JPH0634231A - 液体温度調節器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】熱電変換素子を用いた液体温度調節器の液温調
節能力を高めることを目的とする。 【構成】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配設し、伝熱
ブロック体２と放熱体に設けられた円筒形液体流路４中
に、右旋回リボンスクリュー羽根６と左旋回リボンスク
リュー羽根７とを、開口部８を介して交互に連結して成
るリボンスクリュー羽根５を収納することにより、リボ
ンスクリュー羽根の両側を流れる一対の旋回液流が、合
流、衝突、旋回方向反転を繰り返しつつ、流れることに
より、液流と伝熱ブロック体との熱交換効率が著しく向
上し、装置の小型化、低価格化を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械、半導体製造
装置、各種化学反応装置等へ供給する水や純水、オイ
ル、溶液等を、ペルチェ素子を用いて温度調節を行う装
置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】この種の液体温度調節器は、装置が小型
で、しかも液体の温度を精密に制御でき、また、容易
に、液温を急速変化させることもできることから、熱電
変換素子（ペルチェ素子）によるものが、よく用いられ
る。このような液体温度調節器の一つとして、図７に示
すように、熱電変換素子６０の両側に、アルミニウムや
銅などの熱良導性金属製の方形ブロックから成る熱交換
用伝熱ブロック体６１と放熱体６２とを密接させて配置
し、これら伝熱ブロック体６１と放熱体６２とに、蛇行
状に穿設した液体流路６３、６４に、夫々、温度調節す
べき液体と放熱用熱媒液として水などを通すように構成
したものが、知られている。

【０００３】尚、放熱体は、上記のような水冷式の外
に、断面が櫛歯状をなすように、方形ブロック上に一体
的に多数の伝熱フィンを突設し、これに送風して放熱を
するようにした空冷式のものなどもある。また、液体流
路は、伝熱ブロック体に直接、貫通孔をあけることによ
り設けたもの、或いは、その貫通孔中に、更にステンレ
スなどのような耐食性金属パイプを通したものなどが用
いられている。このような熱電変換素子を用いた液体温
度調節器は、その液温調節能力（冷却或いは加熱能力）
を大きくする場合は、従来、熱電変換素子の数を増加さ
せる以外によい方法が無いため、装置が大型化してしま
う欠点があった。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、熱電変換素子を増設すること
なく、このような熱電変換素子を用いた液体温度調節器
の液温調節能力を高めることを目的とするものである。

【０００５】

【発明の構成】このような目的を達成すべく、本発明者
は、装置の熱効率の向上を目指して、様々な試みを行っ
ていた際、伝熱ブロック体に蛇行状に穿設した液体流路
を流れる液体が、ほとんどの場合、層流をなして流れて
いることに注目し、この伝熱ブロック体内の液体の流れ
を、旋回流若しくは乱流に変えることにより、伝熱ブロ
ック体と液体との間の熱交換効率が著しく向上すること
を見いだし、本発明を完成するに至ったものである。

【０００６】本発明の第一の要旨は、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、前記熱電変換素子と熱授受可能に配設
し、前記伝熱ブロック体及び／又は放熱体に設けられた
液体流路中に、旋回方向が交互に反転するリボンスクリ
ュー羽根を収納したことを特徴とする液体温度調節器に
ある。

【０００７】本発明の第二の要旨は、上記第一の要旨に
おいて規定される液体温度調節器において、リボンスク
リュー羽根が、伝熱ブロック体及び／又は放熱体に穿設
した円筒状の液体流路を、その流れ方向に沿って、円筒
状流路を２分することにより、このリボンスクリュー羽
根の両側に該羽根によって区画形成された液体旋回流路
が、リボンスクリュー羽根の旋回方向の反転位置のとこ
ろに該リボンスクリュー羽根に設けた開口部において、
互に合流するように構成されていることを特徴とする液
体温度調節器にある。

【０００８】本発明の第三の要旨は、上記第一要旨にお
いて規定される液体温度調節器において、一連のリボン
スクリュー羽根が、旋回方向を反転する位置において、
右旋回をするリボンスクリュー羽根の端部と左旋回する
リボンスクリュー羽根の端部とが、その中央部におい
て、略十字形をなして結合することを繰り返して連続し
ていることにより、構成されていることを特徴とする液
体温度調節器にある。以下、一実施例に基づいて、詳細
に説明する。

