广域温度控制装置制造方法
广域温度控制装置制造方法
【专利摘要】一种广域温度控制装置，用以控制待测物至预定温度。广域温度控制装置包含导热板、温度调整模块、承载板以及热电致冷模块。温度调整模块连接导热板，用以将导热板调整至基准温度。承载板用以容置待测物。热电致冷模块连接于导热板与承载板之间，用以基于基准温度经由承载板控制待测物至预定温度。
【专利说明】广域温度控制装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明是有关于一种广域温度控制装置。
【背景技术】
[0002]一般在进行待测物的高速温度变化实验时，大多会以空气为介质，并采用强大气流作为热源或冷源以带至待测物上。但是，由于空气本身的导热性能并不甚理想，再加上气流本身并不容易控制，因此待测物实际的温度变化与均温性均有改善的空间。
[0003]目前,业界所发展出的热电致冷器(Thermoelectric cooler, TEC)是一种常被用来精确控制温度的温控元件，虽然其升降温度的速度以及均温性皆有不错的表现，但缺点是其对于温度的可控制范围并不够宽。
[0004]因此，如何提供一种改良的温度控制方式以达到均温性高、温度控制精准、升降温度迅速以及温度控制范围广等技术特点，是目前业界亟欲投入研发资源解决的问题之一。
【发明内容】
[0005]因此，本发明是提供一种广域温度控制装置，以解决上述的问题。
[0006]本发明是提供一种广域温度控制装置，用以控制一待测物至一预定温度，该广域温度控制装置包含一导热板、一温度调整模块、一承载板以及一热电致冷模块。该温度调整模块连接该导热板，用以将该导热板调整至一基准温度。该承载板用以容置该待测物。该热电致冷模块，连接于该导热板与该承载板之间，用以基于该基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度。
[0007]本发明另提供一种广域温度控制装置，用以控制一待测物至一预定温度，该广域温度控制装置包含一导热板、一加热单元、一加热控制器、一冷却组件、一冷却控制器、一承载板以及一热电致冷模块。该加热单元连接该导热板，用以加热该导热板。该加热控制器连接该加热单元，用以驱动该加热单元而将该导热板升温至一第一基准温度。该冷却组件连接该导热板，用以冷却该导热板。该冷却控制器连接该冷却组件，用以驱动该冷却组件而将该导热板降温至一第二基准温度。该承载板用以容置该待测物。该热电致冷模块连接于该导热板与该承载板之间，用以基于该第一基准温度或该第二基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为绘示本发明一实施方式的广域温度控制装置的示意图；
[0009]图2为绘示图1中的广域温度控制装置的详细示意图；
[0010]图3为绘示图1中的广域温度控制装置的另一详细示意图；
[0011]图4为绘示本发明另一实施方式的温控设备的示意图；
[0012]图5为绘示本发明另一实施方式的温控设备的示意图。
【具体实施方式】
[0013]请参阅图1，其为绘示本发明一实施方式的广域温度控制装置I的示意图。广域温度控制装置I是用以控制待测物20至预定温度。广域温度控制装置I包含导热板10、温度调整模块12、承载板14以及热电致冷模块16。广域温度控制装置I的温度调整模块12连接导热板10，用以将导热板10调整至基准温度。广域温度控制装置I的承载板14用以容置待测物20。广域温度控制装置I的热电致冷模块16连接于导热板10与承载板14之间，用以基于基准温度经由承载板14控制待测物20至预定温度。
[0014]请参阅图2以及图3。图2为绘示图1中的广域温度控制装置I的详细示意图。图3为绘示图1中的广域温度控制装置I的另一详细示意图。于本实施方式中，广域温度控制装置I还包含温度感测器17以及温度控制器18。广域温度控制装置I的温度感测器17连接承载板14，用以经由承载板14感测待测物20的实际温度。广域温度控制装置I的温度控制器18连接于热电致冷模块16与温度感测器17之间，用以控制热电致冷模块16经由承载板14致热或致冷待测物20，使待测物20的实际温度到达预定温度。
[0015]广域温度控制装置I的热电致冷模块16是一种以半导体热电材料(例如，包含碲化铋)为基础，可以作为小型热泵的电子元件。通过在热电致冷模块16的两端加载一个较低的直流电压，热量就会从热电致冷模块16的一端流到另一端。此时，热电致冷模块16的一端温度就会降低，而另一端的温度就会同时上升。只要改变电流方向，就可以改变热流的方向，将热量输送至另一端。所以，在热电致冷模块16上就可以同时实现加热与冷却两种功能。由于热电致冷模块16具有一个闭路温度控制循环，因此可在0.1° C的范围内精确地控制温度。
[0016]同样示于图2，广域温度控制装置I的温度调整模块12包含加热单元120以及加热控制器122。温度调整模块12的加热单元120连接导热板10，用以加热导热板10。温度调整模块12的加热控制器122连接加热单元120，用以驱动加热单元120而将导热板10
升温至基准温度(例如，较高温的第一基准温度)。
