(57)【要約】      （修正有）【課題】流体の流れを制御できる流体制御装置を提供する。【解決手段】本発明の流体制御装置１０は、流体２０を流す管３０と、流体２０の温度を調整する温度調整部４２と、を備え、管３０は、鉛直方向に折り返す曲がり部３２を有し、温度調整部４２は、曲がり部３２にある流体２０の温度を調整可能である。曲がり部３２内の流体２０の温度を調整することで、管３０を流れる流体２０の流量を調整することができ、管３０内の流体２０の流れを曲がり部３２で遮断することも可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流す管と、
前記流体の温度を調整する温度調整部と、を備え、
前記管は、鉛直方向に折り返す曲がり部を有し、前記温度調整部は、前記曲がり部にある前記流体の温度を調整可能であることを特徴とする流体制御装置。
【請求項２】
前記温度調整部は、前記曲がり部において、鉛直方向に前記流体の温度差を生じさせるように温度を調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記管は、鉛直方向の上方向きから鉛直方向の下方向きに折り返す上部曲がり部を有し、前記温度調整部は、前記上部曲がり部を加熱する加熱部を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体制御装置。
【請求項４】
前記管は、鉛直方向の下方向きから鉛直方向の上方向きに折り返す下部曲がり部を有し、前記温度調整部は、前記下部曲がり部を冷却する冷却部を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記管は、１つの流路に対して、鉛直方向の上方向きから鉛直方向の下方向きに折り返す上部曲がり部、および、鉛直方向の下方向きから鉛直方向の上方向きに折り返す下部曲がり部を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記上部曲がり部、又は、前記下部曲がり部を複数有していることを特徴とする請求項５に記載の流体制御装置。
【請求項７】
前記温度調整部は、前記上部曲がり部を加熱する加熱部と、前記下部曲がり部を冷却する冷却部と、を有していることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の流体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の流体制御装置では、制御弁やマイクロポンプなどを用いて流体の流量制御を行っていた。
【０００３】
特許文献１には、バイパス管に流量制御弁を設け、流量制御弁の開度を調整することによって、バイパス管を流れる流体の流量制御を行い、センサー管を流れる流量とバイパス管を流れる流量との比、即ち分流比を調整する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１０７０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の流量制御弁では、バイパス管内に設置されているため、バイパス管を流れる流体の抵抗となってしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係る流体制御装置は、流体を流す管と、前記流体の温度を調整する温度調整部と、を備え、前記管は、鉛直方向に折り返す曲がり部を有し、前記温度調整部は、前記曲がり部にある前記流体の温度を調整可能であることを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、曲がり部にある流体の温度を調整する温度調整部を備えているため、曲がり部の流体の温度を変化させることができる。そのため、流体の流れ易さを調整することが可能であり、流量制御弁など、流体を流す時に抵抗となるような構成を設けなくても、管内を流れる流体の流れを制御する流体制御装置を得ることができる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に記載の流体制御装置において、前記温度調整部は、前記曲がり部において、鉛直方向に前記流体の温度差を生じさせるように温度を調整可能であることが好ましい。
【００１０】
本適用例によれば、曲がり部において、鉛直方向に流体の温度差を生じさせることにより、流体に対する対流の発生や停止を調整することができるため、曲がり部で流体の流量や流れの遮断を制御することができる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に記載の流体制御装置において、前記管は、鉛直方向の上方向きから鉛直方向の下方向きに折り返す上部曲がり部を有し、前記温度調整部は、前記上部曲がり部を加熱する加熱部を有していることが好ましい。