【０００９】

【実施例１】図１は、本発明にかかる液体温度調節器の
第一実施例の要部を示すもので、伝熱ブロック体２、放
熱体３及び熱電変換素子６０の配置構成は、図７に示し
た従来のものと全く同じである。伝熱ブロック体２は、
厚板状黒鉛で構成され、該伝熱ブロックには、横断面が
円形の、一連の液体流路４を蛇行状に穿設してある。こ
の液体流路４は、伝熱ブロック体の一方の側面２ａに、
左右一対となって開口して、夫々、温度制御すべき液体
の入口４ａと出口（図示せず）とをなしている。この入
口４ａと出口には、送液パイプ５０が一端で連結してい
る。

【００１０】液体流路４中には、入口４ａから出口に至
る流程すべてにわたって、リボンスクリュー羽根５が収
納されている。このリボンスクリュー羽根５は、そのス
クリュー山部６ａ，６ａが、液体の進行方向にむかって
左旋回するように形成された左旋回リボンスクリュー羽
根６と、スクリュー山部７ａ，７ａが、右旋回するよう
に構成された右旋回リボンスクリュー羽根７とが、交互
に連続するように、設けられており、この左旋回リボン
スクリュー羽根６から右旋回リボンスクリュー羽根７へ
と、旋回方向を反転する位置に、開口部８が、リボンス
クリュー羽根の一部を打ち抜くことにより、設けられて
いる。

【００１１】リボンスクリュー羽根６，７のスクリュー
山部６ａ，７ａは、液体流路４の内周面に螺旋軌道をな
して接触するように、その形状が定められているので、
液体流路４内は、図３に示すように、リボンスクリュー
羽根７（若しくは６）を境に、その両側に、液体旋回流
路９ａ，９ｂが、画成されている。前記開口部８は、こ
の両液体旋回流路９ａ，９ｂの進行方向に、またがった
状態で対面して設けられている。

【００１２】放熱体３側の構成も、伝熱ブロック体２側
の構成と全く同じで、黒鉛ブロック内に放熱用熱媒液の
管状液体流路が設けられ、この流路内に、リボンスクリ
ュー羽根５と全く同様の構成のリボンスクリュー羽根が
収納されている。５１は、管状流路の入口に嵌着する送
液パイプある。このような伝熱ブロック体２と放熱体３
の表面は、液体流路内周面も含めて、炭化硅素皮膜で被
覆処理することにより、硬度と耐食性を高めてあり、更
に、フェノール樹脂等の熱硬化性耐熱樹脂によって、樹
脂含浸を施してある。このような伝熱ブロック体２の上
面と放熱体３の下面との間に、熱伝導性グリース、例え
ば、シリコンオイルと金属若しくはその酸化物粉末との
混合物を介して、熱の授受可能に密接されて成るもので
ある。

【００１３】

【作用】実施例１の装置は、入口４ａから入った液体
が、リボンスクリュー羽根６の両側の一対の左旋回流路
に２分されて入り、該両流路を旋回して流れる。開口部
８に至ると、夫々の旋回流路を流れる液体は、その一部
分が、開口部８を通り抜け、他の部分は、開口部８を通
過することなく、右旋回リボンスクリュー羽根７に到達
する。即ち、この時点で、開口部８を通過した液流の夫
々は、リボンスクリュー羽根６によって隔てられた他側
の左旋回流路を流れて来た液体と衝突し合流することに
なる。

【００１４】このように、開口部８において、合流混合
して形成された一対の新しい液流は、夫々、旋回方向を
異にするリボンスクリュー羽根７と液体流路４の内壁と
の間に形成される一対の右旋回流路に別れて入る。そし
て、この右旋回流路を通過した時点で、夫々の右旋回流
路を流れる液体は、リボンスクリュー羽根７とこれに続
く左旋回リボンスクリュー羽根６との間に設けられた開
口部８において、前記と同様に、その一部分が、該開口
部を通り抜けることにより、両流路の液体の衝突混合、
乱流化が行われる。以下、これを繰り返えしながら、液
体流路を通過する間に、該流路の内壁面に接触して熱の
授受が行われ、所定の温度に調節されて、出口から供給
される。

