JP2005127608A - 恒温液槽 - Google Patents

Abstract

【課題】 サーモ・モジュールを用いた恒温液槽において、槽内に温度制御すべき浸漬物があっても、熱源と液との熱交換及び液温の恒温化を効率良く行い、温度調整が容易にかつ迅速に行えるようにした恒温液槽を提供する。
【解決手段】 ペルチェ効果により温調するサーモ・モジュール３１を備えた熱供給装置９により槽内の液の温調を行う恒温液槽１Ａにおいて、上記液を貯留する外槽３と、外槽の内部に間隙１７を介して設置され、側壁１９に外槽から液が流入する通孔２１を有すると共に、底部２３の中央に開孔２５を有する内槽５と、外槽と内槽間の底部中央に配置された回転翼１１により、内槽の底部の開孔から流入した液を内外槽の側壁間を通してその上方に導く撹拌機７とを備え、上記サーモ・モジュール３１を外槽の側壁１５外面に装着して、内外槽間を流れる液を設定された温度に制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ペルチェ効果により温調するサーモ・モジュールで槽内の液の加熱・冷却を行う恒温液槽に関し、更に詳しくは、薬液を収容した容器（ビン）を浸漬してそれを一定温度に温調するのに適した恒温液槽に関する。

従来から対象物を一定温度の保つための小型の恒温液槽が広く利用され、近年、それらの恒温液槽にはペルチェ効果により温調するサーモ・モジュールを備えた熱供給装置も用いられている（例えば、特許文献１及び２参照）。このサーモ・モジュールを用いた熱供給装置では、電流の供給方向を変更するだけで加熱と冷却とを行うことができるので、温度の制御が簡易で小型になり、小型の恒温槽には極めて適している。

恒温液槽においていずれの熱供給装置を用いるにしても、通常、温度制御する液の特性を考慮して、恒温液槽の下方において熱供給装置との熱交換を行うと共に、底部に撹拌用のインペラを設け、あるいは底部の磁石の回転子をスターラーモータで回転させて液を撹拌し、液温の恒温化が図られる。
しかしながら、上記撹拌では円周方向の撹拌が主体であって、上下方向の撹拌が積極的ではなく、恒温液槽内に一定温度に保持するための対象物が容器（ビン）に収容されて浸漬されるような場合には、その対象物によって液の上下の流れが著しく阻害され、槽の上部での撹拌効果が予測範囲を逸脱し、槽内の温度分布が極端に悪くなって、槽の上部と下部とで温度差が生じてしまうと云う問題がある。具体的には、上記容器が浸漬されていないときには、温度分布が０．１℃の範囲に収まるが、容器を浸漬すると０．５℃程度になる。
そのため、サーモ・モジュールを用いた恒温液槽においても、恒温液槽中に浸漬物があってもサーモ・モジュールの伝熱面に常に同様な液流が生じ、しかも、その液流が槽内の全体に流れて槽内の液が全体的に撹拌されることが望まれる。
特開平７−３０８５９２号公報 特開２０００−７５９３５号公報

本発明は、従来の恒温液槽におけるこのような問題を解決するためになされたもので、その技術的課題は、サーモ・モジュールを用いた恒温液槽において、槽内に温度制御すべき浸漬物があっても、熱源と液との熱交換及び液温の恒温化を効率良く行い、温度調整が容易にかつ迅速に行えるようにした恒温液槽を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の恒温液槽は、ペルチェ効果により温調するサーモ・モジュールを備えた熱供給装置により槽内の液の温調を行う恒温液槽において、上記液を貯留する外槽と、上記外槽の内部に間隙を介して設置され、側壁に外槽から液が流入する流路を有すると共に、底部の中央に開孔を有する内槽と、上記外槽と内槽間の底部中央に配置された回転翼により、内槽の底部の開孔から流入した液を内外槽の側壁間を通してその上方に導く撹拌機とを備え、上記熱供給装置におけるサーモ・モジュールを上記外槽の側壁外面に装着し、液温を検知する温度センサの出力に基づいて内外槽間を流れる液を設定された温度に制御することを特徴とするものである。

本発明の恒温液槽の好ましい実施形態においては、上記内槽の側壁の流路が、全周に亘って開口した多数の通孔によって形成されたものとし、その場合に、該通孔が内槽の側壁の高さ方向の複数段であるものとすることができる。
また、本発明の恒温液槽の他の好ましい実施形態においては、上記内槽の側壁の流路が上記外槽の側壁より低く形成された内槽の頂部のオーバーフロー縁上に形成される。
更に、上記内槽の側壁の流路は、上記サーモ・モジュールに対面する部分またはその上部に偏寄させて形成されたものとし、液がサーモ・モジュールの部分を流れる機会を高めることができる。
上記外槽と内槽とは、円筒形で同心円状に設置されたものとし、あるいは、外槽が多角形状で、内槽が円筒形であり、外槽の中心に外内槽が設置されたものとすることができるが、必ずしもそれに限るものではない。

