(57)【要約】【課題】  全体の温度格差（温度ムラ）をより小さくすることにより無用な膨張歪や熱損失を回避する。【解決手段】  熱交換室３の内部に仕切壁５を設けることにより、熱交換室３を熱交換面２ｆ，２ｒに対して直角方向に二分して一対の熱交換分室部３ｆ，３ｒに形成するとともに、各熱交換分室部３ｆ，３ｒに所定の流路パターンＲｆ，Ｒｒをそれぞれ設け、かつ仕切壁５に貫通孔Ｒｏを設けて各熱交換分室部３ｆ，３ｒの流路パターンＲｆ，Ｒｒの一端部同士を直列接続するとともに、一対の熱交換分室部３ｆ，３ｒにおける一方の流路パターンＲｆの他端部を流体Ｌの流入端とし、かつ他方の流路パターンＲｒの他端部を流体Ｌの流出端とした少なくとも一つの熱交換部Ｃ…を備える。【選択図】  図１
2010151427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、熱交換される流体を流通させる所定の流路パターンを内部に設けた熱交換室を有する所定の厚さの熱交換ブロック部と、この熱交換ブロック部の厚さ方向における一対の熱交換面にそれぞれ付設して前記流体に対して熱交換を行う一対の温調部とを備える熱交換装置であって、前記熱交換室の内部に仕切壁を設けることにより、前記熱交換室を前記熱交換面に対して直角方向に二分して一対の熱交換分室部に形成するとともに、各熱交換分室部に所定の流路パターンをそれぞれ設け、かつ前記仕切壁に貫通孔を設けて各熱交換分室部の流路パターンの一端部同士を直列接続するとともに、一対の熱交換分室部における一方の流路パターンの他端部を流体の流入端とし、かつ他方の流路パターンの他端部を流体の流出端とした少なくとも一つの熱交換部を備えることを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記一対の熱交換分室部に設ける一方又は双方の流路パターンは、渦巻状となる渦巻流路パターンにより形成することを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記渦巻流路パターンは、当該渦巻流路パターンにより形成される流路の一部又は全部の流路幅を外周側から中心側へ行くに従って漸次広くすることを特徴とする請求項２記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記流路パターンの中心側端部を接続する位置に設けることを特徴とする請求項１，２又は３記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記一対の熱交換分室部に設ける各流路パターンは、流体の流通する周回方向を同じ方向に設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記流路パターンは、当該流路パターンにより形成される流路の内部に当該流路に沿った一又は二以上の補助パターンを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換装置。
【請求項７】
前記熱交換ブロック部は、表裏面に前記流路パターンをそれぞれ設けたインナプレート部を、伝熱性を有する一対のアウタプレート部により挟んで構成することを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
【請求項８】
前記インナプレート部の側面又は当該インナプレート部の内部に、流入路と流出路を設け、前記流路パターンの流入端を、傾斜面を有する流路を介して前記流入路に接続するとともに、前記流路パターンの流出端を、傾斜面を有する流路を介して前記流出路に接続することを特徴とする請求項７記載の熱交換装置。
【請求項９】
前記温調部は、ペルチェ素子を用いたサーモモジュールを備えるとともに、当該サーモモジュールにおける前記流路パターン側の面に対する反対側の面に当該サーモモジュールの放熱又は放冷を行うウォータジャケット部を付設してなることを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
【請求項１０】
一対の温調部におけるウォータジャケット部同士を直列に接続するとともに、ウォータジャケット部に流通させる液体の流出入口側と前記熱交換ブロック部における流体の流出入口側を反対の位置関係で配することを特徴とする請求項９記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換される流体を流通させる所定の流路パターンを内部に設けた熱交換室を有する熱交換ブロックを備える熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱交換される流体を流通させる所定の流路パターンを内部に設けた熱交換室を有する所定の厚さの熱交換ブロック部と、この熱交換ブロック部の厚さ方向における一対の熱交換面にそれぞれ付設して流体に対して熱交換を行う一対の温調部とを備える熱交換装置としては、特許文献１で開示される熱交換器が知られている。
【０００３】
ところで、この種の熱交換装置（熱交換器）では、熱交換室に設ける流路パターンの実質長を長くすることが熱交換効率を高める上で必要となるため、特許文献１の熱交換器では、本体ブロックの内部に、独立した複数の流通空間を配列させて設けるとともに、外部より一端に位置する流通空間から他端に位置する流通空間まで貫通する往路形成孔と復路形成孔をそれぞれ異なる位置に設け、他端に位置する流通空間（折返流通空間）を除く他の流通空間（共有流通空間）を往路空間と復路空間に仕切ることにより、当該往路空間と復路空間の内部にそれぞれジグザグ流路を形成するとともに、折返流通空間に、往路形成孔から復路形成孔に至るジグザグ流路を形成している。
