JP5164140B2 - 薬液用熱交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、伝熱ブロック内に埋設して内部に流通する薬液に対して熱交換を行う熱交換管を備える薬液用熱交換装置に関する。

従来、外面に形成した熱交換面が冷却又は加熱される伝熱性を有する伝熱材により形成した伝熱ブロック及びこの伝熱ブロック内に埋設して内部に流通する薬液に対して熱交換を行う熱交換管を備える薬液用熱交換装置は知られており、既に、本出願人もこの種の薬液用熱交換装置に用いて好適な薬液温度調節用熱交換器を特許文献１により提案した。

この薬液温度調節用熱交換器（薬液用熱交換装置）は、熱電変換素子を挟んで、その両側に、熱良導性素材から成る伝熱ブロック体と放熱体とを、熱電変換素子と熱授受可能に配設し、伝熱ブロック体には、複数のフッ素樹脂製薬液導管を伝熱ブロック体と熱授受可能に貫通して設けて、薬液導管の一側開口を、温度調節すべき薬液の流入口を持つ薬液分流室に連通させるとともに、薬液導管の他側開口を、薬液の流出口を備えた薬液合流室に連通させ、放熱体には、冷却液流路を設けたものである。
特開平８−１９３７６６号

ところで、上述した従来の薬液温度調節用熱交換器は、半導体素子の製造に用いる弗化水素酸を含む侵食性の高いエッチング溶液等の薬液に対して冷却又は加熱を行うため、薬液が流通する薬液導管は、耐薬品性に優れたフッ素樹脂素材により形成される。しかし、耐薬品性に優れたフッ素樹脂素材であっても万能ではなく、使用時間に伴って薬液に侵食され、液漏れ等を招く原因となる。特に、近年では処理時間を速めるため、薬液の温度を常温域から中高温域での使用が増加する傾向にあるとともに、薬液も高純度化（強酸化、強アルカリ化）されているため、薬液の侵食性がより高まっている。したがって、薬液導管は、定期的に或いは必要に応じて、新たな薬液導管と交換する必要があるが、従来の薬液温度調節用熱交換器に使用する薬液導管の場合、伝熱ブロック体の内部に密着性が高度に維持された状態で保持されるため、薬液導管の交換には、伝熱ブロック体の分解及び再組立に伴う煩雑な作業が強いられ、結局、大変な労力と時間が費やされてしまう問題があった。

一方、薬液導管の形成素材として、フッ素樹脂素材よりも、より耐薬品性に優れた素材を使用すれば、薬液導管の交換を不要或いは交換頻度を大幅に削減することができる。例えば、ガラス状炭素系素材は、フッ素樹脂素材よりも耐薬品性に優れていることが知られている。しかし、ガラス状炭素系素材は脆性が高く、フッ素樹脂素材のように湾曲させることができないため、加工性（製作性）に難があるとともに、材料費もかなり高価になるため、上述した従来の薬液温度調節用熱交換器に備える薬液導管とそのまま置換して用いることは困難である。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した薬液用熱交換装置の提供を目的とするものである。

本発明に係る薬液用熱交換装置１は、上述した課題を解決するため、外面に形成した熱交換面Ｃｕ，Ｃｄが冷却又は加熱される伝熱性を有する伝熱材Ｘにより形成した伝熱ブロック２及びこの伝熱ブロック２内に埋設して内部に流通する薬液Ｌに対して熱交換を行う熱交換管を備える薬液用熱交換装置であって、ガラス状炭素系素材Ｍｃにより直線状に形成した所定長さを有する複数の熱交換管３ｐ…を伝熱ブロック２内に所定間隔おきに埋設し、各熱交換管３ｐ…の端部開口３ｐｏ…をフッ素系樹脂素材Ｍｆにより形成した接続管部材４ｊ…により接続することにより、一つの流入口Ｓｉから流入した薬液Ｌが全ての熱交換管３ｐ…を通して一つの流出口Ｓｏから流出する流通経路Ｒ，Ｒ１…を構成するとともに、熱交換管３ｐ…の端部開口３ｐｏ…を接続管部材４ｊ…に接続するに際し、熱交換管３ｐ…の端部開口３ｐｏ…の近傍に位置する外周面の周方向に沿って設けた接続用のリング溝３ｐｓ…に係止させたストッパリング部１４…に、ユニオンナット部１３…を係止可能に設け、このユニオンナット部１３…を、フェルール部１５…を介在させて、接続管部材４ｊ…を構成する継手部材４ｊｃ…における継手ボディ部１１…の端部に螺合することを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、接続管部材４ｊ…には、隣接する一又は二以上の熱交換管３ｐ…同士の端部開口３ｐｏ…を接続することによりジグザグ状の流通経路Ｒを構成する一又は二以上の継手部材４ｊｃ…を用いることができる。さらに、接続管部材４ｊ…には、各熱交換管３ｐ…の端部開口３ｐｏ…を接続することにより並行した複数の流通経路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…を構成する一又は二以上のヘッダ部材４ｊｈ…を用いることができる。他方、流入口Ｓｉ又は流出口Ｓｏには、薬液Ｌを循環させる送液ポンプ５を接続することができる。

