(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面及び外面が平滑な内筒と、両端部に筒状小径部を有するとともに中間部に膨出部を有する外筒を備え、前記内筒の外面と前記外筒の筒状小径部の内面にてろう付け固定された状態で前記内筒と前記外筒間に媒体流通路が形成されていて、前記媒体流通路の一端が前記外筒に設けた媒体入口に連通し他端が前記外筒に設けた媒体出口に連通する円筒型熱交換器であり、当該円筒型熱交換器においては、使用状態にて上方となる前記外筒の上端部が前記内筒に嵌合固定される環状フランジの内周部にて嵌合包囲された状態で、前記内筒の外面と前記環状フランジの内周部の内面とにろう付け固定されていて、前記内筒、前記外筒及び前記環状フランジがシール性を確保した状態で一体的に固定されているとともに、使用状態にて下方となる前記外筒の筒状小径部の下端部が下方に向けて拡開する拡開形状部に形成されていて、前記拡開形状部にて、前記内筒の外面と前記外筒の内面がろう付け固定されていて、前記内筒及び前記外筒がシール性を確保した状態で一体的に固定されていることを特徴とする円筒型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばオーガ式製氷機の冷凍系に使用し得る円筒型熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒型熱交換器は例えば特開昭５５−２５７３５号公報に示されていて、この公報に示されている円筒型熱交換器は、内面及び外面が平滑な内筒と、所定範囲の内面に螺旋状の溝を有し且つ該溝の一端部と他端部には媒体の入口と出口を形成した外筒とを備え、前記溝の開口を前記内筒の外面で塞ぎ、且つ該溝以外の前記外筒の平坦部と前記内筒の外面との間に間隙を存する様に内筒と外筒を配置して前記内筒の外面と前記外筒の平坦部とをブレージング加工（ろう付け加工の一つである）により結合し前記内筒の外面と前記溝によって媒体流通路を形成して成るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した公報の円筒型熱交換器においては、内筒の外面と外筒の平坦部とをブレージング加工により結合しただけのものであるため、特に内筒の外面と外筒の端部内面との結合部位にて十分な結合固定強度が得られない場合には、内筒の外面と外筒の内面との間に隙間が生じて、媒体流通路から媒体漏れが生じるおそれがある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円筒型熱交換器に関する。本発明が適用対象とする円筒型熱交換器は、内面及び外面が平滑な内筒と、両端部に筒状小径部を有するとともに中間部に膨出部を有する外筒を備え、前記内筒の外面と前記外筒の筒状小径部の内面にてろう付け固定された状態で前記内筒と前記外筒間に媒体流通路が形成されていて、前記媒体流通路の一端が前記外筒に設けた媒体入口に連通し他端が前記外筒に設けた媒体出口に連通する形式の円筒型熱交換器である。
【０００５】
しかして、本発明に係る円筒型熱交換器は上記した形式の円筒型熱交換器であって、当該円筒型熱交換器においては、使用状態にて上方となる前記外筒の上端部が前記内筒に嵌合固定される環状フランジの内周部にて嵌合包囲された状態で、前記内筒の外面と前記環状フランジの内周部の内面とにろう付け固定されていて、前記内筒、前記外筒及び前記環状フランジがシール性を確保した状態で一体的に固定されているとともに、使用状態にて下方となる前記外筒の筒状小径部の下端部が下方に向けて拡開する拡開形状部に形成されていて、前記拡開形状部にて、前記内筒の外面と前記外筒の内面がろう付け固定されていて、前記内筒及び前記外筒がシール性を確保した状態で一体的に固定されていることを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の作用・効果】
本発明に係る円筒型熱交換器においては、使用状態にて上方となる外筒の上端部が内筒に嵌合固定される環状フランジの内周部にて嵌合包囲された状態で、内筒の外面と環状フランジの内周部の内面とにろう付け固定されているため、外筒の内筒及び環状フランジに対するろう付け面積を増やすことができてシール性を向上させることができるとともに、外筒の端部が媒体流通路内の媒体圧によって径外方に膨出することを抑制することができて、当該部位の結合固定強度を長期間安定して得ることができ、当該部位での媒体漏れを長期間にわたって効果的に防止することができる。
