JP2005214471A - プレート式熱交換器とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧に適し、設備費用が安く、製造工数、時間が短縮でき、漏洩防止がより確実にできるプレート式熱交換器を提供する。
【解決手段】所定長さの一次パイプ１を並列させてプレート状となるようにし、この並列した一次パイプ１の両端をヘッド２でその並列状態を維持するように接合し、一方側のヘッドの一端（出入口２ａ）から、他方のヘッドの他端（出入口２ａ）に一次流体が一次パイプ１を通過して貫流するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレート状の管路を隣接させて、それぞれのプレート状管路を貫流する流体間の熱交換を行わせるプレート式熱交換器とその製造方法に関する。

通常、プレート式熱交換器とは、凹凸を設けたプレートを積層し、各プレート間にシール用のガスケットを挟んでプレート状管路を形成し、こうして積層形成されたプレート状管路に流体を貫流させて相互間で熱交換を行わせるものである（非特許文献１）。

一方、このガスケットタイプでは高圧流体には不向きのため、各プレートを溶接した溶接タイプがあり、更に、一方の流体に特に高圧が要求される場合には、その流体の貫流する側は、連続したパイプを平面状に屈曲させて、溶接タイプのプレートに固着するという方法も用いられている。こうすれば、高圧側の管路については溶接部分がないので、より高圧に耐えるからである。

このようなタイプのプレート式熱交換器は、フロンのオゾン層破壊問題に対応するため二酸化炭素などの自然冷媒を用いるヒートポンプなど、高圧が必要とされる場合に適している。

しかしながら、これまでの製造方法では、板金をプレス加工して凹凸を設けたプレートとし、各プレートを組み合わせしてロー付けし、更にそれを母体として、その表面に平面状に屈曲させたパイプをロー付けするという手順をとっていたため、プレス機など製造のための設備費用が高く、また、製造の工数、時間がかかること、ロー付け箇所が多くなるため漏洩防止が非常に難しいことが、問題となっていた。
「ボイラ・熱交換器 新機械設計製図演習（２）」（著者：江草龍男他。株式会社オーム社昭和６３年発行。 Ｐ．１５４他。）

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、高圧に適し、設備費用が安く、製造工数、時間が短縮でき、漏洩防止がより確実にできるプレート式熱交換器とその製造方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載のプレート式熱交換器は、所定長さの一次パイプを並列させてプレート状となるようにし、この並列した一次パイプの両端をヘッドでその並列状態を維持するように接合し、一方側のヘッドの一端から、他方のヘッドの他端に一次流体が一次パイプを通過して貫流するように構成したことを特徴とする。

請求項２に記載のプレート式熱交換器は、請求項１に記載のプレート式熱交換器において、前記一次流体と熱交換をする二次流体が貫流する二次パイプは、連続したパイプをプレート状となるように屈曲させ、そのプレート状のものを半分に折り曲げて、前記並列した一次パイプを挟むようにし、前記一次パイプに固着したものであることを特徴とする。

請求項３に記載のプレート式熱交換器は、請求項１または２のいずれかに記載のプレート式熱交換器において、前記一次パイプあるいは前記二次パイプの少なくとも一方を扁平なパイプで構成したことを特徴とする。

請求項４に記載のプレート式熱交換器は、請求項１から３のいずれかに記載のプレート式熱交換器において、前記二次パイプをプレート状に屈曲する際に、大部分が直線部分で占められたつづれ折状に屈曲させることを特徴とする。

請求項５に記載のプレート式熱交換器は、請求項４に記載のプレート式熱交換器において、前記二次パイプの直線部分の方向と、前記一次パイプの並列方向とが一致するようにしたことを特徴とする。

請求項６に記載のプレート式熱交換器は、請求項４に記載のプレート式熱交換器において、前記二次パイプの直線部分の方向と、前記一次パイプの並列方向とが直交するようにしたことを特徴とする。

