JP5210795B2 - 恒温槽 - Google Patents
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図6に基づいて、従来の恒温槽について説明する。
恒温槽9を構成するタンク10内には、所定の温度に保つべき液体11が貯留されている。このタンク10内には、内部を冷媒液が流通する冷却用蛇管12が配置されている。タンク10内の液体は、この冷却用蛇管12を介して冷媒液と熱交換されており、タンク10内の液体の温度が一定に保たれるように設けられている。
この恒温槽13のタンク14の上部および下部のそれぞれには、ヒータ15およびサーモモジュール16に接続される配管17a、17bが設けられている。各配管17a,17bは、タンク14内の液体11を直接ヒータ15やサーモモジュール16へ循環させるように設けられており、配管17aの途中には液体11を循環させるためのポンプ18が設けられている。
この特許文献2に開示されている恒温槽によれば、温度制御対象となる液体を流通させる配管を設けなくても良いので、装置全体の軽量化・小型化を図ることができる。
このような恒温槽では、内タンクの底面から流出する液体を、内タンクと外タンクとの全周にわたる間隙を流路として上昇させ、上昇時にサーモモジュールによって温度制御し、内タンク内に温度制御した液体を流入させるようにしている。
しかし、このような恒温槽においては、内タンクと外タンクとの隙間は内外タンクの全周にわたって形成されていたので、サーモモジュールが取り付けられている部位の近傍を流れる液体はサーモモジュールによって所定の温度になりやすいが、サーモモジュールの近傍を流れなかった液体については所定の温度になりにくく、サーモモジュールによる温度制御の効率が悪いという課題がある。
この構成を採用することによって、内タンクの側壁と外タンクの側壁との間では流路がサーモモジュールが設けられた部位に形成されるので、サーモモジュールによって効率良く温度制御が行える。
図1に、恒温槽の全体構成を示す。
本実施例における恒温槽30は、タンク31が内蔵された本体33に、温度制御用の制御装置34が接続されて設けられている。
恒温槽30は、フッ素系不活性液体を所定の温度に保つ機能を有するものであり、本体33に設けられたタンク31内にフッ素系不活性液体(以下、単に液体と称する場合がある)を貯留させている。タンク31内で所定の温度に維持された液体は、例えば半導体製造時の洗浄等に用いられる。
タンク31(外タンク38)の外壁面には、複数のサーモモジュール52,52・・が取り付けられており、このサーモモジュール52によってタンク31内の液体の温度が調整される。
なお、サーモモジュール52は水冷式であり、ポンプ62によって配管63内を冷却水を循環させて用いている。
内タンク36は、平面視すると円形であり、全体として有底円筒状に形成されている。外タンク38は、平面視すると正八角形であり、全体として有底八角形筒状に形成されている。
内タンク36の側壁と、外タンク38の側壁との間にも間隙35が形成されている。ただし、この間隙35は、タンク31の全周ではなく、部分的に形成されている。
また、内タンク36の側壁と外タンク38の側壁との間に形成されている部分的な間隙35は、内タンク36の底面の底部連通孔42から流出した液体の流路40となっている。流路40は、液体を下方から上方に向けて流すように設けられており、この流路40を流通している間に、外タンク38の外面に取り付けられたサーモモジュール52によって温度制御される。
仕切部材45の例としては、タンク31の上下方向に伸びる断面コの字状の部材と、このコの字状の部材の底面を閉塞する底面部とから構成される。底面部は、内タンク36の底面を外タンクの底面との間で離間させて間隙49を形成させるために内タンク36を支持する支持部材46を兼用させるようにしてもよい。
また、外タンク38は八角形状、内タンク36が円形状であるから、場所によって間隙35の幅が異なっている。そこで、仕切部材45を設けて液体が流通しないようにする部位としては、間隙35の幅が狭い部位とするとよい。本実施形態では、外タンク38のサーモモジュール52が設けられていない平面部分に対応する位置に仕切部材45を設けたので、間隙35の幅が最も狭い部位が、流路40が形成されない部位となっている。
このようにすることで、流路40が形成される部位の幅が厚くなるので、サーモモジュール52近傍を通る液体の流量を増やすことができ、熱効率を上げることができる。
このように、流路40を移動中に所定の温度にされた液体は、内タンク36の上部連通孔44から内タンク36内に流入して内タンク36の底面に向けて流れるので、内タンク36内では常に上下方向に流動することとなり、内タンク36内部における液体の温度差を無くすことができる。
