| 【発明の名称】 |
温度調節装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】野村 慎一
【氏名】小谷野 真次
【氏名】木下 裕一
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| 【要約】 |
【課題】熱電素子の結露を防止して信頼性と寿命の向上、および熱交換の効率を図るようにした温度調節装置の提供。
【解決手段】この発明は、複数の熱電素子（ペルチェ素子）１１と、熱を伝導する第１媒体を熱電素子１１の一方の面と接触させて熱の授受を行う第１熱交換器７と、熱を伝導する第２媒体を熱電素子１１の他方の面と接触させて熱の授受を行う第２熱交換器８と、第１媒体を第１熱交換器７、第１媒体を貯蔵するタンク１２、温度制御すべき装置との間で循環させるポンプ４などから構成される。複数の熱電素子１１、第１熱交換器７、第２熱交換器８、およびタンク４は、真空可能な気密性容器６内に収納されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 相対する両面を有し、ペルチェ効果の利用により前記両面に放熱と吸熱を起こさせる熱電素子と、熱を伝導する第１媒体が、前記熱電素子の一方の面との間で熱の授受を行う第１熱交換器と、熱を伝導する第２媒体が、前記熱電素子の他方の面との間で熱の授受を行う第２熱交換器と、前記第１媒体を、前記第１熱交換器と温度制御すべき装置との間で循環させるポンプと、このポンプで循環させる前記第１媒体の温度を検出する温度センサと、この温度センサの検出温度が目標値になるように、前記熱電素子の供給電流を制御する制御手段とを備え、前記熱電素子、前記第１熱交換器、および前記第２熱交換器を気密性容器内に収納したことを特徴とする温度調節装置。
【請求項２】 前記第１媒体を貯蔵するタンクを前記第１熱交換器の入口側に接続し、かつ、前記タンクを前記気密性容器内に収納したことを特徴とする請求項１記載の温度調節装置。
【請求項３】 前記熱電素子は、スケルトン型ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の温度調節装置。
【請求項４】 前記気密性容器は、真空ポンプにより減圧自在に構成したことを特徴とする請求項１、請求項２、または請求項３記載の温度調節装置。
【請求項５】 前記気密性容器に、乾燥空気、または乾燥した不活性ガスを充填したことを特徴とする請求項１、請求項２、請求頁３、または請求項４記載の温度調節装置。
【請求項６】 前記第１媒体および前記第２媒体は気体、または電気絶縁性が高くかつ熱伝導性がすぐれた液体を使用することを特徴とする請求項１から請求頁５のうちのいずれか１の請求項に記載の温度調節装置。
【請求項７】 前記第２媒体の温度を一定に調節する温度調節手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１の請求項に記載の温度調節装置。
【請求項８】 前記温度調節手段は、前記第２媒体を加熱、冷却する熱電素子と、前記第２媒体を貯蔵するタンクと、前記第２媒体を循環させるポンプと、前記第２媒体の温度を検出する温度センサと、この温度センサの検出温度が目標値に一致するように前記熱電素子の供給電流を制御する制御手段と、から構成することを特徴とする請求項７記載の温度調節装置。
【請求項９】 前記ポンプの発熱を、前記第２熱交換器に流す第２媒体を使用して放熱することを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１の請求項に記載の温度調節装置。
【請求項１０】 前記第１熱交換器および第２熱交換器は、前記熱電素子と接する部分に櫛型のフィンを設け、かつ各フィンに襞を設けたことを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか１の請求項に記載の温度調節装置。
【請求項１１】 前記第１熱交換器は、前記タンクの機能を併せて有する熱交換タンクとして構成し、この熱交換タンクを前記気密性容器内に収納したことを特徴とする請求項２記載の温度調節装置。
