JP5999665B2 - 熱移動ユニットおよび温度調節装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱移動ユニットおよび温度調節装置に関する。本発明は、特に、ペルチェ素子と液冷機構を組み合わせた熱移動ユニットおよび温度調節装置に関する。

ペルチェ素子を用いた温度調節装置として、放熱面を液体ジャケットで覆い、液体ジャケットに冷媒を循環させるものがある。そして冷媒によるペルチェ素子の放熱効果を高めるべく、冷媒の循環系路にチラーを設け、チラーにおいて冷却された液体を液体ジャケットに供給する冷却装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２２５８３９号公報

ペルチェ素子を冷却するための冷媒をチラーで冷却する構成では、チラーの振動や騒音により、静粛性が損なわれる場合がある。また、コンプレッサを有するチラーは、小型化が困難であり、冷却能力に応じて構成を変化させることが困難である。

そこで、本発明は上記の課題を解決することのできる温度調節装置を提供することを目的とする。この目的は請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

上記目的を達成するために、本発明の第１の形態に係る温度調節装置は、吸熱面及び放熱面を有する少なくとも一つの第１のペルチェ素子と、吸熱面及び放熱面を有する少なくとも一つの第２のペルチェ素子と、第１のペルチェ素子および第２のペルチェ素子の駆動電流を制御するコントローラと、一次冷媒が流れる流路を有し、第１のペルチェ素子の放熱面に熱的に結合され、第１のペルチェ素子の放熱面から熱を受け取って一次冷媒に伝える、少なくとも一つの第１の放熱ブロックと、第１の放熱ブロックから排出される一次冷媒が流れる流路を有し、第２のペルチェ素子の吸熱面に熱的に結合され、流路を流れる一次冷媒の熱を第２のペルチェ素子の吸熱面に伝える少なくとも一つの吸熱ブロックと、第１の放熱ブロックと吸熱ブロックとの間で一次冷媒を循環させる一次循環機構と、二次冷媒が流れる流路を有し、第２のペルチェ素子の放熱面から熱を受け取って二次冷媒に伝える、少なくとも一つの第２の放熱ブロックと、第２の放熱ブロックから排出される二次冷媒を受け取り放熱する熱交換器と、第２の放熱ブロックと熱交換器との間で二次冷媒を循環させる二次循環機構と、を備える。

上記目的を達成するために、本発明の第２の形態に係る熱移動ユニットは、駆動電流の向きに応じて吸熱面または放熱面として機能する第１面、および駆動電流の向きに応じて吸熱面または放熱面のうち第１面と異なる面として機能する第２面を有するペルチェ素子と、熱媒体が流れる流路を有し、ペルチェ素子の第１面または第２面に熱的に結合され、結合された面と熱媒体との間で熱を伝達する第１熱伝達ブロックと、ペルチェ素子および熱伝達ブロックを気密密閉する格納容器とを備える。

上記目的を達成するために、本発明の第３の形態に係る温度調節装置は、駆動電流の向きに応じて吸熱面または放熱面として機能する第１面、および駆動電流の向きに応じて吸熱面または放熱面のうち第１面と異なる面として機能する第２面を有する少なくとも一つの第１ペルチェ素子と、駆動電流の向きに応じて吸熱面または放熱面として機能する第１面、および駆動電流の向きに応じて吸熱面または放熱面のうち第１面と異なる面として機能する第２面を有する少なくとも一つの第２ペルチェ素子と、第１ペルチェ素子および第２ペルチェ素子の駆動電流を制御するコントローラと、一次熱媒体が流れる流路を有し、第１ペルチェ素子の第２面に熱的に結合され、第１ペルチェ素子の第２面と一次熱媒体との間で熱を伝達する、少なくとも一つの第１熱伝達ブロックと、第１ペルチェ素子および第１熱伝達ブロックを気密密閉する第１格納容器と、第１ペルチェ素子の第１面に熱的に結合され、第１格納容器から一部が露出する調熱ステージと、第１熱伝達ブロックから排出される一次熱媒体が流れる流路を有し、第２ペルチェ素子の第１面に熱的に結合され、第２ペルチェ素子の第１面と一次熱媒体のとの間で熱を伝達する少なくとも一つの第２熱伝達ブロックと、第１熱伝達ブロックと第２熱伝達ブロックとの間で一次熱媒体を循環させる一次循環機構と、二次熱媒体が流れる流路を有し、第２ペルチェ素子の第２面に熱的に結合され、第２ペルチェ素子の第２面と二次熱媒体との間で熱を伝達する少なくとも一つの第３熱伝達ブロックと、第３熱伝達ブロックから排出される二次熱媒体を受け取り放熱する熱交換器と、第３熱伝達ブロックと熱交換器との間で二次熱媒体を循環させる二次循環機構と、第２ペルチェ素子、第２熱伝達ブロック、および第３熱伝達ブロックを気密密閉する第２格納容器と、を備える。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。

本発明の第１の実施形態に係る温度調節装置１００の構成を示す。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る温度調節装置１００の構成を示す。 第１の実施形態で用いられる第１の放熱ブロック１４０の一例を示す。 第１の実施形態において用いられる第１の放熱ブロック１４０の他の例を示す。 図４に示された第１の放熱ブロック１４０に第１のペルチェ素子１１０が取り付けられた状態における吸熱プレート１１２、第１のペルチェ素子１１０および第１の放熱ブロック１４０の断面図を示す。 本発明の第２の実施形態に係る温度調節装置１１００の構成を示す。 調熱ステージ１１１２の外観の一例を示す。 第１熱伝達ブロック１１１４の外観の一例を示す。 第１格納容器１１１６に第１ペルチェ素子１１１０、調熱ステージ１１１２、および第１熱伝達ブロック１１１４が格納された状態の外観を示す。 図９におけるＡ−Ａ’線断面図である。 第３熱伝達ブロック１１２４の外観を示す。 第２格納容器１１２６に格納された第２ペルチェ素子１１２０、第２熱伝達ブロック１１２２、および第３熱伝達ブロック１１２４を示す。 第１ペルチェ素子１１１０、調熱ステージ１１１２、および第１熱伝達ブロック１１１４を格納する第１格納容器１１１６の変形例を示す。 図１３におけるＢ−Ｂ’線断面図である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る温度調節装置１００の構成例を示す図である。本例の温度調節装置１００は、冷却対象物を冷却する冷却装置として機能する。温度調節装置１００は、第１のペルチェ素子１１０、吸熱プレート１１２、第２のペルチェ素子１２０、コントローラ１３０、第１の放熱ブロック１４０、吸熱ブロック１５０、第２の放熱ブロック１６０、一次循環機構１７０、二次循環機構１８０、および、熱交換器１９０を備える。

温度調節装置１００に用いられるペルチェ素子は、周知の構成であるので詳細な説明は行わないが、例えば、Ｐ型半導体とＮ型半導体とが交互に並列に並べられ、各半導体の一方の端部を基板（以下、第１の基板という）に接合するとともに、隣接する２つの半導体を１組として、各組ごとに、半導体の他方の端部をそれぞれ前記第１の基板と異なる基板（以下、第２の基板という）に接合した構成を有しており、各半導体及び基板により構成される直列回路に直流電流を供給することにより、前記第１、第２の基板のうち一方の基板が発熱側として、他方の基板が吸熱側としてそれぞれ作用するものである。第１のペルチェ素子１１０の吸熱面は、冷却対象物に熱的に結合される。