このような構成を有する本発明に係る薬液用熱交換装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） フッ素系樹脂素材よりも、より耐薬品性に優れた素材であるガラス状炭素系素材Ｍｃを用いて熱交換管３ｐ…を製作するため、伝熱ブロック２内に埋設される熱交換管３ｐ…の交換を不要或いは交換頻度を大幅に削減することができる。

（２） ガラス状炭素系素材Ｍｃにより直線状に形成した所定長さを有する複数の熱交換管３ｐ…を用いるため、脆性の高いガラス状炭素系素材Ｍｃであっても、熱交換管３ｐ…を容易に製作できるとともに、熱交換管３ｐ…の長さ変更により熱交換能力を容易に変更できる。しかも、流入口Ｓｉから流出口Ｓｏに至る流通経路Ｒ，Ｒ１…の一部のみに使用し、残部には比較的安価な素材であるフッ素系樹脂素材Ｍｆにより形成した接続管部材４ｊ…を使用するため、全体のコストダウンにも寄与できる。

（３） 熱交換管３ｐ…の端部開口３ｐｏ…を接続管部材４ｊ…に接続するに際し、熱交換管３ｐ…の端部開口３ｐｏ…の近傍に位置する外周面の周方向に沿って設けた接続用のリング溝３ｐｓ…に係止させたストッパリング部１４…に、ユニオンナット部１３…を係止可能に設け、このユニオンナット部１３…を、フェルール部１５…を介在させて、接続管部材４ｊ…を構成する継手部材４ｊｃ…における継手ボディ部１１…の端部に螺合するように構成したため、接続管部材４ｊ…は、熱交換管３ｐ…の端部開口３ｐｏ…に対して脱着可能になり、伝熱ブロック２の外部に配する接続管部材４ｊ…のみを、伝熱ブロック２を分解することなく容易に交換できる。また、接続管部材４ｊ…はフッ素系樹脂素材Ｍｆにより製作するため、頻繁に交換する場合であっても交換に伴うランニングコストを削減できる。

（４） 好適な態様により、接続管部材４ｊ…には、隣接する一又は二以上の熱交換管３ｐ…同士の端部開口３ｐｏ…を接続することによりジグザグ状の流通経路Ｒを構成する一又は二以上の継手部材４ｊｃ…を用いてもよいし、或いは、各熱交換管３ｐ…の端部開口３ｐｏ…を接続することにより並行した複数の流通経路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…を構成する一又は二以上のヘッダ部材４ｊｈ…を用いてもよいなど、用途に応じた多様な流通経路Ｒ，Ｒ１…を容易に得ることができる。

（５） 好適な態様により、薬液Ｌを循環させる送液ポンプ５は、流入口Ｓｉ又は流出口Ｓｏに接続できるため、送液ポンプ５のレイアウト設計や送液ポンプ５を含む回路設計の自由度を高めることができる。即ち、従来のように熱交換管３ｐ…にフッ素系樹脂素材を用いれば、送液ポンプ５を流出口Ｓｏに接続した場合、送液ポンプ５の吸引圧が熱交換管３ｐ…を縮ませる方向に作用するため、熱交換管３ｐ…と伝熱ブロック２間における接触熱抵抗の増加、更には熱交換効率の低下を来す不具合を招く。したがって、送液ポンプ５は流入口Ｓｉ側に接続する必要があるが、熱交換管３ｐ…に、フッ素系樹脂素材よりも剛性の高いガラス状炭素系素材Ｍｃを用いれば、送液ポンプ５を流出口Ｓｏに接続しても性能低下を回避できるため、流入口Ｓｉ又は流出口Ｓｏのいずれであっても接続可能になる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る薬液用熱交換装置１の構成部品（構成部材）について、図１〜図４を参照して説明する。

