分的内表面或所述端罩的全部或部分内边缘部分与所述电导体接触；并且其中，诸如空气、氯氟碳化物、氩或其他的气体被密封在所述空间内，以形成热绝缘层。由于以上专利技术的缘故，因为设置了由电绝缘材料制成的端罩来覆盖所述电导体和所述帕尔帖元件，使得围绕所述电导体和所述帕尔帖元件或围绕所述帕尔帖元件形成一封闭空间，所述端罩形成为具有一端面部分，当冷却或加热所述温控体时，该端面部分与所述温控体接触，所述端罩的端面部分的内表面或所述端罩的全部或部分内边缘部分与所述电导体接触；并且其中，诸如空气、氯氟碳化物、氩或其他的气体被密封在所述空间内，以形成热绝缘层，所以，帕尔帖元件和电极热槽得到了端罩所包围的热绝缘层的保障。因此，引入到接触面附近的端部部分的热不通过热绝缘层对流传导，而被阻拦以实现稳定的绝缘。由于在以上参考专利公报中描述的真空容器不是必需的了，所以导体能被做得较长，而且能够无约束地选择诸如缩减形状或逐渐渐缩形状的导体形式。因此，根据以上专利技术，由于诸如导体、帕尔帖元件和电极热槽的温控元件被由端罩包围的热绝缘层可靠地绝缘，所以装置不需要传统技术所需要的例如真空泵和真空管的用于生成和保持真空的装置，从而可以简化装置结构和降低装置制造成本。此外，如前所述，由于温控元件被端罩所包围的热绝缘层绝缘，使得包括真空容器的用于生成和保持真空的装置不是必需的了，所以即使在长期操作情况下，也可以避免由于真空度下降造成的温控准确性的下降，从而提高了温控装置，特别是医疗用的温控装置的可靠性。根据本专利技术，端罩成形为朝其端面部分渐缩。这样，当端部部分具有缩减形状时，在处理人体的情况下，与温控体人体的接触区域(即处理区域)容易看见，使得易于处理。此外，当端部部分变长时，端部部分的绝缘层可以做得较长，以加强对温控元件的绝缘效果。此外，通过端罩所包围的热绝缘层避免了在接触面附近形成霜和露，所述端罩通过延长导体而形成有缩减的外状。根据本专利技术，所述电导体是朝其与所述端罩的端面部分接触的端部侧增大的倒渐缩形状的。因此，当与温控体的接触面积变大时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一装置，其通过使其一表面接触要在温度上受控的物体（以下称为温控体）来控制所述物体的温度，所述装置包括由一对半导体组成的帕尔帖元件，与所述帕尔帖元件一端部表面接触的电导体，与所述帕尔帖元件另一端部表面接触的电极热槽体，利用通过在所述帕尔帖元件和所述电极热槽之间施加直流电压而产生的帕尔帖效应，所述电导体能被迅速冷却或加热，以冷却或加热与所述电导体接触的所述温控体，其中，设置一由电绝缘材料制成的端罩，以覆盖所述电导体和所述帕尔帖元件，使得围绕所述电导体和所述帕尔帖元件或围绕 所述帕尔帖元件形成一封闭空间，所述端罩形成为具有一端面部分，当冷却或加热所述温控体时，该端面部分与所述温控体接触，所述端罩的端面部分的内表面或所述端罩的全部或部分内边缘部分与所述电导体接触；并且其中，诸如空气、氯氟碳化物、氩或其他的 气体被密封在所述空间内，以形成热绝缘层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：圆山重直，藤间克已，吉川朝郁，深野修司，
申请(专利权)人：株式会社前川制作所，圆山重直，
类型：发明
国别省市：JP[日本]