【０００４】
このような熱交換室に設ける流路パターンとしては、従来より様々な流路パターンが知られている。特に、流体の良好な流通を確保しつつ実質長をより長くできる流路パターンとしては、渦巻流路パターンが知られており、例えば、特許文献２には、内部に、その中心部から外縁部に向けて渦巻き状をなす媒体流路を形成することにより、この媒体流路の一側端部を給水ポンプに接続し、他側端部を排水タンクに接続するとともに、媒体流路の内部に冷却水を流し、この冷却水との熱交換により試料の温度を制御するようにした熱交換構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−５５９０号公報
【特許文献２】特開２０００−１５５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来における流路パターンを用いた熱交換構造は、次のような問題点があった。
【０００６】
第一に、全体の温度分布が流路パターンに対応した分布となるため、無用な膨張歪や熱損失を生じやすい。特に、渦巻流路パターンの場合には、中心部側から外縁部側の放射方向に温度勾配を有するため、これに伴う膨張歪や熱損失が無視できない。また、流路パターンに対してペルチェ素子を用いたサーモモジュールによる温調部を付設する場合、流路パターンに対応した負荷がサーモモジュールに付加されるため、負荷の格差により複数のサーモモジュールの一部が劣化しやすくなる。
【０００７】
第二に、流路パターンの流入口又は流出口の一方の位置が流路パターンの形状に影響されやすく、設計自由度を高められない。特に、渦巻流路パターンの場合、流路パターンの流入口又は流出口の一方がパターン中心部に位置してしまうため、流路パターンに対して両面側から温調部（又は被温調部）を付設する場合には、流入口又は流出口に接続する配管等が邪魔となり、温調部（又は被温調部）のレイアウト設計等が大変になるとともに、熱交換効率を低下させる要因になる。
【０００８】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した熱交換装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するため、少なくとも、熱交換される流体Ｌを流通させる所定の流路パターンを内部に設けた熱交換室３を有する所定の厚さの熱交換ブロック部２と、この熱交換ブロック部２の厚さ方向における一対の熱交換面２ｆ，２ｒにそれぞれ付設して流体Ｌに対して熱交換を行う一対の温調部４ｆ，４ｒとを備える熱交換装置１であって、熱交換室３の内部に仕切壁５を設けることにより、熱交換室３を熱交換面２ｆ，２ｒに対して直角方向に二分して一対の熱交換分室部３ｆ，３ｒに形成するとともに、各熱交換分室部３ｆ，３ｒに所定の流路パターンＲｆ，Ｒｒをそれぞれ設け、かつ仕切壁５に貫通孔Ｒｏを設けて各熱交換分室部３ｆ，３ｒの流路パターンＲｆ，Ｒｒの一端部同士を直列接続するとともに、一対の熱交換分室部３ｆ，３ｒにおける一方の流路パターンＲｆの他端部を流体Ｌの流入端とし、かつ他方の流路パターンＲｒの他端部を流体Ｌの流出端とした少なくとも一つの熱交換部Ｃ…を備えることを特徴とする。
【００１０】
この場合、発明の好適な態様により、一対の熱交換分室部３ｆ，３ｒに設ける一方又は双方の流路パターンＲｆ，Ｒｒは、渦巻状となる渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗにより形成することが望ましい。この際、渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗは、当該渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗにより形成される流路の一部又は全部の流路幅を外周側から中心側へ行くに従って漸次広くすることができる。また、貫通孔Ｒｏは、流路パターンＲｆ，Ｒｒの中心側端部を接続する位置に設けることができ、この際、一対の熱交換分室部３ｆ，３ｒに設ける各流路パターンＲｆ，Ｒｒは、流体Ｌの流通する周回方向を同じ方向に設定することが望ましい。さらに、流路パターンＲｆ，Ｒｒには、当該流路パターンＲｆ，Ｒｒにより形成される流路の内部に当該流路に沿った一又は二以上の補助パターンＲｓ…を設けることができる。一方、熱交換ブロック部２は、表裏面１１ｆ，１１ｒに流路パターンＲｆ，Ｒｒをそれぞれ設けたインナプレート部１１を、伝熱性を有する一対のアウタプレート部１２ｆ，１２ｒにより挟んで構成できる。また、インナプレート部１１の側面１１ｓ又は当該インナプレート部１１の内部に、流入路Ｓｉと流出路Ｓｅを設け、流路パターンＲｆの流入端を、傾斜面Ｓｉｓを有する流路を介して流入路Ｓｉに接続できるとともに、流路パターンＲｒの流出端を、傾斜面Ｓｅｓを有する流路を介して流出路Ｓｅに接続できる。他方、温調部４ｆ，４ｒは、ペルチェ素子を用いたサーモモジュールＭｔ…を備えるとともに、当該サーモモジュールＭｔ…における流路パターンＲｆ，Ｒｒ側の面に対する反対側の面に当該サーモモジュールＭｔ…の放熱又は放冷を行うウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒを付設して構成できる。この際、一対の温調部４ｆ，４ｒにおけるウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒ同士を直列に接続するとともに、ウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒに流通させる液体Ｗの流出入口１４ｉ，１４ｅ側と熱交換ブロック部２における流体Ｌの流出入口１５ｉ，１５ｅ側を反対の位置関係で配することが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
