JP2015087077A

JP2015087077A - Heat exchanger

Info

Publication number: JP2015087077A
Application number: JP2013227721A
Authority: JP
Inventors: 橋口　拓郎; Takuo Hashiguchi; 拓郎橋口; 光陽渡部; Mitsuaki Watabe; 鎭煥車; Jin-Hwan Cha
Original assignee: JFC CORP; Rasco Co Ltd
Current assignee: JFC CORP; Rasco Co Ltd
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-05-07

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat exchanger using Peltier elements, capable of miniaturizing a device and improving heat exchanging efficiency.SOLUTION: A heat exchanger includes a body portion 2 having a heat exchange area 4 positioned at an upper side, and a circulation liquid supply area 5 positioned at a lower side, a partitioning wall 6 dividing the heat exchange area into a circulation liquid area 7 positioned at an inner side and having a circulation liquid outlet 9, and a cooling area 8 positioned at an outer part, Peltier elements 13 mounted on several places of the partitioning wall, a circulation liquid inlet 15 formed on the circulation liquid supply area, a circulation liquid flow channel 16 communicating the circulation liquid inlet and the circulation liquid area, and a circulation liquid supply pump 17 disposed on the way of the circulation liquid flow channel. A circulation liquid receiving tank 14 provided with injection nozzles 20 on places opposed to the Peltier elements, is disposed in the circulation liquid area, and the circulation liquid in the circulation liquid receiving tank is collided with the Peltier elements to transfer heat, so that a temperature of the circulation liquid is adjusted to a prescribed temperature.

Description

本発明はヒートエクスチェンジャーに係り、より詳しくは、ペルチェ素子を用いたヒートエクスチェンジャーにおいて、装置を小型化するとともに熱交換効率をあげることを可能にしたヒートエクスチェンジャーに関する。 The present invention relates to a heat exchanger, and more particularly, to a heat exchanger using a Peltier element that can reduce the size of the apparatus and increase the heat exchange efficiency.

周知の通り、半導体やフラットパネルディスプレイ（「ＦＰＤ」）等の製造に際しては、配線膜や絶縁膜を成膜する工程（ＣＶＤ、ＰＶＤ等）やプラズマ等で不要な幕を削る工程（エッチング、アッシング等）があるが、これらの工程においては、安定した歩留まりの成膜や安定した歩留まりのエッチング等を実現するために、真空チャンバー、ステージ等の各部分の温度コントロールを行う必要がある。 As is well known, in the manufacture of semiconductors and flat panel displays (“FPD”), a process of forming a wiring film or an insulating film (CVD, PVD, etc.) or a process of removing unnecessary curtains by plasma or the like (etching, ashing) However, in these processes, it is necessary to control the temperature of each part such as a vacuum chamber and a stage in order to realize a stable yield film formation and a stable yield etching.

そのために、従来から、これらの温度コントロールを行う方法として、チラー又は恒温水循環器、ヒートエクスチェンジャー等の装置を使用して、一定温度に調節した液体（「温度媒体」）を真空チャンバー、ステージ等へ供給して、これにより、真空チャンバー、ステージ等の温度コントロールを行っている。 Therefore, conventionally, as a method for controlling these temperatures, a liquid ("temperature medium") adjusted to a constant temperature using a chiller, a constant temperature water circulator, a heat exchanger, or the like is used as a vacuum chamber, a stage, etc. Thus, the temperature of the vacuum chamber, stage, etc. is controlled.

特開２００９−４４１００JP 2009-44100 A

しかしながら、前述したチラー又は恒温水循環機器は一般的に、ポンプ、熱交換部、冷凍機又はペルチェ素子、タンク、温度センサー等の機器を配管で接続して、筐体に収める構成であるために、装置全体のサイズが大きくなってしまうという問題点があった。 However, since the chiller or constant temperature water circulation device described above is generally configured to connect a device such as a pump, a heat exchanging unit, a refrigerator or a Peltier element, a tank, a temperature sensor, etc., and house it in a casing. There has been a problem that the size of the entire apparatus becomes large.

そしてそのために、前述の従来のチラー又は恒温水循環器、ヒートエクスチェンジャー等の装置では、設置場所を確保することが困難な場合があり、かかる場合には地下階から配管で真空チャンバー、ステージ等まで温度媒体としての液体を循環させることもあり、それにより、配管の長さ分の熱効率ロスもあって、決して熱効率の良い装置ではないという問題点が指摘されていた。 For this reason, in the conventional chiller or constant temperature water circulator, heat exchanger, etc., it may be difficult to secure the installation location. In such a case, from the underground floor to the vacuum chamber, stage, etc. by piping. The liquid as the temperature medium is sometimes circulated, and as a result, the heat efficiency is lost for the length of the pipe.

また、従来のチラー又は恒温水循環機器の中には、ペルチェ素子を用いて熱交換を行う方式を採用したものがあるが、これらのペルチェ素子を用いた従来の装置では、熱効率におけるエネルギー効率向上には限界があることが指摘されていた。 In addition, some conventional chillers or constant-temperature water circulation devices adopt a method of performing heat exchange using Peltier elements, but conventional devices using these Peltier elements can improve energy efficiency in thermal efficiency. Was pointed out to have limitations.

即ち、周知の通りペルチェ素子は、異なる性質を持った２種類の半導体素子に直流の電気を流すと熱が移動し、一方の面が吸熱し反対の面が放熱（加熱）するというペルチェ効果を応用したものであるが、このペルチェ素子は、発熱側の放熱を確実に行わなければ、熱効率が悪くなってしまい十分な吸熱を行うことができないという問題点が指摘されていた。 That is, as is well known, the Peltier element has the Peltier effect that heat is transferred when direct current is applied to two types of semiconductor elements having different properties, and that one surface absorbs heat and the opposite surface dissipates (heats). Although applied, it has been pointed out that this Peltier element has a problem that unless it is surely radiated on the heat generating side, heat efficiency is deteriorated and sufficient heat absorption cannot be performed.

そのために、従来のペルチェ素子を用いた装置では、流路を設けた銅板等の金属プレートでペルチェ素子を挟み込み、冷却側の金属プレートには温度媒体としての循環液を流し、放熱側の金属プレートには冷却水を流し、これにより、循環液の熱をペルチェ素子で吸熱するとともに、吸熱した熱を冷却水と熱交換する構造としていたが、このとき、金属プレートの取り付けのためのボルト等に熱抵抗があるために、熱交換のエネルギー効率向上に限界が生じてしまった。 Therefore, in a conventional apparatus using a Peltier element, the Peltier element is sandwiched by a metal plate such as a copper plate provided with a flow path, a circulating liquid as a temperature medium is passed through the metal plate on the cooling side, and the metal plate on the heat dissipation side In this case, the cooling water was allowed to flow, so that the heat of the circulating fluid was absorbed by the Peltier element and the heat absorbed was exchanged with the cooling water. Due to the thermal resistance, there has been a limit to improving the energy efficiency of heat exchange.

また、ペルチェ素子を用いて熱交換を行う場合には、従来は、前述したように、流路を設けた銅板等の金属プレートでペルチェ素子を挟み込んでいたために、熱交換部のサイズが大きくなってしまうという問題点も指摘されていた。 Also, when heat exchange is performed using a Peltier element, the size of the heat exchange unit is large because the Peltier element has been sandwiched between metal plates such as copper plates provided with flow paths as described above. The problem of becoming was also pointed out.

一方、昨今は半導体やＦＰＤ業界もエネルギー効率化に注力しており、世界中の半導体、ＦＰＤメーカーから、コンパクトかつ熱効率の良いチラー、恒温水循環器、ヒートエクスチェンジャーの開発が求められている。 On the other hand, the semiconductor and FPD industries have recently been focusing on energy efficiency, and semiconductor and FPD manufacturers around the world are demanding the development of compact and highly efficient chillers, constant-temperature water circulators, and heat exchangers.

