(57)【要約】【課題】  特にランニングコスト高になることを抑制しながらも、大電流を流すことができる耐久性のあるものでありながらも、加熱効率を飛躍的に向上することができる熱交換器を提供する点にある。【解決手段】  トランス２の一次側巻線２Ａに、電源１を接続し、前記トランス２の二次側巻線２Ｂを、内部に水を流動可能なパイプから構成し、前記パイプ２Ｂの両端を短絡して閉回路が形成される構成とし、前記パイプ２Ｂに水供給口４Ａ及び水排出口３Ａとを備えさせ、前記パイプ２Ｂを体積固有抵抗値が１．６７３０μΩｃｍ〜１８５μΩｃｍの範囲の材料から構成した。【選択図】        図１
2005302488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの一次側巻線に、電源を接続し、前記トランスの二次側巻線を、内部に水を流動可能なパイプから構成し、前記パイプの両端を短絡して閉回路が形成される構成とし、前記パイプに水供給口及び水排出口とを備えさせ、前記パイプを体積固有抵抗値が１．６７３０μΩ・ｃｍ〜１８５μΩ・ｃｍの範囲の材料から構成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
トランスの一次側巻線に、電源を接続し、前記トランスの二次側巻線に電流を流すことができる導体を接続して閉回路が形成される構成とし、前記導体を体積固有抵抗値が１．６７３０μΩ・ｃｍ〜１８５μΩ・ｃｍの範囲の材料から構成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
トランスの一次側巻線に、電源を接続し、前記トランスの二次側巻線に、内部に水を流動可能なパイプを接続して閉回路を構成し、前記パイプに水供給口及び水排出口とを備えさせ、前記パイプを体積固有抵抗値が１．６７３０μΩ・ｃｍ〜１８５μΩ・ｃｍの範囲の材料から構成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
前記二次側巻線の一端に逆巻きコイルの一端を接続し、前記逆巻きコイルの他端に前記パイプの一端を接続し、かつ、該パイプの他端を該二次側巻線の他端に接続してなる請求項３記載の熱交換器。
【請求項５】
前記パイプの内面に凹凸部を備えさせてなる請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項６】
前記パイプの材料の主成分をステンレス鋼としてなる請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項７】
前記電源と一次側巻線との間に、該電源からの交流電圧を周波数変換するためのインバータを備えさせてなる請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスの二次側に配置したパイプ又は導体に通電することにより、パイプ内部を通過させる水又は導体を加熱して効率よく温水や熱気あるいは水蒸気を得るための熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記熱交換器としては、内部に水を通過させることができる金属材料でなる筒状のパイプの表面に発熱用の抵抗体を備えさせ、その発熱用抵抗体の両端の端子金具に電圧を加えることによって、発熱用抵抗体に電流を流すことにより発生する熱をパイプに伝達して、パイプ内を通過する水を温めるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２６３８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１によれば、パイプとは別に発熱用抵抗体を必要とするだけでなく、パイプの表面に発熱用抵抗体を備えさせる作業も必要となり、コスト高になる不都合があった。
また、発熱用抵抗体を介して、パイプの熱伝導による間接加熱を利用してパイプを加熱しているため、加熱効率を高めることができない不都合もあった。
また、瞬間湯沸かし器に特許文献１のものを利用する場合には、発熱用抵抗体に大きな電流を流す必要があるため、発熱用抵抗体を分厚い耐久性のあるもので構成しなければならず、更にコスト高になるだけでなく、間接加熱のために消費電力が多くなる結果、ランニングコストも高くなり、加熱効率の点で改善の余地があった。
【０００４】
