JP2005273966A - プレート式熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

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光春 沼田
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Abstract

【課題】 プレート式熱交換器は、外部銅管接続用の本体側プレートおよびソケット部等が各々ステンレス製であるため、外部銅管の接続に際し、銀ロウおよびフラックスを用いてロウ付けする必要があるが、ロウ付け後のフラックスの除去が難しく、ロウ付け後の強度が不安定で、シール性に欠ける。
【解決手段】 上記問題を解決するために、熱交換器本体側プレートの銅管接続用ソケット部をステンレス管部分と該ステンレス管内側の銅管部分とのクラッド管構造とし、銅よりも融点が低くてフラックスが不要な銅ロウ等のロウ材でロウ付けすることなどによって、従来のような銀ロウ材およびフラックスを使用することなく、銅管との接合部の強度を安定化させ、かつシール性能を向上させた。
【選択図】 図2

Description

本願発明は、プレート式熱交換器の構造およびその製造方法に関するものである。
従来から、例えば蒸発器その他の熱交換器をプレート式熱交換器によって構成することが行われている。そのようなプレート式熱交換器1は、例えば図18に示すように、前後一対のステンレス製の本体プレート(保護プレート)26,27間に、多数枚のステンレス製の伝熱プレート11a〜11nを交互に重ね合わせて炉中ロウ付けによって接合一体化することによって、それらの間に第1の流体通路(第1の熱媒通路)と第2の流体通路(第2の熱媒通路)とを順次隣り合うように配置形成してなり、例えば上記第1の流体通路を上方から下方に向かって流れる第1の流体と上記第2の流体通路を流れる第2の流体とを相互に熱交換させるように構成されている。
そして、このように構成されたプレート式熱交換器1の前部側本体プレート26部分には、例えば図19に示すように、各伝熱プレート11,11・・・の分配ヘッダ接続口に対応した第1,第2の流体の流入又は流出口26a,26a・・・が開口されている。そして、該第1,第2の流体の流入又は流出口26a,26a・・・には、一般に外部銅管30,30を接続するための本体プレート26と同じステンレス製の筒状のソケット部材28,28の基端28b,28b側がシール状態で接合固定されて設けられている。そして、該ソケット部材28,28の先端28a,28a側には、外部銅管30,30の一端30a,30aが挿入され、その後、図20のように銀ロウ材4およびフラックスを用いてロウ付けすることにより、接続されている(類似の公知例として、例えば特許文献1,2のものを参照)。
特開平10−300371号公報(第1−4ページ、図1−6)
特開平9−42884号公報(第1−3ページ、図1−6)
ところが、上述のように、本体プレート26およびソケット部材28等が鉄系の材料であるステンレス製である場合、上述のように外部銅管30,30との接続に銀ロウ材4およびフラックスを用いてロウ付けする必要があり、ロウ材そのものの価格が高い一方、ロウ付け後フラックスの洗浄による除去が必要となる。しかし、接合完了後のフラックスの洗浄は困難であり、残留フラックスの作用によってロウ付け後の強度が不安定となり、シール性に欠ける問題がある。
このような事情から、一部には上記ソケット部材28,28の内側に銅メッキを施すことなども行われているが、薄いメッキ層の形成のみでは十分な接合強度が得られない。また、ロウ付けまでの工程数が多く、ロウ付けに必要な表面粗度の管理が困難である。
本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ソケット部に鉄系材料と銅系材料とのクラッド管を採用する等の各種の手段により、外部銅管と本体プレートとの接続にフラックスを不要にするとともに、接合部の強度を安定化させてシール性能を向上させたプレート式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ものである。
本願発明は、同目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えている。