請求項７に記載のプレート式熱交換器は、請求項１から６のいずれかに記載のプレート式熱交換器において、前記一次パイプの内部にフィンを設けたことを特徴とする。

請求項８に記載のプレート式熱交換器は、請求項１から７のいずれかに記載のプレート式熱交換器において、前記一次流体および前記二次流体と熱交換をさせるための付加パイプを前記並列状態の一次パイプに固着したことを特徴とする。

請求項９に記載のプレート式熱交換器の製造方法は、所定長さの一次パイプを並列させてプレート状となるようにする工程と、この並列した一次パイプの両端をヘッドでその並列状態を維持するように固定し、一方側のヘッドの一端から、他方のヘッドの他端に一次流体が一次パイプを通過して貫流するようにする工程と、
前記一次流体と熱交換をする二次流体が貫流する二次パイプについては、連続したパイプをプレート状となるように屈曲させる工程と、そのプレート状のものを半分に折り曲げて、前記並列した一次パイプを挟むようにする工程と、この状態の二次パイプを前記一次パイプに固着する工程とから構成される。

請求項１に記載のプレート式熱交換器によれば、従来のように板金加工のプレートを用いず、既に管路となっている一次パイプを所定長さに切断し並列させてプレート状とし、その両端をヘッドで、その並列のまま所望の管路を形成するようにロー付けなどで接合したので、板金加工のための大型プレス機などの設備が不要となり、設備費用が安くなる。また、ロー付けなどによる接合部分は一次パイプの両端部とヘッドとの間だけとなり、プレート全周の場合に比べ短くなり、製造工数、時間が短縮でき、漏洩防止もより確実となる。また、接合部分は、より構造的に強度の高いヘッドが介在していることもあって、プレート同士の場合に比べ、より高圧に耐える。

請求項２に記載のプレート式熱交換器によれば、請求項１の効果に加え、一次パイプと熱交換するための二次パイプの構成を明確にしたもので、この二次パイプは、連続したパイプをプレート状になるように屈曲させたもので、その管路自体に全く接合部分を持たず、管路からの漏洩防止が確実となり、非常な高圧にも耐えることができる。また、プレート状の二次パイプを半分に折り曲げて、並列した一次パイプを挟むようにしているので、一次パイプと二次パイプとを治具などを用いることなく接触状態とすることができ、そのまま固着することができて、工数・時間を減らすことができる。

請求項３に記載のプレート式熱交換器によれば、請求項１または２のいずれかの効果に加え、一次パイプあるいは二次パイプの一方あるいは双方ともを、扁平パイプとしたもので、その際には、扁平形状の長辺側が熱交換のための伝熱部分となり、この伝熱部分の面積効率が向上する。

請求項４に記載のプレート式熱交換器によれば、請求項１から３のいずれかの効果に加え、二次パイプの屈曲態様を、パイプを屈曲させてプレート状とする際に最も妥当なものに限定したもので、流路の一方向性を維持しながら、容易にプレート管路を形成することができる。

請求項５および請求項６に記載のプレート式熱交換器によれば、請求項４の効果に加え、一次パイプと二次パイプの管路の主たる方向の関係を双方が一致する場合と、直交する場合とに限定したもので、用途に合わせた組み合わせを選択することができる。

請求項７に記載のプレート式熱交換器によれば、請求項１から６のいずれかの効果に加え、一次パイプが直線状であることを利用して、この内部にフィンを設けたので、これにより伝熱効率が向上する。

請求項８に記載のプレート式熱交換器によれば、請求項１から７のいずれかの効果に加え、本発明のプレート式熱交換器において、一次パイプに対して二次パイプが全く異なる工程で別途成形された後に固着されるという点、二次パイプ側の構成の自由度が高いという点を活用して、一次側（そして二次側）と熱交換可能な更に別の付加パイプをプレート状の一次パイプのプレート面に固着させるようにしたもので、熱交換の態様の自由度が高くなる。

請求項９に記載のプレート式熱交換器の製造方法によれば、請求項１に記載の一次パイプ、請求項２に記載の二次パイプを併せ持った熱交換器の製造方法を、それぞれの請求項に対応させて規定したもので、それぞれの請求項の効果を、製造方法として発揮する。また、一次パイプ、二次パイプをそれぞれ別個の製造工程で制作してから両者を合体させているので、工程の自由度が高くなる。