コントローラ１３０は、第１のペルチェ素子１１０および第２のペルチェ素子１２０に供給する駆動電流を制御して、第１のペルチェ素子１１０および第２のペルチェ素子１２０の一方の面を吸熱面、他方の面を放熱面として機能させる。コントローラ１３０は、第１のペルチェ素子１１０の駆動電流と第２のペルチェ素子１２０の駆動電流をそれぞれ個別に制御してもよいし、第１のペルチェ素子１１０の駆動電流と第２のペルチェ素子１２０の駆動電流を共通に制御してもよい。

第１のペルチェ素子１１０は、本発明における第１のペルチェユニットの一例である。第１のペルチェ素子１１０は、平板形状に形成され、コントローラ１３０による制御により、一方の面が吸熱面、他方の面が放熱面となる。第１のペルチェ素子１１０の吸熱面は、冷却装置自体の吸熱面として機能する。すなわち、第１のペルチェ素子１１０の吸熱面は、冷却対象物と熱的に結合され、冷却対象物を冷却する。本例において、第１のペルチェ素子１１０の吸熱面には吸熱プレート１１２が取り付けられ、第１のペルチェ素子１１０は、吸熱プレート１１２を介して冷却対象物に熱的に結合される。他の例として、第１のペルチェ素子１１０の吸熱面は、グリース、弾性シート等の素材を介して冷却対象物に接触してよい。これらの素材を介することで、接触面積を大きくし熱抵抗を低減させることができる。第１のペルチェ素子１１０の放熱面は、第１の放熱ブロック１４０に熱的に結合される。

第１の放熱ブロック１４０は、流路１４２を有する。第１の放熱ブロック１４０の流路１４２には、一次循環機構１７０により、一次冷媒が流される。本例において、第１の放熱ブロック１４０は、銅、アルミニウム、真鍮、ステンレス等の金属材料のブロックで形成される。第１の放熱ブロック１４０の側面には、一次冷媒を流すための流路１４２の流入口１４４及び排出口１４６が設けられる。第１の放熱ブロック１４０は、第１のペルチェ素子１１０の放熱面に熱的に結合され、第１のペルチェ素子１１０の放熱面から熱を受け取って一次冷媒に伝える。例えば、第１の放熱ブロック１４０は、グリース、弾性シート等の素材を介して第１のペルチェ素子１１０の放熱面に接触してよい。また、第１のペルチェ素子１１０と吸熱プレート１１２の間にグリース、弾性シート等を挟んでもよい。これらの素材を介することで、接触面積を大きくし熱抵抗を低減させることができる。第１の放熱ブロック１４０から排出された一次冷媒は、吸熱ブロック１５０に供給される。

本例において温度調節装置１００には第１のペルチェ素子１１０と第１の放熱ブロック１４０が一組のみ設けられているが、第１のペルチェ素子１１０と第１の放熱ブロック１４０の組は、複数設けられてもよい。第１のペルチェ素子１１０と第１の放熱ブロック１４０の組を複数設ける場合には、複数の第１の放熱ブロック１４０に対して並列に一次冷媒を供給してよい。複数の第１の放熱ブロック１４０に並列に一次冷媒を供給することにより、複数の第１のペルチェ素子１１０を均等に放熱することができる。

吸熱ブロック１５０は、第２のペルチェ素子１２０に対応して４つ設けられる。本例において、４つの吸熱ブロック１５０は、並列に接続される。他の例としては、吸熱ブロック１５０は、直列に接続されてもよいし、直列接続と並列接続とが混在しても構わない。吸熱ブロック１５０は、銅、アルミニウム、真鍮、ステンレス等の金属材料のブロックで形成される。各吸熱ブロック１５０は、流路１５２を有する。吸熱ブロック１５０の流路１５２には、第１の放熱ブロック１４０から排出される一次冷媒が流される。吸熱ブロック１５０は、第２のペルチェ素子１２０の吸熱面に熱的に結合され、流路１５２を流れる一次冷媒の熱を第２のペルチェ素子１２０の吸熱面に伝える。例えば、吸熱ブロック１５０は、グリース、弾性シート等の素材を介して第２のペルチェ素子１２０の吸熱面に接触してよい。これらの素材を介することで、接触面積を大きくし熱抵抗を低減させることができる。

一次循環機構１７０は、第１の放熱ブロック１４０と吸熱ブロック１５０との間で一次冷媒を循環させる。すなわち、一次循環機構１７０は、第１の放熱ブロック１４０から排出される一次冷媒を、吸熱ブロック１５０の各々に供給するとともに、吸熱ブロック１５０の各々から排出される一次冷媒を第１の放熱ブロック１４０に還流する。一次循環機構１７０は、ポンプ１７２と、リザーバタンク１７４を備える。リザーバタンク１７４は、循環させる一次冷媒の余剰分を貯蔵する。ポンプ１７２は、リザーバタンク１７４から第１の放熱ブロック１４０に一次冷媒を供給する。

本例において、各吸熱ブロック１５０は互いに並列に設けられ、配管により分岐された一次冷媒が各吸熱ブロック１５０に供給される。各吸熱ブロック１５０から排出された一次冷媒は、配管によって合流し、リザーバタンク１７４に戻される。なお、接続形態の他の例として、吸熱ブロック１５０は、配管によって直列に接続されてもよいし、並列と直列とが混在するように設けられてもよい。

一次循環機構１７０の配管において、一次冷媒は雰囲気から断熱されてよい。少なくとも、吸熱ブロック１５０の排出口から第１の放熱ブロック１４０の供給口までの経路の配管は、雰囲気から断熱されることが好ましい。これにより、吸熱ブロック１５０において第２のペルチェ素子１２０により冷却された一次冷媒が、雰囲気の温度によって第１のペルチェ素子１１０に供給される前に温まることを防ぐことができる。具体的な断熱の手法としては、配管を断熱材により覆ってもよいし、配管自体を断熱材により形成してもよい。

一次循環機構１７０により循環される一次冷媒は、水であってよい。水は、比較的熱容量が高く、安価かつ入手が容易であるため一次冷媒として好適である。水を一次冷媒として用いる場合、コントローラ１３０は、一次冷媒の凍結を防ぐべく、吸熱ブロック１５０の排出口の付近での一次冷媒の温度を監視し、温度に応じて第２のペルチェ素子１２０の駆動電流を制御してもよい。なお、一次冷媒として、不凍液等の他の液体を用いてもよいし、気体を用いてもよい。

第２のペルチェ素子１２０は、本発明における第２のペルチェユニットの一例である。本例において、第２のペルチェ素子１２０は、４つ設けられる。各第２のペルチェ素子１２０は、平板形状に形成され、コントローラ１３０による制御により、一方の面が吸熱面、他方の面が放熱面となる。各第２のペルチェ素子１２０の吸熱面は、対応する吸熱ブロック１５０と熱的に結合され、吸熱ブロック１５０が一次冷媒から受け取った熱を奪う。一方、第２のペルチェ素子１２０の放熱面は、第２の放熱ブロック１６０と熱的に結合される。

第２の放熱ブロック１６０は、第２のペルチェ素子１２０に対応して４つ設けられる。各第２の放熱ブロック１６０は、流路１６２を有する。第２の放熱ブロック１６０の流路１６２には、二次循環機構１８０により、二次冷媒が流される。第２の放熱ブロック１６０は、銅、アルミニウム、真鍮、ステンレス等の金属材料のブロックで形成される。第２の放熱ブロック１６０の側面には、二次冷媒を流すための流路１６２の流入口及び排出口が設けられる。各第２の放熱ブロック１６０は、対応する第２のペルチェ素子１２０の放熱面に熱的に結合され、第２のペルチェ素子１２０の放熱面から熱を受け取って二次冷媒に伝える。第２の放熱ブロック１６０から排出された二次冷媒は熱交換器１９０に供給される。例えば、第２の放熱ブロック１６０は、グリース、弾性シート等の素材を介して第２のペルチェ素子１２０の放熱面に接触してよい。これらの素材を介することで、接触面積を大きくし熱抵抗を低減させることができる。

