JP2015081716A - 熱交換器および熱交換システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率を良好にし、流体流路の洗浄、消毒および状態確認を容易にする。【解決手段】熱交換器（１）の第１の流路形成部材（１１，１３）は、容器形状の内周面の径が上部から下部に向かって漸次小さくなり、かつ第１流路（１３４）が周壁部内に形成され、第１の流路形成部材（１１，１３）の内周面と流路形成第２部材（１２）の外周面との間に螺旋状の第２流路（１１４）が形成される。【選択図】図４

Description

本発明は流体間の熱の交換を行う熱交換器および熱交換システム、特に、飲料用の高温液体を低温流体により冷却するのに好適な熱交換器および熱交換システムに関するものである。

近年、ＷＨＯ（世界保健機関：World Health Organization）とＦＡＯ（国連食糧農業機関：Food and Agriculture Organization of the United Nations）が共同作成した「乳児用調整粉乳の安全な調乳、保存及び取扱いに関するガイドライン」によれば、乳児用の粉ミルクでは、エンテロバクター・サカザキなどへの感染による乳児の重篤な疾患や死亡との関連が報告されている。さらに、上記感染への防止対策として、乳児に与える粉ミルク調乳用の飲料水は、７０℃以上に沸かして使用しなければならない、とされている。このため、乳児に粉ミルクを調乳して与えるためには、７０℃程度で調乳したミルクを４０℃程度にまで冷却する必要がある。

このような乳児用のミルクを高温から適温に冷却する方法としては、哺乳瓶内の高温のミルクを、水道水等を用いて外部から冷やすことが一般的である。

この冷却方法に関し、冷却を簡便化する手段として、例えば特許文献１に示す冷却容器が知られている。具体的には、特許文献１には、冷却容器に哺乳瓶を揺動可能に保持する保持手段を設け、冷却容器を揺動することにより哺乳瓶を揺動させ、これによって哺乳瓶内のミルクを攪拌するとともに、哺乳瓶の揺動により冷却容器内の冷媒を攪拌するようになっている。

一方、乳児用のミルクに限らず、液体の冷却については一般に熱交換を用いる方法が採用されている。例えば特許文献２には、沸騰温度近くまで加熱された水を冷却用の水タンクの中を通る配管内に導いて冷却させることにより、湯冷ましを作る装置が示されている。

また、特許文献３には、「黄金分割」に従った少なくとも１つの対数曲線にほぼ一致する彎曲を呈する作用面上に流体を流し、この作用面と、流体との間で熱交換を行う熱交換器が記載されている。

特開２０１１−２２９５９４号公報（２０１１年１１月１７日公開） 特許第３０２９７３２号明細書（２０００年４月４日発行） 特表２００５−５１３４１０号公報（２００５年５月１２日公表）

しかしながら、特許文献１に示す構成では、冷却容器を用いても５分以上の長い冷却時間が必要となっている。これは、特許文献１に示す構成では、哺乳瓶等の容器に入っているミルク等の液体を冷却容器内の冷媒によって冷却するものであるから、冷媒と接触する冷却対象物の面積が哺乳瓶等の容器の表面積に限られているためである。

さらに、特許文献１に示す構成では、予め冷却容器を数時間冷蔵庫で冷やしておく必要がある等、利便性にも課題がある。特に生後間もない乳児に粉ミルクを調乳して与える場合では、数時間おきにミルクを与える必要があるうえ、夜間もミルクを与える必要がある。このため、冷却容器を冷やすといった煩わしい作業は極力なくすことが望ましい。

また、特許文献２に示す構成では、特許文献１に示す構成と比較して液体の冷却時間が短時間となる。しかしながら、液体が流れる配管を取外して配管内を洗浄することが困難なうえ、配管内の状態を目視で確認することも困難である。そのため、調乳後のミルクに限らず、コーヒーやお茶といった飲料を衛生に保つことが困難である。

また、特許文献３に示す構成では、液体流路が複雑な形状であるため、流路の洗浄および流路の状態確認を容易に行うことができず、衛生管理が困難となる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、熱交換効率が良好であり、かつ流体流路の洗浄、消毒および状態確認が容易である熱交換器および熱交換システムの提供を目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る熱交換器は、容器形状を有する第１の流路形成部材と、前記第１の流路形成部材の内側に前記第１の流路形成部材に対して取り外し可能に配置された第２の流路形部材とを備え、前記第１の流路形成部材は、容器形状の周壁部の内周面の径が上部から下部に向かって漸次小さくなり、かつ熱交換用液体を流す第１流路が前記周壁部内に形成され、前記第１の流路形成部材の前記内周面と前記第２の流路形成部材の外周面との間には、これら内周面と外周面とによって前記熱交換用液体と熱交換される被熱交換液体を流す螺旋状の第２流路が形成されていることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、熱交換効率が良好であり、かつ流体流路の洗浄、消毒および状態確認が容易である。

