熱交換器及び熱交換器を用いた加熱装置
【課題】熱交換器の、熱膨張、収縮の繰返しによる破損を防止し、熱交換率の低下を防止すると共に、熱交換器の耐用期間を長くすることを目的とする。又、熱交換器の製造を容易化且つ低廉化すると共に、メンテナンスを容易とすることを目的とする。
【解決手段】両端が開口した筒状の熱交換管２と熱交換管２内部に設置される集熱体３を備え、集熱体３は、筒状部３１と、筒状部３１と一体成形され、筒状部３１の内壁面３１２から筒状部３１の内方へ延設された集熱フィン３２を備え、筒状部３１の外周面には、筒状部３１の長手方向に亘って連続し、筒状部３１の内方へ突出する凹部４１が形成され、少なくとも、集熱体３が加熱されて膨張した際に、熱交換管２と集熱体３とが、しまりばめの状態になる熱交換器。
【解決手段】両端が開口した筒状の熱交換管２と熱交換管２内部に設置される集熱体３を備え、集熱体３は、筒状部３１と、筒状部３１と一体成形され、筒状部３１の内壁面３１２から筒状部３１の内方へ延設された集熱フィン３２を備え、筒状部３１の外周面には、筒状部３１の長手方向に亘って連続し、筒状部３１の内方へ突出する凹部４１が形成され、少なくとも、集熱体３が加熱されて膨張した際に、熱交換管２と集熱体３とが、しまりばめの状態になる熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及び熱交換器を用いた加熱装置に関し、特に、熱交換管の内側に、集熱フィンを備えた管状の集熱体を設置し、集熱体内の流体と熱交換管の外側の流体との熱交換を行う熱交換器及び当該熱交換器を用いた加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から管状体の内側に流体を流し、管状体の外側の流体との熱交換を行う熱交換器が知られている。そして、熱交換の効率を向上させるために、管状体の内壁に集熱フィンを固着することも行われている。
【０００３】
そして、このような熱交換器として、例えば、図１０及び図１１に示すように、平板状のプレート９０を曲折して、左右に略垂直な側面壁を有する筒状に形成されると共に、側面壁内面にその長手方向に沿ってコの字型或いはＬ字型の銅製のフィン９１が溶接固着され、プレート９０の端部同士を溶接して筒状に形成されている熱交換器９が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
又、上記特許文献１においては、上記熱交換器を用いた液体加熱装置が提案されている。そして、この液体加熱装置では、上記熱交換器は、液体加熱装置の液槽の側壁に直接溶接されて液槽内に設置され、筒状の熱交換器内を流れる燃焼ガスの熱を、液槽内の熱交換器の外側に存する液体に伝達し、液槽内の液体を加熱している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１５７４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に開示された熱交換器は、筒状体に集熱用のフィンが溶接により固定されているため、繰り返しの使用による、膨張、収縮によりフィンが筒状体から剥離して、熱交換器が破損し易く、熱交換率を低下させるという問題点や、熱交換器の耐用期間が短いという問題点があった。特に、筒状体とフィンの材質が異なり、熱膨張率が異なる場合にこの問題が顕著であり、上記特許文献１に開示されているように、ステンレス製の筒状体と銅製のフィンでは、この問題が顕著であった。
【０００７】
又、フィンが筒状体から剥離した場合、筒状体は液体加熱装置の液槽の側壁に直接溶接されて設置されているので、補修をするためには、溶接部分を溶かして或いは切断して、液体加熱装置の液槽の側壁から熱交換器を取り外す必要があるが、この作業は困難で、時間がかかり、費用も高くなり、メンテナンスが容易ではないという問題点があった。特に銅製のフィンを用いる場合には、重量が重いこともあり更にメンテナンスが困難であった。
【０００８】
又、熱交換器の筒状体内を燃焼ガスが通るので、筒状体の内壁やフィンに煤等の汚物が付着し、熱交換率を低下させないためにも、熱交換器内部の清掃等のメンテナンスを行う必要があるが、上記特許文献１に開示された熱交換器は、筒状体に集熱用のフィンが溶接により固定され、しかも、筒状体は液体加熱装置の液槽の側壁に直接溶接されているので、熱交換器内部の清掃等のメンテナンスが容易ではないという問題点があった。
【０００９】
又、その熱交換器の製造において、平板体の曲折、フィンの曲折、フィンの平板体への溶接、平板体の溶接を行うため、工程が複雑で、容易に製造することが出来ず、製造コストが高くなるという問題点があった。特に銅製のフィンを用いる場合には、製造コストの問題が顕著であると共に、重量が重いこともあり更に製造が困難であった。
【００１０】
そこで、本発明は、繰り返しの使用による、膨張、収縮の繰り返しによっても、熱交換器が容易に破損することを防止し、熱交換率を低下させることを防止すると共に、熱交換器の耐用期間を長くすることを目的とする。
【００１１】
又、フィンの破損による補修や、内部の清掃等のメンテナンスを容易とすることを目的とする。
【００１２】
又、熱交換器又は熱交換器を用いた加熱装置の製造を容易とすると共に、製造コストを低廉化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための手段としての本発明は、熱交換器内部の熱を熱交換器外部の被加熱体に伝達する熱交換器であって、両端が開口した筒状の熱交換管と当該熱交換管内部に設置される集熱体を備え、前記集熱体は、筒状部と、当該筒状部と一体成形され、当該筒状部の内壁面から当該筒状部の内方へ延設された集熱フィンを備え、少なくとも、前記集熱体が加熱されて膨張した際に、前記熱交換管と前記集熱体とが、しまりばめの状態になることを特徴とする熱交換器である。
【００１４】
そして、筒状部と集熱フィンが一体形成されているので、集熱フィンが筒状体から剥離することがなく、熱交換器が破損し難く、熱交換率を低下させることが防止でき、熱交換器の耐用期間を長くすることが出来る。又、熱交換管と集熱体が別体であるので、集熱体は熱交換管に容易に挿脱できるので、熱交換器、それを用いた加熱装置のメンテナンスが容易となる。更に、部品は熱交換管と集熱体の２点で構成でき、部材の曲折や溶接も不要であり、製造工程が簡素で、容易に製造可能であり、製造コストも低廉化できる。
【００１５】
又、上記熱交換器において、前記集熱体の筒状部の外周面には、前記筒状部の長手方向に亘って連続し、前記筒状部の内方へ突出する凹部が形成されていることを特徴とする熱交換器である。
【００１６】
このような構成により、筒状部の径、外周形状を変形、縮小することが出来、加熱される前にしまりばめの状態である場合でも、熱交換管への集熱体の挿脱を容易とすることが出来る。又、筒状部が膨張した際に、凹部で膨張を吸収し、膨張方向をコントロール可能で、筒状部の径の伸長、外周の拡張を防止するので、集熱体が熱交換管に密着したまま、膨張が可能であり、又、熱交換管への応力を抑制し、熱交換管の破損、熱交換器の破損を防止することができる
【００１７】
又、上記熱交換器において、前記熱交換管と前記集熱体が加熱される前において、前記熱交換管と前記集熱体とが、しまりばめの状態であることを特徴とする熱交換器である。このような構成により、集熱体から熱交換管への熱交換率を向上させることが出来る。
【００１８】
又、上記熱交換器において、前記熱交換管と前記集熱体が加熱される前において、前記熱交換管と前記集熱体とが、ゆるみばめの状態であることを特徴とする熱交換器である。このような構成により、集熱体の熱交換管への挿入設置、抜き出しが容易となり、製造工程が簡素で、容易に製造可能であり、製造コストも低廉化できると共に、メンテナンスが容易となる。
【００１９】
又、上記熱交換器において、前記集熱体は、前記集熱体の軸に対し平行方向に分割して形成したこと、又は前記集熱体の軸に対し垂直方向に分割して形成したことを特徴とする熱交換器である。このような構成により、集熱体の熱交換管への挿入設置、抜き出しが容易となり、製造工程が簡素で、容易に製造可能であり、製造コストも低廉化できると共に、メンテナンスが容易となる。
【００２０】
又、上記熱交換器において、前記集熱体は、同一形状の複数の分割体を組み合わせて形成したことを特徴とする熱交換器である。
【００２１】
又、上記熱交換器において、前記集熱体は、前記集熱体の軸方向に対して垂直方向の断面視において、少なくとも一部が湾曲した集熱フィンを備えることを特徴とする熱交換器である。
【００２２】
又、上記熱交換器において、前記集熱体は、アルミニウム合金又は純アルミニウムで形成し、前記熱交換管はステンレスで形成したことを特徴とする熱交換器である。