[0017]当预定温度大于环境温度时，上述基准温度(亦即，第一基准温度)能到达多高取决于加热单元120本身的加能，而温度调整模块12的主要功能之一就是将导热板10加热至基准温度，借以实质缩减热电致冷模块16将待测物20控制至预定温度时所需调整的温差。因此，温度调整模块12并不需要精准地将导热板10加热至基准温度，也就不用浪费成本去设置像是温度感测器17的温度回馈元件。然而，本发明并不以此为限，于实际应用中，温度调整模块12中设置可精准地将导热板10加热至基准温度的温度回馈元件，亦是可行的选项之一。
[0018]广域温度控制装置I的热电致冷模块16具有温差控制范围。当预定温度大于环境温度，预定温度基于环境温度超出热电致冷模块16的温差控制范围时，温度控制器18是控制温度调整模块12的加热控制器122驱动加热单元120，借以将导热板10加热至基准温度(亦即，第一基准温度)，如此热电致冷模块16才能再基于基准温度而经由承载板14精准地控制待测物20至预定温度。若要成功达到将待测物20调整至预定温度的目的，温度调整模块12所提供的基准温度与预定温度之间的温差，必须小于热电致冷模块16的温差控制范围。
[0019]相对地，当预定温度大于环境温度，预定温度基于环境温度在热电致冷模块16的温差控制范围内时，温度控制器18是直接控制热电致冷模块16而经由承载板14精准地控制待测物20至预定温度，并不需由温度调整模块12先提供基准温度(亦即，第一基准温度)。借此，本发明的广域温度控制装置I即可更灵活地因应预定温度与环境温度之间的温差大小而弹性地仅驱动必要元件运作，因此于某些情况的下可达到减少耗能的功效。
[0020]于一实施方式中，温度调整模块12的加热单元120为埋设于导热板10中的加热线圈，但本发明的加热单元120并不以此为限。
[0021]同样示于图3，广域温度控制装置I的温度调整模块12还包含冷却组件124以及冷却控制器126。温度调整模块12的冷却组件124连接导热板10，用以冷却导热板10。温度调整模块12的冷却控制器126连接冷却组件124，用以驱动冷却组件124而将导热板10降温至基准温度(例如，较低温的第二基准温度)。
[0022]当预定温度小于环境温度时，上述基准温度(亦即，第二基准温度)能到达多低取决于冷却组件124的冷却性能，而温度调整模块12的主要功能之一就是将导热板10冷却至基准温度，借以实质缩减热电致冷模块16将待测物20控制至预定温度时所需调整的温差。因此，温度调整模块12并不需要精准地将导热板10冷却至基准温度，也就不用浪费成本去设置像是温度感测器17的温度回馈元件。然而，本发明并不以此为限，于实际应用中，温度调整模块12中设置可精准地将导热板10冷却至基准温度的温度回馈元件，亦是可行的选项之一。
[0023]广域温度控制装置I的热电致冷模块16具有温差控制范围。当预定温度小于环境温度，且预定温度基于环境温度超出热电致冷模块16的温差控制范围时，温度控制器18是控制温度调整模块12的冷却控制器126驱动冷却组件124，借以将导热板10冷却至基准温度(亦即，第二基准温度)，如此热电致冷模块16才能再基于基准温度而经由承载板14精准地控制待测物20至预定温度。若要成功达到将待测物20调整至预定温度的目的，温度调整模块12所提供的基准温度与预定温度之间的温差，必须小于热电致冷模块16的温差控制范围。
[0024]相对地，当预定温度小于环境温度，且预定温度基于环境温度在热电致冷模块16的温差控制范围内时，温度控制器18是直接控制热电致冷模块16而经由承载板14精准地控制待测物20至预定温度，并不需由温度调整模块12先提供基准温度(亦即，第二基准温度)。借此，本发明的广域温度控制装置I即可更灵活地因应预定温度与环境温度之间的温差大小而弹性地仅驱动必要元件运作，因此于某些情况之下可达到减少耗能的功效。
[0025]于本实施方式中，温度调整模块12的冷却组件124包含蒸发器124a、压缩机124b以及冷凝器124c。冷却组件124的蒸发器124a连接导热板10，用以通过气、液态混合的冷媒吸收导热板10的热量，致使导热板10降温至基准温度。吸收热量后的气、液态混合的冷媒会蒸发而转换为低温低压的气态冷媒。冷却组件124的压缩机124b连接蒸发器124a，并连接冷却控制器126，用以受冷却控制器126驱动而将蒸发为气态的气态冷媒加压，使得低温低压的气态冷媒转换成高温高压的液态冷媒。冷却组件124的冷凝器124c连接于蒸发器124a与压缩机124b之间，用以利用水或空气对高温高压的液态冷媒进行散热。冷却组件124的蒸发器124a、压缩机124b与冷凝器124c是以金属硬管依序连接，且冷媒于金属硬管中流动于蒸发器124a、压缩机124b与冷凝器124c三者之间进行热交换，但本发明的冷却组件124并不以此为限。
[0026]举例来说，温度调整模块12的加热单元120可提供的第一基准温度为70° C，温度调整模块12的冷却组件124可提供的第二基准温度为-30° C，若热电致冷模块16的温差控制范围为60° C，则通过温度调整模块12的辅助，本发明的广域温度控制装置I的实际温差控制范围即可扩展为-90° C至130° C。
