JP2004162941A

JP2004162941A - ヒータ及びその製法

Info

Publication number: JP2004162941A
Application number: JP2002326625A
Authority: JP
Inventors: Mitsumaro Higuchi; 三麿樋口
Original assignee: SANSEISHA KK
Current assignee: SANSEISHA KK
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】熱媒体への熱伝達効率を向上させると共に小型でかつ寿命の長いヒータを提供することを目的とする。
【解決手段】円形棒状熱源体１と、熱源体１の外周面１ａに沿って螺旋状に巻設された螺旋フィン２と、を備え、螺旋フィン２の内径側端縁２ａに、凹凸皺部３が形成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、床暖房システム等の熱交換器に用いられるヒータ及びその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、床暖房システム等の熱交換器において、ヒータの円形棒状熱源体（発熱体）に、熱媒体（被加熱液体）を接触させて、熱媒体を効率よく加熱するためには、熱媒体と熱源体との接触時間を長くする必要がある。
【０００３】
そして、従来のヒータは、螺旋フィンを、熱源体の外周面に沿って、螺旋状に巻設しており、熱媒体を、螺旋フィンに沿って熱源体の周りを流れるようにすることで、熱媒体の流路を長くし、熱媒体と熱源体との接触時間を長くしていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１４７８６４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のヒータでは、螺旋状の流路を流れる熱媒体は、遠心力により、径方向外方へ押しやられるため、熱源体の外周面では熱媒体の圧力が低下し、かつ、熱源体の外周面の高熱により熱せられて気泡が発生し易く、熱媒体と熱源体との接触が不十分となり、効率の良い熱伝達が妨げられていた。
【０００６】
さらに、従来のヒータの螺旋フィンの製法は、平板から多数の円環板を切り出して、その円環板を、径方向に切れ目を入れて、螺旋状につなぎ合わせるようにしていたため、材料に無駄が生じ、かつ、継ぎ目加工を必要とし、製造が非能率であり、製造コストが高かった。
【０００７】
そこで、本発明は、熱媒体への熱伝達効率を向上させると共に小型でかつ寿命の長いヒータを提供することを目的とする。また、材料の無駄を省くと共に製造工程数を減少させて、製造コストを大幅に低減させることができるヒータの製法を提供することを他の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係るヒータは、円形棒状熱源体と、該熱源体の外周面に沿って螺旋状に巻設された螺旋フィンと、を備え、該螺旋フィンの内径側端縁に、凹凸皺部が形成されているものである。
【０００９】
また、本発明に係るヒータの製法は、円形棒状熱源体の外周面に長尺状の帯板素材の一端を溶着し、次に、長尺状の該帯板素材の一側縁に凹凸皺部を順次形成しながら、上記熱源体の外周面に螺旋状に巻きつけてゆくものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を示す図面に基づき、本発明を詳説する。
【００１１】
図１は、本発明に係るヒータの実施の一形態を示す一部断面側面図であり、本ヒータ１０は、例えば、床暖房システム等の熱交換器に用いられ、熱媒体（被加熱液体）を加熱するものである。なお、熱媒体としては、水、又は、エチレングリコール等の不凍液が混合した水が、用いられる。
【００１２】
本ヒータ１０は、円形棒状熱源体（発熱体）１と、該熱源体１の外周面１ａに沿って螺旋状に巻設された螺旋フィン２と、を備え、円筒状ケース４に挿入されて熱交換器を構成する。
【００１３】
