(57)【要約】【課題】冷却水の往復流路を形成する配管に損傷が生じた場合に生じるサイフォン効果を無効化することにより、冷却水の漏水量を最小限に留めることができる冷却水循環装置を提供する。【解決手段】正常運転時は、逆止弁９が接続された循環水流路内の圧力は、循環水流路内圧力＞大気圧となり、逆止弁９は閉鎖し、冷却水３は逆止弁９から外部に放出されることはない。しかし、配管１２の少なくとも一部に破裂等の損傷が生じた場合は、逆止弁９が接続された循環水流路内の圧力は、循環水流路内圧力＜大気圧となるため、逆止弁９は開放となり、循環水流路内に空気（大気）が導入され、循環水流路内に生じていた真空状態が消去され、これにより、水槽２内の冷却水３がサイフォン効果で吸い出される現象が解消される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽内の液体を一定温度範囲に維持する手段と、前記液体を循環させる循環流路と、前記液体を前記循環流路に沿って循環させる手段とを備えた冷却水循環装置において、
前記循環流路の一部は、前記水槽内の液面の高さよりも高い位置に配置されており、当該循環流路の一部において前記循環流路内に空気を流入させることができる逆止弁を備えたことを特徴とする冷却水循環装置。
【請求項２】
前記逆止弁は、前記循環流路内の液圧が大気圧以下となった時にのみ開かれることを特徴とする請求項１記載の冷却水循環装置。
【請求項３】
前記逆止弁の大気側に、一端が前記水槽内の液面上に配置された管の他端が接続されていることを特徴とする請求項２に記載の冷却水循環装置。
【請求項４】
前記逆止弁の前記循環流路側に、一端が前記水槽内の液体内に挿入された管の他端が接続されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の冷却水循環装置。
【請求項５】
前記循環流路は走査電子顕微鏡に接合されており、前記走査電子顕微鏡の温度を一定範囲に維持するように制御されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却水循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却水循環装置に関し、特に、走査電子顕微鏡等の科学機器を冷却するために使用可能であって、冷却水の循環水流路損傷による多量の冷却水流出を防止する機能を有している冷却水循環装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、真空状態の領域を必要とする科学機器、例えば、走査電子顕微鏡（以下「ＳＥＭ」と略称する）等では、所望の真空状態を作り出すために排気ポンプを必要としているが、従来は、このような排気ポンプとして、専用油を加熱することで発生する高速の油蒸気流を利用して所望の真空状態を作り出す油拡散ポンプ（以下、「Ｄ．Ｐ．」と略称する）が主排気ポンプとして多用されている。このＤ．Ｐ．は、比較的低コストであることと、振動発生が軽微なこと等から広く普及するに至ったものである。
【０００３】
なお、このＤ．Ｐ．を運転するためには、構造上、外周壁の内面の温度を専用油の液化温度以下に保つことが要求されることから、一般的には冷却水循環装置等で冷却水を循環させて供給している。
【０００４】
図２は、従来の冷却水循環装置の構成を概略的に示す構成図である。同図に示す冷却水循環装置は、循環水３と、循環水３（冷却水）を溜める水槽２と、冷凍機（サイクル）４と、圧送ポンプ５と、冷却水吐出口６と、冷却水戻り口８と、循環水流路の一部を構成する配管１１（ホース）と、を備える。この他に、水槽２内に浮き子センサ等（図示は省略）が設けられており、また、図示しないヒータを備えることがある。
【０００５】
以下、図２に示す従来の冷却水循環装置の動作を説明する。図２に示すように、従来の冷却水循環装置９１では、水槽２内に循環水が貯蔵されており、この水槽２に貯蔵されている循環水３は冷凍機（サイクル）４や、ヒータによって、一定温度を維持するように温度調節されている。この温度調節された循環水３は、圧送ポンプ５によって、冷却水吐出口６から科学機器７内に送り込まれ、さらに、冷却水戻り口８から水槽２内に戻ってくる。
【０００６】