本発明の実施形態の熱交換システムの構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態の熱交換器の外観を示す斜視図である。 図２に示した熱交換器の分解斜視図である。 図１に示した熱交換器の縦断面を含む斜視図である。 図５の(ａ)は図４に示したＡ部の拡大図、図５の(ｂ)は図４に示したＢ部の拡大図である。 図２に示した熱交換器の使用状態を示す縦断面図である。 本発明の他の実施の形態の熱交換器の縦断面を含む斜視図である。 本発明のさらに他の実施の形態の熱交換器の縦断面を含む斜視図である。 図１に示した熱交換システムの他の例の熱交換システムの構成を示す模式図である。 図１に示した熱交換システムのさらに他の例の熱交換システムの構成を示す模式図である。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。なお、以下では、一例として、７０℃に調乳されたミルクを水によって適温（４０度程度）に冷却する熱交換器について説明する。また、以下の説明では、上記のミルクのような、冷却される液体を被熱交換液体と称し、上記の水のような、被熱交換液体を冷却する液体を熱交換用液体（熱交換用流体）と称する。

(熱交換システムの構成)
図１は、本発明の一実施形態に係る熱交換システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、熱交換システム１００は、熱交換器１、タンク（貯蔵部）２およびポンプ（供給部）３を含む。

熱交換器１は、熱交換用液体１３０と被熱交換液体１１０との間で熱交換を行うものである。熱交換器１は、タンク２およびポンプ３とそれぞれ接続されている。タンク２は、熱交換用液体１３０を貯蔵するものである。ポンプ３は、タンク２に貯蔵されている熱交換用液体１３０を熱交換器１へ送り出すものである。

熱交換用液体１３０は、タンク２、ポンプ３および熱交換器１を循環する。具体的には、熱交換用液体１３０は、ポンプ３によってタンク２から熱交換器１に送られ、熱交換器１の中に配設されている流路内を通って被熱交換液体１１０と熱交換した後、タンク２に戻される。

熱交換器１の上部には被熱交換液体出口４が配置されており、被熱交換液体出口４から熱交換を受ける被熱交換液体１１０が熱交換器１に注がれる。熱交換器１は上方から注がれた被熱交換液体１１０を流す流路を有する。被熱交換液体１１０は熱交換器１の流路内を上から下に自重で流れ落ち、この間に熱交換用液体１３０と被熱交換液体１１０との熱交換が行われる。その後、被熱交換液体１１０は、熱交換器１から流出し、カップ５内に注がれる。被熱交換液体１１０が乳児用のミルクであれば、カップ５に代えて哺乳瓶を直接置いてもよい。

また、ポンプ３にて熱交換器１への熱交換用液体１３０の送り流量を変化させることにより、熱交換器１での被熱交換液体１１０に対する熱交換量を変えることができる。これにより、熱交換器１から流出する被熱交換液体１１０の温度を調整することができる。この場合、流量を増やすと被熱交換液体１１０の温度は熱交換用液体１３０の温度に近づく方向に変化し、流量を減らすと遠ざかる方向に変化する。具体的には、例えば、低温の熱交換用液体１３０によって高温の被熱交換液体１１０を冷却するため、熱交換用液体１３０の送り流量を増加させると、熱交換器１から流出する被熱交換液体１１０の温度は低下する。一方、熱交換用液体１３０の送り流量を減少させると、熱交換器１から流出する被熱交換液体１１０の温度は上昇する。

(熱交換器１の構成)
次に、熱交換器１の構成について説明する。図２は熱交換器１の外観を示す斜視図である。図３は、図２に示した熱交換器１の分解斜視図である。図４は、図１に示した熱交換器１の縦断面を含む斜視図である。図５の(ａ)は図４に示したＡ部の拡大図であり、図５の(ｂ)は図４に示したＢ部の拡大図である。

図３に示すように、熱交換器１は、主要部品として、流路形成第１部材（流路形成内側部材）１１、流路形成第２部材１２および流路形成第３部材（流路形成外側部材）１３を備え、その他、シール部材１４、締結第１部材１５および締結第２部材１６を備えている。

流路形成第１〜第３部材１１〜１３は、略円錐形を有し、円錐形の底面を上にして配置され、その底面が開放された容器形状を有する。この形状は、例えば漏斗の円錐部分とほぼ同じ形状である。流路形成第２部材１２は流路形成第１部材１１の内面（内側）に配置され、流路形成第３部材１３は流路形成第１部材１１の外面に配置されている。すなわち、熱交換器１は、流路形成第３部材１３の中に流路形成第１部材１１を配置し、流路形成第１部材１１の中に流路形成第２部材１２を配置し、これら流路形成第１〜第３部材１１〜１３を重ね合わせることにより形成されている。ここで、図２〜図４では、円錐部分の中心軸をＺ軸とし、この円錐部分の中心軸（Ｚ軸）と直交する軸をそれぞれＸ軸、Ｙ軸として示している。

流路形成第１部材１１は、本体部分である円錐部１１１、および鍔部１１２を有している。鍔部１１２は、円錐部１１１の上端部において、円錐部１１１の周りに水平（Ｚ軸に対して垂直）に形成されている。流路形成第１部材１１の下端部には、下端開口部１１３が形成されている。

流路形成第１部材１１は、例えば、薄板の金属板をプレス成型することによって形成されている。このようにして流路形成第１部材１１を形成する場合には、安価かつ耐食性のある金属、例えばＳＵＳを使用することができる。また、金属部材であるため、樹脂成型材と比べて熱伝導率が高く、被熱交換液体１１０と熱交換用液体１３０との熱交換効率を向上させることができる。

