JP2005180806A - Heat exchanger and method for producing it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器に関する。特に、高温流体を流通する層と、低温流体を流通する層とを積層してなる熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger. In particular, the present invention relates to a heat exchanger in which a layer that circulates a high-temperature fluid and a layer that circulates a low-temperature fluid are stacked.
従来の熱交換器として、必要に応じてプレートとフィンのロウ付けフィレット部の形状を変形することにより、亀裂の発生を有効に防止し、耐久信頼性の向上を図ったものが知られている (例えば、特許文献1、参照。)。 As a conventional heat exchanger, the shape of the brazed fillet portion of the plate and fin is deformed as necessary to effectively prevent the occurrence of cracks and improve durability and reliability. (For example, see Patent Document 1).
また、各層の接合にロウ付けを用いず、拡散接合を用いたものとしては、穴開け加工されたステンレス鋼板を積層して相互に接合し、ステンレス鋼板に開けられた穴またはそれらの連結された空間を流体の流路となし、積層されたステンレス鋼板を、固相拡散接合または液相拡散接合により相互に接合したものが知られている(例えば、特許文献2、参照。)。
しかしながら、特開2002−235995号公報に記載の熱交換器のように、ロウ付けにより接合している場合には、高温状況下、且つ熱交換させる高温側と低温側との温度差が大きい等の場合には、高温強度およびクリープ特性という観点から亀裂が生じ易いという問題があった。 However, in the case of joining by brazing as in the heat exchanger described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-235995, there is a large temperature difference between the high temperature side and the low temperature side to be subjected to heat exchange under high temperature conditions, etc. In this case, there was a problem that cracks were likely to occur from the viewpoint of high-temperature strength and creep characteristics.
また、特開平8−271175号公報に記載の熱交換器においても、流体間で温度差が大きい場合など、大きな温度勾配およびそれに伴い高い熱応力が生じ、厳しい使用環境下では、耐久信頼性の確保が問題となっていた。 Also, in the heat exchanger described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-271175, a large temperature gradient and a high thermal stress are generated in association with a large temperature difference between fluids. Ensuring was a problem.
そこで本発明は、上記の問題を鑑みて、より耐久信頼性の高い熱交換器およびその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a heat exchanger with higher durability and reliability and a method for manufacturing the heat exchanger.
本発明は、表面に低温流体が流通する流通領域を有する低温流体層と、表面に高温流体が流通する流通領域を有する高温流体層と、を積層することにより構成した熱交換器において、少なくとも前記流通領域の外周部において隣り合う層に拡散接合し、かつ、前記低温流体層と前記高温流体層の流通領域の少なくとも一部の領域を非接合とする。 The present invention relates to a heat exchanger configured by laminating a low-temperature fluid layer having a circulation region in which a low-temperature fluid circulates on a surface and a high-temperature fluid layer having a circulation region in which a high-temperature fluid circulates on a surface. Diffusion bonding is performed to adjacent layers in the outer peripheral portion of the circulation region, and at least a part of the circulation region of the low-temperature fluid layer and the high-temperature fluid layer is not bonded.
また、請求項1に記載の熱交換器の製造方法であって、前記高温流体層および前記低温流体層の流通領域のうち、一方を拡散接合により隣り合う層に接合される接合領域、もう一方を非接合領域とし、前記接合領域の接合時には、非接合領域とした流通領域を液圧または気圧で膨張させることにより、前記接合領域に積層方向の荷重を加える。
Moreover, it is a manufacturing method of the heat exchanger of
また、請求項1に記載の熱交換器の製造方法であって、各層を、隣り合う層と同種の基材で形成し、かつ、その表面の非接合領域となる部分に異種の膜を形成し、非選択エッチングにて前記流通領域の成形を行ってから、積層した各層間を拡散接合し、その後、選択エッチングにより前記異種材の膜を除去することにより形成する。
Moreover, it is a manufacturing method of the heat exchanger of
このように、外周部を隣り合う層に拡散接合することにより、低温流体および高温流体の混合・漏洩を抑制することができる。また、流通領域の少なくとも一部を非接合とすることにより、全体の熱応力を抑制することができ、耐久信頼性の高い熱交換器を構成することができる。 In this way, mixing and leakage of the low temperature fluid and the high temperature fluid can be suppressed by diffusion bonding the outer peripheral portion to the adjacent layers. In addition, by making at least a part of the flow region non-bonded, the overall thermal stress can be suppressed, and a heat exchanger with high durability and reliability can be configured.
