JP2002062079A - プレート式熱交換器 - Google Patents

プレート式熱交換器

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JP2002062079A
JP2002062079A JP2000243015A JP2000243015A JP2002062079A JP 2002062079 A JP2002062079 A JP 2002062079A JP 2000243015 A JP2000243015 A JP 2000243015A JP 2000243015 A JP2000243015 A JP 2000243015A JP 2002062079 A JP2002062079 A JP 2002062079A
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plate
heat exchanger
holes
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Tadao Abe
忠夫 阿部
Yoshiaki Tsuchiya
嘉朗 土屋
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Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Electric Air Conditioning Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Electric Air Conditioning Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造にあたって、最外側のプレートの貫通孔
に入口及び出口の口金を簡単に接合できるプレート式熱
交換器を提供する。 【解決手段】 貫通孔を有した複数の皿状プレートを重
ね合わせて、この皿状プレートの周縁部同士および貫通
孔の周縁部同士を接合することによりその内部に少なく
とも2種類の流体を流せる複数の流路を形成し、最外側
のプレートの貫通孔に入口及び出口の口金を接合し、こ
の口金を通じて流路を流れる流体間で熱交換可能に構成
したプレート式熱交換器において、口金11に接合され
るプレート3の貫通孔周壁には外周におねじ部40Aを
有したねじ管40を設けると共に、口金11の内周には
ねじ管40が螺合するめねじ部11Aを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の皿状のプレ
ートを重ね合わせて形成したプレート式熱交換器の構造
に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、貫通孔を有した複数の皿状プレ
ートを重ね合わせて、この皿状プレートの周縁部同士お
よび貫通孔の周縁部同士を接合することによりその内部
に少なくとも2種類の流体を流せる複数の流路を形成
し、最外側のプレートの貫通孔に入口及び出口の口金を
接合し、この口金を通じて上記流路を流れる流体間で熱
交換可能に構成したプレート式熱交換器が知られてい
る。
【0003】この種のものでは、一般に、2系統の流体
流路を流れる流体が外部に漏れることがなく、しかも内
部で各流体が混じらないこと、熱交換性能に優れるこ
と、イニシャルコストが安価なこと、等が要求される。
【0004】従来のプレート式熱交換器では、各プレ
ート間にガスケットを挟んで構成したもの、各プレー
ト間をブレージング接合したもの、各プレート間を溶
接接合したもの、等各種形式のものが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の熱交換器を例えば吸収式冷凍機に使用する場合、
では真空中で使用できない、またでは、吸収式冷凍機
の熱交換器は大型化するため、プレートが大型化し、従
って、加工費が高くなり、イニシャルコストの増大を招
く等の問題がある。またでは、プレートが大型化した
場合、各プレートを溶接接合する作業が困難になるとい
う問題がある。
【0006】特に、最外側のプレートの貫通孔に入口及
び出口の口金を接合する場合、そこを溶接するとなる
と、この口金は肉厚が厚いのに対し、プレートは肉厚が
薄いため、溶接作業が困難になるという問題がある。
【0007】そこで、本発明の目的は、上述した従来技
術が有する課題を解消し、製造にあたって、最外側のプ
レートの貫通孔に入口及び出口の口金を簡単に接合でき
るプレート式熱交換器を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
貫通孔を有した複数の皿状プレートを重ね合わせて、こ
の皿状プレートの周縁部同士および貫通孔の周縁部同士
を接合することによりその内部に少なくとも2種類の流