ここで、本例において温度調節装置１００は、第２のペルチェ素子１２０、吸熱ブロック１５０、および第２の放熱ブロック１６０を４組備えるが、第２のペルチェ素子１２０、吸熱ブロック１５０、および第２の放熱ブロック１６０の組の数は、１以上であればよく、要求される冷却性能に応じて適切な数としてよい。また、第２のペルチェ素子１２０、吸熱ブロック１５０、および第２の放熱ブロック１６０の組の数が変更可能なように設けられてもよい。一次冷媒を冷却する能力を可変として、一次冷媒を十分に冷却し、第１のペルチェ素子１１０による冷却機能を高めるには、第２のペルチェ素子１２０、吸熱ブロック１５０、および第２の放熱ブロック１６０の組の数が第１のペルチェ素子１１０の数より多いことが好ましい。

二次循環機構１８０は、第２の放熱ブロック１６０と熱交換器１９０との間で二次冷媒を循環させる。すなわち、二次循環機構１８０は、第２の放熱ブロック１６０から排出される二次冷媒を、熱交換器１９０に供給するとともに、熱交換器１９０から排出される二次冷媒を第２の放熱ブロック１６０に還流する。二次循環機構１８０は、ポンプ１８２と、リザーバタンク１８４を備える。リザーバタンク１８４は、循環させる二次冷媒の余剰分を貯蔵する。ポンプ１８２は、リザーバタンク１８４から第２の放熱ブロック１６０に二次冷媒を供給する。

本例において、各第２の放熱ブロック１６０は互いに並列に設けられ、配管により分岐された二次冷媒が各第２の放熱ブロック１６０に供給される。各第２の放熱ブロック１６０から排出された二次冷媒は、配管によって合流し、熱交換器１９０に供給される。なお、第２の放熱ブロック１６０は、配管によって直列に接続されてもよいし、並列と直列とが混在するように設けられてもよい。

熱交換器１９０は、第２の放熱ブロック１６０から排出される二次冷媒を受け取り放熱する。例えば、熱交換器１９０はラジエータであってよく、ラジエータは二次冷媒の熱を大気に放熱してよい。熱交換器１９０対し空冷用のファン１９２により風を当てて熱交換を促進させてよい。熱交換器１９０から排出された二次冷媒は、リザーバタンク１８４に戻される。

二次循環機構１８０により循環される二次冷媒は、水であってよい。水は、比較的熱容量が高く、安価かつ入手が容易であるため二次冷媒として好適である。また、常温において熱交換器１９０としてラジエータを用いる場合には、水の凍結に配慮する必要がなく、取り扱いが簡便である。なお、二次冷媒として、不凍液等の他の液体を用いてもよいし、気体を用いてもよい。

以上のように構成される温度調節装置１００によって冷却対象物を冷却するには、コントローラ１３０により第１のペルチェ素子１１０および第２のペルチェ素子１２０に駆動電流を供給するとともに、ポンプ１７２およびポンプ１８２によって一次冷媒および二次冷媒を循環させる。コントローラ１３０は、第１のペルチェ素子１１０の吸熱面又は冷却対象物の温度を監視して、第１のペルチェ素子１１０と第２のペルチェ素子１２０に供給する駆動電流を制御してもよい。例えば、コントローラ１３０は、監視温度が所定値よりも低下したことに応じて駆動電流を遮断し、監視温度が所定温度を超過したことに応じて駆動電流を供給するように制御してよい。あるいは、コントローラ１３０は、温度計（図示せず）を利用して吸熱ブロック１５０の排出口付近での一次冷媒の温度を監視し、一次冷媒の凍結を防ぐように第２のペルチェ素子１２０への駆動電流を制御してもよい。なお、第１のペルチェ素子に流す電流の向きを冷却動作時と逆とすることで、加熱装置として動作させることも可能である。加熱装置として動作させる場合、二次冷媒を循環させてもよいし、循環を停止してもよい。また、加熱装置として動作させる場合、第２のペルチェ素子１２０を停止させてもよいし、第２のペルチェ素子１２０に冷却動作時と逆向きの駆動電流を流して一次冷媒を加熱し、加熱性能を増強させてもよい。

図２は第１の実施形態の変形例を示す。第１の実施形態の一例と本変形例とで共通の参照番号を付された構成要素は、特に説明がない限りその機能及び構成が共通であるので説明を省略する。本変形例の温度調節装置１００は、第１のペルチェ素子１１０、吸熱プレート１１２、第２のペルチェ素子１２０、コントローラ１３０、第１の放熱ブロック１４０、吸熱ブロック１５０、第２の放熱ブロック１６０、一次循環機構１７０、二次循環機構１８０、熱交換器１９０、および第３のペルチェ素子２００を備える。

第３のペルチェ素子２００は、第１のペルチェ素子１１０に対応して設けられ、吸熱面及び放熱面を有する。第３のペルチェ素子２００の放熱面は、対応ずる第１のペルチェ素子１１０の吸熱面に熱的に結合される。第３のペルチェ素子２００の吸熱面は、冷却装置自体の吸熱面として機能する。すなわち、第３のペルチェ素子２００の吸熱面は、冷却対象物と熱的に結合され、冷却対象物を冷却する。本例において、第３のペルチェ素子２００の吸熱面には吸熱プレート１１２が取り付けられ、第３のペルチェ素子２００は、吸熱プレート１１２を介して冷却対象物に熱的に結合される。他の例として、第３のペルチェ素子２００の吸熱面は、グリース、弾性シート等の素材を介して冷却対象物に接触してよい。これらの素材を介することで、接触面積を大きくし熱抵抗を低減させることができる。

第１のペルチェ素子１１０と第３のペルチェ素子２００とを重ねた構成は、本発明における第１のペルチェユニットの一例である。なお、本変形例においては、第１のペルチェ素子１１０と第３のペルチェ素子２００とを二段重ねとした構成を採用しているが、より多くのペルチェ素子を重ねた構造としてもよい。また、同様のペルチェ素子を複数段に重ねた構造を、第２のペルチェ素子１２０に代えて採用し、本発明における第２のペルチェユニットとしてもよい。

コントローラ１３０は、第１のペルチェ素子１１０および第２のペルチェ素子１２０に供給する駆動電流に加えて、第３のペルチェ素子２００に供給する駆動電流を制御する。コントローラ１３０によって駆動電流を供給するとともに、ポンプ１７２およびポンプ１８２によって一次冷媒および二次冷媒を循環させることで、温度調節装置１００は、吸熱プレート１１２と熱的に結合された冷却対象物を冷却することができる。第１のペルチェ素子１１０と第３のペルチェ素子２００に供給する駆動電流は予め定められた電流値とする。第１のペルチェ素子１１０と第３のペルチェ素子２００の駆動電流の比率は、最大の冷却能力が得られるように最適化される。コントローラ１３０は、第１のペルチェ素子１１０の駆動電流を、第３のペルチェ素子２００の駆動電流より大きくしてもよい。また、第１のペルチェ素子１１０と第３のペルチェ素子２００とは直列に接続されて、コントローラ１３０により一括して制御されてもよい。