そこで、本発明は、ペルチェ素子を用いたヒートエクスチェンジャーにおいて、装置を小型化するとともに熱交換効率をあげることを可能にしたヒートエクスチェンジャーを提供することを課題としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a heat exchanger using a Peltier element, which can downsize the apparatus and increase the heat exchange efficiency.

本発明のヒートエクスチェンジャーは、
所定温度に調節した循環液を真空チャンバー、ステージ等の温調対象へ供給することで前記温調対象の温度コントロールを行うためのヒートエクスチェンジャーであって、
床板を境に、該床板の上方側を熱交換エリアとし、前記床板の下方側を循環液供給エリアとした本体部と、
前記熱交換エリアに配置された、前記熱交換エリアを、内側部分に位置する循環液エリアと、外側部分に位置する冷却エリアに分断した隔壁と、
該隔壁の複数個所に形成した前記循環液エリアと冷却エリアを連通する切り欠きを閉鎖する配置で前記隔壁に取り付けられたペルチェ素子と、
前記循環液エリアの天井部に形成した循環液出口と、
前記循環液供給エリアに形成された循環液入口と、
該循環液入口と前記循環液エリアを連通した循環液用流路と、
該循環液用流路の途上に配置された循環液供給用ポンプと、を具備するとともに、
前記循環液エリアに、前記循環液用流路が連結され、前記循環液入口及び循環液用流路を介して供給される循環液を受け入れる筒状の循環液取り入れタンクを配置し、
該循環液受け入れタンクの側壁における前記ペルチェ素子に対向する箇所に噴射孔を形成するとともに、該噴射孔には前記循環液受け入れタンク内に受け入れた循環液を前記ペルチェ素子に向けて噴射させてペルチェ素子に衝突させるための循環液用噴射ノズルを取り付け、
前記ペルチェ素子に電気を流した状態で、前記循環液取り入れタンクに受け入れた循環液を前記循環液用噴射ノズルからペルチェ素子に噴射させて衝突させることで、ペルチェ効果によって循環液の温度を所定温度に調節可能にしたことを可能にしたことを特徴としている。 The heat exchanger of the present invention is
A heat exchanger for performing temperature control of the temperature adjustment target by supplying a circulating fluid adjusted to a predetermined temperature to the temperature control target such as a vacuum chamber and a stage,
With the floor plate as a boundary, the upper part of the floor plate is the heat exchange area, and the lower part of the floor plate is the circulating fluid supply area,
A partition wall disposed in the heat exchange area, the partition wall dividing the heat exchange area into a circulating fluid area located in the inner part and a cooling area located in the outer part,
A Peltier element attached to the partition wall in an arrangement that closes a notch communicating with the circulating fluid area and the cooling area formed at a plurality of locations of the partition wall;
A circulating fluid outlet formed in the ceiling of the circulating fluid area;
A circulating fluid inlet formed in the circulating fluid supply area;
A circulating fluid flow path communicating the circulating fluid inlet and the circulating fluid area;
A circulating fluid supply pump arranged in the middle of the circulating fluid flow path,
The circulating fluid channel is connected to the circulating fluid area, and a cylindrical circulating fluid intake tank that receives the circulating fluid supplied through the circulating fluid inlet and the circulating fluid channel is disposed,
An injection hole is formed in the side wall of the circulating fluid receiving tank facing the Peltier element, and the circulating fluid received in the circulating fluid receiving tank is sprayed toward the Peltier element through the injection hole. Install the circulating fluid injection nozzle to collide with the element,
In a state where electricity is supplied to the Peltier element, the circulating liquid received in the circulating liquid intake tank is injected from the circulating liquid injection nozzle onto the Peltier element to collide with it, thereby the temperature of the circulating liquid is set to a predetermined temperature by the Peltier effect. It is characterized by having made it possible to make it adjustable.

本発明のヒートエクスチェンジャーでは、床板を境にして、床板の上方側を熱交換エリアとし、床板の下方側を循環液供給エリアとした本体部を備え、熱交換エリアは、複数個のペルチェ素子を備えた隔壁によって、隔壁の内側部分に位置する循環液エリアと、隔壁の外側部分に位置する冷却エリアに分断し、循環液エリアには循環液取り入れタンクを配置するとともに、この循環液受け入れタンクに受け入れた循環液をペルチェ素子に向けて噴射させてペルチェ素子に衝突させるための噴射ノズルを取り付け、真空チャンバーやステージ等の温調対象から戻ってきた循環液をペルチェ素子に直接接触させて、熱の移動を行うことで、循環液の温度を所定温度に調節することとしている。 The heat exchanger according to the present invention includes a main body having a floor plate as a boundary and an upper side of the floor plate as a heat exchange area and a lower side of the floor plate as a circulating fluid supply area. The heat exchange area includes a plurality of Peltier elements. The circulating fluid area is divided into a circulating fluid area located in the inner portion of the partition and a cooling area located in the outer portion of the partition. A circulating fluid intake tank is arranged in the circulating fluid area, and this circulating fluid receiving tank Attach an injection nozzle for injecting the circulating fluid received into the Peltier element and causing it to collide with the Peltier element, and bring the circulating fluid returned from the temperature control target such as a vacuum chamber or stage directly into the Peltier element, The temperature of the circulating fluid is adjusted to a predetermined temperature by transferring heat.

そのために、流路を設けた銅板等の金属プレートでペルチェ素子を挟み込み、冷却側の金属プレートには温度媒体としての循環液を流し、放熱側の金属プレートには冷却水を流すことで、循環液の熱をペルチェ素子で吸熱するとともに吸熱した熱を冷却水と熱交換する従来の方法と異なり、金属プレートの取り付けのためのボルト等が不要であるために、ボルト等による熱抵抗が無く、熱抵抗を限りなくゼロにすることができ、それにより、熱交換のエネルギー効率を向上させることが可能である。 For this purpose, the Peltier element is sandwiched between a metal plate such as a copper plate provided with a flow path, a circulating liquid as a temperature medium is allowed to flow through the cooling side metal plate, and a cooling water is allowed to flow through the metal plate on the heat dissipation side. Unlike the conventional method in which the heat of the liquid is absorbed by the Peltier element and the heat absorbed is exchanged with cooling water, bolts for mounting the metal plate are unnecessary, so there is no thermal resistance due to bolts, The thermal resistance can be reduced to zero as much as possible, thereby improving the energy efficiency of heat exchange.

また、ペルチェ素子に直接循環液を接触させる方式を採用することで、銅板等の金属プレートでペルチェ素子を挟み込むことを不要にしているため、銅板等の金属プレートでペルチェ素子を挟み込む従来の方式と異なり、熱交換部のサイズが大きくなってしまうという問題点も解決することが可能である。 In addition, by adopting a method in which the circulating fluid is brought into direct contact with the Peltier element, it is not necessary to sandwich the Peltier element with a metal plate such as a copper plate, so the conventional method of sandwiching the Peltier element with a metal plate such as a copper plate In contrast, it is possible to solve the problem that the size of the heat exchanging portion becomes large.

従って、本発明のヒートエクスチェンジャーでは。コンパクトかつ熱効率の良いヒートエクスチェンジャーを実現することが可能である。 Therefore, in the heat exchanger of the present invention. It is possible to realize a compact and heat efficient heat exchanger.

本発明のヒートエクスチェンジャーの実施例の構成を正面側から示した図である。It is the figure which showed the structure of the Example of the heat exchanger of this invention from the front side. 本発明のヒートエクスチェンジャーの実施例の構成を平面側から示した図である。It is the figure which showed the structure of the Example of the heat exchanger of this invention from the plane side. 本発明のヒートエクスチェンジャーの実施例の制御系を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the control system of the Example of the heat exchanger of this invention.

本発明のヒートエクスチェンジャーでは本体部を具備しており、この本体部は、床板を境にして、床板の上方側を熱交換エリアとし、床板の下方側を循環液供給エリアとしている。 The heat exchanger according to the present invention includes a main body. The main body has a floor plate as a boundary, and an upper side of the floor plate serves as a heat exchange area, and a lower side of the floor plate serves as a circulating fluid supply area.

