JP2003302184A - 耐熱性熱交換器コアの製造方法およびコア - Google Patents
耐熱性熱交換器コアの製造方法およびコアInfo
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- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
- F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
- F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐熱性及び耐蝕性が高く且つ、チューブ５側
の耐圧性の高い熱交換器コアの製造方法およびそのコア
の提供。 【解決手段】 並列された多数のプレートフィン３のバ
ーリング加工部２にチューブ５を挿通し、チューブ５の
内面が拡開されてその外周をバーリング加工部２の内面
に密着する。次いで、高温のもとでバーリング加工部２
にニッケルろう材を供給して、バーリング加工部２とチ
ューブ５との間をろう付けすると共に、バーリング加工
部２およびチューブ５の外面にニッケル拡散層10を形成
させる。
の耐圧性の高い熱交換器コアの製造方法およびそのコア
の提供。 【解決手段】 並列された多数のプレートフィン３のバ
ーリング加工部２にチューブ５を挿通し、チューブ５の
内面が拡開されてその外周をバーリング加工部２の内面
に密着する。次いで、高温のもとでバーリング加工部２
にニッケルろう材を供給して、バーリング加工部２とチ
ューブ５との間をろう付けすると共に、バーリング加工
部２およびチューブ５の外面にニッケル拡散層10を形成
させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用改質器
や予熱器，その蒸発器等に最適な耐熱性熱交換器コアの
製造方法およびコアに関する。
や予熱器，その蒸発器等に最適な耐熱性熱交換器コアの
製造方法およびコアに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池用の改質器として用いられる熱
交換器は、一方の流体が８００℃〜１０００℃の温度の
燃料電池排ガスであり、他方の流体は水蒸気と燃料との
混合体で、その入口側でその温度が３００℃以上となる
ものである。このように使用温度の範囲が４５０℃〜１
０００℃位の熱交換器は、ステンレス鋼からなるフィン
及びチューブを用い、チューブとヘッダーとのろう付け
にはニッケルろう材を用いていた。
交換器は、一方の流体が８００℃〜１０００℃の温度の
燃料電池排ガスであり、他方の流体は水蒸気と燃料との
混合体で、その入口側でその温度が３００℃以上となる
ものである。このように使用温度の範囲が４５０℃〜１
０００℃位の熱交換器は、ステンレス鋼からなるフィン
及びチューブを用い、チューブとヘッダーとのろう付け
にはニッケルろう材を用いていた。
【０００３】また、プレートフィンを用いる場合には、
そのフィンに形成されたチューブ挿通孔にチューブを挿
通した後に、チューブ内面側から拡開治具を圧入して、
チューブの外周をフィンのチューブ挿通孔に圧着固定し
ていた。なお、フィンとしてコルゲート型のものを用い
る場合には、組み合わされるチューブを偏平管とし、両
者の外面間をニッケルろう材によりろう付け固定するこ
とが考えられる。
そのフィンに形成されたチューブ挿通孔にチューブを挿
通した後に、チューブ内面側から拡開治具を圧入して、
チューブの外周をフィンのチューブ挿通孔に圧着固定し
ていた。なお、フィンとしてコルゲート型のものを用い
る場合には、組み合わされるチューブを偏平管とし、両
者の外面間をニッケルろう材によりろう付け固定するこ
とが考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】耐熱性及び耐圧性の観
点からは、チューブとして円形管を用いることが好まし
い。その場合には、その円形チューブとプレートフィン
との組み合わせにより熱交換器が形成される。このよう
なプレートフィンタイプの熱交換器において、使用温度
が４５０℃〜１０００℃である場合には、フィンとチュ
ーブの温度差により両者の接触部に隙間が生じ熱抵抗が
増加することになる。特にフィン側に高温流体が流通す
る場合には、フィンのチューブ挿通孔がチューブの外直
径よりも大きくなり隙間が生じる。しかも、フィンの肉
厚が一般にチューブのそれよりも薄いため、フィンの温
度上昇が速く、その結果、チューブ挿通孔の直径がチュ
ーブの外直径より大きくなり、熱抵抗が増加することに
なる。
点からは、チューブとして円形管を用いることが好まし
い。その場合には、その円形チューブとプレートフィン
との組み合わせにより熱交換器が形成される。このよう
なプレートフィンタイプの熱交換器において、使用温度
が４５０℃〜１０００℃である場合には、フィンとチュ
