WO2015015933A1

WO2015015933A1 - 熱交換器および熱交換システム

Info

Publication number: WO2015015933A1
Application number: PCT/JP2014/066111
Authority: WO
Inventors: 高橋　大輔; 俊範岡田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2016-01-30
Also published as: JP2015028396A

Abstract

　流体流路の洗浄および流体流路の状態確認を容易に行うことが可能な熱交換器および熱交換システムを実現する。被熱交換（１１０）と熱交換用流体（１２０）との間で熱交換を行って、被熱交換液体の温度を調整する熱交換器（１）であって、略漏斗の円錐部分の形状の流路形成部（１１）を備え、流路形成部（１１）は、流路形成部（１１）の内周面上に略螺旋状に形成された、被熱交換液体（１１０）の流路である被熱交換液体流路を有し、被熱交換液体流路は、鉛直上方部分が解放されている溝状の流路である。

Description

熱交換器および熱交換システム

　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おり、さらにこの対策としては、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、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。

　このことに関して、冷却を簡便化する手段として、例えば特許文献１に示すように、哺乳瓶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、哺乳瓶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媒を攪拌するといった構成が明示されている。

　一方、乳児用のミルクに限らず、一般的な液体の冷却については熱交換を用いる方法があり、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、加熱前の水タンクの中を通る配管内に導かれることにより冷却されて湯冷ましが作れ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。

日本国公開特許公報特開２０１１－２２９５９４号公報（２０１１年１１月１７日公開）日本国特許第３０２９７３２号明細書（２０００年４月４日発行）日本国公表特許公報特表２００５－５１３４１０号公報（２００５年５月１２日公表）

　しかしながら、特許文献１に示す従来技術では、冷却容器を用いても５分以上の冷却時間が必要となっている。これは特許文献１に示すような、哺乳瓶等の容器に入っているミルク等の液体を冷却する方法では、冷媒と接触する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、この方法では予め冷却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ため、冷却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に示す従来技術では、液体が流れる配管を取外し、配管内を洗浄することが困難なうえ、配管内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的に保つことが困難である。

　また、特許文献３に示す従来技術では、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、その目的は、流体流路の洗浄および流体流路の状態確認を容易に行うことが可能な熱交換器および熱交換システムを実現することにある。

　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、被熱交換液体と熱交換用流体との間で熱交換を行って、被熱交換液体の温度を調整する熱交換器であって、略漏斗の円錐部分の形状の流路形成部を備え、上記流路形成部は、当該流路形成部の内周面上に略螺旋状に形成された、上記被熱交換液体の流路である被熱交換液体流路を有し、上記被熱交換液体流路は、鉛直上方部分が解放されている溝状の流路である。

　本発明の一態様によれば、被熱交換液体を衛生的に所望の温度に調整することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態を示すものであり、熱交換システムの構成の一例を示す図である。別の熱交換システムの構成の一例を示す図である。他の熱交換システムの構成の一例を示す図である。本発明に係る熱交換器の流路形成部の外観を示す斜視図である。本発明に係る熱交換器の流路カバー部の外観を示す斜視図である。本発明の実施例１に係る熱交換器の断面図である。本発明の実施例２に係る熱交換器の断面図である。本発明の実施例３に係る熱交換器の鉛直上向きから見た外観を示す図である。本発明の実施例３に係る熱交換器の断面図である。本発明の変形例に係る熱交換器の流路カバー部の鉛直上向きから見た外観を示す図である。本発明の実施例４に係る熱交換器の断面の斜視図である。本発明の実施例４に係る熱交換器の鉛直上向きから見た外観を示す図である。

　本発明の一実施形態について図１から図１２に基づいて説明すると以下の通りである。なお、以下では、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。ここで、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。

　ただし、被熱交換液体はミルクに限るものではなく、飲料用の液体など、任意の液体でよい。また、熱交換用液体も水に限るものではなく、任意の液体でもよい。さらに、熱交換用液体として液体ではなく任意の気体を用いてもよい。また、熱交換用液体として、飲用に適した水道水を用いることが好ましい。熱交換用液体は、被熱交換液体等の直接口に触れるものと接触することはないが、熱交換器の洗浄時などに、熱交換用液体の流路から被熱交換液体の流路へと雑菌等が移動する可能性があるため、熱交換用液体として衛生的に問題のないものを用いた方がよい。