また、熱交換エリアには隔壁が配置されており、この隔壁によって、熱交換エリアは、循環液エリアと冷却エリアに分断されている。 In addition, a partition wall is disposed in the heat exchange area, and the partition wall is divided into a circulating fluid area and a cooling area by the partition wall.

そして、隔壁の内側が循環液エリアとされ、隔壁の外側は冷却エリアとされており、循環液エリアは、密閉されているとともに、天井部には循環液出口が形成されている。 The inside of the partition wall is a circulating fluid area, the outside of the partition wall is a cooling area, the circulating fluid area is hermetically sealed, and a circulating fluid outlet is formed on the ceiling.

また、隔壁には複数個所に、隔壁の内側の循環液エリアと隔壁の外側の冷却エリアを連通する切り欠きが形成されているとともに、この切り欠きを閉鎖する配置で、隔壁には、ペルチェ素子が取り付けられている。 In addition, the partition wall is formed with notches for communicating the circulating fluid area inside the partition wall and the cooling area outside the partition wall at a plurality of locations, and is arranged to close the notch. Is attached.

一方、循環液供給エリアには循環液入口が形成され、この循環液入口と循環液エリアは、循環液用流路によって連通され、更に、この循環液用流路の途上には、循環液供給用ポンプが配置されている。 On the other hand, a circulating fluid inlet is formed in the circulating fluid supply area. The circulating fluid inlet and the circulating fluid area are communicated with each other by a circulating fluid flow path. A pump is arranged.

また、循環液エリアには筒状の循環液取り入れタンクが配置されており、この循環液受け入れタンクには、循環液用流路が連結されており、これにより、循環液入口及び循環液流路を介して、循環液を循環液受け入れタンクに受け入れることを可能にしている。 In addition, a circulating fluid intake tank is disposed in the circulating fluid area, and a circulating fluid passage is connected to the circulating fluid receiving tank so that the circulating fluid inlet and the circulating fluid passage are connected. Through this, the circulating fluid can be received in the circulating fluid receiving tank.

更に、循環液受け入れタンクの側壁におけるペルチェ素子に対向する箇所には噴射孔が形成され、この噴射孔には、循環液受け入れタンク内に受け入れた循環液をペルチェ素子に向けて噴射させ、これにより循環液受け入れタンク内に受け入れた循環液をペルチェ素子に衝突させるための噴射ノズルが取り付けられている。 Further, an injection hole is formed at a position facing the Peltier element on the side wall of the circulating fluid receiving tank, and the circulating fluid received in the circulating fluid receiving tank is sprayed toward the Peltier element in this injection hole. An injection nozzle for causing the circulating fluid received in the circulating fluid receiving tank to collide with the Peltier element is attached.

そしてこれにより、ペルチェ素子に電流を流した状態で、循環液受け入れタンクに受け入れた循環液を噴射ノズルからペルチェ素子に噴射させて衝突させることで、ペルチェ素子を介して熱の移動を行い、循環液の温度を所定温度に調節することとしている。 Then, with current flowing through the Peltier device, the circulating fluid received in the circulating fluid receiving tank is injected from the injection nozzle to the Peltier device and collides with it, so that heat is transferred through the Peltier device and the circulation is performed. The temperature of the liquid is adjusted to a predetermined temperature.

ここで、冷却エリアは、ペルチェ素子を介して循環液との間で熱の移動が可能であればいずれの構成でもよいが、例えば水冷方式にする場合には、冷却エリアを、冷却水入口と冷却水出口を備えた密閉空間に形成して、その内部に、冷却水流路によって冷却水入口に連結された、中空の枠状とした冷却水受け入れタンクを具備し、この冷却水受け入れタンクの内周側の側壁におけるペルチェ素子に対向する箇所に噴射孔を形成するとともに、この噴射孔に、冷却水受け入れタンク内に受け入れた冷却水をペルチェ素子に向けて噴射させてペルチェ素子に衝突させるための冷却水用噴射ノズルを取り付け、冷却水受け入れタンクに受け入れた冷却水を冷却水用噴射ノズルからペルチェ素子に噴射させて衝突させることで、ペルチェ効果によって、循環液の温度を所定温度に調節可能にすると良い。 Here, the cooling area may have any configuration as long as heat can be transferred to and from the circulating fluid via the Peltier element. For example, in the case of the water cooling method, the cooling area is set as the cooling water inlet. A cooling water receiving tank having a hollow frame shape, which is formed in a sealed space having a cooling water outlet and is connected to the cooling water inlet by a cooling water flow path, is provided inside the cooling water receiving tank. An injection hole is formed at a location facing the Peltier element on the peripheral side wall, and the cooling water received in the cooling water receiving tank is injected into the injection hole toward the Peltier element to collide with the Peltier element. By installing a cooling water injection nozzle and injecting the cooling water received in the cooling water receiving tank from the cooling water injection nozzle onto the Peltier element, The temperature of the circulating liquid may be adjustable to a predetermined temperature.

一方、ペルチェ素子を介した熱の移動を空冷方式にする場合には、冷却エリアにおいて、ペルチェ素子に冷却用のヒートシンクを備え、このヒートシンクを介して、循環液との間で熱の移動を可能にした構成にすると良い。 On the other hand, when air transfer is used for heat transfer via the Peltier element, a heat sink for cooling is provided in the Peltier element in the cooling area, and heat can be transferred to the circulating fluid via this heat sink. It is good to use the configuration as described above.

また、前記ポンプとして小型ＤＣポンプを用いると良く、これにより装置全体をコンパクトにすることが可能である。 Moreover, it is good to use a small DC pump as said pump, and it can make the whole apparatus compact by this.

更に、循環液入口に温度センサー、水流センサーを配置するとよく、これにより、容易に、循環液の液温を設定温度に調節することが可能である。 Further, a temperature sensor and a water flow sensor may be arranged at the circulating fluid inlet, and this makes it possible to easily adjust the circulating fluid temperature to the set temperature.

本発明のヒートエクスチェンジャーの実施例について説明すると、図１及び図２は本実施例のヒートエクスチェンジャーの構成を示す一部断面図であり、図１は正面から見た構成を示し、図２は平面から見た構成を示している。そして、本実施例のヒートエクスチェンジャーは、温調対象から戻ってきた循環液の温度を所定温度まで下げ、その後に再び温調対象に供給するために用いられるとともに、水冷方式によって循環液の温度を調節する構成としている。 An embodiment of the heat exchanger according to the present invention will be described. FIGS. 1 and 2 are partial sectional views showing the configuration of the heat exchanger of the present embodiment. FIG. 1 shows the configuration viewed from the front, and FIG. Indicates a configuration viewed from a plane. The heat exchanger of the present embodiment is used to lower the temperature of the circulating fluid returned from the temperature control target to a predetermined temperature and then supply the temperature again to the temperature control target. It is set as the structure which adjusts.

即ち、図において１が、本実施例のヒートエクスチェンジャーである。そして、図において２は、本実施例における前記ヒートエクスチェンジャー１の本体部であり、本実施例における前記ヒートエクスチェンジャー１は本体部２を有しており、本実施例において前記本体部２は、わずかに円弧状とした天井部を有する、有底円筒状のタンク状としている。 That is, in the figure, 1 is the heat exchanger of the present embodiment. In the figure, 2 is a main body portion of the heat exchanger 1 in the present embodiment, and the heat exchanger 1 in the present embodiment has a main body portion 2, and in the present embodiment, the main body portion 2 is The bottomed cylindrical tank has a slightly arcuate ceiling.