流路形成第２部材１２は、本体部分である円錐部１２１、および処理液体受入部１２３を有している。円錐部１２１の外周面（側面）には、外周面に対して例えばＶ字形に凹んだ形状の螺旋溝１２２が上部から下部に亘って形成されている。なお、Ｖ字形の螺旋溝１２２は、詳細には、第１の内面が溝の底（Ｖ字の谷底）から略水平に伸び、第２の内面が溝の底（Ｖ字の谷底）から第１の内面に対して９０度以上の角度で下向きに延びた形状である。この点は、以下の他の実施の形態においても同様である。

円錐部１２１の外周面に螺旋溝１２２が形成されていることにより、流路形成第１部材１１の内面に流路形成第２部材１２を配置した場合に、流路形成第１部材１１の内面と流路形成第２部材１２の外面との間に、螺旋状の第２流路１１４が形成される。この第２流路１１４は、被熱交換液体１１０が流れる流路である。

流路形成第２部材１２の下端部は閉じた構造であり、流路形成第１部材１１の内面に流路形成第２部材１２を配置した状態において、流路形成第２部材１２の下端部の下面と流路形成第１部材１１の下端部の上面との間には、所定高さの隙間が形成されるようになっている。

処理液体受入部１２３は、円錐部１２１の上端部の外周部に、環状の溝状に形成されている。処理液体受入部１２３の底面には、液体流入口１２４が形成されている。これにより、被熱交換液体出口４から処理液体受入部１２３に注入された被熱交換液体１１０は、液体流入口１２４から流路形成第１部材１１と流路形成第２部材１２との間の第２流路１１４に流入する。

流路形成第２部材１２は、例えば金型を使用した樹脂の成型によって形成される。この場合、流路形成第２部材１２は、螺旋溝１２２を含め、ＸＹ平面に対して、鉛直方向（Ｚ軸方向）にアンダーカットが生じない、抜き勾配を付けやすい形状とされる。流路形成第２部材１２は、樹脂成型にて作製する場合、低コストかつ容易に作製することができる。

流路形成第３部材１３は、本体部分である円錐部１３６、および鍔部１３５を有している。鍔部１３５は、円錐部１３６の上端部において、円錐部１３６の周りに水平（Ｚ軸に対して垂直）に形成されている。流路形成第１部材１１の下端部には、下端開口部１３３が成されている。

流路形成第３部材１３を流路形成第１部材１１の外面に配置した状態において、流路形成第３部材１３の下端部の上面に、流路形成第１部材１１の下端部の下面が配置される。詳細には、流路形成第３部材１３の下端開口部１１３の周りには、図５の(ｂ)に示すように、Ｏリング１８が設けられており、流路形成第１部材１１の下端部の下面はＯリング１８上に配置される。

また、鍔部１３５の上に、シール部材１４を介して、流路形成第１部材１１の鍔部１１２が配置される。さらに、流路形成第３部材１３の円錐部１３６の内周面と流路形成第１部材１１の円錐部１１１の外周面との間に第１流路１３４が形成される。この第１流路１３４は、熱交換用液体１３０が流れる流路である。

流路形成第３部材１３の円錐部１３６の外面には、第１流路１３４とつながっている液体入口１３１および液体出口１３２が形成されている。液体入口１３１は、ポンプ３によって供給される熱交換用液体１３０の第１流路１３４すなわち熱交換器１への流入口である。液体出口１３２は、第１流路１３４すなわち熱交換器１から排出される熱交換用液体１３０の流出口である。液体入口１３１は円錐部１３６の下端部付近に設けられ、液体出口１３２は円錐部１３６の上端部付近に設けられている。

シール部材１４は、薄い平板のリング形状であり、流路形成第３部材１３の鍔部１３５と流路形成第１部材１１の鍔部１１２との間に配置されている。鍔部１３５と鍔部１１２は固定部材（図示せず）により互いに固定されている。このような構成により、第１流路１３４における上端部の位置すなわち両鍔部１３５，１１２の位置がシールされている。

締結第１部材１５は、図４に示すように、頭部を有する雄ねじ形状であり、中心部に上端部から下端部に達する貫通孔が形成されている。この貫通孔は、第２流路１１４からの被熱交換液体１１０の排出口１７となっている。

締結第１部材１５は、頭部が流路形成第１部材１１の下端部の上面に配置され、雄ねじ部が流路形成第１部材１１の下端開口部１１３および流路形成第３部材１３の下端開口部１３３を貫通して下方へ突出した状態に配置されている。

締結第２部材１６は雌ねじであり、流路形成第３部材１３の下端開口部１３３から突出している締結第１部材１５の雄ねじ部に締結されている。したがって、締結第１部材１５および締結第２部材１６により、流路形成第１部材１１および流路形成第３部材１３の下端部同士がＯリング１８を介して締結されている。これにより、第１流路１３４における下端部の位置、すなわち流路形成第１部材１１の下端部と流路形成第３部材１３の下端部との位置がシールされている。

上記のように、流路形成第１部材１１と流路形成第３部材１３とを組み合わせて形成される第１流路１３４は、上端部および下端部において適切にシールされているので、第１流路１３４の中の熱交換用液体１３０が漏れる事態、あるいは熱交換用液体１３０が第２流路１１４の被熱交換液体１１０と混ざり合う事態が確実に防止されている。