他の例として、コントローラ１３０は、第３のペルチェ素子２００の吸熱面又は冷却対象物の温度を監視して、第１のペルチェ素子１１０と第３のペルチェ素子２００に供給する駆動電流を制御してもよい。例えば、コントローラ１３０は、監視温度が所定値よりも低下したことに応じて駆動電流を遮断し、監視温度が所定温度を超過したことに応じて駆動電流を供給するように制御してよい。あるいは、コントローラ１３０は、吸熱ブロック１５０の排出口付近での一次冷媒の温度を監視し、一次冷媒の凍結を防ぐように第２のペルチェ素子１２０への駆動電流を制御してもよい。なお、第２のペルチェ素子の動作と二次冷媒の循環を制御し、第１のペルチェ素子１１０に流す電流の向きを冷却動作時と逆にすることで、加熱装置として動作させることも可能である。

図３は、本発明の各実施形態で用いられる第１の放熱ブロック１４０の構造の一例を示す。なお、吸熱ブロック１５０、および第２の放熱ブロック１６０も同様の構造としてもよい。本例において、第１の放熱ブロック１４０は、第１のペルチェ素子１１０の放熱面を覆う面積を有し、該放熱面と接触する上面、上面と対向する下面、および上面と下面との間に略垂直な複数の側面を有する。流路１４２に一次冷媒が流されたときに圧力に耐える十分な強度を保てる限り、第１の放熱ブロック１４０の上面と流路１４２との距離は短い方が、第１のペルチェ素子１１０と一次冷媒との間の熱抵抗を低減できる点で好ましい。第１の放熱ブロック１４０の側面には流入口１４４と排出凵１４６が設けられる。本例では流入口１４４と排出口１４６は同じ側面に設けられているが、流入口１４４と排出口１４６は、異なる側面（例えば対抗する側面）にそれぞれ設けられてもよい。本例の流路１４２は、第１の放熱ブロック１４０内にＵ字状に設けられる。他の例として、流路１４２は第１の放熱ブロック１４０内を蛇行してもよい。流路１４２の長さを長くすることで放熱効果を高めることができる。

第１の放熱ブロック１４０を一体の金属塊から製造する場合には、第１の放熱ブロック１４０の複数の側面からドリル加工により複数の穴を開けて第１の放熱ブロック１４０内に流路１４２を形成し、不要な穴を埋めることで、上面および下面に穴を開けることなく流路１４２を形成できる。本例の場合、流入口１４４および排出口１４６のための２つの穴をドリル加工で形成するのに加え、該２つの穴を連通させるための経路を形成すべく、流入口１４４および排出口１４６が設けられる側面に隣接する他の側面からドリル加工で穴を開け、流入口１４４と排出口１４６とを連通する経路を残して当該他の側面の穴を埋めることでＵ字型の流路１４２を形成する。なお、上面側と下面側の２片の金属塊に切削加工により流路１４２を形成し、当該第１の放熱ブロック１４０を２片の金属塊を接合して流路１４２を備える第１の放熱ブロック１４０を製造してもよい。

図４は、本発明の各実施形態で用いられる第１の放熱ブロック１４０の構造の他の例を示す。なお、吸熱ブロック１５０、および第２の放熱ブロック１６０も同様の構造としてもよい。本例において、第１の放熱ブロック１４０の上面に開口が設けられ、流路１４２が露出している。開口を囲んで凹部１４８が設けられ、凹部１４８内にＯリング４００が嵌入される。凹部１４８に嵌入された状態でＯリング４００の上端は第１の放熱ブロック１４０の上面から、例えば０．２ｍｍ程度、はみ出す。すなわち、凹部１４８の深さをｄ１、Ｏリング４００の弾性変形していない状態での太さをｄ２とすると、ｄ２＞ｄ１である。

図５は、図４に示された第１の放熱ブロック１４０に第１のペルチェ素子１１０が取り付けられた状態における吸熱プレート１１２、第１のペルチェ素子１１０および第１の放熱ブロック１４０の断面図である。第１の放熱ブロック１４０の上面には四隅に螺子穴が設けられ、吸熱プレート１１２における螺子穴と対応する位置には貫通孔が設けられる。吸熱プレート１１２は貫通孔を通る螺子により、第１のペルチェ素子１１０を挟んで第１の放熱ブロック１４０に螺子止めされる。第１のペルチェ素子１１０は、吸熱面側から吸熱プレート１１２により第１の放熱ブロック１４０に対して付勢され、第１のペルチェ素子１１０の放熱面は、第１の放熱ブロック１４０の上面からはみ出たＯリング４００を開口の全周において弾性変形させる。これにより、開口を封止して一次冷媒が第１の放熱ブロック１４０の上面側に漏れることを防ぐとともに、流路１４２を流れる一次冷媒と第１のペルチェ素子１１０の放熱面とを直接接触させて一次冷媒に放熱面の熱を直接伝えることができる。

吸熱プレート１１２の貫通孔と第１の放熱ブロック１４０の螺子穴の間には、スペーサ１１４が配される。スペーサ１１４の高さは、Ｏリング４００の第１の放熱ブロック１４０からはみ出た量（すなわち本例においては０．２ｍｍ）よりも小さい長さ（例えば０．１ｍｍ）だけ、第１のペルチェ素子１１０の厚みよりも大きい。すなわち、凹部１４８の深さをｄ１、Ｏリング４００の弾性変形していない状態での太さをｄ２、第１のペルチェ素子１１０の厚さをＴ、スペーサ１１４の高さをＨとすると、Ｈ＜ｄ２−ｄ１＋Ｔである。これにより、吸熱プレート１１２と第１の放熱ブロック１４０との距離の下限がスペーサ１１４の高さによって制限され、吸熱プレート１１２を取り付ける螺子を締め込み過ぎた場合であっても、Ｏリング４００の適切な弾性変形量が得られるとともに、第１のペルチェ素子１１０が第１の放熱ブロック１４０の上面と接触して破損することを防ぐことができる。

以上で説明した温度調節装置１００の構成によれば、第１のペルチェ素子の放熱に用いる一次冷媒を第２のペルチェ素子１２０で冷却することで、冷却性を高めるとともに静粛性の高い温度調節装置を実現できる。また、第２のペルチェ素子１２０の数を可変とすることで、必要とされる冷却性能に応じて一次冷媒に対する冷却能力を調整することができる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る温度調節装置１１００の構成例を示す図である。本例の温度調節装置１１００は、対象物の温度を調節する。温度調節装置１１００は、第１ペルチェ素子１１１０、調熱ステージ１１１２、第１熱伝達ブロック１１１４、第１格納容器１１１６、第２ペルチェ素子１１２０、第２熱伝達ブロック１１２２、第３熱伝達ブロック１１２４、第２格納容器１１２６、コントローラ１１３０、一次循環機構１１４０、二次循環機構１１５０、熱交換器１１６０および筐体１１７０を備える。第１ペルチェ素子１１１０、調熱ステージ１１１２、および第１熱伝達ブロック１１１４は、第１格納容器１１１６に格納される。第２ペルチェ素子１１２０、第２熱伝達ブロック１１２２、第３熱伝達ブロック１１２４、第２格納容器１１２６、コントローラ１１３０、一次循環機構１１４０、二次循環機構１１５０、および熱交換器１１６０は筐体１１７０に格納される。第１格納容器１１１６と筐体１１７０とは、後述する第１熱媒体を循環させるための配管および第１ペルチェ素子１１１０に駆動電流を供給するための配線により接続される。

温度調節装置１１００に用いられるペルチェ素子は、第１の実施形態にて用いられたものと同様のものである。以下では、平板形状に形成されるペルチェ素子における第１基板側の外面をペルチェ素子の第１面、第２基板側の外面をペルチェ素子の第２面と称する。

上述の通り、ペルチェ素子は、駆動電流の向きに応じて第１面および第２面のいずれ一方が吸熱面として機能し、他方が放熱面として機能するので、駆動電流の向きによって対象物を加熱することもできるし、冷却することもできる。以下の説明においては、主として温度調節装置１１００が対象物を冷却する場合の動作を例に説明する。