以下に、本発明の実施の形態（実施例）について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明のプレート式熱交換器の一例を概念的に示す外観斜視図、図２は、図１のプレート式熱交換器の製造方法を説明するものであって、（ａ）は一次パイプをプレート状となるように並列させた状態の斜視図、（ｂ）は並列させた一次パイプをヘッドで固定した状態の斜視図、（ｃ１）は二次パイプをプレート状になるように屈曲させた状態の平面図、（ｃ２）は同側面図、（ｄ１）は（ｃ１）のプレート状となった二次パイプを（ｂ）の一次パイプを挟むように半分に折り曲げた状態の斜視図、（ｄ２）は（ｄ１）のＡ矢視図である。

このプレート式熱交換器１０は、一次パイプ１、ヘッド２、二次パイプ３とを備え、熱交換を行う双方の流体をそれぞれ一次パイプ１、二次パイプ３内に通過させながら熱交換を行うもので、二酸化炭素などの自然冷媒（二次パイプ３を通過させる。）を用いるヒートポンプなど、高圧が必要とされる熱交換器として好適に用いられるものである。

一次パイプ１は、図２（ａ）に示すように一定長さのパイプ１をプレート状となるように並列させ、次に、図２（ｂ）に示すように、この並列した一次パイプ１の両端をヘッド２でその並列状態を維持するように接合し、一方側のヘッド２の一端から、他方のヘッド２の他端に一次流体が一次パイプを通過して貫流するようにしてある。その詳細は、図６、７、８を用いて後述する。ヘッド２には、その端部に一次流体の出入口２ａが設けられている。

二次パイプ３は、連続したパイプを図２（ｃ１）、（ｃ２）に示すように平面状、つまりプレート状となるように屈曲させ、次いで、図２（ｄ１）（ｄ２）に示すように、そのプレート状のものを半分に折り曲げて構成される。この際、折り曲げた状態で、並列した一次パイプ１を挟んだ際には、双方のパイプ１、３が相互に接触するようにする。

こうして別個に準備した一次パイプ１、二次パイプ３を合体させると、双方のプレート状部分の表面で相互に接触し、その後に、ロー付けや半田付けなどの方法で両者を固着すると図１に示すようなプレート式熱交換器１０となる。

このようにして製造されたプレート式熱交換器１０は、まず、一次パイプ１については、従来のように板金加工のプレートを用いず、既に管路となっている一次パイプ１を所定長さに切断し並列させてプレート状とし、その両端をヘッド２で、その並列のまま所望の管路を形成するようにロー付けなどで接合したので、板金加工のための大型プレス機などの設備が不要となり、設備費用が安くなる。

また、ロー付けなどによる接合部分は一次パイプ１の両端部とヘッド２との間だけとなり、プレート全周の場合に比べ短くなり、製造工数、時間が短縮でき、漏洩防止もより確実となる。また、接合部分は、より構造的に強度の高いヘッド２が介在していることもあって、プレート同士の場合に比べ、より高圧に耐えるものとなる。

二次パイプ３については、連続したパイプをプレート状になるように屈曲させただけもので、その管路自体に全く接合部分を持たず、管路からの漏洩防止が確実となり、非常な高圧にも耐えることができる。例えば、フロンによるオゾン層破壊の問題に対処するため、自然冷媒の使用が奨励されているが、代表的な自然冷媒として二酸化炭素を使用する場合の圧力１０〜１２メガパスカル（ＭＰａ）（ほぼ従来の１００〜１２０気圧）に容易に耐えることができる。

また、プレート状の二次パイプ３を半分に折り曲げて、並列した一次パイプ１を挟んで保持するようにしているので、一次パイプ１と二次パイプ３とを治具などを用いることなく接触状態とすることができ、そのまま固着することができて、工数・時間を減らすことができる。

