JPH04213103A - 恒温装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、恒温装置に係り、特に
、大容量の恒温層の温度を高精度に制御することのでき
る恒温装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、薬液を一般産業用に用いる場合
は、該液温によって反応速度が大幅に変化するため、常
に、液温の制御には綿密な注意を払う必要がある。

【０００３】そこで、液温の制御を行うために恒温槽等
のいろいろな温度制御装置が開発されている。

【０００４】このような温度制御装置は、通常、処理液
の充填された反応槽から、配管を介して、ポンプによっ
て処理液を循環せしめ、熱交換部で熱交換を行い、フィ
ルタを介して温度制御および不純物除去のなされた処理
液を反応槽に戻すように構成されている。

【０００５】このような装置においては、反応槽からパ
イプ等で導出されてくる例えば半導体処理薬液に対し温
度制御を行なうように構成されており、熱交換方式とし
ては冷却の場合にはコンプレッサ冷凍式、加熱の場合は
通常の電気ヒータ式、あるいは両者を組み合わせた方式
が用いられている。

【０００６】しかしながら、このような方式で大容量の
反応槽の熱交換を行おうとする場合高精度の温度制御は
不可能であるという問題があった。

【０００７】また、Ｐ型半導体とＮ型半導体とを、金属
を介して接合してＰＮ素子対を形成し、この接合部を流
れる電流の方向によって一方の端部が発熱せしめられる
と共に他方の端部が冷却せしめられるいわゆるペルチェ
効果を利用した熱電素子は、小型で構造が簡単なことか
ら、携帯用ク―ラ等いろいろなデバイスに幅広い利用が
期待されている。

【０００８】このような熱電素子を多数個集めて形成し
たサ―モモジュ―ルは、例えば、アルミナセラミックス
基板等の熱伝導性の良好な絶縁性基板からなる第１およ
び第２の熱交換基板間にこれに対して良好な熱接触性を
もつように多数個のＰＮ素子対が挟持せしめられると共
に、各素子対間を夫々第１および第２の電極によって直
列接続せしめられて構成されている。

【０００９】ところで、このような熱電装置を冷却装置
として用いる場合には、高温部側を放熱構造とし、低温
部側を冷却すべき物体に当接せしめるようにして用いら
れる。　　このような冷却装置では、低温部側の温度は
、高温部側の温度からこの熱電装置の性能によって決ま
る温度差Δｔを差し引いた値であるため、高温部側の放
熱性を高めれば高めるほど、低温とすることができ、高
精度の温度制御が可能である。

【００１０】しかしながら、大容量の熱交換をしたい場
合には、サーモモジュールの特性上効率が悪く、構造が
複雑で重量が重くなる等、実用上は不可能であった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、サ−モモ
ジュールでは、大容量の熱交換を行うのは実用上不可能
であり、また、従来のコンプレッサ冷凍式、電気ヒータ
式の温度制御装置で大容量の反応槽の熱交換を行おうと
する場合、高精度の温度制御は不可能であるという問題
があった。

【００１２】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、大容量の反応槽等を所定の温度に維持するように、
高精度の温度制御を行うことのできる恒温装置を提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、コン
プレッサ冷凍式、電気ヒータ式等の従来の熱交換方式に
おいて、これらの熱交換装置の冷却媒体または加熱媒体
の経路に、バイパスまたはフルフロー方式で、サーモモ
ジュールを設置し、このサーモモジュールへの給電電流
を恒温層の温度に応じて制御するようにしている。

【００１４】

【作用】上記構成によれば、所定の精度まで通常のコン
プレッサ冷凍式、電気ヒータ式等の従来の熱交換方式を
用いて温度制御を行い、さらに、サーモモジュールへの
給電電流を恒温層の温度に応じて制御するようにしてい
るため、大容量の反応槽に対しても容易に高精度の温度
制御を行うことが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。

【００１６】 実施例１ この恒温装置は冷却用の装置であって、第１図に示すよ
うに、配管Ｐ内の冷却媒体Ｒを冷却するコンプレッサ冷
凍式の冷却装置１０と、循環装置１１を介してこれに熱
的に接続された恒温層２０と、さらにこの恒温層２０内
の温度を検出する温度センサ３１とこの温度センサ３１
の出力に応じて電流を制御する電流コントローラ３２と
、この電流コントローラ３２によって給電電流を制御さ
れるように構成されたサーモモジュール３０とから構成
されている。