本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、特にランニングコスト高になることを抑制しながらも、大電流を流すことができる耐久性のあるものでありながらも、加熱効率を飛躍的に向上することができる熱交換器を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前述の課題解決のために、トランスの一次側巻線に、電源を接続し、前記トランスの二次側巻線を、内部に水を流動可能なパイプから構成し、前記パイプの両端を短絡して閉回路が形成される構成とし、前記パイプに水供給口及び水排出口とを備えさせ、前記パイプを体積固有抵抗値が１．６７３０μΩ・ｃｍ〜１８５μΩ・ｃｍの範囲の材料から構成したことを特徴としている。
また、トランスの一次側巻線に、電源を接続し、前記トランスの二次側巻線に電流を流すことができる導体を接続して閉回路が形成される構成とし、前記導体を体積固有抵抗値が１．６７３０μΩ・ｃｍ〜１８５μΩ・ｃｍの範囲の材料から構成したものであってもよい。
また、トランスの一次側巻線に、電源を接続し、前記トランスの二次側巻線に、内部に水を流動可能なパイプを接続して閉回路を構成し、前記パイプに水供給口及び水排出口とを備えさせ、前記パイプを体積固有抵抗値が１．６７３０μΩ・ｃｍ〜１８５μΩ・ｃｍの範囲の材料から構成したものであってもよい。
従って、電源から供給される電圧によって、閉回路が形成された二次側巻線に電流が流れ、その二次側巻線であるパイプを発熱させる、又は二次側巻線に直接または二次側巻線よりの導線にパイプを接続することによって形成される閉回路に電流が流れ、パイプを発熱させる、又はトランスの二次側巻線に直接または二次側巻線よりの導線に接続された導体に電流が流れ、導体を発熱させることができる。そして、前記パイプ内に水供給口を介して水を供給することによって、パイプ内部で温められた温水を水排出口から排出することができる。前記パイプに代えて、導体を接続している場合には、導体から発生する熱を利用して食べ物を加熱する調理器を構成したり、加熱蒸気を発生させる蒸気発生器を構成する、あるいは空気を加熱して暖房機として構成することができる。又、前記トランスの二次側巻線の巻数を変更することによって、二次側巻線へ流れる電流値を自由に変更することができる。前記電源としては、商用交流電源を用いることによって、簡素な構成とすることができるだけでなく、インバータなどを用いることなく大電流を流すことができる利点があるが、他の電源として、発電器やバッテリ（直流）などを用いてもよい。前記パイプとしては、体積固有抵抗値が１．６７３０μΩ・ｃｍ〜１８５μΩ・ｃｍの範囲の材料を用いることによって、より大きな電流を流すことが可能になり、好ましく、具体的には、ステンレス、銅、銀、チタンなどを一種又は複数種を混合してパイプを作製することになる。
【０００６】
前記二次側巻線の一端に逆巻きコイルの一端を接続し、前記逆巻きコイルの他端に前記パイプの一端を接続し、かつ、該パイプの他端を該二次側巻線の他端に接続することによって、二次側巻線にて発生するインダクタンスを逆巻きコイルにて発生するインダクタンスにて打ち消すことができ、二次側の閉回路を抵抗分のみとすることができ、無効電流の発生を回避することができる。
【０００７】
前記パイプの内面に凹凸部を備えさせることによって、水との熱伝導を増大させるために接触面積を増大させるようにしてもよい。
【０００８】
前記パイプの材料の主成分をステンレス鋼とすることが衛生面と腐食面（錆の発生）において好ましい。
【０００９】
前記電源と一次側巻線との間に、該電源からの交流電圧を周波数変換するためのインバータを備えさせて、高周波電圧を発生させてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
トランスの二次側に流れる電流を利用してパイプを直接加熱する構成とすることによって、発熱用抵抗体などの部材を不要にすることができるから、コスト高になることを抑制しながらも、大電流を流すことができる耐久性のあるものでありながらも、加熱効率を飛躍的に向上することができる熱交換器を提供することができる。しかも、一次側又は二次側の巻線の巻数を変更するだけで、二次側巻線へ流れる電流値を自由に変更することができ、設計の自由度を図ることができる。
【００１１】
二次側巻線の一端に逆巻きコイル（無誘導コイルとも言う）の一端を接続し、逆巻きコイルの他端にパイプの一端を接続し、かつ、パイプの他端を二次側巻線の他端に接続することによって、二次側巻線にて発生するインダクタンスを逆巻きコイルにて発生するインダクタンスにて打ち消すことができ、二次側の閉回路を抵抗分のみとすることができ、無効電流の発生を回避することができ、消費電力が無効分の無いＩ2Ｒとなり、加熱効率を飛躍的に向上させることができる。