温度調節装置１１００が対象物を冷却する場合、コントローラ１１３０は、第１ペルチェ素子１１１０および第２ペルチェ素子１１２０に供給する駆動電流を制御して、第１ペルチェ素子１１１０および第２ペルチェ素子１１２０の第１面を吸熱面、第２面を放熱面として機能させる。コントローラ１１３０は、第１ペルチェ素子１１１０の駆動電流と第２ペルチェ素子１１２０の駆動電流をそれぞれ個別に制御してもよいし、第１ペルチェ素子１１１０の駆動電流と第２ペルチェ素子１１２０の駆動電流を共通に制御してもよい。なお、図６において、発明の理解を容易にすべく、コントローラ１１３０から第１ペルチェ素子１１１０および第２ペルチェ素子１１２０への駆動電流供給を矢印によって簡略化して描いているが、実際は第１、第２の基板それぞれに接続される２本の配線により、駆動電流がペルチェ素子に供給されてリターン電流が還流されることは言うまでもない。

第１ペルチェ素子１１１０は、平板形状に形成され、コントローラ１１３０による制御により、第１面が吸熱面、第２面が放熱面として機能する。

図７は、調熱ステージ１１１２の外観の一例を示す。調熱ステージ１１１２は、第１ペルチェ素子１１１０の第１面に熱的に結合され、第１ペルチェ素子１１１０の第１面と対象物との間で熱を伝達する。調熱ステージ１１１２は、例えば、銅、アルミニウム、真鍮、ステンレス等の熱伝達特性または加工特性に優れた金属材料で形成される。なお、絶縁が必要な場合には、調熱ステージ１１１２はセラミック等の絶縁体により形成されてもよいし、金属材料をセラミック等の絶縁体で被覆して形成されてもよい。調熱ステージ１１１２は、下面が第１ペルチェ素子１１１０の第１面と当接する基底部１２１０と、基底部１２１０における第１ペルチェ素子と当接しない側に突出する突出部１２２０とを備える。突出部１２２０は、第１ペルチェ素子１１１０の第１面に略垂直な側壁面１２２２、および第１格納容器１１１６に設けられる開口部１４１０から露出する露出面１２２４を有する。図７に示した例では、露出面１２２４は正方形であるが、露出面１２２４の形状は、対象物の形状に合わせて設計することができる。調熱ステージ１１１２の基底部下面は、グリース、弾性シート等を介して第１ペルチェ素子１１１０の第１面と接触してよい。これらの素材を介することで、接触面積を大きくし熱抵抗を低減させることができる。

図８は、第１熱伝達ブロック１１１４の外観の一例を示す。第１熱伝達ブロック１１１４は、一次熱媒体が流れる流路１３１０を有し、第１ペルチェ素子の第２面に熱的に結合される。例えば、第１熱伝達ブロック１１１４は、グリース、弾性シート等の素材を介して第１のペルチェ素子１１１０の第２面に接触してよい。これらの素材を介することで、接触面積を大きくし熱抵抗を低減させることができる。第１熱伝達ブロック１１１４は、第１ペルチェ素子１１１０の第２面と一次熱媒体との間で熱を伝達する。温度調節装置１１００が対象物を冷却する場合には、第１ペルチェ素子１１１０の第２面は放熱面として機能すべく駆動され、第１熱伝達ブロック１１１４は第１ペルチェ素子１１１０の第２面に熱的に結合され、第１ペルチェ素子１１１０の第２面から熱を受け取って一次熱媒体に伝える。

第１熱伝達ブロック１１１４の流路を流れる一次熱媒体の温度は、第１格納容器１１１６の外部の雰囲気における露点温度以下となり得る。一次熱媒体は、例えば水などの液体であってよいが、凍結を防止すべく不凍液を用いることが好ましい。コントローラ１１３０は、一次熱媒体の凍結を防ぐべく、一次熱媒体の温度を監視し、温度に応じて駆動電流を制御してもよい。一次熱媒体は、一次循環機構１１４０により、第１熱伝達ブロックと後述する第２熱伝達ブロックとの間で循環させられる。本例において、第１熱伝達ブロック１１１４は、銅、アルミニウム、真鍮、ステンレス等の金属材料のブロックで形成される。第１熱伝達ブロック１１１４の側面には、一次熱媒体を流すための流路１３１０の流入口１３２０及び排出口１３３０が設けられる。第１熱伝達ブロック１１１４から排出された一次熱媒体は、第２熱伝達ブロック１１２２に供給される。

本実施形態において温度調節装置１１００には第１ペルチェ素子１１１０、調熱ステージ１１１２、および第１熱伝達ブロック１１１４が一組のみ設けられているが、これらの組は、複数設けられてもよい。第１ペルチェ素子１１１０、調熱ステージ１１１２、および第１熱伝達ブロック１１１４の組を複数設ける場合には、複数の第１熱伝達ブロック１１１４に対して並列に一次熱媒体を供給してよい。複数の第１熱伝達ブロック１１１４に並列に一次熱媒体を供給することにより、複数の第１ペルチェ素子１１１０を均等に放熱または加熱することができる。

図９は、第１格納容器１１１６に第１ペルチェ素子１１１０、調熱ステージ１１１２、および第１熱伝達ブロック１１１４が格納された状態の外観を示す。図１０は、図９におけるＡ−Ａ’線断面図を示す。第１格納容器１１１６は、第１ペルチェ素子１１１０、および第１熱伝達ブロック１１１４を気密密閉する。第１格納容器１１１６には、開口部１４１０が設けられ、この開口部１４１０から調熱ステージ１１１２の一部である露出面１２２４が第１格納容器１１１６外に露出する。第１格納容器１１１６には、第１ペルチェ素子１１１０に駆動電流を供給するための電気配線フィードスルー１４２０および第１熱伝達ブロック１１１４に一次熱媒体を循環させるための配管１４３０が取り付けられるが、これらも気密性が維持される態様で取り付けられる。

温度調節装置１１００が、対象物を冷却する場合、第１熱伝達ブロック１１１４を流れる一次熱媒体は、第１格納容器１１１６の外部雰囲気温度よりも低温となり得る。第１熱伝達ブロック１１１４と第１格納容器１１１６とが熱的に強く結合していると、外部雰囲気によって一次熱媒体が温められてしまい、温度調節装置１１００の冷却性能を低下させる。このため、図１０に示すように、第１熱伝達ブロック１１１４は、断熱性の素材で形成されたスペーサ１５７０を介して第１格納容器１１１６の内部に固定され、外気と断熱される。また固定用の螺子１５８０も断熱性の素材で形成されたものを用いる。スペーサ１５７０および螺子１５８０を形成する断熱性の素材は、例えば樹脂素材であってよい。調熱ステージ１１１２および第１熱伝達ブロック１１１４は、螺子１５９０により、放熱面と吸熱面との断熱を維持しつつ第１ペルチェ素子１１１０を挟み押し付けられる。螺子１５９０は、一例として、樹脂素材等の断熱性の素材により形成される。樹脂素材の螺子では強度が不足する場合には、螺子１５９０の頭部と調熱ステージ１１１２との間に断熱素材のブッシュを挿入して放熱面と吸熱面とを断熱してもよい。

