JP2000171188A - プレ―ト式熱交換器 - Google Patents
プレ―ト式熱交換器Info
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Abstract
に優れたプレート式熱交換器を提供する。 【解決手段】積層された複数のプレートおよびフィンの
各接触部間をろう付けして熱交換部が構成されるプレー
ト式熱交換器において、流体と接するプレート表面およ
びフィン表面が耐食性や流動性に優れクロムおよび燐を
含むニッケル合金で覆われたものである。これにより、
熱処理時にろう材と接するプレートあるいはフィンとの
相互拡散によって生ずるろう材の耐食性低下を防止する
ことができる。また、熱処理時に溶融凝固したろう材の
凝固先端部付近において、ろう材とプレートあるいはフ
ィンとの腐食電位差などが原因となって発生する腐食を
防止することができる。
Description
よびフィンあるいは複数のプレートを積層し、各接触部
をろう付けすることによって熱交換部を構成したプレー
ト式熱交換器に関する。
レートとフィンを交互に積層し、各プレートとフィンの
接触部をろう付けして熱交換部が構成される。また、プ
レート平面にスペーサや撹拌用の凹凸部を形成し、フィ
ンを省略することも可能であり、この場合にはプレート
同士の接触部がろう付けされる。
分野で使用実績が豊富な銅ろうが使用されている。しか
しながら、銅ろうは高温特性が劣るためおよそ200℃
以上の高温流体への適用が困難であった。また、銅ろう
は耐食性も劣るため腐食性流体への適用も困難であり、
銅に比べ高温特性や耐食性に優れるニッケルろうが使用
されるようになってきた。
器に適用する場合、一般にプレート上に形成された凸部
やフランジ部等のろう付け部あるいはフィンを使用する
場合にはフィンと接触するプレート面にろう材を均一に
付着させ、加熱することによりろう付けされる。
粉末状ろう材の付着方法として、ろう材とろう材固定用
の液状バインダーを予めペースト状に混合したものをス
クリーン印刷により付着させたり、ペースト状ろう材を
ディスペンサーやはけなどを用いて付着させたり、ろう
材とバインダーを同時にスプレイして付着させる方法が
知られている。
付け部に均一に粉末状ろう材を供給しても、ろう付け熱
処理の工程で溶融したろう材の一部はろう付け部から隣
接するプレート表面やフィン表面へ流出し、凝固する。
この際、流れ出たろう材の凝固先端部近傍においてはろ
う材とプレートあるいはフィンとの腐食電位差などが原
因となって熱交換部に腐食性流体を流した場合等に腐食
が発生するという問題があった。このような腐食は、耐
食性の優れたろう材を使用しても発生するため、ニッケ
ルろうを適用する場合の問題となっていた。
いるニッケル−クロム−ボロン−シリコン合金はろう付
け温度がおよそ1100℃以上と高く、また原子半径が
小さく拡散しやすいボロンを含有しているため熱処理の
工程でろう材とステンレス鋼等からなるプレートあるい
はフィンとの相互拡散によって、ろう材中へプレートあ
るいはフィン素材中の鉄元素が多量に拡散し、ろう材の
耐食性を低下させるという問題があった。
を使用したプレート式熱交換器の難点を解消するために
成されたものであり、高温特性および耐食性に優れた熱
交換器を提供することを、その目的としている。
換器は、積層された複数のプレートおよびフィンの各接
触部あるいは積層された複数のプレートの各接触部がク
ロムおよび燐を含むニッケル合金でろう付けして熱交換
部が構成されることを特徴としている。また、少なくと
も流体と接するプレート表面およびフィン表面がクロム
および燐を含むニッケル合金で覆われていることを特徴
としている。また、クロムおよび燐を含むニッケル合金
は、重量比でクロムが10〜30%、燐が8〜13%、
残部が実質的にニッケルからなることを特徴としてい
る。
ル合金ろうは耐食性および高温特性に優れ、同時にろう
付け熱処理時の流動性が銅ろうやボロンを含むニッケル
ろうに比べて優れているため、プレート上に形成された
凸部やフランジ部等のろう付け部に各種方法で付着させ
た粉末状のろう材を接合部だけでなく熱交換部を構成す
るプレートやフィンの表面にも流出させて、図1に示す
ように流体と接するプレート表面やフィン表面を覆わせ
ることが可能となる。このためろう材が流れた先端部付
近において、ろう材とプレートあるいはフィンとの腐食
電位差などが原因となって発生する腐食を防止すること
