(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を滞留させるための区画室を内部に有する加熱タンクを備え、上記加熱タンクの外部から加熱することで上記区画室に導かれた流体を加熱する熱交換器の製造方法であって、
板状をなし、流体を通過させるための透孔を有する複数の金属部材のうち、周縁部よりもその内方側部分のほうが薄くなっている金属部材が隣接する金属部材の少なくとも一方に配置されるように上記複数の金属部材を重ね合わせる重合工程と、
上記隣接する金属部材の周縁部同士を溶接することで、上記区画室の壁と加熱タンク外壁とが一体化されてなる加熱タンクを形成するタンク形成工程を含むことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項２】
流体を滞留させるための区画室を内部に有する加熱タンクを備え、上記加熱タンクの外部から加熱することで上記区画室に導かれた流体を加熱する熱交換器の製造方法であって、
板状をなし、流体を通過させるための透孔を有する複数の金属部材のうち、周縁部よりもその内方側部分のほうが薄くなっている金属部材が隣接する金属部材の少なくとも一方に配置され、かつ、上記隣接している金属部材の間に開口部を有する金属板が配置されるように上記複数の金属部材と上記金属板とを重ね合わせる重合工程と、
上記隣接している金属部材と上記金属板との周縁部同士を溶接することで、上記区画室の壁と加熱タンク外壁とが一体化されてなる加熱タンクを形成するタンク形成工程を含むことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項３】
流体を滞留させるための区画室を内部に有する加熱タンクを備え、上記加熱タンクの外部から加熱することで上記区画室に導かれた流体を加熱する熱交換器の製造方法であって、
板状をなし、流体を通過させるための透孔を有する複数の金属部材の間に開口部を有する金属板が配置されるように上記複数の金属部材と上記金属板とを重ね合わせる重合工程と、
隣接している上記金属部材と上記金属板との周縁部同士を溶接することで、上記区画室の壁と加熱タンク外壁とが一体化されてなる加熱タンクを形成するタンク形成工程を含むことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項４】
上記複数の金属部材の全部が、周縁部よりもその内方側部分のほうが薄くなっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項５】
上記金属部材が、磁性体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項６】
上記タンク形成工程では、隣接している金属部材のそれぞれに形成されている上記透孔が、上記加熱タンクを通過する流体の進行方向において重ならないように上記周縁部同士を溶接することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７】
上記加熱タンクを通過する流体の進行方向において上記透孔と金属板に形成されている上記開口部とが重ならないように上記透孔が形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８】
上記金属部材の周縁部には、テーパが形成されており、
上記タンク形成工程では、上記テーパを用いて上記周縁部同士を溶接することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９】
上記複数の金属部材に上記透孔を形成する透孔形成工程を含み、
上記透孔形成工程において、上記複数の金属部材のうちの少なくとも一部の金属部材に、この金属部材を上記加熱タンクを通過する流体の進行方向に対して非平行な方向に貫通するように上記透孔を形成することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０】
流体を滞留させるための区画室を内部に有する加熱タンクを備え、上記加熱タンクの外部から加熱することで上記区画室に導かれた流体を加熱する熱交換器であって、
板状をなし、流体を通過させるための透孔を有する複数の金属部材が用いられ、
上記金属部材のうち、周縁部よりもその内方側部分のほうが薄くなっている金属部材が隣接する金属部材の少なくとも一方に配置されており、
上記隣接する金属部材の周縁部同士が溶接されることで、当該隣接する金属部材によって上記区画室の壁と加熱タンク外壁とが構成されている上記加熱タンクを備えることを特徴とする熱交換器。
【請求項１１】
流体を滞留させるための区画室を内部に有する加熱タンクを備え、上記加熱タンクの外部から加熱することで上記区画室に導かれた流体を加熱する熱交換器であって、
板状をなし、流体を通過させるための透孔を有する複数の金属部材が用いられ、
上記金属部材のうち、周縁部よりもその内方側部分のほうが薄くなっている金属部材が隣接する金属部材の少なくとも一方に配置され、かつ、上記隣接している金属部材の間に開口部を有する金属板が配置されており、
上記隣接している金属部材と上記金属板との周縁部同士が溶接されることで、上記金属板および上記隣接している金属部材によって上記区画室の壁と加熱タンク外壁とが形成されている加熱タンクを備えることを特徴とする熱交換器。
【請求項１２】
流体を滞留させるための区画室を内部に有する加熱タンクを備え、上記加熱タンクの外部から加熱することで上記区画室に導かれた流体を加熱する熱交換器であって、
板状をなし、流体を通過させるための透孔を有する複数の金属部材の間に開口部を有する金属板が配置されており、
隣接している上記金属部材と上記金属板との周縁部同士が溶接されることで、上記金属板および上記金属部材によって上記区画室の壁と加熱タンク外壁とが形成されている加熱タンクを備えていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱タンク内を通過させることで流体を加熱する熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加熱タンクを外部から加熱して、当該加熱タンク内に流体を通過させることで、上記流体を加熱する熱交換器が知られている。【０００３】
具体的には、電磁誘導加熱方式の熱交換器（加熱装置）としては、例えば、特許文献１に開示の装置が挙げられる。【０００４】
上記特許文献１に開示の構成では、タンクの中に磁性体からなる発熱体を充填し、タンクの外側から、高周波電圧を印加することで、上記発熱体を加熱する。そして、上記タンク内に流体を通すことで、この流体を加熱している。【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示の方法では、加熱効率が悪いという問題点がある。具体的には、例えば、１０ｍｍの鉄板１枚を加熱すると熱は均一に伝わるが、５ｍｍの鉄板２枚を重ねて一方の鉄板を加熱した場合には、他方の鉄板は輻射熱によって加熱されることになる。つまり、他方の鉄板に対しては間接的にしか熱が伝わらない。従って、例えば、タンクの内部に発熱体を充填した場合には、タンクと発熱体とが別々に設けられているために、発熱体のみが加熱され、タンクについては溶液または蒸気を保持する外壁でしかないので、熱効率が悪い。【０００６】
さらに、上記特許文献１では、タンクに充填された発熱体によって上記流体を加熱するため、流体の温度制御が困難であるという問題点を有している。【０００７】
このような問題点を解決するために、本願発明者らは、特許文献２に開示の技術を提案している。【０００８】
具体的には、上記特許文献２に開示の構成では、タンクと磁性体部材とを一体化させ、上記タンクを電磁誘導加熱方式で加熱している。この特許文献２の構成とすることで、加熱効率を上記特許文献１と比べて著しく増大させることができる。