[0027]请参照图4，其为绘示本发明另一实施方式的温控设备3的示意图。于本实施方式中，温控设备3可应用于IC产业中。温控设备3包含IC温控头3a以及主机3b。温控设备3的IC温控头3a包含导热板30、加热单元320、蒸发器324a、IC接触金属头34以及热电致冷模块36。IC温控头3a的加热单元320连接导热板30，用以将导热板30加热至基准温度(例如，较高温的第一基准温度)。IC温控头3a的蒸发器324a连接导热板30，用以通过液态冷媒吸收导热板30的热量，致使导热板30降温至另一基准温度(例如，较低温的第二基准温度)。IC温控头3a的热电致冷模块36连接于导热板30与IC接触金属头34之间，用以基于基准温度控制IC接触金属头34至预定温度。
[0028]温控设备3的主机3b包含加热控制器322、压缩机324b、冷凝器324c、冷却控制器326、温度感测器37以及温度控制器38。主机3b的加热控制器322连接IC温控头3a的加热单元320，用以驱动加热单元320而将导热板30升温至基准温度(亦即，第一基准温度)。冷却控制器326控制压缩机324b、冷凝器324c及蒸发器324a形成冷却循环。主机3b的温度感测器37连接IC接触金属头34，用以感测IC接触金属头34的实际温度。主机3b的温度控制器38连接于IC温控头3a的热电致冷模块36与温度感测器37之间，用以控制热电致冷模块36致热或致冷IC接触金属头34，使IC接触金属头34的实际温度到达预定温度。
[0029]由此可知，本实施方式的温控设备3采用分离式的架构，并可通过IC接触金属头34以接触的方式对IC待测物(图未示)进行控温，因此可大幅缩小温控设备3整体的体积，并提升其使用方便性。
[0030]请参照图5，其为绘示本发明另一实施方式的温控设备5的示意图。于本实施方式中，温控设备5可应用于IC产业中。温控设备5包含IC温控头5a以及主机5b。温控设备5的IC温控头5a包含导热板50、加热单元520、水盘式热交换器530、IC接触金属头54以及热电致冷模块56。IC温控头5a的加热单元520连接导热板50，用以将导热板50加热至基准温度(例如，较高温的第一基准温度)。IC温控头5a的水盘式热交换器530连接导热板50，用以对导热板50进行热交换，致使导热板50降温至另一基准温度(例如，较低温的第二基准温度)。于一实施方式中，IC温控头5a的水盘式热交换器530为高鳍片密度水盘式热交换器，可产生与冷媒一样的冷却能力。IC温控头5a的热电致冷模块56连接于导热板50与IC接触金属头54之间，用以基于基准温度控制IC接触金属头54至预定温度。
[0031]温控设备5的主机5b包含加热控制器522、冷却组件524、冷却控制器526、器泵、温度感测器57以及温度控制器58。主机5b的加热控制器522连接IC温控头5a的加热单元520，用以驱动加热单元520而将导热板50升温至基准温度(亦即，第一基准温度)。主机5b的冷却组件524可包含如图3中所示的蒸发器124a、压缩机124b与冷凝器124c，并连接冷却控制器526。冷却组件524所包含的元件的连接关系、功能与作动方式可参考前文相关说明，在此不再赘述。主机5b的冷却控制器526可驱动冷却组件524，进而于冷却组件524与气泵528之间的低温空气产生区CZ中产生低温空气。主机5b的气泵528以两气流管路连接至IC温控头5a的水盘式热交换器530，用以将低温空气产生区CZ中的低温空气经由一气流管路排至水盘式热交换器530，并经由水盘式热交换器530吸收导热板50的热量，致使导热板50降温至基准温度(亦即，第二基准温度)。低温空气在吸收导热板50的热之后转换为高温气体，并经由另一气流管路回到低温空气产生区CZ中。高温空气在低温空气产生区CZ又会再次被冷却组件524所冷却。主机5b的温度感测器57连接IC接触金属头54，用以感测IC接触金属头54的实际温度。主机5b的温度控制器58连接于IC温控头5a的热电致冷模块56与温度感测器57之间，用以控制热电致冷模块56致热或致冷IC接触金属头54，使IC接触金属头54的实际温度到达预定温度。
[0032]由此可知，本实施方式的温控设备5同样采用分离式的架构，并可通过IC接触金属头54以接触的方式对IC待测物(图未示)进行控温，因此可大幅缩小温控设备5整体的体积，并提升其使用方便性。本实施方式的温控设备5无须使用冰水机以及水流管路(可避免漏水问题)，也无须通过液态氮辅助降温，因此具有低成本的价格竞争优势。另外，于气泵528与水盘式热交换器530之间的两气流管路中流通的并非冷媒，因此较为安全，且两气流管路使用时弯曲较为容易。
[0033]由以上对于本发明的具体实施例的详述，可以明显地看出，本发明的广域温度控制装置可先通过温度调整模块将导热板概略地调整至基准温度，再通过热电致冷模块基于基准温度而精准地将待测物控制至预定温度。换言之，温度调整模块所提供的基准温度，可实质缩减热电致冷模块将待测物控制至预定温度时所需调整的温差，因此温度调整模块可视为扩增热电致冷模块的温差控制范围的元件。热电致冷模块的温度控制器可根据预定温度与环境温度之间的温差大小，选择性地驱动温度调整模块及/或热电致冷模块将待测物控制至预定温度。当预定温度基于环境温度超出热电致冷模块的温差控制范围时，温度控制器是控制温度调整模块与热电致冷模块以上述两阶段调温方式将待测物控制至预定温度；当预定温度基于环境温度在温差控制范围内时，温度控制器是直接控制热电致冷模块将待测物控制至预定温度。
