KR100596548B1

KR100596548B1 - 항온액조

Info

Publication number: KR100596548B1
Application number: KR1020040083552A
Authority: KR
Inventors: 미노우라아츠시
Original assignee: 에스엠시 가부시키가이샤
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2006-07-06
Also published as: US7748223B2; CN100556547C; JP4200305B2; CN1623665A; JP2005127608A; DE102004048798A1; KR20050039578A; TWI256852B; US20050086947A1; DE102004048798B4; TW200515826A

Abstract

서모ㆍ모듈(thermoㆍmodule)을 사용한 항온액조에 있어서, 액조 내에 온도 제어해야 할 침지물이 있어도, 열원과 액의 열교환 및 액체 온도의 항온화를 효율 좋게 행하고, 온도조정이 용이하고 신속하게 행해지도록 한 항온액조를 제공한다.

펠티에효과에 의해 온도 조절하는 서모ㆍ모듈(31)을 구비한 열공급 장치(9)에 의해 액조 내의 액의 온도 조절을 행하는 항온액조(1A)에 있어서, 상기 액을 저류하는 외부조(3)와, 외부조의 내부에 틈(17)을 통해서 설치되어 측벽(19)에 외부조로부터 액이 유입되는 통공(21)을 가짐과 아울러 저부(23)의 중앙에 구멍(25)을 갖는 내부조(5)와, 외부조와 내부조 사이의 저부 중앙에 배치된 회전날개(11)에 의해 내부조의 저부의 구멍으로부터 유입된 액을 내ㆍ외부조의 측벽 사이를 통과해서 그 위쪽으로 인도하는 교반기(7)를 구비하고, 상기 서모ㆍ모듈(31)을 외부조의 측벽(15) 외면에 장착하여, 내ㆍ외부조 사이를 흐르는 액을 설정된 온도로 제어한다.

항온액조

Description

항온액조{CONSTANT TEMPERATURE LIQUID BATH}

도 1은 본 발명의 제 1실시예의 요부를 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명의 제 1실시예의 요부를 나타내는 평면도,

도 3은 본 발명의 제 2실시예의 요부를 나타내는 평면도,

도 4는 본 발명의 제 3실시예의 요부를 나타내는 단면도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

1A∼1C : 항온액조 3 : 외부조

5 : 내부조 7 : 교반기

8 : 저부 9 : 열공급 장치

11 : 회전날개 15 : 측벽

17 : 틈 19 : 측벽

21 : 통공 23 : 저부

25 : 구멍 31 : 서모ㆍ모듈(thermoㆍmodule)

45a : 오버플로 가장자리

본 발명은 펠티에효과에 의해 온도 조절하는 서모ㆍ모듈로 액조 내의 액의 가열ㆍ냉각을 행하는 항온액조에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 약액을 수용한 용기[빈(bin)]를 침지해서 그것을 일정 온도로 온도 조절하는 데에 적합한 항온액조에 관한 것이다.

종래부터 대상물을 일정 온도로 유지하기 위한 소형의 항온액조가 널리 이용되고, 최근 그들 항온액조에는 펠티에효과에 의해 온도 조절하는 서모ㆍ모듈을 구비한 열공급 장치도 사용되고 있다(예를 들면, 특허문헌1 및 2참조). 이 서모ㆍ모듈을 사용한 열공급 장치에서는 전류의 공급 방향을 변경하는 것만으로 가열과 냉각을 행할 수 있으므로, 온도의 제어가 간이하고 소형이 되며, 소형의 항온조에는 지극히 적합하다.

항온액조에 있어서 어느 열공급 장치를 사용하더라도, 통상 온도 제어하는 액의 특성을 고려해서 항온액조의 아래쪽에 있어서 열공급 장치의 열교환을 행함과 아울러, 저부에 교반기용 임펠러를 설치하거나 혹은 저부의 자석 회전자를 스터럴 모터(stirrer motor)로 회전시켜서 액을 교반하며, 액체 온도의 항온화가 도모된다.

