JP5098037B2 - 恒温水槽の冷却装置およびファンクーラ - Google Patents

Description

本発明は、恒温水槽内の液体を冷却するための冷却装置およびファンクーラに関する。

実験・分析などに用いられる恒温水槽には、水槽内の液体の温度を一定に保持するためにヒータを用いた加熱装置を併設して用いることが従来より行われている（例えば、特許文献１参照）。

また、恒温水槽中の液体の温度が所望の温度よりも上昇してしまい、液体の温度を下げる必要が生じる場合もある。このような場合、冷却装置を併設していなければ、液体の温度が自然に下がるのを待つか、あるいは人手により中の液体を入れ替えるという作業を行わざるを得ない。

そこで、恒温水槽中の液体を冷却するための冷却装置としてチラー（冷凍機）を用い、冷凍機が恒温水槽に併設されている構成も従来から知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−１４７５３号公報 特開平６−３１２１７６号公報

上述した特許文献２に記載されているように、恒温水槽中の液体の冷却用に冷凍機を用いることにすると、装置全体が大がかりになりすぎてしまい、設置や接続に手間がかかると共にコスト的にも不利であるという課題がある。
特に、実験や分析などに用いられる恒温水槽は実験台等の上に設置されるものであり、比較的小型なものであるため、恒温水槽用の冷却装置としてコンパクトな構成で容易に設置できるものが望まれている。

すなわち、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、小型であって、且つ容易に設置できる恒温水槽の冷却装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成すべく、以下の構成を備える。
すなわち、本発明の恒温水槽の冷却装置によれば、恒温水槽内の液体を冷却するための冷却装置であって、恒温水槽内に配置可能であり、恒温水槽内の液体を送り出す水中ポンプと、送風ファンおよび熱交換器を備え、水中ポンプから送り出された液体を冷却するファンクーラと、水中ポンプと熱交換器との間に配管され、水中ポンプから熱交換器へ液体を流通させる第１の管路と、熱交換器で冷却された液体を恒温水槽に戻す第２の管路と、ファンクーラに設けられ、水中ポンプおよび送風ファンに対して電源を同時に投入するためのメインスイッチと、電源ラインにおける前記メインスイッチの後段側の箇所に設けられた、外部接続可能なコネクタ端子とを具備し、該コネクタ端子から外部接続された外部機器と連動して駆動可能であることを特徴としている。
この構成を採用することによって、ユーザは水中ポンプを恒温水槽内に入れ、ファンクーラに設けたメインスイッチをオンにするだけで、恒温水槽内の液体を水中ポンプでファンクーラへ送り込み、ファンクーラで冷却させた液体を恒温水槽に戻すことができる。このように、本発明の冷却装置によれば、簡単に設置でき、容易な操作で恒温水槽内の液体を冷却することができる。

また、前記熱交換器に、前記第１の管路を着脱可能に接続する第１の接続部が設けられ、前記熱交換器に、前記第２の管路を着脱可能に接続する第２の接続部が設けられ、第１の接続部または第２の接続部のうち、少なくともいずれか一方は、熱交換器の下部に配置されると共に、第1の管路または第２の管路へ接続する接続端部側が下方に位置するように傾斜して設けられていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、恒温水槽内の液体の冷却が終了後、熱交換器内に恒温水槽から送られてきた液体が熱交換器から第1の管路または第２の管路へ流れ出るので、液体が熱交換器内に残留することを防止し、熱交換器の腐食等を防止することができる。

