JP2002224771A - プレート式熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 貫通孔の周縁部同士を簡単にかしめ加工する
ことのできるプレート式熱交換器の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 貫通孔１７を有した複数の皿状プレート
３を重ね合わせて、この皿状プレート３の周縁部３ａ同
士および貫通孔１７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、それぞれの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１の製造方法において、
複数のプレート３の貫通孔１７周壁に円錐部１８Ａ、１
８Ｂを設けると共に、一方のプレート３Ａの円錐部１８
Ａに立ち上がり部２１Ａを形成し、この立ち上がり部２
１Ａを他方のプレート３Ｂの貫通孔１７Ｂに挿入し、円
錐部１８Ａ、１８Ｂ同士を重ね合わせると共に、立ち上
がり部２１Ａを半径方向外方に折り曲げかしめ接合す
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、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製造
方法に関する。

【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し、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、それぞれ
の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】これを解消するため、プレートの周縁部同
士を巻き締め加工すると共に、貫通孔の周縁部同士をか
しめ加工して、プレート式熱交換器を製造する製造方法
が提案されている。しかし、プレート間の間隔は狭いた
め、貫通孔の周縁部同士をかしめ加工する作業は困難で
ある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上述した従来の
技術が有する課題を解消し、貫通孔の周縁部同士を簡単
にかしめ加工することのできるプレート式熱交換器の製
造方法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
合し、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、それぞれの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の製造方法におい
て、前記貫通孔の周縁部同士を接合する場合、その貫通
孔に上治具及び下治具を有する割り型治具を挿入し、上
治具及び下治具間で前記貫通孔の周縁部同士をかしめつ
けて接合することを特徴とするものである。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載のも
のにおいて、下治具側に位置するプレートの貫通孔の周
縁部を、上治具側に位置するプレートの貫通孔を貫通さ
せてその周縁部よりも上方に立ち上げ、この立ち上げ部
を半径方向外方に変形させるように、上治具及び下治具
間で前記貫通孔の周縁部同士をかしめつけて接合するこ
とを特徴とするものである。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載のものにおいて、前記プレートの貫通孔の周縁部に
傾斜部を形成し、この傾斜部の下側に下治具を挿入させ
て、上治具及び下治具間で前記貫通孔の周縁部同士をか
しめつけて接合することを特徴とするものである。

【００１１】

【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。

【００１２】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。

【００１３】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波形状
（ヘリンボーン）の凹凸４が形成されている。この凹凸
４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。また、凹凸４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。

【００１４】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３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、周縁部３ａ同士間にシール材を
塗布して、このシール材が塗布された上記周縁部３ａ同
士を巻き締め加工することにより、１つのエレメント１
０を形成することが可能である。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。

【００１５】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。

【００１６】上記エレメント１０は、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。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。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。

【００１７】本実施形態では、それぞれのプレート３が
貫通孔１７（図２）を有し、隣接するプレート３の貫通
孔１７同士は、図５〜図７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。

【００１８】図５は、貫通孔１７のかしめ前の状態を示
す。一方のプレート３Ａの貫通孔１７Ａ周縁部には、円
錐状に円錐部１８Ａが設けられ、この円錐部１８Ａ内周
縁が環状に立ち上げられ、そこに立ち上がり部２１Ａが
形成される。この立ち上がり部２１Ａの先端部２１Ｃは
半径方向外方に折曲される。他方のプレート３Ｂの貫通
孔１７Ｂ周縁部は、円錐状に円錐部１８Ｂが設けられ、
この円錐部１８Ａ内周縁が環状に立ち上げられ、そこに
立ち上がり部２１Ｂが形成される。この立ち上がり部２
１Ｂは、別の立ち上がり部２１Ａに比べて長さが短い。
一方のプレート３Ａの立ち上がり部２１Ａが、他方のプ
レート３Ｂの立ち上がり部２１Ｂに挿入され、円錐部１
８Ａ、１８Ｂ同士が重ね合わされると共に、図６に示す
ように、立ち上がり部２１Ａが他方のプレート３Ｂの円
錐部１８Ｂおよび立ち上がり部２１Ｂを挟み込みかしめ
つけられる。