次に、図において３が床板である。即ち、本実施例における前記本体部２は、下方部分に床板３を有しており、この床板３によって、前記本体部２は、底部分近傍で上下に分割されている。そして、本実施例のヒートエクスチェンジャー１では、前記床板３の上方側を熱交換エリア４とし、床板３の下方側は、循環液供給エリア５としている。 Next, 3 is a floor board in the figure. That is, the main body 2 in the present embodiment has a floor plate 3 in a lower portion, and the main body 2 is divided vertically by the floor plate 3 in the vicinity of the bottom portion. In the heat exchanger 1 of this embodiment, the upper side of the floor plate 3 is a heat exchange area 4, and the lower side of the floor plate 3 is a circulating fluid supply area 5.

ここで、前記熱交換エリア４について説明すると、本実施例において前記熱交換エリア４には、中央部分に、四角の枠状とした断熱性の隔壁６を配置している。そして、本実施例における前記隔壁６は、前記床板３部分から立ち上がって、本体部２の天井部まで伸びており、これにより、前記隔壁６によって、前記熱交換エリア４は隔壁６の内側と外側に分断されている。 Here, the heat exchange area 4 will be described. In the present embodiment, the heat exchange area 4 is provided with a heat insulating partition wall 6 having a square frame shape at the center. The partition wall 6 in this embodiment rises from the floor plate 3 and extends to the ceiling of the main body 2, whereby the heat exchange area 4 is separated from the inside and outside of the partition wall 6 by the partition wall 6. It is divided into two.

そして、本実施例においては、前記隔壁６の内側部分を循環液エリア７としており、隔壁６の外側部分は冷却水エリア８とし、いずれも密閉空間としている。また、前記循環液エリア７の天井部には循環液出口９が形成されており、一方、前記冷却水エリア８の上部側壁には冷却水出口１０が形成され、前記冷却水エリア８の下部側壁には冷却水入口１１が形成されている。更にまた、前記循環液出口９には、温度センサー９０１及び流量センサー９０２が配置されている。 In this embodiment, the inner part of the partition wall 6 is a circulating fluid area 7 and the outer part of the partition wall 6 is a cooling water area 8, both of which are sealed spaces. A circulating fluid outlet 9 is formed at the ceiling of the circulating fluid area 7, while a cooling water outlet 10 is formed at the upper sidewall of the cooling water area 8, and the lower sidewall of the cooling water area 8 is formed. Is formed with a cooling water inlet 11. Furthermore, a temperature sensor 901 and a flow rate sensor 902 are disposed at the circulating fluid outlet 9.

また、本実施例において前記隔壁６の各側壁部分にはそれぞれ、上下多段に亘って複数個の切り欠き１２が形成されており、この切り欠き１２は、前記循環液エリア７と冷却水エリア８を連通している。 Further, in this embodiment, a plurality of notches 12 are formed in each of the side wall portions of the partition wall 6 in a plurality of upper and lower stages, and the notches 12 are formed in the circulating fluid area 7 and the cooling water area 8. Is communicated.

そして、本実施例においては、前記切り欠き１２を閉鎖する配置で、隔壁６には、ペルチェ素子１３が取り付けられており、このペルチェ素子１３によって、前記切り欠き１２を介した前記循環液エリア７と冷却水エリア８の連通が遮断されている。即ち、前記循環液エリア７と冷却水エリア８は、前記ペルチェ素子１３を挟んで、対向した構成となっており、ペルチェ素子１３は、隔壁６の内側の循環液エリアに面した側が吸熱側で、隔壁６の外側の冷却水エリア８に面した側が放熱側として配置している。 In the present embodiment, a Peltier element 13 is attached to the partition wall 6 so as to close the notch 12, and the circulating fluid area 7 through the notch 12 is attached by the Peltier element 13. And the communication with the cooling water area 8 are blocked. That is, the circulating fluid area 7 and the cooling water area 8 are opposed to each other with the Peltier element 13 in between, and the side facing the circulating fluid area inside the partition wall 6 is the endothermic side. The side facing the cooling water area 8 outside the partition wall 6 is arranged as the heat radiation side.

また、本実施例においては、前記ペルチェ素子１３の金属表面にメッキ処理を施している。即ち、周知のように標準的なペルチェ素子はセラミック製で多孔質なために循環液や冷却水が浸入してしまうおそれがあるので、循環液の吸熱には適さない。そこで、本実施例においてはセラミックの代わりに銅板を用いたペルチェ素子を用いることとしている。しかし、銅板は、循環液として一般的に用いられているフロリナートやガルデン、エチルグリコール等によって浸食されるおそれが考えられるため、本実施例においては、前記ペルチェ素子１３の金属表面に、ニッケルやクロム等でメッキ処理を施し、循環液による浸食を防いでいる。 In this embodiment, the metal surface of the Peltier element 13 is plated. That is, as is well known, a standard Peltier element is made of ceramic and is porous, so that circulating fluid or cooling water may enter, so that it is not suitable for heat absorption of the circulating fluid. Therefore, in this embodiment, a Peltier element using a copper plate instead of ceramic is used. However, since there is a possibility that the copper plate is eroded by fluorinate, galden, ethyl glycol or the like generally used as a circulating liquid, in this embodiment, nickel or chromium is formed on the metal surface of the Peltier element 13. Etc. to prevent erosion by circulating fluid.

なお、前記隔壁６は、必ずしも四角の枠状にする必要は無く、前記熱交換エリア４を内側と外側に分断可能であり、側壁に切り欠きが形成可能であるとともにこの切り欠き内にペルチェ素子を埋め込むことが可能であればいずれの形状としてもよく、従って、筒状としても良い。また、前記切り欠き１２の数や形状は特に限定されず、本実施例においては、隔壁６の各側壁部分に６か所ずつの切り欠き１２を形成している。 The partition wall 6 does not necessarily have a rectangular frame shape, the heat exchange area 4 can be divided into an inner side and an outer side, a notch can be formed on the side wall, and a Peltier element can be formed in the notch. As long as it can be embedded, any shape may be used, and thus a cylindrical shape may be used. The number and shape of the notches 12 are not particularly limited, and in this embodiment, six notches 12 are formed on each side wall portion of the partition wall 6.

次に、図において１４は循環液受け入れタンクである。即ち、本実施例においては、前記循環液エリア７内のほぼお中央部分に円筒状の循環液受け入れタンク１４を立設している。そして、本実施例においてこの循環液受け入れタンク１４は、前記床板３から立ち上がって、上端部は循環液エリアの上方部分で閉鎖されている。 Next, in the figure, 14 is a circulating fluid receiving tank. That is, in the present embodiment, a cylindrical circulating fluid receiving tank 14 is erected at a substantially central portion in the circulating fluid area 7. In this embodiment, the circulating fluid receiving tank 14 rises from the floor plate 3 and its upper end is closed at the upper portion of the circulating fluid area.

一方、前記循環液供給エリア５の側壁には循環液入口１５が形成されており、前記循環液供給エリア５内において、前記循環液入口１５には循環液用流路１６が連結されている。そして、この循環液用流路１６の先端は、前記床板３を貫通して前記循環液受け入れタンク１４に連結されるとともに、循環液供給エリア５内において、前記循環液用流路１６の途上には、循環液供給用ポンプ１７を配置している。従って、この構成により、前記循環液入口１５に循環液供給用の配管等を連結した状態で前記循環液供給用ポンプ１７を駆動することで、前記循環液受け入れタンク１４内に循環液を供給することが可能となる。 On the other hand, a circulating fluid inlet 15 is formed on the side wall of the circulating fluid supply area 5, and a circulating fluid channel 16 is connected to the circulating fluid inlet 15 in the circulating fluid supply area 5. The leading end of the circulating fluid channel 16 passes through the floor plate 3 and is connected to the circulating fluid receiving tank 14, and in the circulating fluid supply area 5, along the circulating fluid channel 16. Is provided with a circulating fluid supply pump 17. Accordingly, with this configuration, the circulating fluid is supplied into the circulating fluid receiving tank 14 by driving the circulating fluid supply pump 17 with the circulating fluid supply pipe connected to the circulating fluid inlet 15. It becomes possible.

