CN1299950A - 调温装置用热交换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的调温装置用热交换器,体积小,并且可加大流体的传热面积,热交换效率高,可根据需要简单地增减传热面积,制作成本低。其中,板状的热交换板2、3与若干热模块4A交替重叠成为叠层构造,上述热交换板是用薄壳体7将形成有迷宫构造流路的流路形成板5包住的构造,上述壳体具有流入孔和流出孔,该流入孔供流体流入,该流出孔供通过了上述迷宫构造流路的流体流出。上述热模块是采用珀尔帖元件。

Description

调温装置用热交换装置
本发明涉及调温装置等中用的热交换装置，该调温装置，在半导体相关制造装置等中，通过冷却或加热流过管子等流路的腐蚀性流体(例如显影液、光致抗蚀剂等的不希望金属离子流入的液体)，实现温度调节。
现有技术中，对腐蚀性流体进行调温的装置，如图10所示，有采用珀尔帖元件(ペルチェ素子)的形式。
图10所示调温装置中，把作为热模块的珀尔帖元件41密接固定在热容量大的热交换块42的表面，该热交换块42与流经管路44的腐蚀性流体进行热交换。在该珀尔帖元件41的与热交换块42的相反侧，密接固定着热移送机构43，通过该珀尔帖元件41的动作控制，把上述腐蚀性流体调节到目标温度。
上述调温装置中，在珀尔帖元件41的吸热侧(即冷却面侧)配设热交换块42，在珀尔帖元件41的散热侧(即加热面侧)配设着热移送机构43，因此，流经管路44的腐蚀性流体通过热交换块42被珀尔帖元件41冷却，同时，从腐蚀性流体放出的热移动到珀尔帖元件41的散热侧，传给流经热移送机构43的管路45的冷却水而散热。
但是，上述调温装置中，来自珀尔帖元件41的冷热，通过热交换块42内的管路44，传给流经管路44的腐蚀性流体。来自珀尔帖元件41的散热，通过热移送机构43内的管路45，传热给流经管路45的冷却水。所以，珀尔帖元件41的吸热侧和散热侧的传热面积都不能加大，存在着热交换效率低的问题。
因此，不能有效利用热模块的散热侧与吸热侧的温度差，热交换器大型化，不能有效利用电力。
另外，传热面积的变更不仅在制作后需要，就是在制作前也要设计变更，不能根据需要简单地增减传热面积。
另外，现有的调温装置中，是通过热交换块42内的管路44和热移送机构43内的管路对流经管路内的流体传热，所以热交换器的制作成本高。
本发明的目的是提供一种调温装置用热交换器，本发明的热交换器可实现小型化，并且可增大对流体的传热面积，热交换效率高，能根据需要简单地增减传热面积，制作成本低。
为了实现上述目的，本发明的调温装置用热交换器，其特征在于，将板状的热交换板和热板重叠，成为叠层构造，上述热交换板是用壳体将形成有迷宫构造流路的流路形成板包住的构造，上述流路形成板是将具有多个开口的2块以上薄板叠置，使相邻各薄板的一个开口与另一方薄板的相邻2个开口相互局部重合，这样，形成迷宫构造的流路，上述壳体具有流入孔和流出孔，流入孔供流体流入，流出孔供通过了上述迷宫构造流路的流体流出。
本发明的调温装置用热交换器中，上述热交换板的壳体最好采用卷边加工将薄金属板周围密封而形成。另外，挟住由热模块构成的热板的2块热交换板之中，一方是吸热侧热交换板，另一方是散热侧热交换板，该吸热侧热交换板和散热侧热交换板，最好是将热模块挟在其间的、交替重叠的多层构造。
本发明的调温装置用热交换器中，上述吸热侧热交换板和散热侧热交换板分别设有2块以上，上述壳体的流入孔和流出孔在吸热侧热交换板之间、或散热侧热交换板之间分别与挟入热交换板间的共同的总管连接。另外，上述吸热侧热交换板和散热侧热交换板也可以分别设有3块以上，上述壳体的流入孔和流出孔在吸热侧热交换板之间、或散热侧热交换板之间分别与共同的总管连接，上述总管以液密地嵌合在热交换板的流入孔或流出孔的状态被挟持固定在热交换板之间，在未嵌合着总管的热交换板的流入孔或流出孔上，液密地嵌合着连接配管，该连接配管在上述吸热侧热交换板之间、或散热侧热交换板之间供流过流入孔或流出孔的流体通过。