ーブの温度差により両者の接触部に隙間が生じ熱抵抗が
増加することになる。特にフィン側に高温流体が流通す
る場合には、フィンのチューブ挿通孔がチューブの外直
径よりも大きくなり隙間が生じる。しかも、フィンの肉
厚が一般にチューブのそれよりも薄いため、フィンの温
度上昇が速く、その結果、チューブ挿通孔の直径がチュ
ーブの外直径より大きくなり、熱抵抗が増加することに
なる。
【０００５】このようにフィンのバーリング加工部と、
チューブの外面との間に僅かの隙間が生じると、前記の
如く熱抵抗が増加するのみならず、チューブ外面の保護
機能を低下させることになる。そこで、本発明は係る問
題点を解決することを課題とする。
チューブの外面との間に僅かの隙間が生じると、前記の
如く熱抵抗が増加するのみならず、チューブ外面の保護
機能を低下させることになる。そこで、本発明は係る問
題点を解決することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、夫々のチューブ挿通孔(1) の孔縁に突設されたバー
リング加工部(2) の高さの間隔で並列された多数のプレ
ートフィン(3) を有し、夫々の各バーリング加工部(2)
に多数のチューブ(5) を挿通し、次いで夫々のチューブ
(5) をその内面側から拡開して、チューブ(5) の外周を
バーリング加工部(2) の内面に密着する工程と、次い
で、高温のもとで前記バーリング加工部(2) にニッケル
ろう材を供給して、そのバーリング加工部(2) とチュー
ブ(5) との間をろう付けすると共に、少なくともそのバ
ーリング加工部(2) およびチューブ(5) の外面にニッケ
ル拡散層(10)を形成させる工程と、を具備する耐熱性熱
交換器コアの製造方法である。
は、夫々のチューブ挿通孔(1) の孔縁に突設されたバー
リング加工部(2) の高さの間隔で並列された多数のプレ
ートフィン(3) を有し、夫々の各バーリング加工部(2)
に多数のチューブ(5) を挿通し、次いで夫々のチューブ
(5) をその内面側から拡開して、チューブ(5) の外周を
バーリング加工部(2) の内面に密着する工程と、次い
で、高温のもとで前記バーリング加工部(2) にニッケル
ろう材を供給して、そのバーリング加工部(2) とチュー
ブ(5) との間をろう付けすると共に、少なくともそのバ
ーリング加工部(2) およびチューブ(5) の外面にニッケ
ル拡散層(10)を形成させる工程と、を具備する耐熱性熱
交換器コアの製造方法である。
【０００７】請求項２に記載の本発明は、請求項１にお
いて、前記プレートフィン(3) およびチューブ(5) の材
料がステンレス鋼よりなる耐熱性熱交換器コアの製造方
法である。請求項３に記載の本発明は、請求項１または
請求項２において、夫々のプレートフィン(3) は、その
幅方向の縁で、前記バーリング加工部(2)の位置にろう
材載置用の欠切部(6) または凹陥部(7) が形成されたも
のを用いた耐熱性熱交換器コアの製造方法である。請求
項４に記載の本発明は、請求項１〜請求項３の何れかに
記載の製造方法によって造られた耐熱性熱交換器コアで
ある。
いて、前記プレートフィン(3) およびチューブ(5) の材
料がステンレス鋼よりなる耐熱性熱交換器コアの製造方
法である。請求項３に記載の本発明は、請求項１または
請求項２において、夫々のプレートフィン(3) は、その
幅方向の縁で、前記バーリング加工部(2)の位置にろう
材載置用の欠切部(6) または凹陥部(7) が形成されたも
のを用いた耐熱性熱交換器コアの製造方法である。請求
項４に記載の本発明は、請求項１〜請求項３の何れかに
記載の製造方法によって造られた耐熱性熱交換器コアで
ある。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明の耐熱性熱交換器コ
アの製造方法の第１工程を示し、図２はその第２工程、
図３は同方法により製造された熱交換器コアの要部説明
図、図４〜図６は夫々熱交換器コア全体を示す。図１〜
図３におけるコア11は、夫々耐熱性および耐蝕性の高い
ステンレス鋼またはニッケル鋼からなる並列された多数
のプレートフィン３とチューブ５と一対のサポート材４
を有する。プレートフィン３およびサポート材４は、そ
のチューブ挿通孔１の孔縁にバーリング加工部２が立上
げ形成され、そのバーリング加工部２の高さの間隔で多
数のプレートフィン３が並列され、その並列方向の両端
にサポート材４が配置されている。
施の形態を説明する。図１は本発明の耐熱性熱交換器コ
アの製造方法の第１工程を示し、図２はその第２工程、
図３は同方法により製造された熱交換器コアの要部説明
図、図４〜図６は夫々熱交換器コア全体を示す。図１〜
図３におけるコア11は、夫々耐熱性および耐蝕性の高い
ステンレス鋼またはニッケル鋼からなる並列された多数
のプレートフィン３とチューブ５と一対のサポート材４
を有する。プレートフィン３およびサポート材４は、そ
のチューブ挿通孔１の孔縁にバーリング加工部２が立上