　また、以下では、被熱交換液体を熱交換用液体で冷却する熱交換器について説明するが、熱交換器は、熱交換用液体によって、被熱交換液体を加熱してもよい。

　〔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の一例を示す図である。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、熱交換用液体と被熱交換液体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１２０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１２０を熱交換器１へ送り出すものである。

　熱交換用液体１２０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１２０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に流入する。

　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に向かって注がれる。熱交換器１には、被熱交換液体１１０の流路が、上面が解放された形状で形成されており、上方から注がれる被熱交換液体１１０を受けることが可能となっている。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１２０と熱交換が行われる。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おいてもよい。

　また、ポンプ３にて熱交換用液体１２０の送り流量を変化させることにより熱交換量を変えることができるため、熱交換器１から流出する被熱交換液体１１０の温度を変えることが可能となる。流量を増やすと被熱交換液体１１０の温度は熱交換用液体１２０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。より具体的には、低温の熱交換用液体１２０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１２０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の温度は低下し、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。

　次に、熱交換システムの変形例について図２に基づいて説明する。図２は、別の熱交換システムの構成の一例を示す図である。図２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、フィンの設置による放熱機構等である。

　熱交換用液体１２０によって被熱交換液体１１０を冷却する場合、熱交換用液体１２０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１２０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１２０の温度上昇は大きくなってしまう。熱交換用液体１２０の温度が上昇してしまうと、被熱交換液体１１０との温度差が小さくなってしまうため、熱交換量が低下してしまう。

　そのため、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１２０を冷却することにより、熱交換器１における熱交換によって上昇した熱交換用液体１２０の温度を低下させることができる。それゆえ、熱交換用液体１２０の温度を低温で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１２０の量を少なくすることも可能となる。

　次に、熱交換システムの他の変形例について図３に基づいて説明する。図３は、他の熱交換システムの構成の一例を示す図である。図３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と異なり、タンク２にヒーター７が設置されている。図３に示す熱交換システム１０２は、高温の熱交換用液体１２０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利用シーン、例えば、調乳後ミルクの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。

　〔熱交換器の構成〕
　次に、熱交換器１の構成について、図４および図５に基づいて説明する。熱交換器１は、流路形成部１１および流路カバー部１２を備える。図４は流路形成部１１の外観を示す斜視図であり、図５は流路カバー部１２の外観を示す斜視図である。

　図４および図５に示すように、流路形成部１１および流路カバー部１２は、漏斗の円錐部分とほぼ同じ形状である。換言すると、流路形成部１１および流路カバー部１２は、上面および底面が開口する略円錐台の形状である。ここで、円錐部分の中心軸をＺ軸とし、円錐部分の中心軸と直交する軸をＸ軸、Ｙ軸とする。

　流路形成部１１は、本体部分である円錐部１１５と、円錐部１１５の内周面に形成された内面リブ１１１と、円錐部の外周面に形成された外面リブ１１２とを含む。内面リブ１１１は、円錐部１１５の内周面から略鉛直上向き（Ｚ軸の正方向）に伸長するものである。また、外面リブ１１２は、円錐部１１５の外周面からＸＹ平面と略平行な方向に伸長するものである。

　図５に示すように、流路カバー部１２は、ポンプ３によって供給される熱交換用液体１２０の流入口である熱交換用液体入口１２１と、熱交換器１から排出される熱交換用液体１２０の流出口である熱交換用液体出口１２２とを備える。図５に示す例では、熱交換用液体入口１２１は流路カバー部１２の下部に配置され、熱交換用液体出口１２２は流路カバー部１２の上部に配置されている。ただし、これに限るものではなく、熱交換用液体入口１２１は流路カバー部１２の上部に配置され、熱交換用液体出口１２２は流路カバー部１２の下部に配置されてもよい。

　熱交換器１は、流路カバー部１２の内周面側に、流路形成部１１を収容させて、流路形成部１１と流路カバー部１２を係合させたものである。流路形成部１１の下部開口部１１３と流路カバー部１２の下部開口部１２３とにより、熱交換器１の被熱交換液体１１０の排出口が形成される。流路形成部１１に設けられた締結用貫通穴１１４と、流路カバー部１２に設けられた締結用貫通穴１２４とに留め具を通して流路形成部１１と流路カバー部１２とが固定される。なお、流路形成部１１と流路カバー部１２とを挟む固定治具を用いて両者を固定してもよい。