循環手段48として具体的には、マグネット式の遠心ポンプを用いている。マグネット式の遠心ポンプは、外タンク38の外底面に配置され、回転軸64にマグネット66が設けられたモータ67と、該モータ67と分離して設けられ、底部にマグネット50を有する羽根車51とを具備している。羽根車51は、回転軸の軸線方向と直交する方向に流体を移動させるような形状に羽根が設けられている。このようにして羽根車51とモータ67との間には、タンク31を貫通する回転軸を設けなくともよいので、回転軸を貫通させる場合に必要となる軸受けやシール機構などを設けずにすみ、加工コストの削減に寄与できる。
そして、内タンク36と外タンク38との間に複数設けられた流路40に流入した液体は、羽根車51の回転により流路40内を上昇し、内タンク36の上部連通孔44から内タンク36の内部へ流入する。
こうして液体はタンク31内を撹拌されつつ上下方向に循環する。
サーモモジュール52は、制御装置34に接続されたペルチェ素子56と、ペルチェ素子56の一方の面側と外タンク38の外壁面との間に配置される熱伝導板58と、ペルチェ素子56の他方の面側に設けられた熱交換器59とを有している。
また、熱伝導板58は、ペルチェ素子56を確実に外タンク38の外壁面に取り付けると共に、ペルチェ素子56の熱を均一に外タンク38へ伝導させるために設けられており、ペルチェ素子56の表面積よりも大きい表面積の銅板等が用いられる。
例えば、ペルチェ素子56において、外タンク38を冷却する際には、ペルチェ素子56の他方側の面は高温になるが、この高温となった他方側の面の温度を下げることによって、さらにペルチェ素子56の性能を引き出すことができるようになる。
なお、冷媒としては、チラー水等を採用することができ、冷媒がポンプ62によって循環可能となるように配管63を設け、冷媒の熱交換を行なう熱交換器(図示せず)を設けても良い。
制御装置34は、ペルチェ素子56へ印加する電圧の極性切換を行なうことによって、タンク31内の液体の温度を加熱および冷却の双方を実行することができる。
一方、内タンク36の形状は、内タンク36内の液体温度が場所によらずに一定となるために、なるべく平面視円形であることが好ましい。
31 タンク
33 本体
34 制御装置
35 間隙
36 内タンク
38 外タンク
38 側壁
40 流路
42 底部連通孔
44 上部連通孔
45 仕切部材
46 支持部材
48 循環手段
49 間隙
50 マグネット
51 羽根車
52 サーモモジュール
56 ペルチェ素子
58 熱伝導板
59 熱交換器
60 流路(熱交換器内)
61 ブロック体
62 ポンプ
63 配管
64 回転軸
66 マグネット
67 モータ
Claims (4)
- 外タンクと、外タンクの内部に収納された内タンクとを備え、内タンクと外タンクとの間で温度制御の対象となる液体を循環させ、該液体を所定の温度に維持する恒温槽において、
前記内タンクは、内タンクの底面が外タンクの底面と所定の間隔をあけ、且つ内タンクの側壁が外タンクの側壁と部分的に所定の間隔をあけるように配置され、
前記内タンクの底面には、内タンク内部と前記外タンクの底面との間隙と連通する底部連通孔が設けられ、
前記内タンクの底面と前記外タンクの底面との間隙内に配置され、前記内タンクの底部連通孔から前記内タンクの底面と前記外タンクの底面との間隙に流入する液体を、内タンクの側壁と外タンクの側壁との間隙方向に移動させるように動作する羽根車を有する循環手段が設けられ、
前記外タンクの側壁の外面であって、且つ前記内タンクの側壁と前記外タンクの側壁との間において形成された部分的な間隙の外側に該当する複数箇所には、サーモモジュールが設けられ、
前記サーモモジュールが設けられている部位の内側に形成された前記間隙が、前記循環手段によって液体を上方に流通させるための流路として複数箇所に設けられ、
前記内タンクの上部は、前記流路からの液体が内タンクの内部に流入するように設けられていることを特徴とする恒温槽。 - 前記内タンクの側壁と前記外タンクの側壁との間に形成された各流路の間には、前記内タンクの周方向に所定の幅を有し、前記サーモモジュールが設けられている部位に液体を流通させる流路を構成するための仕切部材が配置されていることを特徴とする請求項1記載の恒温槽。
- 前記仕切部材の底面は、前記内タンクの底面と前記外タンクの底面との間が前記所定の間隔があくように、外タンクの底面から突出して内タンクの底面を支持する支持部材が兼用していることを特徴とする請求項2記載の恒温槽。
- 前記外タンクと前記内タンクとは、平面視したときの形状が異なっており、このため内タンクの側壁と外タンクの側壁との間隙が場所によって異なるように設けられ、
前記流路は、内タンクの側壁と外タンクの側壁との間隔が広くなる部位に設けられることを特徴とする請求項1〜請求項3のうちのいずれか1項記載の恒温槽。
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