【００１９】つぎに、かしめの手順を説明する。

【００２０】貫通孔１７の周縁部同士を接合する場合、
図７に示すように、その貫通孔１７に割り型治具３１を
挿入する。この割り型治具３１は、上治具３４及び下治
具３３間で、貫通孔１７の周縁部同士をかしめつける治
具である。この割り型治具３１は、上治具３４及び下治
具３３の他に、ガイド軸３２、胴型３５を備える。下治
具３３は中心に円筒孔３７を有する円錐形状をしてい
る。

【００２１】上治具３４は中心に円筒孔３６を有し、こ
の上治具３４と下治具３３との間に対象物を挟みつけて
かしめるため、上治具３４の下治具３３側の面には山形
に湾曲した凹部４１が形成されている。胴型３５は中央
にガイド軸３２の摺動する摺動孔３８を有しテーパのか
かった略円錐台状をしており、下治具３３および上治具
３４の円筒孔３６、３７に挿入される。

【００２２】貫通孔１７に割り型治具３１を挿入する場
合、胴型３５が上方に移動しており、下治具３３および
上治具３４は半径方向内方に収縮している。この収縮し
た状態では、割り型治具３１の外径は貫通孔１７の孔径
よりも小さい。この収縮した状態で、貫通孔１７に割り
型治具３１を挿入する。

【００２３】貫通孔１７Ａ、１７Ｂの中央に上治具３４
の中心となるガイド軸３２が配置され、円錐部１８Ａの
下側に下治具３３が配置され、先端部２１Ｃの上方に上
治具３４が配置される。胴型３５が上治具３４および下
治具３３の円筒孔３６、３７に挿入されガイド軸３２に
沿って下方に押圧されると、上治具３４と下治具３３と
が水平および垂直方向に移動する。

【００２４】上治具３４の凹部４１が立ち上がり部２１
Ａの先端部２１Ｃに当たり立ち上がり部２１Ａを切り開
き押し曲げて貫通孔１７Ａ、１７Ｂ同士をかしめ固定す
る。貫通孔１７Ａ、１７Ｂ同士をかしめると、円錐部１
８Ａ、１８Ｂ同士が密着されるとともに立ち上がり部２
１Ａが立ち上がり部２１Ｂを挟み込み、さらに立ち上が
り部２１Ａの先端部２１Ｃが円錐部１８Ｂの上面に密着
して固定される。

【００２５】かしめ結合終了後には胴型３５を上方に引
き抜くことによって、上治具３４および下治具３３がガ
イド軸３２に向かって中央に収縮する。上治具３４、下
治具３３、ガイド軸３２が外されてかしめ加工作業が終
了する。

【００２６】このようなかしめ加工作業において、下治
具３３および上治具３４は胴型３５の挿入された状態で
は拡大し、胴型３５を引き抜いた状態では下治具３３が
貫通孔１７Ａ、１７Ｂより収縮して小さくなるので、貫
通孔１７Ａ、１７Ｂへのかしめ治具３１の据付と取り外
しが容易となる。さらに、貫通孔１７Ａ、１７Ｂに円錐
部１８Ａ、１８Ｂを設けたことにより、この傾斜部を利
用して、かしめ治具３１、特に下治具３３の着脱が容易
になり、スペースが狭い場合のかしめ加工においても、
その作業を容易にすることができる。

【００２７】また、立ち上がり部２１Ａの先端部２１Ｃ
が半径方向外方（かしめ方向）に折曲されているので、
かしめ加工時において、上治具３４が立ち上がり部２１
Ａの先端部２１Ｃを押圧する際、上治具３４の凹部４１
が立ち上がり部２１Ａのかしめ方向を確実に捕らえ、か
しめ時の立ち上がり部２１Ａへの初期加圧力を小さくす
る効果があり、さらに、上治具３４の凹部４１に沿って
湾曲形状にし易い効果がある。そして、かしめ凹部４１
と先端部２１Ｃとの当たりを円滑にして効率良くでかし
め加工ができ、生産性とかしめ精度とを良くすることが
できる。