【特許文献１】特願２００５−２２６５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記背景技術で述べた従来の冷却水循環装置にあっては、例えば、図２に示す冷却水循環装置９１の場合、水槽２から科学機器７内、及び科学機器７内から水槽２に至るまでの循環水３の往復流路において、前記往復流路を形成する配管（ホース）に損傷が起こると、そこから循環水が漏れ出してしまうという問題点があった。
【０００８】
即ち、通常、前記往復流路を形成する配管損傷箇所からの漏水が進んで水槽２内の循環水３の水位が下がると、水槽２内に設けられた浮き子センサ等が水槽２内の循環水の減少（水位の低下）を検出して循環水３の送出を行なう圧送ポンプ５の運転を止めるので、循環水３の漏水速度は減速するが、実際には、サイフォン効果が発生することによって、引続き循環水３の漏水が継続し、この漏水は、循環水流路に空気（大気）が導入されるまでは止まらないので、水槽２内の循環水３の液面の高さ（水位）は、冷却水吐出口６及び冷却水戻り口８の設置高さ以下に低下することになる。
【０００９】
以下、前述のサイフォン効果について説明する。通常、容器内に入れられた液体は、水面より高い容器の内壁に遮られているので、超流動状態でない限り、自然に外部に漏れ出すことはない。しかし、内部に液体を満たしたホースの両端を、内部の液体が漏れ出さないように両手で押さえ、このホースの一端を容器中の液体内に差し込み、他端を容器の底面よりも低い位置にして容器外に出したタイミングでホースの両端を同時に開放すると、この容器内の液体は、その大部分が、ホースを介して外部に漏れ出す。この現象は、この容器の外部において、このホースの最高位置から最低位置に至る経路内の液体が重力落下する時に、このホース内部に真空状態が生じ、他方、容器内の液体は大気圧を受けて押されていることにより、容器内の液体は連続的にこのホース内に吸引されて、このホースの他端から落下することにより生じる現象である。
【００１０】
冷却水循環装置９１の場合、前記往復流路を形成する配管の内部は、循環水３が正常に供給されている正常運転時には、循環水３で満たされており、この状態で、配管に損傷が発生し、しかも当該損傷箇所の高さが水槽２内の循環水３の水位よりも低い場合には、このサイフォン効果が生じることになる。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、冷却水の往復流路を形成する配管に損傷が生じた場合、冷却水の過度な漏水を招く原因となるサイフォン効果を無効化することが可能として、冷却水の漏水量を最小限に留めることができる冷却水循環装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決すべく、本発明は、水槽内の液体を一定温度範囲に維持する手段と、前記液体を循環させる循環流路と、前記液体を前記循環流路に沿って循環させる手段とを備えた冷却水循環装置において、前記循環流路の一部は、前記水槽内の液面の高さよりも高い位置に配置されており、当該循環流路の一部において前記循環流路内に空気を流入させることができる逆止弁を備えたことを特徴とする冷却水循環装置を提供するものである。このような構成により、循環流路の損傷時においても循環流路内にサイフォン効果が生じることがなくなる。
【００１３】
本発明の冷却水循環装置において、前記逆止弁は、前記循環流路内の液圧が大気圧以下となった時にのみ開かれることを特徴とする。これにより、循環流路の損傷時に循環流路内の圧力が低下したとしても、水槽から液体が循環流路内に流入し続けるのを防ぐことができる。
【００１４】
本発明の冷却水循環装置では、前記逆止弁の大気側に、一端が前記水槽内の液面上に配置された管の他端が接続されていることを特徴とする。これにより、逆止弁の常時開放故障時においても、前記循環流路内の液圧が大気圧以下となった際に、前記循環流路内に大気を流入させることが可能となる。
【００１５】
本発明の冷却水循環装置では、前記逆止弁の前記循環流路側に、一端が前記水槽内の液体内に挿入された管の他端が接続されていることを特徴とする。これにより、逆止弁の常時閉止故障時においても、前記循環流路内の液圧が低下した際に、前記循環流路内に水槽内の液体を流入させることができ、循環流路内にサイフォン効果が生じるのを防ぐことができる。