第１格納容器１１１６は、本体部１５１０と蓋部１５２０とで構成される。本体部１５１０と蓋部１５２０とは、気密性を維持すべくＯリング１５３０を挟んで密着する。蓋部１５２０には第１格納容器１１１６の内部と外部とを連通する開口部１４１０が設けられる。この開口部１４１０から調熱ステージの一部である露出面１２２４が第１格納容器１１１６の外に露出する。開口部１４１０の内壁面１５４０は、調熱ステージ１１１２の側壁面１２２２と所定の間隙（クリアランス）を挟んで対向する。開口部１４１０の内壁面１５４０と調熱ステージ１１１２の側壁面１２２２との間には、第１格納容器１１１６の気密性を維持すべく、Ｏリング等のシーリング部材１５５０が配される。開口部１４１０の内壁面１５４０には、シーリング部材１５５０の位置決めをすべく溝１５６０が形成されてもよい。シーリング部材１５５０は、溝１５６０と側壁面１２２２とに挟まれて圧縮・変形し、内壁面１５４０と側壁面１２２２の間隙を封止する。なお、シーリング部材１５５０の位置決めのための溝１５６０は、調熱ステージ１１１２の側壁面１２２２に設けられてもよいし、内壁面１５４０と側壁面１２２２の両方に設けられてもよい。以上のような構造により、第１格納容器１１１６の内部は気密性が維持され、第１格納容器１１１６の外部から水分が供給されることが妨げられるので、第１格納容器１１１６の内部で結露が生じることを抑制できる。第１格納容器１１１６は真空引きされた状態で密閉されてもよい。また、第１格納容器１１１６の内部に乾燥した不活性ガスが充填されてもよい。また、第１格納容器１１１６の内部にシリカゲル等の乾燥剤が配置されてもよい。

図６に戻り、一次循環機構１１４０は、第１熱伝達ブロック１１１４と第２熱伝達ブロック１１２２との間で一次熱媒体を循環させる。すなわち、一次循環機構１１４０は、第１熱伝達ブロック１１１４から排出される一次熱媒体を、第２熱伝達ブロック１１２２に供給するとともに、第２熱伝達ブロック１１２２の各々から排出される一次熱媒体を第１熱伝達ブロック１１１４に還流する。一次循環機構１１４０は、ポンプ１１４２と、リザーバタンク１１４４とを備える。リザーバタンク１１４４は、循環させる一次熱媒体の余剰分を貯蔵する。ポンプ１１４２は、リザーバタンク１１４４から第１熱伝達ブロック１１１４に一次熱媒体を供給する。

本実施形態の温度調節装置１１００は、４つの第２熱伝達ブロック１１２２を備える。第２熱伝達ブロック１１２２は、銅、アルミニウム、真鍮、ステンレス等の金属材料のブロックで形成される。第２熱伝達ブロック１１２２は、第２ペルチェ素子１１２０に対応して同数だけ設けられる。第２熱伝達ブロック１１２２は、図８に示した第１熱伝達ブロック１１１４と同様、流路、流入口及び排出口を備える。流路には、第１熱伝達ブロック１１１４から排出される一次熱媒体が流れる。第２熱伝達ブロック１１２２は、第２ペルチェ素子１１２０の第１面に熱的に結合され、第２ペルチェ素子１１２０の第１面と一次熱媒体のとの間で熱を伝達する。温度調節装置１１００が対象物を冷却する場合、第２ペルチェ素子１１２０の第１面は吸熱面として機能すべくコントローラ１１３０により駆動電流が供給される。例えば、第２熱伝達ブロック１１２２は、グリース、弾性シート等の素材を介して第２ペルチェ素子１１２０の吸熱面に接触してよい。これらの素材を介することで、接触面積を大きくし熱抵抗を低減させることができる。複数の第２熱伝達ブロック１１２２は直列に接続され、第１熱伝達ブロック１１１４から排出された一次熱媒体は最上流の第２熱伝達ブロック１１２２の流入口に供給される。一次熱媒体は順次、次段の第２熱伝達ブロック１１２２へと供給され、最下流の第２熱伝達ブロック１１２２の排出口から排出された一次熱媒体は、リザーバタンク１１４４に蓄えられる。本例において、４つの第２熱伝達ブロック１１２２は、直列に接続されたが、他の例としては、第２熱伝達ブロック１１２２は、並列に接続されてもよいし、直列接続と並列接続とが混在しても構わない。最下流の第２熱伝達ブロック１１２２から排出される一次熱媒体は、４つの第２ペルチェ素子１１２０により冷却された結果、第２格納容器１１２６の外部の雰囲気における露点温度以下となる場合がある。

一次循環機構１１４０の配管において、一次熱媒体は雰囲気から断熱されてよい。少なくとも、第２熱伝達ブロック１１２２の排出口から第１熱伝達ブロック１１１４の供給口までの経路の配管は、雰囲気から断熱されることが好ましい。これにより、第２熱伝達ブロック１１２２において第２ペルチェ素子１１２０により冷却された一次熱媒体が、雰囲気の温度によって第１ペルチェ素子１１１０に供給される前に温まることを防ぐことができる。具体的な断熱の手法としては、配管を断熱材により覆ってもよいし、配管自体を断熱材により形成してもよい。

本実施形態において、第２ペルチェ素子１１２０は、４つ設けられる。各第２ペルチェ素子１１２０は、平板形状に形成され、コントローラ１１３０による制御により、一方の面が吸熱面、他方の面が放熱面として機能する。各第２ペルチェ素子１１２０の第１面は、対応する第２熱伝達ブロック１１２２と熱的に結合される。温度調節装置１１００が対象物を冷却する動作をするときには、コントローラ１１３０からの駆動電流により第２ペルチェ素子１１２０の第１面は冷却面として機能し、一次熱媒体から熱を奪う。一方、第２ペルチェ素子１１２０の第２面は、第３熱伝達ブロック１１２４に熱的に結合される。なお、本実施形態では４つの第２ペルチェ素子１１２０を備える例を開示したが、第２ペルチェ素子は、要求性能に応じて任意の数設けられてよい。

図６に示すように、本実施形態において、第３熱伝達ブロック１１２４は、４つの第２ペルチェ素子１１２０に対して１つ設けられる。この構成は、個々の第２ペルチェ素子１１２０に対して１つずつ第３熱伝達ブロックを設ける場合と比較して、複数の第３熱伝達ブロックの流路間を接続する配管や継手が不要となり、信頼性、組み立ての容易性等で有利である。第３熱伝達ブロック１１２４は、第２ペルチェ素子１１２０の第２面に熱的に結合され、第２ペルチェ素子１１２０の第２面と二次熱媒体との間で熱を伝達する。図１１は、第３熱伝達ブロック１１２４を分解した状態の外観を示す。第３熱伝達ブロック１１２４は、本体部１６１０と蓋部１６２０とで構成される。第３熱伝達ブロック１１２４の本体部１６１０には流路１６３０が凹部として設けられる。二次循環機構１１８０により、この流路１６３０に二次熱媒体が流される。第３熱伝達ブロック１１２４の本体部１６１０は、銅、アルミニウム、真鍮、ステンレス等の金属材料のブロックで形成される。第３熱伝達ブロック１１２４の本体部１６１０の側面には、流路１６３０の流入口１６４０及び排出口１６５０が設けられる。

第３熱伝達ブロック１１２４の蓋部１６２０は本体部１６１０と同じ材質で、板状に形成される。板状の蓋部１６２０は板金加工により形成することができるため、製造コストを抑制できる。蓋部１６２０は、流路１６３０を流れる二次熱媒体が漏れないよう、例えばロウ付けにより本体部１６１０に取り付けられる。第３熱伝達ブロック１１２４の上面は、４つの第２ペルチェ素子１１２０の第２面に熱的に結合され、各第２ペルチェ素子１１２０の第２面と二次熱媒体の間で熱を伝達する。例えば、第３熱伝達ブロック１１２４は、グリース、弾性シート等の素材を介して第２ペルチェ素子１１２０の第２面に接触してよい。これらの素材を介することで、接触面積を大きくし熱抵抗を低減させることができる。温度調節装置１１００が対象物を冷却する動作をするときには、放熱面として機能する第２ペルチェ素子の第２面から熱を受け取り、二次熱媒体に伝える。

