(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆円錐殻状又は逆角錐殻状である金属製の熱交換器本体を備え、
前記熱交換器本体を介して内部の内部媒体と外部の外部媒体との間で熱交換させる熱交換器であって、
前記熱交換器本体は、径方向外向きに突出すると共に軸方向に延び周方向に複数形成された突部と、周方向において隣り合う前記突部の間に形成され軸方向に延びる溝部と、を有し、
前記熱交換器本体の周壁部は、薄板材が径方向に折り返しつつ周方向に延びる波状であり、
前記内部媒体は冷却源であり、前記外部媒体は空気であり、前記冷却源は空気中の水分を冷却し凝縮させて凝縮水を生成する
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記熱交換器本体の外周面に形成された撥水層を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記熱交換器本体に着脱自在に取り付けられ、当該熱交換器本体の開口を開閉する金属製の蓋部材を備え、
前記蓋部材は、中心が上方に隆起し縦断面視における頂角が鈍角である蓋部材本体と、前記蓋部材本体の外周縁部から下方に延び前記熱交換器本体の上端部に外嵌する外嵌部と、を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記熱交換器本体の上部は、鉛直方向に延びる筒状であり、
前記熱交換器本体の下部は、鉛直下方に向かうにつれて縮径している
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱交換器と、
前記熱交換器を支持するスタンドと、
捕集器と、
を備え、
前記捕集器は、前記熱交換器の下方に配置され、前記凝縮水を捕集し、
前記スタンドは、径方向内向きに突出する複数の支持部を備え、
前記各支持部は、前記溝部に下方から差し込まれ、前記熱交換器を支持する
ことを特徴とする凝縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及び凝縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載の凝縮器は、冷水の通流する螺旋状の螺旋管と、螺旋管を収容する円筒状の胴部と、を備えている。そして、螺旋管内を通流する冷水が、螺旋管外であって胴部内を通流する水蒸気を冷却し凝縮させ、凝縮水を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−６８３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような凝縮器（熱交換器）については、更なる熱交換の向上が望まれている。
【０００５】
そこで、本発明は、良好に熱交換する熱交換器及び凝縮装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、逆円錐殻状又は逆角錐殻状である金属製の熱交換器本体を備え、前記熱交換器本体を介して内部の内部媒体と外部の外部媒体との間で熱交換させる熱交換器であって、前記熱交換器本体は、径方向外向きに突出すると共に軸方向に延び周方向に複数形成された突部と、周方向において隣り合う前記突部の間に形成され軸方向に延びる溝部と、を有し、前記熱交換器本体の周壁部は、薄板材が径方向に折り返しつつ周方向に延びる波状であり、前記内部媒体は冷却源であり、前記外部媒体は空気であり、前記冷却源は空気中の水分を冷却し凝縮させて凝縮水を生成することを特徴とする熱交換器である。
【０００７】
このような構成によれば、熱交換器本体は、金属製であるので、熱伝導率は高い。また、熱交換器本体は、逆円錐殻状又は逆角錐殻状であるので、その内部に内部媒体を貯溜できる。
【０００８】
さらに、熱交換器は、径方向外向きに突出すると共に軸方向に延び周方向に複数形成された突部と、周方向において隣り合う突部の間に形成され軸方向に延びる溝部と、を有しているので、外部媒体と熱交換器本体との接触面積が大きくなり、外部媒体と熱交換器本体との間において熱交換し易くなる。これにより、内部媒体は熱交換器本体を介して外部媒体と熱交換し易くなり、内部媒体と外部媒体との間において熱交換し易くなる。
【０００９】