【００２３】
又、上記熱交換器において、前記集熱体の表面には、アルマイト加工を施したことを特徴とする熱交換器である。
【００２４】
更に、熱交換器内部の熱を熱交換器外部の被加熱体に伝達する熱交換器の製造方法であって、両端が開口した筒状の熱交換管を成形する一方、筒状部と、当該筒状部の内壁面から当該筒状部の内方へ延設される集熱フィンを備えた集熱体を一体成形し、前記熱交換管内部に前記集熱体を挿入し、しまりばめの状態で設置することを特徴とする熱交換器の製造方法である。
【００２５】
更に、上記熱交換器を用いた加熱装置であり、又、前記加熱装置は、本体内部の上方に液槽を備え、前記熱交換器が、前記液槽の対向面に亘って設置されている液体加熱装置であることを特徴とする加熱装置である。
【００２６】
又、上記液体加熱装置は、茹麺器やフライヤーとすることが出来る。
【発明の効果】
【００２７】
以上のような本発明によれば、繰り返しの使用による、膨張、収縮の繰り返しによっても、熱交換器が容易に破損することを防止することが可能となり、熱交換率の低下を防止出来ると共に、熱交換器の耐用期間を長くすることが可能となった。
【００２８】
又、集熱フィンの破損による補修や、内部の清掃等のメンテナンスを容易とすることが可能となった。
【００２９】
又、熱交換器の製造を容易とすることが可能となると共に、製造コストを低廉化することが可能となり、更に、熱交換器を用いた加熱装置の製造を容易とすることが可能となると共に、製造コストを低廉化することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明熱交換器一実施例部分破断斜視図
【図２】本発明熱交換器の集熱体の実施例断面図
【図３】本発明熱交換器実施例部分断面図
【図４】集熱体を構成する分割体の一実施例断面図
【図５】集熱体の一実施例斜視図
【図６】本発明熱交換器他実施例斜視図
【図７】本発明液体加熱装置一実施例斜視図
【図８】本発明液体加熱装置一実施例側面図
【図９】本発明液体加熱装置一実施例正面図
【図１０】従来の熱交換器を示す正面図
【図１１】従来の熱交換器を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。本発明の熱交換器１は、夫々別個に形成された、両端が開口した筒状の熱交換管２と熱交換管２内部に固着されずに設置される集熱体３を備えて構成されている。
【００３２】
熱交換管２は、図１、図６及び図８に示すように、両端が開口した筒状であり、熱交換管２の軸に対し垂直方向の断面が円形に形成された、外形が円柱状の管体であり、ステンレスを用いて形成されている。熱交換管２は、集熱体３で集められた熱を受け取り、熱交換管２の外側に存する被加熱体に伝達するための部材である。
【００３３】
熱交換管２の軸方向（長手方向）の長さ、外径、厚みは、特に限定されず、熱交換管２の材質、熱交換管２が用いられる加熱装置等の機器、そこで求められる熱交換性能等に応じて、適宜選択することができるが、例えば材質がＪＩＳ ＳＵＳ３０４である場合、長さを３１２ｍｍ、外径を７６ｍｍ、厚みを３ｍｍとすることが出来る。厚みは、１．５〜４ｍｍ程度が好ましく、１．５ｍｍ以下であると強度的に弱くなり、４ｍｍ以上では、熱交換率が低下するからである。
【００３４】
尚、熱交換管２の形状は、軸に対し垂直方向の断面が円形に限定されず、三角形、四角形、その他の多角形としてもよく、その材質は、ステンレスに限定されず、アルミニウムやその合金等の金属を用いることとしてもよい。
【００３５】
集熱体３は、アルミニウム合金を用いて形成され、図２（ａ）に示すように、両端が開口した筒状であり、集熱体３の軸に対し、即ち長手方向に対し垂直方向の断面が円形に形成された外形が円柱状の管体である筒状部３１と、筒状部３１の内壁面３１２から筒状部３１の内方へ延設された集熱フィン３２を備えて構成されている。又、集熱フィン３２は筒状部３１と一体成形されている。そのため、熱膨張による応力が加わっても、集熱フィン３２が筒状部３１から剥離、離間することがなく、集熱体３、ひいては熱交換器１の破損を防止することが出来る。尚、集熱体３の素材は、アルミニウム合金に限定されず、ステンレスや純アルミニウム等の金属を用いることとしてもよい。
【００３６】
筒状部３１は、筒状部３１の内側、或いは加えて後述する凹部４１により形成される熱交換管２と集熱体３間の空間５に流される燃焼ガス等の加熱された流体から熱を集めると共に、集熱フィン３２で集められた熱を集め、集めた熱を熱交換管２に伝達するための部材であり、熱交換管２に伝達された熱は、熱交換管２の外側に存する水や油等の液体又は気体である被加熱体に伝達される。
【００３７】
そして、筒状部３１の軸方向（長手方向）の長さ、外径、厚みは、夫々熱交換管２の長さ以下、内径未満に形成されると共に、集熱体３の材質、集熱体３が用いられる加熱装置等の機器、そこで求められる熱交換性能等に応じて適宜選択することができるが、例えば材質がＪＩＳ Ａ６０６３である場合、長さを、２５０ｍｍ、外径を、７２．５ｍｍ、厚みを３ｍｍとすることが出来る。厚みは、１．５〜４ｍｍ程度が好ましく、１．５ｍｍ以下であると強度的に弱くなり、４ｍｍ以上では、熱交換率が低下するからである。
【００３８】
集熱体３は、溶接やその他の方法により固着されずに、熱交換管２内に挿入して設置されている。熱交換管２の内形状及び集熱体３の外形状は、熱交換管２内に集熱体３を挿脱可能であって、少なくとも、集熱体３の筒状部３１内が加熱され、その結果として集熱体３が膨張した際に、或いは集熱体３及び熱交換管２が膨張した際に、集熱体３の筒状部３１の外壁面３１３が熱交換管２の内壁面２６と密接する形状に形成されている。即ち、集熱体３の膨張時に、熱交換管２と集熱体３はしまりばめの状態になるよう形成されている。
【００３９】
上記一例のような材質及び寸法の熱交換管２及び集熱体３を用いて熱交換器１を構成する場合、集熱体３及び熱交換管２が加熱される前において、熱交換管２と集熱体３とがゆるみばめの状態となっている。このような構成とすることで、集熱体３の熱交換管２への挿脱が容易となる。このような場合、集熱体３が熱交換管２から不用意に脱落しないように、集熱体３を熱交換管２に保持するため、クリップ状等のストッパーを熱交換管２に設置してもよい。尚、このように加熱前に熱交換管２と集熱体３とがゆるみばめの状態として構成する場合には、熱交換管２の材質は集熱体３の材質より熱膨張係数が小さい材質で形成する。
【００４０】
又、熱交換器１は、集熱体３及び熱交換管２が加熱される前において、熱交換管２と集熱体３とがしまりばめの状態で構成することとしてもよい。この場合の製造方法として、集熱体３及び熱交換管２を夫々別個に成形し、熱交換管２内部に集熱体３を圧入等により挿入し、しまりばめの状態で設置する方法を採用することが出来る。このような構成とすることで、集熱体３が熱交換管２から不用意に抜けてしまうことを防止でき、又、集熱体３の筒状部３１の外壁面３１３が熱交換管２の内壁面２６に確実に密接し、熱交換性能を高めることが出来る。
【００４１】
尚、しまりばめの状態とは、熱交換管２の内壁面２６と集熱体３の外壁面３１３との間に隙間がなく、密接し、熱交換管２の内壁面２６と集熱体３の外壁面３１３が互いに圧力を加えている状態であり、集熱体３が集熱体３の軸に垂直方向への移動が出来ない状態であり、挿入時であればしめしろができる状態をいう。但し、熱交換管２の内形状と集熱体３の外形状が完全な相似形でない場合に生じる隙間が存在してもしまりばめの状態というものとする。又、ゆるみばめの状態とは、熱交換管２の内壁面２６と集熱体３の外壁面３１３との間に隙間があり、密接していない状態であり、集熱体３が集熱体３の軸に垂直方向への移動が出来る状態をいう。
【００４２】
尚、筒状部３１の形状は、熱交換管２に挿脱可能であり、少なくとも、集熱体３の筒状部３１内が加熱され、その結果として集熱体３及び熱交換管２が膨張した際に、集熱体３の筒状部３１の外壁面３１３が熱交換管２の内壁面２６と密接すれば断面が円形に限定されず、熱交換管２の内部形状に適合させて、三角形、四角形、その他の多角形としてもよい。筒状部３１の外壁面３１３の全面が熱交換管２の内壁面２６に密接させるため、筒状部３１の外形状と熱交換管２の内形状の夫々の断面は相似形とすることが好ましい。
【００４３】
集熱体３の長さは、熱交換管２の長さ以下に形成するが、熱交換管２の長さ未満に形成し、図６に示すように、熱交換器１の少なくとも燃焼ガス等の加熱された流体が流入する側（図では左手前側）において、熱交換管２の端部から所定の距離をおいて集熱体３を設置することが好ましい。このような構成とすることで、ガスバーナー等の熱発生器具からの集熱体３への直接的な熱の影響を低減させることが出来、集熱体３の変形や劣化を抑制することが出来る。