本発明にかかるファンクーラによれば、恒温水槽内の液体を送り出す水中ポンプに接続可能に設けられ、水中ポンプから送り出された液体を冷却するファンクーラであって、熱交換器と、熱交換器に送風する送風ファンとを具備し、熱交換器には、水中ポンプから熱交換器へ液体を流通させる第１の管路を着脱可能に接続する第１の接続部と、熱交換器から恒温水槽へ冷却された液体を戻す第２の管路を着脱可能に接続する第２の接続部とが設けられ、第１の接続部または第２の接続部のうち、少なくともいずれか一方は、熱交換器の下部に配置されると共に第１の管路または第２の管路へ接続する接続端部側が下方に位置するように傾斜して設けられ、水中ポンプおよび送風ファンに対して、商用電源ＡＣ１００Ｖに接続された電源ラインを同時に接続するためのメインスイッチが設けられ、電源ラインにおける前記メインスイッチの後段側の箇所に設けられた、外部接続可能なコネクタ端子とを具備し、該コネクタ端子から外部接続された外部機器と連動して駆動可能であることを特徴としている。
この構成を採用することによって、恒温水槽内の液体の冷却が終了後、熱交換器内に恒温水槽から送られてきた液体が熱交換器から第１の管路または第２の管路へ流れ出るので、液体が熱交換器内に残留することを防止し、熱交換器の腐食等を防止することができる。

本発明にかかる恒温水槽の冷却装置によれば、簡単に設置でき、容易な操作で恒温水槽内の液体を冷却することができる。
また、本発明にかかるファンクーラによれば、液体が熱交換器内に残留することを防止し、熱交換器の腐食等を防止することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に恒温水槽の冷却装置の概略ブロック図を示し、図２に恒温水槽の冷却水槽の具体的な外観構成を示す。
冷却装置２０は、恒温水槽１０内の液体を冷却するための装置であり、恒温水槽１０とは別個に設けられ、恒温水槽１０に対しての着脱は自在となっている。

恒温水槽１０は、実験や分析などに用いるために、内部に収容された液体を一定温度に保持するものである。本実施形態では、恒温水槽１０内に収容される液体としては水を想定している。また、ここで説明する恒温水槽１０は、一定温度に保持された水に試験管等の実験機器を浸漬するために実験台等の机上に設置されるものである。
ただし、恒温水槽１０内の液体としては、水に限定されることはない。

恒温水槽１０には、加熱装置２５が設けられている。加熱装置２５は、ヒータ２６が水中に進入するように設けられており、ヒータ２６によって水槽内の水を加熱するように制御されている。
加熱装置２５としては、恒温水槽１０と一体に設けられているものであってもよく、また恒温水槽１０と別体に設けられているものであってもよい。
なお、加熱装置２５は、本発明の冷却装置２０を構成するものではなく、恒温水槽１０に付属しているものであり、加熱装置２５が存在しなくとも冷却装置２０の構成は成立する。したがって、加熱装置２５が設けられていない恒温水槽１０に本発明の冷却装置２０を適用させることもできる。

恒温水槽１０内の水を冷却するための冷却装置２０は、水中ポンプ２２とファンクーラ２４とを具備している。水中ポンプ２２は、恒温水槽１０内に投入され、恒温水槽１０内の水を圧送する機能を有する。
また、ファンクーラ２４は、水中ポンプ２２によって圧送された恒温水槽１０内の水を冷却する機能を有しており、恒温水槽１０の外部の任意の箇所に設置される。

水中ポンプ２２とファンクーラ２４との間には、第１の管路２８および電源用ケーブル３２が配設されている。
第１の管路２８は、合成樹脂製のチューブなどから構成されており、水中ポンプ２２によってファンクーラ２４へ恒温水槽１０内の水が流通する。
また、ファンクーラ２４から恒温水槽１０へは、第２の管路３０が配設されている。第２の管路３０は、ファンクーラ２４によって冷却された水が恒温水槽１０へ戻る際に流通するものであり、一端側がファンクーラ２４に接続され、他端側は何処にも接続されておらず、単に恒温水槽１０内に進入させるように構成されている。第２の管路３０も、合成樹脂製のチューブなどから構成されている。

ファンクーラ２４は、熱交換器３４と、熱交換器３４に送風する送風ファン３６が一体の筐体３７内に設けられて構成されている。
また、ファンクーラ２４に設けられているメインスイッチ３８は、送風ファン３６および水中ポンプ２２の電源を同時にオン−オフできるように設けられている。