【０００７】
また、本発明に係る円筒型熱交換器においては、使用状態にて下方となる外筒の下端部が下方に向けて拡開した形状とされ、この拡開形状部にて、内筒の外面と外筒の内面がろう付け固定されているため、当該部位の剛性アップを図ることができて、媒体流通路内の媒体圧によって径外方に膨出することを抑制することができ、当該部位の結合固定強度を長期間安定して得ることができて、当該部位での媒体漏れを長期間にわたって効果的に防止することができるとともに、使用状態とは逆の状態、すなわち拡開端を上方とした状態にて、拡開形状部にろう材を容易かつ十分に塗布・充填することができて、ろう材の必要十分な量の確保と作業性の改善を図ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は本発明による円筒型熱交換器をオーガ式製氷機の冷凍系に使用した例を示していて、この円筒型熱交換器１０は、内面１１ａ及び外面１１ｂが平滑な内筒１１と、上下両端部に筒状小径部１２ａ，１２ｂを有するとともに中間部に一部分を欠いた（一部分を大径部とした）リング状小径部１２ｃを複数個（９個）有する外筒１２を備えている。なお、図１に示したオーガ式製氷機は円筒型熱交換器１０以外の構成（例えば、オーガ２１、上部ハウジング２２、軸受２３、下部ハウジング２４、メカニカルシール２５、連結スリーブ２６、ギヤドモータ２７等）が周知のものである。
【０００９】
内筒１１は、熱伝達が良好で耐水性の素材、例えばステンレス鋼管にて円筒形状に形成されていて、上下両端段部１１ｃ，１１ｄには環状フランジ１３，１４がそれぞれ嵌合固定された状態で真空炉中ろう付けされる（各環状フランジ１３，１４の嵌合両端部（図２のＡ部，Ｂ部参照）には真空炉中ろう付けされる前にろう材が予め塗布・充填されている）ことによりシール性を確保した状態にて一体的に組付けられている。また、内筒１１の下部所定位置に設けたパイプ取付孔１１ｅには、内筒１１内に製氷水を給排するための給排水パイプ１５が嵌合固定された状態で真空炉中ろう付けされる（給排水パイプ１５の嵌合固定部外周には真空炉中ろう付けされる前にろう材が予め塗布・充填されている）ことによりシール性を確保した状態にて一体的に組付けられている。なお、給排水パイプ１５には、製氷水タンク（図示省略）内の製氷水を内筒１１内に導くための給水パイプ（図示省略）と、内筒１１内の水を排水路（図示省略）に導くための排水パイプ（図示省略）が接続されるようになっている。
【００１０】
外筒１２は、上述した筒状小径部１２ａ，１２ｂとリング状小径部１２ｃを有して薄肉金属管にて円筒蛇腹形状に形成されていて、筒状小径部１２ａ，１２ｂとリング状小径部１２ｃが内筒１１の外面１１ｂにそれぞれ嵌合固定された状態で真空炉中ろう付けされる（真空炉中ろう付けされる部位の外筒１２内面（図２のＣ部参照）には内筒１１に嵌合される前にろう材が予め塗布・充填されている）ことによりシール性を確保した状態にて一体的に組付けられており、上端部一側には媒体入口１２ｄが形成され、下端部一側には媒体出口１２ｅが形成されている。媒体入口１２ｄは、これにハンダ付けまたはガス溶接あるいは真空炉中ろう付けされてシール性を確保した状態の入口パイプ１６と冷凍配管（図示省略）を介して、冷凍系の膨張弁（図示省略）に接続され、また媒体出口１２ｅは、これにハンダ付けまたはガス溶接あるいは真空炉中ろう付けされてシール性を確保した状態の出口パイプ１７と冷凍配管（図示省略）を介して、冷凍系の圧縮機（図示省略）に接続されるようになっている。なお、入口パイプ１６と出口パイプ１７の内端部１６ａ，１７ａは共に拡径形状とされていて、媒体入口１２ｄと媒体出口１２ｅにテーパ面と円筒面にて係合するようになっている。
【００１１】
また、使用状態にて下方となる外筒１２の下端には、下方に向けて拡開した形状の折り曲げ加工部（拡開形状部）１２ｆが形成されていて、この折り曲げ加工部（拡開形状部）１２ｆの小径部が内筒１１に嵌合固定されて真空炉中ろう付けされる（この部位には、真空炉中ろう付けされる前に、使用状態とは逆の状態、すなわち拡開端を上方とした状態にて拡開部にろう材が予め塗布・充填されている）ことによりシール性を確保した状態にて一体的に組付けられている。
【００１２】
