JPH09105596A

JPH09105596A - 耐薬品性熱交換器

Info

Publication number: JPH09105596A
Application number: JP28451395A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Koyama; 文彦小山
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 1995-10-04
Filing date: 1995-10-04
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【解決すべき課題】弾性素材から成るシール材が直接薬
液に接触することの無いシール構造を有する耐薬品性熱
交換器を開示する。【解決手段】対向配設された伝熱基板２、２と、耐薬品
性素材から成り伝熱基板２と共に熱交換室４を囲む側壁
体５と、熱交換室４への流体出入口６とを備えた熱交換
器１において、伝熱基板２、２の側壁体５との当接部に
ループ状弾性部材８を固定すると共に、弾性部材８に対
面する位置にＶ形溝５ａを形成し、伝熱基板２、２の対
向面２ａ、２ａを被覆する耐薬品性シート３の周辺部
を、弾性部材８とＶ形溝５ａとの間で挟圧する状態で、
伝熱基板２、２と側壁体５とを圧接固定して、熱交換室
４をシールしたことを特徴とする耐薬品性熱交換器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器若しくは
液体温度調節器に関するものであり、特に、その耐薬品
性シール構造に関するものである。

【０００２】

【従来技術】薬液の反応速度は、殆どの場合温度に依存
する。したがって、反応性が高い薬液の反応を正確に制
御するには、特に精密な液温制御を必要とするが、同時
に、これらの薬液は、腐食性が極めて高い場合が多い。
この種の薬液の温度調節器としては、例えば、図６に示
すようなものが、用いられている。（特開平４−３５９
７９５号公報参照）。

【０００３】この液温調節器１００は、アルミニウムや
ステンレススチール、アルミナ或いはグラファイトなど
のような熱良導性素材から成る一対の熱交換基板１０
１、１０１を所定の間隔を隔てて対面状態で配設し、こ
れらの熱交換基板１０１の対向面１０２には、熱交換基
板が侵食されるのを防ぐために、フッ素樹脂をコーティ
ングして、耐薬品性被膜を形成する。このような一対の
熱交換基板間に、対薬品性素材、例えば、フッ素樹脂に
より形成した側壁体１０３を介装して、一対の熱交換基
板１０１、１０１により挟まれた空間を液密に囲んで、
熱交換室１０４を形成する。

【０００４】側壁体１０３には、薬液の入口１０５と出
口１０６が設けられる。熱交換基板１０１の外面には、
熱電変換素子１０７、…の一側を熱授受可能に密接し、
該素子１０７、…の他側には、熱良導性素材から成る板
状ブロック中に冷却水が通過する流路１０９をもつ放熱
体１０８が熱授受可能に密接状態で設けられている。熱
交換室１０４には、薬液、例えば、半導体のエッチング
液などが入口１０５から導入され、所定温度に調節され
て出口１０６から薬液槽へと送られる。

【０００５】このような熱交換室１０４は、加圧薬液の
漏洩を防止するために、熱交換基板１０１と側壁体１０
３との当接部において、図７に示すように、フッ素樹脂
などの耐薬品性素材で作られている側壁体側に、パッキ
ング収納溝１１０を周設して、この中に、耐薬品性素材
（例えば、フッ素ゴムなど）から成るＯリングを収納し
て用いたり、或いは、Ｏリング１１１を突起１１２を有
するフッ素樹脂製カバーリング１１３で包んだ構造のリ
ング状シール材を工夫し、薬液の圧力によりシール材の
断面形状が変形して、突起１１２が基板１０１に圧接
し、シール性能が一層向上するように意図したものなど
を使用して、熱交換室の液密性を保持する構造のものが
用いられている。

【０００６】このような従来のシール構造は、ゴム弾性
を備えたシール材が薬液に接触し、或いは、接触する可
能性を持つ構造であるため、シール材の劣化により、シ
ール性能が低下したり、特に、半導体処理薬液の温度調
節に用いる場合には、シール材を構成するゴムが薬液に
よって侵食されて、ゴム成分中の金属イオンが薬液中に
溶け出し、不良品の原因になる虞れがあった。又、熱交
換基板として、グラファイトなどのような多孔質素材を
用いる場合、耐薬品性被膜の形成にあたり、まず耐薬品
性樹脂を多孔質素材に含浸させて、微細な孔を目潰し処
理する表面処理を十分に行う必要があり、熱交換基板の
製造工程が複雑になり、コスト高になる欠点があった。