【請求項１２】 前記熱交換器タンクは、長さ方向に所定の間隔で複数の壁を設けて複数の槽に分割し、前記各壁には前記長さ方向に直交する周方向に所定角度をおいて連通孔を開け、この各連通孔を通じて前記各槽を連通自在に形成したことを特徴とする請求項１１記載の温度調節装置。
【請求項１３】 前記熱電素子は複数個からなり、この各熱電素子を周方向および長さ方向に所定間隔をおいて配置させて中空状の４面体を構成し、この４面体の内側に前記第１熱交換器を形成させ、前記４面体の外側に前記第１の熱交換器と同心状の第２熱交換器を配置させたことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１の請求項に記載の温度調節装置。
【請求項１４】 前記熱電素子を、所定間隔をおいて対向する２つの各平面内に、縦横方向に向けて所定の間隔をおいて配列させて２つの熱電素子配列面を形成させ、前記第１熱交換器をその両熱電素子配列面の間に形成させ、前記第２熱交換器を前記両熱電素子配列面の外側に形成させたことを特徴する請求項１から請求項１０までのいずれか１つに記載の温度調節装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ペルチェ効果を利用した熱電素子を用いて流体の加熱・冷却を行い、かつ、その流体の温度調節ができる温度調節装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の温度調節装置としては、例えばアメリカ特許５６１３３６４号に示すものが知られている。この従来の温度調節装置は、熱電素子（ペルチェ素子）と、この熱電素子の一方の面と接して流体の熱交換を行う第１の熱交換器と、その熱電素子の他方の面と接して流体の熱交換を行う第２の熱交換器と、冷媒タンクなどにより構成され、これらが所定のケース内に収納されたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来装置では、以下のような不都合が生じていた。
（１）冷媒タンクは単にケース内に収納されるだけで断熱状態にないので、冷媒タンクの外周面から放熱、吸熱があり、熱交換の効率が悪い。
（２）熱電素子が単にケース内に収納されるだけで断熱状態にないので、熱電素子の冷却部の外周面からの放熱、吸熱があり、熱交換の効率が悪い。
（３）熱電素子が同様に断熱状態にないので、熱電素子の表面に結露が生じ、寿命が低下する。
（４）熱電素子の放熱側の面を、第２の熱交換器に水道水を流して冷却しているが、この冷却が必ずしも適切でなく冷却能力が十分でない。
（５）熱電素子の配置が適切でないために、第１の熱交換器を流れる媒体（流体）の温度が不均一となり、精密な温度調節が困難である。
（６）熱電素子が、いわゆるサンドイッチ構造のペルチェ素子（標準型ペルチェモジュール）を利用しているため、熱交換の効率が悪い。
【０００４】そこで、本発明の目的は、熱電素子の結露を防止して信頼性と寿命の向上、および熱交換の効率を図るようにした温度調節装置を提供することにある。本発明の他の目的は、熱交換の効率の向上、および媒体の温度を均一化して性能の向上を図るようにした温度調節装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、相対する両面を有し、ペルチェ効果の利用により両面に放熱と吸熱を起こさせる熱電素子と、熱を伝導する第１媒体が、熱電素子の一方の面との間で熱の授受を行う第１熱交換器と、熱を伝導する第２媒体が、熱電素子の他方の面との間で熱の授受を行う第２熱交換器と、第１媒体を、第１熱交換器と温度制御すべき装置との間で循環させるポンプと、このポンプで循環させる第１媒体の温度を検出する温度センサと、この温度センサの検出温度が目標値になるように、熱電素子の供給電流を制御する制御手段とを備え、熱電素子、第１熱交換器、および第２熱交換器を気密性容器内に収納したものである。