円筒状ケース４は、その基端に熱媒体が内部へ流入される注入口４ａと、その先端に熱媒体が外部へ流出される排出口４ｂと、を有し、さらに、その基端には、外鍔部４ｃを有している。なお、符号４ａを排出口とし、符号４ｂを注入口として、逆方向に流す方が良い場合もあり、使用条件や取付方向・姿勢によって選定される。なお、図７に示す如く、注入口４ａは円筒状ケース４に対して、接線方向に形成されている。これによって、注入口４ａから流入する熱媒体は滑らかに（熱源体１と円筒状ケース４の内面によって形成された）円環流路１５に流れてゆき、引続き螺旋状流路にスムーズに流れてゆく。これによって、ポンプ駆動動力が小さくて済む。
【００１４】
円形棒状熱源体１は、先端が有底状でかつ基端が開口状の円筒体であって、基端開口部から内部に、ニクロム線等の発熱体が内蔵され、このニクロム線等に電力を供給するためのリード線５が接続されている。また、熱源体１の基端には、取付環状板６が外嵌状に付着されている。そして、熱源体１を円筒状ケース４に挿入して、取付環状板６を、円筒状ケース４の外鍔部４ｃに、（ボルト・ナットの）固着具７にて、固定することで、熱源体１が円筒状ケース４に内蔵される。なお、熱源体１には、電気のほかに、燃焼ガスや加熱水等の高温流体を用いてもよい。
【００１５】
螺旋フィン２は、長尺の帯板がコイル状に形成されたものであって、その内径側端縁２ａは、少なくとも一端（先端）と他端（基端）が熱源体１の外周面１ａに（溶接やろう付けや接着剤等で）付着されている。なお、螺旋フィン２の中間位置に於ても、適宜、溶接やろう付けや接着等で外周面１ａに固着しても良い。なお、螺旋フィン２及び熱源体１は、（ステンレスや銅等の）熱伝導率の高い金属やセラミックスやプラスチックスで形成されている。
【００１６】
このように構成された本ヒータ１０によれば、円筒状ケース４の注入口４ａから流入された熱媒体は、螺旋フィン２に沿って熱源体１の周りを螺旋を描いて流れ、円筒状ケース４の排出口４ｂから流出される。即ち、熱媒体の流路を長くして、熱媒体と熱源体１との接触時間を長くすることができる。
【００１７】
さらに、図１と、図２の一部断面正面図に示すように、螺旋フィン２の内径側端縁２ａに、凹凸皺部３が形成されている。この凹凸皺部３は、螺旋フィン２の軸心方向に、凹凸状となるように形成されている。即ち、熱媒体の流れ方向（螺旋方向）に対して垂直な方向に、凹凸状となるように形成されている。
【００１８】
凹凸皺部３の周方向の切断形状は、図３の一部断面側面図に示すように、螺旋フィン２の径方向からみて、弯曲波形状（蛇行状）に形成されている。即ち、多数の円弧の山と谷が交互に並ぶように形成されている。
【００１９】
このように、熱媒体の流路を形成する凹凸皺部３により、熱媒体は、図３の矢印に示すように、（特に熱源体１の外周面１ａにおいて、）攪拌（攪乱）されて乱流をおこし、熱媒体の温度が均一化すると共に、熱媒体は熱源体１の外周面１ａに十分接触する。また、熱媒体の乱流により、熱源体１の外周面１ａに発生する気泡を連れ去って、気泡が、熱源体１の外周面１ａに停滞するのを防ぐことができる。
【００２０】
従って、本発明の凹凸皺部３を有する螺旋フィン２は、従来の平滑面の螺旋フィンに比べて、熱媒体を、螺旋方向以外にも熱源体１の外周面１ａに沿ってあらゆる方向（例えば、螺旋方向と垂直な方向）に運動を与えることができるため、熱媒体と熱源体１との接触を十分とし、熱伝達が効果的に行われる。
【００２１】
また、皺入りの螺旋フィン２は、平滑な螺旋フィンに比べて、熱源体１との接触面積が大きく、また、フィン自体の表面積が大きくて熱媒体との接触面積が大きくなるため、螺旋フィン２を介して（熱源体１の）熱を、効率的に熱媒体に伝える。
【００２２】
さらに、皺入りの螺旋フィン２は、平滑な螺旋フィンに比べて、熱伝達効率が良く、かつ、気泡を除去することができるため、熱源体１の外周面１ａの温度の上昇を防ぐことができ、熱源体１そのものの寿命を長くすることができる。
【００２３】
なお、凹凸皺部３の周方向の切断形状は、径方向からみて、図４（イ）に示すように、三角山部と三角谷部が交互に配設した形状であってもよく、若しくは、図４（ロ）に示すように、台形山部と台形谷部が交互に配設した形状であってもよい。
【００２４】
次に、本ヒータ１０の製法を説明する。
【００２５】
まず、図５（イ）に示すような長尺状の（薄肉の）帯板素材１１を使用し、円形棒状熱源体１の外周面１ａの一端寄りに、帯板素材１１の一端を溶着Ｗ_１する。このとき、上記帯板素材１１の幅寸法は、図７に示した円環流路１５の内外径差に略等しい寸法に設定されている。
【００２６】