３ｐ…は熱交換管である。熱交換管３ｐは、断面円形に形成し、図２に示すように、所定長さを有する一本の直線状（直管状）に一体成形する。熱交換管３ｐの素材には、ガラス状炭素系素材Ｍｃ、望ましくはアモルファスカーボン素材Ｍｃａを用いる。アモルファスカーボン素材は、フッ素系樹脂素材に比べて脆性が高いため、複雑な形状や湾曲加工に難があるが、熱交換管３ｐは、一本の直線状に形成するため、容易かつ確実に製作できる。また、アモルファスカーボン素材は、フッ素系樹脂素材に比べて、熱伝導率が１０〜２０倍程度高いため、熱損失が小さく、しかも、ガスや液体の非透過性にも優れるという特長を有している。熱交換管３ｐは、軸方向両端に、端部開口３ｐｏ，３ｐｏを有するとともに、この端部開口３ｐｏ，３ｐｏの近傍に位置する熱交換管３ｐの外周面には、周方向に沿った接続用のリング溝３ｐｓ，３ｐｓを設ける。

４ｊｃ…は、接続管部材４ｊ…を構成する継手部材である。継手部材４ｊｃは、図３に示すように、隣接する熱交換管３ｐ…同士の端部開口３ｐｏ…を接続する機能を有する。継手部材４ｊｃは、Ｕ形に湾曲した継手ボディ部１１と、この継手ボディ部１１の両端に設けた接続部１２，１２を有し、更に、接続部１２は、継手ボディ部１１の端部に螺合するユニオンナット部１３と、ユニオンナット部１３とリング溝３ｐｓ間に係止可能なストッパリング部１４と、このストッパリング部１４と継手ボディ部１１間に介在するフェルール部１５からなる。この場合、薬液Ｌが接触する少なくとも継手ボディ部１１は、フッ素系樹脂素材Ｍｆ、望ましくはテフロン（登録商標）素材Ｍｆｔにより一体成形する。継手ボディ部１１の湾曲部を曲げ加工するに際しては、皺が発生しやすいため、継手ボディ部１１にある程度の肉厚を確保するとともに、湾曲部の潰れを防止するため、充填材（インサート材）を使用し、高温に加熱しながらベンダー加工機等により曲げ加工処理を行えばよい。また、湾曲部を有する継手ボディ部１１は、型（金型）を用いた成形を行ってもよいし、或いは切削加工により製作してもよい。なお、一般にフッ素系樹脂素材Ｍｆは、伝熱性が良好でないため、肉厚さの確保は、放熱防止の観点からも有効となる。一方、ユニオンナット部１３，ストッパリング部１４及びフェルール部１５も、それぞれ継手ボディ部１１と同一素材により一体成形することが望ましいが、フッ素系樹脂素材Ｍｆ以外の他の素材であってもよい。これにより、各接続部１２，１２は端部開口３ｐｏ…に対して脱着させることができる。

２は伝熱ブロックである。伝熱ブロック２は、図１に示すように、熱交換管３ｐ…を埋設する機能を有するため、上下に二分割したブロック半体２ｕ，２ｄにより構成する。一方のブロック半体２ｄは、図４に示すように、偏平な直方体盤により形成し、上面（衝合面）には、熱交換管３ｐ…が嵌合する断面半円形の直線嵌合溝２１…を熱交換管３ｐ…の配置位置に対応させて設ける。ブロック半体２ｄの素材としては、伝熱性に優れた伝熱材Ｘ、例えば、カーボングラファイト，アルミニウム，銅，炭化珪素等の伝熱材Ｘを用いることができる。そして、このようなブロック半体２ｄを二枚用意し、一方をブロック半体２ｕとし、他方をブロック半体２ｄとして用いる。ブロック半体２ｕと２ｄを組付けた後における伝熱ブロック２の上面と下面は、平坦面による熱交換面Ｃｕ，Ｃｄとなり、この熱交換面Ｃｕ，Ｃｄが後述するサーモモジュール２２ｕ…，２２ｄ…により冷却又は加熱される。

次に、このような構成部品（構成部材）を用いた本実施形態に係る薬液用熱交換装置１の組付方法について、図１〜図５を参照して説明する。

まず、予め製作した六本の熱交換管３ｐ…を伝熱ブロック２に装着する。即ち、各熱交換管３ｐ…をブロック半体２ｕ，２ｄにおける各直線嵌合溝２１…に嵌合させるとともに、ブロック半体２ｕと２ｄを衝き合わせて組付ける。この際、各直線嵌合溝２１…には、必要により、シリコングリース等の不定形性伝熱媒体を塗布する。例示の場合、標準長さに形成した四本の熱交換管３ｐ…とやや長めに形成した二本の熱交換管３ｐｍ…（３ｐ…）を用意し、配列方向の両側にやや長めに形成した二本の熱交換管３ｐｍ…を配する。