【００１２】
パイプの内面に凹凸部を備えさせることによって、水との接触面積を増大させることができ、熱伝達の効率をよくし、熱交換器の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に、瞬間湯沸かし器として構成される熱交換器を示している。前記熱交換器は、瞬間湯沸かし器として利用できる他、床暖房や空調用の暖房器、蒸気発生器、乾燥機、調理器などにも利用することができる。前記熱交換器は、電源として商用交流電源１を用い、この商用交流電源１からの電圧を昇圧又は降圧するためのトランス２を設け、前記トランス２の二次側巻線２Ｂを、内部に水を流動可能なパイプから構成し、前記パイプ２Ｂを、それの上下両端から水平方向同一側（トランス２から離間する側）へ延出し、その延出させた直線状の延出パイプ３，４の一方の端部に水供給口４Ａを備えさせ、かつ、他方の端部に水排出口３Ａを備えさせ、上下の延出パイプ３，４の端部側部位同士を銅、銀、チタン、ステンレスなどの導電材料でなる接続部材５にて短絡することによって、二次側に閉回路を形成している。従って、商用交流電源１からの電力供給により二次側巻線２Ｂに電流を流すことによって、パイプ（二次側巻線）２Ｂ及び延出パイプ３，４に熱が発生し、水供給口４Ａから供給される水がお湯になって水排出口３Ａから排出されるようになっている。尚、前記商用交流電源１からの電圧を高周波に変換して出力するためのインバータ６を、商用交流電源１と一次側巻線２Ａとの間に設けているが、インバータ６を省略して回路を簡素化して実施してもよい。
【００１４】
前記パイプ（二次側巻線）２Ｂ及び延出パイプ３，４を体積固有抵抗値がほぼ７２μΩ・ｃｍのステンレスを用いることによって、耐久性及び発熱性のいずれにおいても良好な状態とすることが、でき、好ましいが、体積固有抵抗値が１．６７３０μΩ・ｃｍ〜１８５μΩ・ｃｍの範囲の材料であれば、どのような材料であってもよい。図１では、パイプ（二次側巻線）２Ｂから延出パイプ３，４に渡る長尺なパイプとしたが、延出パイプ３，４を省略し、パイプ（二次側巻線）２Ｂの上下両端に水供給口４Ａと水排出口３Ａとを備えさせて実施することもできる。また、前記パイプ２Ｂ及び延出パイプ３，４の発熱量は、電流の大きさによって左右されることになるので、パイプ２Ｂ及び延出パイプ３，４の抵抗を小さくすれば、流れる電流が大きくなり、消費電力を増加させなくても、発熱量を増大させることができるが、電流値を大きくすればするほど耐久性（溶けてしまう）において不利になるため、体積固有抵抗値が５〜１０６．８μΩ・ｃｍの間のものが好ましい。また、前記パイプ２Ｂ及び延出パイプ３，４の抵抗は断面積に反比例することから、断面積が大きくなれば抵抗値が小さくなるため、体積固有抵抗値が大きなものであっても、断面積を大きくすれば、電流値を大きくすることができる。
【００１５】
前記熱交換器を、図２に示すように構成してもよい。つまり、トランス２の一次側巻線２Ａに、前記インバータ６（省略してもよい）を介して商用交流電源１を接続し、前記トランス２の二次側巻線２Ｂに、内部に水を流動可能なパイプ７を接続して閉回路を構成し、前記パイプ７の上下両端から水平方向同一側（トランス２から離間する側）へ延出した直線状の電線８，９の端同士を、コイル状に巻回した前記パイプ７にて接続して閉回路を構成している。そして、前記パイプ７の両端に水供給口７Ａと水排出口７Ｂとを備えさせている。他の説明しなかった構成は、図１と同一であり、同一の符号を付している。
【００１６】
図２で示した前記コイル状に巻回した前記パイプ７を、図３に示すように、直線状のパイプ７であってもよい。この場合、加熱する体積が減少するが、熱交換器の小型化を図ることができる利点がある。他の説明しなかった構成は、図２と同一であり、同一の符号を付している。
【００１７】
また、前記熱交換器を、図４に示すように構成してもよい。つまり、前記二次側巻線２Ｂの一端（図では下端）から延出した電線８の遊端部に前記パイプ７に対して逆方向に巻いた逆巻きコイル（無誘導コイルとも言う）１０の一端から延出された延出部１０Ａの遊端部を接続し、前記逆巻きコイル１０の他端から延出された延出部１０Ｂの遊端部に前記パイプ７の一端（図では上端）を接続し、かつ、該パイプ７の他端（図では下端）に一端が接続された電線１１の他端を、該二次側巻線２Ｂの他端（図では上端）に接続することによって、パイプ７にて発生するインダクタンスを逆巻きコイル１０にて発生するインダクタンスにて打ち消すことができ、二次側の閉回路（二次側巻線２Ｂ、電線８，９、コイル１０、延出部１０Ａ，１０Ｂ、パイプ７、電線１１で形成される）を抵抗分のみとすることができ、無効電流の発生を回避することができる利点がある。尚、前記逆巻きコイル１０に対して前記二次側巻線２Ｂが逆巻きとなる場合には、二次側巻線２Ｂとの距離によって前記のように二次側巻線２Ｂにて発生するインダクタンスを逆巻きコイル１０にて発生するインダクタンスにて打ち消すことができる。他の説明しなかった構成は、図２と同一であり、同一の符号を付している。
