(57)【要約】【課題】  流体、特に空気を良好な熱交換効率で一定温度に加温して供給するのに適した熱交換器を提供する。【解決手段】  円筒状のベース１３の内壁に断面略円弧状のフィン１４が周方向に間隔をおいてしかも中心軸方向に沿って延在するように複数形成され、外壁には電熱ヒーター１２が配設されている熱交換器であって、円筒状のベース１３の一端側から他端側に向けて空気を流通させることにより、隣り合うフィン１４の間を通る空気を加温して出力する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のベースの内壁に断面略円弧状のフィンが周方向に間隔をおいてしかも中心軸方向に沿って延在するように複数形成され、外壁にはヒーターが配設されている熱交換器であって、該筒状のベースの一端側から他端側に向けて流体を流通させることにより、隣り合うフィンの間を通る流体を加温するようにしたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、前記筒状のベースは円筒状であり、前記複数のフィンはそれらの先端が該円筒状のベースの中心軸から所定の距離まで延びていることにより中心軸に沿ってフィンの無い断面略円形の空間が形成され、しかも前記複数のフィンは先端に近づくにつれて隣り合うフィンとの間隔が小さくなるようにされ、前記断面略円形の空間は栓部材で塞がれていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項２に記載の熱交換器において、前記ヒーターはシート状であり、前記栓部材はその両端に先端を外側に向けた略円錐形状部を有し、前記円筒状のベースとその内壁側に形成された複数のフィン及び外壁側に設けられたシート状のヒーターは、断熱シートを介して円筒状の本体ケースに収容され、該本体ケースの両端は中心に流体の出入り口を持つサイドキャップで塞がれ、該サイドキャップには前記出入り口から前記ベースの端部に向けて広がる漏斗状の凹部が形成されていることにより、前記サイドキャップ内には前記漏斗状の凹部と前記栓部材の前記略円錐形状部とによって前記出入り口から前記複数のフィンが収容されている環状の空間に至る断面略Ｖ形状の環状流体通路が形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器であって前記流体として空気を用いる熱交換器を温風発生源として備えたことを特徴とする温風発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器に関し、特に温風を発生するのに適した熱交換器及びこれを用いた温風発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、病院内での点滴等の薬液を加温するのに適した加温装置を提案した。この加温装置は、簡単に言えば、薬液を通すチューブに保温カバーを被せ、この保温カバー内に温風を通すことでチューブ内の薬液を加温するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、薬液は注射針を通して人体に注入されるものであるため、薬液の加温温度は一定に維持されることが望ましい。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、流体、特に空気を良好な熱交換効率で一定温度に加温して供給するのに適した熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、筒状のベースの内壁に断面略円弧状のフィンが周方向に間隔をおいてしかも中心軸方向に沿って延在するように複数形成され、外壁にはヒーターが配設されている熱交換器であって、該筒状のベースの一端側から他端側に向けて流体を流通させることにより、隣り合うフィンの間を通る流体を加温するようにしたことを特徴とする熱交換器が提供される。
【０００６】
本熱交換器は、前記筒状のベースを円筒状とすることが好ましい。この場合、前記複数のフィンをそれらの先端が該円筒状のベースの中心軸から所定の距離まで延ばすことにより中心軸に沿ってフィンの無い断面略円形の空間を形成し、しかも前記複数のフィンを先端に近づくにつれて隣り合うフィンとの間隔が小さくなるようにし、前記断面略円形の空間を栓部材で塞ぐことが好ましい。