(1) 第1の課題解決手段
先ず本願発明の第1の課題解決手段は、一対の本体プレート26,27間に複数枚の伝熱プレート11,11・・・を並設接合し、それらの間に相互に熱交換すべき2種の熱媒体を流す隣合う2系統の通路を形成するとともに、上記一対の本体プレート26,27の内の何れか一方側の本体プレート26に上記熱媒の流入又は流出口26a,26aを形成し、該熱媒の流入又は流出口26a,26aに固定して設けられたソケット部材28,28を介して外部銅管30,30を接続するようにしてなるプレート式熱交換器において、上記ソケット部材28,28は、上記本体プレート26と同様の鉄系の材料よりなる筒状の本体部S1と該筒状の本体部S1の内側に一体に設けられた銅系の材料部S2とのクラッド管構造よりなり、該クラッド管構造のソケット部材28,28の上記銅系材料部S2に対して所定のロウ材を用いて外部銅管30,30を接続したことを特徴としている。
このような構成によれば、先ずステンレス等鉄系の材料よりなる筒状の本体部S1と銅材(Cu)又は銅合金材(Ni−CU)等の銅系材料よりなる銅系材料部S2との2重壁を有するクラッド管構造のソケット部材28,28を形成し、予じめ本体プレート26側の熱媒の流入又は流出口26a,26a部に該ソケット部材28,28の鉄系材料よりなる筒状の本体部S1を溶接により接合一体化しておいて、その後、該接合一体化されたソケット部材28,28の内側銅系の材料部S2部分に外部銅管30,30の先端30aを挿入し、例えばフラックスを必要とせず、銀ロウに比べて価格も安価な銅ロウ等の所定のロウ材によって接合すれば良いことから、従来のような高価な銀ロウ材やフラックス処理などが不要となり、ロウ付け後の接合強度が高く、シール性能も向上する。
また、鉄系のソケット部材に銅メッキを施す場合に比べて、ロウ付けまでの工程も少なく、表面粗度の管理も容易になる。
もちろん、上記のロウ付けとして、例えば銅ロウよりも若干価格は高いが、銅よりも融点の低いりん青銅などの使用も可能である。
(2) 第2の課題解決手段
次に本願発明の第2の課題解決手段は、上記第1の課題解決手段の構成において、鉄系の材料は、ステンレス合金材であることを特徴としている。
本体プレート26,27および各伝熱プレート11,11・・・、ソケット部材28の筒状の本体部S1等は、従来と同様に鉄系の材料、例えばステンレス材で形成されている。
(3) 第3の課題解決手段
次に本願発明の第3の課題解決手段は、上記第1又は第2の課題解決手段の構成において、銅系の材料は、銅材であることを特徴としている。
外部銅管30,30と銅クラッド管構造のソケット部材28,28とのロウ付けに適した銅系の材料としては種々のものが考えられるが、銅合金に比べて安価であることから、外部銅管30,30と同様の銅材(Cu)が一般的に採用される。
(4) 第4の課題解決手段
次に本願発明の第4の課題解決手段は、上記第1又は第2の課題解決手段の構成において、銅系の材料は、銅合金材であることを特徴としている。
外部銅管30,30とのロウ付けに適した銅系の材料としては、上述のように種々のものが考えられるが、一例として銅合金材(Ni−Cu)も採用される。
このような銅合金材(Ni−Cu)を採用すると、上述の銅材(Cu)よりも融点が高いため、ロウ付けにりん青銅ロウなどに比べて低価格の銅ロウ材をロウ材として使用することが可能となる。
(5) 第5の課題解決手段
次に本願発明の第5の課題解決手段は、上記第1,第2,第3又は第4の課題解決手段の構成において、ロウ材は、銅ロウであることを特徴としている。
上述のように銅ロウは、りん青銅ロウなどに比べて低コストで使用することができるので、製品の低コスト化にも寄与することになる。
(6) 第6の課題解決手段
次に本願発明の第6の課題解決手段は、一対の本体プレート26,27間に複数枚の伝熱プレート11,11・・・を並設接合し、それらの間に相互に熱交換すべき2種の熱媒体を流す隣合う2系統の通路を形成するとともに、上記一対の本体プレート26,27の内の何れか一方側の本体プレート26に上記熱媒の流入又は流出口26a,26aを形成し、該熱媒の流入又は流出口26a,26aに固定して設けられたソケット部材28,28を介して外部銅管30,30を接続するようにしてなるプレート式熱交換器において、上記ソケット部材28,28は、上記本体プレート26と同様の鉄系の材料によって形成されているとともに、さらに中間ソケット部材31,31が設けられ、該中間ソケット部材31,31を介して、上記外部銅管30,30が当該本体プレート26側のソケット部材28,28に連結されていることを特徴としている。