ファンクーラの外観構造および内部構成について、さらに図４〜図６に基づいて説明する。
ファンクーラ２４は、内部に熱交換器３４と送風ファン３６を具備したクーラであり、熱交換器３４内を流通する水を冷却するものである。熱交換器３４は、ファンクーラ２４の前面側に配置され、送風ファン３６が背面側に配置される。送風ファン３６が回転駆動することによって、ファンクーラ２４の前面側から空気が流入して熱交換器３４を通過する際に熱交換器３４のフィン（後述する）との間で熱交換する。

筐体３７は、前面パネル４０と背面パネル４１が平行で、かつ前面側から背面側へ傾斜するような形状を有している。
ファンクーラ２４の背面側には、熱交換器３４に第１の管路２８を接続するための接続コネクタ４２が設けられている。接続コネクタ４２は、熱交換器３４への恒温水槽１０内の水を入力するための接続部である。接続コネクタ４２と第１の管路２８との接続方式としては、接続コネクタ４２の接続側端部の外周面にねじ溝を形成し、第１の管路２８の端部とはねじ込み式により接続するようにしてもよいし、他の方式を採用してもよい。

ファンクーラ２４の背面側には、熱交換器３４に第２の管路３０を接続するための接続コネクタ４４が設けられている。接続コネクタ４４は、熱交換器３４で冷却された水を熱交換器３４から排出するための接続部である。接続コネクタ４４と第２の管路３０との接続方式としては、接続コネクタ４４の接続側端部の外周面にねじ溝を形成し、第２の管路３０の端部とはねじ込み式により接続するようにしてもよいし、他の方式を採用してもよい。
本実施形態では、排出側の接続コネクタ４４は、入力側の接続コネクタ４２よりも上方に配置されているが、入力側と排出側の接続コネクタの位置関係については特にどのような配置であってもよい。

両接続コネクタ４２，４４は、接続側端部（背面側）が下方に位置するように、斜めに傾斜して設けられている。
このように、接続コネクタ４２，４４の接続側端部が、背面側に向けて下方に傾斜しているので、冷却装置２０の運転終了後、熱交換器３４内を流通していた水を熱交換器３４内に残留させずに排出することができ、熱交換器の腐食などを防止することができる。なお、接続コネクタ４２，４４を背面側が下方を向くように傾斜させる理由としては、上述したように熱交換器３４内に水が残らないようにするためであるから、少なくとも熱交換器３４の下部に位置する入力側の接続コネクタ４２の背面側が下方を向くように傾斜していればよい。

次に、熱交換器の構成について図７に基づいて説明する。
熱交換器３４は、金属製のフィン（図示せず）が複数枚積層されて構成されたフィン積層体３５と、フィン積層体３５の間を冷却対象の水を流通させる熱交換パイプ３３とを有している。フィン積層体３５には、熱交換パイプ３３が挿通される挿通穴（図示せず）が複数穿設されており、この挿通穴内に直線状の熱交換パイプ３３が挿入される。
また、フィン積層体３５に挿入された各熱交換パイプ３３の端部には、隣り合う熱交換パイプ３３の端部と接続させるためのＵ字状管３９が設けられており、各熱交換パイプ３３がフィン積層体３５に対して蛇行するように接続される。

次に、冷却装置の電気系統の配線図を図８に示す。
冷却装置２０の電源としては、商用電源ＡＣ１００Ｖを用いている。電源ライン４８に対して、送風ファン３６のモータＭ２および水中ポンプ２２のモータＭ１は並列に接続されており、また電源ライン４８にはメインスイッチ３８が設けられている。このため、メインスイッチ３８をオンにすると、送風ファン３６のモータＭ２および水中ポンプ２２のモータＭ１に対して所定の電力が同時に供給され、送風ファン３６のモータＭ２および水中ポンプ２２のモータＭ１が同時に駆動開始する。このように、送風ファン３６と水中ポンプ２２の駆動を１つの操作で同時に開始させることができるので、操作が容易であると共に、送風ファン３６または水中ポンプ２２のいずれか一方に電源を投入して他方の電源を投入し忘れたり、一方の電源のみをオフにして他方の電源をオフにし忘れるなどの事故を防止することができる。