また、図１に示すように、五つの継手部材４ｊｃ…を用意し、隣接する熱交換管３ｐ…同士の端部開口３ｐｏ…を順次接続することによりジグザグ状の流通経路Ｒを構成する。なお、継手部材４ｊｃ…は、熱交換管３ｐ…の端部開口３ｐｏ…に対して脱着可能となるため、伝熱ブロック２の外部に配する継手部材４ｊｃ…のみを、伝熱ブロック２を分解することなく容易に交換できる。しかも、継手部材４ｊｃ…はフッ素系樹脂素材Ｍｆにより製作するため、頻繁に交換する場合であっても交換に伴うランニングコストを削減できる利点がある。

一方、熱交換管３ｐ…の配列方向の両側に位置する一方の熱交換管３ｐｍの端部開口３ｐｏは流入口Ｓｉとなるため、この流入口Ｓｉに、継手部４ｊｉを介して送液ポンプ５を接続するとともに、他方の熱交換管３ｐｍの端部開口３ｐｏは流出口Ｓｏとなるため、この流出口Ｓｏに、継手部４ｊｏを介して送液配管１７を接続する。送液ポンプ５は薬液Ｌを循環させる機能を有する。なお、送液ポンプ５は、流入口Ｓｉ又は流出口Ｓｏのいずれに接続してもよい。即ち、従来のように熱交換管３ｐ…にフッ素系樹脂素材を用いれば、送液ポンプ５を流出口Ｓｏに接続した場合、送液ポンプ５の吸引圧が熱交換管３ｐ…を縮ませる方向に作用するため、熱交換管３ｐ…と伝熱ブロック２間における接触熱抵抗の増加、更には熱交換効率の低下を来す不具合を招く。したがって、送液ポンプ５は流入口Ｓｉ側に接続する必要がある。しかし、本実施形態では、熱交換管３ｐ…にフッ素系樹脂素材よりも剛性の高いガラス状炭素系素材Ｍｃを用いるため、送液ポンプ５を流出口Ｓｏに接続しても性能低下を回避でき、もって、流入口Ｓｉ又は流出口Ｓｏのいずれであっても接続可能になり、送液ポンプ５のレイアウト設計や送液ポンプ５を含む回路設計の自由度を高めることができる。

他方、図５に示すように、伝熱ブロック２の一方の熱交換面Ｃｕには、ペルチェ素子を用いたサーモモジュール２２ｕ…を付設するとともに、このサーモモジュール２２ｕ…の放熱面（吸熱面）に冷却部２３ｕを付設する。同様に、伝熱ブロック２の他方の熱交換面Ｃｄには、ペルチェ素子を用いたサーモモジュール２２ｄ…を付設するとともに、このサーモモジュール２２ｄ…の放熱面（吸熱面）に冷却部２３ｄを付設する。冷却部２３ｕ，２３ｄは、水冷式クーラを用いることができる。図５中、２４ｕ，２４ｄは、冷却部２３ｕ，２３ｄに冷却水を循環させる配水管を示す。なお、これらの各部品は、不図示の固定部材（金具等）及び固定具（ボルトナット等）などにより固定される。

その他、伝熱ブロック２から露出する熱交換管３ｐ…の一部及び継手部材４ｊｃ…は、必要によりウレタン樹脂素材等の断熱材により形成した断熱ブロックにより覆うことができる。このような断熱ブロックを用いることにより、外乱に伴う無用な放熱（吸熱）を防止できるとともに、熱交換管３ｐ…及び継手部材４ｊｃ…の傷付きを防止することができる利点がある。以上の組付過程を経て図５に示す薬液用熱交換装置１が得られる。