【０００６】また、本発明では、第１媒体を貯蔵するタンクを第１熱交換器の入口側に設け、かつ、タンクを気密性容器内に収納するようにしても良い。上記の熱電素子としては、スケルトン型ペルチェ素子とするのが、熱抵抗を減少させ、熱を伝導する媒体の加熱、冷却が向上する上で好ましい。
【０００７】上記の気密性容器は、真空ポンプにより減圧して真空状態にできるようにするのが、断熱効果と防湿効果を高める上で好ましい。また、上記の気密性容器には、乾燥空気、または乾燥した不活性ガスを充填するようにしても良い。さらに、上記の第１媒体および第２媒体として気体または液体を使用し、液体を使用する場合には、電気絶縁性が高くかつ熱伝導性がすぐれたものを使用するのが好ましい。
【０００８】また、本発明では、第２媒体の温度を一定に調節する温度調節手段を設けるのが、媒体の熱交換効率を向上させる上で好ましい。その温度調節手段は、第２媒体を加熱、冷却する熱電素子と、第２媒体を貯蔵するタンクと、第２媒体を循環させるポンプと、第２媒体の温度を検出する温度センサと、この温度センサの検出温度が目標値に一致するように熱電素子の供給電流を制御する制御手段とから構成するようにした。
【０００９】上記のポンプの発熱は、第２熱交換器に流す第２媒体（例えば水道水）を使用して放熱させるようにするのが、ポンプをファンなどで冷却する不都合を解消する上で好ましい。また、上記の第１熱交換器および第２熱交換器は、熱電素子と接する部分に櫛型のフィンを設け、かつ各フィンに襞を設けるのが、フィンの表面積の増加と流体の流れに乱流をもたらし、熱交換の効率を向上させる点で好ましい。
【００１０】さらに、本発明では、熱電素子は複数個からなり、この各熱電素子を周方向および長さ方向に所定間隔をおいて配置させて中空状の４面体を構成し、この４面体の内側に第１熱交換器を形成させ、４面体の外側に第１の熱交換器と同心状の第２熱交換器を配置させるようにした。このような構成により、第１媒体の温度を均一化することができる。
【００１１】また、本発明では、熱電素子を、所定間隔をおいて対向する２つの各平面内に、縦横方向に向けて所定の間隔をおいて配列させて２つの熱電素子配列面を形成させ、第１熱交換器をその両熱電素子配列面の間に形成させ、第２熱交換器を両熱電素子配列面の外側に形成させるようにした。このような構成により、第１媒体の温度を均一化でき、かつ熱交換部を小型化できる。
【００１２】また、本発明では、上記の第１熱交換器を、タンクの機能を併せて有する熱交換タンクとして構成し、この熱交換タンクを気密性容器内に収納するようにしても良い。
【００１３】この場合には、その熱交換器タンクは、長さ方向に所定の間隔で複数の壁を設けて複数の槽に分割し、各壁には所定角度をおいて連通孔を開け、この各連通孔を通じて各槽を連通自在に形成するのが、液体が渦流となって流れて熱電効果を向上できる点で好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の温度調節装置の第１の実施の形態の全体の構成を示す縦断面図である。図２は、図１中の熱交換部のみを取り出した正面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線の断面図である。図４は、第１の実施の形態の配管の構成を模式的に描いた図である。
【００１５】この温度調節装置の第１の実施の形態は、図１に示すように、キャスター１を備えた基台２上に外装ケース３が取付けられ、この外装ケース３内に後述する各構成要素が設けられている。基台２上には、第１媒体を循環するポンプ４が搭載されている。また、基台２上には固定部材５が固定され、この固定部材５上に機密性容器６が設けられている。気密性容器６内には、第１熱交換器７および第２熱交換器８からなり断熱材９で固定部材５上に支持された熱交換部１０と、第１熱交換器７と第２熱交換器８との間に密着された複数の熱電素子１１と、熱交換部１０の上部に搭載され第１媒体を貯蔵するタンク１２が設けられている。第１熱交換器７は、後述するように、熱を伝導する第１媒体が、熱電素子１１の一方の面との間で熱の授受を行うものである。第２熱交換器８は、後述するように、熱を伝導する第２媒体が、熱電素子１１の他方の面との間で熱の授受を行うものである。