また、接合領域の接合時には、非接合領域とした流通領域を液圧または気圧で膨張させることにより、接合領域に積層方向の荷重を加えることで、流通領域の一部のみを拡散接合によって接合した、耐久信頼性の高い熱交換器を製造することができる。 In addition, when joining the joining region, only a part of the circulation region is joined by diffusion joining by applying a load in the stacking direction to the joining region by expanding the circulation region as a non-joining region with hydraulic pressure or atmospheric pressure. A heat exchanger with high durability and reliability can be manufactured.
また、各層を、隣り合う層と同種の基材で形成し、かつ、その表面の非接合領域となる部分に異種の膜を形成し、非選択エッチングにて流通領域の成形を行ってから、積層した各層間を拡散接合し、その後、選択エッチングにより異種材の膜を除去することにより、流通領域に拡散接合による接合領域と非接合領域とを混在させた、耐久信頼性の高い熱交換器を製造することができる。 In addition, each layer is formed of the same type of base material as the adjacent layer, and a different type film is formed on a portion to be a non-bonding region on the surface, and after forming the flow region by non-selective etching, Diffusion bonding between each laminated layer, and then removing the dissimilar material film by selective etching, thereby mixing the bonding region by diffusion bonding and the non-bonding region in the distribution region, and a highly reliable heat exchanger Can be manufactured.
第1の実施形態について説明する。熱交換器1の断面の一部を図1に示す。ここでは、熱交換器1として、例えば高温流体として気体を、低温流体として液体を用いるものについて説明する。
A first embodiment will be described. A part of the cross section of the
熱交換器1を、高温流体を流通する複数の高温流体層2と、低温流体を流通する複数の低温流体層3とを積層することにより構成する。ここでは、高温流体層2と低温流体層3を交互に積層しているが、この限りではない。例えば、一つの低温流体層3と二つの高温流体層2とを交互に積層する等、の構成とすることができる。高温流体層2、低温流体層3それぞれを、熱伝導率の優れた板状の基材20、30により構成する。基材20、30としては、同種の材料を用いる。
The
高温流体層2を構成する基材20の表面20aには、外周部21と、流通領域22を設ける。流通領域22には、複数の溝により形成した高温流体の流通する高温流体流路23と、高温流体流路23間に形成された流路隔壁24を設ける。また、低温流体層3を構成する基材30の表面30aには、外周部31と、流通領域32を設ける。流通領域32には、複数の溝により形成した低温流体の流通する低温流体流路33と、低温流体流路33間に形成された流路隔壁34を設ける。なお、ここでは高温流体流路23、低温流体流路33を複数の流路により形成したがこの限りではない。このような高温流体層2の表面20aと低温流体層3の裏面30b、低温流体層3の表面30aと高温流体層2の裏面20bとが接触するように高温流体層2および低温流体層3を積層することにより、熱交換器1を構成する。
An outer
ここで、高温流体層と低温流体層とを積層して構成した熱交換器において、積層面の全領域について接触する部分を接合した場合には、高温流体層と低温流体層との温度差から生じる熱膨張率の差から、接合部分にせん断応力が生じて亀裂が生じる可能性がある。このとき、特に外周部に亀裂が生じると、熱交換器の外部に高温流体、低温流体が漏洩してしまうという不具合が生じる。 Here, in a heat exchanger configured by laminating a high-temperature fluid layer and a low-temperature fluid layer, when the contact portions of the entire surface of the laminated surface are joined, the temperature difference between the high-temperature fluid layer and the low-temperature fluid layer is determined. Due to the difference in the coefficient of thermal expansion that occurs, there is a possibility that a shear stress is generated at the joint portion and a crack is generated. At this time, in particular, when a crack occurs in the outer peripheral portion, there arises a problem that the high-temperature fluid and the low-temperature fluid leak to the outside of the heat exchanger.