【０００７】

【解決すべき課題】本発明の第１の目的は、弾性素材か
ら成るシール材が、直接薬液に接触することの無い新規
なシール構造を有する耐薬品性熱交換器を開示すること
にある。本発明の第２の目的は、薬液によって劣化し或
いは侵食されて溶出成分により薬液が汚染されることが
無い耐薬品性熱交換器を開示することにある。本発明の
第３の目的は、構成が簡素で、製造や維持管理が容易な
耐薬品性熱交換器を安価に提供することにある。

【０００８】

【課題の解決手段】本発明の第一の要旨は、熱良導性素
材から成り所定の間隔を隔てて対向して配設された一対
の伝熱基板と、耐薬品性素材から成り前記一対の伝熱基
板間に介在して該伝熱基板と共に熱交換室を液密に囲む
側壁体と、該熱交換室を外部に開放する流体出入口とを
備えた熱交換器において、前記一対の伝熱基板の前記側
壁体との当接部に弾性部材を前記側壁体の開口をループ
状に囲む状態で固定すると共に、該ループ状弾性部材に
対面する位置に突条及び／又は溝を該側壁体と一体形成
し、前記一対の伝熱基板の対向面を被覆するように設け
た耐薬品性シートの周辺部を、前記ループ状をなす弾性
部材と前記突条、及び／又は、溝との間で挟圧する状態
で、前記伝熱基板と前記側壁体とを圧接固定したことを
特徴とする耐薬品性熱交換器にある。

【０００９】熱良導性素材としては、銅、アルミニウム
或いはこれらの合金、ステンレススチール、アルミナな
どの金属酸化物、グラファイトなどの非金属素材など、
成形が容易なものが好ましく、素材の性質としては、耐
薬品性被膜の形成の難易にかかわりなく、必要な剛性さ
え備えていれば、自由に選択できる。ループ状弾性部材
を構成する素材としては、ゴム弾性素材がよく、耐薬品
性シートの損傷など万一の場合を考慮すれば、フッ素ゴ
ムやシリコーンゴムなどのような耐薬品性ゴムを用いる
のが最も好ましい。弾性部材の伝熱基板への固定は、溝
に収納固定してもよいし、接着剤等により伝熱基板表面
に接着固定してもよい。側壁体に構成される溝や突条
は、複数でも差し支えない。

【００１０】側壁体は、その外面を耐薬品性素材で被覆
したものでもよいが、製造の容易性及び信頼性の点で、
それ自体が耐薬品性を有する素材（例えば、フッ素樹脂
等）で構成することが望ましい。耐薬品性シート（フィ
ルム）としては、該シートが接触する薬液の性質、或い
は、シート素材の熱伝導度等により、適宜選択される
が、延性を備えていることが望ましく、伸縮性を備えて
いることが理想的である。一般には、耐薬品性を備えた
プラスチックフィルムやゴムシートの中から、適宜選択
される。シートと伝熱基板との接合は、接着、接合面を
真空にすることによる圧接、或いは、伝熱性グリースな
どの半流動体を介して接合するなどの方法を用いること
ができる。シートの厚さは、強度が保たれる範囲におい
て、薄いほどよい。

【００１１】尚、上記において、耐薬品性シート素材が
伸縮性を有するときには、該シートを側壁体若しくは伝
熱基板の当接部と該当接部に対面するように設けたルー
プ状突条との間で挟圧するか、或いは、耐薬品性シート
を突条とこれに対面する周溝とにより挟圧することのみ
で、弾性部材を必要とせずに、熱交換室を密閉できる場
合がある。即ち、伸縮弾性素材から成る耐薬品性シート
で、対向配置した伝熱基板の対向面を被覆し、側壁体及
び／又は伝熱基板に設けた突条及び／又は周溝により、
該シートの周辺部を挟圧することにより、熱交換室をシ
ールすることを特徴とする熱交換器も本願発明の範囲に
属する。