なお、本実施例において前記循環液供給用ポンプ１７としては小型のＤＣポンプを用いており、また、前記循環液用流路１６における前記循環液供給用ポンプ１６の手前には温度センサー１８を配置している。 In this embodiment, a small DC pump is used as the circulating fluid supply pump 17, and a temperature sensor 18 is disposed in the circulating fluid flow path 16 in front of the circulating fluid supply pump 16. doing.

次に、図において２０は循環液用噴射ノズルである。即ち、本実施例において、前記循環液受け入れタンク１４の側壁において、前記ペルチェ素子１３に対向する箇所には噴射孔１９を形成しており、この噴射孔１９には循環液用噴射ノズル２０を取り付けている。そして、この構成により、前記循環液受け入れタンク１４内に受け入れた循環液を前記ペルチェ素子１３に噴射して接触させ、これにより、循環液の熱をペルチェ素子１３側に移動させて循環液の液温を下げることとしている。 Next, in the figure, 20 is a circulating fluid injection nozzle. That is, in this embodiment, an injection hole 19 is formed at a location facing the Peltier element 13 on the side wall of the circulating fluid receiving tank 14, and a circulating fluid injection nozzle 20 is attached to the injection hole 19. ing. According to this configuration, the circulating fluid received in the circulating fluid receiving tank 14 is sprayed and brought into contact with the Peltier element 13, thereby moving the heat of the circulating fluid to the Peltier element 13 side. We are going to lower the temperature.

次に、図において２１は冷却水受け入れタンクである。即ち、本実施例においては、前記冷却水エリア８において、前記隔壁６の外側を囲むような配置で冷却水受け入れタンク２１を配置している。 Next, in the figure, 21 is a cooling water receiving tank. That is, in the present embodiment, the cooling water receiving tank 21 is arranged in the cooling water area 8 so as to surround the outside of the partition wall 6.

そして、本実施例において前記冷却水受け入れタンク２１は、中空の四角形状の枠状としており、前記床板近傍から立ち上がって、上端は前記循環液受け入れタンク１４とほぼ同じ高さとしている。また、上部及び下部を閉鎖するとともに、下方部分において、冷却水流路２２によって、前記冷却水入口１１と連結されており、これにより、冷却水入口１１から冷却水を供給することで、前記冷却水受け入れタンク２１内に冷却水を供給することを可能としている。 In this embodiment, the cooling water receiving tank 21 has a hollow quadrangular frame shape, rises from the vicinity of the floor plate, and has an upper end substantially the same height as the circulating fluid receiving tank 14. Further, the upper and lower portions are closed, and the lower portion is connected to the cooling water inlet 11 by a cooling water flow path 22, whereby the cooling water is supplied from the cooling water inlet 11, so that the cooling water is supplied. Cooling water can be supplied into the receiving tank 21.

更に、本実施例において前記冷却水受け入れタンク２１の内側の側壁には、冷却水用噴射ノズル２４が取り付けられている。即ち、本実施例において、前記冷却水受け入れタンク２１の側壁において、前記ペルチェ素子１３に対向する箇所には噴射孔２３を形成しており、この噴射孔２３には冷却水用噴射ノズル２４を取り付けている。そして、この構成により、前記冷却水受け入れタンク２１内に受け入れた冷却水を前記ペルチェ素子１３に噴射して接触させ、これにより、ペルチェ素子１３の熱を冷却水側に移動させて、循環液からペルチェ素子１３に移動した熱を放熱することとしている。 Further, in this embodiment, a cooling water injection nozzle 24 is attached to the inner side wall of the cooling water receiving tank 21. That is, in this embodiment, an injection hole 23 is formed at a location facing the Peltier element 13 on the side wall of the cooling water receiving tank 21, and a cooling water injection nozzle 24 is attached to the injection hole 23. ing. And by this structure, the cooling water received in the cooling water receiving tank 21 is jetted and brought into contact with the Peltier element 13, thereby moving the heat of the Peltier element 13 to the cooling water side, The heat moved to the Peltier element 13 is released.

次に、本実施例のヒートエクスチェンジャー１の制御系について図３を参照して説明すると、図において、本実施例のヒートエクスチェンジャー１では、装置全体の作動を制御する制御部としてのマイコン２５を有しており、このマイコン２５には、前記ペルチェ素子１３、温度センサー９０１、１８、流量センサー９０２、循環液供給用ポンプ１７、循環液供給用ポンプ１７をインバータ制御するためのインバータ回路、電源、該電源から分配したペルチェ素子１３用の電源、及び各種スイッチ等が接続されており、マイコン２５は、前記温度センサー９０１、１８、流量センサー９０２の測定値に基づいて、ペルチェ素子１３に加える電圧値、循環液供給用ポンプ１７の駆動を制御し、真空チャンバー、ステージ等の温調対象に供給する循環液の液温を、予め設定した所定温度に調整することとしている。また、本実施例においては、循環液の出口の温度センサー９０１と入口の温度センサー１８によって温度差をリアルタイムで監視可能し、それによって、装置の熱負荷の予想曲線を計算することとしている。 Next, the control system of the heat exchanger 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. 3. In the figure, the heat exchanger 1 of the present embodiment has a microcomputer 25 as a control unit that controls the operation of the entire apparatus. The microcomputer 25 includes the Peltier element 13, temperature sensors 901 and 18, a flow sensor 902, a circulating fluid supply pump 17, an inverter circuit for controlling the circulating fluid supply pump 17, and a power source. A power source for the Peltier element 13 distributed from the power source and various switches are connected, and the microcomputer 25 applies a voltage applied to the Peltier element 13 based on the measured values of the temperature sensors 901 and 18 and the flow rate sensor 902. Controls the value and driving of the circulating fluid supply pump 17 and supplies it to a temperature control target such as a vacuum chamber or stage The liquid temperature of the ring liquid, is set to be adjusted to a predetermined temperature set in advance. Further, in the present embodiment, the temperature difference can be monitored in real time by the temperature sensor 901 at the outlet of the circulating fluid and the temperature sensor 18 at the inlet, thereby calculating an expected curve of the heat load of the apparatus.

次に、このように構成される本実施例のヒートエクスチェンジャー１の作用について説明すると、循環液供給用ポンプ１７を作動させると、真空チャンバー、ステージ等の温調対象に供給されて温調対象の温度コントロールに用いられ、それにより設定温度以上の液温になった循環液は、循環液入口１５を介して、本実施例のヒートエクスチェンジャー１に戻ってきて、循環液受け入れタンク１４に供給される。そうすると、循環液受け入れタンク１４に供給された循環液は、循環液用噴射ノズル２０からペルチェ素子１３に噴射され、それにより、ペルチェ素子１３によって吸熱されて液温が所定温度まで下がった状態で、循環液エリア７の底部分から蓄積されていき、循環液エリア７の天井部分に到達した後に、循環液出口９から排出され、再び、真空チャンバー、ステージ等の温調対象に供給されて真空チャンバー、ステージ等の温調対象の温度コントロールに用いられる。 Next, the operation of the heat exchanger 1 of the present embodiment configured as described above will be described. When the circulating fluid supply pump 17 is operated, the temperature control target is supplied to the temperature control target such as a vacuum chamber or a stage. The circulating fluid that has been used for the temperature control of the fluid, and thereby reaches a temperature higher than the set temperature, returns to the heat exchanger 1 of the present embodiment via the circulating fluid inlet 15 and is supplied to the circulating fluid receiving tank 14. Is done. Then, the circulating fluid supplied to the circulating fluid receiving tank 14 is sprayed from the circulating fluid spray nozzle 20 onto the Peltier element 13, thereby absorbing heat by the Peltier element 13 and reducing the liquid temperature to a predetermined temperature. After being accumulated from the bottom of the circulating fluid area 7 and reaching the ceiling of the circulating fluid area 7, the fluid is discharged from the circulating fluid outlet 9 and supplied again to the temperature control target such as a vacuum chamber and a stage. Used for temperature control of temperature control target such as stage.