【特許文献１】特開２０００−６５３１２号公報（２０００年３月３日公開）
【特許文献２】特開２００４−２５１６０５号公報（２００４年９月９日公開）
【発明の開示】
【０００９】
ところで、上記特許文献２に開示の構成では、タンクと当該タンク内に存在する磁性体部材とを一体化している。具体的には、上記磁性体部材とタンクとを、例えば、溶接等によって一体化している。このとき、タンク内に磁性体部材を配置して、このタンクとタンク内の磁性体部材とを溶接することになるため、高度な技術が必要になる。
【００１０】
また、上記特許文献２に開示の構成では、タンクと磁性体部材とを溶接している。この場合、例えば、タンクの中に最初に入れた磁性体部材とタンクとを溶接する際には、上記磁性体部材の両側から溶接できる。しかしながら、次の磁性体部材をタンクの中に入れて、この磁性体部材とタンクとを溶接する場合には、この磁性体部材の片側からしか溶接できない。つまり、上記特許文献２に開示の構成では、タンクと磁性体部材との界面を完全に無くすように溶接することは困難である。従って、上記特許文献２では、タンクから磁性体部材に供給される熱が不十分である場合がある。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、より簡単に製造でき、流体を十分に加熱できる熱交換器の製造方法を実現することにある。
【００１２】
本発明に係る熱交換器の製造方法は、上記課題を解決するために、流体を滞留させるための区画室を内部に有する加熱タンクを備え、上記加熱タンクの外部から加熱することで上記区画室に導かれた流体を加熱する熱交換器の製造方法であって、板状をなし、流体を通過させるための透孔を有する複数の金属部材を用い、上記金属部材のうち、周縁部よりもその内方側部分のほうが薄くなっている金属部材が隣接する金属部材の少なくとも一方に配置されるように上記複数の金属部材を重ね合わせる重合工程と、上記隣接する金属部材の周縁部同士を溶接することで、上記区画室の壁と加熱タンク外壁とが一体化されてなる加熱タンクを形成するタンク形成工程を含むことを特徴としている。
【００１３】
本発明に係る熱交換器は、上記課題を解決するために、流体を滞留させるための区画室を内部に有する加熱タンクを備え、上記加熱タンクの外部から加熱することで上記区画室に導かれた流体を加熱する熱交換器であって、板状をなし、流体を通過させるための透孔を有する複数の金属部材が用いられ、上記金属部材のうち、周縁部よりもその内方側部分のほうが薄くなっている金属部材が隣接する金属部材の少なくとも一方に配置され、上記隣接する金属部材の周縁部同士が溶接されることで、当該隣接する金属部材によって上記区画室の壁と加熱タンク外壁とが構成されている上記加熱タンクを備えることを特徴としている。
【００１４】
本発明に係る熱交換器の製造方法は、流体を滞留させるための区画室を内部に有する加熱タンクを備え、上記加熱タンクの外部から加熱することで上記区画室に導かれた流体を加熱する熱交換器の製造方法であって、板状をなし、流体を通過させるための透孔を有する複数の金属部材を用い、上記金属部材のうち、周縁部よりもその内方側部分のほうが薄くなっている金属部材が隣接する金属部材の少なくとも一方に配置され、かつ、上記隣接している金属部材の間に開口部を有する金属板が配置されるように上記複数の金属部材と上記金属板とを重ね合わせる重合工程と、上記隣接している金属部材と上記金属板との周縁部同士を溶接することで、上記区画室の壁と加熱タンク外壁とが一体化されてなる加熱タンクを形成するタンク形成工程を含む方法としてもよい。
【００１５】
本発明に係る熱交換器は、流体を滞留させるための区画室を内部に有する加熱タンクを備え、上記加熱タンクの外部から加熱することで上記区画室に導かれた流体を加熱する熱交換器であって、板状をなし、流体を通過させるための透孔を有する複数の金属部材が用いられ、上記金属部材のうち、周縁部よりもその内方側部分のほうが薄くなっている金属部材が隣接する金属部材の少なくとも一方に配置され、かつ、上記隣接している金属部材の間に開口部を有する金属板が配置され、上記隣接している金属部材と上記金属板との周縁部同士が溶接されることで、上記金属板および上記隣接している金属部材によって上記区画室の壁と加熱タンク外壁とが形成されている加熱タンクを備える構成としてもよい。
【００１６】
なお、上記金属板を用いる構成において、周縁部よりもその内方側部分のほうが薄くなっていない金属部材を用いてもよい。つまり、流体を通過させるための透孔を有する複数の金属部材の間に開口部を有する金属板が配置される（重ね合わされる）構成であればよい。
【００１７】
上記いずれかの構成によれば、上記隣接する金属部材の周縁部同士（あるいは、上記隣接する金属部材と金属板との周縁部同士）を溶接することで、上記区画室の壁と加熱タンク外壁とが上記金属部材（あるいは、上記金属部材および金属板）によって構成されている加熱タンクを形成している。つまり、隣接する２つの金属部材の周縁部同士（あるいは、上記金属板と当該金属板に隣接している金属部材との周縁部同士）を溶接することで、金属部材の周縁部によって（あるいは、金属板および金属部材）タンク外壁を形成できるとともに、金属部材の側面によってこのタンク内部に存在する区画室の壁を形成することができる（加熱タンク外壁と区画室の壁とを同じ部材で構成できる）。
【００１８】
これにより、従来生じる可能性があった、加熱タンク外壁と上記区画室を構成している壁との間の界面を完全に無くすことができる。
【００１９】
従って、上記加熱タンクを、外部から加熱した場合、加熱タンクに供給される熱は、加熱タンク外壁から上記区画室を構成している壁に効率よく伝達される。従って、上記構成とすることで、加熱タンクを外部から加熱した場合でも、当該加熱タンクの内部へ効率よく熱が伝達されるため、上記加熱タンクの内部、すなわち、区画室を構成している壁が十分に加熱されることになる。これにより、区画室に導かれた流体を従来と比べて十分に加熱できる。なお、上記区画室の壁を形成している金属部材が、周縁部よりもその内方側部分のほうが薄くなっている場合には、上記外部から供給される熱は、加熱タンクの中心方向（金属部材の肉厚が薄くなっている場所）へより効率よく伝わる。
【００２０】
このように、上記構成とすることで、加熱タンク外壁と区画室を形成している壁とを隣接する２つの金属部材によって（あるいは、上記金属板と当該金属板に隣接している金属部材とによって）構成できる、すなわち、加熱タンク外側から区画室の壁までの間を切れ目無く構成できるので、従来と比べて、外部から供給される熱を、加熱タンクの内側まで効率よく伝達することができる。
【００２１】
また、上記の構成によれば、区画室に高速回転渦流を発生させることができる。そして、この渦による強制対流熱伝達および乱流熱伝達によって区画室における熱交換を促進させ、加熱効率を高めることができる。また、流体が区画室内を流動する時間が長くなるとともに、流体が区画室内を循環して高温壁面との接触を繰り返す結果、実効伝熱面積の増大効果が得られ、加熱効率をさらに高めることができる。
【００２２】
さらに、加熱による流体の膨張により、上流側の区画室から下流側の区画室へ向かうほど流体は一層加速される。これにより、熱伝達特性は流体速度の増加とともに向上するので、下流側の区画室へ移動するほど熱伝達特性が相乗的に向上し、熱交換器全体としての加熱効率が飛躍的に向上する。また、上流側の区画室から下流側の区画室へ向かうほど流体が加速されることにより、熱交換器を通過する流体の流量を増加させることができる。
【００２３】