なお、本実施形態では、第３熱伝達ブロック１１２４が４つの第２ペルチェ素子１１２０に対して１つ設けられる場合を例に説明したが、第３熱伝達ブロック１１２４は、４つの第２ペルチェ素子１１２０に対応して各１つずつ設けられてもよい。この場合、４つの第３熱伝達ブロック１１２４は、第２熱伝達ブロック１１２２と同様に従属接続されてもよいし、並列接続とされてもよい。あるいは、並列と直列とが混在するように設けられてもよい。第２ペルチェ素子１１２０、第２熱伝達ブロック１１２２、および第３熱伝達ブロック１１２４が１つずつ組となる構成では、第２ペルチェ素子１１２０の増設が容易となり、要求性能に応じた構成変更が容易となる。

第３熱伝達ブロック１１２４から排出された二次熱媒体は、二次循環機構１１５０により、第３熱伝達ブロック１１２４と後述する熱交換器１１６０との間で循環させられる。すなわち、二次循環機構１１５０は、第３熱伝達ブロック１１２４から排出される二次熱媒体を、熱交換器１１６０に供給するとともに、熱交換器１１６０から排出される二次媒体を第３熱伝達ブロック１１２４に還流する。二次循環機構１１５０は、ポンプ１１５２と、リザーバタンク１１５４を備える。リザーバタンク１１５４は、循環させる二次熱媒体の余剰分を貯蔵する。ポンプ１１５２は、リザーバタンク１１５４から第３熱伝達ブロック１１２４に二次熱媒体を供給する。

熱交換器１１６０は、第３熱伝達ブロック１１２４から排出される二次熱媒体を受け取り放熱する。例えば、熱交換器１１６０はラジエータであってよく、ラジエータは二次熱媒体の熱を大気に放熱してよい。熱交換器１１６０対し空冷用のファン１１６２により風を当てて熱交換を促進させてよい。熱交換器１１６０から排出された二次熱媒体は、リザーバタンク１１５４に戻される。

二次循環機構１１５０により循環される二次熱媒体は、水であってよい。水は、比較的熱容量が高く、安価かつ入手が容易であるため二次熱媒体として好適である。また、常温において熱交換器１１６０としてラジエータを用いる場合には、水の凍結に配慮する必要がなく、取り扱いが簡便である。なお、二次熱媒体として、不凍液等の他の液体を用いてもよいし、気体を用いてもよい。

図１２は、第２格納容器１１２６に格納された第２ペルチェ素子１１２０、第２熱伝達ブロック１１２２、および第３熱伝達ブロック１１２４を示す。第２ペルチェ素子１１２０、第２熱伝達ブロック１１２２、および第３熱伝達ブロック１１２４は、第２格納容器１１２６に気密密閉状態で格納される。第２格納容器１１２６は、本体部１７１０と蓋部１７２０とで構成される。本体部１７１０と蓋部１７２０とは、気密性を維持すべく平パッキン等のシーリング部材１７３０を挟んで密着する。第３熱伝達ブロック１１２４は、第２格納容器１１２６に、螺子１７４０により、直接接する態様で固定される。螺子１７４０は熱伝導率が比較的高い金属材料により形成されてよい。第２格納容器１１２６に直接接することで、第３熱伝達ブロック１１２４は、放熱面として機能する第２ペルチェ素子１１２０の第２面から熱を二次熱媒体へと伝達するだけでなく、第２格納容器１１２６を放熱器として利用して放熱を促進させることができる。第２熱伝達ブロック１１２２および第３熱伝達ブロック１１２４は、放熱面と吸熱面との断熱を維持しつつ螺子１７５０により第２ペルチェ素子１１２０を挟み押し付けられる。一例として、螺子１７５０は、樹脂素材等の断熱性の素材により形成される。樹脂素材の螺子では強度が不足する場合には、螺子１７５０の頭部と第２熱伝達ブロック１１２２との間に断熱素材のブッシュを挿入して放熱面と吸熱面とを断熱してもよい。第２格納容器１１２６には、第２ペルチェ素子１１２０に駆動電流を供給するための電気配線フィードスルー、第２熱伝達ブロック１１２２に一次熱媒体を循環させるための配管、および第３熱伝達ブロック１１２４に二次熱媒体を循環させるための配管等が取り付けられるが、これらも気密性が維持される態様で取り付けられる。以上のような構造により、第２格納容器１１２６の内部は気密性が維持され、第２格納容器１１２６の外部から水分が供給されることが妨げられるので、第２格納容器１１２６の内部で結露が生じることを抑制できる。第２格納容器１１２６は真空引きされた状態で密閉されてもよい。また、第２格納容器１１２６の内部に乾燥した不活性ガスが充填されてもよい。また、第２格納容器１１２６の内部にシリカゲル等の乾燥剤が配置されてもよい。

以上のように構成される温度調節装置１１００によって冷却対象物を冷却するには、コントローラ１１３０により、第１ペルチェ素子１１１０および第２ペルチェ素子１１２０の第１面が吸熱面となるように駆動電流を供給するとともに、ポンプ１１４２およびポンプ１１５２によって一次熱媒体および二次熱媒体を循環させる。コントローラ１１３０は、調熱ステージ１１１２の露出面１２２４又は冷却対象物の温度を監視して、第１ペルチェ素子１１１０および／または第２ペルチェ素子１１２０に供給する駆動電流を制御してもよい。例えば、コントローラ１１３０は、監視温度が所定値よりも低下したことに応じて駆動電流を遮断し、監視温度が所定温度を超過したことに応じて駆動電流を供給するように制御してよい。あるいは、コントローラ１１３０は、温度計（図示せず）を利用して第２熱伝達ブロック１１２２の排出口付近での一次熱媒体の温度を監視し、一次熱媒体の凍結を防ぐように第２ペルチェ素子１１２０への駆動電流を制御してもよい。なお、第１ペルチェ素子に流す電流の向きを冷却動作時と逆とすることで、温度調節装置１１００により対象物を加熱することも可能である。この場合、二次熱媒体を循環させてもよいし、循環を停止してもよい。また、温度調節装置１１００により対象物を加熱する動作を行う場合、第２ペルチェ素子１１２０を停止させてもよいし、第２ペルチェ素子１１２０に冷却動作時と逆向きの駆動電流を流して一次熱媒体を加熱し、加熱性能を増強させてもよい。

以上で説明した温度調節装置１１００の構成によれば、第１ペルチェ素子１１１０の放熱に用いる一次熱媒体を第２ペルチェ素子１１２０で冷却することで、冷却性を高めるとともに静粛性の高い温度調整装置を実現できる。また、第１格納容器１１１６および第２格納容器１１２６がペルチェ素子とその周辺に配される熱伝達ブロックを気密密閉して格納するので、第１格納容器１１１６および第２格納容器１１２６の内部で結露が生じることを抑制できる。

図１３は、上記の第２の実施形態における第１ペルチェ素子１１１０、調熱ステージ１１１２、および第１熱伝達ブロック１１１４を格納する第１格納容器１１１６の変形例を示している。また、図１４は、図１３におけるＢ−Ｂ’線断面図である。なお、図１３及び図１４において、図６から図１２で用いた参照番号と同じ参照番号が付された部材は、特に説明のない限り図６から図１２に関して説明をしたものと同様の構成であるので、冗長な記載を避ける観点から説明を省略する。