그렇지만, 상기 교반에서는 원주방향의 교반이 주체로서, 상하 방향의 교반이 적극적이지 않고, 항온액조 내에 일정 온도로 유지하기 위한 대상물이 용기(빈)에 수용되는 경우에는, 그 대상물에 의해 액의 상하의 흐름이 현저하게 저해되어 액조의 상부에서의 교반효과가 예측 범위를 일탈하고, 액조 내의 온도분포가 극단적으로 나빠져서, 액조의 상부와 하부에서 온도차가 생겨버린다는 문제가 있다. 구 체적으로는 상기 용기가 침지되어 있지 않을 때에는, 온도분포가 0.l℃의 범위로 수습되지만, 용기를 침지하면 0.5℃ 정도가 된다.

그 때문에, 서모ㆍ모듈을 사용한 항온액조에 있어서도, 항온액조 중에 침지물이 있어도 서모ㆍ모듈의 전열면에 항상 같은 액류가 생기고, 게다가 그 액류가 액조 내의 전체에 흘러서 액조 내의 액이 전체적으로 교반되는 것이 요망된다.

[특허문헌1] 일본특허공개평7-308592호 공보

[특허문헌2] 일본특허공개2000-75935호 공보

본 발명은 종래의 항온액조에 있어서의 이러한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 기술적 과제는 서모ㆍ모듈을 사용한 항온액조에 있어서, 액조 내에 온도 제어해야 할 침지물이 있어도, 열원과 액의 열교환 및 액체 온도의 항온화를 효율 좋게 행하고, 온도 조정이 용이하고 신속하게 행해지도록 한 항온액조를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 항온액조는 펠티에효과에 의해 온도 조절하는 서모ㆍ모듈을 구비한 열공급 장치에 의해 액조 내의 액의 온도 조절을 행하는 항온액조에 있어서, 상기 액을 저류하는 외부조와, 상기 외부조의 내부에 틈을 통해서 설치되어 측벽에 외부조로부터 액이 유입되는 유로를 가짐과 아울러 저부의 중앙에 구멍을 갖는 내부조와, 상기 외부조와 내부조 사이의 저부 중앙에 배치된 회전날개에 의해 내부조의 저부의 구멍으로부터 유입된 액을 내ㆍ외부조의 측 벽 사이를 통과시켜서 그 위쪽으로 인도하는 교반기를 구비하고, 상기 열공급 장치에 있어서의 서모ㆍ모듈을 상기 외부조의 측벽 외면에 장착하고, 액체 온도를 검지하는 온도 센서의 출력에 근거해서 내ㆍ외부조 사이를 흐르는 액을 설정된 온도로 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 항온액조의 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 내부조의 측벽의 유로가 모든 둘레에 걸쳐서 개구한 다수의 통공에 의해 형성된 것으로 하고, 그 경우에 상기 통공이 내부조의 측벽의 높이 방향의 복수단 있는 것으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 항온액조의 다른 바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 내부조의 측벽의 유로가 상기 외부조의 측벽보다 낮게 형성된 내부조 꼭대기 부분의 오버플로 가장자리 상에 형성된다.

또한, 상기 내부조의 측벽의 유로는, 상기 서모ㆍ모듈에 대면하는 부분 또는 그 상부에 치우쳐서 형성된 것으로 하고, 액이 서모ㆍ모듈의 부분을 흐르는 기회를 높일 수 있다.

상기 외부조와 상기 내부조는 원통형으로 동심원상에 설치된 것으로 하고, 혹은 외부조가 다각형상이고 내부조가 원통형이며, 상기 외부조의 중심에 외ㆍ내부조가 설치된 것으로 할 수 있지만, 반드시 그것에 한정하는 것은 아니다.

