JP2005273920A

JP2005273920A - Temperature controller for peltier element and thermostat for analyzer

Info

Publication number: JP2005273920A
Application number: JP2004083561A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Horimoto; 浩堀本
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-10-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize temperatures in a wide range by controlling a Peltier element with a generated heat quantity. <P>SOLUTION: This temperature controller for the Peltier element comprises the Peltier element, a temperature sensor, and a control circuit. The controller also comprises a temperature detection means 40 detecting the temperature of the Peltier element 34, a constant voltage power supply means supplying a constant voltage power, a voltage application means 62B applying a supplied power to the Peltier element after lowering its voltage, a current detection means 66 detecting a current flowing from the constant voltage power supply means, a temperature difference calculation means 52 calculating a difference in temperature between the heating surface and heat absorbing surface of the Peltier element based on a detected current and the voltage applied by the voltage application means, and a heat quantity control means 56 instructing an applied voltage to the voltage application means so as to generate a specified heat quantity based on a calculated temperature difference and a temperature detected by the temperature detection means. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、分析機用恒温装置に係り、特に、酵素免疫反応測定で用いられる、試料を収容する多数のウェルが設けられたマイクロプレートを、ペルチェ素子を用いて加熱あるいは冷却して反応を促進させる際に用いるのに好適な、ペルチェ素子の温度制御装置、及び、これを用いた分析機用恒温装置に関する。 The present invention relates to a thermostat for an analyzer, and in particular, a microplate provided with a large number of wells for containing a sample used in enzyme immunoreaction measurement is heated or cooled using a Peltier device to promote the reaction. The present invention relates to a temperature control device for a Peltier element, and a thermostat for an analyzer using the same.

病原菌の感染検査法の一種として、酵素免疫反応測定がある。この測定では、例えば特許文献１に記載されているように、マイクロプレートが用いられる。 One type of pathogen testing method is enzyme immunoreactivity measurement. In this measurement, as described in Patent Document 1, for example, a microplate is used.

マイクロプレート１０は、図１（ａ）（平面図）、（ｂ）（側面図）、（ｃ）（図１（ｂ）のｃ−ｃ線に沿う断面図）に示す如く、例えばポリスチレン等の合成樹脂からなる平板状の成形品であり、長さｌが１２７ｍｍ、幅ｗが８５ｍｍ、高さｈが１５ｍｍ程度の大きさである。又、マイクロプレート１０には、試料を入れるための直径７ｍｍ程度のウェル１２が、例えば１２×８＝９６個設けられている。 As shown in FIGS. 1A (plan view), (b) (side view), and (c) (cross-sectional view taken along the line cc in FIG. 1B), the microplate 10 is made of, for example, polystyrene. It is a flat molded product made of synthetic resin, and has a length l of 127 mm, a width w of 85 mm, and a height h of about 15 mm. The microplate 10 is provided with, for example, 12 × 8 = 96 wells 12 having a diameter of about 7 mm for containing a sample.

各ウェル１２には、基本的には別々の検体（血液等）が注入される。そして、ウェル１２内で検体と試薬が混合されて、反応後の吸光度や発光度を測定して、陰性又は陽性の感染判定が行なわれる。ここで言う「試料」とは、この検体と試薬との混合物のことである。 Each well 12 is basically injected with a separate specimen (blood or the like). Then, the specimen and the reagent are mixed in the well 12, and the absorbance or luminescence after the reaction is measured, and negative or positive infection determination is performed. The “sample” here is a mixture of the specimen and the reagent.

ところで、酵素免疫反応測定では、マイクロプレート１０を加熱あるいは冷却する反応工程が含まれている。反応工程の温度は、４℃から３７℃といった範囲の中から、反応を促進する温度が選ばれる。この工程は、例えば図２に示す如く、標準液又は検体滴下後３７℃を６０分、酵素標識抗体滴下後３７℃を６０分、基質液滴下後２５℃（室温）を２０分といったように、１回の測定で数回行なわれる。 By the way, the enzyme immunoreaction measurement includes a reaction step of heating or cooling the microplate 10. The temperature for the reaction step is selected from the range of 4 ° C. to 37 ° C. to promote the reaction. In this step, for example, as shown in FIG. 2, 37 ° C. is added for 60 minutes after dropping the standard solution or specimen, 37 ° C. is added for 60 minutes after dropping the enzyme-labeled antibody, and 25 ° C. (room temperature) is added for 20 minutes after dropping the substrate droplet. It is performed several times in one measurement.

従来の恒温装置においては、加熱あるいは冷却するための熱電変換素子として、次のようなものが用いられていた。 In the conventional thermostat, the following were used as thermoelectric conversion elements for heating or cooling.

（１）温度が室温より高く一定であればヒータ（特許文献１参照）。 (1) A heater if the temperature is higher than room temperature and constant (see Patent Document 1).

（２）温度が室温より下回る場合や、ヒートサイクルのように短時間で温度を変更する必要があればペルチェ素子（特許文献２乃至５参照）。 (2) A Peltier element when the temperature is lower than room temperature or when it is necessary to change the temperature in a short time as in a heat cycle (see Patent Documents 2 to 5).

特開平７−２６０６４８号公報JP 7-260648 A 特開２０００−３０５６３２号公報JP 2000-305632 A 特開２００１−３３６８５３号公報JP 2001-336853 A 特開２００２−３４１９４８号公報JP 2002-341948 A 特許第２９３８７２３号公報Japanese Patent No. 2938723

しかしながら、（１）のヒータを用いた恒温装置においては、短時間で温度が変えられず、使用できる測定項目や反応工程が限られる。 However, in the thermostatic apparatus using the heater (1), the temperature cannot be changed in a short time, and usable measurement items and reaction processes are limited.

（２）のペルチェ素子を用いた恒温装置は、発生熱量と周囲温度と恒温装置内の温度等の諸条件により、発熱面と吸熱面に温度差が生じ、変動することによって、（ａ）ペルチェ素子内で発熱と吸熱が打ち消されて、同じ電流量でも発生熱量が変化するために、制御特性が一定せず、温度が安定しない、（ｂ）ゼーベック効果での熱起電力により、同じ電流量でも消費電力が変化するために、供給電力の大きい高価な電源装置が必要等の問題があった。 The thermostat using the Peltier element of (2) has a temperature difference between the heat-generating surface and the heat-absorbing surface due to various conditions such as the amount of generated heat, the ambient temperature, and the temperature in the thermostat. Heat generation and endotherm are canceled in the element, and the amount of generated heat changes even with the same amount of current, so the control characteristics are not constant and the temperature is not stable. (B) The same amount of current due to the thermoelectromotive force by the Seebeck effect However, since the power consumption changes, there is a problem that an expensive power supply device with a large supply power is necessary.