また、上記構成とすることで、板状の金属部材の周縁部同士（あるいは、金属部材および金属板）を溶接することにより熱交換器を製造できるので、従来のタンク内に板状部材を入れた後このタンクと板状部材とを溶接する構成に比べて、より簡単に熱交換器を製造することができるとともに、当該タンクと板状部材との間に部分的に生じる可能性のあった界面を完全に無くすことができる。
【００２４】
また、上記の製造方法によれば、金属部材の周縁部同士（あるいは、金属部材と金属板の周縁部同士）を溶接して加熱タンクを形成する前に、金属部材に透孔を形成できるので、透孔を形成するための作業を容易に行なうことができる。また、タンク内に配置されている金属部材に透孔を設ける場合と異なり、透孔の形成によって生じる切削くずなどのゴミがタンク内に残留してしまうことを防止できる。
【００２５】
さらに、隣接する金属部材同士（あるいは、金属部材と金属板）の周縁部同士を溶接しているので、金属部材間（あるいは金属部材と金属板との間）の界面も無くすことができる。これにより、例えば、上記加熱タンクの一部を加熱した場合でも、熱が隣接している金属部材（あるいは、金属部材および金属板）にも効率よく伝達されることになる。これにより、加熱タンク全体に熱を伝導することができる。
【００２６】
なお、上記溶接には、電気溶接、レーザー溶接、アルゴン溶接、ガス溶接等の通常の溶接の他に例えば、冷間溶接も含むものとする。また、上記金属部材の枚数としては、少なくとも２枚（２枚以上）であればよく、用途に応じて使用する枚数を変更すればよい。
【００２７】
また、上記金属板を備える構成では、例えば、上記金属板の厚さを変更することで、上記区画室の体積を簡単に変更することができる。つまり、上記構成とすることで、区画室の体積を簡単に設定できるので、上記区画室を滞留する流体の滞留時間を調整することができるので、流体の加熱時間を簡単に制御することができる。
【００２８】
なお、上記金属板を備える場合、上記金属板は上記隣接する金属部材の少なくとも１つの間に配置すればよく、隣接する金属部材間の全ての間に上記金属板が配置してもよい。また、上記金属板に形成されている開口部の大きさについては、特に限定されるものではないが、上記透孔よりも大きいことが好ましい。
【００２９】
本発明に係る熱交換器の製造方法において、上記複数の金属部材の全部が、周縁部よりもその内方側部分のほうが薄くなっている構成であってもよい。
【００３０】
上記の構成によれば、上記熱交換器を製造するために用いる金属部材の全部が、周縁部よりもその内方側部分のほうが薄くなっている。つまり、隣接する（対向する）金属部材の全部の肉厚が周縁部よりもその内方側部分のほうが薄くなっている。これにより、加熱タンクの外部から供給される熱を、当該加熱タンクの内部により一層効率よく伝達することができる。
【００３１】
本発明に係る熱交換器の製造方法において、上記金属部材が、磁性体である構成であってもよい。
【００３２】
上記構成によれば、上記金属部材として磁性体の材料を用いて熱交換器を製造している。これにより、金属部材として強磁性体を用いることで、例えば、上記熱交換器を加熱する方法として、電磁誘導加熱方式を採用することができる。つまり、上記構成とすることで、電磁誘導加熱方式の熱交換器を製造することができる。
【００３３】
本発明に係る熱交換器の製造方法において、上記タンク形成工程では、隣接している金属部材のそれぞれに形成されている上記透孔が、上記加熱タンクを通過する流体の進行方向において重ならないように上記周縁部同士を溶接する構成であってもよい。
【００３４】
上記構成によれば、隣接する金属部材に形成されている透孔が、上記加熱タンクを通過する流体の進行方向において重ならないようにしている。これにより、上記区画室に入った流体は、次の金属部材に形成された透孔に直接的に入ることがなく、当該金属部材に衝突した後で、上記透孔に導かれることとなる。つまり、区画室に導かれた流体は、当該流体の進行方向に配置されている金属部材に衝突して乱流状態になる。従って、上記構成とすることで、上記区画室内で、上記流体を十分に加熱することができる。
【００３５】
また、隣接する金属部材に形成されている透孔が、上記加熱タンクを通過する流体の進行方向において重ならないようにすることで、区画室内に高速回転渦流を安定して形成することができる。したがって、加熱効率を高いレベルで安定化させることができる。
【００３６】
なお、上記の製造方法によれば、金属部材の周縁部同士を溶接することにより加熱タンクを形成する前に、金属部材に透孔を形成できるので、重合工程における各金属部材の位置合わせを適切に行なうだけで、容易に、隣接する金属部材における透孔の位置を、加熱タンクを流体が通過する方向において互いに重ならないように形成できる。
【００３７】
本発明に係る熱交換器の製造方法において、上記加熱タンクを通過する流体の進行方向において上記透孔と金属板に形成されている上記開口部とが重ならないように上記透孔が形成されている構成であってもよい。
【００３８】
上記の構成によれば、加熱タンクを通過する流体の進行方向において、透孔と開口部とが重ならないように透孔が形成されている。これにより、上記金属部材に形成された透孔から区画室に導かれた流体は、上記金属板に当たることになる。つまり、区画室に導かれた流体は、当該流体の進行方向に配置されている金属板に衝突して乱流状態になる。従って、上記構成とすることで、例えば、隣接する金属部材に設けられている透孔同士が同じ位置に配置されている場合（透孔が流体の進行方向に向かって直線上に配置されている）であっても、区画室内で流体を十分に加熱することができる。
【００３９】
なお、上記の製造方法によれば、金属部材および金属板の周縁部同士を溶接することにより加熱タンクを形成する前に、金属部材に透孔を形成し、金属板に開口部を形成できるので、重合工程における各金属部材および各金属板の位置合わせを適切に行なうだけで、容易に、金属部材における透孔の位置と金属板における開口部の位置とを、加熱タンクを流体が通過する方向において互いに重ならないように形成できる。
【００４０】
本発明に係る熱交換器の製造方法において、上記金属部材の周縁部には、テーパが形成されており、上記タンク形成工程では、上記テーパを用いて上記周縁部同士を溶接する構成であってもよい。
【００４１】
上記の構成によれば、金属部材の周縁部にテーパが形成されており、このテーパを用いて周縁部同士を溶接している。これにより、周縁部同士を溶接する際に、溶接面積をより広く、かつ溶接領域をより深くすることができる。従って、より確実に周縁部同士を溶接することができる。
【００４２】
なお、上記金属部材と金属板との周縁部同士を溶接する場合には、上記金属板の周縁部にも上記テーパが形成されていることが好ましい。
【００４３】
本発明に係る熱交換器の製造方法において、上記複数の金属部材に上記透孔を形成する透孔形成工程を含み、上記透孔形成工程において、上記複数の金属部材のうちの少なくとも一部の金属部材に、この金属部材を上記加熱タンクを通過する流体の進行方向に対して非平行な方向に貫通するように上記透孔を形成するようにしてもよい。
【００４４】
上記の方法によれば、上記非平行な方向に貫通する透孔を有する金属部材の下流側の区画室に形成される高速回転渦流における流体の移動速度をさらに速くすることができる。したがって、熱伝達特性をさらに向上させ、流体をより好適に加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる熱交換器の概略の製造方法を説明するための図面である。
【図２（ａ）】図１に示した熱交換器を構成する金属部材の一例を説明するための正面図である。
【図２（ｂ）】図１に示した熱交換器を構成する金属部材の一例を説明するための断面図である。
【図３（ａ）】図１に示した金属部材の断面形状の一例を説明するための断面図である。
【図３（ｂ）】図１に示した金属部材の断面形状の一例を説明するための断面図である。
【図３（ｃ）】図１に示した金属部材の断面形状の一例を説明するための断面図である。