そこで本実施形態においては、積層面の外周部21、31については、隣り合う層に拡散接合することにより、外部への流体の漏洩を防止する。また、流体領域22、32については、その一部を非接合とすることにより、熱交換器1全体の熱応力を抑制する。
Therefore, in the present embodiment, the outer
図1に示すように、高温流体層2については、外周部21について拡散接合し、流通領域22全体を非接合とする。ここでは、外周部21に対して流路隔壁24の頂面24aが基材20の内部側に位置するように形成する。つまり、流路隔壁24の頂面24aと隣り合う低温流体層3の裏面30bとの間に隙間が形成されるように構成する。
As shown in FIG. 1, the high-
一方、低温流体層3については、外周部31および流通領域32全領域について、隣り合う高温流体層2に接合する。ここでは、それぞれの接合を拡散接合により行う。つまり、外周部31と流路隔壁34の頂面34aを、隣り合う高温流体層2に拡散接合する。このとき、外周部31と流路隔壁34の頂面34aは、同じ平面内に形成される。
On the other hand, the low
このように、高温流体層2と低温流体層3を積層することにより形成した熱交換器1において、外周部21、31について拡散接合することにより、熱交換器1の外部への流体漏れを防ぐことができる。また、流通領域22、32については、高温流体層2側を非接合、低温流体層3側を拡散接合とする。これにより、熱交換器1全体の熱応力が抑制されることが、研究者により実験的に確認されている。これは、高温流体層2と低温流体層3とを接合することで、高温流体層2における膨張方向の応力と低温流体層3の縮小方向の応力とが互いに打ち消し合うためと考えられる。
Thus, in the
なお、ここでは、高温流体層2の流通領域22全体を非接合としたが、この限りではなく、流通領域22の一部の領域についてのみ非接合として、その他の領域については拡散接合としてもよい。同様に、低温流体層3全体を拡散接合としたが、この限りではなく、流通領域32の一部の領域についてのみ拡散接合として、その他の領域については非接合としてもよい。
Here, the
次に、このような熱交換器1の製造方法について説明する。
Next, the manufacturing method of such a
隣り合う層2、3の間を拡散接合するには、高温環境下で積層方向に大きな圧力かける必要がある。このとき、積層方向に均一に拡散接合に必要な力を伝えるのは難しく、積層された位置や積層面内の位置によっては、拡散接合が為されないという可能性が生じる。特にここでは、積層方向に、拡散接合される流路隔壁34と、非接合の流路隔壁24とが積層方向に混在するので、高温流体層2、低温流体層3を積層して加圧するだけでは所望の拡散接合を得るのが難しい。
In order to perform diffusion bonding between the
そこで、流通領域32の拡散接合時には、図2に示すように、非接合領域とした高温流体層2の流通領域22内の圧力を上昇させる。例えば、流通領域22内の気圧を上昇させる。または、高圧状態の液体を供給する。これにより、高温流体流路23および流路隔壁24の頂面24aと低温流体層2の裏面20b間の隙間が積層方向に膨張し、低温流体層3に積層方向の圧力がかかる。ここでは、高温流体層2と低温流体層3とを交互に積層しているので、低温流体層3は積層方向両側から圧力がかかる。このような状態で、高温流体層2と低温流体横3を積層して構成した積層体に、さらに積層方向に荷重をかける。
Therefore, at the time of diffusion bonding in the
その結果、低温流体層3の流路隔壁34は高温流体層2の裏面20bに拡散接合し、高温流体層2の流路隔壁24は低温流体層3の裏面30bに非接合とすることができる。つまり、拡散接合と非接合とが積層方向に重なって存在するように構成することができる。なお、各流路23、33の成形はエッチング加工や機械加工等、いずれの方法を用いても良い。
As a result, the flow
または、熱交換器1を図3に示すように製造してもよい。
Alternatively, the
図3(a)に示すように、非接合領域を有する高温流体層2の基材20として、SUSの表面20aにCuをクラッドさせてCu膜40を形成する。Cu膜40は、非接合領域、ここでは流通領域22を被覆するように形成する。なお、材料の組み合わせはこの限りではない。
As shown in FIG. 3A, a
次に、図3(b)に示すように、この基材をエッチングにより高温流体流路23に相当する溝を形成する。まず、SUS、Cuの両方を腐食させることができるエッチング液を用いて、エッチング加工を実施する。この加工により、図3(c)に示すように、流路隔壁24の頂面24aがCuで覆われて、外周部21と同じ平面上に形成される基材20を得られる。
Next, as shown in FIG. 3B, a groove corresponding to the high-temperature