このような構成によれば、予じめ外部銅管30,30の一端30aに中間連結部材としての中間ソケット部材31,31を、例えば炉中ロウ付けその他の手段により接合一体化しておいて、該外部銅管30,30と一体化された中間ソケット部部材31,31をステンレス等鉄系の本体プレート26のソケット部材28,28側に溶接によって接合すれば良いことから、少なくとも本体プレート26側ソケット部材28,28との接合に際しては銀ロウ材やフラックス処理が不要となり、かつ溶接による接合であるから従来のロウ付け構造の場合に比べて遥かに接合強度が高く、シール性能も向上する。
一方、上記予じめ相互に接合一体化される中間ソケット部材31,31と外部銅管30,30とは、それらの部分のみを、所定のロウ材で炉中ロウ付けすれば足りるから、フラックスの影響はなくなる。
もちろん、それらの接合に従来の銀ロウ材を使用することも可能で、そのようにした場合には、必要なフラックス処理がなされるが、それは例えば湯洗などで容易かつ十分に洗浄除去できるので、従来のような問題はない。
(7) 第7の課題解決手段
次に本願発明の第7の課題解決手段は、上記第6の課題解決手段の構成において、外部銅管30,30と中間ソケット部材31,31との接合手段が銅よりも融点の低いロウ材を用いた炉中ロウ付けであり、中間ソケット部材31,31と本体プレート26側ソケット部材28と接合手段が溶接であることを特徴としている。
このような構成によれば、外部銅管30,30と中間ソケット部材31,31とを銅よりも融点の低いロウ材を用いて炉中ロウ付けし、中間ソケット部材31,31と本体プレート26側のソケット部材28,28とを溶接することにより、容易に上記第6の課題解決手段の作用を実現することができる。
(8) 第8の課題解決手段
次に本願発明の第8の課題解決手段は、上記第6又は第7の課題解決手段の構成において、中間ソケット部材31,31は、鉄系の材料よりなることを特徴としている。
このように例えばステンレス等鉄系の材料よりなる中間ソケット部材31,31を採用すると、外部銅管30,30に対してフラックスを用いることなく、銅ロウや銅よりも融点が低いりん青銅ロウ等で簡単に炉中ロウ付けすることができ、その後、同中間ソケット部材31,31を本体プレート26側の鉄系のソケット部材28,28に溶接することにより、特に容易に接続することができる。
(9) 第9の課題解決手段
次に本願発明の第9の課題解決手段は、上記第7又は第8の課題解決手段の構成において、銅よりも融点の低いロウ材がりん青銅ロウであることを特徴としている。
りん青銅ロウは、例えば銅ロウに比べても融点が低く、外部銅管30,30と鉄系の中間ソケット部材31,31とのロウ付けに適している。
(10) 第10の課題解決手段
次に本願発明の第10の課題解決手段は、一対の本体プレート26,27間に複数枚の伝熱プレート11,11・・・を並設接合し、それらの間に相互に熱交換すべき2種の熱媒体を流す隣合う2系統の通路を形成するとともに、上記一対の本体プレート26,27の内の何れか一方側の本体プレート26に上記熱媒の流入又は流出口26a,26aを形成し、該熱媒の流入又は流出口26a,26aに固定して設けられたソケット部材28を介して外部銅管30,30を接続するようにしてなるプレート式熱交換器の製造方法において、ソケット部材28を、上記本体プレート26と同様の鉄系の材料よりなる筒状の本体部S1と該筒状の本体部S1の内側に一体に設けられた銅系の材料部S2とのクラッド管構造に形成し、該クラッド管構造のソケット部材28の銅系材料部S2に対して所定のロウ材を用いて外部銅管30,30を接続するようにしたことを特徴としている。