このような構成によれば、熱交換器本体の周壁部は、薄板材が径方向に折り返しつつ周方向に延びる波状であるから、内部媒体と熱交換器本体との接触面積が大きくなり、内部媒体と熱交換器本体との間における熱交換し易くなる。また、熱交換器本体は、例えば、金属製の薄板材をプレス加工することで、容易に製造できる。
【００１０】
また、前記熱交換器本体の外周面に形成された撥水層を備える構成としてもよい。
また、前記熱交換器本体に着脱自在に取り付けられ、当該熱交換器本体の開口を開閉する金属製の蓋部材を備え、前記蓋部材は、中心が上方に隆起し縦断面視における頂角が鈍角である蓋部材本体と、前記蓋部材本体の外周縁部から下方に延び前記熱交換器本体の上端部に外嵌する外嵌部と、を備える構成としてもよい。
【００１１】
また、前記熱交換器本体の上部は、鉛直方向に延びる筒状であり、前記熱交換器本体の下部は、鉛直下方に向かうにつれて縮径している構成としてもよい。
【００１２】
このような構成によれば、熱交換器本体の上部は、鉛直方向に延びる筒状であるので、上部の外周面（突部の外面、溝部の外面）も鉛直方向に延びることになる。これにより、例えば、熱交換器が外部媒体である空気中の水蒸気を凝縮させる凝縮器である場合、水蒸気が凝縮することで生成した凝縮水は、上部の鉛直方向に延びる外周面に沿って速やかに流下し易くなる。
【００１３】
また、熱交換器本体の下部は、鉛直下方に向かうにつれて縮径しているので、下部の外周面（突部の外面、溝部の外面）も最下部に向かって斜めに延びることになる。これにより、例えば、熱交換器が外部媒体である空気中の水蒸気を凝縮させる凝縮器である場合、水蒸気が凝縮することで生成した凝縮水は、下部の斜めに延びる外周面に沿って速やかに流下しつつ、最下部に集まり易くなる。
【００１４】
また、前記課題を解決するための手段として、本発明は、前記熱交換器と、前記熱交換器を支持するスタンドと、捕集器と、を備え、前記捕集器は、前記熱交換器の下方に配置され、前記凝縮水を捕集し、前記スタンドは、径方向内向きに突出する複数の支持部を備え、前記各支持部は、前記溝部に下方から差し込まれ、前記熱交換器を支持することを特徴とする凝縮装置である。
【００１５】
このような構成によれば、熱交換器本体（熱交換器）を介して、冷却源（内部媒体）が空気（外部媒体）を冷却し、空気中の水蒸気が冷却・凝縮されて凝縮水が生成する。そして、凝縮水は熱交換器本体の外周面に沿って流下した後、熱交換器の下方に配置された捕集器で捕集される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、良好に熱交換する熱交換器及び凝縮装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る凝縮装置の斜視図である。
【図２】本実施形態に係る熱交換器の斜視図である。
【図３】本実施形態に係る熱交換器の正面図（縦断面図）である。
【図４】本実施形態に係る熱交換器の平面図である。
【図５】本実施形態に係る熱交換器の拡大平面図である。
【図６】本実施形態に係る熱交換器の底面図である。
【図７】本実施形態に係るスタンドの斜視図である。
【図８】本実施形態に係るスタンドの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。なお、図１〜図８に示す「前、後、左、右、上、下」を基準とする。また、図３において、紙面左側は熱交換器の正面図であり、紙面右側は熱交換器の縦断面図である。
【００１９】
≪凝縮装置の構成≫
本実施形態に係る凝縮装置３００は、図示しない氷（内部媒体、冷却源）によって、空気（外部媒体）中の水蒸気を冷却し凝縮させて凝縮水を生成する装置である。このように水蒸気から凝縮水が生成し、空気中の水蒸気量（水分量）が減少するので、凝縮装置３００は除湿機能を備えている。
【００２０】
凝縮装置３００は、熱交換器１と、熱交換器１を下方から支持するスタンド１００と、熱交換器１で生成した凝縮水を捕集するカップ２００（捕集器）と、を備えている。
【００２１】
＜熱交換器＞
熱交換器１は、鉛直方向に延びる軸線Ｏ１を中心線とする逆円錐殻状である熱交換器本体１０（図２参照）と、熱交換器本体１０の表面（外周面、内周面）に形成された撥水層（図示しない）と、熱交換器本体１０の開口を開閉する蓋部材（図示しない）と、を備えている。ただし、熱交換器本体１０は、逆角錐殻状（例えば、逆正三角錐殻状）である構成でもよい。
【００２２】
＜熱交換器−熱交換器本体＞