【００１２】上記第一要旨にかかる熱交換器は、伝熱基
板の対向面を覆うように設けられた耐薬品性シートを、
伝熱基板側に設けられたループ状弾性部材と、側壁体側
の該弾性部材に対面する位置に設けた突条との間で挟圧
するシール構造か、若しくは、伝熱基板側に、該基板平
面から少なくとも横断面形状の一部分が側壁体に向かっ
てループ状をなして突出するように設けられた弾性部材
と、側壁体側に設けられ前記弾性部材に対面する位置に
設けられ、該弾性部材の突出部分を収納できる溝とによ
り、耐薬品性シートを挟圧するシール構造か、あるい
は、これら二つのシール構造を同時に備えることによ
り、伝熱基板と側壁体とに囲まれた液密の熱交換室を形
成する。従って、ゴム製シール材が直接薬液と接触する
ことがないので、耐薬品性シート及び側壁体の素材を吟
味することにより、極めて高度な耐薬品性を獲得でき
る。

【００１３】本発明の第二の要旨は、上記第一要旨にお
いて規定される熱交換器において、ループ状弾性部材
が、伝熱基板に刻設した一連の周溝に収納されており、
該ループ状弾性部材に、側壁体に一体形成した突条が、
耐薬品性シートを介して圧接することにより、熱交換室
が液密にシールされていることを特徴とする耐薬品性熱
交換器にある。

【００１４】本発明の第三の要旨は、前記第一要旨にお
いて規定される耐薬品性熱交換器において、伝熱基板に
刻設した周溝に収納されているループ状弾性部材が、伝
熱基板が為す平面からその断面形状における一部分が突
出した状態で収納されており、該ループ状弾性部材が、
側壁体当接部に刻設された溝に進入して耐薬品性シート
を介して該溝に圧接することにより、熱交換室が液密に
シールされていることを特徴とする耐薬品性熱交換器に
ある。側壁体側に設けられる溝の断面形状を、Ｖ字形或
いはＥ字形をなすものなど、適宜な形状を選択すること
により、前記弾性部材と該溝との当接すべき面積が小さ
くなり、従って、前記シートを挟圧する力が、その狭い
当接部分に集中することにより、シール性が向上する。

【００１５】

【発明の実施形態】図１及び２は、本発明の第１実施形
態を示すもので、熱交換器を半導体製造用薬液温度調節
器に組み込んだ場合を示すものである。薬液温度調節器
Ｙは、耐薬品性熱交換器１と、熱電変換素子（ペルチェ
素子）を用いた電子式冷凍機８０、８０と、放熱体９
０、９０とにより構成されている。熱交換器１は、アル
ミニウム若しくはアルマイト処理やフッ素樹脂コーティ
ング等で耐食処理したアルミニウムやグラファイトなど
のような熱良導性素材から成る一対の伝熱基板２、２
と、該伝熱基板２、２間に介装されて、伝熱基板２、２
と共に熱交換室４を構成する側壁体５を有している。

【００１６】伝熱基板２、２の外面（非対向面）には、
電子式冷凍機８０、８０の一側（主として冷却面として
作用する）が熱授受可能に圧接しており、該電子式冷凍
機の他側には、同様に熱良導性素材から成る放熱ブロッ
ク９１が熱授受可能に接触している。放熱ブロック９
１、９１には、一対の冷却水導管９２、９２、…が接続
して、該放熱ブロック中を冷却水が通過することによ
り、放熱ブロックを冷却する。又、熱交換室４も、側壁
体５を貫通する一対の薬液導管６、６により、薬液の出
入口６ａ、６ｂが設けられている。このような構成は、
従来の薬液温度調節器の構造と同じである。本願熱交換
器の特徴は、以下のシール構造にある。

【００１７】図２に示すように、側壁体５は、所定の厚
さの高純度のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）
製板体によって一体構成されており、上下方向に熱交換
室４となるべき略円筒状空隙４ａが上下方向に貫通して
設けられている。該空隙を囲む側壁体４の上下面は、伝
熱基板の対向面との当接部５ｂとなるが、この空隙４ａ
を囲む当接部５ｂに、横断面形状がＶ形を為すＶ形溝５
ａが、空隙４ａをループ状に囲んで刻設されている。ち
なみに、空隙４ａは、羽子板状の仕切板７ａ、７ｂによ
り、蛇行流路をなすように仕切られており、該蛇行流路
の一端に薬液入口６ａが、他端に出口６ｂが開口してい
る。