【００１６】ここで、熱電素子１１は、例えば複数のＰ型半導体とＮ型半導体を組み合わせてペルチェ効果により放熱（発熱）と吸熱を生じさせる標準型のペルチェモジュール（ペルチェ素子）と呼ばれるものである。そして、この熱電素子１１は、全体が平板状であって相対する２つの面を有し、この２つの面に電流の流れる方向に応じて放熱と吸熱が生ずるようになっている。
【００１７】気密性容器６の上部には、真空ポンプ（図示せず）により機密性容器６内の空気を排気するための排気孔１３が設けられ、この排気孔１３は真空封止栓１４により封止できるようになっている。このように、気密性容器６内の減圧によって、気密性容器６内は断熱、防湿構造となる。気密性容器６内の真空度を維持するために、例えば機密性容器６内の底部に気体を吸着させるゲッタ材１５が配置されている。なお、気密性容器６内は必ずしも真空にする必要はなく、乾燥空気、不活性ガスなどを充填するようにしてもよい。
【００１８】次に、機密性容器６内に設けられている熱交換部１０と、熱電素子１１の詳細な構成について説明する。熱交換部１０は、図２および図３に示すように、第１熱交換器７と４つの第２熱交換器８とからなり、これらが同心状に配置されている。また、第１熱交換器７の４つの外周面の同一の高さ位置には、４つの熱電素子１１の一方の面がそれぞれ密着され、かつ、各熱電素子１１の他方の面は対応する第２熱交換器８の内側の面に密着されている。さらに、第１熱交換器７の４つの外周面の高さ方向には、図１に示すように、所定の間隔をおいて熱電素子１１の一方の面が密着され、かつ、その各熱電素子１１の他方の面は対応する第２熱交換器８の内側の面に密着されている。
【００１９】第１熱交換器７は、図２および図３に示すように、全体が中空状の熱伝導性の高い部材（例えば銅）からなる４角柱ブロック２３からなり、この４角柱ブロック２３の内部の長さ方向に向けて第１媒体通路２１が形成されている。４角柱ブロック２３の４つの外周面には、上述のように各熱電素子１１の一方の面が密着されている。第１媒体通路２１は、図３に示すように、熱電素子１１を密着させた４角柱ブロック２３の各外面の裏側の位置に、長さ方向に延びる複数（この例では４つ）の凹部が形成され、この各凹部内に長さ方向に延びるとともに第１媒体通路２１の中心に向かうように、３枚の平行板からなり全体が櫛型のフィン２２が設けられている。
【００２０】第２熱交換器８は、図２および図３に示すように、長さ方向に複数（この例では７枚）のフィン２４を設けた熱伝導性の高いフィン付き部材２５と、このフィン付き部材２５と接続されて第２媒体通路２６を形成する熱伝導性の高い部材からなる平板２７とから構成される。フィン付き部材２５は、図３に示すように、熱電素子１１の他方の面と密着すると同時に、４角柱ブロック２３とは断熱性の高い断熱部材（例えばテルリン）２５Ａで断熱されるように構成される。そして、断熱部材２５Ａは、熱電素子１１の外周面を被覆または密着するように構成される。
【００２１】熱電素子１１に供給する電流は、後述のように、外装ケース１に取付けられた継手３９から気密性容器６内のタンク１２に至までの途中に設けられた温度センサ２８（例えば白金測音体）の検出温度が目標値になるように、制御される。
【００２２】図１に示すように、気密性容器６内の各熱電素子１１へ電力を供給するために、気密性容器６の上部にケーブル（図示せず）を通すための通孔３６が設けられ、かつ、外装ケース１の側面にコネクタ３７が取付けられている。また、外装ケース１には、第１媒体を外部装置（図示せず）との間で循環させるため、第１媒体を外部装置に供給する継手４１と外部装置から戻り入れる継手３９とが取付けられている。継手４１が気密性容器６内の第１熱交換器７と接続するために、気密性容器６の上部に継手４０が取付けられている。同様に、継手３９が気密性容器６内のタンク１２と接続するために、気密性容器６の上部に継手３８が取付けられている。これら継手同士は、断熱性部材で覆われたパイプで接続されている。また、外装ケース１内のポンプ４がタンク１２および第１熱交換器７と接続するために、気密性容器６に継手（図示せず）が取付けられ、その継手とポンプ４とはパイプで接続されている。さらに同様に、気密性容器６内の第２熱交換器８に第２媒体を供給、排出するために、気密性容器６および外装ケース１の各々に継手（図示せず）が取付けられ、それらはパイプによって接続されている。なお、第１媒体の流れる各部の配管と、第２媒体の流れる各部の配管の説明は後述する。