（熱交換器１の材質および製造）
熱交換器１は、被熱交換液体１１０として、乳児用のミルクや飲料用の液体を処理するものであるから、衛生上に問題がないように扱われる。そのため、使用前あるいは使用後には、通常、洗剤等で洗浄した後、煮沸消毒や薬液による消毒がなされる。薬液として多く用いられるのは、次亜塩素酸ナトリウムを含有した消毒薬であり、通常は、０．０１２５％程度に薄めて使用される。

ここで、熱交換器１の材質は、熱伝導率の高いものが好ましく、金属、特に、アルミや銅系の材料が最適である。熱交換器１は、金属材料にて作製される場合、鋳造やダイカスト成形などにより型成型され、その後、表面がフッ素塗料等によりコーティングされ、耐食性が付与される。

しかしながら、消毒薬に含まれる上記の次亜塩素酸ナトリウムは、金属に対して腐食性があるため、熱交換器１には特殊なコーティングを行う必要がある。これは、通常のコーティングでは気孔が生じ、その気孔から熱交換器１が浸食されてしまうためである。このように、熱交換器１に対して特殊なコーティングを行う場合、熱交換器１の製造コストは非常に高価になる。

また、鋳造やダイカスト成形では、材料が完全に充填されない箇所が発生することが多い。このように材料が充填されずに空間が形成された場合、その熱伝導率が変わり、熱交換器１としての能力にバラツキを生じさせてしまう。そのため、歩留りの低下が発生し、高コストとなってしまうといった問題が生じる。

一方、次亜塩素酸ナトリウムを含有した消毒薬に耐性を持つ金属としては、モリブデンが添加されているＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ４４４、ＳＵＳ４４７Ｊ１、ＳＵＳＸＭ２７、ＳＵＳ３２９Ｊ２Ｌ、あるいはクロム含有量の多いステンレスが知られている。このような金属を使用して熱交換器１を安価に作製するにはプレス成型が最も望ましい。

なお、流路形成第１〜第３部材１１〜１３のうち、流路形成第１部材１１は被熱交換液体１１０および熱交換用液体１３０と直接に接する。したがって、流路形成第１部材１１を金属で作製することは熱交換効率の向上において最も効率が良い。

また、熱交換器１において、被熱交換液体１１０と熱交換用液体１３０との熱交換効率を向上させるためには、被熱交換液体１１０と熱交換用液体１３０とが接する表面積を増加させることが好ましい。しかしながら、プレス成型では、流路形成第１〜第３部材１１〜１３を複雑な形状にした場合、金型が高額になることから、コスト増加につながる。

そこで、本実施の形態の熱交換器１では、被熱交換液体１１０と熱交換用液体１３０との熱交換効率を向上させるために、被熱交換液体１１０が流れる第２流路１１４の流路長を長くしている。具体的には、第２流路１１４を螺旋状とすることにより、被熱交換液体１１０の流路長を長くしている。

なお、本来、流路形成第２部材１２は、流路形成第１部材１１と同様、金属にて形成することが、熱交換効率向上の点から望ましい。しかしながら、前述のコスト増の点から、流路形成第２部材１２を金属にて形成することは困難である。一方、流路形成第２部材１２の主な役割は被熱交換液体１１０が流れる第２流路１１４を長くすることであるから、流路形成第２部材１２を熱伝導率の低い樹脂にて形成しても、熱交換器１の性能低下を少なくすることができる。

上記の構成において、熱交換器１の動作について以下に説明する。図６は、熱交換器１の使用状態を示す縦断面図である。

被熱交換液体１１０が被熱交換液体出口４（図１参照）から熱交換器１の処理液体受入部１２３に注がれると、被熱交換液体１１０は、処理液体受入部１２３の液体流入口１２４を経て第２流路１１４に流入する。第２流路１１４に流入した被熱交換液体１１０は、螺旋状の第２流路１１４に沿って熱交換器１の上部から下部へ流れる。その後、被熱交換液体１１０は、熱交換器１の下端部の排出口１７から排出され、カップ５（図１参照）に注がれる。

一方、熱交換用液体１３０は、タンク２からポンプ３によって熱交換器１に送られる。この場合、熱交換用液体１３０は、熱交換器１の下部の液体入口１３１から第１流路１３４内に流れ込み、熱交換器１の上部の液体出口１３２から第１流路１３４外へ排出され、タンク２に戻される。

したがって、被熱交換液体１１０は、第２流路１１４を流れる間に、第１流路１３４を流れる熱交換用液体１３０と熱交換される。この場合、第２流路１１４は螺旋状に形成され、流路長が長くなっている。これにより、第２流路１１４の流量当たりにおいて、被熱交換液体１１０が流路形成第１部材１１と接触する面積が大きくなる。すなわち、第２流路１１４の流量当たりにおいて、被熱交換液体１１０が流路形成第１部材１１を介して２流路１３４の熱交換用液体１３０と接触する面積が大きくなる。この結果、被熱交換液体１１０と熱交換用液体１３０との熱交換の効率が向上する。