また、外筒１２においては、図２にて詳細に示したように、上方の筒状小径部１２ａの上端部が上方の環状フランジ１３の下方段付内周部１３ａにて嵌合包囲されていて、この嵌合包囲部が真空炉中ろう付けされる（図２のＡ部，Ｂ部と上方のＣ部に予め塗布・充填されているろう材により真空炉中ろう付けされる）ことにより、内筒１１と外筒１２と上方の環状フランジ１３がシール性を確保した状態にて一体的に固定されている。
【００１３】
この円筒型熱交換器１０においては、内筒１１の外面１１ｂに外筒１２の筒状小径部１２ａ，１２ｂ及び多数のリング状小径部１２ｃが嵌合固定され、また内筒１１のパイプ取付孔１１ｅに給排水パイプ１５が嵌合固定され、また内筒１１の各段部１１ｃ，１１ｄに各環状フランジ１３，１４がそれぞれ嵌合固定されて、外筒１２における上方の筒状小径部１２ａの上端部が上方の環状フランジ１３の下方段付内周部１３ａにて嵌合包囲された状態で、真空炉中ろう付けされる（真空炉中ろう付けは、嵌合固定された内筒１１，外筒１２等の上下を逆にした状態にて行われる）ことにより、内筒１１に外筒１２、環状フランジ１３，１４及び給排水パイプ１５がシール性を確保した状態にて密着結合されて一体化されていて、内筒１１と外筒１２間に媒体流通路Ｐが形成されている。なお、入口パイプ１６と出口パイプ１７が外筒１２に真空炉中ろう付けされる場合には、同時に真空炉中ろう付けされる。
【００１４】
媒体流通路Ｐは、多段の環状通路Ｐ１と、これら環状通路Ｐ１で隣接する各環状通路Ｐ１を周方向に変位した部位にて連通させる連通路Ｐ２（リング状小径部１２ｃの欠いた部分、すなわち小径としない部分によって形成されている）からなるもので、一端は外筒１２に設けた媒体入口１２ｄに連通し、また他端は外筒１２に設けた媒体出口１２ｅに連通している。また、媒体流通路Ｐを構成する各連通路Ｐ２が各段毎で対向位置（図示左端位置と図示右端位置）に交互に設けられていて、媒体流通路Ｐがジクザク形状とされている。
【００１５】
上記のように構成した本実施形態の円筒型熱交換器１０においては、外筒１２の上方の筒状小径部１２ａが内筒１１に嵌合固定される環状フランジ１３の内周部１３ａにて嵌合包囲され、この嵌合包囲部がろう付け固定されるようにしたものであるため、外筒１２の上端部におけるろう付け面積を増やすことができてシール性を向上させることができるとともに、外筒１２の上端部（入口側端部）が媒体流通路Ｐ内の媒体圧によって径外方に膨出することを抑制することができて、同部位の結合固定強度を長期間安定して得ることができ、同部位での媒体漏れを長期間にわたって効果的に防止することができる。
【００１６】
また、本実施形態の円筒型熱交換器１０においては、使用状態にて下方となる外筒の下端部が下方に向けて拡開した形状とされ、この拡開形状部（折り曲げ加工部）１２ｆの小径部位がろう付け固定されるようにしたものであるため、同部位の剛性アップを図ることができて、媒体流通路Ｐ内の媒体圧によって径外方に膨出することを抑制することができ、同部位の結合固定強度を長期間安定して得ることができて、同部位での媒体漏れを長期間にわたって効果的に防止することができるとともに、使用状態とは逆の状態、すなわち拡開端を上方とした状態にて拡開部（折り曲げ加工部）１２ｆにろう材を容易かつ十分に塗布・充填することができて、ろう材の必要十分な量（確実な密着結合を得るに必要な量）の確保と作業性の改善を図ることができる。
【００１７】
また、本実施形態の円筒型熱交換器１０においては、内筒１１と外筒１２が内筒１１の外面１１ｂと外筒１２の筒状小径部１２ａ，１２ｂ及び多数のリング状小径部１２ｃにてシール性を確保した状態にて密着結合されることにより、内筒１１と外筒１２間に多段の環状通路Ｐ１とこれら環状通路Ｐ１で隣接する各環状通路Ｐ１を周方向に変位した部位にて連通させる連通路Ｐ２からなる媒体流通路Ｐが形成される。このため、媒体入口１２ｄから媒体流通路Ｐに入った媒体（冷媒）は環状通路Ｐ１と連通路Ｐ２を順次通って媒体出口１２ｅに至り、その間に或る段の環状通路Ｐ１を一方に流れた媒体が次段の環状通路Ｐ１を他方に流れて、媒体流通路Ｐを媒体がジクザクに流れる。
【００１８】
したがって、媒体流通路Ｐ内の媒体は、各環状通路Ｐ１内を螺旋状通路に比して通路の外周に偏りが少ない状態、すなわち媒体の多くが自重で各段の底面に沿って流れ、一部が内筒１１の外面１１ｂに沿って流れ、外筒１２の内面に沿って殆ど流れない状態（実験により確認されている）にて流れ、内筒１１の外面１１ｂに沿っても十分に流れる。このため、媒体流通路Ｐ内の媒体と内筒１１間での熱交換が十分に得られて、媒体流通路Ｐ内の媒体と内筒１１の内部に存在する製氷水間での熱交換を効率よく行うことができる。