げ形成され、そのバーリング加工部２の高さの間隔で多
数のプレートフィン３が並列され、その並列方向の両端
にサポート材４が配置されている。
【０００９】そしてそのチューブ挿通孔１に整合するチ
ューブ５がバーリング加工部２に挿通され、次いで、チ
ューブ５の内面に、その内直径よりも僅かに大なる外直
径の拡開具８が圧入される。そしてチューブ５が内面側
から拡開され、その外周面がバーリング加工部２の内面
に密着される。なお、この例ではプレートフィン３およ
びサポート材４には１列にチューブ挿通孔１が形成され
ると共に、プレートフィン３の幅方向の両側で且つバー
リング加工部２の位置にろう材載置用の欠切部６が形成
される。そして図１の如く組立てられたコア11は、その
欠切部６に図２に示す如く、ペーストによりニッケル粉
末を棒状に成形したろう材９が載置され、その組立体全
体が高温の炉内に挿入される。
ューブ５がバーリング加工部２に挿通され、次いで、チ
ューブ５の内面に、その内直径よりも僅かに大なる外直
径の拡開具８が圧入される。そしてチューブ５が内面側
から拡開され、その外周面がバーリング加工部２の内面
に密着される。なお、この例ではプレートフィン３およ
びサポート材４には１列にチューブ挿通孔１が形成され
ると共に、プレートフィン３の幅方向の両側で且つバー
リング加工部２の位置にろう材載置用の欠切部６が形成
される。そして図１の如く組立てられたコア11は、その
欠切部６に図２に示す如く、ペーストによりニッケル粉
末を棒状に成形したろう材９が載置され、その組立体全
体が高温の炉内に挿入される。
【００１０】そしてろう材９を溶融させることにより、
バーリング加工部２及びチューブ５の外周に集中的に図
２の矢印のごとくそれを供給し、両者間をろう付けす
る。それと共に、図３の如く、バーリング加工部２の内
面側及び外面側並びにチューブ５の外面側にニッケル拡
散層10を形成する。このようなチューブ５の外周面のニ
ッケル拡散層10及びバーリング加工部２の外周面のニッ
ケル拡散層10によって、チューブ５自体が保護される。
バーリング加工部２及びチューブ５の外周に集中的に図
２の矢印のごとくそれを供給し、両者間をろう付けす
る。それと共に、図３の如く、バーリング加工部２の内
面側及び外面側並びにチューブ５の外面側にニッケル拡
散層10を形成する。このようなチューブ５の外周面のニ
ッケル拡散層10及びバーリング加工部２の外周面のニッ
ケル拡散層10によって、チューブ５自体が保護される。
【００１１】また、バーリング加工部２とチューブ５と
はニッケルろう材により一体化されているため、使用中
にプレートフィン３のバーリング加工部２とチューブ５
の外周との間に隙間が生じることがなく、伝熱性を良好
に保持できる。このようにしてなるプレートフィン型の
コア11は、その両端部にサポート材４が配置され、図４
のコア11では各チューブ５の両端は一対のヘッダパイプ
12に連通されている。
はニッケルろう材により一体化されているため、使用中
にプレートフィン３のバーリング加工部２とチューブ５
の外周との間に隙間が生じることがなく、伝熱性を良好
に保持できる。このようにしてなるプレートフィン型の
コア11は、その両端部にサポート材４が配置され、図４
のコア11では各チューブ５の両端は一対のヘッダパイプ
12に連通されている。
【００１２】次に、図５のコア11の例では、チューブ５
が夫々Ｕ字パイプからなり、その端部開口が隣り合うチ
ューブ５の開口に、短いＵ字状の連結管によって接続さ
れ、全体としてチューブが蛇行状に曲折形成される。ま
た、図６の例ではチューブ５が水平方向にＵ字状に曲折
されたものからなり、図５と同様に夫々のチューブ５の
端どうしが、図示しない短い連結管によって接続され、
それによりチューブ全体が蛇行状に形成されたものであ
る。そして一例として、これらのコア11を改質器として
用いる場合には、チューブ５内に触媒を収納し、そのチ
ューブ５に水蒸気と燃料の混合体を供給する。そしてチ
ューブ５の外面側に燃料電池の排ガスを供給し、それと
上記燃料および水蒸気の混合体との間に熱交換を行い、
チューブ５の出口側に水素を発生させるものである。
が夫々Ｕ字パイプからなり、その端部開口が隣り合うチ
ューブ５の開口に、短いＵ字状の連結管によって接続さ
れ、全体としてチューブが蛇行状に曲折形成される。ま
た、図６の例ではチューブ５が水平方向にＵ字状に曲折
されたものからなり、図５と同様に夫々のチューブ５の
端どうしが、図示しない短い連結管によって接続され、
それによりチューブ全体が蛇行状に形成されたものであ
る。そして一例として、これらのコア11を改質器として
用いる場合には、チューブ５内に触媒を収納し、そのチ
ューブ５に水蒸気と燃料の混合体を供給する。そしてチ
ューブ５の外面側に燃料電池の排ガスを供給し、それと
上記燃料および水蒸気の混合体との間に熱交換を行い、
チューブ５の出口側に水素を発生させるものである。