なお、液体入口１３１および液体出口１３２に、差し込み口のある固定台を別途設けておくことにより、熱交換器１と熱交換用液体を通る配管との抜き差しが簡便になる。また、液体入口１３１および液体出口１３２において、シリコーンチューブなどの配管をホースバンド等にて固定してもよい。

熱交換器１では、流路形成第１部材１１と、流路形成第２部材１２と、流路形成第３部材１３とは容易に分解可能である。したがって、流路形成第２部材１２を流路形成第１部材１１から取りは外して、円錐部１１１４の洗浄、消毒および状態確認（特に衛生上の問題の有無の確認）を容易に行うことができる。これにより、被熱交換液体１１０が流れる流路の衛生管理が容易である。また、流路形成第３部材１３を取り外すことにより、熱交換用液体１３０が流れる第１流路１３４の洗浄、および、第１流路１３４の状態確認を容易に行うことができる。

また、流路形成第１部材１１、流路形成第２部材１２および流路形成第３部材１３はプレス成型や型成型によって容易に作製することができるため、製造コストを低減することができる。

また、流路形成第３部材１３において、液体入口１３１は下部に設けられ、液体出口１３２は上部に設けられている。これにより、熱交換用液体１３０が流れる第１流路１３４内に存在する空気を追い出しやすくなり、熱交換用液体１３０と被熱交換液体１１０との熱交換効率の低下を防止することができる。なお、液体入口１３１と液体出口１３２との位置関係はこれに限定されず、液体入口１３１が上部に設けられ、液体出口１３２が下部に設けられていてもよい。

なお、熱交換器１において、第１流路１３４および第２流路１１４を形成する流路形成第１〜第３部材１１〜１３の形状は、円錐形に限定されない。例えば、第２流路１１４は、上部から下部に向かって径が漸次小さくなる螺旋状に形成されていればよく、流路形成第１部材１１および流路形成第２部材１２は、このような第２流路１１４を形成できるもの、流路形成第３部材１３は、流路形成第１部材１１に対応した形状を有するものであってもよい。上記の点は、後述する他の実施の形態の熱交換器においても同様である。

また、被熱交換液体１１０はミルクに限るものではなく、飲料用の液体など、任意の液体であればよい。また、熱交換用液体１３０も水に限るものではなく、任意の液体であればよい。さらに、熱交換用液体１３０に代えて、熱交換用流体として任意の気体を用いてもよい。

また、熱交換用液体１３０には、飲用に適した水道水を用いることが好ましい。熱交換器１では、熱交換用液体１３０は、熱交換用液体１３０等の、人の口に直接触れるものと接触することがない。しかしながら、熱交換器１の洗浄時などに、熱交換用液体１３０の第１流路１３４から被熱交換液体１１０の第２流路１１４へと雑菌等が移動する可能性がある。したがって、熱交換用液体１３０は、衛生上に問題のないものを用いることが好ましい。

また、以上の例では、熱交換器１は、被熱交換液体１１０を熱交換用液体１３０にて冷却するものとして説明したが、熱交換用液体１３０によって被熱交換液体１１０を加熱するものであってもよい。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図７は、本発明の実施の形態の熱交換器２０１の縦断面を含む斜視図である。

熱交換器２０１は、図４に示した熱交換器１の流路形成第２部材１２に代えて、流路形成第２部材２１１を備えている。流路形成第２部材２１１は、流路形成第２部材１２と同様、円錐部１２１の外周面（側面）に断面が例えばＶ字形の螺旋溝２１２が上部から下部に形成されている。ただし、螺旋溝２１２は、上部から下部に向かって、漸次溝の幅が広くかつ溝の深さが深くなっている。

円錐部１２１の外周面に螺旋溝２１２が形成されていることにより、流路形成第１部材１１の内面に流路形成第２部材２１１を配置した場合に、流路形成第１部材１１の内面と流路形成第２部材２１１の外面との間に、被熱交換液体１１０が流れる螺旋状の第２流路２１３が形成される。ただし、第２流路２１３は、上記のように螺旋溝２１２が形成されていることにより、１周分の流路長が長い上流側（上部）から、１周分の流路長が漸次短くなる下流側（下部）に向かって、流路の大きさ（流路における被熱交換液体１１０の許容流量）が漸次大きくなっている。

流路形成第２部材２１１および熱交換器２０１の他の構成は、流路形成第２部材１２および熱交換器１と同様である。

上記の構成において、熱交換器２０１では、供給された被熱交換液体１１０の量が排出口１７から排出可能な量を超えた場合、超えた分の被熱交換液体１１０が熱交換器２０１の下部に溜っていくことになる。この点は前記熱交換器１においても同様である。

ここで、第２流路２１３における熱交換器２０１の下方側の部分の大きさが小さいままであれば、被熱交換液体１１０の液面が第２流路２１３の上方側まで上がってくる事態が生じ易い。この場合、第２流路２１３の実質的な流路長が短くなって熱交換器２０１での熱交換効率が低下する。

これに対し、熱交換器２０１では、第２流路２１３の大きさ（流路における被熱交換液体１１０の許容流量）が上流側から下流側に向かってが漸次大きくなっている。したがって、第２流路２１３は、下流側において被熱交換液体１１０を保持できる量が増加するため、被熱交換液体１１０の液面が上昇し難くなる。この結果、第２流路２１３における被熱交換液体１１０の流路長を確保することができ、熱交換効率の低下を抑制することができる。

〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図８は、本発明の実施の形態の熱交換器２０２の縦断面を含む斜視図である。

熱交換器２０２は、図４に示した熱交換器１の流路形成第２部材１２に代えて、流路形成第２部材２２１を備えている。流路形成第２部材２２１は、下端部に下端開口部２２２が形成されている。

流路形成第２部材２２１および熱交換器２０２の他の構成は、流路形成第２部材１２および熱交換器１と同様である。

上記の構成において、熱交換器２０２では、供給された被熱交換液体１１０の量が排出口１７から排出可能な量を超えた場合、超えた分の被熱交換液体１１０が熱交換器２０２の下部に溜っていくことになる。この点は前記熱交換器１においても同様である。

ここで、流路形成第２部材２２１に下端開口部２２２が形成されていない場合、被熱交換液体１１０の液面が第２流路１１４の上方側まで上がってくる事態が生じ易い。この場合、第２流路１１４の実質的な流路長が短くなって熱交換器２０２での熱交換効率が低下する。

これに対し、熱交換器２０２では、流路形成第２部材２２１の下端部に下端開口部２２２が形成されている。したがって、排出口１７から排出可能な量を超えた分の被熱交換液体１１０は、下端開口部２２２から流路形成第２部材２２１の内側の領域に流入することができ、第２流路１１４では被熱交換液体１１０の液面が上昇し難くなる。この結果、第２流路１１４における被熱交換液体１１０の流路長を確保することができ、熱交換効率の低下を抑制することができる。

なお、本実施の形態の構成は、熱交換器１（図４参照）だけでなく、熱交換器２０１（図７参照）に対しても当然に適用可能である。

〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態について以下に説明する。

図４に示した熱交換器１では、流路形成第２部材１２は容器形状となっている。このような構成は、熱交換器１の軽量化、製造の容易化、材料費の低減において好ましい。しかしながら、流路形成第２部材１２は、容器形状に限定されない。

例えば、流路形成第２部材１２は、円錐部１２１の上面が閉じた構造であってもよい。あるいは、流路形成第２部材１２は、円錐部１２１の内側に部材の詰まった構造（内側が空洞ではない構造）であってもよい。すなわち、流路形成第２部材１２は、流路形成第１部材１１と共に流路形成第１部材１１を形成し、かつ第２流路１１４の洗浄、消毒、および状態確認が容易であるように、流路形成第１部材１１に対して容易に取り外し可能なものであればよい。

上記の構成は、他の熱交換器２０１，２０２においても同様に適用可能である。なお、流路形成第２部材２２１の下端部に下端開口部２２２が形成されている熱交換器２０２については、流路形成第２部材２２１の円錐部１２１の内側上部のみが部材の詰まった構造（内側上部のみが空洞ではない構造）とするのが好ましい。

〔実施の形態５〕
本発明のさらに他の実施の形態について以下に説明する。

図４に示した熱交換器１は、流路形成第１〜第３部材１１〜１３を備えた構成に限定されない。

例えば、熱交換器１は、流路形成第１部材１１および流路形成第３部材１３に代えて、これら流路形成第１部材１１および流路形成第３部材１３が一体となった第１の流路形成部材を備えたものであってもよい。

すなわち、流路形成第１部材１１および流路形成第３部材１３に代えて、容器形状の第１の流路形成部材を備え、この第１の流路形成部材の周壁内に第１流路１３４が形成され、流路形成部材の内面に流路形成第２部材１２が取り外し可能に配置され、第１の流路形成部材と流路形成第２部材（第２の流路形成部材）１２との間に第２流路１１４が形成されている構成であってもよい。上記の構成は、他の熱交換器２０１，２０２においても同様に適用可能である。

〔変形例１〕
上述した各実施の形態では、第２流路１１４を被熱交換液体１１０の流路とし、第１流路１３４を熱交換用液体１３０の流路としているが、これに限定されない。すなわち、第２流路１１４を熱交換用液体１３０の流路とし、第１流路を被熱交換液体１１０の流路としてもよい。

〔変形例２〕
次に、図１に示した熱交換システムの変形例について説明する。図９は、熱交換システム１００の変形例に係る熱交換システム１０１の構成を示す模式図である。図９に示す熱交換システム１０１は、図１に示す熱交換システム１００とは異なり、タンク２に補助冷却機構６が設置されている。補助冷却機構６は、ファンによる空冷機構、ペルチェ素子による冷却機構、またはフィンを備えた放熱機構等である。

熱交換用液体１３０によって被熱交換液体１１０を冷却する場合、熱交換用液体１３０は被熱交換液体１１０との熱交換によって温度が上昇していく。特に被熱交換液体１１０の量（熱交換用液体１３０に対する相対的な量）が多かったり、被熱交換液体１１０の温度が非常に高いものであったりした場合、熱交換用液体１３０の温度上昇は大きくなる。熱交換用液体１３０の温度が上昇すると、被熱交換液体１１０との温度差が小さくなり、熱交換量が低下する。