【００４４】
集熱フィン３２は、筒状部３１の内側に流される燃焼ガス等の加熱された流体から熱を集め、筒状部３１に伝達するための部材である。集熱フィン３２は、図１及び図２（ａ）に示すように、筒状部３１の内壁面３１２に、所定の間隔をおいて、筒状部３１の中心方向へ直線的に突設すると共に、筒状部３１の長手方向に直線的に連続して複数形成している。集熱フィン３２の高さＨ、即ち、筒状部３１と接する基部３２１から先端部３２２までの高さＨは、筒状部３１の内半径以下の適宜高さとすると共に、個々の集熱フィン３２で同一とし、筒状部３１の長手方向に亘っても同一としている。又、集熱フィン３２の厚みＷは、基部３２１の厚みＷ１より先端部３２２の厚みＷ２を薄く形成している。
【００４５】
尚、集熱フィン３２は、筒状部３１の長手方向に直線的に連続して形成せずに、筒状部３１の長手方向に螺旋状に形成すること、断続的に形成すること、或いはこれらの形状を適宜組み合わせて形成することも出来る。
【００４６】
又、集熱フィン３２は、上記形状に限定されず、図２（ｂ）〜（ｇ）に示すように、高さＨを異ならせた形状（ｂ）（ｅ）、基部３２１から先端部３２２の厚みを同一とした形状（ｅ）、集熱体３の長手方向に対して垂直方向の断面視において、一部又は全部が湾曲した形状（ｆ）、集熱フィン３２同士が入り組んだ形状（ｆ）、一枚の集熱フィン３２から補助フィン３２５が突出した形状（ｄ）、集熱フィン３２が筒状部３１に形成された円筒状の集熱フィン３２６を支持する形状（ｄ）、集熱体３の長手方向に対して垂直方向の断面視において、少なくとも一部が湾曲し、一部が筒状部３１の中心方向へ直線的に延びると共に、湾曲した集熱フィン３２の一部は筒状部３１の内半径以上の長さとし、湾曲した一部の集熱フィン３２の先端部分が他の２個の集熱フィン３２間に挿入された形状（ｇ）、或いは、軸に対し垂直方向の断面において屈折した形状（図示せず）、又はこれらを適宜組み合わせた形状等に形成してもよい。集熱フィン３２を湾曲又は屈曲させることにより、集熱体３の内側の表面積を大きくすることができ、集熱効率を高めることが出来る。
【００４７】
又、集熱体３は、長手方向に対して垂直方向の断面形状を、長手方向に前後したどこの断面でも同一形状となるよう形成してもよいが、異なる形状となるよう形成してもよい。一具体例として、個々の集熱フィン３２の高さＨ又は長さは、筒状部３１の長手方向に亘って同一とするのではなく、図３に示すように、燃焼ガス等の加熱された流体が流入する側（図では左側）の高さＨ１を低くし、奥側（図では右側）の所定位置に向かって高くするように形成することも出来る。この高さの変化は、直線状や曲線状にすることが出来、又、筒状部３１の長手方向一端から他端に亘って高さの変化を設けることとしてもよい。
【００４８】
このような構成とすることで、通常、燃焼ガス等の加熱された流体が流入する側から奥側、排出する側に向かって、加熱された流体の温度が低くなるが、奥側の集熱フィンの面積を大きくすることで、集熱効果を高め、熱交換器１の全長に亘って均一な熱交換を行うことが出来る。
【００４９】
熱交換器１の奥側の集熱フィンの面積を大きくするために、上記構成の他、加熱された流体が流入する側より奥側に多数の集熱フィン３２を形成することも出来る。
【００５０】
筒状部３１には、図１、図２（ｂ）〜（ｇ）に示すように、筒状部３１の長手方向に亘って直線的に連続し、筒状部３１の内方へ突出する凹部４１を形成することが好ましい。この凹部４１により、筒状部３１の外周面には所定深さの溝状の窪みが形成されると共に、筒状部３１の内周面には所定高さの凸条が形成される。この凹部４１は、筒状部３１に弾性を付与し、筒状部３１の径を短くし、外周を縮ませることが出来る。凹部４１の形成数は特に限定されず、１個〜６個程度で充分であるが、筒状部３１の外壁面３１３と熱交換管２の内壁面２６との接触面積を大きくするために、出来るだけ少なくすることが好ましく、１個〜４個程度が好ましい。又、凹部４１は、筒状部３１の膨張及び膨張の吸収のバランスを均一化するために、筒状部３１の外周面に等間隔で設けることが好ましい。
【００５１】
尚、凹部４１は、筒状部３１の一部を筒状部３１の中心軸方向へ凹ませて形成するが、この凹部４１を形成する壁面も集熱フィン３２となる。この場合、凹部４１を形成する集熱フィン３２は、筒状部３１の内側に加えて凹部４１により形成される熱交換管２と集熱体３間の空間５に流される燃焼ガス等の加熱された流体からも熱を集める。尚、凹部４１を形成する外側の壁面は、筒状部３１の外壁面３１３を構成するものではない。
【００５２】
凹部４１の、筒状部３１の軸に対し垂直方向の断面形状は、特に限定されず、図２（ｂ）に示すような筒状部３１の外周面を底辺とする三角形状、図２（ｃ）〜（ｅ）に示すような頂角が半円形上の筒状部３１の外周面を底辺とする三角形状の他、図示はしないが、半円形状、半楕円円形状、頂角が筒状部３１の外周面に接する三角形状、一部が欠けた略円形状、扇形状等適宜の形状とすることが出来る。
【００５３】
このような構成により、筒状部３１の径、外周形状を変形、縮小することが出来、加熱される前にしまりばめの状態である場合でも、熱交換管２への挿脱時に外周形状を縮小させることで、挿脱を容易とすることが出来る。又、筒状部３１が膨張した際に、凹部４１で膨張を吸収し、膨張方向をコントロール可能で、筒状部３１の径の伸長、外周の拡張を防止するので、集熱体３が熱交換管２に密着したまま、膨張が可能であり、又、熱交換管２への応力を抑制し、熱交換管２の破損、熱交換器１の破損を防止することができる。
【００５４】
又、凹部４１を形成しない場合は、少なくとも膨張時に筒状部３１の外壁面３１３が熱交換管２の内壁面２６と充分に密着する必要があると共に、筒状部３１の膨張により、筒状部３１又は／及び熱交換管２が破損しない範囲で設計、形成する必要があるので、筒状部３１と熱交換管２の材質が異なる場合はもとより、同じ場合であっても、夫々の厚み等構成の違いによる膨張率、膨張方向等が異なる場合があり、場合によっては、筒状部３１の外壁面３１３が熱交換管２の内壁面２６と充分に密着しないこともあるので、設計、形成が容易ではない。しかし、凹部４１を形成することにより、筒状部３１の膨張を吸収し、膨張方向をコントロール可能なので、設計、形成が容易であると共に、筒状部３１の外壁面３１３が熱交換管２の内壁面２６に確実に密着させることが出来る。
【００５５】
更に、筒状部３１の熱交換管２への挿脱が容易であって、常に筒状部３１の外壁面３１３と熱交換管２の内壁面２６とを密接させておくことが出来る。
【００５６】
尚、集熱フィン３２が筒状部３１の長手方向に螺旋状に連続して形成されている場合、凹部４１も筒状部３１の長手方向に螺旋状に形成することが、製造が容易であり好ましい。
【００５７】
熱交換管２及び集熱体３は、夫々に用いる材質や形状に適した製造方法により形成すればよく、例えば、熱交換管２は、平板体を湾曲させて両端同士を溶接等により固着して形成したり、押出加工、引抜加工等を用いて形成することが出来、集熱体３は、押出加工、引抜加工、柱状体を用いたワイヤ放電加工やブローチ加工等を用いて形成することが出来る。又、集熱体３の材質がアルミニウム等腐食しやすい材質である場合には、集熱体３の表面、即ち筒状部３１の端面を含む外側表面並びに内側表面及び集熱フィン３２の表面には、腐食防止のためアルマイト加工を施すこととしてもよい。
【００５８】
集熱体３は一体成形するが、分割して形成してもよい。分割形成する場合、集熱体３の長手方向、即ち軸に対し垂直方向に分割してもよく、図２（ｅ）、（ｆ）及び（ｇ）に示すように、軸に対し平行方向、即ち集熱体３の長手方向に分割してもよい。分割形成することにより、一体成形では採用が困難な、集熱フィン３２を含めた集熱体３の形状、材質、加工法等の組み合わせを容易とし、熱交換率が高い、集熱体３、熱交換器１を容易且つ廉価に製造することが出来る。
【００５９】
そして、特に軸に対し平行方向に分割して形成する場合、集熱体３は、図２（ｅ）に示すように、集熱体３を構成する分割体３０の他の分割体３０との対向部に係止突起３７を設け、分割体３０同士を係止させたり、又、図２（ｆ）及び（ｇ）に示すように、分割体３０の筒状部３１部分の両端部であって、集熱体３を組み立てた際の分割体３０同士の対向部に係合突起３８と係合凹部３９を設け、集熱体３の長手方向にスライドさせて係合凹部３９に係合突起３８を挿入させて分割体３０同士を係合させて集熱体３を形成することが好ましい。このような構成とすることで、集熱体３の組立時に分割体３０のずれ、集熱体３の分解を防止できるからであり、特に係合させることにより、その効果が高まるからである。又、分割数は特に限定されないが、多すぎると、組立て、熱交換管２への挿脱の作業が煩雑になる場合もあるので、特に軸に対し平行方向に分割する場合には、２〜４分割程度が好ましく、特に２又は３分割が好ましい。