另外，本发明的调温装置用热交换器，上述热交换板的、挟住热模块构成的热板的一方是吸热侧热交换板，另一方是散热侧热交换板，该吸热侧热交换板和散热侧热交换板是将热板挟在其间的、相互交替重叠的多层构造，该吸热侧热交换板和散热侧热交换板分别设有1块以上。
另外，本发明的调温装置用热交换器，上述吸热侧热交换板和散热侧热交换板分别设有2块以上，上述壳体的流入孔和流出孔在吸热侧热交换板之间、或散热侧热交换板之间分别与挟入热交换板间的共同的总管连接。
具有上述构造的调温装置用热交换器中，流路形成板中的迷宫构造流路是将具有多个开口的2块以上薄板叠置、并使相邻各薄板的一个开口与另一方薄板的相邻2个开口相互局部重合而形成的，用薄壳体包住该流路形成板，形成热交换板，所以流过热交换板中迷宫构造流路的流体朝壳体壁的内面侧流出时，常时地与壳体壁的传热面碰撞而被混合、搅拌，这样，在流体与壳体壁传热面间不仅有效地、无遗漏地传递热，而且借助迷宫构造增大传热面积，可大幅度提高传热效率。
另外，根据本发明的调温装置用热交换器，由于是将板状的热交换板与若干热模块交替重叠成为叠层构造，所以，可简单地变更热交换板的数目，因此，可根据需要简单地增减传热量。
另外，上述流路形成板是将具有多个开口的薄板叠置、并使相邻各薄板的开口中位置相互局部重合，这样形成迷宫构造的流路，所以，可简单、低价地制造具有迷宫构造流路的流路形成板。
图1是表示本发明调温装置用热交换器一实施例的纵断面图。
图2是图1的A-A断面图。
图3是图1的B-B线视图。
图4是图1的C-C线视图。
图5是本发明热交换器中所用的热交换板的平面图。
图6是图5的正面断面图。
图7是表示构成流路形成板的薄板11构造的平面图。
图8是表示构成流路形成板的另一薄板12构造的平面图。
图9是表示本发明调温装置用热交换器另一实施例的纵断面图。
图10的(a)和(b)表示现有的装置，(a)是(b)中的D-D断面图，(b)是(a)中的E-E断面图。
下面，参照附图详细说明。
图1是表示本发明调温装置用热交换器一实施例的纵断面图。本发明的调温装置用热交换器1是板状热交换板2、3和热板4交替重叠的叠层构造，热板4由若干热模块4A形成。
即，上述热交换板2、3挟住由热模块4A构成的热板4，其一方是吸热侧热交换板2，另一方是散热侧热交换板3，该吸热侧热交换板2和散热侧热交换板3是为相同构造，将热模块4A挟在中间的交替重叠的该吸热侧热交换板2和散热侧热交换板3分别设有一块以上，形成为图示的多层构造。
上述热交换板2、3是用薄金属板壳体7包入流路形成板5的构造，上述壳体7具有流入孔8和流出孔9(见图2)，流入孔8供流体流入，流出孔9供通过了上述迷宫式构造流路的流体流出。上述热板4不限于热模块，也可以采用进行加热或冷却的任意板状部件。通常采用珀尔帖元件作为热模块4A。
借助上述热模块4A的动作控制，把流过吸热侧热交换板2内的腐蚀性流体调节到目标温度，来自腐蚀性流体的热传递给热模块加热面侧的散热侧热交换板3，被流经散热侧热交换板3内的流体散热。
图1至图4所示实施例中，该吸热侧热交换板2和散热侧热交换板3各有2片，上述壳体7的流入孔8和流出孔9在上述吸热侧热交换板2之间或散热侧热交换板3之间分别与共同的总管31、32、33、34连接。
上述总管31、32或上述总管33、34，液密地嵌合在上述热交换板的流入孔或流出孔上，被挟持固定在上述吸热侧热交换板2、2或散热侧热交换板3、3之间，这样，上述吸热侧热交换板2、2或散热侧热交换板3、3通过总管相互结合。
上述总管31、32、33、34为相同构造，所以，仅以安装在吸热侧热交换板2上的流入总管31为例，说明其构造。