【００１２】
本適用例によれば、上部曲がり部を加熱することにより、上部曲がり部において流体を滞留させ易くすることができ、上部曲がり部で流体の流量や流れの遮断を制御することができる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に記載の流体制御装置において、前記管は、鉛直方向の下方向きから鉛直方向の上方向きに折り返す下部曲がり部を有し、前記温度調整部は、前記下部曲がり部を冷却する冷却部を有していることが好ましい。
【００１４】
本適用例によれば、下部曲がり部を冷却することにより、下部曲がり部において流体を滞留させ易くすることができ、下部曲がり部で流体の流量や流れの遮断を制御することができる。
【００１５】
［適用例５］上記適用例に記載の流体制御装置において、前記管は、１つの流路に対して、鉛直方向の上方向きから鉛直方向の下方向きに折り返す上部曲がり部、および、鉛直方向の下方向きから鉛直方向の上方向きに折り返す下部曲がり部を有していることが好ましい。
【００１６】
本適用例によれば、上部曲がり部と下部曲がり部を有することにより、流体の流れの流量制御や遮断能力を向上させることができるので、管内を流れる流体の流れをより制御することができる。
【００１７】
［適用例６］上記適用例に記載の流体制御装置において、前記上部曲がり部、又は、前記下部曲がり部を複数有していることが好ましい。
【００１８】
本適用例によれば、上部曲がり部又は下部曲がり部を複数有することにより、流体の流れの流量制御や遮断能力を、さらに向上させることができる。
【００１９】
［適用例７］上記適用例に記載の流体制御装置において、前記温度調整部は、前記上部曲がり部を加熱する加熱部と、前記下部曲がり部を冷却する冷却部と、を有していることが好ましい。
【００２０】
本適用例によれば、上部曲がり部を加熱し、下部曲がり部を冷却することで、上部曲がり部と下部曲がり部のそれぞれで流体の流量や流れの遮断を制御することができるので、流体の流れの流量制御や遮断能力をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流体制御装置の構成を示す模式図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る流体制御装置の構成を示す模式図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る流体制御装置の構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載する場合がある。また、図１〜図３では、説明の便宜上、互いに直交する２軸として、Ｘ軸およびＹ軸を図示しており、以下の説明では、Ｘ軸に平行な方向を「水平方向」と言い、Ｙ軸に平行な方向を「鉛直方向」と言う。
【００２３】
［流体制御装置］
＜第１実施形態＞
先ず、本発明の第１実施形態に係る流体制御装置１０について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体制御装置の構成を示す模式図である。
【００２４】
本実施形態の流体制御装置１０は、図１に示すように、流体２０が流れる管３０と、流体２０の温度を調整する温度調整部４２と、を備えている。
管３０は、鉛直方向（Ｙ軸方向）の上方向きから鉛直方向の下方向きに折り返す曲がり部３２を有している。また、曲がり部３２は、管３０の折り返しの頂点である先端部６４、先端部６４よりも上流側の上方向き部６０、および先端部６４よりも下流側の下方向き部６２を有している。ここで、管３０の折り返しの頂点とは、鉛直方向において管３０の一番高い位置周辺を指し、管３０の太さ等に応じて、ある程度の範囲を有する。なお、上流部２２から流れてきた流体２０は、曲がり部３２を通過し、下流部２４へ流れる。
【００２５】
曲がり部３２は、保温部４０で覆われており、保温部４０は、温度調整部４２と、導熱部材４６と、および断熱部材４４と、を備え、曲がり部３２側から導熱部材４６、温度調整部４２、断熱部材４４の順で配置されている。
【００２６】
温度調整部４２は、曲がり部３２を覆う保温部４０内で、曲がり部３２の鉛直方向の上方に導熱部材４６を介して配置されている。導熱部材４６は、温度調整部４２で発生させた熱を効率良く曲がり部３２へ伝導させることができる。そのため、曲がり部３２内の流体２０の温度を調整することができる。また、温度調整部４２と導熱部材４６とを覆う断熱部材４４は、温度調整部４２および導熱部材４６における熱の外部への放出、あるいは、温度調整部４２および導熱部材４６に対する外部からの温度の影響を防いでいる。