その後、図５（ロ）（ハ）及び図６（イ）に示す如く、この熱源体１を、（図外の）チャックにて掴持して、矢印Ｆのように回転駆動しつつ、螺旋状に強く巻きつけてゆく。その際、長尺状の帯板素材１１が熱源体１の外周面１ａに接触する直前位置にて、その一側縁１１ａに凹凸皺部３を、相互に噛合する一対のギアーの間に通して、形成しながら、外周面１ａに螺旋状に強く巻きつけてゆく。
【００２７】
なお、帯板素材１１の繰出装置側にて制動力を付与することで、螺旋状に巻きつけられてゆくとき、外周面１ａに一側縁１１ａが食い込むように強く圧接し、摩擦力及び外周面１ａの塑性加工によって、相互の位置ずれを防止できる。
【００２８】
このとき、帯板素材１１、凹凸皺部３の形成用の上記一対のギアー等と、熱源体１とは、熱源体１の軸心方向に、相対的に、移動させることにより、螺旋状に巻きつけることができる。
【００２９】
その後、上記回転駆動を停止し、上記軸心方向の相対的移動も停止し、帯板素材１１（の他端２０）を図６（ロ）のように溶着Ｗ_２して、固定する。
【００３０】
なお、図５（ロ）に示す矢印Ｐは、上述の相互に噛合する一対のギアーによって、帯板素材１１の両面から加えられる外力を示すが、このギアー以外にプレス押圧具等にて加工を順次行っても自由である。
【００３１】
上述のように、帯板素材１１の一側縁１１ａに凹凸皺部３を順次加工してゆくことにより、熱源体１の外周面１ａに沿うような皺入り螺旋形状フィンが自然に形成される。
【００３２】
このようなヒータ（螺旋フィン２）の製法によれば、従来の製法に比べて、材料に無駄がなく、しかも、継ぎ目加工を必要としないので、ヒータ（螺旋フィン２）の製造能率が著しく改善でき、また、製造コストを大幅に下げることができる。また、熱源体１の外周面１ａに、一側縁１１ａが食い込むように、強力に圧接した状態で、螺旋状に巻きつければ、熱伝達効率が一層向上でき、また、中間部位の溶接やろう付け等が省略可能となる利点がある。例えば、両端の溶着Ｗ_１，Ｗ_２のみでも、強固に固着できることとなる。
なお、上述の図示の実施の形成では円形棒状熱源体１の形状は、先端が有底状の場合を説明したが、これに限定されず、高温流体を加熱源として用いるときには、無底形状とする場合もある得る。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は上述の如く構成されるので、次に記載する効果を奏する。
【００３４】
（請求項１によれば、）螺旋フィン２の凹凸皺部３により、円形棒状熱源体１の表面近くにおいて、熱媒体に乱流を発生させることができ、熱源体１から熱媒体への熱伝達効率を向上させることができる。他方、熱伝達効率が向上するため、熱源体１の表面温度の上昇を防ぐことができて、本ヒータ１０（熱源体１）の寿命を長くすることができる。さらに、本発明の皺入り螺旋フィン２は、従来の平滑な螺旋フィンに比べて、熱源体１との接触面積が大きく、また、フィン自体の表面積が大きいため、熱効率が改善され、あるいは、ヒータ１０の小型化を図ることができる。
【００３５】
（請求項２によれば、）材料の無駄が無く、能率的に製造が可能となる。そして、製作が容易となるため、製造コストを大幅に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す一部断面側面図である。
【図２】一部断面正面図である。
【図３】要部の作用説明を兼ねた一部断面側面図である。
【図４】螺旋フィンの他の実施の形態を示す断面図である。
【図５】本発明の製法を示す説明図である。
【図６】本発明の製法を示す説明図である。
【図７】図１の▲７▼−▲７▼断面矢視図である。
【符号の説明】
１（円形棒状）熱源体
１ａ外周面
２螺旋フィン
２ａ内径側端縁
３凹凸皺部
１１帯板素材
１１ａ一側縁
１５円環流路
Ｗ_１溶着

Claims

円形棒状熱源体（１）と、該熱源体（１）の外周面（１ａ）に沿って螺旋状に巻設された螺旋フィン（２）と、を備え、該螺旋フィン（２）の内径側端縁（２ａ）に、凹凸皺部（３）が形成されていることを特徴とするヒータ。
円形棒状熱源体（１）の外周面（１ａ）に長尺状の帯板素材（１１）の一端を溶着（Ｗ_１）し、次に、長尺状の該帯板素材（１１）の一側縁（１１ａ）に凹凸皺部（３）を順次形成しながら、上記熱源体（１）の外周面（１ａ）に螺旋状に巻きつけてゆくことを特徴とするヒータの製法。