このような製造方法によれば、先ずステンレス等鉄系の材料よりなる筒状の本体部S1と銅材(Cu)又は銅合金(Ni−CU)等の銅系材料よりなる銅系材料部S2を有するクラッド管構造のソケット部材28,28を形成し、予じめ鉄系材料よりなる本体プレート26側の熱媒の流入又は流出口26a,26a部に該ソケット部材28,28の鉄系の材料よりなる筒状の本体部S1を溶接により確実に接合一体化しておいて、該接合一体化されたソケット部材28,28の内側の銅系の材料部S2部分に外部銅管30,30の先端30a,30aを挿入し、例えば銀ロウに比べて安価でフラックスを必要としない銅ロウ等の所定のロウ材によって接合すれば良いことから、従来のような銀ロウ材やフラックス処理が不要となり、接合強度が高く、シール性能も向上する。
また、鉄系のソケット部材に銅メッキを施す場合に比べて、ロウ付けまでの工程も少なく、表面粗度の管理も容易になる。
もちろん、この場合に、上記銅ロウよりも若干価格は高いが、銅よりも融点の低いりん青銅ロウなどの使用も可能である。
(11) 第11の課題解決手段
次に本願発明の第11の課題解決手段は、上記第10の課題解決手段の構成において、ロウ付け部のロウ材は、銅ロウであることを特徴としている。
上述のように銅ロウの使用も可能であり、銅ロウは、例えばりん青銅ロウなどに比べても低コストで使用することができるので、製品の低コスト化にも寄与することになる。
(12) 第12の課題解決手段
次に本願発明の第12の課題解決手段は、一対の本体プレート26,27間に複数枚の伝熱プレート11,11・・・を並設接合し、それらの間に相互に熱交換すべき2種の熱媒体を流す隣合う2系統の通路を形成するとともに、上記一対の本体プレート26,27の内の何れか一方側の本体プレート26に上記熱媒の流入又は流出口26a,26aを形成し、該熱媒の流入又は流出口26a,26aに固定して設けられたソケット部材28,28を介して外部銅管30,30を接続するようにしてなるプレート式熱交換器の製造方法において、さらに中間ソケット部材31,31を準備し、先ず該中間ソケット部材31,31と上記外部銅管30,30とを銅よりも融点の低いロウ材を用いて炉中ロウ付けし、その後、上記中間ソケット部材31,31を上記本体プレート26側のソケット部材28,28に対して溶接するようにしたことを特徴としている。
このような製造方法によれば、予じめ外部銅管30,30の一端30aに中間連結部材としての中間ソケット部材31,31を、例えば銅よりも融点の低いロウ材を用いた炉中ロウ付けにより接合一体化しておいて、該外部銅管30,30と一体化された中間ソケット部部材31,31をステンレス等鉄系の本体プレート26のソケット部材28,28側に溶接によって接合すれば良いことから、少なくとも本体プレート26側ソケット部材28,28との接合に際しては銀ロウ材やフラックス処理が不要となり、かつ溶接による接合であるから従来のロウ付け構造の場合に比べて遥かに接合強度が高く、シール性能も向上する。
一方、上記予じめ相互に接合一体化される中間ソケット部材31,31と外部銅管30,30とは、それらの部分のみを、例えば銅よりも融点が低いりん青銅等のロウ材で炉中ロウ付けすれば足りるから、フラックスの影響はなくなる。
もちろん、それらの接合に従来の銀ロウ材を使用することも可能で、そのようにした場合には、必要なフラックス処理がなされるが、それは例えば湯洗などで容易かつ十分に洗浄除去できるので、従来のような問題はない。
(13) 第13の課題解決手段
次に本願発明の第13の課題解決手段は、上記第12の課題解決手段の構成において、中間ソケット部材31,31は、鉄系の材料よりなることを特徴としている。
このように例えばステンレス等鉄系の材料よりなる中間ソケット部材31,31を採用すると、外部銅管30,30に対して銀ロウおよびフラックスを用いることなく、銅よりも融点が低い例えばりん青銅ロウ、銅ロウ等のロウ材で炉中ロウ付けすることができ、その後、同中間ソケット部材31,31を本体プレート26側の同じく鉄系のソケット部材28,28に溶接することにより、特に容易に接続することができる。
(14) 第14の課題解決手段
次に本願発明の第14の課題解決手段は、上記第12又は第13の課題解決手段の構成において、銅よりも融点の低いロウ材が、りん青銅ロウであることを特徴としている。
りん青銅ロウは、例えば銅ロウに比べても融点が低く、外部銅管30,30と鉄系の中間ソケット部材31,31とのロウ付けに適している。
(15) 第15の課題解決手段