メインスイッチ３８には電源オン時に点灯するランプ５０が設けられている。ランプ５０は、メインスイッチ３８内に内蔵されており、電源オン時にメインスイッチ３８全体が光るように設けることができる。

電源ライン４８のメインスイッチ３８の後段側の箇所には、２本の電源ライン４８に外部接続可能なコネクタ端子５１が設けられている。このコネクタ端子５１には、通常時には短絡用コネクタ５２が接続されており、短絡用コネクタ５２が接続されている場合には、冷却装置２０は単独で動作する。
例えば、コネクタ端子５１に通信ケーブル５４を接続し、この通信ケーブル５４を加熱装置２５に接続することにより、加熱装置２５では冷却装置２０の電源のオン−オフを制御することができる。すなわち、加熱装置２５内には、通信ケーブル５４の導通のオン−オフを動作させるリレー（図示せず）などを設け、リレーがオンの時は冷却装置２０の電源が投入され、リレーがオフの時は冷却装置２０の電源が投入されていないようにすることができ、このリレーのオン−オフによって冷却装置２０の動作を制御するようにすることもできる。

このように、外部接続用のコネクタ端子５１を設けることにより、外部機器から冷却装置２０の電源のオン−オフを制御することができるので、冷却装置２０と外部機器とを連動させて駆動させることができる。
なお、このコネクタ端子５１の接続先としては、上述したような加熱装置２５に限定されることはなく、他の機器であってもよい。

次に、図９に水中ポンプの概略構成を示し、水中ポンプの構造について説明する。
水中ポンプ２２は、筐体５５内に、水を圧送するために回転駆動する羽根車５７と、羽根車５７を回転駆動させるためのモータ５８とを有している。
筐体５５は、水密に設けられた第1の筐体部５５ａと水を流入させる第２の筐体部５５ｂとから構成されている。モータ５８は第１の筐体部５５ａ内に設けられ、モータ５８の回転軸６３の先端に取り付けられた羽根車５７は、第1の筐体部５５ａから突出して第２の筐体部５５ｂ内に位置するよう設けられている。モータ５８の回転軸６３はメカニカルシール等によって保持されており、第１の筐体部５５ａ内に水が流入しないように設けられている。

第２の筐体５５ｂの壁面には、水の流入用のスリット５９が形成されている。羽根車５７が回転すると、恒温水槽１０内の水がスリット５９から第２の筐体５５ｂ内に流入し、第２の筐体５５ｂの上方に設けられている圧送管６０へ送り出される。
圧送管６０には、第1の管路２８が接続されており、第２の筐体５５ｂ内に送り込まれた水がファンクーラ２４へ圧送される。

水中ポンプ２２の筐体５５の底面には、恒温水槽１０の底面と水中ポンプ２２とを固定するための吸着板６２が設けられている。
さらに、第２の筐体５５ｂ内には、水中のごみ等を除去するためのフィルターが設けられているが、ここでは図示していない。

以下、冷却装置の動作および使用方法について説明する。
ユーザは、冷却しようとする恒温水槽１０内に水中ポンプ２２を投入する。ファンクーラ２４は実験台の上などの所定位置に適宜配置する。
水中ポンプ２２の底面には吸着板６２が設けられているので、ユーザは水中ポンプ２２を恒温水槽１０内に入れるだけで水中ポンプ２２の吸着板６２が恒温水槽１０内の底面に吸着し、水中ポンプ２２が固定される。

そして、ユーザがメインスイッチ３８を投入すると、ファンクーラ２４内の送風ファン３６と水中ポンプ２２内の羽根車５７が同時に駆動開始し、恒温水槽１０内の水が第1の管路２８を流通してファンクーラ２４内に圧送される。

ファンクーラ２４内では、恒温水槽１０から送られてきた水が、熱交換器３４を循環し、送風ファン３６によって送風された風によって熱交換され、少なくとも室温程度に冷却される。
冷却された水は、第２の管路３０を流通して恒温水槽１０内に戻される。
このようにして、冷却装置２０を駆動することで、恒温水槽１０内の水を室温まで下げることができる。また、恒温水槽１０内の水が室温よりも1度高い程度であっても、ファンクーラ２４を用いて冷却することによって、恒温水槽１０内の水を室温まで冷却することが可能となった。

