JP2001099588A - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の伝熱プレートを積層した積層体の表裏
両面側に耐圧フレームを積層して全体をろう付けしたフ
リージングプレート式熱交換器の側壁強化と結露防止。 【解決手段】 同一寸法の複数枚の伝熱プレート１を積
層した積層体５の表面側に第１保護プレート３１を介し
てノズル付き第１耐圧フレーム１１を積層し、積層体５
の裏面側に第２保護プレート３２を介して第２耐圧フレ
ーム１２を積層して各々の接触部分をろう付けした熱交
換器で、第１保護プレート３１の周辺のリブ接合部３１
ｂを表面側伝熱プレート１Ｓのリブ部４の外周にろう付
けし、第２保護プレート３２の周辺のリブ接合部３２ｂ
を裏面側伝熱プレート１Ｅのリブ部４の内周にろう付け
し、各保護プレート３１，３２の平坦な内外面を対応す
る各耐圧フレーム１１，１２に面接触させてろう付けす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銅ろうやニッケル
ろう等のろう材でステンレス鋼等の複数枚の積層された
伝熱プレートと一対の耐圧フレームを永久接合したブレ
ージングプレート式熱交換器に関し、詳しくは、伝熱プ
レートと耐圧フレームの接合部分の積層構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】多数枚の伝熱プレートと一対の耐圧フレ
ームをろう材を介し積層し、高温・真空下でろう材を溶
融させることで伝熱プレートと耐圧フレームを永久接合
したブレージングプレート式熱交換器の従来例を図４乃
至図７に示し説明する。図４に示されるプレート式熱交
換器は複数枚の同一寸法の伝熱プレート１、…を積層し
たプレート積層体５の表裏両面側に一対の第１耐圧フレ
ーム１１と第２耐圧フレーム１２を積層して一体化した
ものである。

【０００３】伝熱プレート１は板厚１ｍｍ以下の薄板の
ステンレス鋼板等を図５に示すような略矩形の波板にプ
レス成形したもので、中央部に波板状の伝熱部２と、こ
の伝熱部２の４隅部に２種類の流体の出入口である通路
穴３と、伝熱部２と通路穴３を囲う周辺部に裏面側に屈
曲させたリム部４を有する。図６及び図７に示すよう
に、同一寸法の伝熱プレート１の複数枚を、その各リム
部４を重ね、伝熱部２の凹凸条面を接合させてハニカム
構造で積層したプレート積層体５の表面側に第１耐圧フ
レーム１１が積層され、裏面側に第２耐圧フレーム１２
が積層される。

【０００４】各耐圧フレーム１１，１２はプレート積層
体５の内部の流体圧力で変形しない強度の数ｍｍ以上の
板厚を有する略矩形の平板で、例えば第１耐圧フレーム
１１の４隅部に２種類の流体の導入導出用ノズル２１，
２２が貫通させてろう付け法や拡管法、スポット溶接
法、厚入法等で固定される。各一対のノズル２１，２２
は伝熱プレート１の通路穴３の穴径と同一の内径を有し
て、対応する通路穴３と連通する。図７（Ａ）に示すよ
うに、一方のノズル２１は第１耐圧フレーム１１の内面
側に貫通して突出する突出先端部２１ａを有し、この突
出先端部２１ａの先端面がプレート積層体５の最上層の
表面側伝熱プレート１Ｓの通路穴周辺部に面接触してろ
う付けされる。他方のノズル２２は第１耐圧フレーム１
１の内面と面一の先端面を有し、この先端面が表面側伝
熱プレート１Ｓの通路穴周辺部に面接触してろう付けさ
れる。このように各ノズル２１，２２の先端面を伝熱プ
レート１Ｓの通路穴周辺部にろう付けする構造は、各ノ
ズル２１，２２の内径と通路穴３の穴径を十分に大きく
設計して流体の流動抵抗を小さく抑制する上で有効であ
る。