【００２３】次に、この第１の実施の形態の各部の配管の構成について、図４を参照して説明する。この第１の実施の形態では、図４に示すように、ポンプ４を駆動することにより、第１媒体をタンク１２、ポンプ４、第１熱交換器７、および冷却・加熱対象である外部装置（図示せず）の順に循環できるように配管されている。従って、タンク１２、ポンプ４、および第１熱交換器７は、パイプなどからなる第１媒体通路２９を介して直列に接続されている。タンク１２内または第１媒体通路２９の途中には、第１媒体の流れの有無を監視する流量センサ３１が配置されており、タンク１２の入口に至る途中には温度センサ２８が配置されている。
【００２４】また、第２熱交換器８の出入口側には、水道水などの第２媒体が外部から供給されたのち排出されるようにパイプなどからなる第２媒体通路３０が接続されている。この第２媒体は、第１媒体からの熱移動を効率的に行うために、装置の稼働時に常時流しておくものである。第２媒体通路３０の途中には、第２媒体の流れの有無を監視するための流量センサ３２が配置されている。
【００２５】ここで、上述の第１媒体および第２媒体は、ヘリウムやＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系のガスなどの気体、または電気絶縁性が高くかつ熱伝導性がすぐれたフッ素系不活性液体やシリコンオイルなどの液体を使用しても良い。例えば、外部装置がプラズマエッチング装置の場合には、高電力、高周波のプラズマが発生しているため、第１媒体はフッ素系不活性液体が好ましい。
【００２６】次に、このような構成からなる第１の実施の形態の制御系の構成について、図５を参照して説明する。この第１の実施の形態では、図５に示すように、コントローラ３４により各部が制御されるように構成される。すなわち、コントローラ３４は、その入力側に温度センサ２８、流量センサ３１、流量センサ３２の検出信号が入力されるように構成される。コントローラ３４の出力側には、その制御対象であるポンプ４、および図２などに示す熱電素子１１が接続されている。
【００２７】次に、このような構成からなる第１の実施の形態の動作について説明する。いま、コントローラ３４の動作指令により、ポンプ４が駆動されると、図４に示すように、第１媒体がタンク１２、ポンプ４、第１熱交換器７、および外部装置（図示せず）の順に循環する。これに伴い、コントローラ３４は、温度センサ２８の検出信号を入力し、この検出温度が設定値になるように、図２の各熱電素子１１への供給電流と極性を制御し、第１媒体の加熱、冷却を行う。すなわち、検出温度が設定値より高い場合には、第１熱交換器７に接する面が冷却される極性で電流を増減させ、逆に、検出温度が設定値より低い場合には、前述の電流方向の極性を反転させて電流を制御する。この制御方法としては、一般的なＰＩＤ制御で行う。また、このような第１媒体の加熱、冷却中には、第１媒体からの熱移動を効率的に行うために、第２熱交換器８には、常時、第２媒体を外部から供給して排出させる。
【００２８】ところで、流量センサ３１、３２、また温度センサ２８などからの検出温度により、コントローラ３４が何らかの異常が発生したと判断すると、コントローラ３４は、警告信号を発生してその旨をオペレータに知らせると同時に、ポンプ４や熱電素子１１などの各部の動作を停止させる。さらに、気密性容器６内は減圧されて真空状態にあるので、タンク１２の外側や熱交換部１０の熱電素子１１以外からの熱伝導がなく、タンク１２や熱電素子１１に結露が発生しない。また、気密性容器内６は断熱構造にあるため、熱交換率が向上する。
【００２９】なお、第１の実施の形態では、第１媒体を貯蔵するタンク１２を第１熱交換器７の入口側に接続するようにしたが、このタンク１２は省略しても良い。