上記構成を有する恒温液槽においては、外槽内に液を充填した状態で撹拌機の回転翼を回転させると、内槽の底部に設けた開孔から内槽内の液が吸入され、回転翼によりその液に対して円周方向の流れによる撹拌が行われると同時に、外槽と内槽の側壁間の間隙を通じて上昇する流れが生成され、その流れは比較的速いものとなるため、液がその上昇を行う間にサーモ・モジュールとの間で効率的な熱交換が行われ、その後内槽の側壁上部の流路を通して内槽内に流入したうえで、内槽内を流下する。そのため、内槽内の液の上下方向の撹拌が常に行われ、液温の恒温化が効率良く行われる。しかも、回転翼で撹拌された液のうちの多くの部分が、サーモ・モジュールの近辺を速い速度で通過することになるので、液との間で効率的な熱交換が行われる。

上述した本発明の恒温液槽によれば、熱源と液との熱交換及び液温の恒温化を効率良く行い、所望の液の恒温化が容易にかつ迅速に行うことができる。

以下に、本発明の恒温液槽を、図に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
この実施例は、ＭＯ−ＣＶＤ（有機金属気相成長法）装置の薬液を容器（ビン）に収容してその温調を行うなど、槽内に液の流れを阻害する対象物を浸漬させる場合に適したもので、図１及び図２に示すように、その全体を符号１Ａで示す恒温液槽は、ケーシング２内に、液を貯留する外槽３と、外槽３の内部に設置された内槽５とを備え、更に、外槽３と内槽５の間の底部中央に配置された回転翼１１をもつ攪拌機７、及び外槽３の外側面にサーモ・モジュール３１を装着して、内外槽３，５間を流れる液を設定された温度に制御する熱供給装置９を備えている。

上記外槽３及び内槽５は、図２から分かるように、同心円状の有底円筒体であり、その外槽３及び内槽５の底部８，２３間には、上記撹拌機７の回転翼１１を収容する回転翼室１２が形成され、外回転翼１１が外槽３の底部の貫通孔を通してモータ１３に接続されている。また、内槽５の底部２３の中央には、上記回転翼室１２に内槽内の液を流入させる開孔２５を設けている。それにより、該開孔２５から回転翼１１が設けられた内外槽の底部８，２３間の回転翼室１２に流入した液が、回転翼１１の作用により円周方向に撹拌されると同時に、外槽３の側壁１５と内槽５の側壁１９間の間隙１７を通して、その上方に導かれる。上記回転翼１１は、液を遠心方向へ流出させる遠心ブレードを有し、図１に矢印で示すように、その回転により液を間隙１７方向に流すものである。

上記内槽５の側壁１９は、上記外槽３の側壁１５の内面との間にほぼ一定の間隙１７を介して対面させ、該側壁１９には、その高さ方向の複数段（図では２段）に、全周に亘って多数の通孔２１が形成されており、間隙１７を上昇してきた液がこれらの通孔２１を通して外槽３から内槽５に流入する流路を形成している。上記内槽５の側壁１９の通孔２１は、該側壁１９の周囲に均等に設けることもできるが、上記サーモ・モジュール３１に対面する部分またはその上部に偏寄させて形成することもでき、それにより液がサーモ・モジュール３１の部分を流れる機会を高め、温調効果を高めることができる。
また、前述したように、内槽５の底部２３には、上記回転翼室１２を通して外槽３に液を流入させる開孔２５を形成している。

熱供給装置９は、ペルチェ効果により温調するサーモ・モジュール３１と、外槽３の側壁１５を通して熱を供給する吸熱板３３と、該吸熱板３３側と反対の側に設けられた放熱部３５とを積層して構成され、また、内槽５に槽内の液温を検知する温度センサ３６を設け、サーモ・モジュール３１及び該温度センサ３６が、該温度センサ３６の出力に基づいて槽内の液温を所定の設定温度に制御する制御装置に接続されている。内槽５に設けた上記温度センサ３６に代えて、図１に示すように、外槽３に温度センサ３７を設けることもできる。
上記熱供給装置９におけるサーモ・モジュール３１は、この第１実施例では、外槽３の側壁１５の外面に９０度の間隔で４個装着され、また、該側壁の上下方向のほぼ全体に亘って装着しているが、この装着態様は、温調条件に応じて適宜設定することができるものである。