상기 구성을 갖는 항온액조에 있어서는, 외부조 내에 액을 충전한 상태에서 교반기의 회전날개를 회전시키면, 내부조의 저부에 형성한 구멍으로부터 내부조 내의 액이 흡입되어 회전날개에 의해 그 액에 대해서 원주방향의 흐름에 의한 교반이 행해짐과 아울러, 외부조와 내부조의 측벽 사이의 틈을 통해서 상승하는 흐름이 생 성되며, 그 흐름은 비교적 빠른 것이 되므로, 액이 그 상승을 행하는 사이에 서모ㆍ모듈 사이에서 효율적인 열교환이 행해져서, 그 후 내부조의 측벽 상부의 유로를 통해서 내부조 내에 유입된 뒤에, 내부조 내를 흘러내린다. 그 때문에, 내부조 내의 액의 상하 방향의 교반이 항상 행해져, 액체 온도의 항온화가 효율 좋게 행해진다. 게다가, 회전날개에서 교반된 액 중 많은 부분이 서모ㆍ모듈의 부근을 빠른 속도로 통과하게 되므로, 액 사이에서 효율적인 열교환이 행해진다.

[실시예]

이하에, 본 발명의 항온액조를 도면에 도시된 실시예에 근거해서 상세하게 설명한다.

이 실시예는 MO-CVD(유기금속 기상 성장법)장치의 약액을 용기(빈)에 수용해서 그 온도 조절을 행하는 등, 액조 내에 액의 흐름을 저해하는 대상물을 침지시킬 경우에 적합한 것으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 그 전체를 부호 1A로 나타내는 항온액조는, 케이싱(2) 안에 액을 저류하는 외부조(3)와, 외부조(3)의 내부에 설치된 내부조(5)를 구비하고, 또한 외부조(3)와 내부조(5) 사이의 저부 중앙에 배치된 회전날개(11)를 가지는 교반기(7), 및 외부조(3)의 외측면에 서모ㆍ모듈(31)을 장착하여, 내ㆍ외부조(3,5) 사이를 흐르는 액을 설정된 온도로 제어하는 열공급 장치(9)를 구비하고 있다.

상기 외부조(3) 및 내부조(5)는 도 2로부터 알 수 있듯이, 동심원상의 저부를 갖는 원기둥체이며, 그 외부조(3) 및 내부조(5)의 저부(8,23) 사이에는 상기 교반기(7)의 회전날개(11)를 수용하는 회전날개실(12)이 형성되고, 외부 회전날개 (11)가 외부조(3)의 저부의 관통공을 통과해서 모터(13)에 접속되어 있다. 또한, 내부조(5)의 저부(23)의 중앙에는 상기 회전날개실(12)에 내부조 내의 액을 유입시키는 구멍(25)을 형성하고 있다. 그것에 의해, 상기 구멍(25)으로부터 회전날개(11)가 마련된 내ㆍ외부조의 저부(8,23) 사이의 회전날개실(12)에 유입된 액이 회전날개(11)의 작용에 의해 원주방향으로 교반됨과 아울러, 외부조(3)의 측벽(15)과 내부조(5)의 측벽(19) 사이의 틈(17)을 통해서, 그 위쪽으로 인도된다. 상기 회전날개(11)는 액을 원심방향으로 유출시키는 원심 블레이드를 갖고, 도 1에 화살표로 도시된 바와 같이, 그 회전에 의해 액을 틈(17) 방향으로 흘리는 것이다.

상기 내부조(5)의 측벽(19)은 상기 외부조(3)의 측벽(15)의 내면 사이에 거의 일정한 틈(17)을 통해서 대면되어, 상기 측벽(19)에는 그 높이 방향의 복수단(도면에서는 2단)으로 모든 둘레에 걸쳐서 다수의 통공(21)이 형성되어 있고, 틈(17)을 상승해온 액이 이들 통공(21)을 통해서 외부조(3)로부터 내부조(5)에 유입되는 유로를 형성하고 있다. 상기 내부조(5)의 측벽(19)의 통공(21)은 상기 측벽(19)의 주위에 균등하게 형성할 수도 있지만, 상기 서모ㆍ모듈(31)에 대면하는 부분 또는 그 상부에 치우쳐서 형성할 수도 있고, 그것에 의해 액이 서모ㆍ모듈(31)의 부분을 흐르는 기회를 높이며, 온도 조절 효과를 높일 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 내부조(5)의 저부(23)에는 상기 회전날개실(12)을 통해서 외부조(3)에 액을 유입시키는 구멍(25)을 형성하고 있다.