【００６０】
複数の分割体３０を組み合わせて集熱体３を形成する場合、夫々の分割体３０に形成される集熱フィン３２の形状、成形位置を異ならせ、分割体３０の形状を異なる形状としてもよいが、夫々の分割体３０は同一形状とすることが好ましい。同一形状とすることで、夫々の分割体３０の相対的位置関係に注意して組み立てをする必要がなく、集熱体３の組立が容易となり、又、分割体３０及び集熱体３の製造も容易且つ低廉化することが出来るからである。例えば、図２（ｇ）に示す集熱体３００を３個の分割体３０で形成する場合、図４に示す断面形状の分割体３０１を３個組み合わせて組立形成することが出来、組み立てられた集熱体３の一形態として図５に示す集熱体３００が形成される。更に、この集熱体３００を用いた熱交換器の一実施例として、図６に示す熱交換器１が形成される。
【００６１】
上記のような熱交換器１は、熱交換を必要とする加熱装置等の各種機器に利用することが出来、加熱装置の一例として、油を加熱するフライヤーや水を加熱する茹麺器等の液体加熱装置が挙げられる。以下、熱交換器１を加熱装置に用いる実施の形態を茹麺器を例として説明する。
【００６２】
茹麺器１０は、図７〜図９に示すように、厨房等の床面に設置するための脚部６１を備えた本体６内部の上方に、麺を茹でる水を貯留するための液槽６２を備え、本体６内部であって液槽６２の前面６２１側（図８において左側）には、液槽６２の外壁面と接し、その内部に熱発生器具たるガスバーナー６３が設置された燃焼室６４が設けられている。詳しくは、燃焼室６４は、上下開口の箱体８８を上部開口部を液槽６２の外壁面に密接させ、液槽６２の外壁面の一部をその上部壁として構成されている。又、液槽６２の背面６２２側（図８において右側）には、排気路６５が設けられている。そして、液槽６２内部には、所定数の熱交換器１が、一端を燃焼室６４、他端を排気路６５に接続され、液槽６２の対向面、即ち前面６２１から背面６２２に亘って略水平状態で設置されている。このようにして、燃焼室６４から熱交換器１、そして排気路６５へと通じる流路６９が形成されている。
【００６３】
尚、熱交換器１の設置は、液槽６２の前面６２１及び背面６２２夫々に設けられた孔６６に熱交換器１の熱交換管２の端部を溶接して行うが、集熱体３は予め熱交換管２内に設置しておいてもよく、熱交換管２の液槽６２への固定後に熱交換管２に挿入することとしてもよい。
【００６４】
次に茹麺器１０の作動について説明する。液槽６２に水７を熱交換器１より高い水位まで貯留後、ガスバーナー６３を点火して、燃焼室６４内で高温の燃焼ガスを発生させる。この燃焼ガスの流れは、図８において矢印Ｒで示すように、上昇し、熱交換器１の内部に進入し、集熱体３の内部、即ち筒状部３１の内側、或いは加えて凹部４１により形成される熱交換管２と集熱体３間の空間５に進入して、筒状部３１と集熱フィン３２と接触する。そして、燃焼ガスの熱が筒状部３１及び集熱フィン３２に吸収され、集熱フィン３２で集められた熱は、筒状部３１に伝達され、更に熱交換管２に伝達される。熱交換管２に伝達された熱は、液槽６２内の水７と接する熱交換管２の外面に達し、液槽６２内の水７との熱交換を行い、即ち水７を加熱する。熱交換器１の内部で熱を奪われた燃焼ガスは、排気路６５を通り本体６の外部へ排出される。
【００６５】
そして、熱交換器１のメンテナンスのために、集熱体３を熱交換管２から抜く時、メンテナンス終了時に集熱体３を熱交換管２に挿入する際には、燃焼室６４を構成する着脱或いは開閉自在な箱体８８及び本体６の前面に着脱或いは開閉自在に設けられた前蓋８１を取除き或いは開けて行うことが出来る。
【実施例１】
【００６６】
集熱フィン３２が図２（ｇ）に示す形状であって、図４に示す分割体３０１を３個組み合わせて、図５に示す形状に形成し、且つ筒状部の長手方向に亘って同一断面形状の集熱体３００を用いた熱交換器を２個設置した茹麺器の立上り時間と熱効率を測定した。茹麺機は、タニコー株式会社製ＴＵ−５０Ｎを使用し、熱交換管は、ＳＵＳ３０４を用いて内径７３．３ｍｍ、外径７６．３ｍｍ、長さ３０５ｍｍに形成したものを使用し、集熱体はＡｌ６０６３を用いて内径６８．２ｍｍ、外径７４．２ｍｍ、長さ２５０ｍｍに形成したものを使用した。側定時の室温は５．８℃で、液槽に１０．２℃の水を３６リットル貯留し、純プロパンガスを使用した。
【００６７】
１０．２℃から９８℃になるまでの立上り時間は３６分で、熱効率は６２％であった。又、３０℃から９８℃になるまでの立上り時間は１９分１０秒で、熱効率は６６．７％であった。このように立上り時間、熱効率共に良好であった。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の熱交換器１は、熱交換を必要とする加熱装置等の各種機器に利用することが出来、特に、油を加熱するフライヤーや水を加熱する茹麺器等の液体加熱装置に好適に利用することが出来る。
【符号の説明】
【００６９】
１ 熱交換器
１０ 茹麺器
２ 熱交換管
３ 集熱体
３０ 集熱体を構成する分割体
３００ 集熱体
３０１ 集熱体を構成する分割体
３１ 筒状部
３２ 集熱フィン
３２５ 補助フィン
３７ 係止突起
３８ 係合突起
３９ 係合凹部
４１ 凹部
６ 本体
６２ 液槽
６３ ガスバーナー
６４ 燃焼室
６５ 排気路
６９ 流路
７ 水
Ｈ 集熱フィンの高さ
Ｗ 集熱フィンの厚み
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及び熱交換器を用いた加熱装置に関し、特に、熱交換管の内側に、集熱フィンを備えた管状の集熱体を設置し、集熱体内の流体と熱交換管の外側の流体との熱交換を行う熱交換器及び当該熱交換器を用いた加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から管状体の内側に流体を流し、管状体の外側の流体との熱交換を行う熱交換器が知られている。そして、熱交換の効率を向上させるために、管状体の内壁に集熱フィンを固着することも行われている。
【０００３】
そして、このような熱交換器として、例えば、図１０及び図１１に示すように、平板状のプレート９０を曲折して、左右に略垂直な側面壁を有する筒状に形成されると共に、側面壁内面にその長手方向に沿ってコの字型或いはＬ字型の銅製のフィン９１が溶接固着され、プレート９０の端部同士を溶接して筒状に形成されている熱交換器９が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
又、上記特許文献１においては、上記熱交換器を用いた液体加熱装置が提案されている。そして、この液体加熱装置では、上記熱交換器は、液体加熱装置の液槽の側壁に直接溶接されて液槽内に設置され、筒状の熱交換器内を流れる燃焼ガスの熱を、液槽内の熱交換器の外側に存する液体に伝達し、液槽内の液体を加熱している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１５７４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に開示された熱交換器は、筒状体に集熱用のフィンが溶接により固定されているため、繰り返しの使用による、膨張、収縮によりフィンが筒状体から剥離して、熱交換器が破損し易く、熱交換率を低下させるという問題点や、熱交換器の耐用期間が短いという問題点があった。特に、筒状体とフィンの材質が異なり、熱膨張率が異なる場合にこの問題が顕著であり、上記特許文献１に開示されているように、ステンレス製の筒状体と銅製のフィンでは、この問題が顕著であった。
【０００７】
又、フィンが筒状体から剥離した場合、筒状体は液体加熱装置の液槽の側壁に直接溶接されて設置されているので、補修をするためには、溶接部分を溶かして或いは切断して、液体加熱装置の液槽の側壁から熱交換器を取り外す必要があるが、この作業は困難で、時間がかかり、費用も高くなり、メンテナンスが容易ではないという問題点があった。特に銅製のフィンを用いる場合には、重量が重いこともあり更にメンテナンスが困難であった。
【０００８】
又、熱交換器の筒状体内を燃焼ガスが通るので、筒状体の内壁やフィンに煤等の汚物が付着し、熱交換率を低下させないためにも、熱交換器内部の清掃等のメンテナンスを行う必要があるが、上記特許文献１に開示された熱交換器は、筒状体に集熱用のフィンが溶接により固定され、しかも、筒状体は液体加熱装置の液槽の側壁に直接溶接されているので、熱交換器内部の清掃等のメンテナンスが容易ではないという問題点があった。
【０００９】