更に、一次パイプ１、二次パイプ３をそれぞれ別個の製造工程で制作してから両者を合体させているので、工程の自由度が高くなる。

なお、この例では、二次パイプ３をプレート状となるように屈曲させる方法として、図２（ｃ１）で示すように、大部分が直線部分で占められたつづれ折状、蛇行状の屈曲方法を用いているが、これに限らず、結果的にパイプの外周直径だけ離れた平行な二平面内に収まるような屈曲方法であれば、どのような方法であってもよい。つまり、連続したパイプを用いてプレート状とすることができればよい。また、部分的に、パイプ同士が上下に重なる部分があっても、大部分が平面を構成するものであればよい。

パイプの材料としては、熱伝導率の点より銅が好適であるが、ステンレス鋼、鋼鉄、アルミニウム、黄銅、チタンなど一般に熱交換器の管材として用いられるものであればどれでもよい。二次パイプ３間の隙間はできるだけ少ない方がよいが、パイプ３の曲げ可能な最小半径により、図２（ｃ１）に示すような方法では、最小間隔が限定されるが、以下の変形例で示すように種々の方法でその問題を克服することができる。

図３（ａ）は本発明のプレート式熱交換器の他例を概念的に示す外観斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ視部分断面図である。これより、すでに説明した部分と同じ部分には同じ符号を付して重複説明を省略する。

このプレート式熱交換器１０Ａは、図１のプレート式熱交換器１０に比べ、二次パイプ３Ａが同径のパイプを並列させた状態を維持しながら屈曲させ、一次パイプ１を挟むように半分の折り曲げて構成したものである点が異なっている。

このようにすると、二次パイプ３Ａの曲げ可能な最小半径により、パイプ３Ａ間の最小間隔が制限される場合でも、全体としては、二次パイプ３Ａが一次パイプ１と接触する面積、つまり伝熱面積を大きくすることができ、面積効率を高くすることができる。

また、図３（ｂ）では、二次パイプ３Ａの曲げ可能な最小半径の制限がある場合でも、二次パイプ３Ａをプレート状にした後半分に折り曲げる場合に、ヘアピン状に折り曲げることで、二次パイプ３Ａと一次パイプ１とが接触するようにできることを示している。

図４は、本発明のプレート式熱交換器の他例を概念的に示す外観斜視図である。

このプレート式熱交換器１０Ｂは、図１のプレート式熱交換器１０に比べ、二次パイプ３Ｂが扁平パイプを用いたものであり、その扁平の長辺側がプレート面を形成するように屈曲させた点が異なっている。

このようにすると、扁平形状の長辺側が熱交換のための伝熱部分となり、より広い伝熱面積を確保でき、伝熱の面積効率が向上する。

図５（ａ）〜（ｈ）は本発明のプレート式熱交換器における一次パイプ、二次パイプの種々の変形例を概念的に示す図である。

実施例３で説明したように、二次パイプ３は円形に限定されず、図４や図５（ｈ）の二次パイプ３Ｂのように扁平であってもよい。一方、一次パイプ１も扁平なものに限定されず、図５（ｂ）の一次パイプ１Ａのように円形、図５（ｃ）の一次パイプ１Ｂのように長方形などであってもよい。

一次パイプと二次パイプの主な方向の組み合わせも、図５（ａ）、（ｈ）のように直交するものであっても、図５（ｂ）、（ｃ）などのように一致させるものでも、また、一定の角度をもって斜めに交差するようなものであってもよい。

また、図５（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）に示す符号４、４Ａ、４Ｂは、一次パイプ１の中に収容されたフィンであり、一次パイプ１を流れる一次流体に対する伝熱面積を広くして伝熱効率、つまり、熱交換効率を向上させる。このフィン４、４Ａ、４Ｂは、一次パイプ１が、直線状であることを利用して、一次パイプ１をヘッド２で接合する前に、一次パイプ１の中に収容しておくようにすると設置が非常に簡単になる。

なお、一般に「フィン」とは、パイプの外周に内外間の伝熱効率を向上させるためにヒレ状に設けられるものであり、ここでは、その形状はヒレ状ではなくパイプ状ではあるが、その伝熱機能に着目して、これらを「フィン」と称している。