【００１６】
本発明の冷却水循環装置において、前記循環流路は走査電子顕微鏡に接合されており、前記走査電子顕微鏡の温度を一定範囲に維持するように制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の冷却水循環装置によれば、ＳＥＭ等の科学機器用として提供されている冷却水循環装置において、循環水流路の損傷に起因して循環水に漏洩が生じた際に、過度な漏洩を招く原因となるサイフォン効果を無効化して漏水量を最小限に留めることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の冷却水循環装置を実施するための最良の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態を例示する図であり、図１において、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わし、基本的な構成及び動作は同様であるものとする。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る冷却水循環装置の全体構成を示す構成図である。同図において、図２（従来例）と重複する部分には同一の符号を附す。同図において、本実施形態の冷却水循環装置１は、外部装置の科学機器７を冷却する循環水３と、循環水３を溜める水槽２と、循環水３を冷却する冷凍機（サイクル）４と、循環水３を循環させる圧送ポンプ５と、循環水３の水槽２からの出口である冷却水吐出口６と、循環水３の水槽２への戻り口である冷却水戻り口８と、正常運転時に循環水３の放出を防ぎ、漏水時に大気圧を導入する逆止弁９と、配管（ホース）１２と、を備える。この他に、水槽２内には、循環水３の水位の低下を検知して圧送ポンプ５を停止するための浮き子センサ等（図示は省略）が設けられているものとする。また、循環水３の水温が所定温度以下に低下することを防ぐためのヒータ（図示は省略）を備えることができる。さらに、逆止弁９に故障が生じた時に使用される細管１３，１４を設けることができる。
【００２０】
配管１２の少なくとも一部分の高さ方向の位置は、水槽２内の循環水３の最高位面の位置よりも高い位置を確保しているものとし、かつ配管１２に設置された逆止弁９は、循環水流路の一部を構成する配管１２の前記最高位の位置を確保する部分に設置されているものとする。
【００２１】
以下、図１に示す本実施形態の冷却水循環装置の動作について、図２に示す従来の冷却水循環装置の動作と対比しながら説明する。
【００２２】
図１に示す冷却水循環装置１及び図２に示す冷却水循環装置９１は、ともに、水槽２により貯えられた循環水３を冷凍機（サイクル）４によって予め設定された温度に制御される。一定温度に制御された冷却水３は、圧送ポンプ５により、冷却水吐出口６より吸い出されて水槽２の液面より一部を高く配置された流路を通って科学機器７に向かって送出される。
【００２３】
ここで、図２に示す従来の冷却水循環装置９１の場合は、水槽２の外部に存在する循環水流路に破裂等の損傷が生じると、圧送ポンプ５が停止したとしても、当該損傷箇所からの冷却水３の漏水が生じ、水槽２内の冷却水３は、その水面が当該損傷箇所の高さまで低下するまで吸い出されて、当該損傷箇所から外部に漏出する。
【００２４】
なお、このような冷却水３の漏水は、図２に示す配管１１が全ての部分において水槽２の底面に近い低い位置だけとなっていることから、極めて当然のことであるが、仮に、配管１１の少なくとも一部分の位置を、水槽２内の循環水３の最高位面の位置よりも高い位置となるように構成したとしても、漏水する冷却水３の流動は、この最高位の位置でストップすることなく、冷却水３は、この最高位の位置を通り越して連続的に流動し、水槽２内の冷却水３は、その水面が当該損傷箇所の高さに低下するまで吸い出されて、当該損傷箇所から外部に漏出する。このような現象が生じる原因は、前述のサイフォン効果が存在するからである。
【００２５】