図3(d)に示すように、このような基材20と、一方の表面にエッチングにより低温流体流路33に相当する溝を形成し、全体がSUSで構成された基材30とを積層し、高温環境下で積層方向に圧力をかけることにより拡散接合を行う。ここで、Cu膜40により、流通領域22、32において積層方向に圧力が伝わり易くなるので、流通領域32を確実に拡散接合することができる。なお、このときには、外周部21、31、流通領域22、32の全領域が、それぞれ隣り合う層に拡散接合される。
As shown in FIG. 3 (d), such a
次に、流通領域22、32の非接合領域を選択的にエッチングする。ここでは、流路隔壁24の頂面24aを覆うCu膜40を腐食することにより、高温流体層2の流通領域22を非接合に構成する。その結果、図3(e)に示すような、本実施形態の熱交換器1を製造することができる。
Next, the non-joining regions of the
つまり、非接合領域に基材20、30とは異なる材料を用いて膜(Cu膜40)を形成し、流通領域22、32全体を拡散接合したのちに、異種材により形成した膜(Cu膜40)を選択的にエッチングする。これにより、非接合領域と拡散接合領域との形成位置を自由に設定することができる。
That is, after forming a film (Cu film 40) using a material different from the
なお、高温流体層2、低温流体層3それぞれの形状はこの限りではない。例えば、図4に示すように、高温流体層2側に流路隔壁24を設けず、流通領域22全体を高温流体流路23としてもよい。この場合にも外周部21、31を拡散接合により接合する。また、低温流体層3の流路隔壁34についても、隣り合う層に拡散接合する。このとき、高温流体層2の流通領域22は非接合領域となり、低温流体層3の流通領域32は拡散接合領域となる。
The shapes of the high
次に、本実施形態の効果について説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described.
表面30aに低温流体が流通する流通領域32を有する低温流体層3と、表面20aに高温流体が流通する流通領域22を有する高温流体層2と、を積層することにより構成した熱交換器1において、少なくとも流通領域22、32の外周部21、31を隣り合う層に拡散接合し、かつ、高温流体層2と低温流体層3の流通領域22、32の少なくとも一部の領域を非接合とする。このように、一部を非接合とすることで、各部に発生する熱による伸縮を吸収し、積層体全体に発生する熱応力を低減して、耐久信頼性を向上することができる。また、外周部21、31を拡散接合とすることで、高温流体と低温流体の混合・漏洩といった熱交換器1の機能に大きく左右する機能に対する信頼性を確保することができる。
In the
ここでは、流通領域22、32に流体を流通する複数の流路23、33と、流路隔壁24、34を設け、流路隔壁24の頂面24aまたは流路隔壁34の頂面34aの少なくとも一方が、少なくとも一部の領域で隣り合う層に非接合となるように構成する。これにより、流通領域22、32全体を接合するのを避けることができ、局所的な伸縮による亀裂の発生を抑制することができる。
Here, a plurality of
また、低温流体層3の流通領域32を、隣り合う層に接合された接合領域とし、高温流体層2の流通領域22を非接合領域とする。これにより、熱交換器1全体の熱応力をさらに抑制することができ、耐久信頼性を向上することができる。
Moreover, let the distribution area |
また、高温流体層2および低温流体層3の流通領域22、32のうち、一方を非接合領域、もう一方を拡散接合により隣り合う層に接合される接合領域とする。ここでは高温流体層2を非接合領域、低温流体層3を接合領域とする。接合領域の接続時には、非接合領域とした流通領域22を液圧または気圧で膨張させることにより、接合領域である流通領域32に積層方向の荷重を加える。これにより、接合領域における拡散接合が促進され、積層方向に接合領域と非接合領域とが混在する場合にも、拡散接合による接合を行うことができる。
Moreover, let one side be a non-joining area | region among the distribution | circulation area |
または、各層を、隣り合う層と同種の基材(SUS)で形成し、かつ、その表面の非接合領域となる部分に異種材(Cu)の膜(Cu膜40)を形成し、非選択エッチングにて流通領域22、32の成形を行う。ここでは、溝状の高温流体流路23および低温流体流路33を形成する。その後、積層した各層間を拡散接合してから、選択エッチングにより異種材(Cu)の膜(Cu膜40)を除去することにより形成する。これにより、流通領域22、32の一部に拡散接合領域を、その他の部分に非接合領域を形成することができる。特に、一つの流通領域22または32内で、拡散接合領域と非拡散接合領域を混在させることができる。
Alternatively, each layer is formed of the same type of base material (SUS) as the adjacent layer, and a film of a different material (Cu) (Cu film 40) is formed on a portion to be a non-bonding region on the surface, and is not selected. The