【０００５】複数枚の伝熱プレート１がろう材を介して
上下に積層され、このプレート積層体５を上下から挟む
ようにノズル付き第１耐圧プレート１１と単体の耐圧プ
レート１２がろう材を介して積層されて、全体が真空室
で加熱されてろう付けによる永久接合が行われる。永久
接合された各伝熱プレート１の間に２種類の流体の流路
Ｐ，Ｑが交互に形成され、一方の流路Ｐには一方のノズ
ル２１が連通し、他方の流路Ｑには他方のノズル２２が
連通して、これら各流路Ｐ，Ｑを高温と低温の２種類の
流体が高圧で流れる間に熱交換が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のブレージングプ
レート式熱交換器は、伝熱プレート間からガスケットが
省略できて部品点数が少なくできる等の特徴を有する
が、構造的に次の［問題点１］〜［問題点４］がある。

【０００７】［問題点１］、図６（Ａ）に示すハニカム
構造で積層された複数の伝熱プレート１の表面側伝熱プ
レート１Ｓと第１耐圧フレーム１１の間には、図６
（Ｂ）に示すような波状の空気層１３が形成される。こ
の空気層１３は表面側伝熱プレート１Ｓの波板状伝熱部
２の谷部分に相当して、プレート積層体５の側壁外部に
露呈する。そのため、熱交換器が冷凍機の蒸発器等に使
用されてプレート積層体５内部に０℃以下の冷媒が流れ
ると、空気層１３の内部で結露が発生し、この結露水が
凍結することによる体積膨張（×１．１倍）で、第１耐
圧フレーム１１と表面側伝熱プレート１Ｓの間が変形す
る懸念があった。

【０００８】［問題点２］、複数の伝熱プレート１の各
リム部４を積層してろう付けしたプレート積層体５の破
壊強度試験をすると、表面側伝熱プレート１Ｓの側壁強
度が最も小さくて、これの内部の流路Ｑを流れる流体圧
で表面側伝熱プレート１Ｓのリム部４が変形し、破断に
至る。つまり図６（Ｃ）に示すように、表面側伝熱プレ
ート１Ｓの内部の流路Ｑ以外の各流路Ｐ，Ｑの側壁は２
枚か３枚のリム部４の重合体で構成されてその側壁強度
が十分に大きく設定されるが、表面側伝熱プレート１Ｓ
の側壁は１枚のリム部４だけのために強度が弱くて、内
圧で破断する。この問題点の解決策として、表面側伝熱
プレートのリム部の外面に第１耐圧フレームの曲げ加工
された周縁部を面接触させて補強することが一部の熱交
換器で行われているが、これでは第１耐圧フレームが形
状複雑で高精度加工を必要とする高価なものとなる。

【０００９】［問題点３］、プレート積層体５の表面側
伝熱プレート１Ｓの上にノズル付き第１耐圧フレーム１
１を位置決め搭載してろう付けしているが、このろう付
け時に注意を怠ると図８に示すようにプレート積層体５
上で第１耐圧フレーム１１が横に位置ズレすることがあ
る。これは表面側伝熱プレート１Ｓ上でノズル付き第１
耐圧フレーム１１を積極的に位置決めする有効な手段が
無いためである。そこで、かかる第１耐圧フレーム１１
の横ズレを防止するためにプレート積層体５と第１耐圧
フレーム１１を特別な治具で位置決め保持するようにし
てろう付けするようにしているが、これでは特別な位置
決め治具が必要となって熱交換器の製造コストが高くな
る問題や、位置決め治具と各部品の着脱作業が面倒で熱
交換器組立の作業性が低下する問題があった。

【００１０】［問題点４］、図７（Ｂ）に示すように、
裏面側伝熱プレート１Ｅのリム部４の内面と第２耐圧フ
レーム１２の端面をろう材１４で接合一体化している
が、このろう材１４によるろう付けが正常に行われない
と、裏面側伝熱プレート１Ｅと第２耐圧フレーム１２の
間の密閉される空気層１５が非密閉空間となり、ここに
外気が浸入て結露が生じ、その結露水が凍結することで
体積膨張を招いて裏面側伝熱プレート１Ｅと第２耐圧フ
レーム１２の間が変形する上記問題点１と同様な懸念が
あった。このようなろう付け不良は、約０．２ｍｍ以上
のろう切れ隙間があると発生することが分かっており、
そこで、この種のろう付け不良が発生しないように第２
耐圧フレーム１２の端面の寸法精度を裏面側伝熱プレー
ト１Ｅに高精度に合わせるようにしているが、このよう
な高精度な第２耐圧フレーム１２は製作費が高く付く問
題があった。