　ここで、被熱交換液体１１０の流路である第１流路は、流路形成部１１の円錐部１１５の内周面と内面リブ１１１とによって形成される。第１流路は鉛直上方部分が解放されている溝状の形状である。また、熱交換用液体１２０の流路である第２流路は、流路形成部１１の円錐部１１５の外周面と、外面リブ１１２と、流路カバー部１２の内周面とによって形成される。第２流路は、円錐部１１５の外周面と、外面リブ１１２と、流路カバー部１２の内周面とによって閉じられた空間（閉流路）である。このように、流路形成部１１および流路カバー部１２は型成型時に面倒となるアンダーカット等が無く、抜き勾配も付けやすい簡単な形状であるため、熱交換器１を構成する流路形成部１１および流路カバー部１２を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。

　次に、内面リブ１１１および外面リブ１１２の形状、並びに、第１流路および第２流路の形状について３つの実施例１～３を例示して説明する。

　（実施例１）
　まず、図６に基づいて、実施例１に係る熱交換器１を説明する。図６は、実施例１に係る熱交換器１の断面図である。

　図６に示すように、内面リブ１１１は、流路形成部１１の円錐部１１５の内周面の上部辺縁から下部中央にまで、螺旋状に形成されている。すなわち、実施例１における第１流路は、螺旋状の形状である。また、外面リブ１１２は、流路形成部１１の円錐部１１５の外周面の上部辺縁から下部中央にまで、螺旋状に形成されている。すなわち、実施例１における第２流路は、螺旋状の形状である。換言すると、第１流路は、流路形成部１１の内周面に沿って形成された、円錐部分の中心軸を中心軸とする螺旋状の形状である。一方、第２流路は、流路形成部１１の外周面に沿って形成された、円錐部分の中心軸を中心軸とする螺旋状の形状である。

　図６に示すように、流路形成部１１の外面リブ１１２の端部と流路カバー部１２の内表面とが当接している。流路形成部１１と流路カバー部１２は、２つのＯリング１５によってシールされ、留め具１４によって固定される。

　被熱交換液体１１０は、熱交換器１の鉛直上向き側から供給され、上段（望ましくは最上段）の第１流路に注がれる。上段の第１流路に注がれた被熱交換液体１１０は、内面リブ１１１によって形成された螺旋状流路を回転しながら鉛直下向きに自重で流れる。第１流路を流れる間に、被熱交換液体１１０は、流路形成部１１の外側を流れる熱交換用液体１２０と熱交換を行う。そして、被熱交換液体１１０は、熱交換器１の排出口１３からカップ５へ滴下される。

　このように、被熱交換液体１１０が流れる第１流路が螺旋状であることにより、被熱交換液体１１０の流路長は長くなる。そのため、熱交換に利用される表面積（被熱交換液体１１０が第１流路と接触する面積）が被熱交換液体１１０の体積に対して大きくなるため、熱交換の効率が向上する。

　ここで、内面リブ１１１の高さは熱交換器１（流路形成部１１の円錐部１１５）の上端面（鉛直上向き側の端面）を超えないようにしておくことが望ましい。内面リブ１１１の高さを熱交換器１の上端面を超えないようにしておくことで、万が一、被熱交換液体１１０の量が熱交換器１（第１流路）から溢れるほど多く注がれたとしても、内面リブ１１１から熱交換器１の中心軸方向に被熱交換液体１１０が溢れる。そのため、第１流路から溢れた被熱交換液体１１０は排出口１３より出ることになり、下方にあるカップ５で受けられるからである。

　逆に内面リブ１１１の高さが熱交換器１の上端面よりも高い場合は、熱交換器１の外周方向（半径方向）に被熱交換液体１１０が溢れるため、カップ５の外に漏れていく恐れがある。さらに、内面リブ１１１の高さが高くなると、熱交換器１の取り扱い時に、内面リブ１１１を折ってしまう危険性が非常に高くなるため、好ましくない。

　一方、タンク２からポンプ３によって送られてくる熱交換用液体１２０は、熱交換器１の下部の熱交換用液体入口１２１から供給される。熱交換用液体１２０は、流路形成部１１と流路カバー部１２との間に形成された螺旋状の第２流路内を回転しながら鉛直上向きに流れていき、熱交換用液体出口１２２から排出される。熱交換用液体１２０は、第２流路を流れている間に、流路形成部１１の内側を流れる被熱交換液体１１０と熱交換を行う。