よって、このような本実施形態に係る薬液用熱交換装置１によれば、ガラス状炭素系素材Ｍｃにより直線状に形成した所定長さを有する複数の熱交換管３ｐ…を用いるため、脆性の高いアモルファスカーボン素材Ｍｃａ（ガラス状炭素系素材Ｍｃ）であっても、熱交換管３ｐ…を容易に製作できるとともに、熱交換管３ｐ…の長さ変更により熱交換能力を容易に変更できる。しかも、流入口Ｓｉから流出口Ｓｏに至る流通経路Ｒの一部のみに使用し、残部には比較的安価な素材であるフッ素系樹脂素材Ｍｆにより形成した継手部材４ｊｃ…を使用するため、全体のコストダウンにも寄与できる。また、フッ素系樹脂素材Ｍｆよりも、より耐薬品性に優れた素材であるアモルファスカーボン素材Ｍｃａ（ガラス状炭素系素材Ｍｃ）を用いて熱交換管３ｐ…を製作するため、伝熱ブロック２内に埋設される熱交換管３ｐ…の交換を不要或いは交換頻度を大幅に削減することができる。特に、シールリングを使用していないため、使用圧力範囲を拡大（１〔ＭＰａ〕程度）させることができるとともに、熱膨張率の転移点を考慮しなくてよいため、温調範囲を広範囲（０〜１２０〔℃〕程度）に設定することができる。

次に、本実施形態に係る薬液用熱交換装置１の機能について、図１〜図５を参照して説明する。

まず、送液ポンプ５を作動させれば、図１に示すように、薬液Ｌを流入口Ｓｉに供給する。流入口Ｓｉに供給された薬液Ｌは、流通経路Ｒをジグザグ状に流通し、流出口Ｓｏに至る。そして、流出口Ｓｏに至った薬液Ｌは、送液配管１７を介して薬液Ｌの使用される被冷却機器等に供給（循環）される。この際、流通経路Ｒを流通する薬液Ｌは、熱交換面Ｃｕ，Ｃｄを介して冷却（熱交換）される。即ち、図５に示すサーモモジュール２２ｕ…，２２ｄ…が通電されることにより伝熱ブロック２の熱交換面Ｃｕ，Ｃｄが冷却されるため、流通経路Ｒを流通する薬液Ｌとの熱交換が行われる。なお、サーモモジュール２２ｕ…，２２ｄ…の放熱面からの放熱は、冷却部２３ｕ，２３ｄにより吸収される。

次に、本発明の変更実施形態に係る薬液用熱交換装置１について、図６〜図１３を参照して説明する。

図６は継手部材４ｊｃの変更例を示す。図１の実施形態は、Ｕ形に湾曲した継手ボディ部１１を用いた場合を示したが、図６は、Ｌ形に形成した二つの継手半体部４ｊｃｐ，４ｊｃｐを接合（接続）したコの字形の継手ボディ部１１を用いた場合を示す。したがって、異なる部位は、継手ボディ部１１のみであり、接続部１２，１２は、図１（図３）の実施形態と同じである。

図７は、薬液用熱交換装置１の組付に係わる変更例を示す。通常、薬液用熱交換装置１には、複数の加圧部３１…を付設し、伝熱ブロック２…と各冷却部２３ｕ，２３ｄに挟まれるサーモモジュール２２ｕ…，２２ｄ…に対して適度な接触圧力を付加している。この加圧部３１…は、図８に示すように、スプリング３２…及びボルトナット３３…を使用するが、薬液用熱交換装置１は、シールレス形となり、温調範囲を広くすることができるため、伝熱ブロック２…の膨張又は収縮の繰り返しによりサーモモジュール２２ｕ…，２２ｄ…に位置ズレを生じる虞れがある。そこで、図７に示すように、加圧部３１…を、少なくともサーモモジュール２２ｕ…，２２ｄ…の端辺を規制して位置ズレを阻止する位置に配した。これにより、様々な使用環境下であってもサーモモジュール２２ｕ…，２２ｄ…の位置ズレを防止でき、無用な能力低下を回避することができる。したがって、加圧部３１…は、サーモモジュール２２ｕ…，２２ｄ…に対する圧力設定機能と位置ズレ防止機能を兼用する。

図８は薬液用熱交換装置１の全体構成の変更例を示す。この薬液用熱交換装置１は、積層した一対の伝熱ブロック２，２を備える。そして、上側の伝熱ブロック２における上面の熱交換面Ｃｕに、サーモモジュール２２ｕ…を付設するとともに、下側の伝熱ブロック２における下面の熱交換面Ｃｄに、サーモモジュール２２ｄ…を付設する。これにより、熱交換管３ｐ…の使用数量が倍増するため、処理能力を高めることができるとともに、一方の伝熱ブロック２の熱交換管３ｐ…と他方の伝熱ブロック２の熱交換管３ｐ…を並列接続することにより、圧力損失を低減できる。なお、３１…は上述した加圧部であり、スプリング３２…及びボルトナット３３…により構成する。例示は一つの加圧部３１のみを示すが、図７に示すように複数の位置に配設することにより、伝熱ブロック２…と各冷却部２３ｕ，２３ｄに挟まれるサーモモジュール２２ｕ…，２２ｄ…に対する圧力管理（圧力調節）を行うとともに、サーモモジュール２２ｕ…，２２ｄ…の位置ズレを防止する。