このような構成を有する本発明に係る熱交換装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１２】
（１）  熱交換室３の内部に仕切壁５を設けることにより、熱交換室３を熱交換面２ｆ，２ｒに対して直角方向に二分して一対の熱交換分室部３ｆ，３ｒに形成するとともに、各熱交換分室部３ｆ，３ｒに所定の流路パターンＲｆ，Ｒｒをそれぞれ設け、かつ仕切壁５に貫通孔Ｒｏを設けて各熱交換分室部３ｆ，３ｒの流路パターンＲｆ，Ｒｒの一端部同士を直列接続するようにしたため、熱交換ブロック部２における全体の温度分布を、仕切壁５を介した一対の流路パターンＲｆとＲｒの流体Ｌにより平均化できる。したがって、全体の温度格差（温度ムラ）をより小さくすることが可能となり、無用な膨張歪や熱損失を回避できる。なお、流路パターンＲｆ，Ｒｒ同士を並列接続する場合には、このような効果を得れないとともに、温度格差はより強調されてしまう。
【００１３】
（２）  好適な態様により、一対の熱交換分室部３ｆ，３ｒに設ける一方又は双方の流路パターンＲｆ，Ｒｒを、渦巻状となる渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗにより形成すれば、熱交換ブロック部２における中心側と外周側における温度分布を平均化（均一化）できるため、特に、中心側と外周側の間で生じる無用な膨張歪や熱損失を回避することができる。
【００１４】
（３）  好適な態様により、渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗにより形成される流路の一部又は全部の流路幅を外周側から中心側へ行くに従って漸次広くすれば、曲率が小さくなる中心側の相対的な流速を下げることができるため、流体Ｌが流れる際の圧損を小さくできるとともに、淀みや泡などの発生を防止することができる。
【００１５】
（４）  好適な態様により、貫通孔Ｒｏを、渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗの中心側端部を接続する位置に設ければ、渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗを設ける場合であっても、流入口１５ｉ及び流出口１５ｅを各渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗの外周側、即ち、熱交換ブロック部２の側面に配することができるため、熱交換面２ｆ，２ｒに影響を与えることはない。したがって、温調部４ｆ，４ｒのレイアウト設計等が容易となり、設計自由度を高めることができるとともに、実質的な熱交換面積を広げることができ、熱交換効率をより高めることができる。
【００１６】
（５）  好適な態様により、一対の熱交換分室部３ｆ，３ｒに設ける各渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗを、流体Ｌの流通する周回方向を同じ方向に設定すれば、一方の渦巻流路パターンＲｆｗから貫通孔Ｒｏへの流出方向と貫通孔Ｒｏから他方の渦巻流路パターンＲｒｗへの流入方向を同じ方向に設定することができる。したがって、貫通孔Ｒｏにおける流体Ｌの流れが急変することなくスムーズな流れとなり、圧力損失を低減することができる。また、流入口１５ｉ及び流出口１５ｅを同じ方向に向けた状態で離間させることができる。
【００１７】
（６）  好適な態様により、流路パターンＲｆ，Ｒｒにより形成される流路の内部に当該流路に沿った一又は二以上の補助パターンＲｓ…を設ければ、流れる液体Ｌに対する整流作用により、液体Ｌをより円滑に流すことができるとともに、液体Ｌに対する接触面積の拡大により熱交換効率の向上に寄与できる。
【００１８】
（７）  好適な態様により、熱交換ブロック部２を、表裏面１１ｆ，１１ｒに流路パターンＲｆ，Ｒｒをそれぞれ設けたインナプレート部１１を、伝熱性を有する一対のアウタプレート部１２ｆ，１２ｒにより挟んで構成すれば、本発明に係る熱交換装置１を少ない部品点数により容易に製造することができる。
【００１９】
（８）  好適な態様により、インナプレート部１１の側面１１ｓ又は当該インナプレート部１１の内部に、流入路Ｓｉと流出路Ｓｅを設け、流路パターンＲｆの流入端を、傾斜面Ｓｉｓを有する流路を介して流入路Ｓｉに接続するとともに、流路パターンＲｒの流出端を、傾斜面Ｓｅｓを有する流路を介して流出路Ｓｅに接続すれば、流体Ｌが流れる際の流路抵抗を低減してスムースな流通を確保できるとともに、泡や淀みの発生を防止して熱交換効率をより向上させることができる。
【００２０】