【００１３】次に、図７〜図９はチューブ５とバーリン
グ加工部２とのろう付けを効果的に行う他の例であり、
この例は図７及び図９に示す如く、プレートフィン３の
幅方向で且つバーリング加工部２に整合する位置に、凹
陥部７がプレス成形により形成されたものである。これ
は、バーリング加工部２側に（その反対側でもよい）平
面Ｕ字状のポケット部を形成したものである。そしてそ
こに溶融したろう材９を案内し、図８の如く、それをバ
ーリング加工部２及びチューブ５に凹陥部７（図９）を
介して集中的に供給するものである。
グ加工部２とのろう付けを効果的に行う他の例であり、
この例は図７及び図９に示す如く、プレートフィン３の
幅方向で且つバーリング加工部２に整合する位置に、凹
陥部７がプレス成形により形成されたものである。これ
は、バーリング加工部２側に（その反対側でもよい）平
面Ｕ字状のポケット部を形成したものである。そしてそ
こに溶融したろう材９を案内し、図８の如く、それをバ
ーリング加工部２及びチューブ５に凹陥部７（図９）を
介して集中的に供給するものである。
【００１４】
【発明の作用・効果】本発明の耐熱性熱交換器コアの製
造方法は、チューブ５の内面を拡開して、その外周をチ
ューブ挿通孔１のバーリング加工部２の内面に密着する
工程を経た後に、高温のもとでバーリング加工部２にニ
ッケルろう材を供給して、そのバーリング加工部２とチ
ューブ５との間をろう付けすると共に、少なくともその
バーリング加工部２及びチューブ５の外面にニッケル拡
散層10を形成させるものである。それによって、チュー
ブ５の外面側の耐熱性を高めることができる。それと共
に、バーリング加工部２とチューブ５との間を一体化
し、伝熱性を向上させることができる。特に、チューブ
５の外周をバーリング加工部２の内面に密着した後にろ
う付けを行っているので、両者間の一体性を強固なもの
とし、熱伝達をさらに良好に行い得る。さらに、チュー
ブの耐圧性を高めることができる。
造方法は、チューブ５の内面を拡開して、その外周をチ
ューブ挿通孔１のバーリング加工部２の内面に密着する
工程を経た後に、高温のもとでバーリング加工部２にニ
ッケルろう材を供給して、そのバーリング加工部２とチ
ューブ５との間をろう付けすると共に、少なくともその
バーリング加工部２及びチューブ５の外面にニッケル拡
散層10を形成させるものである。それによって、チュー
ブ５の外面側の耐熱性を高めることができる。それと共
に、バーリング加工部２とチューブ５との間を一体化
し、伝熱性を向上させることができる。特に、チューブ
５の外周をバーリング加工部２の内面に密着した後にろ
う付けを行っているので、両者間の一体性を強固なもの
とし、熱伝達をさらに良好に行い得る。さらに、チュー
ブの耐圧性を高めることができる。
【００１５】上記構成において、プレートフィン３及び
チューブ５の材料にステンレス鋼を用いることができ
る。それによれば、さらに耐熱性の高い熱交換器コアを
提供できる。上記何れかの構成において、プレートフィ
ン３の幅方向の縁で、バーリング加工部２の位置にろう
材載置用の欠切部６または凹陥部７を形成したものを用
いることができる。この方法によれば、ろう材９をプレ
ートフィン３のバーリング加工部２およびチューブ５の
外周に集中的に供給して、ろう材を経済的に使用できる
と共に、そのろう付けの信頼性を高め且つ、ニッケル拡
散層10をそれらの全周に確実に形成することができる。
また、上記方法によって作られた耐熱性熱交換器コア
は、信頼性が高く且つ耐熱性の高い熱交換器コアとなり
得る。
チューブ５の材料にステンレス鋼を用いることができ
る。それによれば、さらに耐熱性の高い熱交換器コアを
提供できる。上記何れかの構成において、プレートフィ
ン３の幅方向の縁で、バーリング加工部２の位置にろう
材載置用の欠切部６または凹陥部７を形成したものを用
いることができる。この方法によれば、ろう材９をプレ
ートフィン３のバーリング加工部２およびチューブ５の
外周に集中的に供給して、ろう材を経済的に使用できる
と共に、そのろう付けの信頼性を高め且つ、ニッケル拡
散層10をそれらの全周に確実に形成することができる。
また、上記方法によって作られた耐熱性熱交換器コア
は、信頼性が高く且つ耐熱性の高い熱交換器コアとなり
得る。
【図１】本発明の耐熱性熱交換器コアの製造方法の第１
工程を示す説明図。
工程を示す説明図。
【図２】同製造方法の第２工程を示す説明図。
【図３】同方法により製造された熱交換器コアの要部拡
大図。
大図。
【図４】同方法により製造された熱交換器コアの斜視略
図。
図。
【図５】同他の熱交換器コアの正面図。
【図６】同他の熱交換器コアの斜視略図。
【図７】本発明の他の熱交換器コアの斜視略図。
【図８】同熱交換器コアの製造方法の第２工程を示す説
明図。
明図。
【図９】同凹陥部７の平面略図。
１ チューブ挿通孔
２ バーリング加工部
３ プレートフィン
４ サポート材
５ チューブ
６ 欠切部
７ 凹陥部