【００３０】次に、本発明の第２の実施の形態について、図６（Ａ）（Ｂ）を参照して説明する。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態における熱電素子１１を、図６に示すようなスケルトン型熱電素子５１に代え、これに伴って第１の実施の形態における第１熱交換器７および第２熱交換器８を、図６（Ａ）に示すような第１熱交換器５２および第２熱交換器５３に変更したものである。すなわち、この第２の実施の形態では、図６（Ａ）に示すように、スケルトン型熱電素子５１を取付ける中空状の内側の断熱部材からなる角柱筒５４と、その角柱筒５４を囲む中空状の外側の角柱筒５５とが同心状に配置されている。
【００３１】角柱筒５４の４つの面の同一の高さ位置には、スケルトン型熱電素子５１を配置するための方形の孔５６がそれぞれ設けられ、かつ、その４つの各面の高さ方向にも所定間隔をおいてその孔５６が設けられている。スケルトン型熱電素子５１は、セパレータ５７の端部が複数のネジ５８により孔５６の周縁に固定され、それ自身が孔５６の位置にくるように構成される。図６の拡大部に示すように、孔５６の周囲には溝５９が設けられ、その溝５９内にＯリング６０が嵌まるようになっており、これにより、セパレータ５７を角柱筒５４に取付ける際に気密性を確保できる。
【００３２】ここで、スケルトン型熱電素子５１は、図６（Ｂ）に示すように、セパレータ５７の縦横方向に多数設けた孔に、Ｐ型半導体素子５１ＡとＮ型半導体素子５１Ｂとを交互に差し込んだものである。そして、隣り合う半導体素子５１Ａ、５１Ｂは、セパレータ５７を挟んで交互に電極を兼ねたＵ字状フィン６１、６２で接続され、流す電流の方向により、セパレータ５７で分離される一方のＵ字状フィン側が放熱し、他方のＵ字状フィン側が吸熱するようになっている。なお、また、図６（Ｂ）に示すように、端部に配置されるＰ型半導体素子５１ＡとＮ型半導体素子５１Ｂは、平板状の電極６２Ａで接続されている。
【００３３】このようなスケルトン型熱電素子５１の採用により、以下のような利点がある。すなわち、従来の標準型熱電素子では、その両面がアルミナセラミックスなどの部材からなっており、この部材の熱抵抗が熱伝導性を劣化させていたのに対し、スケルトン型熱電素子５１では半導体素子部に、直接、Ｕ字状フィン６１、６２を形成しているため、熱抵抗が小さくなって熱伝導性の向上につながる。このような構成により、角柱筒５４の内側には第１媒体が通る第１媒体通路６３が形成され、角柱筒５４と角柱筒５５とで囲まれた部分には第２媒体が通る第２媒体通路６４が形成される。
【００３４】このように第２の実施の形態では、スケルトン型熱電素子５１を使用したので、発熱部と吸熱部とが第１媒体と第２媒体に直接接することができ、熱抵抗が減少して加熱・冷却の効率が向上する。また、スケルトン型熱電素子５１の場合には、電流通路がむきだしになっているため、第１媒体および第２媒体としては電気絶縁性が高くかつ熱伝導性の高い液体を使用するのが好ましいが、電流通路を熱伝導性かつ電気絶縁性の樹脂でコーティングするなどにより、他の液体や気体を利用することもできる。
【００３５】次に、本発明の第３の実施の形態について、図７および図８を参照して説明する。この第３の実施の形態は、第１の実施の形態の第１熱交換器７に代えて、第１媒体を熱交換するとともに貯蔵する機能を有する熱交換タンク７１を備えるようにし、これにより第１の実施の形態のタンク１２を省略したものである。
【００３６】すなわち、この第３の実施の形態は、図７および図８に示すように、熱電素子１１を取付ける中空状の角柱筒７２と、その角柱筒７２を囲む中空状の円筒７３とが同心状に配置され、角柱筒７２と円筒７３とで囲まれた空間により熱交換タンク７１を形成し、その角柱筒７２内に４つからなる第２熱交換器７４を設けたものである。
【００３７】角柱筒７２の４つの内面の同一の高さ位置には、熱電素子１１がその一方の面を密着して配置され、かつ、その４つの各内面の高さ方向には、所定間隔をおいて熱電素子１１がその一方の面を密着して配置されている。熱交換タンク７１は、図７に示すように、角柱筒７２の外周面の高さ方向に所定の間隔で取付けられた複数のフィン７５により複数の槽７１Ａに分割されている。そして、各フィン７５には、長さ方向に直交する周方向に所定角度（この例では９０度）をおいて連通孔７６が開けられ、この各連通孔７６を通じて各槽７１Ａは連通自在に構成されている。