（９）  好適な態様により、温調部４ｆ，４ｒを、ペルチェ素子を用いた少なくとも一つ以上のサーモモジュールＭｔ…を備えるとともに、当該サーモモジュールＭｔ…における流路パターンＲｆ，Ｒｒ側の面に対する反対側の面に当該サーモモジュールＭｔ…の放熱又は放冷を行うウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒを付設して構成すれば、ペルチェ素子を用いたサーモモジュールＭｔ…により温調部４ｆ，４ｒを構成する場合であっても、熱交換ブロック部２におけるサーモモジュールＭｔ…の負荷度合の格差を小さくできるため、サーモモジュールＭｔ…における全体の劣化防止及び長寿命化に寄与できる。
【００２１】
（１０）  好適な態様により、一対の温調部４ｆ，４ｒにおけるウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒ同士を直列に接続するとともに、ウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒに流通させる液体Ｗの流出入口１４ｉ，１４ｅ側と熱交換ブロック部２における流体Ｌの流出入口１５ｉ，１５ｅ側を反対の位置関係で配すれば、各流路パターンＲｆ，Ｒｒと対応する各ウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒ間における温度勾配が大きくなり、サーモモジュールＭｔ…における放熱効果又は放冷効果をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００２３】
まず、本実施形態に係る熱交換装置１の構成について、図１〜図６を参照して具体的に説明する。
【００２４】
例示の熱交換装置１は流体Ｌとして薬液を用いる薬液用熱交換装置を示す。熱交換装置１は、一定の厚さを有し、厚さ方向の両面に一対の熱交換面２ｆ，２ｒを有する熱交換ブロック部２を備え、この熱交換ブロック部２は、矩形に形成した一定の厚さを有するインナプレート部１１と、このインナプレート部１１の両側、即ち、表面１１ｆ及び裏面１１ｒを挟む伝熱性を有する一対のアウタプレート部１２ｆ，１２ｒを備える。
【００２５】
インナプレート部１１は、ＰＴＦＥ等の耐薬品性に優れたフッ素系樹脂素材により一体形成する。図１及び図３に示すように、インナプレート部１１の一方の片面となる表面１１ｆには、熱交換分室部３ｆとなる円形の凹部２１ｆを形成し、この凹部２１ｆ内に、一本の連続する仕切条２２ｆを渦巻状に形成することにより、流路パターンＲｆを構成する渦巻状となる渦巻流路パターンＲｆｗを設けるとともに、図２及び図３に示すように、インナプレート部１１の他方の片面となる裏面１１ｒにも熱交換分室部３ｒとなる円形の凹部２１ｒを形成し、この凹部２１ｒ内に、一本の連続する仕切条２２ｒを渦巻状に形成することにより、流路パターンＲｒを構成する渦巻状となる渦巻流路パターンＲｒｗを設ける。したがって、凹部２１ｆと２１ｒ間は、熱交換分室部３ｆと３ｒを分ける仕切壁５になる。この場合、一対の熱交換分室部３ｆ，３ｒが、熱交換される流体Ｌを流通させる流路を設けた熱交換室３となり、換言すれば、熱交換室３の内部に設けた仕切壁５により、熱交換面２ｆ，２ｒに対して直角方向に二分した一対の熱交換分室部３ｆ，３ｒが構成される。
【００２６】
そして、仕切壁５の中心部には貫通孔Ｒｏを形成する。これにより、各熱交換分室部３ｆ，３ｒの渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗの中心側端部（一端部）同士が直列接続されるとともに、一方の渦巻流路パターンＲｆｗの外周側端部（他端部）が流体Ｌの流入端となり、かつ他方の渦巻流路パターンＲｒｗの外周側端部（他端部）が流体Ｌの流出端となる。このように、貫通孔Ｒｏを、渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗの中心側端部を接続する位置に設ければ、渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗを設ける場合であっても、流入口１５ｉ及び流出口１５ｅを各渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗの外周側、即ち、熱交換ブロック部２の側面に配することができるため、後述する熱交換面２ｆ，２ｒに影響を与えることはない。したがって、温調部４ｆ，４ｒのレイアウト設計等が容易となり、設計自由度を高めることができるとともに、実質的な熱交換面積を広げることができるため、熱交換効率をより高めることができる。
【００２７】
また、一対の熱交換分室部３ｆ，３ｒに設ける各渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗにおける流体Ｌの流通する周回方向は同じ方向に設定する。これにより、図１に示すように、一方の渦巻流路パターンＲｆｗから貫通孔Ｒｏへの流出方向と貫通孔Ｒｏから他方の渦巻流路パターンＲｒｗへの流入方向を同じ方向に設定できる。したがって、貫通孔Ｒｏにおける流体Ｌの流れが急変することなくスムーズな流れとなり、圧力損失を低減することができる。しかも、流入口１５ｉ及び流出口１５ｅを同じ方向に向けた状態で離間させることが可能となる。
【００２８】