又、その熱交換器の製造において、平板体の曲折、フィンの曲折、フィンの平板体への溶接、平板体の溶接を行うため、工程が複雑で、容易に製造することが出来ず、製造コストが高くなるという問題点があった。特に銅製のフィンを用いる場合には、製造コストの問題が顕著であると共に、重量が重いこともあり更に製造が困難であった。
【００１０】
そこで、本発明は、繰り返しの使用による、膨張、収縮の繰り返しによっても、熱交換器が容易に破損することを防止し、熱交換率を低下させることを防止すると共に、熱交換器の耐用期間を長くすることを目的とする。
【００１１】
又、フィンの破損による補修や、内部の清掃等のメンテナンスを容易とすることを目的とする。
【００１２】
又、熱交換器又は熱交換器を用いた加熱装置の製造を容易とすると共に、製造コストを低廉化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための手段としての本発明は、熱交換器内部の熱を熱交換器外部の被加熱体に伝達する熱交換器であって、両端が開口した筒状の熱交換管と当該熱交換管内部に設置される集熱体を備え、前記集熱体は、筒状部と、当該筒状部と一体成形され、当該筒状部の内壁面から当該筒状部の内方へ延設された集熱フィンを備え、少なくとも、前記集熱体が加熱されて膨張した際に、前記熱交換管と前記集熱体とが、しまりばめの状態になることを特徴とする熱交換器である。
【００１４】
そして、筒状部と集熱フィンが一体形成されているので、集熱フィンが筒状体から剥離することがなく、熱交換器が破損し難く、熱交換率を低下させることが防止でき、熱交換器の耐用期間を長くすることが出来る。又、熱交換管と集熱体が別体であるので、集熱体は熱交換管に容易に挿脱できるので、熱交換器、それを用いた加熱装置のメンテナンスが容易となる。更に、部品は熱交換管と集熱体の２点で構成でき、部材の曲折や溶接も不要であり、製造工程が簡素で、容易に製造可能であり、製造コストも低廉化できる。
【００１５】
又、上記熱交換器において、前記集熱体の筒状部の外周面には、前記筒状部の長手方向に亘って連続し、前記筒状部の内方へ突出する凹部が形成されていることを特徴とする熱交換器である。
【００１６】
このような構成により、筒状部の径、外周形状を変形、縮小することが出来、加熱される前にしまりばめの状態である場合でも、熱交換管への集熱体の挿脱を容易とすることが出来る。又、筒状部が膨張した際に、凹部で膨張を吸収し、膨張方向をコントロール可能で、筒状部の径の伸長、外周の拡張を防止するので、集熱体が熱交換管に密着したまま、膨張が可能であり、又、熱交換管への応力を抑制し、熱交換管の破損、熱交換器の破損を防止することができる
【００１７】
又、上記熱交換器において、前記熱交換管と前記集熱体が加熱される前において、前記熱交換管と前記集熱体とが、しまりばめの状態であることを特徴とする熱交換器である。このような構成により、集熱体から熱交換管への熱交換率を向上させることが出来る。
【００１８】
又、上記熱交換器において、前記熱交換管と前記集熱体が加熱される前において、前記熱交換管と前記集熱体とが、ゆるみばめの状態であることを特徴とする熱交換器である。このような構成により、集熱体の熱交換管への挿入設置、抜き出しが容易となり、製造工程が簡素で、容易に製造可能であり、製造コストも低廉化できると共に、メンテナンスが容易となる。
【００１９】
又、上記熱交換器において、前記集熱体は、前記集熱体の軸に対し平行方向に分割して形成したこと、又は前記集熱体の軸に対し垂直方向に分割して形成したことを特徴とする熱交換器である。このような構成により、集熱体の熱交換管への挿入設置、抜き出しが容易となり、製造工程が簡素で、容易に製造可能であり、製造コストも低廉化できると共に、メンテナンスが容易となる。
【００２０】
又、上記熱交換器において、前記集熱体は、同一形状の複数の分割体を組み合わせて形成したことを特徴とする熱交換器である。
【００２１】
又、上記熱交換器において、前記集熱体は、前記集熱体の軸方向に対して垂直方向の断面視において、少なくとも一部が湾曲した集熱フィンを備えることを特徴とする熱交換器である。
【００２２】
又、上記熱交換器において、前記集熱体は、アルミニウム合金又は純アルミニウムで形成し、前記熱交換管はステンレスで形成したことを特徴とする熱交換器である。
【００２３】
又、上記熱交換器において、前記集熱体の表面には、アルマイト加工を施したことを特徴とする熱交換器である。
【００２４】
更に、熱交換器内部の熱を熱交換器外部の被加熱体に伝達する熱交換器の製造方法であって、両端が開口した筒状の熱交換管を成形する一方、筒状部と、当該筒状部の内壁面から当該筒状部の内方へ延設される集熱フィンを備えた集熱体を一体成形し、前記熱交換管内部に前記集熱体を挿入し、しまりばめの状態で設置することを特徴とする熱交換器の製造方法である。
【００２５】
更に、上記熱交換器を用いた加熱装置であり、又、前記加熱装置は、本体内部の上方に液槽を備え、前記熱交換器が、前記液槽の対向面に亘って設置されている液体加熱装置であることを特徴とする加熱装置である。
【００２６】
又、上記液体加熱装置は、茹麺器やフライヤーとすることが出来る。
【発明の効果】
【００２７】
以上のような本発明によれば、繰り返しの使用による、膨張、収縮の繰り返しによっても、熱交換器が容易に破損することを防止することが可能となり、熱交換率の低下を防止出来ると共に、熱交換器の耐用期間を長くすることが可能となった。
【００２８】
又、集熱フィンの破損による補修や、内部の清掃等のメンテナンスを容易とすることが可能となった。
【００２９】
又、熱交換器の製造を容易とすることが可能となると共に、製造コストを低廉化することが可能となり、更に、熱交換器を用いた加熱装置の製造を容易とすることが可能となると共に、製造コストを低廉化することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明熱交換器一実施例部分破断斜視図
【図２】本発明熱交換器の集熱体の実施例断面図
【図３】本発明熱交換器実施例部分断面図
【図４】集熱体を構成する分割体の一実施例断面図
【図５】集熱体の一実施例斜視図
【図６】本発明熱交換器他実施例斜視図
【図７】本発明液体加熱装置一実施例斜視図
【図８】本発明液体加熱装置一実施例側面図
【図９】本発明液体加熱装置一実施例正面図
【図１０】従来の熱交換器を示す正面図
【図１１】従来の熱交換器を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。本発明の熱交換器１は、夫々別個に形成された、両端が開口した筒状の熱交換管２と熱交換管２内部に固着されずに設置される集熱体３を備えて構成されている。
【００３２】
熱交換管２は、図１、図６及び図８に示すように、両端が開口した筒状であり、熱交換管２の軸に対し垂直方向の断面が円形に形成された、外形が円柱状の管体であり、ステンレスを用いて形成されている。熱交換管２は、集熱体３で集められた熱を受け取り、熱交換管２の外側に存する被加熱体に伝達するための部材である。
【００３３】
熱交換管２の軸方向（長手方向）の長さ、外径、厚みは、特に限定されず、熱交換管２の材質、熱交換管２が用いられる加熱装置等の機器、そこで求められる熱交換性能等に応じて、適宜選択することができるが、例えば材質がＪＩＳ ＳＵＳ３０４である場合、長さを３１２ｍｍ、外径を７６ｍｍ、厚みを３ｍｍとすることが出来る。厚みは、１．５〜４ｍｍ程度が好ましく、１．５ｍｍ以下であると強度的に弱くなり、４ｍｍ以上では、熱交換率が低下するからである。
【００３４】
尚、熱交換管２の形状は、軸に対し垂直方向の断面が円形に限定されず、三角形、四角形、その他の多角形としてもよく、その材質は、ステンレスに限定されず、アルミニウムやその合金等の金属を用いることとしてもよい。
【００３５】
集熱体３は、アルミニウム合金を用いて形成され、図２（ａ）に示すように、両端が開口した筒状であり、集熱体３の軸に対し、即ち長手方向に対し垂直方向の断面が円形に形成された外形が円柱状の管体である筒状部３１と、筒状部３１の内壁面３１２から筒状部３１の内方へ延設された集熱フィン３２を備えて構成されている。又、集熱フィン３２は筒状部３１と一体成形されている。そのため、熱膨張による応力が加わっても、集熱フィン３２が筒状部３１から剥離、離間することがなく、集熱体３、ひいては熱交換器１の破損を防止することが出来る。尚、集熱体３の素材は、アルミニウム合金に限定されず、ステンレスや純アルミニウム等の金属を用いることとしてもよい。
【００３６】
筒状部３１は、筒状部３１の内側、或いは加えて後述する凹部４１により形成される熱交換管２と集熱体３間の空間５に流される燃焼ガス等の加熱された流体から熱を集めると共に、集熱フィン３２で集められた熱を集め、集めた熱を熱交換管２に伝達するための部材であり、熱交換管２に伝達された熱は、熱交換管２の外側に存する水や油等の液体又は気体である被加熱体に伝達される。