【０００７】
また、前記ヒーターをシート状とし、前記栓部材はその両端に先端を外側に向けた略円錐形状部を有するようにし、前記円筒状のベースとその内壁側に形成された複数のフィン及び外壁側に設けられたシート状のヒーターを、断熱シートを介して円筒状の本体ケースに収容し、該本体ケースの両端は中心に流体の出入り口を持つサイドキャップで塞ぎ、該サイドキャップには前記出入り口から前記ベースの端部に向けて広がる漏斗状の凹部を形成することにより、前記サイドキャップ内に、前記漏斗状の凹部と前記栓部材の前記略円錐形状部とによって前記出入り口から前記複数のフィンが収容されている環状の空間に至る断面略Ｖ形状の環状流体通路を形成することが望ましい。
【０００８】
本発明によればまた、上記のいずれかの熱交換器であって前記流体として空気を用いる熱交換器を温風発生源として備えたことを特徴とする温風発生装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による熱交換器は、高い熱交換効率が得られ、これにより電力エネルギーのロスが少なく、安定した温度管理を実現できる。また、本発明による温風発生装置は、交流障害を発生することが無く、特に病院での利用に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１〜図４を参照して、本発明による熱交換器の好ましい実施形態について説明する。
【００１１】
図１は本実施形態による熱交換器の外観を示している。図２は図１のＡ−Ａ線による断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂ線による断面図である。
【００１２】
熱交換器１の外観は円柱形状であり、本体ケース１０と、その両端にそれぞれ設けられたサイドキャップ２０と、サイドキャップ２０に設けられたチューブ接続口３０とを有する。
【００１３】
図２、図３を参照して、熱交換器１の内部構造について説明する。円筒状の本体ケース１０の内壁には、断熱シート１１を介してシート状の電熱ヒーター１２が設けられている。ヒーター１２の内側には、円筒状のベース１３とその内壁に形成された複数のフィン１４とから成る部材が熱交換部材として設けられている。複数のフィン１４は断面略円弧状を有し、ベース１３の周方向に間隔をおいてしかもベース１３の中心軸方向に沿って延在するようにベース１３に形成されている。複数のフィン１４はまた、それらの先端がベース１３の中心軸から所定の距離まで延びていることにより、中心軸に沿ってフィン１４の存在しない断面略円形の空間が形成されている。複数のフィン１４は更に、それらの先端に近づくにつれて隣り合うフィンとの間隔が徐々に小さくなるようにされている。
【００１４】
ベース１３の中心軸に沿って形成された断面略円形の空間は風止栓１５で塞がれる。風止栓１５はその両端にそれぞれ略円錐形状部を有し、この略円錐形状部はその先端側を外側に向けて断面略円形の空間から突き出している。
【００１５】
本体ケース１０の両端にはそれぞれサイドキャップ２０が取り付けられる。サイドキャップ２０は、その中心に流体、ここでは空気を出し入れするための出入り口２０−１を有すると共に、この出入り口２０−１からベース１３の端部に向けて広がる漏斗状の凹部２０−２を有する。これにより、サイドキャップ２０内には、漏斗状の凹部２０−２と風止栓１５の略円錐形状部とによって、出入り口２０−１から複数のフィン１４が収容されている環状の空間に至る断面略Ｖ形状の環状流体通路２０−３が形成されている。出入り口２０−１には外側に向けて突出するチューブ接続口３０が取り付けられている。
【００１６】
本体ケース１０とサイドキャップ２０の接合面には、環状流体通路２０−３からの空気の漏洩を防ぐためのＯ−リング２１が装着されている。
【００１７】
図４は、熱交換器１に設けられる電熱ヒーター１２及び温度センサー４０のリード線の引出し構造を示す断面図である。本体ケース１０及び断熱シート１１には、ヒーター１２の一部を露出させるためのリード線引出開口部１０−１が設けられるほか、別の場所の本体ケース１０、断熱シート１１及びベース１３にはフィン１４の根元側の一部を露出させるためのセンサー取付開口部１０−２が設けられている。