【００２８】このように、それぞれのプレート３Ａ、３
Ｂに円錐部１８Ａ、１８Ｂを設け、円錐部１８Ａ、１８
Ｂ同士が重ね合わされかしめられるので、結合部の強度
が増し、外力に強く、液漏れ防止と耐久性の向上とが図
れる。

【００２９】また、立ち上がり部２１Ａが他方のプレー
ト３Ｂの円錐部１８Ｂおよび立ち上がり部２１Ｂを挟み
込みかしめつけられて接合され、さらに先端部２１Ｃが
他方のプレート３Ｂの円錐部１８Ｂに接触して加工でき
るので、プレート間３Ａ、３Ｂにかかる内圧に強い加工
形状となる。

【００３０】図３は、概略の組立構成図、図４は、組立
順序のタイムチャートを示す。図３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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】このように、プレートの組立、プレート周
縁部の巻き締め加工と貫通孔のかしめ加工とを交互に行
うことにより、隣接する２つのプレートの貫通孔１７
Ａ、１７Ｂをかしめる場合、上面が開放されたプレート
１７Ｂの上側からかしめ治具３１の据付ができ、かしめ
治具３１の据付とかしめ加工とがし易くなり、生産性の
向上と品質性の向上が図れ、製造コストの低減が図れ
る。

【００３５】以上説明したように、本実施形態のプレー
ト式熱交換器の製造において、また、各プレート間の溶
接接合箇所をほとんど無くしたために、溶接時の熱変形
がなく製造工程中の不良発生が少なくなり、プレート式
熱交換器の耐久性、信頼性を向上させることができる。
また、溶接方式に比べ、生産性、品質性が向上し、結果
として製造コストの低減が図れる。

【００３６】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。

【００３７】

【発明の効果】本発明では、上治具及び下治具を有する
割り型治具を挿入し、上治具及び下治具間で貫通孔の周
縁部同士をかしめつけて接合するため、この周縁部同士
を簡単にかしめつけることができる。

【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】プレートの斜視図である。

【図３】プレート式熱交換器の組立手順を示す断面図で
ある。

【図４】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５】かしめ前の状態を示す断面図である。

【図６】かしめ後の状態を示す断面図である。

【図７】かしめ治具の据付けられた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 円錐部 ３Ａ 一方のプレート ３Ｂ 他方のプレート １０ エレメント １１〜１４ 口金 １５ 外箱 １７、１７Ａ、１７Ｂ 貫通孔 １８Ａ、１８Ｂ 円錐部 ２１Ａ、２１Ｂ 立ち上がり部（貫通孔の周縁部） ２１Ｃ 先端部 ３１ かしめ治具 ３２ ガイド軸 ３３ 下治具 ３４ 上治具 ３５ 胴型 ４１ 凹部

フロントページの続き (72)発明者 鎌田 泰司 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内 (72)発明者 伊豆 正弥 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 AA05 AA13 BB33 DD15 DD32

Claims (3)

【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
   周縁部同士を接合し、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、それぞれの流路を流れ
   る流体間で熱交換可能に構成したプレート式熱交換器の
   製造方法において、 前記貫通孔の周縁部同士を接合する場合、その貫通孔に
   上治具及び下治具を有する割り型治具を挿入し、上治具
   及び下治具間で前記貫通孔の周縁部同士をかしめつけて
   接合することを特徴とするプレート式熱交換器の製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記下治具側に位置するプレートの貫通
   孔の周縁部を、上治具側に位置するプレートの貫通孔を
   貫通させてその周縁部よりも上方に立ち上げ、この立ち
   上げ部を半径方向外方に変形させるように、上治具及び
   下治具間で前記貫通孔の周縁部同士をかしめつけて接合
   することを特徴とする請求項１記載のプレート式熱交換
   器の製造方法。
3. 【請求項３】 前記プレートの貫通孔の周縁部に傾斜部
   を形成し、この傾斜部の下側に下治具を挿入させて、上
   治具及び下治具間で前記貫通孔の周縁部同士をかしめつ
   けて接合することを特徴とする請求項１または２記載の
   プレート式熱交換器の製造方法。