一方、インナプレート部１１の側面部１１ｓには、流入口１５ｉと流出口１５ｅをそれぞれ離間して設け、この流入口１５ｉと流出口１５ｅに、フッ素系樹脂素材等により形成した流入管Ｐｉと流出管Ｐｅをそれぞれ接続する。さらに、流入口１５ｉはインナプレート部１１の内部に形成した流入路Ｓｉを介して熱交換分室部３ｆにおける渦巻流路パターンＲｆｗの外周側端部に接続するとともに、流出口１５ｅはインナプレート部１１の内部に形成した流出路Ｓｅを介して熱交換分室部３ｒにおける渦巻流路パターンＲｒｗの外周側端部に接続する。この場合、図４に示すように、流入路Ｓｉは傾斜面Ｓｉｓを有する流路を介して渦巻流路パターンＲｆｗの流入端に接続するとともに、図２に示すように、流出路Ｓｅも同様に、傾斜面Ｓｅｓを有する流路を介して渦巻流路パターンＲｒｗの流出端に接続する。このような傾斜面Ｓｉｓ及びＳｅｓを有する流路を設けることにより、流体Ｌが流れる際の流路抵抗を低減してスムースな流通を確保できるとともに、泡や淀みの発生を防止して熱交換効率をより向上させることができる。
【００２９】
なお、熱交換装置１は、通常、縦置にして使用するため、使用状態におけるインナプレート部１１は、図１に示す位置が正面位置となる。したがって、この位置において非使用時の残留した流体Ｌを各熱交換分室部３ｆ，３ｒから抜くことができるように、仕切条２２ｆ，２２ｒには残留した流体Ｌが下方に流れ落ちる小孔，切欠き，スリット等により形成した複数の液抜孔２４ｆ…，２４ｒ…を設けるとともに、仕切壁５の下端には落下した流体Ｌを流入管Ｐｉに戻す液抜孔２５を設ける。また、２６ｆ，２６ｒは各仕切条２２ｆ，２２ｒに設けた淀み防止孔を示す。
【００３０】
これにより、図１（図２）に示すように、流入口１５ｉに流入した流体Ｌは、流入路Ｓｉ，傾斜面Ｓｉｓ，表面１１ｆの渦巻流路パターンＲｆｗの順に流れて貫通孔Ｒｏに至るとともに、この貫通孔Ｒｏから裏面１１ｒの渦巻流路パターンＲｒｗに流入し、この渦巻流路パターンＲｒｗ，傾斜面Ｓｅｓ，流出路Ｓｅの順に流れて流出口１５ｅに至る。この際、渦巻流路パターンＲｆｗにおける流体Ｌの周回方向と渦巻流路パターンＲｒｗにおける流体Ｌの周回方向は同じ方向となるが、渦巻流路パターンＲｆｗでは外周側から中心側に流れ、渦巻流路パターンＲｒｗでは中心側から外周側に流れる。
【００３１】
他方、一方のアウタプレート部１２ｆは、アルミニウムや銅等の熱伝導性の良好な素材により形成した外側プレート３１ｆと、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂素材により形成した内側プレート（内側シート）３２ｆの二層構造により構成するとともに、アウタプレート部１２ｒも同様に構成する。なお、アウタプレート部１２ｒにおいて、３１ｒは外側プレート、３２ｒは内側プレートを示す。したがって、アウタプレート部１２ｆを二つ用意し、一方をアウタプレート部１２ｆに、他方をアウタプレート部１２ｒに用いればよい。
【００３２】
このような構成部材を用いるため、図５に示すように、インナプレート部１１の両面（表面１１ｆ，裏面１１ｒ）を、内側プレート３２ｆ，３２ｒが対面するようにアウタプレート部１２ｆ，１２ｒによりそれぞれ挟むとともに、複数のボルトナット３３…により固定すれば、インナプレート部１１に形成した一対の熱交換分室部３ｆ，３ｒが一対のアウタプレート部１２ｆ，１２ｒに挟まれることにより密閉される一つの熱交換部Ｃを有する熱交換ブロック部２を得ることができる。これにより、熱交換ブロック部２の厚さ方向における両面が一対の熱交換面２ｆ，２ｒとなる。なお、図３において、３４…はシールリングを示す。このように、熱交換ブロック部２を構成するに際し、表面１１ｆ及び裏面１１ｒに渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗをそれぞれ設けたインナプレート部１１を、伝熱性を有する一対のアウタプレート部１２ｆ，１２ｒにより挟んで構成すれば、本発明に係る熱交換装置１を少ない部品点数により容易に製造することができる。
【００３３】
さらに、熱交換ブロック部２における一対の熱交換面２ｆ，２ｒには、図５及び図６に示すように、流体Ｌに対して熱交換を行う一対の温調部４ｆ，４ｒをそれぞれ付設する。一方の温調部４ｆは、ペルチェ素子を用いた複数のサーモモジュールＭｔ…を備え、このサーモモジュールＭｔ…の内面側を、一方の熱交換面２ｆとなる外側プレート３１ｆの外面に取付けるとともに、このサーモモジュールＭｔ…の外面側、即ち、渦巻流路パターンＲｆｗ側の面に対する反対側の面にサーモモジュールＭｔ…の放熱又は放冷を行うウォータジャケット部１３ｆを取付けて構成する。他方の温調部４ｒも同様であり、複数のサーモモジュールＭｔ…の内面側を、他方の熱交換面２ｒとなる外側プレート３１ｒの外面に取付けるとともに、このサーモモジュールＭｔ…の外面側にウォータジャケット部１３ｒを取付けて構成する。なお、サーモモジュールＭｔ…は、図示を省略した制御部に接続され、温度センサにより検出される流体Ｌの温度に対するフィードバック制御が行われる。この場合、一対の温調部４ｆと４ｒに対して同時に制御を行ってもよいし、それぞれ独立した制御を行ってもよい。独立した制御を行う際には、温調部４ｆ側に対しては粗い制御を行い、温調部４ｒ側に対しては高精度の制御を行うなど、各種制御モードを設定することができる。
【００３４】