更に、ペルチェ素子の駆動においては、（ｃ）温度を調整するためのスイッチングによりノイズが生じ、測定結果の信頼性が低下する、（ｄ）発熱と停止の繰り返しにより、発熱面と吸熱面間の熱ストレスでペルチェ素子が破損する等の問題があった。 Furthermore, in driving the Peltier element, (c) noise is generated due to switching for adjusting the temperature, and the reliability of the measurement result is lowered. (D) Repeated heat generation and stoppage between the heat generation surface and the heat absorption surface. There was a problem that the Peltier element was damaged by thermal stress.

又、分析装置においては、（ｅ）温度の異なる反応工程を繰り返すヒートサイクルのために、熱ストレスでペルチェ素子の寿命が短くなる、（ｆ）急激に温度変更を行なうと、試料の温度が設定温度を超えて変質する、（ｇ）複数の恒温装置を設けると、スイッチングのオンが重なり、電源装置のピーク電流が大となる等の問題があった。 In the analyzer, (e) the life of the Peltier element is shortened due to thermal stress due to the heat cycle in which the reaction steps with different temperatures are repeated. (F) When the temperature is changed suddenly, the temperature of the sample is set. (G) When a plurality of thermostatic devices are provided, there are problems such as overlapping of switching-on and increasing the peak current of the power supply device.

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、ペルチェ素子を用いた温度制御に際し、広い範囲で温度を安定させることを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to stabilize the temperature in a wide range in the temperature control using the Peltier element.

本発明は、ぺルチェ素子と、温度センサと、制御回路とから構成されるペルチェ素子の温度制御装置において、ぺルチェ素子の温度を検出する温度検出手段と、一定電圧の電源を供給する定電圧電源手段と、供給された電源を降圧してぺルチェ素子に印加する電圧印加手段と、定電圧電源手段が流す電流を検出する電流検出手段と、検出した電流と前記電圧印加手段で印加した電圧に基づいて、ぺルチェ素子の発熱面と吸熱面の温度差を算出する温度差算出手段と、算出した温度差と前記温度検出手段が検出した温度に基づいて、所望の熱量を発生するように前記電圧印加手段に印加電圧を指示する熱量制御手段とを備えることにより、前記課題を解決したものである。 The present invention relates to a temperature control device for a Peltier element composed of a Peltier element, a temperature sensor, and a control circuit, a temperature detection means for detecting the temperature of the Peltier element, and a constant voltage for supplying a constant voltage power source. Power supply means, voltage application means for stepping down the supplied power supply and applying it to the Peltier element, current detection means for detecting current flowing through the constant voltage power supply means, detected current and voltage applied by the voltage application means Based on the temperature difference calculating means for calculating the temperature difference between the heat generating surface and the heat absorbing surface of the Peltier element, and generating a desired amount of heat based on the calculated temperature difference and the temperature detected by the temperature detecting means. The above problem is solved by providing a calorific value control means for instructing an applied voltage to the voltage applying means.

又、前記熱量制御手段は、所望の熱量を発生するように、吸熱の際にはぺルチェ効果に基づいて演算し、発熱の際にはぺルチェ効果とジュール熱に基づいて演算するようにしたものである。 In addition, the heat amount control means calculates based on the Peltier effect when absorbing heat and calculates based on the Peltier effect and Joule heat when generating heat so as to generate a desired amount of heat. Is.

前記熱量制御手段は、更に、発生する熱量を熱量制限値以内に制限する熱量制御手段を備えたものである。 The heat quantity control means further includes a heat quantity control means for limiting the amount of heat generated within a heat quantity limit value.

前記熱量制御手段は、更に、所望の熱量を発生するためにペルチェ素子に流す電流値を算出した後に、算出した電流値が前記熱量制限値と共にベルチェ素子の許容電流値を超えないように制限する手段を備えたものである。 The calorific value control unit further calculates a current value to be passed through the Peltier element to generate a desired calorific value, and then limits the calculated current value so as not to exceed an allowable current value of the Beltier element together with the calorific value limit value. Means are provided.

又、前記熱量制御手段は、ペルチェ素子に流す電流値をペルチェ素子に印加する電圧値に変換する際に、ゼーベック効果による熱起電力に基づいて変換するようにしたものである。 The calorific value control means converts the current value flowing through the Peltier element into a voltage value applied to the Peltier element based on the thermoelectromotive force due to the Seebeck effect.

又、前記温度差算出手段は、温度差を算出する際に、ゼーベック効果による熱起電力に基づいて算出するようにしたものである。 The temperature difference calculating means calculates the temperature difference based on the thermoelectromotive force due to the Seebeck effect.

又、前記電圧印加手段は、前記定電圧電源手段が供給する定電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチングにより降圧する手段と、印加する電圧の極性を正と負のどちらか選択する手段と、どちらの極性であってもＰＷＭスイッチングがゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）となるようにする転流回路を備えたものである。 The voltage applying means includes means for stepping down the constant voltage supplied from the constant voltage power supply means by pulse width modulation (PWM) switching, means for selecting either positive or negative polarity of the applied voltage, The commutation circuit is provided so that the PWM switching becomes zero volt switching (ZVS) even if the polarity is.

又、前記温度検出手段が検出した温度に基づいて、温度を維持あるいは変更するために前記熱量制御手段に必要な熱量を指示する温度制御手段を備えたものである。 In addition, temperature control means is provided for instructing the heat quantity control means the amount of heat necessary for maintaining or changing the temperature based on the temperature detected by the temperature detection means.

本発明は、又、前記ペルチェ素子の温度制御装置を備えたことを特徴とする分析機用恒温装置を提供するものである。 The present invention also provides a thermostat for an analyzer comprising the temperature control device for the Peltier element.

本発明によれば、発生する熱量でペルチェ素子を制御することができるので、広い範囲で温度を安定させることが可能となる。 According to the present invention, since the Peltier device can be controlled by the amount of heat generated, the temperature can be stabilized in a wide range.

特に、発生する熱量を熱量制限値以内に制限するようにした場合には、ペルチェ素子に加わる熱ストレスを軽減して、寿命を延ばすと共に、温度を緩慢に変化させることで、試料の変質を防ぐことができる。 In particular, when the amount of generated heat is limited within the heat amount limit value, the thermal stress applied to the Peltier element is reduced, extending the life and slowly changing the temperature to prevent sample deterioration. be able to.

又、スイッチングがＺＶＳとなるようにした場合には、サージノイズが発生することがなく、測定結果の信頼性を大幅に向上できる。又、ペルチェ素子の電流がスイッチングによって断続することがなく、熱ストレスによる破損を防ぐことができる。 Further, when switching is set to ZVS, surge noise is not generated, and the reliability of the measurement result can be greatly improved. Further, the current of the Peltier element is not interrupted by switching, and damage due to thermal stress can be prevented.

以下図面を参照して、酵素免疫反応で用いられるインキュベータに適用した、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention applied to an incubator used in an enzyme immunoreaction will be described in detail with reference to the drawings.