열공급 장치(9)는 펠티에효과에 의해 온도 조절하는 서모ㆍ모듈(31)과, 외부조(3)의 측벽(15)을 통과해서 열을 공급하는 흡열판(33)과, 상기 흡열판(33)측과 반대인 측에 마련되어진 방열부(35)를 적층해서 구성되고, 또한, 내부조(5)에 액조 내의 액체 온도를 검지하는 온도 센서(36)를 설치하며, 서모ㆍ모듈(31) 및 상기 온도 센서(36)가 상기 온도 센서(36)의 출력에 근거해서 액조 내의 액체 온도를 소정의 설정 온도로 제어하는 제어장치에 접속되어 있다. 내부조(5)에 설치한 상기 온도 센서(36)에 대신해서, 도 1에 도시된 바와 같이, 외부조(3)에 온도 센서(37)를 설치할 수도 있다.

상기 열공급 장치(9)에 있어서의 서모ㆍ모듈(31)은, 이 제 1실시예에서는 외부조(3)의 측벽(15)의 외면에 90도의 간격으로 4개 장착되고, 또한, 상기 측벽의 상하 방향의 거의 전체에 걸쳐서 장착하고 있지만, 이 장착 형태는 온도 조절 조건에 따라서 적당히 설정할 수 있는 것이다.

상기 구성을 갖는 항온액조(1A)는, MO-CVD장치에 있어서 사용할 경우에는 항온화하는 약액으로서, 통상, 불소계의 액이 사용되고 그 액이 외부조(3)에 충전된다.

열공급 장치(9)를 동작시켜, 서모ㆍ모듈(31)에 있어서 온도 제어하면서, 모터(13)에 의해 회전날개(11)를 회전시키면, 그 회전에 따라 내부조(5)의 저부(23)에 형성한 구멍(25)으로부터 내부조 내의 액이 회전날개실(12)에 흡입되고, 한편, 상기 회전날개실(12)로부터 나오는 액이 원주방향으로 교반됨과 아울러 틈(17)을 통해서 상승하는 흐름이 생성된다. 그리고, 이 수류는 비교적 빠른 것으로 되기 때문에, 액이 상승을 행하는 사이에 서모ㆍ모듈(31) 사이에서 효율적인 열교환이 행해져, 그 후, 내부조(5)의 측벽(19)에 형성한 다수의 통공(21)을 통해서 내부조(5) 안으로 유입되고, 내부조 내를 흘러내린다. 그리고, 내부조(5)의 바닥판의 구멍(25)을 통해서 다시 회전날개실(12) 안으로 유입되고, 이렇게 해서 도 1에 화살표로 도시된 바와 같이, 외부조(3) 및 내부조(5)를 순환하는 수류가 형성된다. 그리고, 상기 순환하는 수류에 의해 상기 열교환을 끊임없이 행함으로써 외부조(3) 및 내부조(5)를 포함한 액조 내의 액체 온도가 항온화된다.

그 때문에, 내부조(5)에 온도 제어해야 할 약액 빈(38) 등이 침지되어 있어도, 내부조(5) 안의 액의 상하 방향의 교반이 항상 양호하게 행해져, 액체 온도의 항온화가 효율 좋게 행해진다. 게다가, 회전날개(11)로 교반된 액 중 많은 부분이 상기 틈(17)을 상승할 때에 서모ㆍ모듈(31)의 부근을 빠른 속도로 통과하게 되므로, 액 사이에서 효율적인 열교환이 행해진다.