以上本発明につき好適な実施形態を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

冷却装置全体の概略構成を示す説明図である。 恒温水槽にセットした冷却装置の正面図である。 冷却装置の正面図である。 ファンクーラの背面図である。 ファンクーラの外観を示す側面図である。 ファンクーラの内部構成を示す側面図である。 熱交換器の正面図である。 冷却装置の電気系統の配線図である。 水中ポンプの概略構成を示す説明図である。

符号の説明

１０ 恒温水槽
２０ 冷却装置
２２ 水中ポンプ
２４ ファンクーラ
２５ 加熱装置
２６ ヒータ
２８ 第1の管路
３０ 第２の管路
３２ 電源用ケーブル
３３ 熱交換パイプ
３４ 熱交換器
３５ フィン積層体
３６ 送風ファン
３７ 筐体
３８ メインスイッチ
３９ Ｕ字状管
４０ 前面パネル
４１ 背面パネル
４２ 接続コネクタ
４４ 接続コネクタ
４８ 電源ライン
５０ ランプ
５１ コネクタ端子
５２ 短絡用コネクタ
５４ 通信ケーブル
５５ 筐体
５７ 羽根車
５８ モータ
５９ スリット
６０ 圧送管
６２ 吸着板
６３ 回転軸
Ｍ１ モータ
Ｍ２ モータ

Claims (3)

1. 恒温水槽内の液体を冷却するための冷却装置であって、
   恒温水槽内に配置可能であり、恒温水槽内の液体を送り出す水中ポンプと、
   送風ファンおよび熱交換器を備え、水中ポンプから送り出された液体を冷却するファンクーラと、
   水中ポンプと熱交換器との間に配管され、水中ポンプから熱交換器へ液体を流通させる第１の管路と、
   熱交換器で冷却された液体を恒温水槽に戻す第２の管路と、
   ファンクーラに設けられ、水中ポンプおよび送風ファンに対して電源を同時に投入するためのメインスイッチと、
   電源ラインにおける前記メインスイッチの後段側の箇所に設けられた、外部接続可能なコネクタ端子とを具備し、
   該コネクタ端子から外部接続された外部機器と連動して駆動可能であることを特徴とする恒温水槽の冷却装置。
2. 前記熱交換器に、前記第１の管路を着脱可能に接続する第１の接続部が設けられ、
   前記熱交換器に、前記第２の管路を着脱可能に接続する第２の接続部が設けられ、
   第１の接続部または第２の接続部のうち、少なくともいずれか一方は、熱交換器の下部に配置されると共に、第１の管路または第２の管路へ接続する接続端部側が下方に位置するように傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１記載の恒温水槽の冷却装置。
3. 恒温水槽内の液体を送り出す水中ポンプに接続可能に設けられ、水中ポンプから送り出された液体を冷却するファンクーラであって、
   熱交換器と、熱交換器に送風する送風ファンとを具備し、
   熱交換器には、水中ポンプから熱交換器へ液体を流通させる第１の管路を着脱可能に接続する第１の接続部と、熱交換器から恒温水槽へ冷却された液体を戻す第２の管路を着脱可能に接続する第２の接続部とが設けられ、
   第１の接続部または第２の接続部のうち、少なくともいずれか一方は、熱交換器の下部に配置されると共に第１の管路または第２の管路へ接続する接続端部側が下方に位置するように傾斜して設けられ、
   水中ポンプおよび送風ファンに対して、商用電源ＡＣ１００Ｖに接続された電源ラインを同時に接続するためのメインスイッチが設けられ、
   電源ラインにおける前記メインスイッチの後段側の箇所に設けられた、外部接続可能なコネクタ端子とを具備し、
   該コネクタ端子から外部接続された外部機器と連動して駆動可能であることを特徴とするファンクーラ。

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