また、一方のウォータジャケット部１３ｆは液体（冷却水又は温水）Ｗの流入口１４ｆｉ及び流出口１４ｆｅを有するとともに、他方のウォータジャケット部１３ｒは液体Ｗの流入口１４ｒｉ及び流出口１４ｒｅを有し、各流入口１４ｆｉ，１４ｒｉ及び流出口１４ｆｅ，１４ｒｅは、前述した熱交換ブロック部２の流入口１５ｉ及び流出口１５ｅと同じ向きに配する。そして、一方のウォータジャケット部１３ｆの流入口１４ｆｉと他方のウォータジャケット部１３ｒの流出口１４ｒｅを接続することにより、ウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒ同士を直列に接続するとともに、直列に接続したウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒに対する流入口１４ｒｉ側（流出口１４ｆｅ側）の位置と熱交換ブロック部２における流入口１５ｉ側（流出口１５ｅ側）の位置を反対の位置関係で配する。なお、反対の位置関係とは、熱交換ブロック部２の場合、厚さ方向に一対の熱交換分室部３ｆ，３ｒが配され、一方の熱交換分室部３ｆ側に流入口１５ｉが、他方の熱交換分室部３ｒ側に流出口１５ｅがそれぞれ接続されるため、各熱交換分室部３ｆ，３ｒにそれぞれ付設する直列接続したウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒの流入口１４ｒｉ側と流出口１４ｆｅ側を反対の位置関係にすることを意味する。例示の場合、一方の熱交換分室部３ｆ側に、流出口１４ｆｅを有するウォータジャケット部１３ｆを付設し、他方の熱交換分室部３ｒ側に、流入口１４ｒｉを有するウォータジャケット部１３ｒを付設する。したがって、図５において、上下方向の位置関係で見た場合には、流入口１５ｉに対して、流入口１４ｒｉは同じ側に位置する場合と反対側に位置する場合が発生する。
【００３５】
次に、本実施形態に係る熱交換装置１の動作（作用）について、図１〜図６を参照して説明する。
【００３６】
例示は、熱交換装置１により流体（薬液）Ｌを冷却する際の動作（作用）である。まず、不図示の送液ポンプにより流体（薬液）Ｌを、流入管Ｐｉから流入口１５ｉに供給すれば、流体Ｌは、図１及び図４に実線矢印で示すように、流入路Ｓｉ，傾斜面Ｓｉｓを有する流路を流れて一方の熱交換分室部３ｆの渦巻流路パターンＲｆｗに外周側端部から流入する。そして、図１に示すように、渦巻流路パターンＲｆｗに沿った周回方向に流れ、渦巻流路パターンＲｆｗの中心側端部に至る。渦巻流路パターンＲｆｗの中心側端部に至った流体Ｌは、貫通孔Ｒｏを通して他方の熱交換分室部３ｒの渦巻流路パターンＲｒｗの中心側端部に流入し、図２に実線矢印（図１に点線矢印）で示すように、渦巻流路パターンＲｒｗに沿った周回方向に流れ、渦巻流路パターンＲｒｗの外周側端部に至る。渦巻流路パターンＲｒｗの外周側端部に至った流体Ｌは、傾斜面Ｓｅｓを有する流路，流出路Ｓｅを流れて流出口１５ｅに至り、流出管Ｐｅから送出される。
【００３７】
この際、流体Ｌは、流入路Ｓｉからオフセットした位置の渦巻流路パターンＲｆｗに流入するとともに、渦巻流路パターンＲｒｗからオフセットした位置の流出路Ｓｅに流出するが、流入路Ｓｉと渦巻流路パターンＲｆｗ間には傾斜面Ｓｉｓを有する流路を設けるとともに、渦巻流路パターンＲｒｗと流出路Ｓｅ間には傾斜面Ｓｅｓを有する流路を設けているため、流体Ｌが流れる際の流路抵抗を低減してスムースな流通を確保できるとともに、泡や淀みの発生を防止して熱交換効率をより向上させることができる。
【００３８】
一方、温調部４ｆ，４ｒのサーモモジュールＭｔ…に対しては冷却モードによる通電制御を行う。したがって、熱交換ブロック部２の熱交換面２ｆ，２ｒはサーモモジュールＭｔ…の冷却作用によりそれぞれ冷却され、各渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗを流れる流体Ｌに対する熱交換が行われる。即ち、流体Ｌに対する冷却が行われる。この際、一方の渦巻流路パターンＲｆｗにおいては、流体Ｌが外周側から中心側に流れるため、流体Ｌは、外周側における温度が相対的に高くなるとともに、中心側における温度が相対的に低くなる。また、他方の渦巻流路パターンＲｒｗにおいては、流体Ｌが中心側から外周側に流れるため、流体Ｌは、中心側における温度が相対的に高くなるとともに、外周側における温度が相対的に低くなる。この結果、熱交換ブロック部２における中心側から外周側の温度分布が、渦巻流路パターンＲｆｗ側の流体Ｌの温度と渦巻流路パターンＲｒｗ側の流体Ｌの温度により平均化（均一化）されるため、熱交換ブロック部２の全体における中心側と外周側の温度格差（温度ムラ）をより小さくすることが可能となり、中心側と外周側の間で生じる無用な膨張歪や熱損失を回避することができる。なお、流路パターンＲｆ，Ｒｒ同士を並列接続する場合には、このような効果を得れないとともに、温度格差はより強調されてしまう。特に、ペルチェ素子を用いたサーモモジュールＭｔ…により温調部４ｆ，４ｒを構成する場合には、熱交換ブロック部２の中心側と外周側におけるサーモモジュールＭｔ…の負荷度合の格差が小さくなるため、サーモモジュールＭｔ…における全体の劣化防止及び長寿命化に寄与できる。
【００３９】
他方、ウォータジャケット部１３ｒの流入口１４ｒｉには、冷却水を用いた液体Ｗを供給する。これにより、流入口１４ｒｉに供給された液体Ｗは、一方のウォータジャケット部１３ｒを流通することによりサーモモジュールＭｔ…の発熱側を冷却し、流出口１４ｒｅに至る。この後、流出口１４ｒｅに至った液体Ｗは、他方のウォータジャケット部１３ｆの流入口１４ｆｉに供給され、この流入口１４ｆｉに供給された液体Ｗは、他方のウォータジャケット部１３ｆを流通することによりサーモモジュールＭｔ…の発熱側を冷却し、流出口１４ｆｅに至る。この場合、ウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒ同士を直列に接続し、かつウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒに流通させる液体Ｗの流出入口１４ｉ，１４ｅと熱交換ブロック部２における流体Ｌの流出入口１５ｉ，１５ｅを反対の位置関係で配してあるため、各渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗと対応する各ウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒ間における温度勾配が大きくなり、サーモモジュールＭｔ…における放熱効果（又は放冷効果）をより高めることができる。