　熱交換用液体入口１２１および熱交換用液体出口１２２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、熱交換用液体入口１２１および熱交換用液体出口１２２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。

　このように、漏斗の円錐部分の形状である流路形成部１１の内表面から鉛直上向きに伸長する内面リブ１１１によって第１流路が形成される。この第１流路は鉛直上方部分が解放されている溝状の形状であることにより、被熱交換液体１１０が流れる第１流路の洗浄、および、第１流路の状態（特に衛生的な状態）の確認を容易に行うことができる。さらに、第１流路は鉛直上方部分が解放されているため、第１流路内を目視することができ、表面の汚れ等の有無を容易に確認することができる。したがって、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、流路形成部１１と流路カバー部１２とは容易に脱着可能である。流路カバー部１２を取り外すと、外面リブ１１２によって形成される第２流路は、半径方向側の部分が解放されている。そのため、流路カバー部１２を取り外すことにより、熱交換用液体１２０が流れる第２流路の洗浄、および、第２流路の状態確認を容易に行うことができる。また、流路カバー部１２を取り外すことにより、第２流路内を目視することができる。

　なお、換言すると、第１流路および流路カバー部１２が取り外された状態における第２流路は、流路を液体が自重で流れる方向と直交する方向の一側面が解放された溝形状である。

　（実施例２）
　次に、図７に基づいて、実施例２に係る熱交換器１ａを説明する。図７は、実施例２に係る熱交換器１ａの断面図である。

　図７に示すように、内面リブ１１１ａは、実施例１と同様に、流路形成部１１の円錐部１１５の内周面の上部辺縁から下部中央にまで、螺旋状に形成されている。ただし、実施例２では、流路形成部１１の上部側（鉛直上方側）の内面リブ１１１ａの高さより、流路形成部１１の下部側（鉛直下方側）の内面リブ１１１ａの高さを高くする。例えば、内面リブ１１１ａの高さが、流路形成部１１の下方（鉛直下向き）にいくにしたがって、高くなっていてもよい。

　熱交換器１に供給される被熱交換液体１１０の量が、排出口１３から排出可能な量を超えた場合、被熱交換液体１１０が熱交換器１の下部に溜っていくことになる。この時、被熱交換液体１１０の体積に対して熱交換がおこなわれる表面積の割合が低下してしまうため、熱交換の効率が低下する。

　この場合においても、熱交換器１の下方側で内面リブ１１１ａの高さを高くしておくことにより、熱交換ができる表面積（被熱交換液体１１０と内面リブ１１１ａとの界面の面積）を多くとることができるため、熱交換効率の低下を抑制することができる。

　一方で、内面リブ１１１ａの高さを高くしすぎると、内面リブ１１１ａが折れやすくなってしまう他、洗い難くなってしまうため、被熱交換液体１１０の投入量との兼ね合いを考慮して内面リブ１１１ａの高さを設計することが好ましい。

　なお、実施例２における外面リブ１１２の形状は実施例１と同じである。すなわち、第２流路の形状も実施例１と同じである。

　（実施例３）
　次に、図８および図９に基づいて、実施例３に係る熱交換器１ｂを説明する。図８は、実施例３に係る熱交換器１ｂの鉛直上向き側から見た外観を示す図である。図９は、実施例３に係る熱交換器１ｂの断面図である。

　実施例３では、内面リブ１１１ｂの形状は、略螺旋状であるが、実施例１および２と異なり、単純な螺旋状ではない。図８に示すように、実施例３では、内面リブ１１１ｂは、第１流路が流路形成部１１の内周面を１周する手前で１段下がり、１段下がると反対方向に１周することを繰り返すように形成されている。

　また、図９の熱交換器１ｂの断面図に示されるように、被熱交換液体１１０の流れる方向は、段を下るごとに図に向かって左側、右側と交互に向きが変わっているほか、被熱交換液体１１０の第１流路は各段で略水平となっている。また、第１流路は被熱交換液体１１０の流れる向きが変わる箇所で下段に下がる。