【００２７】
温度調整部４２には、ヒーターやペルチェ素子等が好適である。なお、ペルチェ素子の場合には発熱を生じる加熱側を導熱部材４６に密着させて配置する。
導熱部材４６としては、熱伝導率の大きい、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等が好適である。
断熱部材４４としては、グラスウールや硬質ウレタン等が好適である。
【００２８】
次に、本実施形態の流体制御装置１０が流体を制御する方法について説明する。
上流部２２から流れてきた流体２０は、曲がり部３２で温度調整部４２により加熱されると、保温部４０内の導熱部材４６に覆われた曲がり部３２の鉛直方向の上方向きである上方向き部６０の流体２０の温度と、曲がり部３２の鉛直方向の下方向きである下方向き部６２の流体２０の温度と、曲がり部３２の先端部６４の流体２０の温度がそれぞれ上昇し曲がり部３２内の流体２０が膨張する。
【００２９】
また、曲がり部３２の上方向き部６０の流体２０と、曲がり部３２の下方向き部６２の流体２０と、はそれぞれ温度調整部４２からの距離により、鉛直方向に流体２０の温度差を生じるので、上方向き部６０と下方向き部６２の流体２０はそれぞれ鉛直方向に膨張や収縮の度合いが変化し、鉛直方向の流体２０の密度に差が生じる。流体２０の場所により密度の違いが生じると、単位体積当たりの重量にも差が生じ、相対的に密度が高い部分が下へ、相対的に密度が低い部分が上へ移動することで、対流が発生する。しかし、曲がり部３２においては、先端部６４の上方に温度調整部４２が配置されており、温度調整部４２が流体２０を加熱すると、上に向かうほど流体の温度が高い温度勾配となる。そのため、上方の流体２０は下方の流体よりも密度が低くなり、対流が起こり難い安定した状態となる。すなわち、曲がり部３２において、流体２０の対流が起こらずに安定した状態となり、流体２０が滞留し、上流から下流へ、あるいは、その反対の流れも含めて、流体２０が流れ難い状態となる。
【００３０】
曲がり部３２を加熱し続けると、先端部６４付近の流体２０の温度が上昇し、曲がり部３２内の流体２０は、鉛直方向の密度の差が大きくなる。そのため、重力の影響に対して、より安定した状態となるので、管３０の上流部２２から下流部２４への流れが停滞し、管３０内を流れる流体２０の流量を低下させることができる。つまり、曲がり部３２内の流体２０の温度を調整することで、管３０を流れる流体２０の流量を調整することができる。
【００３１】
また、曲がり部３２の流体２０を加熱し、鉛直方向に所定の温度差を生じさせると、所定の密度差が生じ、生じた鉛直方向の密度差により流体２０が重力の影響に対して安定し停滞するため、管３０の中で曲がり部３２の箇所の流路抵抗が高くなる。そのため、曲がり部３２の流体２０の温度を調整することで、管３０内の流体２０の流れを曲がり部３２で遮断することも可能である。
【００３２】
以上述べたように、本実施形態に係る流体制御装置１０によれば、以下の効果を得ることができる。
曲がり部３２にある流体２０の温度を調整可能であるため、曲がり部３２の流体２０の温度を変化させることにより、流体２０の流れ易さを調整することが可能である。
【００３３】
また、曲がり部３２の流体２０を加熱し、鉛直方向に所定の温度差を生じさせると、所定の密度差が生じ、生じた鉛直方向の密度差により流体２０が重力の影響に対して安定し停滞するため、管３０の中で曲がり部３２の箇所の流路抵抗が高くなる。従って、管３０内に流量制御弁など、流体２０の抵抗となるような構成を設けずに、曲がり部３２の流体２０の温度を調整する温度調整部４２を備えることで、管３０内を流れる流体２０の流量制御や流れの遮断を行うことができる流体制御装置１０を得ることができる。
【００３４】
この流体制御装置１０によれば、曲がり部３２の温度を調整することで、流体２０の流量制御や流れの遮断を行うことが可能な一方、管３０内に流量制御弁など、流体２０の抵抗となるような構成を設けないため、通常は流路抵抗が少なく、流体２０を流し易くすることができる。なお、鉛直方向の上方向きから鉛直方向の下方向きに折り返す曲がり部を加熱することで、流体２０を滞留させることを説明したが、鉛直方向の下方向きから鉛直方向の上方向きに折り返す曲がり部を冷却することで、流体２０を滞留させ流れを制御してもよい。冷却する場合、流体２０が、温度の低下により粘度が高くなる性質を有するものであれば、流体２０は流れ難く、より滞留し易くなる。