体を流せる複数の流路を形成し、最外側のプレートの貫
通孔に入口及び出口の口金を接合し、この口金を通じて
流路を流れる流体間で熱交換可能に構成したプレート式
熱交換器において、口金に接合されるプレートの貫通孔
周壁には外周におねじ部を有したねじ管を設けると共
に、口金の内周にはねじ管が螺合するめねじ部を設けた
ことを特徴とするものである。
【0009】請求項2記載の発明は、貫通孔を有した複
数の皿状プレートを重ね合わせて、この皿状プレートの
周縁部同士および貫通孔の周縁部同士を接合することに
よりその内部に少なくとも2種類の流体を流せる複数の
流路を形成し、最外側のプレートの貫通孔に入口及び出
口の口金を接合し、この口金を通じて上記流路を流れる
流体間で熱交換可能に構成したプレート式熱交換器にお
いて、上記口金に接合されるプレートの貫通孔周壁を環
状に立ち上げて、そこに環状部を形成すると共に、この
環状部を半径方向外方に折り曲げて、外周におねじ部を
有したねじ管の基部をかしめつけて固定すると共に、上
記口金の内周にはねじ管が螺合するめねじ部を設けたこ
とを特徴とする。
【0010】請求項3記載の発明は、請求項2記載のも
のにおいて、上記かしめ部にシール材を介装したことを
特徴とする。
【0011】請求項4記載の発明は、請求項1〜3のい
ずれか1項記載のものにおいて、各皿状プレートの周縁
部同士を巻き締め加工で接合したことを特徴とする。
【0012】請求項5記載の発明は、請求項4記載のも
のにおいて、上記巻き締め加工した周縁部に所定角度を
有した傾斜部を設け、この傾斜部を重ね合わせることに
より、その周縁部同士を接合したことを特徴とする。
【0013】請求項6記載の発明は、請求項4または5
記載のものにおいて、皿状プレートの周縁部同士間にシ
ール材を介装し、このシール材が介装された上記周縁部
同士を巻き締め加工で接合したことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。
【0015】図1において、符号1は、例えば吸収式冷
凍機に用いられて好適な比較的大型のプレート式熱交換
器を示している。
【0016】このプレート式熱交換器1は、図2に示す
ように、複数の皿状のSPCC製プレート(例えば、厚
さt=0.5mm)3を重ね合わせて構成されている。
それぞれのプレート3には、プレス成形によって図示を
省略した波形状(ヘリンボーン)の凹凸が形成されてい
る。
【0017】この凹凸はプレート間に位置し、流路内に
突出して、この流路内に乱流を発生させることにより、
熱交換効率を高めている。
【0018】この波形状は、特殊なプレート材料を精密
金型に挟み込んで、プレス機によって絞り加工すること
により形成される。
【0019】本実施形態では、各プレート3が重ね合わ
され、その長辺および短辺のすべての辺を含む周縁部3
a同士が、図3a,bに示すように、巻き締め加工によ
り接合されている。この巻き締めによる周縁部3a同士
のシール性を向上させるため、図4a,bに示すよう
に、周縁部3c同士間にシール材9を塗布して、このシ
ール材9が塗布された上記周縁部3c同士を巻き締め加
工することにより、1つのエレメント10を形成するこ
とが可能である。
【0020】このシール材9には耐温度性、耐圧力性等
が要求され、特に、吸収式冷凍機であれば耐LiBr液
性が要求される。
【0021】従って、それを選択するに際しては、例え
ば、シリコーン系、フッ素系等のシール材が好適であ
る。
【0022】上記エレメント10において、巻き締め加
工した周縁部3a近くには、図5に示すように、2〜1
5°の角度(θ)を有した傾斜部3cが設けられる。そ
して、このエレメント10Aに別のエレメント10Bを
重ね合わせる場合、傾斜部3cの傾斜角度を合わせて、
互いの傾斜部3cを重ね合わせることにより、その周縁
部同士を圧着して接合させる。
【0023】ここでの密着性を向上させるため、一方の
エレメント10Aの巻き締め部3bと、他方のエレメン
ト10Bの巻き締め部3bとの間にあらかじめ所定の間
隔Sを設け、この間隔Sに上記シール材9を塗布するこ
とが望ましい。
【0024】なお、上記傾斜部3cを重ね合わせた後、
その周縁部同士を、例えばスポット溶接等することは可
能である。
【0025】また、別の実施形態として、図6に示すよ
うに、互いの傾斜部3cは重ね合わせず、その間に隙間
51をあけて、一方のエレメント10Aの巻き締め部3
bの下端と、他方のエレメント10Bの巻き締め部3b
の上端との接合部53のみを接合することが可能であ
る。
【0026】上記エレメント10は、図1、図2に示す
ように、複数重ね合わせて箱筒形の外箱15内に収納さ
れ、これによって、その内部には2種類の流体を流せる
複数の流路A,Bが形成される。そして、それぞれの流
路A,Bを流れる流体間で、熱交換を可能に構成されて
いる。
【0027】このプレート式熱交換器1を吸収式冷凍機