【００１８】一方、伝熱基板２、２には、前記側壁体５
に該伝熱基板２、２を側壁体５の上下方向から重ねて、
熱交換室４を囲んで構成したとき、伝熱基板２、２の、
前記Ｖ溝５ａ、５ａに対向する部位に、弾性部材収納溝
２ｂ、２ｂが刻設されており、この中に、弾性部材８と
して、フッ素ゴムから成るＯリングが収納されている。
該Ｏリング（８）は、少なくとも、横断面形状におい
て、その半径を越える部分が、収納溝２ｂから、Ｖ溝に
向けて突出するように、その太さを設定することが望ま
しい。

【００１９】このように弾性部材８を収納溝２ｂに収納
固定した状態において、伝熱基板２、２の対向面２ａ、
２ａに、耐薬品性シート３、３を、その全面に接着す
る。耐薬品性シート３としては、側壁体５と同様に、Ｐ
ＴＦＥ製シートを用いる。かくして、弾性部材８は、伝
熱基板の対向面２ａから突出した状態のまま、シート３
によって覆われることになる。この状態で、側壁体４の
上下面に、伝熱基板２、２を当接して、Ｖ形溝５ａと弾
性部材収納溝２ｂとが対面する位置で重ねて、ボルト孔
９、９、…等を通してボルトナット等の固定具により、
伝熱基板２、２と側壁体５とを強固に締付固定する。弾
性部材８は、これを被覆するシート３を介して、Ｖ形溝
５ａに進入し、該溝５ａの壁面に強固に圧接し熱交換室
４をシールする。

【００２０】図３は、本発明の第２実施形態の要部を示
すものである。伝熱基板２２、２２の、側壁体２５との
当接部には、フッ素ゴム製のリング状弾性部材２８を収
納するための弾性部材収納溝２２ｂが、熱交換室２４を
囲むループをなして刻設されている。この中には、断面
形状が方形の前記弾性部材２８が隙間なく収納されて固
定されている。弾性部材２８の露出面と２８ａと伝熱基
板の対向面２２とは、ほぼ同一平面をなしている。この
対向面２２を、前記第１実施形態の場合と同様に、ＰＴ
ＦＥ製の耐薬品性シート２３が接着して被覆している。

【００２１】一方、ＰＴＦＥ製側壁体２５の伝熱基板２
２との当接部には、弾性部材２８に対向する位置に、側
壁体から弾性部材に向かって一体的に突出する突条２５
ａが設けられている。かくして、側壁体２５の上下面に
伝熱基板を当接して、締付固定具により挟圧固定すれ
ば、突条２５ａは、シート２３の延性により、突条２５
は、耐薬品性シートが密着した状態で弾性部材２８に圧
入して、熱交換室２４を液密に閉ざすことができる。

【００２２】図４は、本発明の第３実施形態の要部を示
すものである。伝熱基板３２、３２の、側壁体３５との
当接部には、フッ素ゴム製のリング状弾性部材３８を収
納するための弾性部材収納溝３２ｂがループをなして刻
設されている。この中には、断面形状が方形の前記弾性
部材３８が隙間なく、伝熱基板の対向面３２と同一平面
をなすように収納されている。この対向面３２ａ、３２
ａを、耐薬品性シート３３、３３が接着して被覆してい
る。

【００２３】一方、耐薬品性素材から成る側壁体３５の
伝熱基板３２、３２との当接部には、弾性部材３８、３
８に対向する位置に、側壁体から弾性部材に向かって一
体的に突出する２本の突条３５ａ、３５ｂがループをな
して設けられている。更に、これらの突条３５ａ、３５
ｂの内側に、該突条３５ａ，ｂより低い突条３５ｃが設
けられている。かくして、側壁体３５の上下面に伝熱基
板を当接して、締付固定具により挟圧固定すれば、突条
３５ａ，ｂは、シート２３の延性により、耐薬品性シー
トを介して弾性部材３８に圧入して、熱交換室３４を液
密にシールする。更に、最内側の突条３５ｃは、シート
３３に圧入して、伝熱基板３２と共に強固にシート３３
を挟圧する。その挟圧力は、弾性変化する弾性部材３２
ｂと突条３５ａ，ｂの場合と異なり、著しく大きなもの
となる。