[0034]虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种广域温度控制装置，其特征在于，用以控制一待测物至一预定温度，该广域温度控制装置包含: 一导热板； 一温度调整模块，连接该导热板，用以将该导热板调整至一基准温度； 一承载板，用以容置该待测物；以及 一热电致冷模块，连接于该导热板与该承载板之间，用以基于该基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度。
2.根据权利要求1所述的广域温度控制装置，其特征在于，还包含: 一温度感测器，连接该承载板，用以感测该待测物的一实际温度；以及 一温度控制器，连接于该热电致冷模块与该温度感测器之间，用以控制该热电致冷模块经由该承载板致热或致冷该待测物，使该实际温度到达该预定温度。
3.根据权利要求2所述的广域温度控制装置，其特征在于，该温度调整模块包含: 一加热单元，连接该导热板，用以加热该导热板；以及 一加热控制器，连接该加热单元，用以驱动该加热单元而将该导热板升温至该基准温度。
4.根据权利要求3所述的广域温度控制装置，其特征在于，该温度控制器是连接该加热控制器，且该热电致冷模块具有一温差控制范围；当该预定温度基于一环境温度超出该温差控制范围时，该温度控制器控制该加热控制器驱动该加热单元，以使该热电致冷模块基于该基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度；当该预定温度基于该环境温度在该温差控制范围内时，该温度控制器直接控制该热电致冷模块至该预定温度。
5.根据权利要求2所述的广域温度控制装置，其特征在于，该温度调整模块包含: 一冷却组件，连接该导热板，用以冷却该导热板；以及 一冷却控制器，连接该冷却组件，用以驱动该冷却组件而将该导热板降温至该基准温度。
6.根据权利要求5所述的广域温度控制装置，其特征在于，该温度控制器是连接该冷却控制器，且该热电致冷模块具有一温差控制范围；当该预定温度基于一环境温度超出该温差控制范围时，该温度控制器控制该冷却控制器驱动该冷却组件，以使该热电致冷模块基于该基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度；当该预定温度基于该环境温度在该温差控制范围内时，该温度控制器直接控制该热电致冷模块至该预定温度。
7.根据权利要求5所述的广域温度控制装置，其特征在于，该冷却组件包含: 一蒸发器，连接该导热板，用以通过一冷媒吸收该导热板的热量，致使该导热板降温至该基准温度； 一压缩机，连接该蒸发器，并连接该冷却控制器，用以受该冷却控制器驱动而加压该冷媒；以及 一冷凝器，连接于该蒸发器与该压缩机之间，用以使该冷媒进行散热。
8.根据权利要求5所述的广域温度控制装置，其特征在于，该温度调整模块包含: 一水盘式热交换器，连接该导热板，用以通过一低温空气产生吸收该导热板的热量，致使该导热板降温至该基准温度；以及 一气泵，连接该水盘式热交换器与该冷却组件，用以输送该低温空气。
9.一种广域温度控制装置，其特征在于，用以控制一待测物至一预定温度，该广域温度控制装置包含: 一导热板； 一加热单元，连接该导热板，用以加热该导热板； 一加热控制器，连接该加热单元，用以驱动该加热单元而将该导热板升温至一第一基准温度； 一冷却组件，连接该导热板，用以冷却该导热板； 一冷却控制器，连接该冷却组件，用以驱动该冷却组件而将该导热板降温至一第二基准温度； 一承载板，用以容置该待测物；以及 一热电致冷模块，连接于该导热板与该承载板之间，用以基于该第一基准温度或该第二基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度。
10.根据权利要求9所述的广域温度控制装置，其特征在于，还包含: 一温度感测器，连接该承载板，用以感测该待测物的一实际温度；以及 一温度控制器，连接于该热电致冷模块与该温度感测器之间，用以控制该热电致冷模块经由该承载板致热或致冷该待测物，使该实际温度到达该预定温度。
11.根据权利要求10所述的广域温度控制装置，其特征在于，该温度控制器是连接该加热控制器与该冷却控制器；当该预定温度大于一环境温度时，该温度控制器控制该加热控制器驱动该加热单元，以使该热电致冷模块基于该第一基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度；当该预定温度小于该环境温度时，该温度控制器控制该冷却控制器驱动该冷却组件，以使该热电致冷模块基于该第二基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度。
【文档编号】G05D23/30GK104281177SQ201310276252
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】游本懋, 林明杰, 张庆文, 吴信毅 申请人:致茂电子股份有限公司