フィン４、４Ａ、４Ｂのうち、フィン４は単に円形のパイプを利用したものであり、フィン４Ａは同様に楕円形あるいは扁平のパイプを利用したものである。フィン４Ｂはらせん状に形成されたものであり、このようなフィンＡＢを用いると、一次流体を攪拌することとなり、伝熱効率が向上する。

すでに説明したように、二次パイプ３の本数も一本に限定されず、図５（ｂ）、（ｇ）の二次パイプ３Ｂのように二本であってもよく、３本以上であってもよい。

図５（ｆ）、（ｇ）に示した符号５は、二次パイプ３と異なる流体を貫流させるための付加パイプである。本発明のプレート式熱交換器においては、一次パイプ１に対して二次パイプ３が全く異なる工程で別途成形された後に固着されるという点、二次パイプ側の構成の自由度が高いという点を活用して、一次側（そして二次側）と熱交換可能な更に別の付加パイプ５をプレート状の一次パイプのプレート面に固着させるようにしたもので、熱交換の態様の自由度が高くなる。

図６は、本発明のプレート式熱交換器の他例を示すもので、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその平面図、図７は、図６のプレート式熱交換器を構成する部品を示すもので、（ａ）はヘッド本体の部分断面図、（ｂ）は区分用ピストンの平面図、（ｃ１）は一次パイプの側面図、（ｃ２）は同部分断面図、（ｄ）はこれらを組み付けた状態の部分断面図、図８は、図６のプレート式熱交換器においてピストンの態様を変えることで一次パイプの流れの態様を変えることができることを説明するもので、（ａ）はその一態様を示す部分断面図、（ｂ）はその他態様を示す部分断面図、図９（ａ）〜（ｆ）は、図８に説明した方法で得られる一次パイプの流れの種々の態様を概念的に示す図である。

これらの図に示すプレート式熱交換器１０Ｃは、より具体的に例を示すもので、図１のプレート式熱交換器１０に比べて、一次パイプ１の並列方向と、二次パイプ３の直線部分の方向とが一致している点が異なっている。また、このプレート式熱交換器１０Ｃについては、これらの図を用いて、一次パイプ１、ヘッド２、両者の結合部分の詳細、また、一次パイプ１内の一次流体の流れ態様の種々の変形例について説明する。

図７（ｃ１）、（ｃ２）に示すように、一次パイプ１は、所定長さに切断した後に、両端部のみをわずかに縮管、つまり、断面形状が相似的に少し小さくなるように加工して、縮管部１ａとしている。これは、ヘッド２によって、並列している一次パイプ１を、できるだけ並列間の隙間を小さく接合しようとすると、縮管しないままでは、それに対応するヘッド２側の嵌合穴の加工が非常に困難となり、また、接合部の漏洩防止が困難になるためである。

ヘッド２は、図７（ｄ）に示すように、ヘッド本体２１と区分ピストン２２とから構成されている。

ヘッド本体２１は、図６（ａ）、（ｂ）、図７（ａ）に示すように、断面矩形の棒鋼を素材として、長手方向に、貫通穴２１ａを穿ち、その両端には、出入口２ａの接続、あるいは、プラグ２３による閉止に用いる雌ネジ２１ｂを設けている。この雌ネジ２１ｂとしては、ＪＩＳ規格の管用ネジを用いると、プラグ２３として一般市販品を用いることができ、また、螺合部分のシールがやりやすい。

貫通穴２１ａに直交するように、ヘッド本体２１の長手面の一面から、一次パイプ１の縮管部１ａを嵌合させるための嵌合用の穴２１ｃ、２１ｄが相互に密に隣接して設けられている。この嵌合用の穴は、一次パイプ１の縮管部１ａに対応して、縮管部１ａが嵌合する嵌合穴２１ｃと一次流体を通過させるために、ほぼ縮管部１ａの内径に対応した通過穴２１ｄから構成された段付き穴となっている。

嵌合穴２１ｃ同士は相互に一定の肉部を介して隣合っていおり、縮管部１ａがないと、一次パイプ１を隙間無く並列させた場合には、この肉部もゼロとなるが、一次パイプ１の断面は扁平であり、外周に円弧部分が存在しているので、この部分の加工が非常に困難になるのである。