在流入总管31内，设有流体流出入用流路孔31c和贯通孔31d。流路孔31c由管周壁31a形成，贯通孔31d由与管周壁31a直交的筒状壁31b形成，其内部与上述流路孔31c直交并连通。在上述筒状壁31b的两端，分别设有环状突部31e，该环状突部31e与热交换器板2、3的流入孔嵌合，这样，总管31被挟持固定在热交换板2、3之间。
在环状突部31e的周围设有环状凹部31f，该环状凹部31f内装填着由O形环构成的密封垫，液密地安装着上述吸热侧热交换板2和上述流入总管31。
图2是图1的A-A断面图，如箭头所示，从总管31通过流入孔8流入了热交换板2的流体，在图2中朝右方向流经上述迷宫构造的流路，在热交换板2的右端开口17、20的部分转换方向，朝左方向返回，通过流出孔9从总管32流出。
图3是图1的B-B线视图，图4是图1的C-C线视图。图3中示出了挟在吸热侧热交换板2间的流入侧总管31和流出侧总管32。图4中示出了挟在散热侧热交换板3间的流入侧总管33和流出侧总管34。
图5是热交换板2的平面图，透视地表示中心线上半部分构成流路形成板5的薄板11(图7)，透视地表示中心线下半部分构成流路形成板5的另一薄板12(图8)。
图6是图5的正剖面图，上述薄板11、12为它们相互重叠，形成三层的层叠构造，由该层叠的薄板11、12形成上述流路形成板5。
图7和图8表示构成迷宫构造的流路形成板的薄板11、12的具体构造。构成该流路形成板的薄板11、12，在其长度方向和宽度方向有多个开口13、14，在图中右端侧，分别具有宽度方向长的一个开口17、20，在左端侧分别具有与上述壳体7的流入孔8及流出孔9相连的流入开口15、18及流出开口16、19。上述开口13、14，最好是与壳体7内面相接的薄板11的开口13大，壳体7内面与流体的接触面积大。从图1可知，把具有多个开口的至少2块以上薄板11、12重叠，使相邻各薄板11、12的一个开口与另一方薄板的相邻二个开口相互地局部重叠。
因此，用薄壳体7把由这些薄板11、12构成的流路形成板5包住，形成热交换板，则流过迷宫构造流路的流体在朝壳体壁内面侧流出时，常时地与壳体壁的传热面碰撞而被混合、搅拌，这样，流体与壳体壁电热面间的热被有效地、无遗漏地传递，可大幅度提高传热效率。
上述薄板11、12中的开口17、20的长度，可覆盖沿宽度方向设置的多个开口13、14的整个区域，而且，开口20使开口17与开口13连通，借助开口17、20形成流体的方向转换流路。
上述热交换板的壳体7的密闭方法，可采用金属板的焊接、钎焊来进行，但最好采用罐头容器的密封边的密封方法，即卷边加工进行密封。
采用卷边加工作为热交换板的壳体7的密闭方法，可低价地制造上述热交换板。
上述壳体7的材料是采用不锈钢。构成上述流路形成板的薄板11、12的材料，不仅可以采用不锈钢，也可以采用聚乙烯、聚丙烯等塑料，但并不局限这些材料。
上述热交换板2是用薄壳体7包住，即使是薄的壳体，在组装由热模块构成的热板时，也能经受被热板推压在流路形成板上的流体压，由于壳体薄，所以热阻小。
另外，上述流路形成板5，使相邻各薄板11、12的开口位置相互局部重叠地叠置上述薄板11及12，形成迷宫构造的流路，所以，流过这些流路的流体与壳体壁的传热面碰撞而被混合、搅拌，借助流体的混合、搅拌，进行热交换率高的传热，热交换板的构造简单。
图9是表示本发明调温装置用热交换器另一实施例的纵断面图。该实施例中，除了各设有3块吸热侧热交换板2和散热侧热交换板3外，其余构造与图1所示实施例基本相同。
因此，图9中，与图1所示相同的部件，注以相同标记。
图9所示实施例中，吸热侧热交换板2和散热侧热交换板3各设有3块，虽然热交换板数目增加，但却不必与其相应地增加总管的数目。
即，挟在上述吸热侧热交换板2间的流入侧总管31和流出侧总管32各设有一个，上述3块吸热侧热交换板2的流入孔8和流出孔9，分别与共同的流入侧总管31及流出侧总管32连接。
同样地，挟在上述散热侧热交换板3间的流入侧总管33和流出侧总管34也各设有一个，上述3块散热侧热交换板3的流入孔8和流出孔9分别与共同的流入侧总管33及流出侧总管34连接。