そこで、補助冷却機構６によりタンク２に貯蔵されている熱交換用液体１３０を冷却すれば、熱交換によって上昇した熱交換用液体１３０の温度を効率よく低下させることができる。これにより、熱交換用液体１３０の温度を低温に維持することができ、熱交換量の低下を抑制することができる。さらに、タンク２に貯蔵する冷却用水としての熱交換用液体１３０の量を少なくすることも可能となる。

〔変形例３〕
次に、図１に示した熱交換システムの他の変形例について説明する。図１０は、熱交換システム１００の他の変形例に係る熱交換システム１０２の構成を示す模式図である。図１０に示す熱交換システム１０２は、図１に示す熱交換システム１００とは異なり、タンク２にヒーター７が設置されている。この場合の熱交換システム１０２は、高温の熱交換用液体１３０を用いて、低温の被熱交換液体１１０を温めるものである。

冷蔵庫等で保管され、冷えている飲料液体の加温方法としては電子レンジによる加熱が一般的である。しかしながら、電子レンジによる加熱は、不均一であり、局所的に熱いホットスポットができてしまうことが知られている。このようなホットスポットを避けたい場合、例えば、調乳後ミルクを再加温する場合などに、熱交換システム１０２による加温が適している。

以上のように、各例に示した熱交換器は、被熱交換液体の温度調整（特に調乳後のミルクの冷却）を、衛生的にかつ、短時間で適当な温度まで調整することができる。さらに、熱交換器が単純な構造であるため、安価に製造することもできる。また、衛生的な飲料の冷却および加温、特に、調乳後の高温ミルクの適温への冷却が可能となる。このため、調乳後に必要であった哺乳瓶を水道水等で冷却する煩わしい作業が不要となり、育児に対しての苦労を軽減することが可能となる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る熱交換器は、容器形状を有する第１の流路形成部材（流路形成第１部材１１、流路形成第３部材１３）と、前記第１の流路形成部材の内側に、前記第１の流路形成部材に対して取り外し可能に配置された第２の流路形部材（流路形成第２部材１２，２１１，２２１）とを備え、前記第１の流路形成部材は、容器形状の周壁部の内周面の径が上部から下部に向かって漸次小さくなり、かつ熱交換用液体１３０を流す第１流路１３４が前記周壁部内に形成され、前記第１の流路形成部材の前記内周面と前記第２の流路形成部材の外周面との間には、これら内周面と外周面とによって前記熱交換用液体１３０と熱交換される被熱交換液体１１０を流す螺旋状の第２流路１１４が形成されている。

上記の構成によれば、第１の流路形成部材は容器形状の周壁部の内周面の径が上部から下部に向かって漸次小さくなっているので、第１の流路形成部材の内側に第２の流路形部材を配置することにより、第１の流路形成部材の内周面と第２の流路形成部材の外周面との間に螺旋状の第２流路１１４を容易に形成することができる。また、このようにして形成される第２流路１１４は、１周分の径が上部（上流側）から下部（下流側）に向かって漸次小さくなっている。

また、第２流路１１４は螺旋状に形成されて流路長が長くなっているので、第２流路１１４を流れる被熱交換液体１１０と第１流路１３４を流れる熱交換用液体１３０との熱交換効率が良好となる。

また、第２の流路形部材は、第１の流路形成部材に対して取り外し可能に配置されているので、第２の流路形部材を取り外すことにより、第２流路１１４の洗浄、消毒および状態確認を容易に行うことができる。

本発明の態様２に係る熱交換器は、上記態様１において、前記第１の流路形成部材（流路形成第１部材１１、流路形成第３部材１３）は、前記第２流路１１４から前記被熱交換液体１１０を排出する排出口１７が下端部に形成され、前記第２の流路形成部材（流路形成第２部材１２）は、容器形状を有し、下端部に開口部（下端開口部２２２）が形成されている。

上記の構成によれば、熱交換器２０２では、供給された被熱交換液体１１０の量が排出口１７から排出可能な量を超えた場合、超えた分の被熱交換液体１１０が熱交換器２０２の下部に溜っていくことになる。

ここで、第２の流路形成部材の下端部に開口部が形成されていない場合、被熱交換液体１１０の液面が第２流路１１４の上部側（上流側）まで上がってくる事態が生じ易い。この場合、第２流路１１４の実質的な流路長が短くなって熱交換器２０２での熱交換効率が低下する。

これに対し、熱交換器２０２では、第２の流路形成部材の下端部に開口部が形成されている。したがって、排出口１７から排出可能な量を超えた分の被熱交換液体１１０は、第２の流路形成部材の開口部から第２の流路形成部材の内側の領域に流入することができ、第２流路１１４では被熱交換液体１１０の液面が上昇し難くなる。この結果、第２流路１１４における被熱交換液体１１０の流路長を確保することができ、熱交換効率の低下を抑制することができる。

本発明の態様３に係る熱交換器は、上記態様１または２において、前記第１の流路形成部材は、流路形成内側部材（流路形成第１部材１１）と流路形成外側部材（流路形成第３部材１３）とを備え、前記流路形成内側部材の外周面と前記流路形成外側部材の内周面との間には、これら内周面と外周面とによって前記第１流路１３４が形成され、前記流路形成内側部材の内周面と前記第２の流路形成部材（流路形成第２部材１２）の外周面との間には、これら内周面と外周面とによって前記第２流路１１４が形成されている。