図９は、薬液用熱交換装置１のサイズの異なる変更例を示す。この薬液用熱交換装置１は、熱交換管３ｐ…の軸方向に沿って五列のサーモモジュール２２ｕ…を配して構成したものである。このように、本実施形態に係る薬液用熱交換装置１を用いれば、熱交換管３ｐ…及び伝熱ブロック２のサイズ変更（長さ変更）のみで薬液用熱交換器１の能力を容易に変更できるとともに、コストメリットを得ることができる。

図１０及び図１１は接続管部材４ｊ…の変更例を示す。図１〜図９は、接続管部材４ｊ…として継手部材４ｊｃ…を示したが、図１０及び図１１は、接続管部材４ｊ…の一部又は全部に、ヘッダ部材４ｊｈ…を利用したものである。ヘッダ部材４ｊｈ…も継手部材４ｊｃと同様にフッ素系樹脂素材Ｍｆにより形成することができる。

図１０に示す薬液用熱交換装置１は、熱交換管３ｐ…の配列方向に沿って全熱交換管３ｐ…を跨ぐ長さを有し、かつ内部に一つのヘッダ室Ｒｈを有する一対のヘッダ部材４ｊｈ，４ｊｈを用いた。この場合、ヘッダ部材４ｊｈは、フッ素系樹脂素材Ｍｆにより形成したシリンダ部材３５の両端開口をキャップ部材３６ｐ，３６ｑにより閉塞して構成できる。そして、一方のヘッダ部材４ｊｈは、ヘッダ室Ｒｈに連通する流入口Ｓｉを有するとともに、この反対側に、各熱交換管３ｐ…の一端側における各端部開口３ｐｏ…を接続する。これにより、各端部開口３ｐｏ…がヘッダ室Ｒｈに連通する。また、他方のヘッダ部材４ｊｈは、ヘッダ室Ｒｈに連通する流出口Ｓｏを有するとともに、この反対側に、各熱交換管３ｐ…の他端側における各端部開口３ｐｏ…を接続する。これにより、各端部開口３ｐｏ…がヘッダ室Ｒｈに連通する。よって、複数（例示は四本）の熱交換管３ｐ…は並列に接続され、並行した四つの流通経路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が構成される。

一方、図１１に示す薬液用熱交換装置１は、熱交換管３ｐ…の配列方向に沿って全熱交換管３ｐ…を跨ぐ長さを有し、かつ内部に長手方向に並んだ二つのヘッダ室Ｒｈｉ，Ｒｈｏを有するヘッダ部材４ｊｈａを用いるとともに、熱交換管３ｐ…の配列方向に沿って全熱交換管３ｐ…を跨ぐ長さを有し、かつ内部に一つの接続室Ｒｃを有する継手部材４ｊｃａを用いたものである。この場合、ヘッダ部材４ｊｈａは、一方のヘッダ室Ｒｈｉに連通する流入口Ｓｉを有するとともに、他方のヘッダ室Ｒｈｏに連通する流出口Ｓｏを有する。そして、ヘッダ部材４ｊｈａには、熱交換管３ｐ…の一端側における各端部開口３ｐｏ…を接続する。これにより、全熱交換管３ｐ…における片側半分の熱交換管３ｐ…がヘッダ室Ｒｈｉに連通し、残りの熱交換管３ｐ…がヘッダ室Ｒｈｏに連通する。また、継手部材４ｊｃａは、図１０に示したヘッダ部材４ｊｈの形態をそのまま利用する。即ち、流入口Ｓｉ又は流出口Ｓｏを設けない点を除いてヘッダ部材４ｊｈと同一に形成する。そして、継手部材４ｊｃａには、全熱交換管３ｐ…の他端側における各端部開口３ｐｏ…を接続する。これにより、各端部開口３ｐｏ…が接続室Ｒｃに連通する。このような構成により、隣接する複数（例示は二本）の熱交換管３ｐ…同士の端部開口３ｐｏ…が継手部材４ｊｃａを介して接続され、四本の熱交換管３ｐ…により並行した二つの流通経路Ｒ１，Ｒ２がジグザグ状に構成される。