図７（ｂ）に示すように、区分用ピストン２２は、真っすぐな丸棒で構成される心棒２２ａと、この心棒２２ａの所定位置に外挿固定されるピストン体２２ｂと、ピストン体２２ｂの外周部分に外挿されるシールリング２２ｃとを備えている。

心棒２２ａは、ヘッド本体２１の貫通穴２１ａの両端の雌ネジ２１ｂを除いた長さである。ピストン体２２ｂの外径は、貫通穴２１ａの内径よりわずかに小さく、この貫通穴２１ａ内をがたつきなく移動できるようになっている。また、心棒２２ａとの貫挿部分は流体シールされている。

シールリング２２ｃは、Ｏリングなどで構成され、貫通穴２１ａとピストン体２２ｂとの間の流体シールの役割を果たす。シールリング２２ｃの本数は、流体シールをより完全なものとするため、この例のように３本など複数本設けるのがよいが、シールが完全であれば、一本でもよい。

このような構成の一次パイプ１、ヘッド２は図７（ｄ）に示すように組み付ける。つまり、まず、一次パイプ１の縮管部１ａをヘッド２の嵌合穴２１ｃに挿入嵌合させて、この部分をロー付けなどの方法で接合する。ついで、区分用ピストン２２をヘッド本体２１の貫通穴２１ａに挿嵌して、両端の雌ネジ２１ｂにプラグ２３や、出入口２ａ（図８参照。）を螺合させ、シールする。

ここで、区分用ピストン２２のピストン体２２ｂの位置、ピストン体２２ｂ相互間の距離を種々設定することによって、一次パイプ１を流れる一次流体の流れ態様を種々変更することができる。その一例を示すのが、図８である。

図８（ａ）では、区分用ピストン２２のピストン体２２ｂの相互間距離は、一次パイプ１を嵌合させる嵌合穴２１ｃの二つ分の空間に対応したものとなっており、これによると、図示するような一次パイプ１を１本ずつ用いた一次流体の流れＦ１を作ることができる。

一方、図８（ｂ）では、区分用ピストン２２のピストン体２２ｂの相互間距離は、嵌合穴２１ｃの四つ分の空間に対応したものとなっており、これによると、図示するような一次パイプ１を２本ずつ用いた一次流体の流れＦ２を作ることができる。

このようにして、この構成のヘッド２を用いると、区分用ピストン２２のピストン体２２ｂの相互間距離を種々変更することによって、図９に例示すように、種々の一次流体の流れＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ６、Ｆ１２を実現することができる。これらの流れの態様は、熱交換の種々の目的、態様に対応させて適宜選択することができる。なお、図９（ｆ）では、結局、区分用ピストン２２を用いない態様となっている。

図１０は、本発明のプレート式熱交換器の他例を示すもので、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその平面図である。

このプレート式熱交換器１０Ｄは、図６のプレート式熱交換器１０Ｃと同様に、本発明の実施例をより具体的に示すものであるが、熱交換器１０Ｃと比べると、一次パイプ１の長さが短く、一方、一次パイプ１の並列本数が多い点が異なっている。

このように、本発明のプレート式熱交換器では、一次パイプの長さを種々変更すること、また、一次パイプの並列本数を種々変更することで、種々のプレート形状、つまり、種々の伝熱面積のプレート式熱交換器を容易に製造することができる。

図１１は、本発明のプレート式熱交換器の他例を示すもので、（ａ）はその横断面図、（ｂ）はその左側面図、（ｃ）はその平面図、（ｄ）はその右側面図、（ｅ）は（ｃ）のＣ視部分断面図である。

このプレート式熱交換器１０Ｅは、図６のプレート式熱交換器１０Ｃと同様に、本発明の実施例をより具体的に示すものであるが、熱交換器１０Ｃと比べると、二次パイプ３に加えて、図５（ｆ）で説明した付加パイプ５が更に、一次パイプ１に固着されている点が異なっている。

この付加パイプ５はこの例では、一次パイプ１を挟むようにではなく、一次パイプ１の一面側だけに固着されている。このように場合によっては、一次パイプに固着するパイプはその一面側だけに固着するようにしてもよい。