上記の構成によれば、第１の流路形成部材は、第２流路１１４を形成する流路形成内側部材と流路形成外側部材とを備えているので、流路形成内側部材を、例えば熱伝導率の高い薄板の金属板をプレス成型することにより形成することができる。この場合には、流路形成内側部材の材料として、安価かつ第２流路１１４の消毒薬に対して耐食性のある金属材料を使用することができる。また、この場合には、第２流路１１４の被熱交換液体１１０と第１流路１３４の熱交換用液体１３０との熱交換効率を向上させることができる。

本発明の態様４に係る熱交換器は、上記態様１から３のいずれかの態様において、前記第１の流路形成部材（流路形成第１部材１１、流路形成第３部材１３）は、前記第２流路２１３から前記被熱交換液体１１０を排出する排出口１７が下端部に形成され、前記第２流路２１３は、上部から下部に向かって流路の大きさが漸次大きくなっている。

上記の構成によれば、熱交換器２０１では、第２流路２１３に供給された被熱交換液体１１０の量が排出口１７から排出可能な量を超えた場合、超えた分の被熱交換液体１１０が熱交換器の下部に溜っていくことになる。

ここで、第２流路２１３における熱交換器２０１の下部側（下流側）の部分の大きさいが小さいままであれば、被熱交換液体１１０の液面が第２流路２１３の上部側（上流側）まで上がってくる事態が生じ易い。この場合、第２流路２１３の実質的な流路長が短くなって熱交換器での熱交換効率が低下する。

これに対し、熱交換器２０１では、第２流路２１３の大きさが上部（上流側）から下部（下流側）に向かってが漸次大きくなっている。したがって、第２流路２１３は、下流側において被熱交換液体１１０を保持できる量が増加するため、被熱交換液体１１０の液面が上昇し難くなる。この結果、第２流路２１３における被熱交換液体１１０の流路長を確保することができ、熱交換効率の低下を抑制することができる。

本発明の態様５に係る熱交換器は、態様１から４のいずれかの態様の熱交換器１，２０１，２０２と、前記熱交換用液体１３０を貯蔵する貯蔵部（タンク２）と、前記熱交換用液体１３０を前記貯蔵部から前記熱交換器１，２０１，２０２に供給する供給部（ポンプ３）とを備えている。

上記の構成によれば、熱交換効率が良好であり、熱交換器１，２０１，２０２の第２流路１１４，２１３の洗浄、消毒および状態確認が容易である熱交換システムを提供することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、衛生的な飲料の冷却および加温、特に、調乳後の高温ミルクの適温への冷却に利用することができる。

１ 熱交換器
２ タンク（貯蔵部）
３ ポンプ（供給部）
６ 補助冷却機構
７ ヒーター
１１ 流路形成第１部材（第１の流路形成部材、流路形成内側部材）
１２ 流路形成第２部材（第２の流路形成部材）
１３ 流路形成第３部材（第１の流路形成部材、流路形成外側部材）
１５ 締結第１部材
１６ 締結第２部材
１７ 排出口
１１０ 被熱交換液体
１１１ 円錐部
１１２ 鍔部
１１３ 下端開口部
１１４ 第２流路
１２１ 円錐部
１２２ 螺旋溝
１２４ 液体流入口
１３０ 熱交換用液体
１３１ 液体入口
１３２ 液体出口
１３３ 下端開口部
１３４ 第１流路
１３５ 鍔部
１３６ 円錐部
２０１ 熱交換器
２０２ 熱交換器
２１１ 流路形成第２部材（第２の流路形成部材）
２１２ 螺旋溝
２１３ 第２流路
２２１ 流路形成第２部材（第２の流路形成部材）
２２２ 下端開口部

Claims (5)

1. 容器形状を有する第１の流路形成部材と、前記第１の流路形成部材の内側に前記第１の流路形成部材に対して取り外し可能に配置された第２の流路形部材とを備え、
   前記第１の流路形成部材は、容器形状の周壁部の内周面の径が上部から下部に向かって漸次小さくなり、かつ熱交換用液体を流す第１流路が前記周壁部内に形成され、
   前記第１の流路形成部材の前記内周面と前記第２の流路形成部材の外周面との間には、これら内周面と外周面とによって前記熱交換用液体と熱交換される被熱交換液体を流す螺旋状の第２流路が形成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記第１の流路形成部材は、前記第２流路から前記被熱交換液体を排出する排出口が下端部に形成され、
   前記第２の流路形成部材は、容器形状を有し、下端部に開口部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第１の流路形成部材は、流路形成内側部材と流路形成外側部材とを備え、
   前記流路形成内側部材の外周面と前記流路形成外側部材の内周面との間には、これら内周面と外周面とによって前記第１流路が形成され、
   前記流路形成内側部材の内周面と前記第２の流路形成部材の外周面との間には、これら内周面と外周面とによって前記第２流路が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記第１の流路形成部材は、前記第２流路から前記被熱交換液体を排出する排出口が下端部に形成され、
   前記第２流路は、上部から下部に向かって流路の大きさが漸次大きくなっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器と、
   前記熱交換用液体を貯蔵する貯蔵部と、
   前記熱交換用液体を前記貯蔵部から前記熱交換器に供給する供給部とを備えていることを特徴とする熱交換システム。

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