【专利摘要】一种广域温度控制装置，用以控制待测物至预定温度。广域温度控制装置包含导热板、温度调整模块、承载板以及热电致冷模块。温度调整模块连接导热板，用以将导热板调整至基准温度。承载板用以容置待测物。热电致冷模块连接于导热板与承载板之间，用以基于基准温度经由承载板控制待测物至预定温度。
【专利说明】广域温度控制装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明是有关于一种广域温度控制装置。
【背景技术】
[0002]一般在进行待测物的高速温度变化实验时，大多会以空气为介质，并采用强大气流作为热源或冷源以带至待测物上。但是，由于空气本身的导热性能并不甚理想，再加上气流本身并不容易控制，因此待测物实际的温度变化与均温性均有改善的空间。
[0003]目前,业界所发展出的热电致冷器(Thermoelectric cooler, TEC)是一种常被用来精确控制温度的温控元件，虽然其升降温度的速度以及均温性皆有不错的表现，但缺点是其对于温度的可控制范围并不够宽。
[0004]因此，如何提供一种改良的温度控制方式以达到均温性高、温度控制精准、升降温度迅速以及温度控制范围广等技术特点，是目前业界亟欲投入研发资源解决的问题之一。
【发明内容】
[0005]因此，本发明是提供一种广域温度控制装置，以解决上述的问题。
[0006]本发明是提供一种广域温度控制装置，用以控制一待测物至一预定温度，该广域温度控制装置包含一导热板、一温度调整模块、一承载板以及一热电致冷模块。该温度调整模块连接该导热板，用以将该导热板调整至一基准温度。该承载板用以容置该待测物。该热电致冷模块，连接于该导热板与该承载板之间，用以基于该基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度。
[0007]本发明另提供一种广域温度控制装置，用以控制一待测物至一预定温度，该广域温度控制装置包含一导热板、一加热单元、一加热控制器、一冷却组件、一冷却控制器、一承载板以及一热电致冷模块。该加热单元连接该导热板，用以加热该导热板。该加热控制器连接该加热单元，用以驱动该加热单元而将该导热板升温至一第一基准温度。该冷却组件连接该导热板，用以冷却该导热板。该冷却控制器连接该冷却组件，用以驱动该冷却组件而将该导热板降温至一第二基准温度。该承载板用以容置该待测物。该热电致冷模块连接于该导热板与该承载板之间，用以基于该第一基准温度或该第二基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为绘示本发明一实施方式的广域温度控制装置的示意图；
[0009]图2为绘示图1中的广域温度控制装置的详细示意图；
[0010]图3为绘示图1中的广域温度控制装置的另一详细示意图；
[0011]图4为绘示本发明另一实施方式的温控设备的示意图；
[0012]图5为绘示本发明另一实施方式的温控设备的示意图。
【具体实施方式】
[0013]请参阅图1，其为绘示本发明一实施方式的广域温度控制装置I的示意图。广域温度控制装置I是用以控制待测物20至预定温度。广域温度控制装置I包含导热板10、温度调整模块12、承载板14以及热电致冷模块16。广域温度控制装置I的温度调整模块12连接导热板10，用以将导热板10调整至基准温度。广域温度控制装置I的承载板14用以容置待测物20。广域温度控制装置I的热电致冷模块16连接于导热板10与承载板14之间，用以基于基准温度经由承载板14控制待测物20至预定温度。
[0014]请参阅图2以及图3。图2为绘示图1中的广域温度控制装置I的详细示意图。图3为绘示图1中的广域温度控制装置I的另一详细示意图。于本实施方式中，广域温度控制装置I还包含温度感测器17以及温度控制器18。广域温度控制装置I的温度感测器17连接承载板14，用以经由承载板14感测待测物20的实际温度。广域温度控制装置I的温度控制器18连接于热电致冷模块16与温度感测器17之间，用以控制热电致冷模块16经由承载板14致热或致冷待测物20，使待测物20的实际温度到达预定温度。
[0015]广域温度控制装置I的热电致冷模块16是一种以半导体热电材料(例如，包含碲化铋)为基础，可以作为小型热泵的电子元件。通过在热电致冷模块16的两端加载一个较低的直流电压，热量就会从热电致冷模块16的一端流到另一端。此时，热电致冷模块16的一端温度就会降低，而另一端的温度就会同时上升。只要改变电流方向，就可以改变热流的方向，将热量输送至另一端。所以，在热电致冷模块16上就可以同时实现加热与冷却两种功能。由于热电致冷模块16具有一个闭路温度控制循环，因此可在0.1° C的范围内精确地控制温度。
[0016]同样示于图2，广域温度控制装置I的温度调整模块12包含加热单元120以及加热控制器122。温度调整模块12的加热单元120连接导热板10，用以加热导热板10。温度调整模块12的加热控制器122连接加热单元120，用以驱动加热单元120而将导热板10
升温至基准温度(例如，较高温的第一基准温度)。