【００４０】
次に、本発明の各種変更実施形態に係る熱交換装置１について、図７〜図１３を参照して説明する。
【００４１】
図７は、渦巻流路パターンＲｆｗ（Ｒｒｗ側も同様）により形成される流路の一部又は全部の流路幅を外周側から中心側へ行くに従って漸次広くしたものである。即ち、図７において、流入口１５ｉ付近の流路幅をＢａ、貫通孔Ｒｏ付近の流路幅をＢｃ、流入口１５ｉと貫通孔Ｒｏ間の中間付近における流路幅をＢｂとした場合、Ｂａ＜Ｂｂ＜Ｂｃの関係を満たすように形成する。これにより、曲率が小さくなる中心側（貫通孔Ｒｏ側）の相対的な流速を下げることができ、流体Ｌが流れる際の圧損を小さくできるとともに、淀みや泡などの発生を有効に防止することができる。なお、このような流路幅の変更は、渦巻流路パターンＲｆｗにより形成される流路の一部であってもよいし全部であってもよい。一部の場合としては、外周側から中心側へ行くに従って途中までは同一の流路幅とし、これより中心側は、流路幅を漸次広くするなどの形態を採用できる。以上の点を除き、他の細部の構成及び機能は、図１に示したインナプレート部１１と同じになる。このため、図７において、図１と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
図８は、流路パターンＲｆ（Ｒｒ側も同様）により形成される流路の内部に当該流路に沿った一又は二以上の補助パターンＲｓ…を設けたものである。図８は一つの補助パターンＲｓを追加したものであり、この補助パターンＲｓにより分割された二つの並行する流路を設けることができる。したがって、この補助パターンＲｓの数を増やすことにより、並行する流路数を増やすことができる。これにより、流れる液体Ｌに対する整流作用により、液体Ｌをより円滑に流すことができるとともに、液体Ｌに対する接触面積の拡大により熱交換効率の向上に寄与できる。以上の点を除き、他の細部の構成及び機能は、図１に示したインナプレート部１１と同じになる。このため、図８において、図１と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
図９は、直列に接続した二つの熱交換部Ｃ，Ｃを含む熱交換ブロック部２を用いる熱交換装置１の変更実施形態であり、インナプレート部１１のみを示す。図９に示すインナプレート部１１は、図１に示したインナプレート部１１を二つ連結して一体化したタイプとして構成したものである。なお、図１に示したインナプレート部１１と異なる点は、各熱交換部Ｃにおける流入路Ｓｉと流出路Ｓｅの向きを１８０〔゜〕異ならせるとともに、一方の熱交換部Ｃの流出路Ｓｅと他方の熱交換部Ｃの流入路Ｓｉをインナプレート部１１の内部で連続させ、また、他方の熱交換部Ｃを一方の熱交換部Ｃに対し、厚さ方向において１８０〔゜〕反転させた点が異なる。したがって、この場合、各熱交換部Ｃ…における流路パターンＲｆｗとＲｒｗにおける流体Ｌの周回方向は逆方向となる。以上の点を除き、他の細部の構成及び機能は、図１に示したインナプレート部１１と同じになる。このため、図９において、図１と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。なお、例示は、二つの熱交換部Ｃ，Ｃを連結したタイプを示したが、三つ以上の熱交換部Ｃ…であっても同様に実施できる。
【００４４】
図１０は、渦巻流路パターンＲｆｗ…のパターン形状を、矩形に沿った渦巻形状に形成した熱交換装置１の変更実施形態であり、インナプレート部１１のみを示す。図１に示したインナプレート部１１に対して異なる点は、この点のみであり、他の細部の構成及び機能は、図１に示したインナプレート部１１と同じになる。このため、図１０において、図１と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
図１１は、貫通孔Ｒｏの形態に係わる熱交換装置１の変更実施形態であり、インナプレート部１１のみを示す。図３に示したインナプレート部１１では、各熱交換分室部３ｆと３ｒ間において同一径となる貫通孔Ｒｏを形成したが、図１１に示す貫通孔Ｒｏは、各熱交換分室部３ｆ，３ｒの双方に臨む貫通孔Ｒｏにおける内周面の半部をそれぞれ外広がりのテーパ面Ｒｏｓ…により形成したものである。これにより、前述した傾斜面Ｓｉｓ，Ｓｅｓと同様に、貫通孔Ｒｏにおける流路抵抗を低減できるため、流体Ｌのスムースな流通を確保できるとともに、泡や淀みの発生を防止することが可能となる。以上の点を除き、他の構成及び機能は、図３に示したインナプレート部１１と同じになる。このため、図１１において、図３と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