【００１７】そして配管Ｐは、前記冷却装置１０から循
環装置１１を通って、恒温層２０の反応液２１内に浸漬
された冷却蛇管２３にバイパス接続され、さらにサーモ
モジュール３０の低温部側に接触せしめられ、この後冷
却蛇管２３の戻り側と合流し循環装置１１を介して再び
冷却装置１０に戻るように構成されている。

【００１８】このサーモモジュール３０の熱交換部は、
第２図（ａ）　乃至第２図（ｅ）　に拡大図を示すよう
に、冷却媒体の通路を構成する空洞部４０を有する熱交
換板４１と、この板状体の表面に一方の電極が当接する
ように配設された熱電装置とから構成されている。４１
ｉは入り口、４１ｏは出口であり、これに冷却水供給お
よび排出用の配管がそれぞれ接続される。

【００１９】この熱電装置は、熱伝導性の良好なカーボ
ン製の板状体４１の表面に、電極パターン４２を形成し
、この電極パターン４２上にＰ型熱電素子４３ａおよび
Ｎ型熱電素子４３ｂが半田層４６を介して交互に固着さ
れ、さらにこれらＰ型熱電素子４３ａおよびＮ型熱電素
子４３ｂの他方の電極は同様に熱伝導性の良好なカーボ
ン製の熱交換基板４５の表面に形成された上部電極パタ
ーン４７に接続されている。

【００２０】また、これら板状体表面に形成される電極
パターンは、膜厚１０オングストロームのチタン蒸着膜
と、膜厚３０オングストロームのニッケル蒸着膜と膜厚
３０オングストロームの金蒸着膜と、膜厚８０００オン
グストロームの銅メッキ層との４層構造の電極パターン
からなり、この電極パターンの上にＰ型熱電素子４３ａ
およびＮ型熱電素子４３ｂが、半田層４６を介して固着
される。

【００２１】なお、要部拡大図は示さないがおよび熱交
換基板４５も、板状体の表面と同様の構造をなしており
、その下面側に同様に４層構造の電極パタ―ン４７が形
成されている。

【００２２】このようにして板状体上の電極パタ―ン４
２および熱交換基板上の電極パタ―ンによって隣接する
Ｐ型熱電素子４３ａおよびＮ型熱電素子４３ｂが接続さ
れＰＮ素子対４３が構成されると共にこれらのＰＮ素子
対４３が互いに直列に接続され、回路の両端に位置する
電極パタ―ンに夫々第１の電極リ―ド４８および第２の
電極リ―ド４９が配設される。この第１および第２の電
極リ―ドに通電が行なわれることにより、例えば熱交換
基板の側が低温部となり、板状体の側が高温部となる。

【００２３】この恒温装置では、配管Ｐ内の冷却媒体Ｒ
はコンプレッサ冷凍式の冷却装置１０で冷却され、循環
装置１１を介して、恒温槽２０内に浸漬された冷却蛇管
２３と温度センサ３１とにバイパス接続され、恒温槽２
０内の処理液を冷却する。さらにサーモモジュール３０
にむけてバイパスされた配管Ｐ内の冷却媒体Ｒは、この
温度センサ３１から出力されるこの恒温槽２０内の温度
に応じて電流コントローラ３２によって給電電流を制御
されるサーモモジュール３０によって、高精度に制御さ
れるようになっている。

【００２４】この装置によれば、第３図に曲線ａで示す
ように、恒温槽の温度はＴ℃±０．１℃に維持されてお
り、極めて高精度の温度制御が可能となる。比較のため
に、サーモモジュールを配設せず、従来のコンプレッサ
冷凍式の冷却装置のみを用いた場合の恒温槽の温度曲線
を曲線ｂに示す。これら曲線ａおよび曲線ｂの比較から
も、従来のコンプレッサ冷凍式の冷却装置のみを用いた
場合の恒温槽の温度はＴ℃±１℃であったのに対し、極
めて高精度の温度制御が可能となっていることがわかる
。

【００２５】なお、前記実施例では恒温槽の温度を温度
センサ３１によって検出し、この検出値に応じてコント
ローラを制御するようにしているが、第４図に変形例を
示すように、恒温槽のかわりに恒温プレート５０の温度
を制御する場合にも適用可能である。この場合は冷却蛇
管２３の一部のまわりに恒温プレート５０を設置し、こ
れに温度センサ３１を配設するようにしてもよく、これ
により、さらに高精度の温度コントロールが可能となる
。