【図３（ｄ）】図１に示した金属部材の断面形状の一例を説明するための断面図である。
【図３（ｅ）】図１に示した金属部材の断面形状の一例を説明するための断面図である。
【図３（ｆ）】図１に示した金属部材の断面形状の一例を説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる熱交換器に備えられる加熱タンクの変形例を示す断面図である。
【図５（ａ）】本発明の一実施形態にかかる熱交換器の製造方法の一例について説明する図面である。
【図５（ｂ）】本発明の一実施形態にかかる熱交換器の製造方法の一例について説明する図面である。
【図５（ｃ）】本発明の一実施形態にかかる熱交換器の製造方法の一例について説明する図面である。
【図５（ｄ）】本発明の一実施形態にかかる熱交換器の製造方法の一例について説明する図面である。
【図５（ｅ）】本発明の一実施形態にかかる熱交換器の製造方法の一例について説明する図面である。
【図５（ｆ）】本発明の一実施形態にかかる熱交換器の製造方法の一例について説明する図面である。
【図５（ｇ）】本発明の一実施形態にかかる熱交換器の製造方法の一例について説明する図面である。
【図５（ｈ）】本発明の一実施形態にかかる熱交換器の製造方法の一例について説明する図面である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる熱交換器の製造方法の一例について説明する図面である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる熱交換器に備えられる加熱タンクの他の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかる熱交換器に備えられる加熱タンクのさらに他の構成を示す断面図である。
【図９（ａ）】本発明の他の実施形態にかかる熱交換器に備えられる加熱タンクの他の形態を説明する断面図である。
【図９（ｂ）】本発明の他の実施形態にかかる熱交換器に備えられる加熱タンクの他の形態を説明する断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態にかかる熱交換器に備えられる加熱タンクのさらに他の形態を説明する断面図である。
【図１１（ａ）】本発明の一実施形態にかかる熱交換器に備えられる加熱タンクの要部の断面図である。
【図１１（ｂ）】図１１（ａ）に示したＡ−Ａ断面の断面図である。
【図１１（ｃ）】図１１（ａ）に示したＢ−Ｂ断面の断面図である。
【図１２】本発明の一実施の形態にかかる熱交換器の内部における流体の挙動を調べるための実験に用いた実験装置の概略構成を示す説明図である。
【図１３（ａ）】図１２に示した実験装置に用いたアクリル模型の断面図である。
【図１３（ｂ）】図１３（ａ）に示したＣ−Ｃ断面の断面図である。
【図１４】上記実験結果の一例を示す図である。
【図１５】上記実験結果の一例を示す図である。
【図１６】上記実験結果の一例を示す図である。
【図１７】本発明の一実施の形態にかかる熱交換器の内部における流体の挙動を調べるためのシミュレーションの結果を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について説明すると以下の通りである。なお、本発明において、流体とは、気体および液体を含むものとする。【００４７】
（金属部材）
ここで、本実施形態にかかる熱交換器を製造するために用いる金属部材１０について説明する。【００４８】
図２（ａ）は、金属部材１０の一例を説明する正面図であり、図２（ｂ）はその断面図である。【００４９】
金属部材１０は、図２（ａ）に示すように、他の金属部材１０と溶接するための周縁部１１（溶接部）と、他の金属部材１０と溶接した際に区画室を形成する隔壁部１２とを有している。【００５０】
周縁部１１は、他の金属部材１０と溶接するための領域である。そして、周縁部１１は、他の金属部材１０と溶接する際に、より強固に溶接できるように当該周縁部１１の少なくとも一部にテーパを有していることが好ましい。そして、上記テーパ同士を適当な溶化剤を用いて溶接することで、隣接する金属部材１０同士をより強固に溶接することができる。【００５１】
そして、金属部材１０は、図２（ｂ）に示すように、板状をなし、その断面方向の厚さは、周縁部１１よりもその内方側部分のほうが薄くなっている。換言すると、金属部材１０は、周縁部１１の肉厚よりも隔壁部１２の肉厚のほうが薄くなっており、金属部材１０（隔壁部１２）の中央部の肉厚が最も薄くなっている。【００５２】
また、金属部材１０の形状は、特に限定されるものではないが、その周縁部１１を溶接し易い形状であることが好ましい。例えば、図２（ａ）に示すような円形であってもよく、あるいは円形,楕円,矩形,多角形であってもよい。【００５３】
ここで、金属部材１０の断面形状について詳細に説明する。図３（ａ）〜図３（ｈ）は、金属部材１０の断面形状の一例を説明するための断面図である。【００５４】
金属部材１０は、例えば、図３（ａ）に示すような、周縁部１１からその内方側に向かって傾斜している形状（つまり、肉厚が徐々に減少している形状）でもよく、図３（ｂ）に示すような、断面凹形状（曲面形状）であってもよく、また、図３（ｃ）に示すような、周縁部１１からその内方側に向かって下がっていく階段状の形状であってもよい。また、例えば、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、金属部材１０の両面を加工することで、当該金属部材１０の周縁部１１からその内方側に向かって厚さが薄くなる形状でもよく、図３（ｄ）〜図３（ｆ）に示すように、金属部材１０の片面のみを加工することで、当該金属部材１０の周縁部１１からその内方側に向かって厚さが薄くなる形状にしてもよい。【００５５】
次に、上記金属部材１０に形成されている透孔２０について説明する。【００５６】
金属部材１０には、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、厚さ方向に貫通している透孔２０が形成されている（なお、図３（ａ）〜図３（ｆ）には説明の便宜上、透孔２０を図示していない）。透孔２０は、金属部材１０の周縁部１１同士を溶接した際に形成される区画室の隔壁に相当する面における中央部よりも外周部（周縁部１１）寄りの位置に形成されていることが好ましい。換言すると、金属部材１０の中央部よりも外周部（周縁部１１）寄りの位置に透孔２０が形成されていることがより好ましい。これにより、詳細は後述するが、透孔２０から吐出される流体は、金属部材１０における周縁部１１の近傍において高速回転渦流を形成しながら滞留し、実効伝熱面積の増大および渦による強制対流熱伝達によって非常に高効率な流体の加熱を行なうことができる。なお、透孔２０の位置は上記した位置に限るものではなく、例えば図４に示すように金属部材１０の中央部近傍に設けられていてもよい。【００５７】
また、各金属部材１０における透孔２０の数、各透孔２０の大きさ（口径）、形状等は特に限定されるものではなく、上記熱交換器に供給する流体の量に応じて適宜設定すればよい。例えば、透孔２０の形状は、円形であってもよく矩形であってもよい。また、透孔２０の貫通方向についても特に限定されるものではなく、金属部材１０の厚さ方向に平行であってもよく、厚さ方向とは異なる方向であってもよい。【００５８】
金属部材１０の材料としては、溶接できる材料であれば特に限定されるものではなく、上記熱交換器の用途等に応じて適宜設定すればよい。例えば、上記熱交換器から排出される加熱された流体を食品用途に使用する場合には、ステンレス等の錆びない材料を用いることが好ましい。なお、金属部材１０の材料は、熱伝導率が高い金属が好ましい。具体的には、金属部材１０を構成する材料として、例えば、鉄、アルミニウム、銅等を用いてもよく、また、合金を用いてもよい。【００５９】