도 3은 본 발명의 제 2실시예를 나타내고 있다. 이 제 2실시예의 항온액조(1B)는 제 1실시예의 항온액조(1A)와 비교해서 외부조의 구조를 달리 하고 있다. 즉, 이 제 2실시예에 있어서의 외부조(43)는 정팔각기둥형상의 각통형상을 이루고, 여덟 면의 외벽의 한 면 걸러 네 면에 각각 열공급 장치(49)가 마련되어 있다. 그 밖의 구조는 제 1실시예와 같아서 작용ㆍ효과도 같기 때문에, 그들에 관한 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명의 제 3실시예를 나타내는 것으로, 이 제 3실시예의 항온액조(1C)는 제 1실시예의 항온액조(1A)와 비교해서 내부조의 구조가 다를 뿐이다. 즉, 이 제 3실시예에서는, 내부조(45)가 저부를 갖는 원기둥체이지만, 외부조(53)의 측벽(55)보다도 그 측벽(59)의 높이를 낮게 형성하고, 상기 내부조(45)의 꼭대기 부 분 주변을 오버플로 가장자리(45a)로서, 그 위에 외부조(53)로부터 내부조(45)에 유입되는 유로를 형성하고 있다.

한편, 이 오버플로 가장자리(45a)에도 부분적으로 고저차를 갖게 하고, 상기 서모ㆍ모듈(31)에 대면하는 부분의 상부를 낮게 하여, 액이 상기 서모ㆍ모듈(31)의 부근을 흐르는 기회를 높이고, 온도 조절 효과를 높일 수 있다.

기타의 구조는 제 1실시예와 같아서, 작용ㆍ효과도 같기 때문에, 그들의 설명을 생략한다.

여전히, 본 발명의 항온액층의 외부조로서는, 상기 원통체 및 정팔각기둥형상의 각통에 한정되지 않고 정사각기둥형상 또는 정육각기둥형상의 각통을 사용할 수도 있다.

상술한 본 발명의 항온액조에 따르면, 열원과 액의 열교환 및 액체 온도의 항온화를 효율 좋게 행하고, 원하는 액의 항온화가 용이하고 신속하게 행해질 수 있다.

Claims

펠티에효과에 의해 온도 조절하는 서모ㆍ모듈을 구비한 열공급 장치에 의해 액조 내의 액의 온도 조절을 행하는 항온액조에 있어서:

상기 액을 저류하는 외부조;

상기 외부조의 내부에 틈을 통해서 설치되어 측벽에 외부조로부터 액이 유입되는 유로를 가짐과 아울러, 저부의 중앙에 구멍을 갖는 내부조; 및

상기 외부조와 내부조 사이의 저부 중앙에 배치된 회전날개에 의해 내부조의 저부의 구멍으로부터 유입된 액을 내ㆍ외부조의 측벽 사이를 통과해서 그 위쪽으로 인도하는 교반기를 구비하고;

상기 열공급 장치에 있어서의 서모ㆍ모듈을 상기 외부조의 측벽 외면에 장착하고, 액체 온도를 검지하는 온도 센서의 출력에 근거해서 내ㆍ외부조 사이를 흐르는 액을 설정된 온도로 제어하는 것을 특징으로 하는 항온액조.
제 1항에 있어서,

상기 내부조의 측벽의 유로가 모든 둘레에 걸쳐서 개구한 다수의 통공에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 항온액조.
제 2항에 있어서,

상기 통공이 내부조의 측벽의 높이 방향으로 복수단 있는 것을 특징으로 하 는 항온액조.
제 1항에 있어서,

상기 내부조의 측벽의 유로가 상기 외부조의 측벽보다 낮게 형성된 내부조 꼭대기 부분의 오버플로 가장자리 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 항온액조.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 내부조의 측벽의 유로가 상기 서모ㆍ모듈에 대면하는 부분 또는 그 상부에 치우치게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 항온액조.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 외부조와 상기 내부조가 원통형으로 동심원상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 항온액조.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 외부조가 다각형상, 상기 내부조가 원통형이며, 상기 외부조의 중심에 외ㆍ내부조가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 항온액조.