上記構成を有する恒温液槽１Ａは、ＭＯ−ＣＶＤ装置において使用する場合には、恒温化する薬液として、通常、フッ素系の液が用いられ、その液が外槽３に充填される。
熱供給装置９を動作させ、サーモ・モジュール３１において温度制御しながら、モータ１３により回転翼１１を回転させると、その回転に伴って内槽５の底部２３に設けた開孔２５から内槽内の液が回転翼室１２に吸入され、一方、該回転翼室１２から出る液が円周方向に撹拌されると同時に、間隙１７を通じて上昇する流れが生成される。そして、この水流は比較的速いものとなるため、液が上昇を行う間にサーモ・モジュール３１との間で効率的な熱交換が行われ、その後、内槽５の側壁１９に設けた多数の通孔２１を通して内槽５内に流入し、内槽内を流下する。そして、内槽５の底板の開孔２５を通して再び回転翼室１２内に流入し、このようにして図１に矢印で示すように、外槽３及び内槽５を循環する水流が形成される。そして、上記循環する水流により上記熱交換を絶えず行うことにより外槽３及び内槽５を含めた槽内の液温が恒温化される。

そのため、内槽５に温度制御すべき薬液ビン３８等が浸漬されていても、内槽５内の液の上下方向の撹拌が常に良好に行われ、液温の恒温化が効率良く行われる。しかも、回転翼１１で撹拌された液のうちの多くの部分が、上記間隙１７を上昇する際にサーモ・モジュール３１の近辺を速い速度で通過することになるので、液との間で効率的な熱交換が行われる。

図３は、本発明の第２実施例を示している。この第２実施例の恒温液槽１Ｂは、第１実施例の恒温液槽１Ａと比較して外槽の構造を異にしている。即ち、この第２実施例における外槽４３は正八角柱状の角筒状をなし、八面の外壁の一面おきの四面にそれぞれ熱供給装置４９が設けられている。その他の構造は第１実施例と同様であり作用・効果も同様であるため、それらについての説明は省略する。

図４は、本発明の第３実施例を示すもので、この第３実施例の恒温液槽１Ｃは、第１実施例の恒温液槽１Ａと比較して内槽の構造が異なるのみである。即ち、この第３実施例では、内槽４５が有底円筒体であるが、外槽５３の側壁５５よりもその側壁５９の高さを低く形成し、該内槽４５の頂部周縁をオーバーフロー縁４５ａとして、その上に外槽５３から内槽４５に流入する流路を形成している。
なお、このオーバーフロー縁４５ａにも部分的に高低差を持たせ、上記サーモ・モジュール３１に対面する部分の上部を低くして、液が該サーモ・モジュール３１の近辺を流れる機会を高め、温調効果を高めることができる。
その他の構造は第１実施例と同様であり、作用・効果も同様であるため、それらの説明を省略する。

なお、本発明の恒温液層の外槽としては、上記円筒体及び正八角柱状の角筒に限らず、正四角柱状または正六角柱状の角筒を用いることもできる。

本発明の第１実施例の要部を示す断面図である。 本発明の第１実施例の要部を示す平面図である。 本発明の第２実施例の要部を示す平面図である。 本発明の第３実施例の要部を示す断面図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｃ 恒温液槽
３ 外槽
５ 内槽
７ 撹拌機
８ 底部
９ 熱供給装置
１１ 回転翼
１５ 側壁
１７ 間隙
１９ 側壁
２１ 通孔
２３ 底部
２５ 開孔
３１ サーモ・モジュール
４５ａ オーバーフロー縁

Claims (7)

1. ペルチェ効果により温調するサーモ・モジュールを備えた熱供給装置により槽内の液の温調を行う恒温液槽において、
   上記液を貯留する外槽と、
   上記外槽の内部に間隙を介して設置され、側壁に外槽から液が流入する流路を有すると共に、底部の中央に開孔を有する内槽と、
   上記外槽と内槽間の底部中央に配置された回転翼により、内槽の底部の開孔から流入した液を内外槽の側壁間を通してその上方に導く撹拌機と、
   を備え、
   上記熱供給装置におけるサーモ・モジュールを上記外槽の側壁外面に装着し、液温を検知する温度センサの出力に基づいて内外槽間を流れる液を設定された温度に制御する、
   ことを特徴とする恒温液槽。
2. 上記内槽の側壁の流路が、全周に亘って開口した多数の通孔によって形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の恒温液槽。
3. 上記通孔が、内槽の側壁の高さ方向の複数段であることを特徴とする請求項２に記載の恒温液槽。
4. 上記内槽の側壁の流路が、上記外槽の側壁より低く形成された内槽の頂部のオーバーフロー縁上に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の恒温液槽。
5. 上記内槽の側壁の流路が、上記サーモ・モジュールに対面する部分またはその上部に偏寄させて形成されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の恒温液槽。
6. 上記外槽と内槽とが、円筒形で同心円状に設置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の恒温液槽。
7. 上記外槽が多角形状で、内槽が円筒形であり、外槽の中心に外内槽が設置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の恒温液槽。
   

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