また、上記熱交換器を加熱する方法として、電磁誘導加熱方式を採用するためには、金属部材１０を構成する材料として、外部から高周波交流電圧をかけた場合に、渦電流が発生する材料を用いる必要がある。このような材料としては、例えば、磁性体が挙げられる。そして、上記磁性体である金属部材１０としては、具体的には、例えば、鉄、等の強い磁性の金属、ステンレススチール４３０，４０３，３０４、ニッケル、チタン、等の上記鉄等と比べた場合に磁性の強度が弱い磁性の金属等が挙げられる。【００６０】
（加熱タンク）
ここで、加熱タンク３０について説明する。図１１（ａ）は、加熱タンク３０の要部の構成を説明する断面図である。【００６１】
図１１（ａ）に示すように、加熱タンク３０は、金属部材１０を重ね合わせ、隣接する金属部材１０の周縁部１１（外周部）同士を溶接することによって形成される。より具体的には、金属部材１０の周縁部１１に形成されているテーパを用いて、金属部材１０同士を溶接することにより、加熱タンク３０が形成される。【００６２】
従って、加熱タンク３０は、図１１（ａ）に示すように、区画室１９を構成している壁と、加熱タンク３０の外壁とは、同じものである。すなわち、金属部材１０同士を溶接することで、区画室１９を形成するとともに、加熱タンク３０を形成している。【００６３】
なお、加熱タンク３０が有する区画室１９の数、すなわち、用いる金属部材１０の枚数としては、使用する用途によって適宜設定すればよい。【００６４】
図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示したＡ−Ａ断面の断面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示したＢ−Ｂ断面の断面図である。これらの図に示すように、金属部材１０に形成されている透孔２０は、隣り合う金属部材１０間でその開口位置が互いに異なっている。つまり、加熱タンク３０における上記流体の進行方向において、透孔２０は、隣接する金属部材１０間で重ならないように配置されている。【００６５】
（熱交換器の製造方法）
ここで、熱交換器の製造方法について説明する。図５（ａ）〜図５（ｈ）および図６は、本実施の形態にかかる熱交換器の製造方法の一例について説明する図面であり、図５（ａ）、図５（ｃ）、図５（ｅ）、図５（ｇ）は正面図を示しており、図５（ｂ）、図５（ｄ）、図５（ｆ）、図５（ｈ）は断面図である。なお、以下の説明では、円板状の金属部材１０を用いる場合について説明する。【００６６】
まず、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、円板状の金属部材１０を用意する。ここでは、上記円板状の金属部材１０として、ＳＵＳ４０３を用いている。【００６７】
次に、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示すように、上記円板状の金属部材１０の周縁部１１を他の金属部材１０と溶接するための溶接部として残し、金属部材１０の片面または両面を、周縁部１１から中央部に向かって肉厚が薄くなるように研削する。具体的には、金属部材１０を、旋盤を用いて研削する。また、このとき、金属部材１０の周縁部１１を、他の金属部材１０と溶接するために面取り加工を行なう（周縁部１１にテーパを形成する）。【００６８】
次に、図５（ｅ）、図５（ｆ）に示すように、複数の金属部材１０間の位置を調節するために、金属部材１０の中心に貫通孔を形成する。なお、上記貫通孔は、簡単に位置決めを行なうために形成するものであり、必ずしも必要ではない。【００６９】
その後、隣接する金属部材１０間を溶接した際に形成される区画室１９の壁に相当する部分に複数の透孔２０（穿孔）を形成する。【００７０】
次に、図５（ｇ）、図５（ｈ）に示すように、金属部材１０の中央に形成した貫通孔に位置決め用のシャフト１５を通し、このシャフト１５に、複数の金属部材１０を通す。このとき、隣接する金属部材１０間で、それぞれの金属部材１０に形成された透孔２０の位置が互いに異なるように、すなわち、金属部材１０の平面に対して直交する方向（加熱タンク３０における流体の進行方向）において、互いに重ならないように金属部材１０を配置する。【００７１】
その後、隣接する金属部材１０の周縁部１１同士を全周溶接することにより加熱タンク３０を形成する。なお、シャフト１５を用いて位置決めを行った場合、シャフト１５と金属部材１０とは溶接してもしなくてもよい。【００７２】
最後に、図６に示すように、加熱タンク３０の両端部（複数の溶接された金属部材１０の端部）に蓋１６・１６を形成する。そして、蓋１６・１６に流体の供給口１７（入口）と排出口１８（出口）とを取り付ける。以上のようにして、熱交換器１を製造する。【００７３】
なお、上記の説明では、平板状の金属部材１０を研削して、周縁部１１よりもその内方側部分が薄い金属部材１０を作っているが、最初から周縁部１１よりもその内方側部分が薄くなっている金属部材１０を用いる場合には上記研削を行なう工程は必要ではない。【００７４】
また、上記の説明では、溶接する複数の金属部材１０の全部を位置決めした後で、溶接を行なっているが、例えば、まず２枚の金属部材１０の周縁部１１同士を溶接した後、これにさらに他の金属部材１０を重ねて溶接を行ってもよい。【００７５】
つまり、本実施の形態にかかる熱交換器１の製造方法では、図１に示すように、流体を通過させるための透孔２０を有し、周縁部１１よりもその内方側部分のほうが薄くなっている板状の金属部材１０の周縁部１１を、隣接する他の金属部材１０（板状であり、上記透孔２０が形成されているもの）の周縁部１１と溶接することで、加熱タンク３０を形成している。【００７６】
なお、金属部材１０同士を溶接する際に、用いる金属部材１０の枚数については、特に限定されるものではなく、使用する用途によって適宜設定すればよい。例えば、加熱タンク３０内を通過させる流体を十分に加熱したい場合には、金属部材１０を多く用いて、複数の区画室１９を形成すればよい。また、加熱タンク３０の外部から当該加熱タンク３０を加熱する加熱手段の形状・大きさによって、金属部材１０の枚数を設定してもよい。【００７７】
また、上記溶接には、電気溶接、レーザー溶接、アルゴン溶接およびガス溶接等の少なくとも１つの通常の溶接の他に例えば、冷間溶接も含むものとする。また、上記例示の溶接を適宜組み合わせてもよい。【００７８】
（熱交換器）
ここで、熱交換器１について説明する。熱交換器１は、図６に示すように、加熱タンク３０と加熱タンク３０に流体を供給するための供給口１７と加熱タンク３０から排出される流体の出口である排出口１８とを備えている。そして、加熱タンク３０内には、金属部材１０同士の周縁部１１同士を溶接することで金属部材１０からなる区画室１９が形成されている。そして、隣接する金属部材１０の周縁部１１同士は溶接（図中、黒塗りの部分）されている。【００７９】
そして、供給口１７から供給される流体は、金属部材１０に形成されている透孔２０を通過し、加熱タンク３０内に形成された区画室１９に滞留する。そして、加熱タンク３０を外部から加熱することで、当該加熱タンク３０は加熱されることになる。これにより、区画室１９に滞留し、透孔２０を介して加熱タンク３０内を通過する流体は加熱されることになる。【００８０】
そして、熱交換器１を、当該熱交換器１の外部から加熱することで、この熱交換器１（加熱タンク３０）内を通過する流体を加熱することができる。【００８１】
この熱交換器１の外部から当該熱交換器１を加熱する加熱手段としては、どのようなものでもよく、例えば、バーナーやニクロム線等を用いて熱交換器１を直接加熱してもよく、熱交換器１を構成している金属部材１０が例えば磁性体等のＩＨ（induction heating）対応の材料である場合には電磁誘導によって加熱してもよい。【００８２】