【００１８】
熱交換器１の組立終了後、リード線引出開口部１０−１においてヒーター１２に接続したヒーターリード線１７を断熱接着剤で固定すると共に、リード線引出開口部１０−１全体をシールする。一方、温度センサー４０にはサーミスタ、熱電対等を使用し、フィン１４の外周部に熱伝導接着剤でセンサーリード線４１と共に固定した後、センサー取付開口部１０−２全体を断熱接着剤でシールする。
【００１９】
ところで、ベース１３とフィン１４とによる熱交換部材は一体的に作られたものを使用することができる。このような熱交換部材は、例えば中村製作所（株）よりマイクロソリッド工法と呼ばれる製造方法により板部材に一体的にフィンが形成された部材を利用することができる。
【００２０】
図５を参照して、この熱交換部材は一枚の金属板をベース（底基）５０としてマイクロソリッド工法により連続的に複数のフィン５１を円弧状に形成したもので、ベース５０とフィン５１とが一体成形で熱交換表面積が飛躍的に拡大されている。
【００２１】
この熱交換部材を例えば放熱器として使用する場合、従来の各種放熱器に比べ、機械的強度、放熱性、熱伝導性に優れ、フィン−フィン間のピッチが０.１ｍｍから製造することができ、フィン５１の高さとベース５０の厚さも指定して製造することができる。
【００２２】
この熱交換部材は、半導体装置や電子機器の発生する熱を放出するための放熱部材として用いられているが、本発明ではこの熱交換部材の優れた熱交換特性に着目して熱を利用する熱交換器として使用するようにしている。
【００２３】
図６（ａ）は図５のフィン５１を正面から見た拡大図、図６（ｂ）はその斜視図であり、ベース５０とフィン５１が一体形成されていて放熱表面積が飛躍的に大きく、機械的強度、放熱性、熱伝導性に優れている。
【００２４】
図７（ａ）は図５の熱交換部材を本発明の熱交換器に利用するためにベース５０を外周とした円筒状に成型した図である。このような成型によれば、複数のフィン５１が渦巻状になり、しかもそれらの先端側（内周側）の間隔が密となり、根元側（外周側）の間隔が粗となる。図７（ｂ）は側面図であり、円筒状にした際の端部は固着せずに開放とし、熱交換部材全体に広がろうとするバネ作用を発揮させることでベース５０がその外周に設けられるヒーターに密着するようにしている。
【００２５】
上記のように、マイクロソリッド工法による微細フィンのフィン先端部を内側にして円筒状に丸めることにより、一端側から他端側に向けて空気を流通させた時には、フィンの高温部（根元側）はフィン間隔が広くて空気の流入量が多く、フィン先端の低温部はフィン間隔が狭くなり空気の流入量が少なくなって安定した温度の温風が得られる。その結果、このような熱交換部材を使用することにより、電気エネルギーのロスが少なく、温風の安定した温度管理ができる。
【００２６】
勿論、図５で説明したようなマイクロソリッド工法による熱交換部材に限らず、金属製のベースに円弧状の金属製フィンを固着して一体化したようなものであっても良い。
【００２７】
以下に、図１〜図４に示された各部材の特徴について説明する。
【００２８】
図１に示す本体ケース１０、チューブ接続口３０（空気取入口及び温風出口）はテフロン（登録商標）あるいはデルリン（登録商標）でできており、熱を逃がさず周辺温度に影響されにくいが、これらの材料に限定されるものではない。
【００２９】
図２において、本体ケース１０をその両端側からチューブ接続口３０及びＯ−リング２１の付いたサイドキャップ２０で塞ぐことで、熱交換部材が本体ケース１０内で図面の左右方向に移動しないようストッパーの役目も持たせている。
【００３０】
本体ケース１０内には、熱が逃げないよう断熱シート１１に包まれたシリコーンラバーによるシート状のヒーター（フィルムヒーターでも良い）１２と、ベース１３とフィン１４とによる熱交換部材とが収容されている。
【００３１】
本体ケース１０の中心部にはフィン１４を通らない空気を阻止するために、先端が円錐形状に尖った棒状の風止栓１５があり、この風止栓１５はチューブ接続口３０から入った空気の流れを整流し、環状空間に収容された状態にある複数のフィン１４に均等に空気を導く整流機能を有している。