【００３５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る流体制御装置１０ａについて、図２を参照して説明する。
図２は、本発明の第２実施形態に係る流体制御装置の構成を示す模式図である。なお、第１実施形態と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
【００３６】
本実施形態の流体制御装置１０ａは、図２に示すように、管３０ａと、管３０ａの中の流体２０の温度を調整する温度調整部４２ａと、を備えている。
【００３７】
また、管３０ａは、１つの流路において、鉛直方向（Ｙ軸方向）の上方向きから鉛直方向の下方向きに折り返す上部曲がり部３４と、鉛直方向の下方向きから鉛直方向の上方向きに折り返す下部曲がり部３６と、を有している。さらに、上部曲がり部３４は、管３０ａの折り返し箇所である先端部６４ａ、先端部６４ａよりも上流側の上方向き部６０ａ、および先端部６４ａよりも下流側の下方向き部６２ａを有し、下部曲がり部３６は、管３０ａの折り返し箇所である先端部７０、先端部７０よりも下流側の上方向き部６６、および先端部７０よりも上流側の下方向き部６８を有している。ここで、管３０の折り返し箇所とは、鉛直方向において管３０の一番低い位置周辺を指し、管３０の太さ等に応じて、ある程度の範囲を有する。上流部２２から流れてきた流体２０は、上部曲がり部３４を通過し、その後、下部曲がり部３６を通過して下流部２４へ流れる。
【００３８】
温度調整部４２ａは、上部曲がり部３４と下部曲がり部３６とを覆う保温部４０ａ内に配置され、上部曲がり部３４を加熱する加熱部５０と下部曲がり部３６を冷却する冷却部５２とを有している。加熱部５０は、上部曲がり部３４を覆う導熱部材４６ａと接続されている。そのため、導熱部材４６ａにより加熱部５０で発生させた熱を効率良く上部曲がり部３４へ伝導させることができる。
【００３９】
また、冷却部５２は、下部曲がり部３６を覆う導熱部材４８と接続されている。そのため、導熱部材４８により効率良く下部曲がり部３６を冷却させることができる。
なお、温度調整部４２ａと導熱部材４６ａ，４８とは、断熱部材４４ａに覆われており、温度調整部４２ａおよび導熱部材４６ａ，４８における熱の外部への放出、あるいは、温度調整部４２ａおよび導熱部材４６ａ，４８に対する外部からの温度の影響を防いでいる。
【００４０】
また、温度調整部４２ａには、直流電流を流すと、一方の面が吸熱し、反対面に発熱が起こるペルチェ素子が装置の小型化を図る上で好適である。
【００４１】
以上述べたように、本実施形態に係る流体制御装置１０ａによれば、第１実施形態での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
本実施形態に係る流体制御装置１０ａは、１つの流路において、上部曲がり部３４と下部曲がり部３６とを有している。上部曲がり部３４では、第１実施形態と同様に、上部曲がり部３４の流体２０の温度を調整することにより、上部曲がり部３４において、流体２０の流れを制御することができる。
【００４２】
また、下部曲がり部３６では、下部曲がり部３６の流体２０の温度を調整することにより、下部曲がり部３６において、流体２０の流れを制御することができる。なお、上部曲がり部３４、または、下部曲がり部３６、の何れかの流体２０の温度を調整するだけでも、流体２０の流れを制御することが可能であるが、上部曲がり部３４の流体２０を加熱し、下部曲がり部３６の流体２０を冷却することで、比較的に短い時間で、鉛直方向の温度差を生じさせることが可能である。そのため、第１実施形態よりもさらに流体２０の流れを制御し易くなる。
【００４３】
また、上部曲がり部３４または下部曲がり部３６の何れかだけの温度を調整する場合、時間が経つと、調整する温度が管３０ａ全体に広がり、鉛直方向の温度差が小さくなることが考えられるが、上部曲がり部３４を加熱し、下部曲がり部３６を冷却することで、鉛直方向の温度差を保つことが可能であり、流体２０の停滞を維持し易く、長時間に亘り流れを遮断することが可能である。
【００４４】
従って、上部曲がり部３４にある流体２０と下部曲がり部３６にある流体２０と、の温度を調整する温度調整部４２ａを備えることで、管３０ａを流れる流体２０の流量制御や遮断能力に優れた流体制御装置１０ａを得ることができる。
【００４５】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る流体制御装置１０ｂについて、図３を参照して説明する。
図３は、本発明の第３実施形態に係る流体制御装置の構成を示す模式図である。なお、第１実施形態および第２実施形態と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