[0017]当预定温度大于环境温度时，上述基准温度(亦即，第一基准温度)能到达多高取决于加热单元120本身的加能，而温度调整模块12的主要功能之一就是将导热板10加热至基准温度，借以实质缩减热电致冷模块16将待测物20控制至预定温度时所需调整的温差。因此，温度调整模块12并不需要精准地将导热板10加热至基准温度，也就不用浪费成本去设置像是温度感测器17的温度回馈元件。然而，本发明并不以此为限，于实际应用中，温度调整模块12中设置可精准地将导热板10加热至基准温度的温度回馈元件，亦是可行的选项之一。
[0018]广域温度控制装置I的热电致冷模块16具有温差控制范围。当预定温度大于环境温度，预定温度基于环境温度超出热电致冷模块16的温差控制范围时，温度控制器18是控制温度调整模块12的加热控制器122驱动加热单元120，借以将导热板10加热至基准温度(亦即，第一基准温度)，如此热电致冷模块16才能再基于基准温度而经由承载板14精准地控制待测物20至预定温度。若要成功达到将待测物20调整至预定温度的目的，温度调整模块12所提供的基准温度与预定温度之间的温差，必须小于热电致冷模块16的温差控制范围。
[0019]相对地，当预定温度大于环境温度，预定温度基于环境温度在热电致冷模块16的温差控制范围内时，温度控制器18是直接控制热电致冷模块16而经由承载板14精准地控制待测物20至预定温度，并不需由温度调整模块12先提供基准温度(亦即，第一基准温度)。借此，本发明的广域温度控制装置I即可更灵活地因应预定温度与环境温度之间的温差大小而弹性地仅驱动必要元件运作，因此于某些情况的下可达到减少耗能的功效。
[0020]于一实施方式中，温度调整模块12的加热单元120为埋设于导热板10中的加热线圈，但本发明的加热单元120并不以此为限。
[0021]同样示于图3，广域温度控制装置I的温度调整模块12还包含冷却组件124以及冷却控制器126。温度调整模块12的冷却组件124连接导热板10，用以冷却导热板10。温度调整模块12的冷却控制器126连接冷却组件124，用以驱动冷却组件124而将导热板10降温至基准温度(例如，较低温的第二基准温度)。
[0022]当预定温度小于环境温度时，上述基准温度(亦即，第二基准温度)能到达多低取决于冷却组件124的冷却性能，而温度调整模块12的主要功能之一就是将导热板10冷却至基准温度，借以实质缩减热电致冷模块16将待测物20控制至预定温度时所需调整的温差。因此，温度调整模块12并不需要精准地将导热板10冷却至基准温度，也就不用浪费成本去设置像是温度感测器17的温度回馈元件。然而，本发明并不以此为限，于实际应用中，温度调整模块12中设置可精准地将导热板10冷却至基准温度的温度回馈元件，亦是可行的选项之一。
[0023]广域温度控制装置I的热电致冷模块16具有温差控制范围。当预定温度小于环境温度，且预定温度基于环境温度超出热电致冷模块16的温差控制范围时，温度控制器18是控制温度调整模块12的冷却控制器126驱动冷却组件124，借以将导热板10冷却至基准温度(亦即，第二基准温度)，如此热电致冷模块16才能再基于基准温度而经由承载板14精准地控制待测物20至预定温度。若要成功达到将待测物20调整至预定温度的目的，温度调整模块12所提供的基准温度与预定温度之间的温差，必须小于热电致冷模块16的温差控制范围。
[0024]相对地，当预定温度小于环境温度，且预定温度基于环境温度在热电致冷模块16的温差控制范围内时，温度控制器18是直接控制热电致冷模块16而经由承载板14精准地控制待测物20至预定温度，并不需由温度调整模块12先提供基准温度(亦即，第二基准温度)。借此，本发明的广域温度控制装置I即可更灵活地因应预定温度与环境温度之间的温差大小而弹性地仅驱动必要元件运作，因此于某些情况之下可达到减少耗能的功效。
[0025]于本实施方式中，温度调整模块12的冷却组件124包含蒸发器124a、压缩机124b以及冷凝器124c。冷却组件124的蒸发器124a连接导热板10，用以通过气、液态混合的冷媒吸收导热板10的热量，致使导热板10降温至基准温度。吸收热量后的气、液态混合的冷媒会蒸发而转换为低温低压的气态冷媒。冷却组件124的压缩机124b连接蒸发器124a，并连接冷却控制器126，用以受冷却控制器126驱动而将蒸发为气态的气态冷媒加压，使得低温低压的气态冷媒转换成高温高压的液态冷媒。冷却组件124的冷凝器124c连接于蒸发器124a与压缩机124b之间，用以利用水或空气对高温高压的液态冷媒进行散热。冷却组件124的蒸发器124a、压缩机124b与冷凝器124c是以金属硬管依序连接，且冷媒于金属硬管中流动于蒸发器124a、压缩机124b与冷凝器124c三者之间进行热交换，但本发明的冷却组件124并不以此为限。
[0026]举例来说，温度调整模块12的加热单元120可提供的第一基准温度为70° C，温度调整模块12的冷却组件124可提供的第二基准温度为-30° C，若热电致冷模块16的温差控制范围为60° C，则通过温度调整模块12的辅助，本发明的广域温度控制装置I的实际温差控制范围即可扩展为-90° C至130° C。