図１２及び図１３も接続管部材４ｊ…の変更例を示す。図１２及び図１３は継手部材４ｊｃ…として、図１１に示した継手部材４ｊｃａの形態を変更したものである。図１２に示す薬液用熱交換装置１は、熱交換管３ｐ…の配列方向に沿って全（四本の）熱交換管３ｐ…を跨ぐ長さを有し、かつ内部に長手方向に並んだ二つの接続室Ｒｃｍ，Ｒｃｎを有する継手部材４ｊｃｂを用いるとともに、熱交換管３ｐ…の配列方向に沿って半分（二本）の熱交換管３ｐ…を跨ぐ長さを有し、かつ内部に一つの接続室Ｒｃを有する継手部材４ｊｃｃを用いたものである。そして、一方の継手部材４ｊｃｂに、全熱交換管３ｐ…の一端側における各端部開口３ｐｏ…を接続する。これにより、全熱交換管３ｐ…における片側半分（二本）の熱交換管３ｐ…が接続室Ｒｃｍに連通し、残りの熱交換管３ｐ…が接続室Ｒｃｎに連通する。また、他方の継手部材４ｊｃｃに、熱交換管３ｐ…の配列方向の両側に位置する熱交換管３ｐ…を除く熱交換管３ｐ…、即ち、内側に配した二本の熱交換管３ｐ…の他端側における各端部開口３ｐｏ…を接続する。これにより、各端部開口３ｐｏ…と接続室Ｒｃが連通する。よって、熱交換管３ｐ…の配列方向の両側に位置する熱交換管３ｐ…に流入口Ｓｉと流出口Ｓｏが設けられ、図１に示した薬液用熱交換装置１と同様の流通経路、即ち、ジグザグ状の流通経路Ｒが構成される。

一方、図１３に示す薬液用熱交換装置１は、図１２に示す薬液用熱交換装置１における熱交換管３ｐ…の数量を変更したものである。したがって、熱交換管３ｐ…の配列方向に沿って六本の熱交換管３ｐ…を跨ぐ長さを有し、かつ内部に長手方向に並んだ三つの接続室Ｒｃｐ，Ｒｃｑ，Ｒｃｒを有する継手部材４ｊｃｄを用いるとともに、熱交換管３ｐ…の配列方向に沿って四本の熱交換管３ｐ…を跨ぐ長さを有し、かつ内部に長手方向に並んだ二つの接続室Ｒｃｓ，Ｒｃｔを有する継手部材４ｊｃｅを用いたものである。そして、一方の継手部材４ｊｃｄに、全熱交換管３ｐ…の一端側における各端部開口３ｐｏ…を接続する。これにより、各接続室Ｒｃｐ，Ｒｃｑ，Ｒｃｒに対して各熱交換管３ｐ…が端から二本ずつ順次連通する。また、他方の継手部材４ｊｃｅに、熱交換管３ｐ…の配列方向の両側に位置する熱交換管３ｐ…を除く熱交換管３ｐ…、即ち、内側に配した四本の熱交換管３ｐ…の他端側における各端部開口３ｐｏ…を接続する。これにより、各接続室Ｒｃｓ，Ｒｃｔに対して各熱交換管３ｐ…が端から二本ずつ順次連通する。よって、熱交換管３ｐ…の配列方向の両側に位置する熱交換管３ｐ…に流入口Ｓｉと流出口Ｓｏが設けられ、図１に示した薬液用熱交換装置１と同様の流通経路、即ち、ジグザグ状の流通経路Ｒが構成される。

このような本実施形態（変更実施形態）に係る薬液用熱交換装置１の場合、接続管部材４ｊ…には、隣接する一又は二以上の熱交換管３ｐ…同士の端部開口３ｐｏ…を接続することによりジグザグ状の流通経路Ｒを構成する一又は二以上の継手部材４ｊｃ…を用いてもよいし、或いは、各熱交換管３ｐ…の端部開口３ｐｏ…を接続することにより並行した複数の流通経路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…を構成する一又は二以上のヘッダ部材４ｊｈ…を用いてもよいため、用途に応じた多様な流通経路Ｒ，Ｒ１…を容易に得ることができる。