次に、第2の実施形態について説明する。熱交換器1の断面の一部を図5に示す。
Next, a second embodiment will be described. A part of the cross section of the
第1の実施形態と同様に、外周部21、31を拡散接合により構成する。また、流通領域22、32については、その一部を非接合とし、その他の部分をロウ付けにより接合する。ここでは、高温流体層2の流通領域22については非接合とし、低温流体層3の流通領域32についてはロウ付けにより接合する。つまり、流路隔壁34の頂面34aと高温流体層2の裏面20bとをロウ付けにより接合する。
As in the first embodiment, the outer
なお、ロウ付けの際には、積層方向に大きな圧力をかける必要はなく、任意の位置を接合することができる。そのため、高温流体層2の流通領域22を非接合、低温流体層3の流通領域32を接合とするに限らず、熱応力の発生分布に応じて自由に接合領域・非接合領域を設定することができる。
When brazing, it is not necessary to apply a large pressure in the stacking direction, and arbitrary positions can be joined. Therefore, not only the
このとき、流通領域32内の接合をロウ付けにより行うため、拡散接合を行う場合よりその強度は低減してしまう。ただし、外周部31は拡散接合を行うため、各層2、3の伸縮により生じるせん断応力により、ロウ付けによる接合部分に亀裂が生じても、低温流体は流通領域32内に収容された状態を維持するので、低温流体が漏洩したり、高温流体と低温流体が混合するのを防ぐことができる。
At this time, since the bonding in the
なお、外周部21、31を拡散接合する際には、その設定温度についてはロウ付けの温度に近いものとし、拡散接合を行う時間を長めに設定するのが好ましい。
When the outer
このように、本実施形態においては、高温流体層2と低温流体層3の流通領域22、32に、ロウ付けにより隣り合う層に接合される接合領域と、非接合領域とを有する。ロウ付けを用いる場合には、接合時に積層方向に大きな圧力を伝える必要はなく、これにより、接合領域、非接合領域のレイアウト自由度が増し、その使い分けを所望の位置に対して自由に行うことができる。
As described above, in this embodiment, the
次に、第3の実施形態について説明する。熱交換器1の断面の一部を図6に示す。以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
Next, a third embodiment will be described. A part of the cross section of the
図5に示すように、外周部21、31を拡散接合で接合する。一方、高温流体層2の流通領域22および低温流体層3の流通領域32については、全体を非接合とする。
As shown in FIG. 5, the outer
つまり、外周部21に対して流路隔壁24の頂面24aが基材20の内部に位置するように構成する。また、外周部31に対して流路隔壁34の頂面34aが基材30の内部に位置するように構成する。低温流体層2と高温流体層3を積層した際に、流路隔壁24と高温流体層3の裏面30bとの間に、また、流路隔壁34と低温流体層2の裏面20bとの間に隙間が形成されるように構成する。このような熱交換器1においては、拡散接合時には、外周部21、31に積層方向に圧力をかける。このとき、拡散接合領域が積層方向に重なって構成されるので、積層方向に力を伝え易く、比較的容易に拡散接合を形成することができる。
That is, the
ここでは低温流体として、液体を用いる。そこで、低温流体層3の面30aに形成した流路隔壁34の幅をb1、溝状の低温流体流路33の幅をb2とした場合、b1≧b2となるように構成する。また、流路隔壁34の頂面34aと高温流体層2の裏面20aとの隙間の幅d1と、低温流体流路33を構成する溝深さd2との関係が、d1≦d2となるように形成する。つまり、流路隔壁34の頂面34aと高温流体層2との間に、薄い液体(低温流体)の層が形成されるように構成する。このように構成することにより、熱交換性能を向上することができる。特に、熱交換器1に低温の液体を流通させることにより、液体温度を上昇、または、液体を蒸発させる場合には、薄い液層を形成することにより、液体が得る熱量を増大することができる。
Here, a liquid is used as the low temperature fluid. Therefore, when the width of the flow
次に、本実施形態の効果について説明する。ここでは、第1の実施形態と異なる効果のみを説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described. Here, only effects different from those of the first embodiment will be described.