【００３２】
図３において、本体ケース１０の材質は、前述したようにテフロン（登録商標）あるいはデルリン（登録商標）で断熱性、電気絶縁性、耐熱性に優れた物質でできており、内側には熱を逃がさないための断熱シート１１が張られその内側にシリコーンラバーによるヒーター１２が取付けられている。
【００３３】
ヒーター１２の熱はベース１３を加熱しフィン１４に伝えられる。
【００３４】
ヒーター１２とベース１３間には熱導伝シリコーングリース（熱伝導接着剤でも良い）が塗られ、熱交換部材のバネ力でヒーター１２とベース１３間の密着性を高めている。
【００３５】
ベース１３に近いフィン１４の間隔は広く、フィン先端部の間隔は狭くなっている形状が、本発明による熱交換器の特徴となっている。つまり、ヒーター１２に近い部位のフィン１４は温度が高く、ヒーター１２から遠いフィン先端部温度は低くなる。一方、フィン間隔の広いフィン根元側（高温部）は空気の流入が多く、フィン間隔の狭い先端（低温部）は空気抵抗の増大で流入が抑えられることで熱交換効率が高くエネルギーロスの少ない均一な熱交換が行われる。
【００３６】
本体ケース１０中心部の空洞域は熱交換には不必要な空間で、空気の流入を防ぐため棒状の風止栓１５を圧入して塞ぎ、入力された全ての空気がフィン１４間を通過するようにしている。また、この風止栓１５を圧入することにより熱交換部材がバネ性を呈し、ヒーター１２とベース１３との密着性はより強固なものとなる。
【００３７】
次に、本実施形態による熱交換器を、温風発生装置用の熱交換器、つまり前に述べた薬液を加温するための加温装置に適用する場合の動作について説明する。
【００３８】
図８は、加温装置の概略構成を示す。本加温装置は、上記の実施形態による熱交換器１を含む温風発生装置１００と、この温風発生装置１００からの温風で薬液を加温する加温部２００とを温風導入チューブ３００で接続して成る。
【００３９】
電源はアイソレーショントランス１０１を介して供給され、商用電源とは分離されている。アイソレーショントランス１０１の前段にはノイズフィルター１０２が装着されておりノイズを入れない、出さない構造となっている。電源スイッチはブレーカー兼用で異常発生時即断される。アイソレートされた電源は電動式空気ポンプ１０３と制御用電源部１０４に供給される。
【００４０】
電動式空気ポンプ１０３はモーターの回転運動を直線運動に変換しテフロン（登録商標）製蛇腹ポンプを駆動して、圧縮空気を得ている。蛇腹ポンプは低速運動で適度な流量と圧力、低騒音が得られ空気取入口にはエアーフィルター１０５が設けられて取り入れた空気を簡易ろ過するようにしている。
【００４１】
電動式空気ポンプ１０３からの圧縮空気は熱交換器１に導入される。
【００４２】
熱交換器１は電熱ヒーター１２からの発生熱をフィン１４で放熱して導入された圧縮空気を温め温風に変換する。温風温度はサーミスタ４０で検出され温度制御ユニット１０７に送られる。温度制御ユニット１０７は、検出された温風温度と設定温度とを比較し、比較結果に応じて電熱ヒーター１２をオン、オフ制御することで温風温度を設定温度に維持する制御動作を実行する。何らかの異常が発生して温風温度が設定温度以上に上昇した時は、これを過熱防止素子１０６で検知する。過熱防止素子１０６は温度上昇を検知すると、電熱ヒーター１２を即オフとする。
【００４３】
このようにして温度制御された温風は、温風チューブ３００、コネクタ２３０を経て加温部２００の保温カバー２１０内に供給される。保温カバー２１０は両端を開放した筒状体であり、保温カバー２１０内に導入された温風は両端から排出される。保温カバー２１０内には薬液チューブ２２０が挿通されている。薬液チューブ２２０の一端側にはコネクタ２２０−１を介して薬袋が接続され、他端側にはコネクタ２２０−２を介して注射針が接続される。薬液チューブ２２０を通る薬液は保温カバー２１０内に導入された温風で一定温度に加温される。
【００４４】