熱交換器本体１０は、金属製の薄板材をプレス加工することで形成されたプレス加工品である。金属としては、熱伝導率の高い金属を使用することが好ましく、例えば、銅合金が使用される。
【００２３】
熱交換器本体１０は逆円錐殻状である周壁部２０を備えており、周壁部２０は薄板材が径方向に折り返しつつ周方向に延びる波状を呈している（図４、図５参照）。すなわち、熱交換器本体１０は、径方向外向きに突出すると共に軸方向に延び周方向に複数形成された突部２１（山部）と、周方向において隣り合う突部２１の間に形成され軸方向に延びる溝部２２（谷部）と、を有している（図５参照）。つまり、周方向において、突部２１と溝部２２とが交互に配列し、径方向において、突部２１及び溝部２２は、軸線Ｏ１を中心として、放射状に延びている。周方向において隣り合う突部２１の頂部は所定間隔を隔てている。周方向において隣り合う溝部の底部は略接触している。
【００２４】
熱交換器本体１０は、その内側に氷（内部媒体）を収容する収容室２５を備えており、その上方に氷の投入口となる開口が形成されている。そして、熱交換器本体１０は逆円錐殻状であるので、氷が融解してなる融解水が、収容室２５に一時的に貯溜されるようになっている。なお、熱交換器本体１０の下部４０に常閉型の排出弁を設け、排出弁を適宜に開いて融解水を排出する構成としてもよい。
【００２５】
これにより、空気（外部媒体）と熱交換器本体１０との接触面積が大きくなり、空気と熱交換器本体１０との間において熱交換し易くなる。また、氷（内部媒体）と熱交換器本体１０との接触面積も大きくなり、氷と熱交換器本体１０との間において熱交換し易くなる。したがって、氷と空気との間において熱交換し易くなる。よって、氷は空気中の水蒸気を良好に冷却し、凝縮水を生成するようになっている。
【００２６】
熱交換器本体１０（周壁部２０）の上部３０（胴部）は、概ね鉛直方向に延びる円筒状である（図２、図３参照）。すなわち、上部３０において、径方向における折り返し幅は略一定であり、上部３０の厚さＴ３０は上下方向及び周方向において略一定である。ただし、その他に例えば、上部３０（周壁部２０）の厚さＴ３０が、周方向において長い部分と短い部分とを交互に繰り返す構成としてもよい。後記する下部４０（周壁部２０）の厚さＴ４０ついても同様である。
【００２７】
これにより、上部３０の外周面３１（突部２１の外面、溝部２２の外面）は鉛直方向に延びることになる。したがって、水蒸気が凝縮することで生成した凝縮水が、自重によって、上部３０の外周面３１に沿って速やかに流下し易くなる。
【００２８】
また、上部３０の内周面３２（突部２１の内面、溝部２２の内面）も鉛直方向に延びることになる。したがって、氷が融解することで生成した水が、自重によって、上部３０の内周面３２に沿って速やかに流下し易くなる。
【００２９】
熱交換器本体１０（周壁部２０）の下部４０は、鉛直下方に向かうにつれて縮径する逆円錐殻状である（図３参照）。すなわち、下部４０において、径方向における折り返し幅は鉛直下方に向かうにつれて徐々に小さくなり、つまり、下部４０の厚さＴ４０は鉛直下方に向かうにつれて徐々に小さくなり、最下部で基材である薄板材の厚さに近づいている。
【００３０】
これにより、下部４０の外周面４１（突部２１の外面、溝部２２の外面）は、鉛直方向に対して斜め方向（例えば、鉛直方向に対して４５°方向）で延びることになる。したがって、凝縮水が、自重によって、下部４０の外周面４１に沿い最下部に向かって流下しつつ集まり易くなる。なお、最下部に集まった凝縮水は、最下部からカップ２００に向かって滴下するようになっている。ここで、最下部から鉛直下方に向かって延び、凝縮水をカップ２００にガイドするガイド棒（ガイド部材）やガイド鎖を設け、凝縮水の飛沫を防止する構成としてもよい。
【００３１】
また、下部４０の内周面４２（突部２１の内面、溝部２２の内面）も鉛直方向に対して斜め方向（例えば、鉛直方向に対して４５°方向）で延びることになる。したがって、氷が融解することで生成した水が、自重によって、下部４０の内周面４２に沿って速やかに流下し集まり易く易くなる。
【００３２】
＜熱交換器−撥水層＞
撥水層（図示しない）は、熱交換器本体１０の両面側（外面側、内面側）にそれぞれ形成されている。ただし、これに限定されず、例えば、熱交換器本体１０の外面側のみに形成された構成でもよい。撥水層は、例えば、フッ素樹脂化合物層、シリコン樹脂化合物層で形成されている。その他、撥水層の表面に微細な凸凹を形成し、撥水性を高める構成としてもよい。