【００３８】各フィン７５は、図７および図８に示すように、半径方向に向けて取付けられ、各フィン７５の外周面と円筒７３の内周面との間には、所定幅の隙間が設けられている。角柱筒７２内の高さ方向には４つの第２熱交換器７４が設けられ、第２熱交換器７４には熱電素子１１の他方の面が密着するように構成される。各第２熱交換器７４の高さ方向には、第２媒体が通る第２媒体通路７７が設けられている。
【００３９】このように構成される第３の実施の形態では、第１媒体を熱交換するとともに貯蔵する機能を有する熱交換タンク７１を備えるようにしたので、図１で示すようタンク１２を省略できる。また、熱交換タンク７１は、フィン７５により複数の槽７１Ａに分割され、各フィン７５には所定角度をおいて連通孔７６が開けられ、この連通孔７６を通じて各槽７１Ａを連通するようにしたので、第１媒体（流体）が渦流となって流れ熱伝導効果の向上が図れる。
【００４０】次に、本発明の第４の実施の形態について、図９および図１０を参照して説明する。この第４の実施の形態は、第１の実施の形態の熱電素子１１の配列を図９および図１０に示すように変更すると同時に、これに伴って第１の実施の形態の第１熱交換器７および第２熱交換器８を、図示のような第１熱交換器８３および第２熱交換器８４に代えたものである。
【００４１】この第４の実施の形態は、図９および図１０に示すように、同一面内の縦横方向に所定の間隔をおいて複数の熱電素子１１を配列して２つの熱電素子配列面８１、８２を形成させ、この２つの熱電素子配列面８１、８２を所定の間隔をおいて配置させている。そして、その熱電素子配列面８１と熱電素子配列面８２との間に、第１媒体の熱交換を行うために第１媒体通路８５となる第１熱交換器８３を形成させる。また、熱電素子配列面８１と熱電素子配列面８２の外側には、第２媒体の熱交換を行うために第２媒体通路８６となる２つの第２熱交換器８４を形成させる。
【００４２】さらに詳述すると、図９に示すように、各熱電素子１１の第１媒体通路８５側の面には、熱伝導性部材からなるフィン８７が密着されている。各フィン８７の外周部は、第１熱交換器８１を形成する部材が密着され、この部材と各フィン８７により第１媒体通路８５が形成されている。また、各熱電素子１１の第２媒体通路８６側の面には、熱伝導性部材からなるフィン８８が密着されている。各フィン８８の外周部は、第１熱交換器８１を形成する部材が密着され、この部材と各フィン８８により第２媒体通路８６が形成されている。なお、第１媒体通路８５内において対向するフィン８７同士は、互いにずれるように構成され、これにより第１媒体通路８５の幅が狭くできる。
【００４３】そして、各熱電素子１１に供給する電流は、第１の実施の形態と同様に、温度センサ２８の検出温度が目標値になるように制御される。
【００４４】次に、本発明の第５の実施の形態について、図１１よび図１２参照して説明する。この第５の実施の形態は、第１の実施の形態から第４の実施の形態におけるポンプ４の発熱を防止するために、図１１に示すような冷却ジャケット４５を設けたものである。
【００４５】この冷却ジャケット４５は、図１１に示すように、ポンプ４のモータ部４Ａの周囲に冷却タンク４６を配置させ、この冷却タンク４６内に、第２媒体通路３０に供給される第２媒体の一部が導入、排出できるように構成されている。すなわち、冷却タンク４６の導入口４７には、第２媒体通路３０の上流側の途中から分岐接続されたバイパス通路４９Ａが接続され、その排出口４８には排出通路４９Ｂが接続されている。