図３は、本発明の実施形態を示すインキュベータ３０の構成図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。図３において、３２は熱伝導ブロック、３４はペルチェ素子、３６は放熱板、３８は断熱材、４０は、ペルチェ素子３４の上面温度と略同じ熱伝導ブロック３２の下面温度を検出するための温度センサである。 3 is a configuration diagram of the incubator 30 showing an embodiment of the present invention, FIG. 3 (a) is a plan view, and FIG. 3 (b) is a cross-sectional view taken along line bb of FIG. 3 (a). . In FIG. 3, 32 is a heat conduction block, 34 is a Peltier element, 36 is a heat sink, 38 is a heat insulating material, and 40 is a temperature for detecting the lower surface temperature of the heat conduction block 32 that is substantially the same as the upper surface temperature of the Peltier element 34. It is a sensor.

図４は本実施形態の機能ブロック図である。図４において、５０は、比例・積分・微分（ＰＩＤ）コントローラ５２、電流検出アナログ−ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）５４、ペルチェコントローラ５６及び前記温度センサ４０の出力により温度を検出する温度検出Ａ／Ｄ５８を含む温度制御部である。６０は、前記ペルチェコントローラ５６の出力が入力されるＦＥＴドライバ６２、該ＦＥＴドライバ６２の出力が入力されるＺＶＳ−Ｈブリッジ回路６４、及び、電流検出部６６を含む駆動回路であり、７０は電源部である。 FIG. 4 is a functional block diagram of the present embodiment. In FIG. 4, reference numeral 50 denotes a temperature detection A for detecting a temperature based on outputs of a proportional / integral / differential (PID) controller 52, a current detection analog-digital converter (A / D) 54, a Peltier controller 56, and the temperature sensor 40. / D58 is a temperature control unit. Reference numeral 60 denotes a drive circuit including an FET driver 62 to which the output of the Peltier controller 56 is input, a ZVS-H bridge circuit 64 to which the output of the FET driver 62 is input, and a current detection unit 66. Part.

図５は、前記ペルチェコントローラ５６の動作を示す流れ図である。 FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the Peltier controller 56.

前記駆動回路６０は、具体的には、図６に示す如く、構成されている。即ち、前記ＦＥＴドライバ６２は、ロジック回路６２Ａとドライバ回路６２Ｂで構成される。 Specifically, the drive circuit 60 is configured as shown in FIG. That is, the FET driver 62 includes a logic circuit 62A and a driver circuit 62B.

前記ＺＶＳ−Ｈブリッジ回路６４は、４個のＭＯＳＦＥＴ６４Ａ〜ＤによるＨブリッジと、ＬＣによる駆動電源用のＬＰＦ（ローパスフィルタ）回路６４Ｅと、ＬＣによるペルチェ素子出力用のＬＰＦ回路２組（６４Ｆ、６４Ｇ）と、可飽和インダクタとＬＣによる転流回路２組（６４Ｈ、６４Ｉ）で構成される。 The ZVS-H bridge circuit 64 includes an H bridge formed by four MOSFETs 64A to 64D, an LPF (low pass filter) circuit 64E for driving power by LC, and two sets of LPF circuits (64F, 64G for Peltier element output by LC). ), And two sets of commutation circuits (64H, 64I) using a saturable inductor and LC.

前記電流検出部６６は、電流検出抵抗６６Ａと電圧増幅アンプ６６Ｂで構成される。 The current detection unit 66 includes a current detection resistor 66A and a voltage amplification amplifier 66B.

前記ドライバ回路６２Ｂは、具体的には図７に示す如く構成されており、図８に示すような入出力タイミングで動作する。 Specifically, the driver circuit 62B is configured as shown in FIG. 7, and operates at input / output timings as shown in FIG.

以上の構成において、酸素免疫反応測定を例に説明すると、反応工程に先立って、図示しない上位コントローラから温度制御部５０のＰＩＤコントローラ５２に設定温度が指令される。このＰＩＤコントローラ５２の動作は、一般的な比例・積分・微分（ＰＩＤ）演算である。熱伝導ブロック３２に設けられた温度センサ４０により検出した温度（電圧）は、温度検出Ａ／Ｄ５８にてディジタル値に変換され、ＰＩＤコントローラ５２に送られる。本例では高精度な温度データが得られるように１秒毎に変換され送られる。 In the above configuration, the oxygen immunoreaction measurement will be described as an example. Prior to the reaction step, a set temperature is commanded to the PID controller 52 of the temperature control unit 50 from a host controller (not shown). The operation of the PID controller 52 is a general proportional / integral / derivative (PID) operation. The temperature (voltage) detected by the temperature sensor 40 provided in the heat conduction block 32 is converted into a digital value by the temperature detection A / D 58 and sent to the PID controller 52. In this example, it is converted and sent every second so that highly accurate temperature data can be obtained.

ＰＩＤコントローラ５２は、温度データを受け取ると演算を行ない、演算結果として熱量の差ΔＱデータをペルチェコントローラ５６に送る。 When the PID controller 52 receives the temperature data, the PID controller 52 performs a calculation, and sends a heat amount difference ΔQ data to the Peltier controller 56 as a calculation result.

ペルチェコントローラ５６は、受け取った熱量の差ΔＱを加算し、この合計した熱量Ｑを発生するようにペルチェ素子３４を制御する。この動作の詳細を図５の流れ図に沿って説明する。 The Peltier controller 56 adds the received heat quantity difference ΔQ, and controls the Peltier element 34 so as to generate the total heat quantity Q. Details of this operation will be described with reference to the flowchart of FIG.

動作を開始すると、ステップＳ１で制御熱量Ｑを０に初期設定する。 When the operation is started, the control heat quantity Q is initialized to 0 in step S1.

次にステップＳ２で、デューティＤｔと検出電流Ｉｒに０を初期設定する。 Next, in step S2, 0 is initially set to the duty Dt and the detection current Ir.

次にステップＳ３で、デューティＤｔの値（＝０）をデューティパルスとして、ＦＥＴドライバ６２のＰＷＭ信号に継続出力する。デューティパルスの繰り返し周期Ｔｃｙｃは本例では１８μＳとしている。 Next, in step S3, the value of the duty Dt (= 0) is continuously output to the PWM signal of the FET driver 62 as a duty pulse. In this example, the repetition period Tcyc of the duty pulse is 18 μS.

ここで、図６を参照して、駆動回路６０の動きを説明する。 Here, the operation of the drive circuit 60 will be described with reference to FIG.

前記ＦＥＴドライバ６２は、ＣＯＯＬ信号あるいはＨＯＴ信号とＰＷＭ信号の組合せで、ＺＶＳ−Ｈブリッジ回路６４のＭＯＳＦＥＴ６４Ａ〜Ｄを駆動する。 The FET driver 62 drives the MOSFETs 64A to 64D of the ZVS-H bridge circuit 64 by a COOL signal or a combination of a HOT signal and a PWM signal.