【００３３】
このように、熱交換器本体１０の外面側に撥水層が形成されているので、熱交換器本体１０に対する凝縮水の接触角が大きくなり、凝縮水が外周面３１、外周面４１に沿って、速やかに流下し易くなる。また、熱交換器本体１０の内面側に撥水層が形成されているので、氷が融解することで生成した融解水が速やかに流下し易くなる。
【００３４】
＜熱交換器−蓋部材＞
蓋部材（図示しない）は、熱交換器本体１０の上端部に着脱自在に取り付けられることで、熱交換器本体１０の開口を開閉する金属製（例えば、銅合金製）の部材である。ただし、蓋部材は、合成樹脂製（例えば、ポリプロピレン製）でもよい。
【００３５】
蓋部材は、水平面方向に延びる円板状の蓋部材本体と、蓋部材本体の外周縁部から下方に延び短円筒状を呈し熱交換器本体１０の上端部に外嵌する外嵌部と、を備えている。外嵌部の内周面には、周方向において隣り合う突部２１、２１の間に差し込まれ軸方向に延びる複数の突条（被差込片）が突設されている。
【００３６】
このような蓋部材が熱交換器本体１０の開口を閉じることで、仮に、熱交換器1が転倒したとしても、氷が融解して生成した融解水が飛散することはなく、また、収容室２５に埃等が侵入し難くなる。
【００３７】
また、蓋部材本体は、中心が若干上方に隆起し、縦断面視における頂角が鈍角の円錐殻状であることが好ましい。このような構成によれば、蓋部材本体の外周面(上面)で生成した凝縮水が、円錐殻状の外周面に沿って流下し、外嵌部の外周面を経由して、熱交換器本体１０の外周面に移動し易くなる。なお、蓋部材本体の外周面、外嵌部の外周面に、軸方向に延びる複数のフィンを周方向に等間隔で形成し、空気との接触面積を増加させる構成としてもよい。
【００３８】
＜熱交換器−製造方法＞
熱交換器１の一製造方法について説明する。
熱交換器本体１０の形状に対応した金型を使用して、基材となる金属製の薄板材をプレス加工する。その後、熱交換器本体１０を、フッ素樹脂化合物等の撥水材が溶解してなるスラリーに含浸させた後、引き上げ、熱交換器本体１０の両面側に撥水層をそれぞれ形成する。
【００３９】
＜スタンド＞
スタンド１００は、熱交換器１を下方から支持する支持台である（図７参照）。スタンド１００は、円板状のベースプレート１１０と、３本の支柱１２０と、環状の環状部材１３１と、６本の円弧部材１３２と、３つの支持部１４０と、を備えている。ベースプレート１１０等は、例えば、金属製、合成樹脂製である。ここで、合成樹脂製とする場合、ベースプレート１１０内に錘を内蔵する構成とすることで、スタンド１００の安定性を維持しつつ、低コストで製造可能となる。また、支柱１２０、円弧部材１３２、支持部１４０の数は適宜変更自由である。
【００４０】
３本の支柱１２０は、ベースプレート１１０の外周縁側において周方向に等間隔（１２０°間隔）で立設されている。環状部材１３１は、３本の支柱１２０の上端を繋ぐように固定されている。円弧部材１３２は、鉛直方向においてベースプレート１１０及び環状部材１３１の間で等間隔で、支柱１２０に固定されており、スタンド１００の剛性を高めている。なお、スタンド１００の前側に円弧部材１３２は配置されておらず、スタンド１００の前側にカップ２００の出入口１５０が形成されている。
【００４１】
３つの支持部１４０は、熱交換器１の溝部２２に下方から差し込まれ、熱交換器１を直接支持する部分である。３つの支持部１４０は、環状部材１３１の内周面に径方向内向きで突出するように固定されている（図８参照）。３つの支持部１４０は、周方向に等間隔（１２０°間隔）で配置されている。
【００４２】
各支持部１４０は、円錐状であり径方向内側が尖っている。これにより、熱交換器１とスタンド１００との接触面積は小さくなっている。したがって、熱交換器１の熱がスタンド１００に伝達し難くなっており、熱交換器１が低温で保持され易くなっている。
【００４３】
＜カップ＞
カップ２００は、図１に示すように、熱交換器１の下方に配置され、熱交換器１から滴下する凝縮水を捕集する容器である。カップ２００は、有底円筒状のカップ本体２１０と、カップ本体２１０に固定された略Ｕ字形の把手２２０と、を備えている。
【００４４】
カップ２００は、例えば、金属製、合成樹脂製である。カップ本体２１０は、その内部に貯溜された凝縮水の量を視認可能なように、全体が透明部材である構成や、カップ本体２１０内を視認可能な窓部を備えることが好ましい。