　このため、被熱交換液体１１０の流れが方向転換の際に一旦止められるうえ、流路形成部１１の内周面を旋回している際には自重で流れが加速されないようになっている。

　これによって、被熱交換液体１１０が熱交換器１ｂ（第１流路）に滞在する時間は長くなるため、熱交換量を大きくさせることが可能となる。

　一方で本実施例の内面リブ１１１ｂ形状では、実施例１および実施例２より被熱交換液体１１０の熱交換にかかる時間が長くなってしまうほか、熱交換器１ｂ内に被熱交換液体１１０が残りやすくなってしまうため、得たい被熱交換液体１１０の量や温度といった使用目的のほか、タンク２の容量、ポンプ３の性能、補助冷却機構６またはヒーター７の有無といった熱交換システム全体の構成をよく吟味したうえで、実施例３の内面リブ１１１ｂ形状を採用することが好ましい。

　なお、実施例２と同様に、内面リブ１１１ｂの高さを流路形成部１１の下部側が高くなるようにしてもよい。

　また、実施例３における外面リブ１１２の形状は実施例１と同じである。すなわち、第２流路の形状も実施例１と同じである。

　（実施例１～３の変形例）
　なお、上述の実施例１～３では、流路形成部１１の内側の第１流路を被熱交換液体１１０の流路（被熱交換液体流路）とし、外側の第２流路を熱交換用液体１２０の流路（熱交換用液体流路）としているが、これに限るものではなく、流路形成部１１の内側の第１流路を熱交換用液体１２０の流路（熱交換用液体流路）とし、外側の第２流路を被熱交換液体１１０の流路（被熱交換液体流路）としてもよい。

　また、上述の実施例１～３では、第２流路が螺旋状であるが、これに限るものではない。例えば、第２流路が、実施例３に示す第１流路と同様の形状であってもよい。

　さらに、上述の実施例１～３において、流路形成部１１が外面リブ１１２を備えず、第２流路が流路形成部１１と流路カバー部１２との間の空間であってもよい。この場合、流路形成部１１と流路カバー部１２との間の空間全体に熱交換用液体１２０が流れるようにするために、図１０に示すような位置に熱交換用液体入口１２１および熱交換用液体出口１２２に配置し、さらに、熱交換用液体入口１２１は流路カバー部１２の下方に配置し、熱交換用液体出口１２２は流路カバー部１２の上方に配置することが好ましい。上方より熱交換用液体１２０を入れてしまうと流路パスができてしまい、熱交換が十分にできなくなってしまうためである。

　（実施例４）
　次に、実施例４として、円筒形の熱交換器について図１１および図１２に基づいて説明する。図１１は、実施例４に係る熱交換器１ｃの断面の斜視図である。図１２は、実施例４に係る熱交換器１ｃの鉛直上向き側から見た外観を示す図である。ここでは、円筒の中心軸をＺ軸とし、中心軸と直交する軸をＸ軸、Ｙ軸とする。

　図１１に示すように、熱交換器１ｃは、流路形成部２１、流路カバー部２２、熱交換用液体配管部材３３、熱交換用液体入口部材３１および熱交換用液体出口部材３２を備える。流路形成部２１は、流路カバー部２２および熱交換用液体配管部材３３と共に、被熱交換液体１１０の流路（被熱交換液体流路）を形成するものである。流路形成部２１は、図１１に示すように、熱交換用液体配管部材３３からＸＹ平面と略平行な方向に伸長する螺旋状の形状である。流路カバー部２２は、中空の円筒形であり、流路カバー部２２の内表面と流路形成部２１の半径方向の端部とが当接する。熱交換用液体配管部材３３は、熱交換用液体１２０の流路を形成するものであり、熱交換器１ｃの中心軸に配置された管である。熱交換用液体配管部材３３は、その一端が熱交換用液体入口部材３１と接続し、他端が熱交換用液体出口部材３２と接続する。熱交換用液体配管部材３３と熱交換用液体入口部材３１および熱交換用液体出口部材３２とは、それぞれＯリング２５によってシールされている。図示の例では、熱交換用液体入口部材３１が熱交換用液体配管部材３３の鉛直下向き側に配置され、熱交換用液体出口部材３２が熱交換用液体配管部材３３の鉛直上向き側に配置されているが、逆であってもよい。

　上述のように、熱交換器１ｃには、流路形成部２１、流路カバー部２２および熱交換用液体配管部材３３によって、熱交換用液体配管部材３３を中心軸とする螺旋状の被熱交換液体の流路である被熱交換液体流路が形成されている。また、被熱交換液体流路は、流路形成部２１、流路カバー部２２および熱交換用液体配管部材３３によって閉じられた閉流路である。