図１２は、流入口１５ｉと流出口１５ｅの向きを異ならせた熱交換装置１の変更実施形態であり、インナプレート部１１のみを示す。図１に示した流入口１５ｉと流出口１５ｅは同じ向きに設けたが、図１２に示す流入口１５ｉと流出口１５ｅは、相互の向き（相互間の角度）を９０〔゜〕に設定した。したがって、図１２の場合には、図１の場合に比べて渦巻流路パターンＲｒｗの長さが短くなる。このため、補助仕切条２２ｒｓを追加して渦巻流路パターンＲｒｗの外周側端部を形成した。以上の点を除き、他の細部の構成及び機能は、図１に示したインナプレート部１１と同じになる。このため、図１２において、図１と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともにその、詳細な説明は省略する。
【００４７】
図１３は、流路パターンＲｆのパターン形状を変更した熱交換装置１の変更実施形態であり、インナプレート部１１のみを示す。図１に示したインナプレート部１１では流路パターンＲｆとして渦巻流路パターンＲｆｗを示したが、図１３に示す流路パターンＲｆは、複数の仕切条２２ｆ…を設けてジグザグ状の流路を形成した流路パターンＲｆを示す。したがって、図１３に示す流路パターンＲｆでは、図１に示したインナプレート部１１に対して、貫通孔Ｒｏの位置がインナプレート部１１の中心部とはならないとともに、流入口１５ｉと流出口１５ｅは、同一直線上において反対方向の向きに設けることができる。なお、他方の流路パターンＲｒも流路パターンＲｆと同様に構成する。以上の点を除き、他の細部における基本的な構成及び機能は、図１のインナプレート部１１と同じになる。このため、図１３において、図１と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
以上、各種実施形態（変更実施形態）について詳細に説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，数量，素材等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、流路パターンＲｆ，Ｒｒとして、渦巻流路パターンＲｆｗ，Ｒｒｗとジグザグ状の流路パターンＲｆ，Ｒｒを例示したが、このような流路パターンの形状は例示に限定されるものではなく、各種形状の流路パターンＲｆ，Ｒｒを適用できる。また、貫通孔Ｒｏの位置は流路パターンＲｆ，Ｒｒに対応して任意の位置に設けることができるとともに、その数量も一つであってもよいし、二つ以上であってもよい。さらに、温調部４ｆ，４ｒをサーモモジュールＭｔ…とウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒの組合わせにより構成した場合を示したが、同様の機能を有する他の温調手段により構成する場合を排除するものではない。なお、ウォータジャケット部１３ｆ，１３ｒに流す液体Ｗとして、冷却水又は温水を例示したが不凍液等の他の各種液体Ｗを適用できる。また、本発明に係る熱交換装置１は、流体Ｌとして薬液を使用する薬液用熱交換装置に用いて最適であるが、洗浄液や水等の液体、更には空気や不活性ガス等の気体を含む各種流体を適用できるとともに、用途として、半導体製造装置や液晶ガラス基板処理装置等の各種装置における熱交換装置１として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る熱交換装置におけるインナプレート部を示す一部断面正面図、
【図２】同熱交換装置におけるインナプレート部を示す背面図、
【図３】同熱交換装置における熱交換ブロック部を示す図１中Ｘ−Ｘ線断面図、
【図４】同熱交換装置におけるインナプレート部を示す図１中Ｙ−Ｙ線断面図、
【図５】同熱交換装置の外観右側面図、
【図６】同熱交換装置の外観正面図、
【図７】本発明の変更実施形態に係る熱交換装置におけるインナプレート部を示す正面図、
【図８】本発明の他の変更実施形態に係る熱交換装置におけるインナプレート部を示す正面図、
【図９】本発明の他の変更実施形態に係る熱交換装置におけるインナプレート部を示す正面図、
【図１０】本発明の他の変更実施形態に係る熱交換装置におけるインナプレート部を示す正面図、
【図１１】本発明の他の変更実施形態に係る熱交換装置におけるインナプレート部を示す断面側面図、
【図１２】本発明の他の変更実施形態に係る熱交換装置におけるインナプレート部を示す正面図、
【図１３】本発明の他の変更実施形態に係る熱交換装置におけるインナプレート部を示す正面図、
【符号の説明】
【００５０】
１：熱交換装置，２：熱交換ブロック部，２ｆ：熱交換面，２ｒ：熱交換面，３：熱交換室，３ｆ：熱交換分室部，３ｒ：熱交換分室部，４ｆ：温調部，４ｒ：温調部，５：仕切壁，１１：インナプレート部，１１ｆ：インナプレート部の表面，１１ｒ：インナプレート部の裏面，１１ｓ：インナプレート部の側面，１２ｆ：アウタプレート部，１２ｒ：アウタプレート部，１３ｆ：ウォータジャケット部，１３ｒ：ウォータジャケット部，１４ｉ：流入口，１４ｅ：流出口，１５ｉ：流入口，１５ｅ：流出口，Ｌ：流体，Ｒｆ：流路パターン，Ｒｒ：流路パターン，Ｒｏ：貫通孔，Ｒｆｗ：渦巻流路パターン，Ｒｒｗ：渦巻流路パターン，Ｃ…：熱交換部，Ｓｉ：流入路，Ｓｅ：流出路，Ｓｉｓ：傾斜面，Ｓｅｓ：傾斜面，Ｒｓ…：補助パターン，Ｍｔ…：サーモモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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