なお、熱交換器１を、例えば、電磁誘導加熱方式を用いて加熱する場合、すなわち、高周波交流電源を用いて熱交換器１を加熱する場合には、金属部材１０として磁性体を用いる。ここで、高周波交流電源の高周波とは、家庭用電源の周波数５０〜６０Ｈｚよりも高い周波数を意味しており、近隣の電波障害等への影響を加味しながら、例えば、２５０Ｈｚ〜６万Ｈｚの広い範囲で適用可能である。【００８３】
（実験例１）
次に、熱交換器１の内部における流体の挙動を確認するために行った実験の結果について説明する。【００８４】
図１２は、この実験に用いた実験装置の概略構成を示す説明図である。この実験では、マイクロバルブ発生器３２で水槽３６中の水にマイクロバルブ（微小な気泡）を混在させ、このマイクロバルブを含む水をポンプＰによってアクリル模型３１（熱交換器１のアクリル模型）に通水させ、区画室におけるマイクロバルブの動きを高速度カメラ３３で撮影し、パーソナルコンピュータ３７に取り込んで確認した。なお、マイクロバルブ発生器３２として、Ｏ−Ｍａｘ ＯＭIV型（オーラテック社製）を用いた。また、高速度カメラ３３として、ＦＡＳＴＣＡＭ−Ｒａｂｂｉｔ（フォトロン社製）にキャノン社製のＴＶ ＺＯＯＭ ＬＥＮＺ ＰＨ６×８ＭＡＣＲＯ８〜４８ｍｍを取り付けたものを用いた。また、ポンプＰとアクリル模型３１との間に流量計Ｑ（ＳＴＥＣ製  ＬＦ１０−ＰＴＮ（１・５〜２．０リットル／ｍｉｎ））および流量調整用のバルブ４０を配置してアクリル模型３１に通水される水の流量測定および流量調整を行った。【００８５】
図１３（ａ）はアクリル模型３１の断面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）に示したＣ−Ｃ断面の断面図である。図１３（ａ）に示すように、アクリル模型３１は、内径Ｄ＝９０ｍｍ,長さＬ＝１７０ｍｍの円筒形状であり、鉛直方向下向に配置された一方の底面からマイクロバルブを混在した水を注水し、鉛直方向上向きに配置された他方の底面から水を排出するように配置されている。また、アクリル模型３１の内部には、４枚の円盤状のアクリル板３４ａ〜３４ｄがアクリル模型３１の長さ方向にピッチ（周縁部のピッチ）Ｐ＝１２ｍｍで配置されている。なお、図１３（ａ）に破線で示したように、各アクリル板の中心を貫通する中心軸３９を設けた場合と設けない場合の２通りについて同様の実験を行った。この結果、中心軸３９の有無は、流体の挙動にはほとんど影響を及ぼさなかった。【００８６】
なお、アクリル板３４ａおよび３４ｂは厚さ１０ｍｍの両面が平坦な形状であり、アクリル板３４ｃおよび３４ｄは両面が凹面形状になっている。アクリル板３４ｃ，３４ｄの周縁部の板厚は１０ｍｍである。なお、アクリル板３４ａ〜３４ｄは、鉛直方向下側からこの順に配置されている。また、これらアクリル板３４の外径部分は、アクリル模型３１の内径に接着されている。【００８７】
また、各アクリル板３４には、図１３（ｂ）に示すように、中心から半径ｒ１＝３２ｍｍの円の上に、直径ｄ１＝３ｍｍの透孔３５ａが等間隔で合計１６個設けられており、中心から半径ｒ２＝４０ｍｍの位置に直径ｄ２＝５ｍｍの透孔３５ｂが等間隔で合計１６個設けられている。なお、透孔３５ａおよび透孔３５ｂの形成位置は、中心に対して互いに１１．２５度ずれている。また、隣接するアクリル板に設けた透孔３５ａ，３５ｂの位置が鉛直方向（アクリル模型３１を流体が通過する方向）に互いに重ならないように各アクリル板を設置した。【００８８】
図１４は、１８．２×１０−３ｍ３／ｍｉｎの水をアクリル模型３１に通水したときの、アクリル板３４ａと３４ｂとの間に形成される区画室３８ａ内の状態を撮影した動画のキャプチャー画像である。図中の丸で囲った２つの部分において、互いに逆方向に回転する高速回転渦流（ポロイダル渦）が確認された。より具体的には、透孔２０から噴射された直後の流体によって形成される高速回転渦流と、この渦流よりも加熱タンク３０の外壁の内面近傍にこの渦流とは逆方向に回転する高速回転渦流とが観察された。また、区画室３８ａ内をアクリル模型３１の円周方向に沿って回転する流れ（トロイダル流）が確認された。【００８９】
図１５は、１８．２×１０−３ｍ３／ｍｉｎの水をアクリル模型３１に通水したときの、アクリル板３４ｂと３４ｃとの間に形成される区画室３８ｂ内の状態を撮影した動画のキャプチャー画像である。【００９０】
この図に示すように、区画室３８ｂにおいても、アクリル模型３１の内周面近傍（透孔３４近傍）において互いに逆方向に回転する高速回転渦流および区画室３８ｂ内をアクリル模型３１の円周方向に沿って回転する流れが観察された。【００９１】
図１６は、１８．２×１０−３ｍ３／ｍｉｎの水をアクリル模型３１に通水したときの、アクリル板３４ｃと３４ｄとの間に形成される区画室３８ｃ内の状態を撮影した動画のキャプチャー画像である。【００９２】
この図に示すように、区画室３８ｃにおいても、アクリル模型３１の内周面近傍（透孔３４近傍）において互いに逆方向に回転する高速回転渦流および区画室３８ｃ内をアクリル模型３１の円周方向に沿って回転する流れが観察された。【００９３】
また、透孔３５から吐出された気泡（水）は、各区画室において、約１／３０ｓｅｃ（高速度カメラ３３の撮像間隔の間に約２０ｍｍ、すなわち約６００ｍｍ／ｓの移動速度）で移動していることがわかった。この移動速度は、アクリル板３４が取り付けられていないと仮定した場合の移動速度４３ｍｍ／ｓの約１４倍に相当する。【００９４】
図１７は、熱交換器１について行った定常乱流シミュレーションの結果を示す図である。なお、解析ソフトとしてはSCRYU/Tetra for Windows（登録商標）を使用し、乱流モデルとして標準ｋ-εモデルを採用した。この図に示すように、乱流シミュレーションによる流動解析の結果からも、各セル内（区画室内）において高速回転渦流（ポロイダル渦）が発生することが確認された。また、シミュレーション結果より、隣接するアクリル板３４における透孔３４の位置に位相差を持たせることで、すなわち、隣接するアクリル板３４における透孔３４の位置をアクリル模型３１の長手方向（アクリル模型３１を通過する流体の進行方向）において重ならないようにすることで、高速回転渦流の形成を安定化させられることがわかった。【００９５】
これらの実験結果から、熱交換器１においては、区画室１９内で高速回転渦流が周期的に発生することが確認された。したがって、熱交換器１では、区画室１９において生じる高速回転渦流が生じることにより、強制対流熱伝達および乱流熱伝達によって熱交換が著しく促進されることがわかる。また、流体が区画室１９内を流動する時間が長くなるとともに、流体が区画室１９内を循環して高温壁面との接触を繰り返す結果、実効伝熱面積の増大効果が得られることがわかる。したがって、熱交換器１における熱交換は、従来の熱交換器で採用されているフィン効果とは本質的に異なっており、従来の熱交換器よりも格段に優れた熱交換効率を実現できる。また、熱交換器１では、高速回転渦流によって区画室内の流体を効率的に攪拌できるため、流体の温度制御を容易かつ安定して行うことができる。【００９６】
以上のように、本実施の形態にかかる熱交換器１の製造方法は、板状をなし、流体を通過させるための透孔２０を有する複数の金属部材１０を用い、金属部材１０のうち、周縁部１１よりもその内方側部分のほうが薄くなっている金属部材１０が隣接する金属部材１０の少なくとも一方に配置されるように複数の金属部材１０を重ね合わせる重合工程と、隣接する金属部材１０の周縁部１１同士を溶接することで、区画室１９の壁と加熱タンク３０の外壁とが一体化されてなる加熱タンク３０を形成するタンク形成工程を含む。【００９７】