【００４６】なお、この第５の実施の形態の他の部分の構成は、第１の実施の形態〜第４の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００４７】次に、本発明の第６の実施の形態について、図１３を参照して説明する。上述の第５の実施の形態では、第２熱交換器８に流す第２媒体の温度を調節できないという不都合がある。そこで、第６の実施の形態では、その不都合を解消するために、図１３に示すように、第２熱交換器８に供給する第２媒体の加熱、冷却を行う１個あるいは複数個からなる熱電素子９１と、第２媒体を熱電素子９１の一方の面と接触させて熱交換を行う第３熱交換器９２と、その第２媒体の一部を熱電素子９１の他方の面と接触させて熱交換を行う第４熱交換器９３とを増設したものである。
【００４８】さらに、この第６の実施形態では、第２熱交換器８に流す第２媒体の温度を検出する温度センサ９４を、図１３に示すように、第３熱交換器９２と第２熱交換器８との間の第２媒体通路３０の途中に設けている。そして、図示しないコントローラが温度センサ９４の温度を検出し、この検出温度が目標値になるように、コントローラ（図示せず）が熱電素子９１の供給電流を制御するように構成されている。
【００４９】次に、本発明の第７の実施の形態について、図１４を参照して説明する。上述の第６の実施の形態では、第２熱交換器８に流れる第２媒体が排出されてしまうので、第２媒体の温度調節が必ずしも適切でない。
【００５０】そこで、第７の実施の形態では、その不都合を解消するために、図１４に示すように、第２ポンプ９５と第２タンク９６を増設し、第２ポンプ９５により第２媒体を第３熱交換器９２、第２熱交換器８、第２タンク９６、第２ポンプ９５を経由して循環できるように構成したものである。また、熱電素子９１、第３熱交換器９２、第４熱交換器９３、第２ポンプ９５、および第２タンク９６は、図１に示す外装ケース３内に組み込まれている。
【００５１】さらに、この第７の実施の形態では、図示しないコントローラが温度センサ９４の温度を検出し、この検出温度が目標値になるように、コントローラが熱電素子９１の供給電流を制御するように構成されている。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、熱電素子、第１熱交換器、および第２熱交換器を気密性容器内に収納し、真空状態を実現できるようにしたので、熱電素子の結露が防止でき、熱電素子の信頼性と寿命の向上が図れ、かつ断熱効果により熱交換効率が向上する。
【００５３】また、本発明では、熱電素子としてスケルトン型熱電素子を使用した場合には、熱抵抗を減少させ、熱を伝導する媒体の加熱、冷却の向上が図れる。
【００５４】さらに、本発明では、第２媒体の温度を一定に調節する温度調節手段を設けるようにしたので、媒体の熱交換効率の向上が図れる。
【００５５】また、本発明では、熱電素子は複数個からなり、この各熱電素子を周方向および長さ方向に所定間隔をおいて配置させて中空状の４面体を構成し、この４面体の内側に第１熱交換器を形成させ、４面体の外側に第１の熱交換器と同心状の第２熱交換器を配置させるようにした。このため、第１媒体の温度を均一化することができる。
【００５６】さらに、本発明では、熱電素子を、所定間隔をおいて対向する２つの各平面内に、縦横方向に向けて所定の間隔をおいて配列させて２つの熱電素子配列面を形成させ、第１熱交換器をその両熱電素子配列面の間に形成させ、第２熱交換器を両熱電素子配列面の外側に形成させるようにした。このため、第１媒体の温度を均一化でき、かつ熱交換部を小型化できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１０７９９６
【氏名又は名称】セイコー精機株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１２月８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】川井 隆 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１７３７０１ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３５４１４９ |
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