【００１１】本発明は以上の各問題点に鑑みてなされた
もので、伝熱プレートと耐圧フレームの接合部分を改変
した高品質で製作コストの安いブレージングプレート式
熱交換器を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、流体出入口の通路穴と波板状の伝熱面とこれ
ら通路穴と伝熱面を囲う周辺部を屈曲させたリム部を有
する同一寸法の複数枚の伝熱プレートを積層し、このプ
レート積層体の表裏両面側に伝熱プレートより板厚の大
きい平板状の一対の第１耐圧フレームと第２耐圧フレー
ムを積層し、各伝熱プレートと各耐圧フレームの接合部
をろう付けで一体化して各伝熱プレート間に異なる２種
類の流体の流路を交互に形成したプレート式熱交換器に
おいて、第１耐圧フレームとこれに隣接する表面側伝熱
プレートの間に、第１耐圧フレームの内面に面接触する
平板部とこの平板部の周囲に屈曲されて表面側伝熱プレ
ートのリム部の外面に面接触するリム接合部を有する第
１保護プレートを介在させ、第２耐圧フレームとこれに
隣接する裏面側伝熱プレートの間に、第２耐圧フレーム
の内面に面接触する平板部とこの平板部の周囲に屈曲さ
れて裏面側伝熱プレートのリム部の内面に面接触するリ
ム接合部を有する第２保護プレートを介在させて、各保
護プレートと各耐圧フレーム及び各伝熱プレートの面接
触部分をろう付け一体化したことを特徴とする。

【００１３】ここで、複数の伝熱プレートを積層したプ
レート積層体の表面側に積層される第１保護プレートは
伝熱プレートのリム部の外面に接合されるリム接合部を
有し、プレート積層体の裏面側に積層される第２保護プ
レートは伝熱プレートのリム部の内面に接合されるリム
接合部を有することで、両保護プレートはそのリム接合
部の寸法形状が若干だけ相違する。このような両保護プ
レートをプレート積層体の表裏両面の各伝熱プレートと
耐圧フレームにろう付けすることで、プレート積層体の
表裏両面側の側壁強度が保護プレートで補強され、プレ
ート積層体と各耐圧フレームとの隙間が保護プレートで
外気から気液密に密閉されて結露の心配が無くなる。

【００１４】また、本発明においては、第１及び又は第
２耐圧フレームにこれに隣接する伝熱プレートの通路穴
に連通する流体導入導出用ノズルを貫通させ、このノズ
ルの耐圧フレームの内面側に突出する先端部の先端面を
伝熱プレートの通路穴周辺の平坦面に面接触させてろう
付けしたプレート式熱交換器において、ノズルを有する
耐圧フレームとこれに隣接する伝熱プレートの間に介在
させる保護プレートに、耐圧フレーム内面に突出するノ
ズル先端部が嵌挿されると保護プレートが積層された伝
熱プレートに対するノズル先端部の相対位置を規制する
ノズル挿通穴を形成したことを特徴とする。

【００１５】ここでのノズルを有する耐圧フレームは第
１耐圧フレームと第２耐圧フレームのいずれか一方か両
方であって、ノズルを有する耐圧フレームに積層される
保護プレートに耐圧フレーム内面に突出するノズル先端
部が嵌挿されるノズル挿通穴を形成することで、プレー
ト積層体にノズル付き耐圧フレームを積層してろう付け
するときに、ノズル挿通穴が伝熱プレートに対するノズ
ルと耐圧フレームを位置決め保持して、プレート積層体
に対する耐圧フレームの位置ズレを防止し、また、特別
な位置決め治具無しでプレート積層体の正確な位置に耐
圧フレームをろう付けすることを容易にする。