図１２は、本発明のプレート式熱交換器の他例を示すもので、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその平面図、図１３は、図１２のプレート式熱交換器の要部詳細を示すもので、（ａ）はそのヘッドと一次パイプとの接合部の部分断面図、（ｂ）は（ａ）の縦断面図、（ｃ）はそのヘッドの部分外観斜視図である。

このプレート式熱交換器１０Ｆは、図６のプレート式熱交換器１０Ｃと同様に、本発明の実施例をより具体的に示すものであるが、熱交換器１０Ｃと比べると、ヘッド２Ａが切削加工により製造されたものでなく、板金加工により製造されたものである点が異なっている。また、二次パイプ３Ｂは、図３と同様に二本のパイプが隣接並列しているものであるが、屈曲部で一方のパイプが他方のパイプと上下に交差する部分がある点で異なっている。

ヘッド２Ａは、図１３に示すように、板状の素材に所望の凹凸加工をし、折り曲げ、部分的に溶接あるいはロー付け接合して製造される。例えば、一次パイプ１の縮管部１ａに嵌合する嵌合部２ｂは、先に形状加工される。また、接合部は、図中に示す２ｄ、２ｃであるが、外部あるいは相互に隣合う流れ間のシールとなる接合部２ｄはより完全なシールが要求され、一方、折れ曲がり部となる接合部２ｃはより簡易なシールとなっている。

この接合部２ｄは、ロー付けする場合に、間にロー材を挟んで行うようにして、より完全なシールを保っている。一次パイプ１とヘッド２Ａとの接合、つまり、一次パイプ１の縮管部１ａとヘッド２Ａの嵌合部２ｂとの嵌合部の接合は、ロー付けあるいは半田付けを用いることができる。

二次パイプ３Ｂは、上述し、図１２（ｂ）で示すように、二本のパイプが隣接並列しているものであるが、屈曲部で一方のパイプが他方のパイプと上下に交差している。このようにすると、図３のように並列したままで同一平面内で屈曲させるのに比べ、双方のパイプとも同じ可能な最小曲率半径で屈曲されることができ、パイプ間の並列密度をより高めることができ、一次パイプ１との伝熱面積を大きくすることができる。

なお、この板金タイプのヘッド２Ａの場合でも、接合部２ｄ、２ｃの組み合わせを変えることによって、図８、９で説明したヘッド２と同様に、一次流体の流れの態様を種々変化させることができる。

図１４は、本発明のプレート式熱交換器の他例を概念的に示す外観斜視図である。

このプレート式熱交換器１０Ｇは、図１のプレート式熱交換器１０に比べて、二次パイプ３Ｃが、連続したパイプを屈曲させてプレート状としたものではなく、一次パイプ１と同様に、所定長さのパイプを並列させたものをヘッド２で接合してプレート状としたものである点が異なっている。

このようにヘッドを用いて並列させると、連続したパイプを屈曲させる場合に比べて、パイプ間の隙間をより小さくすることができ、伝熱面積を多く、効率よく確保することができる。一方、このタイプの場合は、漏洩防止が、連続パイプの場合に比べて、より難しいので、二次流体もそれほど高圧でない場合に向いている。

本発明のプレート式熱交換器は、双方の流体が循環系であって、一方は比較的低圧で他方は高圧が要求される場合に、例えば、高圧側に二酸化炭素などの自然冷媒や、高圧水蒸気などを用いる場合に、好適に用いることができる。