【００３７】
そして、筒状部３１の軸方向（長手方向）の長さ、外径、厚みは、夫々熱交換管２の長さ以下、内径未満に形成されると共に、集熱体３の材質、集熱体３が用いられる加熱装置等の機器、そこで求められる熱交換性能等に応じて適宜選択することができるが、例えば材質がＪＩＳ Ａ６０６３である場合、長さを、２５０ｍｍ、外径を、７２．５ｍｍ、厚みを３ｍｍとすることが出来る。厚みは、１．５〜４ｍｍ程度が好ましく、１．５ｍｍ以下であると強度的に弱くなり、４ｍｍ以上では、熱交換率が低下するからである。
【００３８】
集熱体３は、溶接やその他の方法により固着されずに、熱交換管２内に挿入して設置されている。熱交換管２の内形状及び集熱体３の外形状は、熱交換管２内に集熱体３を挿脱可能であって、少なくとも、集熱体３の筒状部３１内が加熱され、その結果として集熱体３が膨張した際に、或いは集熱体３及び熱交換管２が膨張した際に、集熱体３の筒状部３１の外壁面３１３が熱交換管２の内壁面２６と密接する形状に形成されている。即ち、集熱体３の膨張時に、熱交換管２と集熱体３はしまりばめの状態になるよう形成されている。
【００３９】
上記一例のような材質及び寸法の熱交換管２及び集熱体３を用いて熱交換器１を構成する場合、集熱体３及び熱交換管２が加熱される前において、熱交換管２と集熱体３とがゆるみばめの状態となっている。このような構成とすることで、集熱体３の熱交換管２への挿脱が容易となる。このような場合、集熱体３が熱交換管２から不用意に脱落しないように、集熱体３を熱交換管２に保持するため、クリップ状等のストッパーを熱交換管２に設置してもよい。尚、このように加熱前に熱交換管２と集熱体３とがゆるみばめの状態として構成する場合には、熱交換管２の材質は集熱体３の材質より熱膨張係数が小さい材質で形成する。
【００４０】
又、熱交換器１は、集熱体３及び熱交換管２が加熱される前において、熱交換管２と集熱体３とがしまりばめの状態で構成することとしてもよい。この場合の製造方法として、集熱体３及び熱交換管２を夫々別個に成形し、熱交換管２内部に集熱体３を圧入等により挿入し、しまりばめの状態で設置する方法を採用することが出来る。このような構成とすることで、集熱体３が熱交換管２から不用意に抜けてしまうことを防止でき、又、集熱体３の筒状部３１の外壁面３１３が熱交換管２の内壁面２６に確実に密接し、熱交換性能を高めることが出来る。
【００４１】
尚、しまりばめの状態とは、熱交換管２の内壁面２６と集熱体３の外壁面３１３との間に隙間がなく、密接し、熱交換管２の内壁面２６と集熱体３の外壁面３１３が互いに圧力を加えている状態であり、集熱体３が集熱体３の軸に垂直方向への移動が出来ない状態であり、挿入時であればしめしろができる状態をいう。但し、熱交換管２の内形状と集熱体３の外形状が完全な相似形でない場合に生じる隙間が存在してもしまりばめの状態というものとする。又、ゆるみばめの状態とは、熱交換管２の内壁面２６と集熱体３の外壁面３１３との間に隙間があり、密接していない状態であり、集熱体３が集熱体３の軸に垂直方向への移動が出来る状態をいう。
【００４２】
尚、筒状部３１の形状は、熱交換管２に挿脱可能であり、少なくとも、集熱体３の筒状部３１内が加熱され、その結果として集熱体３及び熱交換管２が膨張した際に、集熱体３の筒状部３１の外壁面３１３が熱交換管２の内壁面２６と密接すれば断面が円形に限定されず、熱交換管２の内部形状に適合させて、三角形、四角形、その他の多角形としてもよい。筒状部３１の外壁面３１３の全面が熱交換管２の内壁面２６に密接させるため、筒状部３１の外形状と熱交換管２の内形状の夫々の断面は相似形とすることが好ましい。
【００４３】
集熱体３の長さは、熱交換管２の長さ以下に形成するが、熱交換管２の長さ未満に形成し、図６に示すように、熱交換器１の少なくとも燃焼ガス等の加熱された流体が流入する側（図では左手前側）において、熱交換管２の端部から所定の距離をおいて集熱体３を設置することが好ましい。このような構成とすることで、ガスバーナー等の熱発生器具からの集熱体３への直接的な熱の影響を低減させることが出来、集熱体３の変形や劣化を抑制することが出来る。
【００４４】
集熱フィン３２は、筒状部３１の内側に流される燃焼ガス等の加熱された流体から熱を集め、筒状部３１に伝達するための部材である。集熱フィン３２は、図１及び図２（ａ）に示すように、筒状部３１の内壁面３１２に、所定の間隔をおいて、筒状部３１の中心方向へ直線的に突設すると共に、筒状部３１の長手方向に直線的に連続して複数形成している。集熱フィン３２の高さＨ、即ち、筒状部３１と接する基部３２１から先端部３２２までの高さＨは、筒状部３１の内半径以下の適宜高さとすると共に、個々の集熱フィン３２で同一とし、筒状部３１の長手方向に亘っても同一としている。又、集熱フィン３２の厚みＷは、基部３２１の厚みＷ１より先端部３２２の厚みＷ２を薄く形成している。
【００４５】
尚、集熱フィン３２は、筒状部３１の長手方向に直線的に連続して形成せずに、筒状部３１の長手方向に螺旋状に形成すること、断続的に形成すること、或いはこれらの形状を適宜組み合わせて形成することも出来る。
【００４６】
又、集熱フィン３２は、上記形状に限定されず、図２（ｂ）〜（ｇ）に示すように、高さＨを異ならせた形状（ｂ）（ｅ）、基部３２１から先端部３２２の厚みを同一とした形状（ｅ）、集熱体３の長手方向に対して垂直方向の断面視において、一部又は全部が湾曲した形状（ｆ）、集熱フィン３２同士が入り組んだ形状（ｆ）、一枚の集熱フィン３２から補助フィン３２５が突出した形状（ｄ）、集熱フィン３２が筒状部３１に形成された円筒状の集熱フィン３２６を支持する形状（ｄ）、集熱体３の長手方向に対して垂直方向の断面視において、少なくとも一部が湾曲し、一部が筒状部３１の中心方向へ直線的に延びると共に、湾曲した集熱フィン３２の一部は筒状部３１の内半径以上の長さとし、湾曲した一部の集熱フィン３２の先端部分が他の２個の集熱フィン３２間に挿入された形状（ｇ）、或いは、軸に対し垂直方向の断面において屈折した形状（図示せず）、又はこれらを適宜組み合わせた形状等に形成してもよい。集熱フィン３２を湾曲又は屈曲させることにより、集熱体３の内側の表面積を大きくすることができ、集熱効率を高めることが出来る。
【００４７】
又、集熱体３は、長手方向に対して垂直方向の断面形状を、長手方向に前後したどこの断面でも同一形状となるよう形成してもよいが、異なる形状となるよう形成してもよい。一具体例として、個々の集熱フィン３２の高さＨ又は長さは、筒状部３１の長手方向に亘って同一とするのではなく、図３に示すように、燃焼ガス等の加熱された流体が流入する側（図では左側）の高さＨ１を低くし、奥側（図では右側）の所定位置に向かって高くするように形成することも出来る。この高さの変化は、直線状や曲線状にすることが出来、又、筒状部３１の長手方向一端から他端に亘って高さの変化を設けることとしてもよい。
【００４８】
このような構成とすることで、通常、燃焼ガス等の加熱された流体が流入する側から奥側、排出する側に向かって、加熱された流体の温度が低くなるが、奥側の集熱フィンの面積を大きくすることで、集熱効果を高め、熱交換器１の全長に亘って均一な熱交換を行うことが出来る。
【００４９】
熱交換器１の奥側の集熱フィンの面積を大きくするために、上記構成の他、加熱された流体が流入する側より奥側に多数の集熱フィン３２を形成することも出来る。
【００５０】
筒状部３１には、図１、図２（ｂ）〜（ｇ）に示すように、筒状部３１の長手方向に亘って直線的に連続し、筒状部３１の内方へ突出する凹部４１を形成することが好ましい。この凹部４１により、筒状部３１の外周面には所定深さの溝状の窪みが形成されると共に、筒状部３１の内周面には所定高さの凸条が形成される。この凹部４１は、筒状部３１に弾性を付与し、筒状部３１の径を短くし、外周を縮ませることが出来る。凹部４１の形成数は特に限定されず、１個〜６個程度で充分であるが、筒状部３１の外壁面３１３と熱交換管２の内壁面２６との接触面積を大きくするために、出来るだけ少なくすることが好ましく、１個〜４個程度が好ましい。又、凹部４１は、筒状部３１の膨張及び膨張の吸収のバランスを均一化するために、筒状部３１の外周面に等間隔で設けることが好ましい。
【００５１】
尚、凹部４１は、筒状部３１の一部を筒状部３１の中心軸方向へ凹ませて形成するが、この凹部４１を形成する壁面も集熱フィン３２となる。この場合、凹部４１を形成する集熱フィン３２は、筒状部３１の内側に加えて凹部４１により形成される熱交換管２と集熱体３間の空間５に流される燃焼ガス等の加熱された流体からも熱を集める。尚、凹部４１を形成する外側の壁面は、筒状部３１の外壁面３１３を構成するものではない。
【００５２】