上述总管31、32、33、34与图1至图4所示实施例同样地、液密地嵌合在热交换板的流入孔8或流出孔9上，并挟持固定在吸热侧热交换板2、2或散热侧热交换板3、3之间。上述未嵌合着总管的热交换板的流入孔8或流出孔9上，液密地嵌合着连接配管35、37，在吸热侧热交换板2之间、或散热侧热交换板3之间，供流过各流入孔8或流出孔9的流体通过。这样，吸热侧热交换板2、2或散热侧热交换板3、3通过连接配管相互结合。图未示的流出孔9上也采用同样构造的连接配管。
上述连接配管35、37的两端部，其周壁形成台阶，在该台阶部装填着由O形环构成的密封垫，将上述吸热侧热交换板2和上述连接配管液密地安装着。
图9所示实施例中，吸热侧热交换板2和散热侧热交换板3各设有3块，在吸热侧热交换板2和散热侧热交换板3分别设有4块时，只要简单地增加上述连接配管的数目即可。
图9所示实施例中，吸热侧热交换板2、2及散热侧热交换板3、3通过总管和连接配管相互结合，其整体作为一个调温装置用热交换器，所以，可以简单且低价地增大传热面积。
如上所述，根据本发明的调温装置用热交换器，其热交换板的构造是用薄壳体包住形成有迷宫构造流路的流路形成板，壳体的热阻小，流过热交换板的迷宫构造流路的流体，与壳体壁的传热面碰撞而被混合、搅拌，可大幅度提高传热效率。
另外，根据本发明的调温装置用热交换器，由于是板状的热交换板与若干热模块构成的热板交替重叠的构造，所以，可以简单地变更热交换板的数目，因此，可以根据需要简单地增减传热面积。另外，在上述流路形成板中，使相邻各薄板的开口位置相互局部重叠地将若干块薄块叠置，这样形成迷宫构造的流路，所以，可简单且低价地形成具有迷宫构造流路的流路形成板。
另外，本发明调温装置用热交换器中采用的热交换板，其构造与吸热侧热交换板和散热侧热交换板的构造相同，所以，可降低上述热交换板的制造成本，另外，由于把2块以上的吸热侧热交换板和散热侧热交换板分别与共同的总管连接，所以，仅用总管将热交换板彼此连接，可采用这样简单的构造将流体供给热交换板，可降低调温装置用热交换器的制造成本。

Claims (5)

1．一种调温装置用热交换器，其特征在于，将板状的热交换板和热板重叠，成为叠层构造，上述热交换板是用壳体将形成有迷宫构造流路的流路形成板包住而形成的，上述流路形成板是将具有多个开口的2块以上薄板叠置，使相邻各薄板的一个开口与另一方薄板的相邻2个开口相互局部重合，这样，形成迷宫构造的流路，上述壳体具有流入孔和流出孔，流入孔供流体流入，流出孔供通过了上述迷宫构造流路的流体流出。
2．如权利要求1所述的调温装置用热交换器，其特征在于，上述热交换板的壳体是用卷边加工将薄金属板周围密封而形成的。
3．如权利要求1或2所述的调温装置用热交换器，其特征在于，在挟住由热模块构成的热板的2块热交换板之中，一方是吸热侧热交换板，另一方是散热侧热交换板，该吸热侧热交换板和散热侧热交换板是将热模块挟在其间的、交替重叠的多层构造，该吸热侧热交换板和散热侧热交换板，分别设有1块以上。
4．如权利要求3所述的调温装置用热交换器，其特征在于，上述吸热侧热交换板和散热侧热交换板分别设有2块以上，上述壳体的流入孔和流出孔在吸热侧热交换板之间、或散热侧热交换板之间分别与挟入热交换板间的共同的总管连接。
5．如权利要求3所述的调温装置用热交换器，其特征在于，上述吸热侧热交换板和散热侧热交换板分别设有3块以上，上述壳体的流入孔和流出孔在吸热侧热交换板之间、或散热侧热交换板之间分别与共同的总管连接，上述总管以液密地嵌合在热交换板的流入孔或流出孔的状态被挟持固定在热交换板之间，在未嵌合着总管的热交换板的流入孔或流出孔上，液密地嵌合着连接配管，该连接配管在上述吸热侧热交换板之间、或散热侧热交换板之间，供流过流入孔或流出孔的流体通过。
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