一方、冷却水入口１１からは、工場等におけるクーリングタワー等から供給される冷却水が冷却水受け入れタンク２１内に供給される。そうすると、この冷却水受け入れタンク２１内に供給された冷却水は、冷却水用噴射ノズル２４からペルチェ素子１３に噴射され、それにより、ペルチェ素子１３の熱を奪って液温が上がった状態で、冷却水エリア８の底部分から蓄積されていき、冷却水の水面が冷却水エリア８における冷却水出口１０の位置に至った後に、オーバーフローによって本体部から排出されてクーリングタワー等へ戻される。 On the other hand, from the cooling water inlet 11, cooling water supplied from a cooling tower in a factory or the like is supplied into the cooling water receiving tank 21. Then, the cooling water supplied into the cooling water receiving tank 21 is jetted from the cooling water jet nozzle 24 to the Peltier element 13, thereby removing the heat of the Peltier element 13 and increasing the liquid temperature. The water is accumulated from the bottom of the cooling water area 8, and after the cooling water surface reaches the position of the cooling water outlet 10 in the cooling water area 8, it is discharged from the main body by overflow and returned to the cooling tower or the like.

そうすると、循環液から熱を奪って温度が上がったペルチェ素子１３は、冷却水との熱交換によって温度が下がり、これにより、循環液からの熱の移動を継続して行うことが可能である。 As a result, the temperature of the Peltier element 13 that has been deprived of heat from the circulating fluid and increased in temperature is lowered by heat exchange with the cooling water, and thus the heat from the circulating fluid can be continuously transferred.

次に、本実施例のヒートエクスチェンジャー１を用いて、真空チャンバー、ステージ等の温調対象の温度コントロールを行う方法について説明すると、本実施例のヒートエクスチェンジャー１によって真空チャンバー、ステージ等の温調対象の温度コントロールを行う場合には、温調対象に循環液を供給する循環液用の配管の両端部を前記循環液入口１５、循環液出口９に連結して、循環液エリア７と温調対象との間で循環液を循環可能な状態にする。なおこのとき、循環液供給ポンプ１７の駆動によって循環液の循環を開始する際には、循環液の円滑な循環のために、循環液用の配管内、循環液エリア７及び循環液用流路１６内は循環液で満杯にしておくと良い。 Next, a description will be given of a method of controlling the temperature of a temperature control target such as a vacuum chamber and a stage using the heat exchanger 1 of the present embodiment. The temperature of the vacuum chamber and the stage is controlled by the heat exchanger 1 of the present embodiment. When performing temperature control of the adjustment target, both ends of a circulating fluid pipe for supplying the circulating fluid to the temperature adjustment target are connected to the circulating fluid inlet 15 and the circulating fluid outlet 9 to connect the circulating fluid area 7 and the temperature. Make the circulating fluid circulateable with the target. At this time, when the circulation of the circulating fluid is started by driving the circulating fluid supply pump 17, in order to smoothly circulate the circulating fluid, in the circulating fluid piping, the circulating fluid area 7 and the circulating fluid flow path. 16 should be filled with circulating fluid.

また、それとともに、前記冷却水入口１１と冷却水出口１０にそれぞれ、クーリングタワー等の冷却水生成手段に連結された配管の両端部を連結して、冷却水エリア８とクーリングタワー間で冷却水を循環可能な状態にする。即ち、クーリングタワーで製造された冷却水を冷却水エリア８に供給し、ペルチェ素子との熱交換で温度が上がった冷却水をクーリングタワーに戻すことを可能にする。更に各種スイッチ等によって、温調対象に供給する循環液の温度を設定する。なおこのときも、冷却水の円滑な循環のために、冷却水の循環の際には、冷却水循環用の配管内、冷却水エリア７及び冷却水流路２２内は冷却水で満杯にしておくと良い。 At the same time, both ends of the pipe connected to the cooling water inlet 11 and the cooling water outlet 10 are connected to cooling water generating means such as a cooling tower, and the cooling water is circulated between the cooling water area 8 and the cooling tower. Make it possible. That is, it is possible to supply the cooling water produced in the cooling tower to the cooling water area 8 and return the cooling water whose temperature has been raised by heat exchange with the Peltier element to the cooling tower. Furthermore, the temperature of the circulating fluid supplied to the temperature control target is set by various switches. At this time, in order to smoothly circulate the cooling water, when the cooling water is circulated, the cooling water circulation pipe, the cooling water area 7 and the cooling water flow path 22 should be filled with the cooling water. good.

そしてこの状態で、前記ペルチェ素子１３に電気を流した状態で、循環液供給用ポンプ１７を駆動して、循環液を循環液受け入れタンク１４に受け入れていくとともに、クーリングタワーからの冷却水を冷却水受け入れタンクエリア２１に受け入れていく。 In this state, with the electricity flowing through the Peltier element 13, the circulating fluid supply pump 17 is driven to receive the circulating fluid into the circulating fluid receiving tank 14, and the cooling water from the cooling tower is cooled to the cooling water. Accept to the receiving tank area 21.

そうすると、温調対象に供給されて温調対象の温度コントロールに用いられて液温が上がった循環液は、循環液入口１５から循環液受け入れタンク１４に供給された後に、循環液で満液状態の循環液エリア７の中で、循環液用噴射ノズル２０からペルチェ素子１３に噴射され、それにより、ペルチェ素子１３によって吸熱されて液温が所定温度まで調整される。 Then, the circulating fluid that has been supplied to the temperature control target and used for temperature control of the temperature control target and whose liquid temperature has risen is supplied to the circulating fluid receiving tank 14 from the circulating fluid inlet 15 and then filled with the circulating fluid. In the circulating fluid area 7, the circulating fluid is sprayed from the circulating fluid spray nozzle 20 onto the Peltier element 13, thereby absorbing heat by the Peltier element 13 and adjusting the liquid temperature to a predetermined temperature.

そして、所定温度の調整された循環液エリア７内の循環液は、新たな循環液が循環液受け入れタンク１４に受け入れられ、循環液用噴射ノズル２０からペルチェ素子１３に噴射され、それにより循環液エリア７内の循環液が増えていくに従って、循環液エリア７の天井部分に形成した循環液出口９から排出されて真空チャンバー、ステージ等の温調対象に供給され、真空チャンバー、ステージ等の温調対象の温度コントロールに用いられた後に再びヒートエクスチェンジャー１に循環され、以後はこの循環が繰り返される。 As for the circulating fluid in the circulating fluid area 7 adjusted to a predetermined temperature, new circulating fluid is received by the circulating fluid receiving tank 14 and injected from the circulating fluid injection nozzle 20 to the Peltier element 13, thereby circulating fluid. As the circulating fluid in the area 7 increases, the circulating fluid is discharged from the circulating fluid outlet 9 formed at the ceiling of the circulating fluid area 7 and supplied to the temperature control target such as the vacuum chamber and the stage. After being used for temperature control of the adjustment target, it is circulated again to the heat exchanger 1, and this circulation is repeated thereafter.

そしてそのとき、温度センサー９０１、１８、流量センサー９０２からの測定値、及び予め設定した循環液の設定温度に基づくマイコン２５の制御により、循環液供給用ポンプ１７の駆動が比例制御され、これにより、循環液の温度、流量等が予め設定した温度、流量に調整される。 At that time, the driving of the circulating fluid supply pump 17 is proportionally controlled by the control of the microcomputer 25 based on the measured values from the temperature sensors 901 and 18 and the flow rate sensor 902 and the preset temperature of the circulating fluid. The temperature and flow rate of the circulating fluid are adjusted to the preset temperature and flow rate.