本変形例においては、図１３及び図１４に示すように、調熱ステージ１１１２の突出部１２２０と第１格納容器１１１６の蓋部１５２０との間に、筒状の耐熱リング１８００が配置される。すなわち、耐熱リング１８００は、調熱ステージ１１１２の開口部１４１０から露出する部位と開口部１４１０との間に配される。耐熱リング１８００は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のような高耐熱性の材料により、円筒形状に形成される。本変形例における調熱ステージ１１１２の突出部１２２０は、耐熱リング１８００の形状に合わせ、円柱状に形成される。蓋部１５２０の開口部１４１０も、耐熱リング１８００の形状に合わせ円形の貫通孔として設けられる。耐熱リング１８００の外壁面１８１０は、蓋部１５２０に設けられた開口部１４１０の内壁面１５４０と、所定の間隙（クリアランス）を挟んで対向し、耐熱リング１８００の内壁面１８２０は、突出部１２２０の側壁面１２２２と、所定の間隙を挟んで対向する。

耐熱リング１８００の外壁面１８１０には溝１８３０が形成される。本変形例では、蓋部１５２０の開口部１４１０の内壁面１５４０には溝が形成されない。内壁面１５４０と溝１８３０との間には、弾性材料で形成されたＯリング等のシーリング部材１８５０が配される。シーリング部材１８５０は、内壁面１５４０と溝１８３０とに挟まれて圧縮・変形し、内壁面１５４０と外壁面１８１０の間隙を封止する。溝１８３０およびシーリング部材１８５０は、それぞれ複数設けられてもよいし、１つであってもよい。これらの数は要求性能（断熱性能、気密性能、保持力等）に応じて決定することができる。図１４に示すように、本変形例では、溝１８３０およびシーリング部材１８５０は２組設けられている。

耐熱リング１８００の内壁面１８２０には溝１８４０が形成される。また、調熱ステージ１１１２の側壁面１２２２には、溝１２２６が形成される。内壁面１８２０と溝１２２６との間には、第１格納容器１１１６の気密性を維持すべく、Ｏリング等のシーリング部材１５５０が配される。シーリング部材１５５０は、溝１８４０と溝１２２６とに挟まれて圧縮・変形し、内壁面１８２０と側壁面１２２２の間隙を封止する。シーリング部材１５５０は、第１格納容器１１１６の気密性を確保するとともに、耐熱リング１８００と調熱ステージ１１１２との上下方向における位置決めをする。溝１８４０、溝１２２６、およびシーリング部材１５５０は、それぞれ複数設けられてもよいし、１つであってもよい。これらの数は要求性能（断熱性能、気密性能、保持力等）に応じて決定することができる。また、シーリング部材１５５０を挟むための溝は、調熱ステージ１１１２の側壁面１２２２および耐熱リング１８００の内壁面１８２０のいずれか一方のみに設けられてもよい。この場合、シーリング部材１８５０を挟む溝が蓋部１５２０の内壁面１５４０と耐熱リング１８００の外壁面１８１０の双方に設けられ、シーリング部材１８５０を挟み溝同士が対向することにより、蓋部１５２０と耐熱リング１８００の上下方向における位置決めをすることが望ましい。

調熱ステージ１１１２の突出部１２２０と第１格納容器１１１６の蓋部１５２０との間に、耐熱リング１８００が配置される構造により、第１格納容器１１１６の内部は気密性を維持しつつ、調熱ステージ１１１２の温度変化により第１格納容器１１１６の蓋部１５２０にかかる熱的な負荷を抑制できる。

耐熱リング１８００の下面外周部には、突起１８６０が設けられる。突起１８６０は、耐熱リング１８００が調熱ステージ１１１２に対し所定の位置よりも下側にずれた時に、調熱ステージ１１１２の基底部１２１０上面に接し、過度な位置ずれを防止する。突起部１８６０は、耐熱リング１８００の下面の全周に渡って設けられてもよいし、下面外周部の一部のみに設けられてもよい。

本変形例においては、第１格納容器１１１６における調熱ステージ１１１２と対向する内壁面に、遮熱部材１８７０が配置される。遮熱部材１８７０は、調熱ステージ１１１２からの輻射を反射して、第１格納容器１１１６への輻射による熱の伝達を妨げる。なお、遮熱部材１８７０は、少なくとも第１格納容器１１１６における調熱ステージ１１１２と対向する内壁面に配されればよく、第１格納容器１１１６の内壁面全面に配されてもよい。遮熱部材１８７０は、例えば、アルミニウム薄膜により形成することができる。他の例としては、蒸着、鍍金等の手法により、第１格納容器１１１６の内壁面の必要な領域に、遮熱膜を形成してもよい。

本変形例の構成によれば、耐熱リング１８００および遮熱部材１８７０により、第１格納容器１１１６の内部に格納された第１ペルチェ素子１１１０、調熱ステージ１１１２、および第１熱伝達ブロック１１１４等との遮熱性能を高めることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

１００ 温度調節装置
１１０ 第１のペルチェ素子
１１２ 吸熱プレート
１２０ 第２のペルチェ素子
１３０ コントローラ
１４０ 第１の放熱ブロック
１５０ 吸熱ブロック
１６０ 第２の放熱ブロック
１７０ 一次循環機構
１７２ ポンプ
１７４ リザーバタンク
１８０ 二次循環機構
１８２ ポンプ
１８４ リザーバタンク
１９０ 熱交換器
２００ 第３のペルチェ素子
４００ Ｏリング
１１００ 温度調節装置
１１０２ 筐体
１１１０ 第１ペルチェ素子
１１１２ 調熱ステージ
１１１４ 第１熱伝達ブロック
１１１６ 第１格納容器
１１２０ 第２ペルチェ素子
１１２２ 第２熱伝達ブロック
１１２４ 第３熱伝達ブロック
１１２６ 第２格納容器
１１３０ コントローラ
１１４０ 一次循環機構
１１４２ ポンプ
１１４４ リザーバタンク
１１５０ 二次循環機構
１１５２ ポンプ
１１５４ リザーバタンク
１１６０ 熱交換器

Claims (5)

1. 内部と外部とを連通する開口部を有する格納容器と、
   前記格納容器の内部に配置され、前記開口部から前記格納容器の外部に露出する露出面と、側壁面とを有し、温度が可変の調熱ステージと、
   前記調熱ステージの側壁面と前記開口部の内壁面との間に配され、内壁面と外壁面を有する筒状の耐熱部材と、
   前記開口部の内壁面と前記耐熱部材の外壁面との間に配される第１シーリング部材と、
   前記耐熱部材の内壁面と前記調熱ステージの外壁面との間に配される第２シーリング部材と、
   を備えることを特徴とする熱移動ユニット。
2. 前記格納容器の内壁面における、少なくとも前記調熱ステージと対向する部分に配置される遮熱部材をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の熱移動ユニット。
3. 前記耐熱部材は、下面外周部に突起を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の熱移動ユニット。
4. 駆動電流の向きに応じて吸熱面または放熱面として機能する第１面、および前記駆動電流の向きに応じて吸熱面または放熱面のうち前記第１面と異なる面として機能する第２面を有し、前記第１面が前記調熱ステージと熱的に結合されたペルチェ素子と、
   熱媒体が流れる流路を有し、前記ペルチェ素子の前記第２面に熱的に結合され、前記第２面と前記熱媒体との間で熱を伝達する第１熱伝達ブロックと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱移動ユニット。
5. 請求項４に記載の熱移動ユニットと、
   前記ペルチェ素子の駆動電流を制御するコントローラと、
   前記第１熱伝達ブロックから排出される前記熱媒体を受け取り熱交換するする熱交換器と、
   前記第１熱伝達ブロックと前記熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる循環機構と、
   を備える温度調節装置。

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