８ 拡開具
９ ろう材
10 ニッケル拡散層
11 コア
12 ヘッダパイプ
13 第１流体
14 第２流体
Claims (4)
- 【請求項１】 夫々のチューブ挿通孔(1) の孔縁に突設
されたバーリング加工部(2) の高さの間隔で並列された
多数のプレートフィン(3) を有し、 夫々の各バーリング加工部(2) に多数のチューブ(5) を
挿通し、次いで夫々のチューブ(5) をその内面側から拡
開して、チューブ(5) の外周をバーリング加工部(2) の
内面に密着する工程と、 次いで、高温のもとで前記バーリング加工部(2) にニッ
ケルろう材を供給して、そのバーリング加工部(2) とチ
ューブ(5) との間をろう付けすると共に、少なくともそ
のバーリング加工部(2) およびチューブ(5) の外面にニ
ッケル拡散層(10)を形成させる工程と、を具備する耐熱
性熱交換器コアの製造方法。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記プレートフィン(3) およびチューブ(5) の材料がス
テンレス鋼よりなる耐熱性熱交換器コアの製造方法。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２において、 夫々のプレートフィン(3) は、その幅方向の縁で前記バ
ーリング加工部(2) の位置にろう材載置用の欠切部(6)
または凹陥部(7) を形成したものが用いられた耐熱性熱
交換器コアの製造方法。 - 【請求項４】 請求項１〜請求項３の何れかに記載の製
造方法によって造られた耐熱性熱交換器コア。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002106969A JP2003302184A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 耐熱性熱交換器コアの製造方法およびコア |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002106969A JP2003302184A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 耐熱性熱交換器コアの製造方法およびコア |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003302184A true JP2003302184A (ja) | 2003-10-24 |
Family
ID=29391132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002106969A Pending JP2003302184A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 耐熱性熱交換器コアの製造方法およびコア |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003302184A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006078154A (ja) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Atago Seisakusho:Kk | プレート式熱交換器及びその製造方法 |
| JP2010256004A (ja) * | 2009-04-21 | 2010-11-11 | Hamilton Sundstrand Corp | マイクロチャネル熱交換器および熱エネルギー抽出方法 |
| JP2013113486A (ja) * | 2011-11-29 | 2013-06-10 | Fujitsu General Ltd | 熱交換器の製造方法 |
-
2002
- 2002-04-09 JP JP2002106969A patent/JP2003302184A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006078154A (ja) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Atago Seisakusho:Kk | プレート式熱交換器及びその製造方法 |
| JP2010256004A (ja) * | 2009-04-21 | 2010-11-11 | Hamilton Sundstrand Corp | マイクロチャネル熱交換器および熱エネルギー抽出方法 |
| JP2013113486A (ja) * | 2011-11-29 | 2013-06-10 | Fujitsu General Ltd | 熱交換器の製造方法 |
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