【００２４】弾性部材に対面しない突条３５ｃの高さ
（突出度）は、耐薬品性シートの厚さや延性或いは強度
と、シール構造とにより、経験的に定められる。しかし
ながら、弾性部材に対面する突条３５ａ，ｂより常に小
さいとは限らない。例えば、図５に示すように、リング
状の弾性部材４８が、伝熱基板４２の対向面から突出し
て接着固定されている場合、弾性部材４８に対面する突
条４５ａ，ｂよりも、該部材４８に対面しない突条４５
ｃの突出度の方を大きくしてもよい。

【００２５】又、弾性部材と対面しない突条は、弾性部
材のなすループの外側に設けても良く、内側と外側の両
方に設けても良いが、内側のものが、より効果的であ
る。突条３５ｃは、シート４３を強圧することにより、
高いシール性を発揮するので、その外側に位置する突条
３５ｂによるシール部へ及ぼされる液体圧力は、著しく
減圧されるので、弾性部材３８が多少劣化して、該シー
ル部の挟圧力が低下しても、シール性が損なわれて、液
漏れを起こすことがない。換言すれば、シール部の長寿
命化が達成できる。

【００２６】

【効果】本願熱交換器は、上記実施形態で例示しよう
に、熱交換室に、ゴム弾性素材を露出して用いることが
ないので、特に、半導体処理液のように、腐食性の強い
薬液の温度調節に用いても、熱交換室のすべての周壁
を、フォトエッチング液などの腐食性薬液に侵食される
おそれの無い素材、例えば、ＰＴＦＥによって構成すれ
ば、従来のように、シール材を構成するゴム部材中の金
属イオンが処理液中に溶出して、不良品を発生させてし
まうといった事故を未然に防止できる。又、シール部材
として、特殊な構造を有する高価な精密部材を用いる必
要がなく、組み立ても特別な熟練を必要としないので、
熱交換器を低コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる熱交換器を組み込んだ液体温度
調節器を示す説明図である。

【図２】図１の側壁体の構造を示す斜視図である。

【図３】本発明に係る熱交換器の第２の実施形態の要部
を示す説明図である。

【図４】本発明に係る熱交換器の第３の実施形態の要部
を示す説明図である。

【図５】本発明に係る熱交換器の第４の実施形態の要部
を示す説明図である。

【図６】従来技術の一例を示す説明図である。

【図７】図６の一部を拡大して示す説明図である。

【符号の説明】

１耐薬品性熱交換器２、２２、３２、４２伝熱基板２ａ対向面２ｂ、２２ｂ、３２ｂ弾性部材収納溝３、２３、３３、４３耐薬品性シート４、２４、３４熱交換室５、２５、３５、４５側壁体５ａＶ形溝２５ａ、３５ａ〜ｃ、４５ａ〜ｃ突条８、２８、３８、４８弾性部材８０電子式冷凍機９０放熱体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱良導性素材から成り所定の間隔を隔てて
対向して配設された一対の伝熱基板と、耐薬品性素材か
ら成り前記一対の伝熱基板間に介在して該伝熱基板と共
に熱交換室を液密に囲む側壁体と、該熱交換室を外部に
開放する流体出入口とを備えた熱交換器において、前記
一対の伝熱基板の前記側壁体との当接部にループ状弾性
部材を固定すると共に、該弾性部材に対面する位置に突
条及び／又は溝を該側壁体と一体形成し、前記一対の伝
熱基板の対向面を被覆するように設けた耐薬品性シート
の周辺部を、前記ループ状弾性部材と前記突条及び／又
は溝との間で挟圧する状態で、前記伝熱基板と前記側壁
体とを圧接固定したことを特徴とする耐薬品性熱交換
器。
【請求項２】弾性部材が、伝熱基板に刻設した一連の周
溝に収納されており、該弾性部材に、側壁体に一体形成
した突条が、耐薬品性シートを介して圧接することによ
り、熱交換室が液密にシールされている請求項１の耐薬
品性熱交換器。
【請求項３】伝熱基板に刻設した周溝に収納されている
弾性部材が、伝熱基板が為す平面から一部突出した状態
で収納されており、該弾性部材が、側壁体の当接部に刻
設された溝に進入して耐薬品性シートを介して該溝に圧
接することにより、熱交換室が液密にシールされている
請求項１の耐薬品性熱交換器。