[0027]请参照图4，其为绘示本发明另一实施方式的温控设备3的示意图。于本实施方式中，温控设备3可应用于IC产业中。温控设备3包含IC温控头3a以及主机3b。温控设备3的IC温控头3a包含导热板30、加热单元320、蒸发器324a、IC接触金属头34以及热电致冷模块36。IC温控头3a的加热单元320连接导热板30，用以将导热板30加热至基准温度(例如，较高温的第一基准温度)。IC温控头3a的蒸发器324a连接导热板30，用以通过液态冷媒吸收导热板30的热量，致使导热板30降温至另一基准温度(例如，较低温的第二基准温度)。IC温控头3a的热电致冷模块36连接于导热板30与IC接触金属头34之间，用以基于基准温度控制IC接触金属头34至预定温度。
[0028]温控设备3的主机3b包含加热控制器322、压缩机324b、冷凝器324c、冷却控制器326、温度感测器37以及温度控制器38。主机3b的加热控制器322连接IC温控头3a的加热单元320，用以驱动加热单元320而将导热板30升温至基准温度(亦即，第一基准温度)。冷却控制器326控制压缩机324b、冷凝器324c及蒸发器324a形成冷却循环。主机3b的温度感测器37连接IC接触金属头34，用以感测IC接触金属头34的实际温度。主机3b的温度控制器38连接于IC温控头3a的热电致冷模块36与温度感测器37之间，用以控制热电致冷模块36致热或致冷IC接触金属头34，使IC接触金属头34的实际温度到达预定温度。
[0029]由此可知，本实施方式的温控设备3采用分离式的架构，并可通过IC接触金属头34以接触的方式对IC待测物(图未示)进行控温，因此可大幅缩小温控设备3整体的体积，并提升其使用方便性。
[0030]请参照图5，其为绘示本发明另一实施方式的温控设备5的示意图。于本实施方式中，温控设备5可应用于IC产业中。温控设备5包含IC温控头5a以及主机5b。温控设备5的IC温控头5a包含导热板50、加热单元520、水盘式热交换器530、IC接触金属头54以及热电致冷模块56。IC温控头5a的加热单元520连接导热板50，用以将导热板50加热至基准温度(例如，较高温的第一基准温度)。IC温控头5a的水盘式热交换器530连接导热板50，用以对导热板50进行热交换，致使导热板50降温至另一基准温度(例如，较低温的第二基准温度)。于一实施方式中，IC温控头5a的水盘式热交换器530为高鳍片密度水盘式热交换器，可产生与冷媒一样的冷却能力。IC温控头5a的热电致冷模块56连接于导热板50与IC接触金属头54之间，用以基于基准温度控制IC接触金属头54至预定温度。
[0031]温控设备5的主机5b包含加热控制器522、冷却组件524、冷却控制器526、器泵、温度感测器57以及温度控制器58。主机5b的加热控制器522连接IC温控头5a的加热单元520，用以驱动加热单元520而将导热板50升温至基准温度(亦即，第一基准温度)。主机5b的冷却组件524可包含如图3中所示的蒸发器124a、压缩机124b与冷凝器124c，并连接冷却控制器526。冷却组件524所包含的元件的连接关系、功能与作动方式可参考前文相关说明，在此不再赘述。主机5b的冷却控制器526可驱动冷却组件524，进而于冷却组件524与气泵528之间的低温空气产生区CZ中产生低温空气。主机5b的气泵528以两气流管路连接至IC温控头5a的水盘式热交换器530，用以将低温空气产生区CZ中的低温空气经由一气流管路排至水盘式热交换器530，并经由水盘式热交换器530吸收导热板50的热量，致使导热板50降温至基准温度(亦即，第二基准温度)。低温空气在吸收导热板50的热之后转换为高温气体，并经由另一气流管路回到低温空气产生区CZ中。高温空气在低温空气产生区CZ又会再次被冷却组件524所冷却。主机5b的温度感测器57连接IC接触金属头54，用以感测IC接触金属头54的实际温度。主机5b的温度控制器58连接于IC温控头5a的热电致冷模块56与温度感测器57之间，用以控制热电致冷模块56致热或致冷IC接触金属头54，使IC接触金属头54的实际温度到达预定温度。
[0032]由此可知，本实施方式的温控设备5同样采用分离式的架构，并可通过IC接触金属头54以接触的方式对IC待测物(图未示)进行控温，因此可大幅缩小温控设备5整体的体积，并提升其使用方便性。本实施方式的温控设备5无须使用冰水机以及水流管路(可避免漏水问题)，也无须通过液态氮辅助降温，因此具有低成本的价格竞争优势。另外，于气泵528与水盘式热交换器530之间的两气流管路中流通的并非冷媒，因此较为安全，且两气流管路使用时弯曲较为容易。
[0033]由以上对于本发明的具体实施例的详述，可以明显地看出，本发明的广域温度控制装置可先通过温度调整模块将导热板概略地调整至基准温度，再通过热电致冷模块基于基准温度而精准地将待测物控制至预定温度。换言之，温度调整模块所提供的基准温度，可实质缩减热电致冷模块将待测物控制至预定温度时所需调整的温差，因此温度调整模块可视为扩增热电致冷模块的温差控制范围的元件。热电致冷模块的温度控制器可根据预定温度与环境温度之间的温差大小，选择性地驱动温度调整模块及/或热电致冷模块将待测物控制至预定温度。当预定温度基于环境温度超出热电致冷模块的温差控制范围时，温度控制器是控制温度调整模块与热电致冷模块以上述两阶段调温方式将待测物控制至预定温度；当预定温度基于环境温度在温差控制范围内时，温度控制器是直接控制热电致冷模块将待测物控制至预定温度。