【００１８】
図５に示すように、前記パイプ２Ｂ又は７の内面に凸部Ｔと凹部Ｓとが周方向に交互に形成されるように該パイプ２Ｂ又は７を構成してもよい。図５で示した凸部Ｔと凹部Ｓの形状は、図に示される形状（円周方向に沿った偏平な形状）に限定されるものではなく、パイプの断面形状においてパイプの中心側に向かって突出する半円状（アール状）に突出したものなど、どのような形状であってもよい。
【００１９】
図６では、図４で示した逆巻きコイル１０を、二次側巻線２Ｂの一端（図では下端）に接続された電線９と同一極性側である水供給口７Ａとの間に延出部１０Ａ，１０Ｂを介して接続されたものを示している。
【００２０】
図７には、パイプ７に代えて体積固有抵抗値が１．６７３０μΩ・ｃｍ〜１８５μΩ・ｃｍの範囲の材料でなる導体からなる上方のみ開放された容器７を、複数本の電線１２，１３を介して前記二次側巻線２Ｂからの電線８，９に接続されている。そして、例えば容器７内に水を入れて容器７に電流を流して加熱することによって、蒸気を発生させることができる蒸気発生器を構成している。前記上端が開放された容器７に代えて、板状の導体、筒状の導体、棒状の導体、あるいは塊状の導体などであってもよい。又、形状は異形のものなど、どのような形状であってもよい。前記パイプ７又は容器７以外の導体、つまり板状の導体、筒状の導体、棒状の導体、あるいは塊状の導体を用いる場合には、水を加熱する熱交換器として利用する他、暖房機、乾燥機、調理器として利用することができる。前記導体の大きさ（体積）は、使用する用途により増減することになるが、接続する導線の接続方法、使用する電圧の大きさ、使用する電流の大きさにより、熱交換器としての使用用途を拡大させることができるだけでなく、熱交換器の大きさ（小型化と大型化）を自由に設計することができる利点がある。他の説明しなかった構成は、図２と同一であり、同一の符号を付している。
【００２１】
図１で示した熱交換器を用い、商用交流電源１を２００Ｖの単相とし、二次側のパイプ２Ｂを、外径が１２ｍｍ、内径が１０ｍｍ、長さがほぼ８ｍで、巻数を８ターンとしたステンレス製のものを使用し、水温２０℃の水をパイプ２Ｂの供給口に流し、パイプ２Ｂの排出口からの水温を測定すると、図５のようなグラフを得ることができた。
図６では、７種類の水量にてそれぞれ流したときの二次側の電流値と温度の関係を示すグラフになっている。例えば、電流値が１２０Ａ（アンペア）の場合に、水量を一分間に１リットル流す場合に、排出口での水温が７０℃になり、水量を一分間に２リットル流す場合に、水温が５０℃になっている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の熱交換器の概略構成を説明図である。
【図２】第２の熱交換器の概略構成を説明図である。
【図３】第３の熱交換器の概略構成を説明図である。
【図４】第４の熱交換器の概略構成を説明図である。
【図５】パイプの断面図である。
【図６】第５の熱交換器の概略構成を説明図である。
【図７】第６の熱交換器の概略構成を説明図である。
【図８】電流と湯温の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１  商用交流電源
２  トランス
２Ｂ  パイプ（二次側巻線）
２Ａ  一次側巻線
３，４  延出パイプ
３Ａ  水排出口
４Ａ  水供給口
５  接続部材
６  インバータ
７  パイプ（二次側巻線）
７Ａ  水供給口
７Ｂ  水排出口
８，９  電線
１０  コイル
１０Ａ，１０Ｂ  延出部
１１  電線
Ｓ  凹部
Ｔ  凸部
【図１】
2005302488.tif 000003
【図２】
2005302488.tif 000004
【図３】
2005302488.tif 000005
【図４】
2005302488.tif 000006
【図５】
2005302488.tif 000007
【図６】
2005302488.tif 000008
【図７】
2005302488.tif 000009
【図８】
2005302488.tif 000010