に用いる場合、一方が濃液で、他方が稀液である。両者
の圧力差は小さい。
【0028】これによれば、隣接する2枚のプレート3
の周縁部3a同士が、巻き締め加工により接合されるた
め、従来のように溶接する必要がなくなり、その作業性
を格段に向上させることができると共に、液漏れ等が抑
制される。
【0029】本実施形態では、それぞれのプレート3が
連通孔17(図2)を有し、隣接するプレート3の連通
孔17同士が、図7〜図9に示すように、溶接せずに、
かしめ加工により接合されている。
【0030】図7において、一方のプレート3Aの貫通
孔17Aの周壁は、バーリング加工により環状に立ち上
げられ、そこには環状部100が形成されている。この
環状部100は、他方のプレート3Bの貫通孔17Bに
挿入され、この環状部100は、図8に示すように、半
径方向外方に折り曲げられて、他方のプレート3Bの貫
通孔壁101を挟み込むように、かしめつけて接合され
ている。
【0031】そして、上記貫通孔17Aの内側を流体が
流れ、この貫通孔17Aの大きさが流路断面積を決定し
ている。
【0032】図9は別の実施形態を示している。
【0033】この実施形態では、一方のプレート3Aの
環状部100と、他方のプレート3Bの貫通孔壁101
との間にシール材102が介装されている。より具体的
には、上記シール材102が他方のプレート3Bの貫通
孔壁101の外周部に介装されている。これによれば、
流体の漏洩がほぼ確実に防止される。
【0034】このシール材102には耐温度性、耐圧力
性等が要求され、特に、吸収式冷凍機であれば耐LiB
r液性が要求される。従って、それを選択するに際して
は、例えば、シリコーン系、フッ素系等のシール材が好
適である。
【0035】つぎに、組み立て手順を説明する。
【0036】図10は、概略の組立構成図、図11は、
組立順序のタイムチャートを示す。図10において、符
号(1〜6)はそれぞれ上記プレートを示し、a〜eは
かしめ加工を示し、A〜Cは巻き締め加工を示す。
【0037】まず、2枚のプレート(1と2)の貫通孔
同士をかしめ加工aすると共に、2枚のプレート(1と
2)の周縁部同士を巻き締め加工Aする。ついで、プレ
ート(2)の上にプレート(3)を載せて、2枚のプレ
ート(2と3)の貫通孔同士をかしめ加工bする。さら
に、プレート(3)の上にプレート(4)を載せて、2
枚のプレート(3と4)の貫通孔同士をかしめ加工cす
ると共に、2枚のプレート(3と4)の周縁部同士を巻
き締め加工Bする。そして、プレート(4)の上にプレ
ート(5)を載せて、2枚のプレート(4と5)の貫通
孔同士をかしめ加工dする。さらに、プレート(5)の
上にプレート(6)を載せて、2枚のプレート(5と
6)の貫通孔同士をかしめ加工eすると共に、2枚のプ
レート(5と6)の周縁部同士を巻き締め加工Cする。
【0038】最後に、プレート(1〜6)を外箱15内
に収め、蓋体15Aを載せて、この蓋体15Aに、口金
11〜14を接合する。
【0039】これら口金11〜14は流体の出入口を構
成し、口金12から入った流体は流路Aを通じて流れ、
口金11から流出し、口金14から入った流体は流路B
を通じて流れ、口金13から流出する。
【0040】上述したように、皿状のSPCC製プレー
ト3の厚さは薄い(例えば、厚さt=0.5mm)。一
方で、口金11〜14は厚肉のパイプであり、その肉厚
は、例えば、3〜5mmである。これらをティグ溶接、
或いはプラズマ溶接で接合等する場合、口金11〜14
の厚さが厚すぎるため、SPCC製プレート3が熔解し
易くなり、接合が困難になる。
【0041】そこで、本実施形態では、図12に示すよ
うに、口金11、14と、上記プレート3とをねじの利
用で接合している。
【0042】上記口金11、14に対し接合すべき、上
記プレート3の貫通孔17の周壁には、上記と同様に、
バーリング加工により環状部49が形成され、この環状
部49は、半径方向外方に折り曲げられ、そこには外周
におねじ部40Aを有したねじ管40の基部40Bがか
しめつけて固定されている。この基部40BのU字部を
有し、このU字部にシール材41を介装して、環状部4
9の一部を挟み込むようにかしめつけられている。
【0043】一方、口金11、14の内周には、ねじ管
40が螺合するめねじ部11A、14Aが形成され、こ
のめねじ部11A、14Aにはシール材42が介装され
ている。そして、口金11、14のめねじ部11A、1
4Aに、上記ねじ管40のおねじ部40Aを螺入するこ
とにより、プレート3と上記口金11、14とが接合さ
れ、その上で、口金11〜14の外周部が、蓋体15A
にティグ溶接、或いはプラズマ溶接26されている。
【0044】本実施形態では、口金11、14のめねじ
部11A、14Aに、上記ねじ管40のおねじ部40A
を螺入することにより、プレート3と口金11、14と