一方、冷却水入口１１及び冷却水流路２２を介して、工場等におけるクーリングタワー等から供給される冷却水が冷却水受け入れタンク２１内に受け入れられると、この冷却水受け入れタンク２１内に供給された冷却水は、冷却水で満液状態の冷却水エリア７の中で、冷却水用噴射ノズル２４からペルチェ素子１３に噴射される。 On the other hand, when cooling water supplied from a cooling tower or the like in a factory or the like is received in the cooling water receiving tank 21 via the cooling water inlet 11 and the cooling water flow path 22, the cooling supplied to the cooling water receiving tank 21 is performed. The water is jetted from the cooling water jet nozzle 24 to the Peltier element 13 in the cooling water area 7 filled with cooling water.

そうすると、ペルチェ素子１３に衝突された冷却水とで熱交換が行われることで、ペルチェ素子１３は放熱して温度が下がる一方、冷却水は液温が上がった状態になる。そして、温度が上がった状態の冷却水エリア８内の冷却水は、新たな冷却水が冷却水受け入れタンク２１に受け入れられて冷却水用噴射ノズル２４からペルチェ素子１３に噴射され、それにより冷却水エリア８内の冷却水が増えるに従い、オーバーフローによって冷却水出口１０から本体部２から排出されてクーリングタワー等へ戻された後に、クーリングタワー内で冷却され、再びヒートエクスチェンジャー１に循環され、以後はこの循環が繰り返される。 Then, heat exchange is performed with the cooling water collided with the Peltier element 13, whereby the Peltier element 13 dissipates heat and the temperature decreases, while the cooling water is in a state where the liquid temperature has increased. Then, the cooling water in the cooling water area 8 in a state where the temperature has risen is received by the cooling water receiving tank 21 and is injected from the cooling water injection nozzle 24 to the Peltier element 13, thereby cooling water. As the cooling water in the area 8 increases, it is discharged from the cooling water outlet 10 from the cooling water outlet 10 by the overflow and returned to the cooling tower etc., then cooled in the cooling tower and circulated again to the heat exchanger 1. The circulation is repeated.

そして、これにより、循環液から熱を奪って温度が上がったペルチェ素子１３は、冷却水との熱交換によって温度が下がり、循環液からの熱の移動を効率良く継続することが可能である。 As a result, the temperature of the Peltier element 13 whose temperature has risen due to the removal of heat from the circulating fluid is lowered by heat exchange with the cooling water, and the heat transfer from the circulating fluid can be continued efficiently.

このように、本実施例のヒートエクスチェンジャーでは、温調対象の温度コントロールを行った循環液をペルチェ素子に噴射してペルチェ素子に衝突させるために、効率よく循環液の熱をペルチェ素子に移動させることが可能であるとともに、ペルチェ素子の吸熱するための冷却水もまたペルチェ素子に噴射、衝突させるために、効率よくペルチェ素子の熱を取ることができ、熱交換のエネルギー効率を向上させることが可能である。 As described above, in the heat exchanger of the present embodiment, in order to inject the circulating fluid that has been subjected to temperature control to the Peltier element and collide with the Peltier element, the heat of the circulating fluid is efficiently transferred to the Peltier element. In addition, the cooling water for absorbing the heat of the Peltier element is also injected and collided with the Peltier element, so that the heat of the Peltier element can be efficiently taken and the energy efficiency of heat exchange can be improved. Is possible.

また、本実施例のヒートエクスチェンジャーでは、ペルチェ素子に循環液、冷却水を直接接触させる方式であり、ペルチェ素子を銅板等の金属プレートで挟み込むことを不要とし、従って、ペルチェ素子に銅板等の金属プレートを取り付けるためのボルト等が不要であるために、ボルト等による熱抵抗が無く、熱抵抗を限りなくゼロに近づけることができるので、これによっても、熱交換のエネルギー効率を向上させることが可能である。 Further, in the heat exchanger of this embodiment, the circulating fluid and the cooling water are in direct contact with the Peltier element, and it is not necessary to sandwich the Peltier element with a metal plate such as a copper plate. Since there is no need for bolts to attach the metal plate, there is no thermal resistance due to bolts, etc., and the thermal resistance can be brought to zero as much as possible, which also improves the energy efficiency of heat exchange. Is possible.

更に、銅板等の金属プレートの取り付けを不要にしているため、銅板等の金属プレートでペルチェ素子を挟み込む従来の方式と異なり、熱交換部のサイズが大きくなってしまうという問題点も解決することも可能である。 Furthermore, since it is not necessary to attach a metal plate such as a copper plate, it is possible to solve the problem that the size of the heat exchanging portion is increased, unlike the conventional method in which the Peltier element is sandwiched between metal plates such as a copper plate. Is possible.

更にまた、本実施例のヒートエクスチェンジャーでは、本体部を熱交換エリアと循環液供給エリアに分割して、循環液供給エリアに循環液供給用ポンプを配置するとともに循環液用流路における循環液供給用ポンプの手前に温度センサーを配置し、熱交換エリアにおける循環液エリアの天井部に形成した循環液出口に温度センサー、流量センサーを配置し、循環液供給エリアに形成された循環液入口に温度センサーを配置することで、本体部の内部に循環液供給用ポンプ、温度センサー、流量センサーを収容してユニットにまとめたので、これによっても、装置全体を小型化することが可能である。 Furthermore, in the heat exchanger of the present embodiment, the main body is divided into a heat exchange area and a circulating fluid supply area, and a circulating fluid supply pump is disposed in the circulating fluid supply area and the circulating fluid in the circulating fluid flow path. A temperature sensor is placed in front of the supply pump, a temperature sensor and a flow sensor are placed at the circulating fluid outlet formed at the ceiling of the circulating fluid area in the heat exchange area, and the circulating fluid inlet formed in the circulating fluid supply area. By disposing the temperature sensor, the circulating fluid supply pump, the temperature sensor, and the flow rate sensor are accommodated in the main body unit and assembled into a unit, so that the entire apparatus can be downsized.

また本実施例のヒートエクスチェンジャーでは、循環液用流路１６の途上における循環液供給用ポンプ１７の手前側と、循環液出口９の双方に温度センサー１８、９０１を配置して、これにより、循環液の出口と入口の温度差をリアルタイムで監視可能としているために、装置の熱負荷が変動した場合でも、短時間で循環液の温度、流量等を予め設定した温度、流量に調整することが可能である。 Further, in the heat exchanger of the present embodiment, the temperature sensors 18 and 901 are arranged on both the circulating fluid supply pump 17 and the circulating fluid outlet 9 in the middle of the circulating fluid flow path 16, Since the temperature difference between the outlet and inlet of the circulating fluid can be monitored in real time, the temperature and flow rate of the circulating fluid can be adjusted to the preset temperature and flow rate in a short time even if the thermal load of the device fluctuates. Is possible.

即ち、ＣＶＤやエッチャー等の装置ではプラズマを応用するために、装置を稼働しないプラズマＯＦＦ時には装置の熱負荷が小さく変動も安定しているため、ヒートエクスチェンジャーの制御が遅くても問題は発生しないが、急に装置が稼働してプラズマがＯＮになると、装置側の温度が急に上がるために、従来のヒートエクスチェンジャー等では温度の上昇に追従して循環液の温度調節を行うまでに時間を要していた。 In other words, in order to apply plasma in devices such as CVD and etchers, when the plasma is turned off when the device is not operating, the thermal load of the device is small and fluctuations are stable, so there is no problem even if the heat exchanger control is slow. However, when the device is suddenly turned on and the plasma is turned on, the temperature on the device side suddenly rises. With conventional heat exchangers and the like, it takes time to adjust the temperature of the circulating fluid following the rise in temperature. Needed.