【００１９】
また、本実施形態の円筒型熱交換器１０においては、媒体流通路Ｐを構成する各連通路Ｐ２が各段毎で対向位置に交互に設けられているため、媒体入口１２ｄから媒体出口１２ｅに至る媒体流通路Ｐの実質的な全長を長くすることができて、媒体の媒体流通路Ｐ内での滞留時間を十分に確保でき、これによっても熱交換効率を高めることができる。また、内筒１１と外筒１２の密着結合手段として嵌合固定手段及び真空炉中ろう付け固定手段を採用しているため、作業者によるハンダ付けやガス溶接に比して、製品の品質を安定させることができるとともに、作業環境を改善することができる。
【００２０】
また、本実施形態の円筒型熱交換器１０においては、内筒１１と外筒１２が真空炉中ろう付けされるときに内筒１１に嵌合固定されている両環状フランジ１３，１４及び給排水パイプ１５も同時に内筒１１に真空炉中ろう付けされるようにしたため、両環状フランジ１３，１４及び給排水パイプ１５を内筒１１にハンダ付けやガス溶接によって固着する場合のような内筒１１の局部加熱による歪みの発生を無くすことができて、最終工程での内筒１１の内面１１ａの寸法出し加工を不要とすることができる。
【００２１】
上記実施形態においては、外筒１２における上方の筒状小径部１２ａの上端部が内筒１１に嵌合固定される環状フランジ１３の内周部１３ａにて嵌合包囲され、この嵌合包囲部がろう付け固定されるようにして実施したが、外筒１２における下方の筒状小径部１２ｂの下端部が内筒１１に嵌合固定される下方の環状フランジ１４の内周部にて嵌合包囲され、この嵌合包囲部がろう付け固定されるようにして実施することも可能である。
【００２２】
また、上記実施形態においては、外筒１２の上下に単一の媒体入口１２ｄ及び媒体出口１２ｅを設けるとともに、中間部に一部分を欠いたリング状小径部１２ｃを複数個（９個）設けて、内筒１１と外筒１２間に多段の環状通路Ｐ１とこれら環状通路Ｐ１で隣接する各環状通路Ｐ１を周方向に変位した部位にて連通させる連通路Ｐ２からなる媒体流通路Ｐ（隣接する環状通路Ｐ１を単一の連通路Ｐ２によって連通させた通路）が形成されるようにしたが、外筒１２の中間部に螺旋状の膨出部を設けて内筒１１と外筒１２間に螺旋状の媒体流通路が形成されるようにして実施することも可能である。
【００２３】
また、上記実施形態においては、外筒１２の上方に媒体入口１２ｄを設けるとともに外筒１２の下方に媒体出口１２ｅを設けて実施したが、外筒の上方に媒体出口を設けるとともに外筒の下方に媒体入口を設けて実施することも可能である。
【００２４】
また、上記実施形態においては、外筒１２のリング状小径部１２ｃでは外筒１２の筒状小径部１２ａ，１２ｂほどに内筒１１と外筒１２の密着結合（シール性）が要求されないため、外筒１２のリング状小径部１２ｃでは嵌合固定のみによる密着結合でも実施可能である。この場合には、内筒１１の外面１１ｂや外筒１２の内面に予めろう材を塗布・充填しないで、外筒１２の下端に設けた折り曲げ加工部（拡開形状部）１２ｆと上方の環状フランジ１３の下端内周に設けた面取り部１３ｂ（図２のＢ部）と上方の環状フランジ１３の上端内周部（図２のＡ部）にろう材を置いて真空炉中ろう付けを行うのが望ましい。
【００２５】
また、上記実施形態においては、本発明による円筒型熱交換器をオーガ式製氷機の冷凍系に実施した例について説明したが、本発明による円筒型熱交換器はソフトクリーム製造機、冷凍炭酸飲料製造機等他の機械にも同様に実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による円筒型熱交換器をオーガ式製氷機の冷凍系に使用した例を示す一部破断側面図である。
【図２】  図１に示した円筒型熱交換器の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０…円筒型熱交換器、１１…内筒、１１ａ…内面、１１ｂ…外面、１２…外筒、１２ａ，１２ｂ…筒状小径部、１２ｃ…リング状小径部、１２ｄ…媒体入口、１２ｅ…媒体出口、１２ｆ…折り曲げ部（拡開形状部）、１３，１４…環状フランジ、１３ａ…下方段付内周部、１５…給排水パイプ、Ｐ…媒体流通路、Ｐ１…環状通路、Ｐ２…連通路。
【図１】
0004267724.tif 000002
【図２】
0004267724.tif 000003