一方で、図１に示す本実施形態の冷却水循環装置１の場合には、前述のとおり、配管１２の少なくとも一部分の位置は、水槽２内の循環水３の最高位面の位置よりも高い位置が確保されており、かつ配管１２の前記最高位の位置付近に逆止弁９が設けられているので、水槽２の外部に存在する循環水流路に破裂等の損傷が生じた場合、圧送ポンプ５が停止すると共に、逆止弁９が配管１２の内部に開いた状態となり、その結果、この逆止弁９の位置において大気圧を配管１２内に導き入れるので、この逆止弁９の位置付近で配管１２内の真空状態は解消され、前記真空状態によって冷却水３を吸引することができなくなるので、前記サイフォン効果の発生を防止することができる。
【００２６】
以下、本実施形態の冷却水循環装置１において、このサイフォン効果の発生を防止する逆止弁９の作用について説明する。正常運転時は、逆止弁９が接続された循環水流路内の圧力は、循環水流路内圧力＞大気圧となっていため、逆止弁９は閉鎖している。即ち、配管１２内の冷却水３は、この逆止弁９から外部に放出されることはない。
【００２７】
しかしながら、水槽２の外部に存在する循環水流路（即ち、配管１２）の少なくとも一部に破裂等の損傷が生じた場合は、逆止弁９が接続された循環水流路内の圧力は、循環水流路内圧力＜大気圧となるため、逆止弁９は開放となり、その結果、循環水流路内に空気（大気）が導入され、循環水流路内に生じていた真空状態が消去され、これにより、水槽２内の冷却水３が吸い出されることが抑止される。即ち、前述のサイフォン効果が発生しなくなる。
【００２８】
この場合、逆止弁９は、電気回路におけるヒューズのような役割を果たし、サイフォン効果が生じたとしても、水槽２からの配管１２内の冷却水３の漏洩水流は、逆止弁９を境に中断される。なお、この場合、水槽２外に漏れ出す冷却水３の漏洩水量は、逆止弁９から前記損傷箇所に至るまでの配管１２の内容量だけの水量となる。
【００２９】
なお、正常運転時の逆止弁９の常時開放故障への備えとして、逆止弁９の大気側に細管１３（破線で示す）を接続すると共に、その一方の端部を水槽２の液面上方に配置することができる。このように構成することにより、逆止弁９における前記大気圧の導入機能を維持すると共に逆止弁９から漏れ出す冷却水３を水槽２に戻すことができる。
【００３０】
また、配管１２に損傷が発生した時における逆止弁９の常時閉止故障への備えとしては、逆止弁９の循環水流路側に細管１４（破線で示す）を接続すると共に、その一方の端部を水槽２の液面下に配置することができる。このように構成することにより、逆止弁９付近の循環水流路内に発生してサイフォン効果を増大させる不要な真空状態を、水槽２からの注水により消去し、漏洩水流の勢いを緩和することができる。
【００３１】
これらの故障対策を併用することにより、冷却水循環装置１の漏水対策を、より完成度を高めたものとすることができる。
【００３２】
以上、本発明の冷却水循環装置について、具体的な実施の形態を示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上記各実施形態又は他の実施形態にかかる発明の構成及び機能に様々な変更・改良を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、循環液を使用する機器や装置に適用することができる。例えば、ＳＥＭ等の科学機器の他に、温度制御を必要とする各種製造装置（プラント）や、各種エンジン、熱交換を必要とする原子炉を備えた原子力発電システム、及び熱交換を必要とする核融合炉を備えた核融合発電システム等にも適用可能である。さらに、冷却水とは限らず、循環する液体（触媒作用等を有する）を使用する各種製造装置（プラント）にも適用可能である。特に、循環液として、高価な液体を使用する各種製造装置（プラント）には不可欠な装置である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷却水循環装置の全体構成を示す構成図である。
【図２】従来の冷却水循環装置の構成を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  冷却水循環装置
２  水槽
３  循環水
４  冷凍機（サイクル）
５  圧送ポンプ
６  冷却水吐出口
７  科学機器（外部装置）
８  冷却水戻り口
９  逆止弁
１１，１２  配管（ホース）
１３，１４  細管
９１  冷却水循環装置（従来技術）
【図１】
2007183033.tif 000003
【図２】
2007183033.tif 000004