外周部21、31を拡散接合により接合し、流通領域22、32を非接合とする。これにより、積層方向に拡散接合領域と非接合領域とが混在しないので、比較的容易に製造することができる。
The outer
また、低温流体層3の流通領域32を、溝状の低温流体流路33と流路隔壁34とから構成し、かつ、少なくともその一部の領域が、流路隔壁34の幅b1と低温流体流路33の溝幅b2との関係がb1≧b2、流路隔壁34と隣り合う層との距離d1と、低温流体流路33の深さd2との関係が0<d1≦d2である非接合領域となるように構成する。これにより、伝熱面積も確保され、流通領域33内の広範囲で薄い層が形成されるため、良好な熱交換性能が得られる。
Further, the
次に、第4の実施形態について説明する。熱交換器1の各層の平面図を図7に示す。図7(a)に低温流体層3の平面図を、図7(b)に高温流体層2の平面図を示す。以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
Next, a fourth embodiment will be described. A plan view of each layer of the
低温流体層3の流通領域32に、突起部41を構成する。突起部41としては、その形状を限定するわけではなく、断面が円形状のものやじゃま板等、様々なものを用いることができる。突起部41は、流通領域32内の低温流体の流れを乱流として、熱交換性能を向上する役割を担う。
ここでは、流通領域32の一部領域Aに突起部41を設け、その他の領域Bには設けない。または、領域Bには、突起部41の頂面41aより基材30の内部側に頂面が形成される突起部、つまり突出高さの比較的小さい突起部を設けてもよい。なお、領域Aに設けた突起部41は、その頂面41aが、外周部31と同じ平面上に形成されるように構成する。
Here, the
また、高温流体層2の流通領域22にも、突起部42を構成する。突起部41と同様に、その形状は限定しない。ただし、突起部42を、積層方向に突起部41に重なる領域Aに設ける。その他の領域Bには、突起部を設けない。または、突起部42より突出高さの小さい突起部を設ける。なお、領域Aに設けた突起部42は、その頂面42aが外周部21と同じ平面上に形成されるように構成する。
Further, the protruding
このような高温流体層2、低温流体層3を積層して接触部分を拡散接合する。つまり、外周部21、31と、流通領域22、32の領域A内に形成された突起部41、42を、隣り合う層に拡散接合する。このとき、突起部41、42は、積層方向に重なって形成されるため、拡散接合の際に圧力を各層に適切に伝えることができ、確実に拡散接合を生じることができる。
Such a high-
なお、流通領域22、32内の接合領域Aは、図6に示す位置に限らず、実験等により全体の熱応力が低減されるように設定する。
In addition, the joining area | region A in the distribution | circulation area |
次に、本実施形態の効果について説明する。ここでは、第1の実施形態と異なる効果のみを説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described. Here, only effects different from those of the first embodiment will be described.
一部の領域Aの突出部41、42を、隣り合う層に拡散接合し、その他(領域B)を非接合とする。このように、流通領域22、32の一部の領域Bを非接合とすることで、熱応力を抑制して耐久信頼性を確保することができる。
The
流通領域22、32に、拡散接合により隣り合う層に接合される接合領域Aと、非接合領域Bと、を積層方向に重なるように構成する。これにより、積層方向に拡散接合に必要な荷重を伝え、接合部の健全性を実現できる。
In the
なお、流通領域22、32内の接合領域、非接合領域は、上述した形状に限定されるわけではなく、その少なくとも一部に非接合領域を備えればよい。
In addition, the joining area | region and non-joining area | region in the distribution | circulation area |
このように、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で、様々な変更を為し得ることはいうまでもない。 Thus, the present invention is not limited to the best mode for carrying out the invention, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims. Not too long.