ここでは、ＺＶＳ（ゼロボルトスイッチング）の動作を、ＣＯＯＬ信号がＨｉｇｈでＨＯＴ信号がＬｏｗとして説明する。 Here, the operation of ZVS (zero volt switching) will be described assuming that the COOL signal is High and the HOT signal is Low.

ＰＷＭ信号がゲートにより反転されて、図８の入出力タイミングに示すＸＬＩの波形となる。ここでＸＬＩ、ＸＬＯ、ＸＨＯのＸはＡ又はＢを示す。すなわちＡＬＩ（ＸＬＩ）の入力波形でＡＬＯ（ＸＬＯ）とＡＨＯ（ＸＨＯ）の出力波形となり、ＢＬＩ（ＸＬＩ）の入力波形でＢＬＯ（ＸＬＯ）とＢＨＯ（ＸＨＯ）の出力波形となる。図７のＢＬＩがＨｉｇｈからＬｏｗになると、ＢＬＯがＬｏｗ（下側ＭＯＳＦＥＴ６４Ｂがオフ）になり、ターンオンディレイ後、ＢＨＯがＨｉｇｈ（上側ＭＯＳＦＥＴ６４Ａがオン）になる。次に、ＢＬＩがＬｏｗからＨｉｇｈになると、ＢＨＯがＬｏｗになり、ターンオンディレイ後、ＢＬＯがＨｉｇｈになる。このとき、Ｈブリッジ反対側のＡＬＯはＨｉｇｈ（下側ＭＯＳＦＥＴ６４Ｄがオン）で、ＡＨＯはＬｏｗ（上側ＭＯＳＦＥＴ６４Ｃがオフ）で一定となる。 The PWM signal is inverted by the gate, resulting in the XLI waveform shown in the input / output timing of FIG. Here, X in XLI, XLO, and XHO represents A or B. That is, the input waveform of ALI (XLI) becomes the output waveform of ALO (XLO) and AHO (XHO), and the input waveform of BLI (XLI) becomes the output waveform of BLO (XLO) and BHO (XHO). When BLI in FIG. 7 changes from High to Low, BLO becomes Low (lower MOSFET 64B is turned off), and after turn-on delay, BHO becomes High (upper MOSFET 64A is turned on). Next, when BLI goes from low to high, BHO goes low, and after turn-on delay, BLO goes high. At this time, the ALO on the opposite side of the H bridge is constant at High (lower MOSFET 64D is on) and AHO is low (upper MOSFET 64C is off).

このＢＨＯとＢＬＯによる上側ＭＯＳＦＥＴ６４Ａと下側ＭＯＳＦＥＴ６４Ｂの交互オンにより、転流回路６４Ｈへの電流の流入と流出が生じる。そして、ターンオンディレイ期間は上下ＭＯＳＦＥＴ共オフになるので、上側ＭＯＳＦＥＴ６４Ａについては、ＢＬＯがＨｉｇｈからＬｏｗになる際に、転流回路からの流出電流がソース電位をドレイン電位まで持ち上げる。従って、ドレイン−ソース間電位が０Ｖの状態でオンになる。一方、下側ＭＯＳＦＥＴ６４Ｂについては、ＢＨＯがＨｉｇｈからＬｏｗになる際に、転流回路への流入電流がダイオードを通って回流する。従って、ドレイン−ソース間電位が０Ｖの状態でオンになる。 When the upper MOSFET 64A and the lower MOSFET 64B are alternately turned on by BHO and BLO, current flows into and out of the commutation circuit 64H. Since both the upper and lower MOSFETs are turned off during the turn-on delay period, the outflow current from the commutation circuit raises the source potential to the drain potential when BLO changes from High to Low for the upper MOSFET 64A. Therefore, it is turned on when the drain-source potential is 0V. On the other hand, for the lower MOSFET 64B, when BHO changes from High to Low, the inflow current to the commutation circuit circulates through the diode. Therefore, it is turned on when the drain-source potential is 0V.

ペルチェ素子３４の電流極性を逆にする場合は、ＣＯＯＬ信号とＨＯＴ信号を反転させる。そうすると、下側ＭＯＳＦＥＴ６４Ｂ、６４Ｄと上側ＭＯＳＦＥＴ６４Ａ、６４Ｃと転流回路６４Ｈ、６４Ｉが入れ替わり、上記と同じ動作となる。 When the current polarity of the Peltier element 34 is reversed, the COOL signal and the HOT signal are inverted. Then, the lower MOSFETs 64B and 64D, the upper MOSFETs 64A and 64C, and the commutation circuits 64H and 64I are switched, and the same operation as described above is performed.

ペルチェ素子３４の駆動については、ＰＷＭ信号がＨｉｇｈの期間、上側ＭＯＳＦＥＴ６４Ａ、６４Ｃがオンになり、デューティＤｔに比例した電圧Ｖｐが印加される。 For driving the Peltier element 34, the upper MOSFETs 64A and 64C are turned on while the PWM signal is High, and the voltage Vp proportional to the duty Dt is applied.

デューティＤｔは、
Ｄｔ＝Ｔｏｎ／Ｔｃｙｃ …（１）
Ｔｏｎ：オン期間
と表わされ、ペルチェ印加電圧Ｖｐは、
Ｖｐ＝Ｖｓ×Ｄｔ …（２）
Ｖｓ：駆動電源電圧
と表わされる。 Duty Dt is
Dt = Ton / Tcyc (1)
Ton: expressed as an on period, and the Peltier applied voltage Vp is
Vp = Vs × Dt (2)
Vs: expressed as drive power supply voltage.

図５によるペルチェコントローラ５６の動作説明に戻る。 Returning to the description of the operation of the Peltier controller 56 shown in FIG.

ステップＳ４では、電流データを受け取ったか否かを確認する。電流検出部６６の出力する電圧は、ＺＶＳ−Ｈブリッジ回路６４に流れた電流を示す。この電圧は電流検出Ａ／Ｄ５４でディジタル値に変換され、ペルチェコントローラ５６に電流データとして送られる。本例では、１００μＳ毎に変換され送られる。電流データを受けていればステップＳ５に分岐する。 In step S4, it is confirmed whether or not current data has been received. The voltage output from the current detector 66 indicates the current that has flowed through the ZVS-H bridge circuit 64. This voltage is converted into a digital value by the current detection A / D 54 and sent to the Peltier controller 56 as current data. In this example, it is converted and sent every 100 μS. If current data is received, the process branches to step S5.

ステップＳ５では、電流データを検出電流Ｉｒに設定する。 In step S5, the current data is set to the detected current Ir.

次にステップＳ６で、熱量データを受け取ったか否かを確認する。この熱量データがＰＩＤコントローラ５２から送られる熱量の差ΔＱである。受け取っていればステップＳ７に進み、いなければステップＳ４に戻る。 Next, in step S6, it is confirmed whether or not heat data has been received. This amount of heat data is the difference in heat amount ΔQ sent from the PID controller 52. If it has been received, the process proceeds to step S7, and if not, the process returns to step S4.