[0034]虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种广域温度控制装置，其特征在于，用以控制一待测物至一预定温度，该广域温度控制装置包含: 一导热板； 一温度调整模块，连接该导热板，用以将该导热板调整至一基准温度； 一承载板，用以容置该待测物；以及 一热电致冷模块，连接于该导热板与该承载板之间，用以基于该基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度。
2.根据权利要求1所述的广域温度控制装置，其特征在于，还包含: 一温度感测器，连接该承载板，用以感测该待测物的一实际温度；以及 一温度控制器，连接于该热电致冷模块与该温度感测器之间，用以控制该热电致冷模块经由该承载板致热或致冷该待测物，使该实际温度到达该预定温度。
3.根据权利要求2所述的广域温度控制装置，其特征在于，该温度调整模块包含: 一加热单元，连接该导热板，用以加热该导热板；以及 一加热控制器，连接该加热单元，用以驱动该加热单元而将该导热板升温至该基准温度。
4.根据权利要求3所述的广域温度控制装置，其特征在于，该温度控制器是连接该加热控制器，且该热电致冷模块具有一温差控制范围；当该预定温度基于一环境温度超出该温差控制范围时，该温度控制器控制该加热控制器驱动该加热单元，以使该热电致冷模块基于该基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度；当该预定温度基于该环境温度在该温差控制范围内时，该温度控制器直接控制该热电致冷模块至该预定温度。
5.根据权利要求2所述的广域温度控制装置，其特征在于，该温度调整模块包含: 一冷却组件，连接该导热板，用以冷却该导热板；以及 一冷却控制器，连接该冷却组件，用以驱动该冷却组件而将该导热板降温至该基准温度。
6.根据权利要求5所述的广域温度控制装置，其特征在于，该温度控制器是连接该冷却控制器，且该热电致冷模块具有一温差控制范围；当该预定温度基于一环境温度超出该温差控制范围时，该温度控制器控制该冷却控制器驱动该冷却组件，以使该热电致冷模块基于该基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度；当该预定温度基于该环境温度在该温差控制范围内时，该温度控制器直接控制该热电致冷模块至该预定温度。
7.根据权利要求5所述的广域温度控制装置，其特征在于，该冷却组件包含: 一蒸发器，连接该导热板，用以通过一冷媒吸收该导热板的热量，致使该导热板降温至该基准温度； 一压缩机，连接该蒸发器，并连接该冷却控制器，用以受该冷却控制器驱动而加压该冷媒；以及 一冷凝器，连接于该蒸发器与该压缩机之间，用以使该冷媒进行散热。
8.根据权利要求5所述的广域温度控制装置，其特征在于，该温度调整模块包含: 一水盘式热交换器，连接该导热板，用以通过一低温空气产生吸收该导热板的热量，致使该导热板降温至该基准温度；以及 一气泵，连接该水盘式热交换器与该冷却组件，用以输送该低温空气。
9.一种广域温度控制装置，其特征在于，用以控制一待测物至一预定温度，该广域温度控制装置包含: 一导热板； 一加热单元，连接该导热板，用以加热该导热板； 一加热控制器，连接该加热单元，用以驱动该加热单元而将该导热板升温至一第一基准温度； 一冷却组件，连接该导热板，用以冷却该导热板； 一冷却控制器，连接该冷却组件，用以驱动该冷却组件而将该导热板降温至一第二基准温度； 一承载板，用以容置该待测物；以及 一热电致冷模块，连接于该导热板与该承载板之间，用以基于该第一基准温度或该第二基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度。
10.根据权利要求9所述的广域温度控制装置，其特征在于，还包含: 一温度感测器，连接该承载板，用以感测该待测物的一实际温度；以及 一温度控制器，连接于该热电致冷模块与该温度感测器之间，用以控制该热电致冷模块经由该承载板致热或致冷该待测物，使该实际温度到达该预定温度。
11.根据权利要求10所述的广域温度控制装置，其特征在于，该温度控制器是连接该加热控制器与该冷却控制器；当该预定温度大于一环境温度时，该温度控制器控制该加热控制器驱动该加热单元，以使该热电致冷模块基于该第一基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度；当该预定温度小于该环境温度时，该温度控制器控制该冷却控制器驱动该冷却组件，以使该热电致冷模块基于该第二基准温度经由该承载板控制该待测物至该预定温度。
【文档编号】G05D23/30GK104281177SQ201310276252
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】游本懋, 林明杰, 张庆文, 吴信毅 申请人:致茂电子股份有限公司
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