【００１６】

【発明の実施の形態】図４のブレージングプレート式熱
交換器に適用した本発明の実施形態を図１乃至図３を参
照して説明する。

【００１７】図１に示される実施形態のプレート式熱交
換器は、同一寸法の複数枚の伝熱プレート１を積層した
プレート積層体５の表面側と第１耐圧フレーム１１の間
に第１保護プレート３１を介在させ、プレート積層体５
の裏面側と第２耐圧フレーム１２の間に第２保護プレー
ト３２を介在させて、各保護プレート３１，３２と各耐
圧フレーム１１，１２及び各伝熱プレート１、…の面接
触部分をろう付け一体化したことを特徴とする。各保護
プレート３１，３２は伝熱プレート１と同様なステンレ
ス鋼板等の薄板を伝熱プレート１の外径サイズと同様な
サイズでプレス成形したものである。

【００１８】プレート積層体５の表面側伝熱プレート１
Ｓと第１耐圧フレーム１２の間に積層されてろう付けさ
れる第１保護プレート３１の正面図を図２に示すと、こ
れは平板状の第１耐圧フレーム１１の平坦な内面に面接
触してろう付けされる略矩形の平坦部３１ａと、平坦部
３１ａを囲う周縁部を曲げ加工したリブ接合部３１ｂ
と、平坦部３１ａの４隅部に貫通形成したノズル挿通穴
３１ｃ、３１ｄとを有する。第１保護プレート３１を表
面側伝熱プレート１Ｓの表面に積層したとき、そのリブ
接合部３１ｂの内面が伝熱プレート１Ｓのリブ部４の外
面に面接触するように寸法設定される。また、第１保護
プレート３１の一方のノズル挿通穴３１ｃは、第１耐圧
フレーム１１に固定された一方のノズル２１の突出先端
部２１ａの外周が嵌挿されるノズル取付穴及びノズル位
置決め穴であり、他のノズル挿通穴３１ｄは他のノズル
２２の内径と同一の穴径の流体流通穴である。

【００１９】プレート積層体５の裏面側伝熱プレート１
Ｅとノズル無し第２耐圧フレーム１２の間に積層されて
ろう付けされる第２保護プレート３２は、平板状の第２
耐圧フレーム１２の内面に面接触してろう付けされる平
坦部３２ａと、平坦部３２ａを囲う周縁部を曲げ加工し
たリブ接合部３２ｂを有し、リブ接合部３２ｂの外面が
裏面側伝熱プレート１Ｅのリブ部４の内面に面接触して
ろう付けされる。第２耐圧フレーム１２はノズル無しの
平板であるから、第２保護プレート３２の平坦部３２ａ
はノズル挿通穴の無い平板である。

【００２０】図１（Ａ）のプレート式熱交換器の製造
は、真空加熱によるろう付け法で行えばよい。例えば、
従来同様に複数の同一寸法の伝熱プレート１をろう材を
介して積層し、その積層体５の表裏両面に各保護プレー
ト３１，３２をろう材を介して積層し、更に各保護プレ
ート３１，３２にノズル付き第１耐圧フレーム１１とノ
ズル無し第２耐圧フレーム１２をろう材を介して積層し
て、真空加熱でろう材を溶融させて全体を永久接合す
る。

【００２１】以上のように永久接合させたプレート式熱
交換器においては、表面側伝熱プレート１Ｓのリブ部４
の外周の全域が第１保護プレート３１のリブ接合部３１
ｂの内周に気密にろう付けされ、第１保護プレート３１
の平坦部３１ａが第１耐圧フレーム１１の内面に気密に
ろう付けされるので、図１（Ｂ）に示すような表面側伝
熱プレート１Ｓと第１保護プレート３１の間の空間３３
が完全な気液密なる密閉空間となって、この空間３３に
外気が浸入して結露するといった不具合が発生せず、こ
れにより従来のような結露水凍結による伝熱プレート変
形等の問題点が解決される。また、空間３３は真空加熱
時に形成されるために真空空間となって、真空空間によ
る優れた断熱効果が期待できる。