【００４６】
本実施形態の流体制御装置１０ｂは、図３に示すように、１つの流路において、２つの上部曲がり部３４ｂ，３４ｃと２つの下部曲がり部３６ｂ，３６ｃとを有する管３０ｂと、２つの上部曲がり部３４ｂ，３４ｃの流体２０の温度と２つの下部曲がり部３６ｂ，３６ｃの流体２０の温度とを調整する温度調整部４２ｂと、を備えている。
【００４７】
管３０ａは、上流部２２から下流部２４に向かって、上部曲がり部３４ｂ、下部曲がり部３６ｂ、上部曲がり部３４ｃ、下部曲がり部３６ｃの順で配置されている。
【００４８】
温度調整部４２ｂは、２つの上部曲がり部３４ｂ，３４ｃと２つの下部曲がり部３６ｂ，３６ｃとを覆う保温部４０ｂ内に配置され、２つの上部曲がり部３４ｂ，３４ｃを加熱する加熱部５０ｂと、２つの下部曲がり部３６ｂ，３６ｃを冷却する冷却部５２ｂと、を有している。加熱部５０ｂは、２つの上部曲がり部３４ｂ，３４ｃを覆う導熱部材４６ｂと接続されている。そのため、導熱部材４６ｂにより加熱部５０ｂで発生させた熱を効率良く２つの上部曲がり部３４ｂ，３４ｃへ伝導させることができる。
【００４９】
また、冷却部５２ｂは、２つの下部曲がり部３６ｂ，３６ｃを覆う導熱部材４８ｂと接続されている。そのため、導熱部材４８ｂにより効率良く２つの下部曲がり部３６ｂ，３６ｃを冷却させることができる。
なお、温度調整部４２ｂと導熱部材４６ｂ，４８ｂとは、断熱部材４４ｂに覆われており、温度調整部４２ｂおよび導熱部材４６ｂ，４８ｂにおける熱の外部への放出、あるいは、温度調整部４２ｂおよび導熱部材４６ｂ，４８ｂに対する外部からの温度の影響を防いでいる。
【００５０】
以上述べたように、本実施形態に係る流体制御装置１０ｂによれば、第１実施形態又は第２実施形態での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
本実施形態に係る流体制御装置１０ｂは、１つの流路において、２つの上部曲がり部３４ｂ，３４ｃと２つの下部曲がり部３６ｂ，３６ｃと、を有することにより、１つの上部曲がり部３４ｂと１つの下部曲がり部３６ｂで構成された場合に比べ、４つの曲がり部でそれぞれ流体２０の流れを制御できるので、流路抵抗を高めることができ、管３０ｂを流れる流体２０の流量制御や遮断能力をより向上させることができる。
【００５１】
また、２つの上部曲がり部３４ｂ，３４ｃを加熱し、２つの下部曲がり部３６ｂ，３６ｃを冷却することで、鉛直方向に生じる流体０の温度差を保ち易くなり、管３０ｂを流れる流体２０をより制御し易くすることができる。      
従って、２つの上部曲がり部３４ｂ，３４ｃにある流体２０と２つの下部曲がり部３６ｂ，３６ｃにある流体２０と、の温度を調整する温度調整部４２ｂを備えることで、管３０ｂを流れる流体２０の流量制御や遮断能力に優れた流体制御装置１０ｂを得ることができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、１つの流路において、２つの上部曲がり部３４ｂ，３４ｃと２つの下部曲がり部３６ｂ，３６ｃを有する構成を挙げて、説明したが、これに限定されることはなく、３つ以上の上部曲がり部３４と３つ以上の下部曲がり部３６を有する構成でも構わない。また、２つ以上の上部曲がり部３４のみを有する構成や２つ以上の下部曲がり部３６のみを有する構成でも構わない。
さらに、第１実施形態、第２実施形態および第３実施形態の何れの実施形態も、曲がり部は、折り返しの形状に限定はなく、湾曲形状、屈曲形状、あるいは、それらの複合形状でもよい。曲がり部としては、折り返しを挟んで鉛直方向に延びる流路を有し、鉛直方向における流体２０の温度差を生じさせることが可能な構成であればよい。
【００５３】
以上、本発明の各部の構成は、前述した実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。また、本発明は、前述した各実施形態の任意の構成同士を組み合わせるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０…流体制御装置、２０…流体、２２…上流部、２４…下流部、３０…管、３２…曲がり部、３４…上部曲がり部、３６…下部曲がり部、４０…保温部、４２…温度調整部、４４…断熱部材、４６，４８…導熱部材、５０…加熱部、５２…冷却部、６０…上方向き部、６２…下方向き部、６４…先端部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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