が接合されるため、その接合作業が極めて容易である。
【0045】上記構成では、プレート3とねじ管40を
かしめつけているが、これに限定されず、プレート3と
ねじ管40を溶接で接合してもよく、或いはプレート3
とねじ管40をしぼり加工により一体成形してもよい。
【0046】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明はこれに限定されるものではない。例え
ば、上記実施形態では、プレート3を外箱15内に収容
したものを示したが、これに限定されるものではなく、
外箱15を用いないものにも適用できることはいうまで
もない。
【0047】
【発明の効果】本発明では、製造にあたって、最外側の
プレートの貫通孔に入口及び出口の口金を簡単に接合す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるプレート式熱交換器の一実施形態
を示す斜視図である。
【図2】同じく断面図である。
【図3】aは巻き締め前の状態を示し、bは巻き締め後
の状態を示す断面図である。
【図4】aは巻き締め前の状態を示し、bは巻き締め後
の状態を示す断面図である。
【図5】巻き締め部を示す断面図である。
【図6】別の実施形態を示す図である。
【図7】プレートの貫通孔同士を接合する手順を示す図
である。
【図8】プレートの貫通孔同士を接合する手順を示す図
である。
【図9】プレートの貫通孔同士を接合する手順を示す図
である。
【図10】プレート式熱交換器の組立手順を示す断面図
である。
【図11】プレート式熱交換器の組立手順を示すタイム
チャートである。
【図12】プレートの貫通孔と口金との接合状態を示す
断面図である。
【符号の説明】
1 プレート式熱交換器 3 プレート 3a 周縁部 3b 巻き締め部 3c 傾斜部 11、14 口金 11A、14A めねじ部 15 外箱 17 連通孔 40 ねじ管 40A おねじ部 40B 基部 41、42 シール材 49 環状部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土屋 嘉朗 栃木県足利市大月町1番地 三洋電機空調 株式会社内 Fターム(参考) 3L103 AA01 BB42 CC02 DD09 DD15 DD56

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 貫通孔を有した複数の皿状プレートを重
    ね合わせて、この皿状プレートの周縁部同士および貫通
    孔の周縁部同士を接合することによりその内部に少なく
    とも2種類の流体を流せる複数の流路を形成し、最外側
    のプレートの貫通孔に入口及び出口の口金を接合し、こ
    の口金を通じて上記流路を流れる流体間で熱交換可能に
    構成したプレート式熱交換器において、 上記口金に接合されるプレートの貫通孔周壁には外周に
    おねじ部を有したねじ管を設けると共に、上記口金の内
    周にはねじ管が螺合するめねじ部を設けたことを特徴と
    するプレート式熱交換器。
  2. 【請求項2】 貫通孔を有した複数の皿状プレートを重
    ね合わせて、この皿状プレートの周縁部同士および貫通
    孔の周縁部同士を接合することによりその内部に少なく
    とも2種類の流体を流せる複数の流路を形成し、最外側
    のプレートの貫通孔に入口及び出口の口金を接合し、こ
    の口金を通じて上記流路を流れる流体間で熱交換可能に
    構成したプレート式熱交換器において、 上記口金に接合されるプレートの貫通孔周壁を環状に立
    ち上げて、そこに環状部を形成すると共に、この環状部
    を半径方向外方に折り曲げて、外周におねじ部を有した
    ねじ管の基部をかしめつけて固定すると共に、上記口金
    の内周にはねじ管が螺合するめねじ部を設けたことを特
    徴とするプレート式熱交換器。
  3. 【請求項3】 上記かしめ部にシール材を介装したこと
    を特徴とする請求項2記載のプレート式熱交換器。
  4. 【請求項4】 各皿状プレートの周縁部同士を巻き締め
    加工で接合したことを特徴とする請求項1〜3のいずれ
    か1項記載のプレート式熱交換器。
  5. 【請求項5】 上記巻き締め加工した周縁部に所定角度
    を有した傾斜部を設け、この傾斜部を重ね合わせること
    により、その周縁部同士を接合したことを特徴とする請
    求項4記載のプレート式熱交換器。
  6. 【請求項6】 皿状プレートの周縁部同士間にシール材
    を介装し、このシール材が介装された上記周縁部同士を
    巻き締め加工で接合したことを特徴とする請求項4また
    は5記載のプレート式熱交換器。
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