なお、図６〜図１３において、他の構成及び機能等は、図１〜図５に示した実施形態と同じである。このため、図６〜図１３に示した変更実施形態において、図１〜図５に示した実施形態及び図６〜図１３に示した他の変更実施形態と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、伝熱ブロック２は、上下に二分割したブロック半体２ｕ，２ｄにより構成した場合を示したが、単一ブロックに横孔を設けて形成してもよい。また、サーモモジュール２２ｕ…，２２ｄ…の代わりに他の熱源又は冷却源を用いてもよく、熱源としては、例えば、ニクロム線式のヒータ等を用いることも可能である。さらに、本発明における一つの流入口Ｓｉ（又は一つの流出口Ｓｏ）とは、単一の流通系を意味するものであり、単一の流通系における薬液Ｌが、例えば、設計上、分割した複数の流入口Ｓｉから流入（又は複数の流出口Ｓｏから流出）する場合などは一つの流入口Ｓｉ（又は一つの流出口Ｓｏ）に包含されるとともに、複数の流通系を備える場合には、各流通系のそれぞれに本発明が適用される。なお、本発明に係る薬液用熱交換装置１は、弗化アンモニウムや弗化水素酸などを含む薬液Ｌをはじめ、各種薬液を冷却又は加熱する用途に利用できるとともに、必要により水等の薬液以外の溶液に対してもそのまま利用することができる。

本発明の最良の実施形態に係る薬液用熱交換装置における主要部の一部を破断した平面図、 同薬液用熱交換装置における熱交換管の一部断面及び一部抽出拡大図を含む側面図、 同薬液用熱交換装置における継手部材の一部断面平面図、 同薬液用熱交換装置における伝熱ブロック半体を示す斜視図、 同薬液用熱交換装置の全体を示す外観側面図、 変更実施形態に係る薬液用熱交換装置の主要部を示す平面図、 他の変更実施形態に係る薬液用熱交換装置の平面図、 他の変更実施形態に係る薬液用熱交換装置の正面図、 他の変更実施形態に係る薬液用熱交換装置の平面図、 他の変更実施形態に係る薬液用熱交換装置の主要部を示す平面図、 他の変更実施形態に係る薬液用熱交換装置の主要部を示す平面図、 他の変更実施形態に係る薬液用熱交換装置の主要部を示す平面図、 他の変更実施形態に係る薬液用熱交換装置の主要部を示す平面図、

符号の説明

１：薬液用熱交換装置，２：伝熱ブロック，３ｐ…：熱交換管，３ｐｏ…：熱交換管の端部開口，４ｊ…：接続管部材，４ｊｃ…：継手部材，４ｊｈ…：ヘッダ部材，５：送液ポンプ，Ｃｕ：熱交換面，Ｃｄ：熱交換面，Ｓ：伝熱材，Ｓｉ：流入口，Ｓｏ：流出口，Ｌ：薬液，Ｍｃ：ガラス状炭素系素材，Ｍｆ：フッ素系樹脂素材，Ｒ：流通経路，Ｒ１…：流通経路

Claims (4)

1. 外面に形成した熱交換面が冷却又は加熱される伝熱性を有する伝熱材により形成した伝熱ブロック及びこの伝熱ブロック内に埋設して内部に流通する薬液に対して熱交換を行う熱交換管を備える薬液用熱交換装置において、ガラス状炭素系素材により直線状に形成した所定長さを有する複数の熱交換管を前記伝熱ブロック内に所定間隔おきに埋設し、各熱交換管の端部開口をフッ素系樹脂素材により形成した接続管部材により接続することにより、一つの流入口から流入した薬液が全ての熱交換管を通して一つの流出口から流出する流通経路を構成するとともに、前記熱交換管の端部開口を前記接続管部材に接続するに際し、前記熱交換管の端部開口の近傍に位置する外周面の周方向に沿って設けた接続用のリング溝に係止させたストッパリング部に、ユニオンナット部を係止可能に設け、このユニオンナット部を、フェルール部を介在させて、前記接続管部材を構成する継手部材における継手ボディ部の端部に螺合することを特徴とする薬液用熱交換装置。
2. 前記接続管部材は、隣接する一又は二以上の熱交換管同士の端部開口を接続することによりジグザグ状の流通経路を構成する一又は二以上の継手部材であることを特徴とする請求項１記載の薬液用熱交換装置。
3. 前記接続管部材は、各熱交換管の端部開口を接続することにより並行した複数の流通経路を構成する一又は二以上のヘッダ部材であることを特徴とする請求項１記載の薬液用熱交換装置。
4. 前記流入口又は前記流出口には、薬液を循環させる送液ポンプを接続してなることを特徴とする請求項１記載の薬液用熱交換装置。

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