ができる。
むニッケル合金は極めて流動性に優れるためにろう付け
部においてろう材不足によるろう切れや接合強度の低下
を引き起こさずにろう材をろう付け部から流出させ、プ
レート表面やフィン表面を覆わせることができる。
ニッケル合金ろうは、ボロンを含むニッケルろうに比べ
て融点が低いためにろう付温度を低くすることができ、
また合金元素として拡散しやすいボロンを含有していな
いためろう材とプレートあるいはフィンとの相互拡散を
少なくすることが可能である。このためろう材中への鉄
の多量の拡散にともなうろう材の耐食性低下を防ぐこと
ができる。
ニッケル合金組成の限定理由について説明する。クロム
は、ニッケルに固溶してニッケル−クロム固溶体とな
り、耐食性や耐酸化性を向上させるに必要な元素であ
り、少なくとも10%は必要である。しかし、多量の含
有は濡れ性を低下させることから30%までとした。燐
は、合金の融点を下げ、ろう付け性を向上させるに必要
な元素であり、少なくとも8%は必要である。しかし、
多量の含有は融点を上昇させるとともに合金を脆くさせ
ることから13%までとした。
ル合金は、燐の一部をシリコンで置換してもよい。ま
た、耐食性をさらに向上させるためにモリブデンを含む
こともできる。
ッケル−クロム−ボロン−シリコン合金に合金元素とし
て添加されているボロンは、ろう付け熱処理中に主とし
てプレートやフィン素材の結晶粒界に沿って拡散しやす
く、プレートが薄い場合には貫通穴を生じさせるという
問題があった。このエロージョンと呼ばれる現象は、特
に熱効率の向上や軽量化の観点から熱交換器のプレート
を薄くしたい場合に大きな問題となっていたが、本発明
に係るクロムおよび燐を含むニッケル合金ろうはエロー
ジョンの原因となるボロンを合金元素として含まないた
めに薄板構造物で大きな問題となるエロージョンを防ぐ
ことが可能となる。さらに本発明に係るプレート式熱交
換器においてはプレートなどの構成部品を一層薄くする
こともでき、熱交換器の軽量化も可能となる。
体と接するプレートやフィンの素材として、一般に耐食
性に優れるステンレス鋼等が使用されているが、本発明
においてはプレート表面やフィン表面が耐食性に優れる
クロムおよび燐を含むニッケル合金で覆われるため、安
価な炭素鋼等をプレートやフィンの素材として使用する
ことができる。
たプレートは薄平板にスペーサや撹拌用の凹凸部や流体
出入口のフランジ部等を加工するためにプレートやフィ
ンの素材としては優れた加工性が要求される。炭素鋼は
ステンレス鋼に比較するとプレス性や深絞り性等の加工
性が優れているため、本発明においてプレートやフィン
に炭素鋼を使用することによってさらに高い加工性がプ
レートやフィンに要求された場合への適用も可能とな
る。
や流動性を得るために、ろう付け熱処理雰囲気として
は、10−3torrよりも高真空雰囲気あるいは非酸
化性雰囲気が望ましい。
の一方のみで腐食が問題となるような場合には、該流体
が流れる流路側のみプレート表面およびフィン表面をク
ロムおよび燐を含むニッケル合金で覆っても良い。
し各プレートとフィンの接触部間をろう付けして構成さ
れる熱交換部に対しても、またプレートの平面にスペー
サや撹拌用の凹凸部を形成してフィンを省略しプレート
同士の接触部間をろう付けして構成される熱交換部に対
しても、さらに一方の流体通路のみにフィンを挿入して
接触部間をろう付けして構成される熱交換部に対しても
適用可能である。
のSUS304板をT字型にスポット溶接し、ボロンを
含むニッケル−クロム−ボロン−シリコン合金ろう材
JIS Z3265 BNi−1と有機溶媒系のバイン
ダーを混合してペースト状にしたものを一端に塗布した
後、10−4torrの真空中で、1120℃、5分間
の条件でろう付けした。ニッケル−クロム−燐合金ろう
材BNi−7についても同様に塗布した後、10−4t
orrの真空中で、1050℃、5分間の条件でろう付
けした。
う材の流動性を調べた。その結果、BNi−1は2枚の
SUS板の接合部からおよそ2mmまでの範囲にろう材
が流れていたが、BNi−7ろう材はSUS板の全面を
ろう材が覆っていた。
硫酸溶液中に1週間浸漬し、腐食状況の比較を行った。
その結果、BNi−7の試験片では硫酸浸漬による外観
の変化は見られなかった。一方、BNi−1の試験片で
はろう材に若干の腐食が見られ、またろう材とSUS板
との界面に腐食による隙間が生じていた。