ステップＳ７では、制御熱量Ｑに熱量データΔＱを加算する。 In step S7, the heat quantity data ΔQ is added to the control heat quantity Q.

次にステップＳ８では、温度データからペルチェ係数Πを求める。この温度データは、温度検出Ａ／Ｄ５８からＰＩＤコントローラ５２に送られた温度データと同じものである。ペルチェ係数Πは、温度に依存するペルチェ素子固有の値で、電流値を積算することで、ペルチェ素子の発熱面と吸熱面に温度差が無い場合の発生熱量が求まる。本例では、素子メーカから与えられるデータに基づき、ペルチェ係数Πは温度Ｔに対応させたデータテーブルΠ［Ｔ］として、予め用意している。 Next, in step S8, a Peltier coefficient Π is obtained from the temperature data. This temperature data is the same as the temperature data sent from the temperature detection A / D 58 to the PID controller 52. The Peltier coefficient Π is a value specific to the Peltier element that depends on the temperature. By accumulating the current value, the amount of heat generated when there is no temperature difference between the heat generating surface and the heat absorbing surface of the Peltier element can be obtained. In this example, the Peltier coefficient Π is prepared in advance as a data table Π [T] corresponding to the temperature T based on data given from the element manufacturer.

次にステップＳ９で、制御熱量Ｑが熱量制限を越えたかどうかを確認する。熱量制限は、加熱用ＱｐＬｉｍと吸熱用ＱｍＬｉｍが設けられて、ペルチェ素子や電源の制約等、熱量の制限を必要とする場合に制限値が設定される。通常の制御では、９９９と−９９９（Ｗ）が設定され無制限とする。制限を超えていればステップＳ１０に分岐する。ステップＳ１０では、制御熱量Ｑに熱量制限値を設定する。 Next, in step S9, it is confirmed whether or not the control heat quantity Q exceeds the heat quantity limit. The heat amount limitation is set when the heating QpLim and the heat absorption QmLim are provided, and the limitation of the amount of heat is required, such as restrictions on the Peltier element and the power source. In normal control, 999 and -999 (W) are set and unlimited. If it exceeds the limit, the process branches to step S10. In step S10, a heat amount limit value is set for the control heat amount Q.

次にステップＳ１１で、デューティＤｔが０か否かを確認する。０でステップＳ１２、０以外であればステップＳ１３に分岐する。 Next, in step S11, it is confirmed whether or not the duty Dt is zero. If it is 0 and step S12 is other than 0, it branches to step S13.

ステップＳ１２では、熱起電力Ｖｔに０を設定する。 In step S12, 0 is set to the thermoelectromotive force Vt.

ステップＳ１３では、デューティＤｔと検出電流Ｉｒから熱起電力Ｖｔを求める。 In step S13, the thermoelectromotive force Vt is obtained from the duty Dt and the detected current Ir.

ペルチェ素子３４が消費した電力Ｗｐを、
Ｗｐ＝Ｖｓ×Ｉｒ×Ｅｂ …（３）
Ｅｂ：回路の効率
ペルチェ素子３４に加えた電圧Ｖｐを、
Ｖｐ＝Ｖｓ×Ｄｔ …（４）
ペルチェ素子３４に流れた電流Ｉｐを、
Ｉｐ＝Ｗｐ／Ｖｐ …（５）
として、熱起電力Ｖｔは、
Ｖｔ＝Ｖｐ−Ｉｐ×Ｒｐ …（６）
Ｒｐ：ペルチェ素子３４の抵抗値
で求められる。 The power Wp consumed by the Peltier element 34 is
Wp = Vs × Ir × Eb (3)
Eb: Circuit efficiency The voltage Vp applied to the Peltier element 34 is
Vp = Vs × Dt (4)
The current Ip flowing through the Peltier element 34 is
Ip = Wp / Vp (5)
The thermoelectromotive force Vt is
Vt = Vp−Ip × Rp (6)
Rp: It is obtained from the resistance value of the Peltier element 34.

次にステップＳ１４で、ゼーベック係数Ｓから温度差ΔＴを求める。ゼーベック係数Ｓはペルチェ素子固有の値で、発熱面（熱伝導ブロック３２側）と、放熱面（放熱板３４側）の温度差ΔＴを積算することで、熱起電力Ｖｔ（Ｖ）が求まる。従って、温度差ΔＴは、
ΔＴ＝Ｖｔ／Ｓ …（７）
となる。 Next, in step S14, a temperature difference ΔT is obtained from the Seebeck coefficient S. The Seebeck coefficient S is a value unique to the Peltier element, and the thermoelectromotive force Vt (V) is obtained by integrating the temperature difference ΔT between the heat generating surface (the heat conduction block 32 side) and the heat radiating surface (the heat radiating plate 34 side). Therefore, the temperature difference ΔT is
ΔT = Vt / S (7)
It becomes.

次にステップ１５で、温度差ΔＴからペルチェ素子３４に電流を流さない場合（Ｉｐ＝０）の熱量Ｑｚを求める。熱量Ｑｚはペルチェ素子固有の熱伝導λｐにより生ずるものである。本例では、この熱量Ｑｚは、温度差ΔＴに対応させたデータテーブルＱｚ［ΔＴ］を予め計算して用意している。 Next, in step 15, the heat quantity Qz is obtained from the temperature difference ΔT when no current is passed through the Peltier element 34 (Ip = 0). The amount of heat Qz is generated by the heat conduction λp inherent to the Peltier element. In this example, this heat quantity Qz is prepared by calculating in advance a data table Qz [ΔT] corresponding to the temperature difference ΔT.

次にステップＳ１６で、制御熱量Ｑと熱量Ｑｚを比較する。制御熱量Ｑが熱量Ｑｚ以下であれば吸熱（冷却）としてステップＳ１７に分岐し、熱量Ｑｚより大であれば加熱としてステップＳ２４に分岐する。ここでは吸熱だとしてステップＳ１７に進む。 Next, in step S16, the control heat quantity Q and the heat quantity Qz are compared. If the control heat quantity Q is equal to or less than the heat quantity Qz, the process branches to step S17 as heat absorption (cooling), and if greater than the heat quantity Qz, the process branches to step S24 as heating. Here, since it is endothermic, it progresses to step S17.

ステップＳ１７では、ペルチェ効果によって発生する熱量と熱伝導により失われる熱量から、ペルチェ素子３４を駆動する電流値Ｉｐを求める。ここで熱伝導λｐは定数ｅ、ｆにより電流の１次式として近似させたものである。 In step S17, a current value Ip for driving the Peltier element 34 is obtained from the amount of heat generated by the Peltier effect and the amount of heat lost due to heat conduction. Here, the heat conduction λp is approximated as a linear expression of current by constants e and f.