【００１５】

【実施例２】図４は、本発明の第二実施例において、液
体流路内に収納されているリボンスクリュー羽根を示す
ものである。第二実施例と第一実施例との相違は、液体
流路内に収納されているリボンスクリュー羽根の形状の
みで、他は、全く同一である。第二実施例におけるリボ
ンスクリュー羽根１０は、左旋回リボンスクリュー羽根
１１と、右旋回リボンスクリュー羽根１５とが、第一実
施例と同様に、１ピッチ毎に、交互に連結しており、且
つ、一方のリボンスクリュー羽根１１の端部１２と、他
方のリボンスクリュー羽根１５の端部１６とが、ほぼ十
字形をなすように、その中央部において、一体結合して
いる。第二実施例の装置は、このような構成のリボンス
クリュー羽根１０が、伝熱ブロック体及び放熱体に、夫
々形成された液体流路に、そのスクリュー山部１３，１
７が、液体流路内周面に接触する状態で収納されて成る
ものである。

【００１６】

【作用】このようなリボンスクリュー羽根１０は、ほ
ぼ、実施例１の装置と同様に、左旋回リボンスクリュー
羽根１１の両側に形成される一対の左旋回流路を流れる
液体が、右旋回リボンスクリュー羽根１５に到達した時
点で、両リボンスクリュー羽根の端部は、相互に、略十
字形をなすように連結しているので、夫々が２分される
ことになる。かくして、一対の左旋回流路に分流してい
た液流の約半分づつが、合流することにより、新しい２
本の液流となって、リボンスクリュー羽根１５の両側に
形成されている一対の右旋回流路に、夫々入ることにな
る。このように、液流の方向が反転する位置において、
旋回液流は、２分され、この２分された液流が合流して
新しい流れを形成することを繰り返しつつ、出口に至
る。

【００１７】

【効果】本願装置は、伝熱ブロック体や放熱体中に形成
された液体の熱交換用流路に、交互に旋回方向を反転す
るリボンスクリュー羽根が、収納される構成により、液
流が、流路内を旋回し、更に、所定のピッチ毎に、衝
突、合流、旋回方向の反転を繰り返すので、液体と流路
内壁面との接触効率が飛躍的に高くなり、従来の装置に
比べて、３割以上の熱交換効率の向上を達成することが
できる。このことは、同時に、装置の小型化、製造価格
の低減の達成を意味するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す説明図である。

【図２】図１に示した伝熱ブロック体の内部構成を示す
要部断面説明図である。

【図３】図２のＡ−Ａ部分断面説明図である。

【図４】本発明の第２実施例の要部を示す説明図であ
る。

【図５】図４のＢ−Ｂ断面説明図である。

【図６】図４のＣ−Ｃ断面説明図である。

【図７】従来技術の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

２ 伝熱ブロック体 ３ 放熱体 ５、１０ リボンスクリュー羽
根 ６、１１ 右旋回リボンスクリ
ュー羽根 ７、１５ 左旋回リボンスクリ
ュー羽根 ８ 開口部 ６０ 熱電変換素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、前記熱
   電変換素子と熱授受可能に配設し、前記伝熱ブロック体
   及び／又は放熱体に設けられた液体流路中に、旋回方向
   が交互に反転するリボンスクリュー羽根を収納したこと
   を特徴とする液体温度調節器。
2. 【請求項２】リボンスクリュー羽根が、伝熱ブロック体
   及び／又は放熱体に穿設した円筒状の液体流路を２分割
   することにより、該リボンスクリュー羽根の両側に画成
   された液体旋回流路が、リボンスクリュー羽根の旋回方
   向の反転位置で該リボンスクリュー羽根に設けられた開
   口部において、互に合流するように構成されている請求
   項１の液体温度調節器。
3. 【請求項３】リボンスクリュー羽根が、旋回方向を反転
   する位置において、右旋回をするリボンスクリュー羽根
   の端部と左旋回するリボンスクリュー羽根の端部とが、
   略十字形をなして結合することを繰り返すことにより連
   結している請求項１の液体温度調節器。