凹部４１の、筒状部３１の軸に対し垂直方向の断面形状は、特に限定されず、図２（ｂ）に示すような筒状部３１の外周面を底辺とする三角形状、図２（ｃ）〜（ｅ）に示すような頂角が半円形上の筒状部３１の外周面を底辺とする三角形状の他、図示はしないが、半円形状、半楕円円形状、頂角が筒状部３１の外周面に接する三角形状、一部が欠けた略円形状、扇形状等適宜の形状とすることが出来る。
【００５３】
このような構成により、筒状部３１の径、外周形状を変形、縮小することが出来、加熱される前にしまりばめの状態である場合でも、熱交換管２への挿脱時に外周形状を縮小させることで、挿脱を容易とすることが出来る。又、筒状部３１が膨張した際に、凹部４１で膨張を吸収し、膨張方向をコントロール可能で、筒状部３１の径の伸長、外周の拡張を防止するので、集熱体３が熱交換管２に密着したまま、膨張が可能であり、又、熱交換管２への応力を抑制し、熱交換管２の破損、熱交換器１の破損を防止することができる。
【００５４】
又、凹部４１を形成しない場合は、少なくとも膨張時に筒状部３１の外壁面３１３が熱交換管２の内壁面２６と充分に密着する必要があると共に、筒状部３１の膨張により、筒状部３１又は／及び熱交換管２が破損しない範囲で設計、形成する必要があるので、筒状部３１と熱交換管２の材質が異なる場合はもとより、同じ場合であっても、夫々の厚み等構成の違いによる膨張率、膨張方向等が異なる場合があり、場合によっては、筒状部３１の外壁面３１３が熱交換管２の内壁面２６と充分に密着しないこともあるので、設計、形成が容易ではない。しかし、凹部４１を形成することにより、筒状部３１の膨張を吸収し、膨張方向をコントロール可能なので、設計、形成が容易であると共に、筒状部３１の外壁面３１３が熱交換管２の内壁面２６に確実に密着させることが出来る。
【００５５】
更に、筒状部３１の熱交換管２への挿脱が容易であって、常に筒状部３１の外壁面３１３と熱交換管２の内壁面２６とを密接させておくことが出来る。
【００５６】
尚、集熱フィン３２が筒状部３１の長手方向に螺旋状に連続して形成されている場合、凹部４１も筒状部３１の長手方向に螺旋状に形成することが、製造が容易であり好ましい。
【００５７】
熱交換管２及び集熱体３は、夫々に用いる材質や形状に適した製造方法により形成すればよく、例えば、熱交換管２は、平板体を湾曲させて両端同士を溶接等により固着して形成したり、押出加工、引抜加工等を用いて形成することが出来、集熱体３は、押出加工、引抜加工、柱状体を用いたワイヤ放電加工やブローチ加工等を用いて形成することが出来る。又、集熱体３の材質がアルミニウム等腐食しやすい材質である場合には、集熱体３の表面、即ち筒状部３１の端面を含む外側表面並びに内側表面及び集熱フィン３２の表面には、腐食防止のためアルマイト加工を施すこととしてもよい。
【００５８】
集熱体３は一体成形するが、分割して形成してもよい。分割形成する場合、集熱体３の長手方向、即ち軸に対し垂直方向に分割してもよく、図２（ｅ）、（ｆ）及び（ｇ）に示すように、軸に対し平行方向、即ち集熱体３の長手方向に分割してもよい。分割形成することにより、一体成形では採用が困難な、集熱フィン３２を含めた集熱体３の形状、材質、加工法等の組み合わせを容易とし、熱交換率が高い、集熱体３、熱交換器１を容易且つ廉価に製造することが出来る。
【００５９】
そして、特に軸に対し平行方向に分割して形成する場合、集熱体３は、図２（ｅ）に示すように、集熱体３を構成する分割体３０の他の分割体３０との対向部に係止突起３７を設け、分割体３０同士を係止させたり、又、図２（ｆ）及び（ｇ）に示すように、分割体３０の筒状部３１部分の両端部であって、集熱体３を組み立てた際の分割体３０同士の対向部に係合突起３８と係合凹部３９を設け、集熱体３の長手方向にスライドさせて係合凹部３９に係合突起３８を挿入させて分割体３０同士を係合させて集熱体３を形成することが好ましい。このような構成とすることで、集熱体３の組立時に分割体３０のずれ、集熱体３の分解を防止できるからであり、特に係合させることにより、その効果が高まるからである。又、分割数は特に限定されないが、多すぎると、組立て、熱交換管２への挿脱の作業が煩雑になる場合もあるので、特に軸に対し平行方向に分割する場合には、２〜４分割程度が好ましく、特に２又は３分割が好ましい。
【００６０】
複数の分割体３０を組み合わせて集熱体３を形成する場合、夫々の分割体３０に形成される集熱フィン３２の形状、成形位置を異ならせ、分割体３０の形状を異なる形状としてもよいが、夫々の分割体３０は同一形状とすることが好ましい。同一形状とすることで、夫々の分割体３０の相対的位置関係に注意して組み立てをする必要がなく、集熱体３の組立が容易となり、又、分割体３０及び集熱体３の製造も容易且つ低廉化することが出来るからである。例えば、図２（ｇ）に示す集熱体３００を３個の分割体３０で形成する場合、図４に示す断面形状の分割体３０１を３個組み合わせて組立形成することが出来、組み立てられた集熱体３の一形態として図５に示す集熱体３００が形成される。更に、この集熱体３００を用いた熱交換器の一実施例として、図６に示す熱交換器１が形成される。
【００６１】
上記のような熱交換器１は、熱交換を必要とする加熱装置等の各種機器に利用することが出来、加熱装置の一例として、油を加熱するフライヤーや水を加熱する茹麺器等の液体加熱装置が挙げられる。以下、熱交換器１を加熱装置に用いる実施の形態を茹麺器を例として説明する。
【００６２】
茹麺器１０は、図７〜図９に示すように、厨房等の床面に設置するための脚部６１を備えた本体６内部の上方に、麺を茹でる水を貯留するための液槽６２を備え、本体６内部であって液槽６２の前面６２１側（図８において左側）には、液槽６２の外壁面と接し、その内部に熱発生器具たるガスバーナー６３が設置された燃焼室６４が設けられている。詳しくは、燃焼室６４は、上下開口の箱体８８を上部開口部を液槽６２の外壁面に密接させ、液槽６２の外壁面の一部をその上部壁として構成されている。又、液槽６２の背面６２２側（図８において右側）には、排気路６５が設けられている。そして、液槽６２内部には、所定数の熱交換器１が、一端を燃焼室６４、他端を排気路６５に接続され、液槽６２の対向面、即ち前面６２１から背面６２２に亘って略水平状態で設置されている。このようにして、燃焼室６４から熱交換器１、そして排気路６５へと通じる流路６９が形成されている。
【００６３】
尚、熱交換器１の設置は、液槽６２の前面６２１及び背面６２２夫々に設けられた孔６６に熱交換器１の熱交換管２の端部を溶接して行うが、集熱体３は予め熱交換管２内に設置しておいてもよく、熱交換管２の液槽６２への固定後に熱交換管２に挿入することとしてもよい。
【００６４】
次に茹麺器１０の作動について説明する。液槽６２に水７を熱交換器１より高い水位まで貯留後、ガスバーナー６３を点火して、燃焼室６４内で高温の燃焼ガスを発生させる。この燃焼ガスの流れは、図８において矢印Ｒで示すように、上昇し、熱交換器１の内部に進入し、集熱体３の内部、即ち筒状部３１の内側、或いは加えて凹部４１により形成される熱交換管２と集熱体３間の空間５に進入して、筒状部３１と集熱フィン３２と接触する。そして、燃焼ガスの熱が筒状部３１及び集熱フィン３２に吸収され、集熱フィン３２で集められた熱は、筒状部３１に伝達され、更に熱交換管２に伝達される。熱交換管２に伝達された熱は、液槽６２内の水７と接する熱交換管２の外面に達し、液槽６２内の水７との熱交換を行い、即ち水７を加熱する。熱交換器１の内部で熱を奪われた燃焼ガスは、排気路６５を通り本体６の外部へ排出される。
【００６５】
そして、熱交換器１のメンテナンスのために、集熱体３を熱交換管２から抜く時、メンテナンス終了時に集熱体３を熱交換管２に挿入する際には、燃焼室６４を構成する着脱或いは開閉自在な箱体８８及び本体６の前面に着脱或いは開閉自在に設けられた前蓋８１を取除き或いは開けて行うことが出来る。
【実施例１】
【００６６】
集熱フィン３２が図２（ｇ）に示す形状であって、図４に示す分割体３０１を３個組み合わせて、図５に示す形状に形成し、且つ筒状部の長手方向に亘って同一断面形状の集熱体３００を用いた熱交換器を２個設置した茹麺器の立上り時間と熱効率を測定した。茹麺機は、タニコー株式会社製ＴＵ−５０Ｎを使用し、熱交換管は、ＳＵＳ３０４を用いて内径７３．３ｍｍ、外径７６．３ｍｍ、長さ３０５ｍｍに形成したものを使用し、集熱体はＡｌ６０６３を用いて内径６８．２ｍｍ、外径７４．２ｍｍ、長さ２５０ｍｍに形成したものを使用した。側定時の室温は５．８℃で、液槽に１０．２℃の水を３６リットル貯留し、純プロパンガスを使用した。
【００６７】