　被熱交換液体１１０は、熱交換器１ｃの鉛直上向き側から供給され、最上段の被熱交換液体流路に注がれる。最上段の被熱交換液体流路に注がれた被熱交換液体１１０は、流路形成部２１によって形成された螺旋状流路を回転しながら鉛直下向きに自重で流れる。被熱交換液体流路を流れる間に、被熱交換液体１１０は、熱交換用液体配管部材３３を流れる熱交換用液体１２０と熱交換を行う。そして、被熱交換液体１１０は、熱交換器１ｃの排出口２３からカップ５へ滴下される。

　このように、被熱交換液体１１０が流れる被熱交換液体流路が螺旋状であることにより、被熱交換液体１１０の流路長は長くなる。そのため、熱交換に利用される表面積（被熱交換液体１１０が被熱交換液体流路と接触する面積）が被熱交換液体１１０の体積に対して大きくなるため、熱交換の効率が向上する。

　流路カバー部２２、熱交換用液体入口部材３１および熱交換用液体出口部材３２は、熱交換器１ｃから脱着可能である。熱交換用液体入口部材３１および熱交換用液体出口部材３２を熱交換用液体配管部材３３から取り外すことにより、流路カバー部２２を取り外すことが可能となる。また、流路形成部２１と熱交換用液体配管部材３３とは、一体であっても、分離可能であってもよい。ただし、熱交換効率の観点から、流路形成部２１および熱交換用液体配管部材３３は一体であることが望ましい。

　流路カバー部２２を取り外すと、流路形成部２１によって形成される被熱交換液体流路は、半径方向側の部分が解放されている。そのため、流路カバー部２２を取り外すことにより。被熱交換液体流路の洗浄、および、被熱交換液体流路の状態確認を容易に行うことができる。また、流路カバー部２２を取り外すことにより、被熱交換液体流路内を目視することができる。

　なお、換言すると、流路カバー部２２が取り外された状態における被熱交換液体流路は、流路を液体が自重で流れる方向と直交する方向の一側面が解放された溝形状である。

　まとめると、本発明に係る熱交換器（実施例１～４に係る熱交換器）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、本発明により、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、被熱交換液体と熱交換用流体との間で熱交換を行って、被熱交換液体の温度を調整する熱交換器であって、略漏斗の円錐部分の形状の流路形成部を備え、上記流路形成部は、当該流路形成部の内周面上に略螺旋状に形成された、上記被熱交換液体の流路である被熱交換液体流路を有し、上記被熱交換液体流路は、鉛直上方部分が解放されている溝状の流路である。

　上記の構成によれば、上記被熱交換液体が流れる被熱交換液体流路は、鉛直上方部分が解放されている溝状の流路であるため、上記被熱交換液体流路の洗浄および上記被熱交換液体流路の状態確認を容易に行うことができる。よって、上記被熱交換液体流路の衛生管理を容易に行うことができる。したがって、被熱交換液体を衛生的に所望の温度に調整することができる。

　本発明の態様２に係る熱交換器は、上記態様１において、上記被熱交換液体流路は、上記流路形成部の内周面から略鉛直上向きに伸長するリブと、上記流路形成部の内周面とによって形成されてもよい。

　上記の構成によれば、単純な構造で流路を形成することができるため、熱交換器を構成する部材を型成型により作製することができる。よって、熱交換器を安価に製造することができる。

　本発明の態様３に係る熱交換器は、上記態様２において、上記流路形成部の鉛直下方側の上記リブの高さは、上記流路形成部の鉛直上方側の上記リブの高さより、高くてもよい。

　熱交換器に供給される被熱交換液体の量が、熱交換器の排出口から排出可能な量を超えた場合、被熱交換液体が流路形成部（被熱交換液体流路）の下部に溜っていくことになる。この時、被熱交換液体体積に対して熱交換がおこなわれる表面積の割合が低下してしまうため、熱交換の効率が低下する。

　上記の構成によれば、被熱交換液体の供給量が多くなったとしても、流路形成部の下方側でリブの高さを高くしておくことにより、熱交換ができる表面積（被熱交換液体とリブとの界面の面積）を多くとることができるため、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４に係る熱交換器は、被熱交換液体と熱交換用流体との間で熱交換を行って、被熱交換液体の温度を調整する熱交換器であって、略漏斗の円錐部分の形状の流路形成部と、略漏斗の円錐部分の形状の脱着可能な流路カバー部と、上記流路形成部と上記流路カバー部との間に略螺旋状に形成された、上記被熱交換液体の流路である被熱交換液体流路と、を備え、上記被熱交換液体流路は、上記流路カバー部を取り外すと、半径方向側の部分が解放されている溝状の流路である。