光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡で調べ、ろう材元素
の拡散状況の比較を行った。その結果、BNi−1の試
験片ではろう材と接するSUS板においてSUSの結晶
粒界に沿っておよそ0.1mmの深さまで拡散が認めら
れたが、BNi−7の試験片ではこのような粒界拡散は
認められなかった。
厚さのSUS304製のプレートにBNi−7ろう材と
有機溶媒系のバインダーを同時にスプレイ法により付着
させた。この際、ろう材の付着量は1cm2のプレート
表面に対しおよそ0.05gとした。このようにろう材
を付着させたプレートと0.3mm厚さのSUS304
製のフィンを複数枚用意し、図2(b)に示すように交
互に積層して所定の形状とした後、10−4torrの
真空中で、1060℃、10分間の条件でろう付けして
プレート式熱交換器を完成した。
レートに付着させ、フィンと積層して所定の形状とした
後、10−4torrの真空中で、1120℃、10分
間の条件でろう付けしてプレート式熱交換器を完成し
た。
を3kg/cm2で行い、いずれもろう切れによる漏洩
が生じていないことを確認した後、耐圧試験を行った。
その結果、BNi−1でろう付けした熱交換器の破壊強
度が31kg/cm2であったのに対して、BNi−7
でろう付けした熱交換器では32kg/cm2と同等の
破壊強度を示した。
調べた結果、BNi−1でろう付けした熱交換器ではろ
う材がプレートとフィンの接合部でフィレットを形成し
ていたが、接合部から離れた表面までろう材は流れてい
なかった。一方、BNi−7でろう付けした熱交換器で
はろう材がプレートおよびフィンの表面を覆っているこ
とが判った。さらに、BNi−7でろう付けした熱交換
器についてろう材の厚さをフィンとの接合部を除いたプ
レートの平面部10箇所で測定した結果、平均で12μ
mの厚さであることが判った。
として耐食性や流動性に優れるクロムおよび燐を含むニ
ッケル合金を使用し、また熱交換部の流体と接するプレ
ート表面およびフィン表面がクロムおよび燐を含むニッ
ケル合金で覆われているため、従来ニッケルろうを適用
する際に問題となっていたろう材凝固先端部近傍での腐
食や熱処時の相互拡散にともなうろう材の耐食性低下を
解決することができる。また、エロージョンの原因とな
るボロンを含まないろう材を使用するために、プレート
などの構成部品を薄くすることができ熱交換器の軽量化
が可能となる。
いる本発明のプレート式熱交換器断面の説明図である。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】積層された複数のプレートおよびフィンの
各接触部あるいは積層された複数のプレートの各接触部
がクロムおよび燐を含むニッケル合金でろう付けして熱
交換部が構成されることを特徴とするプレート式熱交換
器。 - 【請求項2】少なくとも流体と接するプレート表面およ
びフィン表面がクロムおよび燐を含むニッケル合金で覆
われていることを特徴とする特許請求の範囲請求項1記
載のプレート式熱交換器。 - 【請求項3】クロムおよび燐を含むニッケル合金は、重
量比でクロムが10〜30%、燐が8〜13%、残部が
実質的にニッケルからなることを特徴とする特許請求の
範囲請求項1あるいは請求項2記載のプレート式熱交換
器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10377015A JP2000171188A (ja) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | プレ―ト式熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP10377015A JP2000171188A (ja) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | プレ―ト式熱交換器 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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-
1998
- 1998-12-08 JP JP10377015A patent/JP2000171188A/ja active Pending
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