しかしながら本実施例のヒートエクスチェンジャーでは、前述したように、循環液の出口の温度センサー９０１と入口の温度センサー１８によって温度差をリアルタイムで監視可能し、それによって、装置の熱負荷の予想曲線を計算することとしており、これにより、装置の熱負荷が発生する時に迅速にペルチェ素子１３の冷却加熱出力を制御することが可能であり、装置の熱負荷の変動に迅速に対応して循環液の温度を安定させることが可能である。 However, in the heat exchanger of this embodiment, as described above, the temperature difference can be monitored in real time by the temperature sensor 901 at the outlet of the circulating fluid and the temperature sensor 18 at the inlet, so that the expected heat load curve of the apparatus can be obtained. As a result, it is possible to quickly control the cooling and heating output of the Peltier element 13 when a thermal load of the apparatus is generated, and to quickly respond to fluctuations in the thermal load of the apparatus, It is possible to stabilize the temperature.

なお、前述の説明では、前記冷却エリア８を密閉空間にしてこの冷却エリアに冷却水を受け入れ、ペルチェ素子１３に移動した循環液の熱を水冷によって放熱することとした構成を説明したが、必ずしも水冷による必要はなく、空冷によってペルチェ素子１３に移動した熱を放熱してもよい。そしてこの場合には、冷却エリアを密閉空間にする必要は無く、ペルチェ素子１３にヒートシンクを取り付けるとともに、このヒートシンクにファンを取り付けて、ファンを駆動することで、ペルチェ素子１３に移動した熱を放熱すると良い。 In the above description, the cooling area 8 is set as a sealed space, the cooling water is received in the cooling area, and the heat of the circulating liquid moved to the Peltier element 13 is radiated by water cooling. There is no need for water cooling, and heat transferred to the Peltier element 13 by air cooling may be dissipated. In this case, the cooling area does not need to be a sealed space, and a heat sink is attached to the Peltier element 13, and a fan is attached to the heat sink and the fan is driven to dissipate the heat transferred to the Peltier element 13. Good.

また、前述の説明では、真空チャンバー、ステージ等の温調対象に供給されて戻ってきた循環液の温度を冷却する場合について説明したが、本発明のヒートエクスチェンジャーでは、温調対象に供給されることで温度が下がって戻ってきた循環液を加熱する場合にも使用可能であることは言うまでもなく、この場合には、ペルチェ素子に加える電圧の極性を前述の場合とは反対にして、それにより、ペルチェ素子１３は、循環液エリア７に面した側を放熱側とし、冷却エリア８に面した側を吸熱側にする。 In the above description, the case of cooling the temperature of the circulating fluid that has been supplied and returned to the temperature control target such as a vacuum chamber or a stage has been described. However, in the heat exchanger of the present invention, the temperature control target is supplied to the temperature control target. Needless to say, it can also be used to heat the circulating fluid that has returned to a lower temperature.In this case, the polarity of the voltage applied to the Peltier element is reversed from that described above. Thus, the Peltier element 13 sets the side facing the circulating fluid area 7 as the heat radiating side and the side facing the cooling area 8 as the heat absorbing side.

本発明は、ペルチェ素子に循環液、冷却水を直接接触させる方式を採用することで、熱交換のエネルギー効率の向上を可能にするとともに、装置全体のサイズが多くなることを防止しているために、ペルチェ素子を用いた温調装置の全般に適用可能である。 The present invention employs a method in which the circulating fluid and cooling water are brought into direct contact with the Peltier element, thereby improving the energy efficiency of heat exchange and preventing an increase in the size of the entire apparatus. In addition, the present invention is applicable to all temperature control devices using Peltier elements.

１ヒートエクスチェンジャー
２本体部
３床板
４熱交換エリア
５循環液供給エリア
６隔壁
７循環液エリア
８冷却水エリア
９循環液出口
９０１温度センサー
９０２流量センサー
１０冷却水出口
１１冷却水入口
１２切り欠き
１３ペルチェ素子
１４循環液受け入れタンク
１５循環液入口
１６循環液用流路
１７循環液供給用ポンプ
１８温度センサー
１９噴射孔
２０循環液用噴射ノズル
２１冷却水受け入れタンク
２２冷却水流路
２３噴射孔
２４冷却水用噴射ノズル
２５制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat exchanger 2 Main-body part 3 Floor board 4 Heat exchange area 5 Circulating fluid supply area 6 Bulkhead 7 Circulating fluid area 8 Cooling water area 9 Circulating fluid outlet 901 Temperature sensor 902 Flow sensor 10 Cooling water outlet 11 Cooling water inlet 12 Notch 13 Peltier element 14 Circulating fluid receiving tank 15 Circulating fluid inlet 16 Circulating fluid flow path 17 Circulating fluid supply pump 18 Temperature sensor 19 Injection hole 20 Circulating fluid injection nozzle 21 Cooling water receiving tank 22 Cooling water flow path 23 Injection hole 24 Cooling water Injection nozzle 25 controller

Claims

A heat exchanger for performing temperature control of the temperature adjustment target by supplying a circulating fluid adjusted to a predetermined temperature to the temperature control target such as a vacuum chamber and a stage,
With the floor plate (3) as a boundary, the main body (2) with the upper side of the floor plate (3) as the heat exchange area (4) and the lower side of the floor plate (3) as the circulating fluid supply area (5),
The partition wall (6) divided into the circulating fluid area (7) located in the inner part and the cooling area (8) located in the outer part, arranged in the heat exchange area (4). )When,
A Peltier element (13) attached to the partition wall (6) in an arrangement that closes the notches (12) communicating the circulating fluid area (7) and the cooling area (8) formed at a plurality of locations of the partition wall (6). )When,
A circulating fluid outlet (9) formed in the ceiling of the circulating fluid area (7);
A circulating fluid inlet (15) formed in the circulating fluid supply area (5);
A circulating fluid channel (16) communicating the circulating fluid inlet (15) and the circulating fluid area (7);
A circulating fluid supply pump (17) disposed in the middle of the circulating fluid flow channel (16),
The circulating fluid channel (16) is connected to the circulating fluid area (7) and receives a circulating fluid supplied through the circulating fluid inlet (15) and the circulating fluid channel (16). A circulating fluid intake tank (14)
An injection hole (19) is formed at a location facing the Peltier element (13) on the side wall of the circulating fluid receiving tank (14), and the injection hole (19) is formed in the circulating fluid receiving tank (14). A circulating fluid injection nozzle (20) for injecting the received circulating fluid toward the Peltier element (13) to collide with the Peltier element (13) is attached,
The circulating fluid received in the circulating fluid intake tank (14) is jetted from the circulating fluid spray nozzle (20) to the Peltier device (13) and collides with the current flowing through the Peltier device (13). The heat exchanger is characterized in that the temperature of the circulating fluid can be adjusted to a predetermined temperature by the Peltier effect.

The cooling area (8) is a sealed space having a cooling water inlet (11) and a cooling water outlet (10), and
A cooling water receiving tank (21) in the form of a hollow frame connected to the cooling water inlet (11) by a cooling water channel (22);
An injection hole (23) is formed at a location facing the Peltier element (13) on the inner peripheral side wall of the cooling water receiving tank (21), and the cooling water receiving tank ( 21) A cooling water injection nozzle (24) for injecting the cooling water received in the Peltier element (13) to collide with the Peltier element (13) is attached,
The cooling water received in the cooling water receiving tank (21) is injected from the cooling water injection nozzle (24) onto the Peltier element (13) to collide with it, thereby adjusting the temperature of the circulating fluid to a predetermined temperature by the Peltier effect. The heat exchanger according to claim 1, wherein the heat exchanger is made possible.

A cooling heat sink is provided in the Peltier element (13) in the cooling area (8), and the temperature of the circulating fluid can be adjusted to a predetermined temperature by the Peltier effect via the heat sink. Heat exchanger as described in

The heat exchanger according to any one of claims 1 to 3, wherein the pump (17) is a small DC pump.

The temperature sensor (18) is disposed on the front side of the circulating fluid supply pump (17) in the middle of the circulating fluid flow path (16). Heat exchanger.

The heat exchanger according to any one of claims 1 to 5, wherein a temperature sensor (901) is disposed at the circulating fluid outlet (9).

The heat exchanger according to any one of claims 1 to 6, wherein a water flow sensor (902) is disposed at the circulating fluid outlet (9).