即ち、熱伝導λｐを、
λｐ＝ｅ×Ｉｐ＋ｆ …（８）
として、吸熱時の熱量Ｑは、
Ｑ＝Π×Ｉｐ−ΔＴ×λｐ …（９）
で求められるから、ペルチェ素子駆動電流Ｉｐは、
Ｉｐ＝（Ｑ＋ΔＴ×ｆ）／（Π＋ΔＴ×ｅ） …（１０）
となる。 That is, the heat conduction λp is
λp = e × Ip + f (8)
The amount of heat Q at the time of endotherm is
Q = Π × Ip−ΔT × λp (9)
Therefore, the Peltier device driving current Ip is
Ip = (Q + ΔT × f) / (Π + ΔT × e) (10)
It becomes.

次にステップＳ１８で、温度差ΔＴから制限電流ＩＬｉｍを求める。制限電流ＩＬｉｍは、ペルチェ素子３４に流せる最大電流値と、電源部７０の電力供給能力から求める最大電流値のどちらか小さい方である。電源供給能力による最大電流値は、ペルチェ素子３４の消費電力Ｗｐを、
Ｗｐ＝Ｉｐ²×Ｒｐ＋Ｖｔ×Ｉｐ …（１１）
として算出する。本例では、制限電流ＩＬｉｍは、温度差ΔＴに対応させたデータテーブルＩＬｉｍ［ΔＴ］として予め計算して用意している。 Next, in step S18, the limiting current ILim is obtained from the temperature difference ΔT. The limit current ILim is the smaller one of the maximum current value that can be passed through the Peltier element 34 and the maximum current value obtained from the power supply capability of the power supply unit 70. The maximum current value due to the power supply capability is the power consumption Wp of the Peltier element 34,
Wp = Ip ² × Rp + Vt × Ip (11)
Calculate as In this example, the limit current ILim is calculated and prepared in advance as a data table ILim [ΔT] corresponding to the temperature difference ΔT.

次にステップＳ１９で、駆動電流Ｉｐが制限電流ＩＬｉｍを越えるか否かを判定する。越えていなければステップＳ２３に、越えていればステップＳ２０に分岐する。ここでは、越えているとしてステップＳ２０に進む。 Next, in step S19, it is determined whether or not the drive current Ip exceeds the limit current ILim. If not, the process branches to step S23, and if it exceeds, the process branches to step S20. Here, it is determined that it has exceeded, and the process proceeds to step S20.

ステップＳ２０では、駆動電流Ｉｐに制限電流ＩＬｉｍの値を設定する。 In step S20, the value of the limit current ILim is set as the drive current Ip.

次にステップＳ２１で、温度差ΔＴから熱伝導λｐにより失われる熱量ＱＬｉｍを求める。熱量ＱＬｉｍは制限電流ＩＬｉｍの値で算出する。本例では、この熱量は温度差ΔＴに対応させたデータテーブルＱＬｉｍ［ΔＴ］として予め用意している。 Next, in step S21, the amount of heat QLim lost due to the heat conduction λp is obtained from the temperature difference ΔT. The amount of heat QLim is calculated by the value of the limiting current ILim. In this example, this heat quantity is prepared in advance as a data table QLim [ΔT] corresponding to the temperature difference ΔT.

次にステップＳ２２で、駆動電流Ｉｐのペルチェ効果により発生する熱量と、熱伝導λｐにより失われる熱量から、次式により制御熱量Ｑを求める。 Next, in step S22, the control heat quantity Q is obtained by the following equation from the heat quantity generated by the Peltier effect of the drive current Ip and the heat quantity lost by the heat conduction λp.

Ｑ＝Π×Ｉｐ−ＱＬｉｍ …（１２） Q = Π × Ip−QLim (12)

次にステップＳ２３では、ペルチェ素子３４が吸熱となるように、ＦＥＴドライバ６２のＣＯＯＬ信号をＨｉｇｈに、ＨＯＴ信号をＬｏｗに設定出力する。次にステップＳ３１に進む。 Next, in step S23, the COOL signal of the FET driver 62 is set to High and the HOT signal is set to Low so that the Peltier element 34 absorbs heat. Next, the process proceeds to step S31.

一方、ステップＳ１６で加熱としてステップＳ２４に進んだ場合は、吸熱と同様にステップＳ３０までの処理を行なう。 On the other hand, when it progresses to step S24 as heating by step S16, the process to step S30 is performed similarly to heat absorption.

ステップＳ２４からＳ３０までの処理で吸熱との相違点は、以下のとおりである。 The difference from heat absorption in the processing from step S24 to S30 is as follows.

ステップＳ２４では、ペルチェ効果とジュール熱により発生する熱量と、熱伝導により失われる熱量から駆動電流Ｉｐを求める。 In step S24, the drive current Ip is obtained from the amount of heat generated by the Peltier effect and Joule heat and the amount of heat lost due to heat conduction.

即ち、加熱時の発生熱量Ｑ、
Ｑ＝Ｉｐ²×Ｒｐ＋Π×Ｉｐ−ΔＴ×λｐ …（１３）
から、ペルチェ駆動電流Ｉｐは、
Ａ＝Ｒｐ
Ｂ＝Π−ΔＴ×ｅ
Ｃ＝−ΔＴ×ｆ−Ｑ
Ｄ＝Ｂ²−４×Ａ×Ｃ
として、
Ｄ＜０で、Ｉｐ＝０ …（１４）
Ｄ≧０で、Ｉｐ＝（−Ｂ＋√Ｄ）／（２×Ａ） …（１５）
となる。 That is, the amount of heat generated during heating Q,
Q = Ip ² × Rp + Π × Ip−ΔT × λp (13)
From the above, the Peltier drive current Ip is
A = Rp
B = Π−ΔT × e
C = −ΔT × f−Q
D = B ² -4 × A × C
As
D <0, Ip = 0 (14)
When D ≧ 0, Ip = (− B + √D) / (2 × A) (15)
It becomes.

ステップＳ２９では、駆動電流Ｉｐ（＝ＩＬｉｍ）のペルチェ効果とジュール熱により発生する熱量と、熱伝導λｐにより失われる熱量から、次式により制御熱量Ｑを求める。 In step S29, the control heat quantity Q is obtained from the following equation from the Peltier effect of the drive current Ip (= ILim), the heat quantity generated by Joule heat, and the heat quantity lost by the heat conduction λp.

Ｑ＝Ｉｐ²×Ｒｐ＋Π×Ｉｐ−ＱＬｉｍ …（１６） Q = Ip ² × Rp + Π × Ip−QLim (16)

ステップＳ３０では、ペルチェ素子３４が加熱となるように、ＦＥＴドライバ６２のＣＯＯＬ信号をＬｏｗに、ＨＯＴ信号をＨｉｇｈに設定出力する。次にステップＳ３１に進む。 In step S30, the COOL signal of the FET driver 62 is set to Low and the HOT signal is set to High so that the Peltier element 34 is heated. Next, the process proceeds to step S31.