したがって、熱交換器１は、板状をなし、流体を通過させるための透孔２０を有する複数の金属部材１０が用いられ、金属部材１０のうち、周縁部１１よりもその内方側部分のほうが薄くなっている金属部材１０が隣接する金属部材１０の少なくとも一方に配置され、隣接する金属部材１０の周縁部１１同士が溶接されることで、当該隣接する金属部材１０によって区画室１９の壁と加熱タンク３０の外壁とが構成されている加熱タンク３０を備える構成である。【００９８】
上記構成によれば、隣接する２つの金属部材１０の周縁部１１同士を溶接することで、タンク外壁を形成できるとともに、このタンク内部に存在する区画室１９の壁を形成することができる（加熱タンク３０の外壁と区画室１９の壁とを同じ部材で構成できる）。【００９９】
これにより、従来生じる可能性があった、加熱タンク３０の外壁と区画室１９を構成している壁との間の界面を完全に無くすことができる。従って、加熱タンク３０を、外部から加熱した場合、加熱タンク３０に供給される熱は、加熱タンク３０の外壁から区画室１９を構成している壁に効率よく伝達される。そして、区画室１９の壁を形成している金属部材１０は、周縁部１１よりもその内方側部分のほうが薄くなっているため、上記外部から供給される熱は、加熱タンク３０の中心方向（金属部材１０の肉厚が薄くなっている場所）へ効率よく伝わることとなる。従って、上記構成とすることで、加熱タンク３０を外部から加熱した場合でも、当該加熱タンク３０の内部へ効率よく熱が伝達されるため、加熱タンク３０の内部、すなわち、区画室１９を構成している壁が十分に加熱されることになる。これにより、区画室１９に導かれた流体を従来と比べて十分に加熱できる。【０１００】
このように、上記構成とすることで、加熱タンク３０外側から区画室１９の壁までの間を切れ目無く構成できるので、従来と比べて、外部から供給される熱を、加熱タンク３０の内側まで効率よく伝達することができる。【０１０１】
また、上記の構成によれば、区画室１９内で高速回転渦流が周期的に発生し、この渦による強制対流熱伝達および乱流熱伝達によって区画室１９において熱交換が著しく促進されるので、加熱効率を高めることができる。また、流体が区画室１９内を流動する時間が長くなるとともに、流体が区画室１９内を循環して高温壁面との接触を繰り返す結果、実効伝熱面積の増大効果が得られ、加熱効率をさらに高めることができる。【０１０２】
さらに、加熱による流体の膨張により、供給口１７側の区画室１９から排出口１８側の区画室１９へ向かうほど流体は一層加速される。これにより、熱伝達特性は流体速度の増加とともに向上するので、下流側の区画室１９へ移動するほど熱伝達特性が相乗的に向上し、熱交換器１全体としての加熱効率が飛躍的に向上する。また、供給口１７側の区画室１９から排出口１８側の区画室１９へ向かうほど流体が加速されることにより、熱交換器１を通過する流体の流量を増加させることができる。【０１０３】
なお、透孔２０が金属部材１１を貫通する貫通方向を、加熱タンク３０の長手方向（加熱タンク３０を流体が通過する方向）に対して斜め（非平行）にしてもよい。これにより、例えば、流体が透孔２０を介して下流側の区画室１９に吐出される方向と、この下流側の区画室１９において生成される高速回転渦流における流体の移動方向（渦の接線方向）とを一致させることができ、高速回転渦流における流体の移動速度をさらに速くすることができる。したがって、熱伝達特性をさらに向上させ、流体をより好適に加熱できる。【０１０４】
また、上記構成とすることで、板状の金属部材１０の周縁部１１同士を溶接することにより熱交換器１を製造できるので、従来のタンク内に板状部材を入れた後このタンクと板状部材とを溶接する構成に比べて、より簡単に熱交換器１を製造することができるとともに、当該タンクと板状部材との間に部分的に生じる可能性のあった界面を完全に無くすことができる。【０１０５】
さらに、隣接する金属部材１０同士の周縁部１１同士を溶接しているので、金属部材１０間の界面も無くすことができる。これにより、例えば、上記加熱タンク３０の一部を加熱した場合でも、熱が隣接している金属部材１０にも効率よく伝達されることになる。これにより、加熱タンク３０全体に熱を伝導することができる。【０１０６】
また、従来では、タンク内に配置された状態の磁性体部材とタンクとを溶接するため、上記磁性体部材の一方の面側からしか溶接が行なえなかったが、本実施の形態にかかる製造方法を適用することで、タンクを不要とすることができる。これにより、従来のように、タンクと区画室１９との間に生じる可能性を無くすることができ、上記区画室１９の壁と加熱タンク３０の外壁とを１つの部材（金属部材１０）で構成することができる。そして、金属部材１０同士を溶接することができるので、隣接する金属部材１０間の界面を従来と比べてより無くすことができる。【０１０７】
また、金属部材１０の周縁部１１同士を溶接して加熱タンク３０を形成する前に、金属部材１０に透孔２０を形成することができるので、透孔２０を形成するための作業を容易に行なうことができる。また、透孔２０の形成にかかる作業の自由度が増すので、例えば透孔２０の形状を円形,楕円,矩形,多角形など多用な形状に形成したり、透孔２０の貫通方向を金属部材１０同士の隣接方向（加熱タンク３０を流体が通過する方向）に対して斜め（非平行）にしたり、透孔２０の貫通方向に沿って開口部の面積を異ならせたりできる。また、加熱タンク３０内に配置した後の金属部材１１に透孔２０を設ける場合と異なり、透孔２０の形成によって生じる切削くずなどのゴミが加熱タンク３０内に残留してしまうことを防止できる。【０１０８】
なお、上記熱交換器１の製造方法において、上記溶接する金属部材１０同士の互いの位置を決定するために位置決め工程を行ってもよい。具体的には、位置決め部材を用いて隣接する金属部材１０の相対位置を固定してもよい。より詳細には、上記金属部材１０に貫通孔を形成し、この貫通孔に、位置決め部材である金属棒を挿入することにより、隣接する金属部材１０の相対位置を固定してもよい。【０１０９】
また、上記の説明では、溶接する２枚の金属部材１０のそれぞれの両方の断面が周縁部１１よりもその内方側部分のほうが薄くなっている場合について説明している。しかしながら、上記金属部材１０を平板から作る場合、加工のし易さの観点からは、金属部材１０の片面のみが周縁部１１よりもその内方側部分のほうが薄くなっている形状であることが好ましい。そして、この片面のみが周縁部１１よりもその内方側部分のほうが薄くなっている形状である金属部材１０の周縁部１１同士を溶接して加熱タンク３０を形成した場合には、図７に示すような形状となる。【０１１０】
また、片面のみが周縁部１１よりもその内方側部分のほうが薄くなっている形状である金蔵部材と両面が上記形状である金属部材１０との周縁部１１同士を溶接することより加熱タンク３０を形成してもよい。【０１１１】
さらに、上記の説明では、溶接する２枚の金属部材１０として、その両方（２枚とも）が、周縁部１１よりもその内方側部分のほうが薄くなっている板状の金属部材１０を用いる構成について説明している。しかしながら、上記構成に限定されるものではなく、例えば、上記２枚の金属部材１０のうち、一方（１枚）の金属部材１０のみに、周縁部１１よりもその内方側部分のほうが薄くなっている板状のものを使用してもよい。【０１１２】
具体的には、例えば、図８に示すように、隣接している金属部材１０のうち、一方の金属部材１０のみが、周縁部１１よりもその内方側部分のほうが薄くなっている板状になっており、この金属部材１０と平板状の金属部材１０との周縁部１１同士を溶接することによって上記加熱タンク３０を形成してもよい。【０１１３】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。【０１１４】
図９（ａ）は、本実施の形態にかかる加熱タンク３０の他の形態を説明する断面図である。図９（ａ）に示す加熱タンク３０では、隣接する金属部材１０の間に、開口部を有する板状の金属板（スペーサ）２１が挟まれている。【０１１５】