【００２２】また、図１（Ｂ）の表面側伝熱プレート１
Ｓのリブ部４が第１保護プレート３１のリブ接合部３１
ｂの重合で補強される。つまり、表面側伝熱プレート１
Ｓの側壁強度が他の伝熱プレート１の側壁強度と同程度
まで増大して、表面側伝熱プレート１Ｓの内部の流路Ｑ
を流れる流体圧で表面側伝熱プレート１Ｓのリム部４が
変形する心配が無くなり、破壊強度が大きく向上する。

【００２３】また、プレート積層体５の表面側伝熱プレ
ート１Ｓの上に第１保護プレート３１を積層し、その上
にノズル付き第１耐圧フレーム１１を位置決め搭載して
ろう付けする際に、図３に示すように第１耐圧フレーム
１１の下面から突出するノズル２１の突出先端部２１ａ
を第１保護プレート３１のノズル挿通穴３１ｃに嵌挿し
係合させて第１保護プレート３１に対する第１耐圧フレ
ーム１１の位置決めを行う。この位置決めで表面側伝熱
プレート１Ｓに対して第１耐圧フレーム１１が位置決め
されて、第１耐圧フレーム１１が第１保護プレート３１
上に横ズレすることなく正確にろう付けされる。したが
って、特別な位置決め治具を使用することなく第１耐圧
フレーム１１のろう付けが可能となり、熱交換器の製造
コストの低減化が容易となる。

【００２４】また、裏面側伝熱プレート１Ｅのリブ部４
の内周の全域と第２保護プレート３２のリブ接合部３２
ｂの外周を気密にろう付けし、第２保護プレート３２の
平坦部３２ａを第２耐圧フレーム１２の内面に気密にろ
う付けすることで、裏面側伝熱プレート１Ｅと第２保護
プレート３２の間の図１（Ｃ）に示す空間３４が完全な
気液密なる密閉空間となって、この空間３４に外気が浸
入して結露するといった不具合が発生しない。また、空
間３４も図１（Ｂ）の空間３３と同様に真空加熱時に形
成されるために真空空間となって、真空空間による優れ
た断熱効果が期待できる。更に、空間３４が密閉空間と
なることにより、第２耐圧フレーム１２は第２保護プレ
ート３２を補強する程度のラフな寸法精度の安価な平板
状の鋼板が使用できる。

【００２５】以上の実施形態のように複数の耐熱プレー
トの積層体の表裏両面に一対の保護プレートを積層する
ことで、プレート積層体の表裏両面と一対の耐圧フレー
ムの間の空間が密閉空間となってプレート積層体内の流
体通路以外の空間での結露発生が完全に防止されて、プ
レート式熱交換器の品質が改善される。なお、上記実施
形態は一対の耐圧フレームの第１耐圧フレームだけに流
体導入導出用ノズルを設置しているが、第２耐圧フレー
ムだけにノズルを設置したプレート式熱交換器や一対の
耐圧フレームの両方にノズルを設置したプレート式熱交
換器であっても本発明の適用は可能である。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、伝熱プレート積層体の
表裏両面の各伝熱プレートと耐圧フレームの間に一対の
保護プレートを介在させてろう付けすることで、プレー
ト積層体の表裏両面側の側壁強度が保護プレートで補強
されて内部の流体圧で変形せず、かつ、プレート積層体
の表裏両面側と各耐圧フレームの間の隙間が保護プレー
トで外気から確実に気液密に密閉されて結露発生の心配
が無くなって、冷凍機の蒸発器等に適した高品質なプレ
ート式熱交換器が提供できる。