ステップＳ３１では、熱起電力Ｖｔと駆動電流Ｉｐから、次式によりデューティＤｔを求める。 In step S31, the duty Dt is obtained from the thermoelectromotive force Vt and the drive current Ip by the following equation.

Ｄｔ＝（Ｖｔ＋Ｉｐ×Ｒｐ）／Ｖｓ …（１７） Dt = (Vt + Ip × Rp) / Vs (17)

次にステップＳ３２で、デューティＤｔの絶対値をデューティパルスに変換して、ＦＥＴドライバ６２のＰＷＭ信号に継続出力する。 Next, in step S32, the absolute value of the duty Dt is converted into a duty pulse, and the PWM signal of the FET driver 62 is continuously output.

以後、ステップＳ４からＳ３２までを繰り返す。 Thereafter, steps S4 to S32 are repeated.

本実施形態においては、所望の熱量を発生するように、吸熱の際にはペルチェ効果に基づいて演算し、発熱の際にはペルチェ効果とジュール熱に基づいて演算するようにしたので、熱量を簡単且つ的確に計算することができる。なお、熱量を計算する方法はこれに限定されない。 In this embodiment, in order to generate a desired amount of heat, calculation is performed based on the Peltier effect during heat absorption, and calculation is performed based on the Peltier effect and Joule heat during heat generation. It can be calculated easily and accurately. Note that the method for calculating the amount of heat is not limited to this.

又、本実施形態では、発生する熱量を熱量制限値以内に制限するようにしたので、ペルチェ素子に加わる熱ストレスを軽減して寿命を延ばすことができると共に、温度を緩慢に変化させることで、試料の変質を防ぐことができる。なお、ペルチェ素子の特性や用途によっては、熱量制限を省略することも可能である。 In the present embodiment, since the amount of heat generated is limited within the heat amount limit value, the thermal stress applied to the Peltier element can be reduced and the life can be extended, and the temperature can be changed slowly. Sample deterioration can be prevented. Depending on the characteristics and application of the Peltier element, it is possible to omit the heat amount restriction.

又、本実施形態では、所望の熱量を発生するためにペルチェ素子に流す電流値を算出した後に、算出した電流値が前記熱量制限値と共にペルチェ素子の許容電流値を越えないよう制限するようにしたので、ペルチェ素子を保護すると共に、安価な電源装置を用いることができる。なお、ペルチェ素子の消費電力に基づく第一の熱量制限手段に加えて、熱量制限値を変更可能な第二の熱量制限手段を設けることもできる。 Further, in the present embodiment, after calculating the current value flowing through the Peltier element in order to generate a desired amount of heat, the calculated current value is limited so as not to exceed the allowable current value of the Peltier element together with the heat amount limit value. Therefore, it is possible to protect the Peltier element and use an inexpensive power supply device. In addition to the first heat quantity limiting means based on the power consumption of the Peltier element, a second heat quantity limiting means capable of changing the heat quantity limit value can be provided.

又、本実施形態においては、ペルチェ素子に流す電流値をペルチェ素子に印加する電圧値に変換する際に、ゼーベック効果による熱起電力に基づいて変換するようにしたので、前記変換を容易に行なうことができる。なお、他の方法で変換することも可能である。 Further, in the present embodiment, when the current value passed through the Peltier element is converted to the voltage value to be applied to the Peltier element, the conversion is performed based on the thermoelectromotive force due to the Seebeck effect. be able to. Note that conversion by other methods is also possible.

又、本実施形態においては、温度差を算出する際に、ゼーベック効果による熱起電力に基づいて算出するようにしたので、温度差を容易に算出することができる。なお、温度差を算出する方法は、これに限定されない。 In the present embodiment, the temperature difference is calculated based on the thermoelectromotive force due to the Seebeck effect when calculating the temperature difference, so that the temperature difference can be easily calculated. The method for calculating the temperature difference is not limited to this.

又、本実施形態においては、電圧印加手段が、定電圧電源手段が供給する定電圧をＰＷＭスイッチングにより降圧する手段（ドライバ回路６２Ｂ）と、印加する電圧の極性を正と負のどちらか選択する手段（Ｈブリッジ）と、どちらの極性であってもＰＷＭスイッチングがＺＶＳとなるようにする転流回路６４Ｈ、６４Ｉを備えたので、サージノイズが発生することがなく、測定結果の信頼性を大幅に向上できる。又、ペルチェ素子の電流がスイッチングによって断続することがなく、熱ストレスによる破損を防ぐことができる。 In the present embodiment, the voltage application means selects the means (driver circuit 62B) for stepping down the constant voltage supplied from the constant voltage power supply means by PWM switching, and selects the polarity of the voltage to be applied, positive or negative. Since there is a commutation circuit 64H, 64I that allows PWM switching to be ZVS regardless of the polarity (H bridge), surge noise does not occur, greatly increasing the reliability of the measurement results Can be improved. Further, the current of the Peltier element is not interrupted by switching, and damage due to thermal stress can be prevented.

特にＬＰＦ６４Ｅ〜６４Ｇを設けた場合には、電源の電流がスイッチングによって変動することがなく、複数の恒温装置を設けたときでも、ピーク電流を抑えることができる。 In particular, when the LPFs 64E to 64G are provided, the current of the power source does not fluctuate due to switching, and the peak current can be suppressed even when a plurality of thermostats are provided.

又、温度検出手段で検出した温度に基づいて、温度を維持あるいは変更するために熱量制御手段に必要な熱量を指示する温度制御手段（ＰＩＤコントローラ５２、ペルチェコントローラ５６）を設けたので、必要な熱量に応じた的確な制御を行なうことができる。 Further, since temperature control means (PID controller 52, Peltier controller 56) for instructing the heat quantity necessary for the heat quantity control means to maintain or change the temperature based on the temperature detected by the temperature detection means is provided, it is necessary. Accurate control according to the amount of heat can be performed.

なお、前記実施形態では、反応容器として９６穴のマイクロプレートが用いられていたが、本発明は、３８４穴のマイクロプレートや、他の反応容器一般に適用できる。 In the above embodiment, a 96-well microplate is used as the reaction vessel. However, the present invention can be applied to a 384-hole microplate and other reaction vessels in general.

又、前記実施形態では、熱伝導ブロックをアルミニウム材質としているが、銅を用いたり、グラファイト等に一部を代えて熱容量を下げ、更に効果を上げても良い。 In the above embodiment, the heat conduction block is made of an aluminum material, but copper may be used, or a part of the heat conduction block may be replaced with graphite or the like to lower the heat capacity, thereby further improving the effect.

又、計算に用いるパラメータの値を、算出前に変更するパラメータ変更手段を更に設けても良い。 Further, parameter changing means for changing the value of the parameter used for the calculation before the calculation may be further provided.

温度制御対象も、酵素免疫反応測定用のインキュベータや恒温装置に限定されない。 The temperature control target is not limited to an incubator or thermostat for enzyme immune reaction measurement.