【００４５】
≪凝縮装置の動作・効果≫
凝縮装置３００の動作・効果を説明する。
熱交換器１内に冷却源となる複数の氷を投入し、凝縮装置３００を適当な場所（例えば、デスク上）に設置する。その他に例えば、熱交換器１（凝縮装置３００）を扇風機、サーキュレータからの空気が当たるように設置し、空気が熱交換器１に良好に接触するようにしてもよい。
【００４６】
そうすると、氷が熱交換器１を介して外周面３１及び外周面４１近傍の空気を冷却し、空気中の水蒸気が凝縮され、凝縮水が生成し、外周面３１または外周面４１に付着する。この場合において、熱交換器本体１０の周壁部２０は波状であり、熱交換器本体１０と氷、熱交換器本体１０と空気との接触面積はそれぞれ大きくなっているので、氷は熱交換器本体１０を介して空気と良好に熱交換し、氷は空気中の水蒸気を速やかに冷却できる。
【００４７】
次いで、凝縮水は、自重によって、外周面３１、外周面４１に沿って流下し、熱交換器１の最下部に向かう。そして、凝縮水は、熱交換器１の最下部から落下し、カップ２００で捕集される。
【００４８】
≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。
【００４９】
前記した実施形態では、冷却源として氷を使用する構成を例示したが、その他に例えば、凍結させることで繰り返し使用可能な冷媒が封入された保冷剤を冷却源として使用する構成としてもよい。また、冷却源としてドライアイスを使用する構成としてもよい。さらに、冷却源として低温冷媒（エチレングリコール等）が熱交換器１内を経由するように循環する構成としてもよい。
【００５０】
前記した実施形態では、熱交換器本体１０は、周方向において交互に配置された突部２１と溝部２２とを備える構成を例示したが、その他に例えば、熱交換器本体１０と空気との接触面積を増加させるために、各突部２１の外周面から径方向外側に延びるフィン（突起）が突設された構成としてもよい。また、熱交換器本体１０と氷との接触面積を増加させるために、各溝部２２の内周面から径方向内側に延びるフィン（突起）が突設された構成としてもよい。
【００５１】
前記した実施形態では、熱交換器１が外部媒体である空気中の水蒸気を凝縮させ凝縮水を生成する凝縮器である構成を例示したが、熱交換器１の用途はこれに限定されない。例えば、熱交換器１内に熱源として内部媒体を収容し、この熱源が外部媒体を加熱する構成としてもよい。
【００５２】
前記した実施形態では、熱交換器本体１０が金属製の薄板材をプレス加工してなるプレス加工品である構成を例示したが、その他に例えば、逆円錐殻状の母体の外周面に、軸方向に延びるフィンが周方向に等間隔で固定された構成としてもよい。
【００５３】
前記した実施形態では、熱交換器本体１０が、円筒状の上部３０と、逆円錐殻状の下部４０とを備える構成を例示したが、その他に例えば、円筒状の部分を備えず、熱交換器本体１０全体が逆円錐殻状である構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１      熱交換器
１０    熱交換器本体
２０    周壁部
２１    突部
２２    溝部
３０    上部
４０    下部
１００  スタンド
２００  カップ（捕集器）
３００  凝縮装置
【要約】
【課題】良好に熱交換する熱交換器及び凝縮装置を提供する。
【解決手段】逆円錐殻状である金属製の熱交換器本体１０を備え、内部の氷と外部の空気との間で熱交換させる熱交換器１であって、熱交換器本体１０は、径方向外向きに突出すると共に軸方向に延び周方向に複数形成された突部２１と、周方向において隣り合う突部２１の間に形成され軸方向に延びる溝部２２と、を有しており、熱交換器本体１０の周壁部２０は、薄板材が径方向に折り返しつつ周方向に延びる波状である。
【選択図】図１【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】
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【図７】
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【図８】
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