本発明は、高温流体と低温流体の温度差が大きい熱交換器に適用することができる。例えば、燃料電池システムに用いる、高温の燃焼ガスにより液状燃料を蒸発させる蒸発器等に適用することができる。 The present invention can be applied to a heat exchanger having a large temperature difference between a high temperature fluid and a low temperature fluid. For example, the present invention can be applied to an evaporator that is used in a fuel cell system and evaporates liquid fuel with high-temperature combustion gas.
1 熱交換器
2 高温流体層
3 低温流体層
21 外周部
22 流通領域
23 高温流体流路
24 流路隔壁(隔壁)
31 外周部
32 流通領域
33 低温流体流路
34 流路隔壁(隔壁)
DESCRIPTION OF
31
Claims (7)
表面に高温流体が流通する流通領域を有する高温流体層と、を積層することにより構成した熱交換器において、
少なくとも前記流通領域の外周部において隣り合う層に拡散接合し、かつ、前記低温流体層および前記高温流体層の流通領域の少なくとも一部の領域を非接合とすることを特徴とする熱交換器。 A cryogenic fluid layer having a flow region in which cryogenic fluid circulates on the surface;
In a heat exchanger configured by laminating a high-temperature fluid layer having a flow region in which high-temperature fluid flows on the surface,
A heat exchanger characterized in that at least a part of the flow region of the low-temperature fluid layer and the high-temperature fluid layer is non-bonded by diffusion bonding to adjacent layers at least in the outer periphery of the flow region.
前記高温流体層の流通領域を非接合領域とする請求項1に記載の熱交換器。 The flow region of the low-temperature fluid layer is a bonding region bonded to adjacent layers,
The heat exchanger according to claim 1, wherein the flow region of the high-temperature fluid layer is a non-joining region.
かつ、少なくともその一部が、前記隔壁の幅b1と前記流路の溝幅b2との関係がb1≧b2、前記隔壁と隣り合う層との距離d1と、前記流路の深さd2との関係が0<d1≦d2である非接合領域となるように構成する請求項1に記載の熱交換器。 The flow region of the low-temperature fluid layer is composed of a groove-shaped flow path and a partition wall,
And at least a part thereof is such that the relationship between the partition wall width b 1 and the channel groove width b 2 is b 1 ≧ b 2 , the distance d 1 between the partition and the adjacent layer, and the channel 2. The heat exchanger according to claim 1, wherein the heat exchanger is configured so as to be a non-joining region in which a relationship with the depth d 2 is 0 <d 1 ≦ d 2 .
前記高温流体層および前記低温流体層の流通領域のうち、一方を拡散接合により隣り合う層に接合される接合領域、もう一方を非接合領域とし、
前記接合領域の接合時には、非接合領域とした流通領域を液圧または気圧で膨張させることにより、前記接合領域に積層方向の荷重を加える熱交換器の製造方法。 It is a manufacturing method of the heat exchanger of Claim 1, Comprising:
Of the flow regions of the high-temperature fluid layer and the low-temperature fluid layer, one is a bonding region bonded to an adjacent layer by diffusion bonding, the other is a non-bonding region,
A method of manufacturing a heat exchanger that applies a load in the stacking direction to the joining region by expanding a flow region, which is a non-joining region, with hydraulic pressure or atmospheric pressure when joining the joining region.
各層を、隣り合う層と同種の基材で形成し、かつ、その表面の非接合領域となる部分に異種の膜を形成し、
非選択エッチングにて前記流通領域の成形を行ってから、積層した各層間を拡散接合し、その後、選択エッチングにより前記異種材の膜を除去することにより形成する熱交換器の製造方法。 It is a manufacturing method of the heat exchanger of Claim 1, Comprising:
Each layer is formed of the same type of base material as the adjacent layer, and a different type of film is formed on the surface of the non-bonded region.
A method of manufacturing a heat exchanger, which is formed by forming the flow region by non-selective etching, diffusion bonding between the stacked layers, and then removing the film of the dissimilar material by selective etching.
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