【００２７】また、ノズルを有する耐圧フレームに積層
される保護プレートに耐圧フレーム内面に突出するノズ
ル先端部が嵌挿されるノズル挿通穴を形成することで、
プレート積層体にノズル付き耐圧フレームを積層してろ
う付けする際に、保護プレートのノズル挿通穴が伝熱プ
レートに対する耐圧フレームの位置決めをして、プレー
ト積層体に耐圧フレームを常に正確に位置決めして固定
することを容易にすると共に、特別な位置決め治具無し
でプレート積層体に耐圧フレームをろう付けすることが
可能となって、プレート式熱交換器の製作コストの低減
化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の実施形態を示すプレート式熱
交換器の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の一部Ｂでの拡大図、
（Ｃ）は（Ａ）の一部Ｃでの拡大図。

【図２】図１熱交換器における一方の保護プレートの正
面図。

【図３】図１熱交換器の組立時の断面図。

【図４】（Ａ）は従来のプレート式熱交換器の正面図、
（Ｂ）は側面図。

【図５】図４熱交換器における伝熱プレートの正面図。

【図６】（Ａ）は図４（Ａ）のＴ１−Ｔ１線に沿う拡大
断面図、（Ｂ）は（Ａ）の一部Ｂでの拡大図、（Ｃ）は
（Ａ）の一部Ｃでの拡大図。

【図７】（Ａ）は図４（Ａ）のＴ２−Ｔ２線に沿う拡大
断面図、（Ｂ）は（Ａ）の一部Ｂでの拡大図。

【図８】図４熱交換器の組立時の不良例を示す断面図。

【符号の説明】

１ 伝熱プレート １Ｓ 表面側伝熱プレート １Ｅ 裏面側伝熱プレート ２ 伝熱部 ３ 通路穴 ４ リブ部 ５ プレート積層体 Ｐ，Ｑ 流体の流路 １１ 第１耐圧フレーム １２ 第２耐圧フレーム ２１，２２ ノズル ２１ａ 突出先端部 ３１ 第１保護プレート ３１ａ 平坦部 ３１ｂ リブ接合部 ３１ｃ ノズル挿通穴 ３２ 第２保護プレート ３２ａ 平坦部 ３２ｂ リブ接合部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体出入口の通路穴と波板状の伝熱面と
   これら通路穴と伝熱面を囲う周辺部を屈曲させたリム部
   を有する同一寸法の複数枚の伝熱プレートを積層し、こ
   のプレート積層体の表裏両面側に伝熱プレートより板厚
   の大きい平板状の一対の第１耐圧フレームと第２耐圧フ
   レームを積層し、各伝熱プレートと各耐圧フレームの接
   合部をろう付けで一体化して各伝熱プレート間に異なる
   ２種類の流体の流路を交互に形成したプレート式熱交換
   器において、第１耐圧フレームとこれに隣接する表面側
   伝熱プレートの間に、第１耐圧フレームの内面に面接触
   する平板部とこの平板部の周囲に屈曲されて表面側伝熱
   プレートのリム部の外面に面接触するリム接合部を有す
   る第１保護プレートを介在させ、第２耐圧フレームとこ
   れに隣接する裏面側伝熱プレートの間に、第２耐圧フレ
   ームの内面に面接触する平板部とこの平板部の周囲に屈
   曲されて裏面側伝熱プレートのリム部の内面に面接触す
   るリム接合部を有する第２保護プレートを介在させて、
   各保護プレートと各耐圧フレーム及び各伝熱プレートの
   面接触部分をろう付け一体化したことを特徴とするプレ
   ート式熱交換器。
2. 【請求項２】 第１及び又は第２耐圧フレームにこれに
   隣接する伝熱プレートの通路穴に連通する流体導入導出
   用ノズルを貫通させ、このノズルの耐圧フレームの内面
   側に突出する先端部の先端面を伝熱プレートの通路穴周
   辺の平坦面に面接触させてろう付けした請求項１記載の
   プレート式熱交換器において、ノズルを有する耐圧フレ
   ームとこれに隣接する伝熱プレートの間に介在させる保
   護プレートに、耐圧フレーム内面に突出するノズル先端
   部が嵌挿されると保護プレートが積層された伝熱プレー
   トに対するノズル先端部の相対位置を規制するノズル挿
   通穴を形成したことを特徴とするプレート式熱交換器。