温度制御ユニット１０７は温風温度を任意に設定でき（例えば、体温に近い３５〜３７度）、サーミスタ４０で検出された温度検出信号で電熱ヒーター１２をオン、オフさせ最適な温度を維持するようになっている。過熱防止素子１０６が作動すると電熱ヒーター１２はオフにロックされる。また、何らかの異常が発生してコントロール不能状態に陥ったときは、ヒーター電源が自動的に遮断されるように設計されている。このような温風発生装置１００は、交流障害を発生することが無いので、特に病院での使用に適している。
【００４５】
図２をも参照して、左側のチューブ接続口３０には空気ポンプ１０３からの送風チューブ（図示省略）が接続される。一方、右側のチューブ接続口３０には温風導入チューブ３００が接続され、この温風導入チューブ３００は保温カバー２１０に接続される。
【００４６】
左側のチューブ接続口３０から入った低圧空気は、風止栓１５先端の略円錐形状部で複数のフィン１４に均等に整流配分され、全ての空気（点線矢印で示す）はフィン１４（斜線部）を通って右側のチューブ接続口３０から出力される。
【００４７】
図３のヒーター１２に接しているベース１３が加熱されてフィン１４へと熱伝達される。ベース１３に近い部位のフィン１４は高温となり、フィン１４先端部では低温となるが、高温部のフィン間隔が広くて空気の流通が多く熱交換量も多くなり、フィン１４先端部ではフィン間隔が狭く空気抵抗が増大して空気流量は少なくなる。つまり、高温部には空気流量を多くし、低温部には空気流量が少なくなるこの熱交換器は空気温度を一定に保つ機能が備わっていることになる。
【００４８】
温度制御のための温度センサー４０にはサーミスタ又は熱電対が使用され、ベース１３に熱伝導接着剤で固定後、外部から影響を受けないようシリコーン断熱シール材で覆われる。熱電対はシリコーンラバーヒーターの内部にモールドすることもできる。
【００４９】
以上のような構成により、薬液チューブ２２０を通る薬液を保温カバー２１０内に導入した温風で一定温度に加温することができる。特に、この温風発生装置は、熱交換器１における熱交換効率が高く、言い換えればヒーター１２における電力ロスが小さく、交流障害を発生することが無い。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明による熱交換器は、特に、点滴、輸血、診断等に際して点滴液、血液、造影剤等を供給するための注入チューブを温風で加温する加温装置のほか、基礎医学研究における細胞等の環境温度設定を温風で行う加温装置の温風供給源として適しているが、これらに限らず、流体全般の熱交換器として適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は本発明の実施形態による熱交換器の外観を示す。
【図２】図２は図１のＡ−Ａ線による断面図である。
【図３】図３は図１のＢ−Ｂ線による断面図である。
【図４】図４は、本発明の熱交換器に設けられる電熱ヒーター及び温度センサーのリード線の引出し構造を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明による熱交換器に使用されるマイクロソリッド工法によるフィンについて説明するための図である。
【図６】図６は、図５に示されたフィンの一部を拡大して示した断面図（図ａ）及び斜視図（図ｂ）である。
【図７】図７は、図５に示されたフィンを円筒状に成型して本発明による熱交換器に使用する形態を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態による熱交換器を、温風発生装置用の熱交換器、特に薬液を加温するための加温装置に適用した場合の概略構成を示す。
【符号の説明】
【００５２】
１    熱交換器
１０    本体ケース
１１    断熱シート
１２    電熱ヒーター
１３    ベース
１４    フィン
１５    風止栓
２０    サイドキャップ
３０    チューブ接続口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007192467.tif 000008
【図７】
2007192467.tif 000009
【図８】
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