１０．２℃から９８℃になるまでの立上り時間は３６分で、熱効率は６２％であった。又、３０℃から９８℃になるまでの立上り時間は１９分１０秒で、熱効率は６６．７％であった。このように立上り時間、熱効率共に良好であった。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の熱交換器１は、熱交換を必要とする加熱装置等の各種機器に利用することが出来、特に、油を加熱するフライヤーや水を加熱する茹麺器等の液体加熱装置に好適に利用することが出来る。
【符号の説明】
【００６９】
１ 熱交換器
１０ 茹麺器
２ 熱交換管
３ 集熱体
３０ 集熱体を構成する分割体
３００ 集熱体
３０１ 集熱体を構成する分割体
３１ 筒状部
３２ 集熱フィン
３２５ 補助フィン
３７ 係止突起
３８ 係合突起
３９ 係合凹部
４１ 凹部
６ 本体
６２ 液槽
６３ ガスバーナー
６４ 燃焼室
６５ 排気路
６９ 流路
７ 水
Ｈ 集熱フィンの高さ
Ｗ 集熱フィンの厚み
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器内部の熱を熱交換器外部の被加熱体に伝達する熱交換器であって、両端が開口した筒状の熱交換管と当該熱交換管内部に設置される集熱体を備え、前記集熱体は、筒状部と、当該筒状部と一体成形され、当該筒状部の内壁面から当該筒状部の内方へ延設された集熱フィンを備え、少なくとも、前記集熱体が加熱されて膨張した際に、前記熱交換管と前記集熱体とが、しまりばめの状態になることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記集熱体の筒状部の外周面には、前記筒状部の長手方向に亘って連続し、前記筒状部の内方へ突出する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記熱交換管と前記集熱体が加熱される前において、前記熱交換管と前記集熱体とが、しまりばめの状態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記熱交換管と前記集熱体が加熱される前において、前記熱交換管と前記集熱体とが、ゆるみばめの状態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記集熱体は、前記集熱体の軸に対し平行方向に分割して形成したことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記集熱体は、前記集熱体の軸に対し垂直方向に分割して形成したことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記集熱体は、同一形状の複数の分割体を組み合わせて形成したことを特徴とする請求項５又は６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記集熱体は、前記集熱体の軸方向に対して垂直方向の断面視において、少なくとも一部が湾曲した集熱フィンを備えることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記集熱体は、アルミニウム合金又は純アルミニウムで形成し、前記熱交換管はステンレスで形成したことを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記集熱体の表面には、アルマイト加工を施したことを特徴とする請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１１】
熱交換器内部の熱を熱交換器外部の被加熱体に伝達する熱交換器の製造方法であって、両端が開口した筒状の熱交換管を成形する一方、筒状部と、当該筒状部の内壁面から当該筒状部の内方へ延設される集熱フィンを備えた集熱体を一体成形し、前記熱交換管内部に前記集熱体を挿入し、しまりばめの状態で設置することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項１２】
前記請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の熱交換器を用いた加熱装置。
【請求項１３】
前記加熱装置は、本体内部の上方に液槽を備え、前記熱交換器が、前記液槽の対向面に亘って設置されている液体加熱装置であることを特徴とする請求項１２に記載の加熱装置。
【請求項１４】
前記液体加熱装置は、茹麺器であることを特徴とする請求項１３に記載の加熱装置。
【請求項１５】
前記液体加熱装置は、フライヤーであることを特徴とする請求項１３に記載の加熱装置。
【請求項１】
熱交換器内部の熱を熱交換器外部の被加熱体に伝達する熱交換器であって、両端が開口した筒状の熱交換管と当該熱交換管内部に設置される集熱体を備え、前記集熱体は、筒状部と、当該筒状部と一体成形され、当該筒状部の内壁面から当該筒状部の内方へ延設された集熱フィンを備え、少なくとも、前記集熱体が加熱されて膨張した際に、前記熱交換管と前記集熱体とが、しまりばめの状態になることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記集熱体の筒状部の外周面には、前記筒状部の長手方向に亘って連続し、前記筒状部の内方へ突出する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記熱交換管と前記集熱体が加熱される前において、前記熱交換管と前記集熱体とが、しまりばめの状態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記熱交換管と前記集熱体が加熱される前において、前記熱交換管と前記集熱体とが、ゆるみばめの状態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記集熱体は、前記集熱体の軸に対し平行方向に分割して形成したことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記集熱体は、前記集熱体の軸に対し垂直方向に分割して形成したことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記集熱体は、同一形状の複数の分割体を組み合わせて形成したことを特徴とする請求項５又は６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記集熱体は、前記集熱体の軸方向に対して垂直方向の断面視において、少なくとも一部が湾曲した集熱フィンを備えることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記集熱体は、アルミニウム合金又は純アルミニウムで形成し、前記熱交換管はステンレスで形成したことを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記集熱体の表面には、アルマイト加工を施したことを特徴とする請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１１】
熱交換器内部の熱を熱交換器外部の被加熱体に伝達する熱交換器の製造方法であって、両端が開口した筒状の熱交換管を成形する一方、筒状部と、当該筒状部の内壁面から当該筒状部の内方へ延設される集熱フィンを備えた集熱体を一体成形し、前記熱交換管内部に前記集熱体を挿入し、しまりばめの状態で設置することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項１２】
前記請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の熱交換器を用いた加熱装置。
【請求項１３】
前記加熱装置は、本体内部の上方に液槽を備え、前記熱交換器が、前記液槽の対向面に亘って設置されている液体加熱装置であることを特徴とする請求項１２に記載の加熱装置。
【請求項１４】
前記液体加熱装置は、茹麺器であることを特徴とする請求項１３に記載の加熱装置。
【請求項１５】
前記液体加熱装置は、フライヤーであることを特徴とする請求項１３に記載の加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１９１０４９（Ｐ２０１１−１９１０４９Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２３７４（Ｐ２０１１−３２３７４）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（５９２１９３５３５）タニコー株式会社 (46)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（５９２１９３５３５）タニコー株式会社 (46)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]