金属板２１の開口部の大きさとは、適宜設定すればよい。また、上記開口部の形状についても特に限定されるものではなく、円形であってもよく、矩形であってもよい。なお、金属部材１０と金属板２１の外形は同じであることがより好ましい。また、金属板２１の材料は金属であればよく、特に限定されないが、金属板２１と金属部材１０とを同じ材料を用いることがより好ましい。【０１１６】
金属板２１を設けることで、隣接する金属部材１０とこの金属板２１とで形成される区画室１９の体積を簡単に調節することができる。つまり、実施の形態１のように隣接する２枚の金属部材１０によって区画室１９を形成する場合には、金属部材１０を研削する量を多くする必要があり、加工が困難になる場合があるが、金属部材１０の間に、区画室１９の体積を調節するための金属板２１（間隔調節部材）を挟み、隣接する２枚の金属部材１０とその間に挟まれた金属板２１とで区画室１９を形成することで、当該区画室１９の体積を調節することが容易になる。【０１１７】
そして、本実施の形態にかかる加熱タンク３０の製造方法としては、隣接する２枚の金属部材１０を金属板２１を挟んだ状態で重ね合わせ、金属部材１０と金属板２１との周縁部１１同士を溶接すればよい。これにより、金属部材１０間に金属板２１が挟まれた加熱タンク３０を製造することができる。【０１１８】
なお、図９（ａ）に示した構成では、各金属部材１０は内方側（中心側）へ向かうほど薄くなる形状をしているが、金属部材１０の形状はこれに限るものではない。例えば、図９（ｂ）に示すように、各金属部材１０は、厚さが一定の平板形状であってもよい。また、金属部材１０における一方の面のみが平坦であってもよい。また、各金属部材１０は同じ形状でなくてもよく、例えば、複数の金属部材のうちの一部は平板状であり、残りの金属部材は内方側へ向かうほど薄くなっている形状であってもよい。【０１１９】
また、例えば、隣接する金属部材１０を溶接するために重ね合わせた（位置決めした）際に、これら金属部材１０に形成されている透孔２０の位置が加熱タンク３０を通過する流体の進行方向において重なる場合には、金属板２１の開口部は、透孔２０と加熱タンク３０を通過する流体の進行方向において重ならないように形成されていることがより好ましい。【０１２０】
より具体的には、図１０に示すように、透孔２０を介して区画室１９に導かれる流体が、金属板２１に衝突するように金属板２１の開口部が形成されていることがより好ましい。この場合、金属板２１は、区画室１９の体積を調節するだけでなく、衝突板として機能する。なお、加熱タンク３０が円筒形状である場合、すなわち、金属部材１０の形状が円形である場合には、金属板２１はドーナツ形状である。また、図１０では金属板２１として開口部を除いて板厚が一定のものを用いているが、これに限らず、板厚が一定でなくてもよい。例えば、内方側へ向かうほど板厚が薄くなっていてもよい。【０１２１】
上記の構成とすることで、金属部材１０に形成された透孔２０から区画室１９に導かれた流体は、金属板２１に当たることになる。つまり、区画室１９に導かれた流体は、当該流体の進行方向に配置されている金属板２１に衝突して乱流状態になる。従って、上記構成とすることで、例えば、隣接する金属部材１０に設けられている透孔２０同士が同じ位置に配置されている場合（透孔２０が流体の進行方向に向かって直線上に配置されている）であっても、区画室１９内で流体を十分に加熱することができる。【０１２２】
また、金属部材１０に形成されている透孔２０と金属板２１に形成されている開口部とが、加熱タンク３０を通過する流体の進行方向において重ならないようにすることで、区画室１９内における高速回転渦流の形成を安定化させることができる。したがって、加熱効率を高いレベルで安定化させることができる。【０１２３】
以上のように、本実施の形態にかかる熱交換器１の製造方法は、板状をなし、流体を通過させるための透孔２０を有する複数の金属部材１０を用い、上記金属部材１０のうち、周縁部１１よりもその内方側部分のほうが薄くなっている金属部材１０が隣接する金属部材１０の少なくとも一方に配置され、かつ、上記隣接している金属部材１０の間に開口部を有する金属板２１が配置されるように上記複数の金属部材１０と上記金属板２１とを重ね合わせる重合工程と、上記隣接している金属部材１０と上記金属板２１との周縁部１１同士を溶接することで、上記区画室１９の壁と加熱タンク３０の外壁とが一体化されてなる加熱タンク３０を形成するタンク形成工程を含む方法である。【０１２４】
したがって、熱交換器１は、板状をなし、流体を通過させるための透孔２０を有する複数の金属部材１０が用いられ、上記金属部材１０のうち、周縁部１１よりもその内方側部分のほうが薄くなっている金属部材１０が隣接する金属部材１０の少なくとも一方に配置され、かつ、上記隣接している金属部材１０の間に開口部を有する金属板２１が配置され、上記隣接している金属部材１０と上記金属板２１との周縁部１１同士が溶接されることで、上記金属板２１および上記隣接している金属部材１０によって上記区画室１９の壁と加熱タンク３０の外壁とが形成されている加熱タンク３０を備えている構成である。【０１２５】
上記の構成によれば、実施の形態１にかかる熱交換器１と略同様の効果を得ることができる。【０１２６】
また、上記の構成とすることにより、例えば、金属板２１の厚さを変更することで、区画室１９の体積を簡単に変更することができる。つまり、上記構成とすることで、区画室１９の体積を簡単に設定できるので、区画室１９を滞留する流体の滞留時間を調整することができるので、流体の加熱時間を簡単に制御することができる。【０１２７】
なお、金属板２１は隣接する金属部材１０の少なくとも１組の間に配置すればよく、隣接する金属部材１０間の全ての間に上記金属板２１が配置してもよい。【０１２８】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用の可能性】
【０１２９】
本発明にかかる熱交換器は、加熱タンク内に流体を流通させることで加熱する用途に好適に使用することができる。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図３（ｄ）】
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【図３（ｅ）】
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【図３（ｆ）】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図５（ｄ）】
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【図５（ｅ）】
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【図５（ｆ）】
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【図５（ｇ）】
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【図５（ｈ）】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１０】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１１（ｃ）】
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【図１２】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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