反応容器の一種であるマイクロプレートを示す（ａ）平面図、（ｂ）側面図及び（ｃ）断面図(A) plan view, (b) side view and (c) cross-sectional view showing a microplate which is a kind of reaction vessel 酵素免疫反応測定における温度変化状態の例を示す線図Diagram showing an example of temperature change in enzyme immunoreaction measurement 本発明の実施形態におけるインキュベータを示す（ａ）平面図及び（ｂ）断面図The (a) top view and (b) sectional view showing the incubator in the embodiment of the present invention 同じく機能ブロック図Same function block diagram 同じくペルチェコントローラの制御の前半を示す流れ図A flowchart showing the first half of the control of the Peltier controller 同じくペルチェコントローラの制御の後半を示す流れ図Flow chart showing the second half of the same Peltier controller control 同じく駆動回路の構成を示す回路図Similarly, a circuit diagram showing the configuration of the drive circuit 同じくドライバ回路の構成を示す回路図Similarly, a circuit diagram showing the configuration of the driver circuit 同じくドライバ回路の動作を示すタイムチャートTime chart showing the operation of the driver circuit

符号の説明Explanation of symbols

１０…マイクロプレート
１２…ウェル
３０…インキュベータ
３２…熱伝導ブロック
３４…ペルチェ素子
４０…温度センサ
５０…温度制御部
５２…ＰＩＤコントローラ
５４…電流検出Ａ／Ｄ
５６…ペルチェコントローラ
５８…温度検出Ａ／Ｄ
６０…駆動回路
６２…ＦＥＴドライバ
６２Ｂ…ドライバ回路
６４…ＺＶＳ−Ｈブリッジ回路
６６…電流検出部
７０…電源部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Microplate 12 ... Well 30 ... Incubator 32 ... Thermal conduction block 34 ... Peltier element 40 ... Temperature sensor 50 ... Temperature control part 52 ... PID controller 54 ... Current detection A / D
56 ... Peltier controller 58 ... Temperature detection A / D
DESCRIPTION OF SYMBOLS 60 ... Drive circuit 62 ... FET driver 62B ... Driver circuit 64 ... ZVS-H bridge circuit 66 ... Current detection part 70 ... Power supply part

Claims

ペルチェ素子と、温度センサと、制御回路とから構成されるペルチェ素子の温度制御装置において、
ペルチェ素子の温度を検出する温度検出手段と、
一定電圧の電源を供給する定電圧電源手段と、
供給された電源を降圧してペルチェ素子に印加する電圧印加手段と、
定電圧電源手段が流す電流を検出する電流検出手段と、
検出した電流と前記電圧印加手段で印加した電圧に基づいて、ペルチェ素子の発熱面と吸熱面の温度差を算出する温度差算出手段と、
算出した温度差と前記温度検出手段が検出した温度に基づいて、所望の熱量を発生するように前記電圧印加手段に印加電圧を指示する熱量制御手段と、
を備えたことを特徴とするペルチェ素子の温度制御装置。 In a temperature control device for a Peltier element composed of a Peltier element, a temperature sensor, and a control circuit,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the Peltier element;
Constant voltage power supply means for supplying a constant voltage power supply;
Voltage application means for stepping down the supplied power source and applying it to the Peltier element;
Current detection means for detecting current flowing by the constant voltage power supply means;
A temperature difference calculating means for calculating a temperature difference between the heat generating surface and the heat absorbing surface of the Peltier element based on the detected current and the voltage applied by the voltage applying means;
A calorific value control means for instructing an applied voltage to the voltage applying means so as to generate a desired calorific value based on the calculated temperature difference and the temperature detected by the temperature detecting means;
A temperature control device for a Peltier element, comprising:

前記熱量制御手段は、所望の熱量を発生するように、吸熱の際にはペルチェ効果に基づいて演算し、発熱の際にはペルチェ効果とジュール熱に基づいて演算することを特徴とする請求項１に記載のペルチェ素子の温度制御装置。 The heat amount control means performs calculation based on a Peltier effect when absorbing heat and calculates based on a Peltier effect and Joule heat when generating heat so as to generate a desired amount of heat. 2. A temperature control device for a Peltier element according to 1.

前記熱量制御手段は、更に、発生する熱量を熱量制限値以内に制限する熱量制御手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のペルチェ素子の温度制御装置。 The temperature control device for a Peltier element according to claim 1 or 2, wherein the heat quantity control means further comprises a heat quantity control means for limiting the amount of heat generated within a heat quantity limit value.

前記熱量制御手段は、更に、所望の熱量を発生するためにペルチェ素子に流す電流値を算出した後に、算出した電流値が前記熱量制限値と共にベルチェ素子の許容電流値を超えないように制限する手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載のペルチェ素子の温度制御装置。 The calorific value control unit further calculates a current value to be passed through the Peltier element to generate a desired calorific value, and then limits the calculated current value so as not to exceed an allowable current value of the Beltier element together with the calorific value limit value. The temperature control device for a Peltier element according to claim 3, further comprising means.

前記熱量制御手段は、ペルチェ素子に流す電流値をペルチェ素子に印加する電圧値に変換する際に、ゼーベック効果による熱起電力に基づいて変換することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のペルチェ素子の温度制御装置。 5. The heat quantity control means, when converting a current value flowing through a Peltier element into a voltage value to be applied to the Peltier element, converts based on a thermoelectromotive force due to the Seebeck effect. The temperature control apparatus of the Peltier device as described in 2.

前記温度差算出手段は、温度差を算出する際に、ゼーベック効果による熱起電力に基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載のペルチェ素子の温度制御装置。 The temperature control device for a Peltier element according to claim 1, wherein the temperature difference calculation means calculates the temperature difference based on a thermoelectromotive force due to the Seebeck effect.

前記電圧印加手段は、前記定電圧電源手段が供給する定電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチングにより降圧する手段と、印加する電圧の極性を正と負のどちらか選択する手段と、どちらの極性であってもＰＷＭスイッチングがゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）となるようにする転流回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のペルチェ素子の温度制御装置。 The voltage application means includes means for stepping down a constant voltage supplied from the constant voltage power supply means by pulse width modulation (PWM) switching, means for selecting either positive or negative polarity of the applied voltage, and which polarity. However, the temperature control device for a Peltier element according to claim 1, further comprising a commutation circuit that allows the PWM switching to be zero volt switching (ZVS).

前記温度検出手段が検出した温度に基づいて、温度を維持あるいは変更するために前記熱量制御手段に必要な熱量を指示する温度制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のペルチェ素子の温度制御装置。 2. The Peltier element according to claim 1, further comprising temperature control means for instructing the heat quantity necessary for the heat quantity control means to maintain or change the temperature based on the temperature detected by the temperature detection means. Temperature control device.

請求項１乃至８のいずれかに記載のペルチェ素子の温度制御装置を備えたことを特徴とする分析機用恒温装置。 A thermostat for an analyzer, comprising the temperature control device for a Peltier element according to any one of claims 1 to 8.