【００２６】また、前記実施例では配管Ｐは、冷却装置
１０から循環装置１１を通って、恒温層２０の反応液２
１内に浸漬された冷却蛇管２３にバイパス接続され、こ
のバイパス分のみがサーモモジュール３０の低温部側に
接触せしめられ温度制御されるようにしたが、第５図に
変形例を示すように、配管Ｐは、冷却装置１０から循環
装置１１を通って、バイパスされることなくそのままサ
ーモモジュール３０の低温部側に接触せしめられ、温度
制御され、この後冷却蛇管２３の入り口に接続され、さ
らに冷却蛇管２３の出口で戻り側の配管Ｐに接続される
ようにしてもよい。

【００２７】さらに、前記実施例ではコンプレッサ冷凍
式の冷却装置を用いた恒温装置について説明したが、加
熱装置を用いた恒温装置にも適用可能である。

【００２８】本発明の第２の実施例として加熱装置を用
いた恒温装置について説明する。

【００２９】これは第６図に示すように、直接加熱式の
もので恒温槽６０内に充填されている反応液６１は、恒
温槽６０の側部に接続された循環パイプＰＳから、循環
装置１１を介して、ヒータ７０に導かれる一方、サーモ
モジュール８０に向かう配管ＰＳＤとにバイパス接続さ
れ、この配管ＰＳＤはサーモモジュール８０で熱交換を
行った後再び配管ＰＳと合流して、恒温槽６０に戻り、
この内部の反応液６１を加熱する。さらにサーモモジュ
ール８０にむけてバイパスされた配管ＰＳＤ内の反応液
は、温度センサ３１から出力されるこの恒温槽６０内の
温度に応じて電流コントローラ３２によって給電電流を
制御されるサーモモジュール３０によって、高精度に温
度制御されるようになっている。

【００３０】サーモモジュール８０は高温側が配管に接
するようにして用いる点が異なるのみで、前記第１の実
施例で用いたのと同様に構成されている。ただし高温の
反応液が通過するため、配管の材質については、フッ素
樹脂等、耐薬品性薬液に対して不純物汚染のない耐熱性
および耐圧性が高い材料を用いる必要がある。

【００３１】この装置によっても、第７図に曲線ａで示
すように、恒温槽の温度は、ｔ℃±０．０１℃に維持さ
れており、前記第１の実施例と同様極めて高精度の温度
制御が可能となる。比較のために、サーモモジュールを
配設せず、従来の電気ヒータ式加熱装置のみを用いた場
合の恒温槽の温度曲線を曲線ｂに示す。これら曲線ａお
よび曲線ｂの比較からも、従来の加熱装置のみを用いた
場合の恒温槽の温度はｔ℃±０．５℃であったのに対し
、極めて高精度の温度制御が可能となっていることがわ
かる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、通常のコンプレッサ冷凍式、電気ヒータ式等の熱交
換方式において、これらの熱交換装置の冷却媒体または
加熱媒体の経路に、バイパスまたはフルフロー方式で、
サーモモジュールを設置し、このサーモモジュールへの
給電電流を恒温槽の温度に応じて制御するようにしてい
るため、大容量の反応槽に対しても容易に高精度の温度
制御を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の恒温装置を示す図。

【図２】同装置のサーモモジュールの熱交換部を示す図
。

【図３】同装置と従来の装置との温度曲線の比較を示す
図。

【図４】同装置の温度センサ部分の変形例を示す図。

【図５】同装置の配管の変形例を示す図。

【図６】本発明の第２の実施例の恒温装置を示す図。

【図７】同装置と従来の装置との温度曲線の比較を示す
図。

【符号の説明】

１０…冷却装置 ２０…恒温槽 ３０…サーモモジュール ５０…恒温プレート、 ６０…恒温槽 ７０…ヒータ ８０…サーモモジュール、 ４１…熱交換板、 ４２…電極パターン ４３…熱電素子、 ４５…熱交換基板 ４６…半田層、 ４７…上部電極パターン、 ４８，４９…リード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】温度制御すべき液体を充填してなる恒温槽
   と、前記恒温内の液体または前記液体を加熱または冷却
   するための媒体を循環せしめる循環手段と、前記循環手
   段を流れる液体または媒体の経路に設置された加熱また
   は冷却手段と、前記循環手段を流れる液体または媒体の
   経路にバイパスまたはフルフロー方式で設置されたサー
   モモジュールと、前記恒温槽内の温度を検出する温度検
   出手段と、前記温度検出手段の検出値に応じて前記サー
   モモジュールへの給電電流を制御する制御手段とを具備
   したことを特徴とする恒温装置。