本発明のプレート式熱交換器の一例を概念的に示す外観斜視図 図１のプレート式熱交換器の製造方法を説明するものであって、（ａ）は一次パイプをプレート状となるように並列させた状態の斜視図、（ｂ）は並列させた一次パイプをヘッドで固定した状態の斜視図、（ｃ１）は二次パイプをプレート状になるように屈曲させた状態の平面図、（ｃ２）は同側面図、（ｄ１）は（ｃ１）のプレート状となった二次パイプを（ｂ）の一次パイプを挟むように半分に折り曲げた状態の斜視図、（ｄ２）は（ｄ１）のＡ矢視図 （ａ）は本発明のプレート式熱交換器の他例を概念的に示す外観斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ視部分断面図 本発明のプレート式熱交換器の他例を概念的に示す外観斜視図 （ａ）〜（ｈ）は本発明のプレート式熱交換器における一次パイプ、二次パイプの種々の変形例を概念的に示す図 本発明のプレート式熱交換器の他例を示すもので、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその平面図 図６のプレート式熱交換器を構成する部品を示すもので、（ａ）はヘッド本体の部分断面図、（ｂ）は区分用ピストンの平面図、（ｃ１）は一次パイプの側面図、（ｃ２）は同部分断面図、（ｄ）はこれらを組み付けた状態の部分断面図 図６のプレート式熱交換器においてピストンの態様を変えることで一次パイプの流れの態様を変えることができることを説明するもので、（ａ）はその一態様を示す部分断面図、（ｂ）はその他態様を示す部分断面図 （ａ）〜（ｆ）は、図８に説明した方法で得られる一次パイプの流れの種々の態様を概念的に示す図 本発明のプレート式熱交換器の他例を示すもので、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその平面図 本発明のプレート式熱交換器の他例を示すもので、（ａ）はその横断面図、（ｂ）はその左側面図、（ｃ）はその平面図、（ｄ）はその右側面図、（ｅ）は（ｃ）のＣ視部分断面図 本発明のプレート式熱交換器の他例を示すもので、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその平面図 図１２のプレート式熱交換器の要部詳細を示すもので、（ａ）はそのヘッドと一次パイプとの接合部の部分断面図、（ｂ）は（ａ）の縦断面図、（ｃ）はそのヘッドの部分外観斜視図 本発明のプレート式熱交換器の他例を概念的に示す外観斜視図

符号の説明

１〜１Ｂ 一次パイプ
２、２Ａ ヘッド
３〜３Ｃ 二次パイプ
４〜４Ｂ フィン
５ 付加パイプ
１０〜１０Ｇ プレート式熱交換器

Claims (9)

1. 所定長さの一次パイプを並列させてプレート状となるようにし、この並列した一次パイプの両端をヘッドでその並列状態を維持するように接合し、一方側のヘッドの一端から、他方のヘッドの他端に一次流体が一次パイプを通過して貫流するように構成したことを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 前記一次流体と熱交換をする二次流体が貫流する二次パイプは、連続したパイプをプレート状となるように屈曲させ、そのプレート状のものを半分に折り曲げて、前記並列した一次パイプを挟むようにし、前記一次パイプに固着したものであることを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 前記一次パイプあるいは前記二次パイプの少なくとも一方を扁平なパイプで構成したことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のプレート式熱交換器。
4. 前記二次パイプをプレート状に屈曲する際に、大部分が直線部分で占められたつづれ折状に屈曲させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプレート式熱交換器。
5. 前記二次パイプの直線部分の方向と、前記一次パイプの並列方向とが一致するようにしたことを特徴とする請求項４に記載のプレート式熱交換器。
6. 前記二次パイプの直線部分の方向と、前記一次パイプの並列方向とが直交するようにしたことを特徴とする請求項４に記載のプレート式熱交換器。
7. 前記一次パイプの内部にフィンを設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のプレート式熱交換器。
8. 前記一次流体および前記二次流体と熱交換をさせるための付加パイプを前記並列状態の一次パイプに固着したことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のプレート式熱交換器。
9. 所定長さの一次パイプを並列させてプレート状となるようにする工程と、
   この並列した一次パイプの両端をヘッドでその並列状態を維持するように接合し、一方側のヘッドの一端から、他方のヘッドの他端に一次流体が一次パイプを通過して貫流するようにする工程と、
   前記一次流体と熱交換をする二次流体が貫流する二次パイプについては、連続したパイプをプレート状となるように屈曲させる工程と、
   そのプレート状のものを半分に折り曲げて、前記並列した一次パイプを挟むようにする工程と、
   この状態の二次パイプを前記一次パイプに固着する工程とから構成されるプレート式熱交換器の製造方法。
   

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