　上記の構成によれば、上記被熱交換液体が流れる被熱交換液体流路は、上記流路カバー部を取り外すと、半径方向側の部分が解放されている溝状の流路であるため、上記被熱交換液体流路の洗浄および上記被熱交換液体流路の状態確認を容易に行うことができる。よって、上記被熱交換液体流路の衛生管理を容易に行うことができる。したがって、被熱交換液体を衛生的に所望の温度に調整することができる。

　本発明の態様５に係る熱交換器は、被熱交換液体と熱交換用流体との間で熱交換を行って、被熱交換液体の温度を調整する熱交換器であって、中空の略円筒形の脱着可能な流路カバー部と、上記流路カバー部の中心軸に配置された、上記熱交換用流体が流れる配管部材と、上記配管部材から略半径方向に伸長する螺旋状の流路形成部と、上記流路形成部と上記流路カバー部と上記配管部材との間に螺旋状に形成された、上記被熱交換液体の流路である被熱交換液体流路と、を備え、上記被熱交換液体流路は、上記流路カバー部を取り外すと、半径方向側の部分が解放されている溝状の流路である。

　本発明の態様６に係る熱交換システムは、上記態様１～５の何れかの熱交換器と、上記熱交換用流体を貯蔵する貯蔵部と、上記熱交換用流体を上記貯蔵部から上記熱交換器に供給する供給部と、を備える。

　上記の構成によれば、上記供給部が上記熱交換器に供給する上記熱交換用流体の供給量を増減させることにより、上記熱交換器から排出される被熱交換液体の温度を変えることができる。例えば、低温の熱交換用液体によって、高温の被熱交換液体を冷却する場合、熱交換用液体の供給量を増加させると、熱交換器から排出される被熱交換液体の温度は相対的に低下させることができ、供給量を減少させると、熱交換器から排出される被熱交換液体の温度を相対的に上昇させることができる。

　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。

　本発明により、液体流路の洗浄および液体流路の状態確認が容易な熱交換器を提供することができ、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。また、本発明における熱交換器は上述のような形状とすることにより型成型による作製が可能で切削加工等はほとんど不要で製造コストは安価であるため、育児に携わる多くの人たちに普及させることが可能である。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ　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、２１　流路形成部
１２、２２　流路カバー部
１３、２３　排出口
３１　熱交換用液体入口部材
３２　熱交換用液体出口部材
３３　熱交換用液体配管部材
１１０　被熱交換液体
１１１、１１１ａ、１１１ｂ　内面リブ（リブ）
１１２　外面リブ
１２０　熱交換用液体
１２１　熱交換用液体入口
１２２　熱交換用液体出口

Claims

　被熱交換液体と熱交換用流体との間で熱交換を行って、被熱交換液体の温度を調整する熱交換器であって、
　略漏斗の円錐部分の形状の流路形成部を備え、
　上記流路形成部は、当該流路形成部の内周面上に略螺旋状に形成された、上記被熱交換液体の流路である被熱交換液体流路を有し、
　上記被熱交換液体流路は、鉛直上方部分が解放されている溝状の流路であることを特徴とする熱交換器。
　上記被熱交換液体流路は、上記流路形成部の内周面から略鉛直上向きに伸長するリブと、上記流路形成部の内周面とによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
　上記流路形成部の鉛直下方側の上記リブの高さは、上記流路形成部の鉛直上方側の上記リブの高さより、高いことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
　被熱交換液体と熱交換用流体との間で熱交換を行って、被熱交換液体の温度を調整する熱交換器であって、
　略漏斗の円錐部分の形状の流路形成部と、
　略漏斗の円錐部分の形状の脱着可能な流路カバー部と、
　上記流路形成部と上記流路カバー部との間に略螺旋状に形成された、上記被熱交換液体の流路である被熱交換液体流路と、を備え、
　上記被熱交換液体流路は、上記流路カバー部を取り外すと、半径方向側の部分が解放されている溝状の流路であることを特徴とする熱交換器。
　請求項１～４の何れか１項に記載の熱交換器と、
　上記熱交換用流体を貯蔵する貯蔵部と、
　上記熱交換用流体を上記貯蔵部から上記熱交換器に供給する供給部と、を備える熱交換システム。