次に本願発明の第15の課題解決手段は、一対の本体プレート26,27間に複数枚の伝熱プレート11,11・・・を並設接合し、それらの間に相互に熱交換すべき2種の熱媒体を流す隣合う2系統の通路を形成するとともに、上記一対の本体プレート26,27の内の何れか一方側の本体プレート26に上記熱媒の流入又は流出口26a,26aを形成し、該熱媒の流入又は流出口26a,26aに対してソケット部材31,31を介して外部銅管30,30を接続するようにしてなるプレート式熱交換器の製造方法において、先ず上記ソケット部材31,31と上記外部銅管30,30とを炉中ロウ付けし、その後、上記ソケット部材31,31を上記本体プレート26側の熱媒の流入又は流出口26a,26aに対して溶接固定するようにしたことを特徴としている。
このような構成によれば、先ず外部銅管30,30の一端30aにソケット部材31,31を、炉中ロウ付けにより接合一体化しておき、該外部銅管30,30と一体化されたソケット部部材31,31を本体プレート26の熱媒の流入又は流出口26a,26a側に溶接によって接合すれば良いことから、少なくとも本体プレート26との接合に際しては銀ロウ材やフラックス処理が不要となり、かつ溶接による接合であるから従来のロウ付け構造の場合に比べて遥かに接合強度が高く、シール性能も向上する。
一方、上記予じめ接合一体化されるソケット部材31,31と外部銅管30,30とは、それらの部分のみを、例えば所定のロウ材で炉中ロウ付けすれば足りるから、フラックスの影響はなくなる。
もちろん、それらの接合に従来の銀ロウ材を使用することも可能で、そのようにした場合には、必要なフラックス処理がなされるが、それは例えば湯洗などで容易かつ十分に洗浄除去できるので、従来のような問題はない。
(16) 第16の課題解決手段
次に本願発明の第16の課題解決手段は、上記第15の課題解決手段の構成において、ソケット部材31,31は、鉄系の材料よりなることを特徴としている。
このように例えばステンレス等鉄系の材料よりなるソケット部材31,31を採用すると、外部銅管30,30に対して銀ロウおよびフラックスを用いることなく、銅よりも融点が低い例えばりん青銅ロウ、銅ロウ等のロウ材で炉中ロウ付けすることができ、その後、同ソケット部材31,31を同じく鉄系の本体プレート26に溶接することにより、特に容易に接続することができる。
(17) 第17の課題解決手段
次に本願発明の第17の課題解決手段は、一対の本体プレート26,27間に複数枚の伝熱プレート11,11・・・を並設接合し、それらの間に相互に熱交換すべき2種の熱媒体を流す隣合う2系統の通路を形成するとともに、上記一対の本体プレート26,27の内の何れか一方側の本体プレート26に上記熱媒の流入又は流出口26a,26aを形成し、該熱媒の流入又は流出口26a,26aに対して外部銅管30,30を接続するようにしてなるプレート式熱交換器の製造方法において、上記本体プレート26の熱媒の流入又は流出口26a,26aに対して上記外部銅管30,30を対応させた状態で炉内にセットし、銅よりも融点の低いロウ材を用いて炉中ロウ付けすることにより外部銅管30,30を接続するようにしたことを特徴としている。
このような製造方法によれば、上記本体プレート26の熱媒の流入又は流出口26a,26aに対して接続すべき上記外部銅管30,30を対応させて炉中にセットし、銅よりも融点の低いロウ材を用いて炉中ロウ付けすることにより容易に外部銅管30,30を接続することができる。
(18) 第18の課題解決手段
次に本願発明の第18の課題解決手段は、上記第17の課題解決手段の構成において、銅よりも融点の低いロウ材が、りん青銅ロウであることを特徴としている。
りん青銅ロウは、例えば銅ロウに比べても融点が低く、外部銅管30,30と本体プレート26とのロウ付けに適している。
(19) 第19の課題解決手段
次に本願発明の第19の課題解決手段は、一対の本体プレート26,27間に複数枚の伝熱プレート11,11・・・を並設接合し、それらの間に相互に熱交換すべき2種の熱媒体を流す隣合う2系統の通路を形成するとともに、上記一対の本体プレート26,27の内の何れか一方側の本体プレート26に上記熱媒の流入又は流出口26a,26aを形成し、該熱媒の流入又は流出口26a,26aに対して外部銅管30,30を接続するようにしてなるプレート式熱交換器の製造方法において、上記本体プレート26の熱媒の流入又は流出口26a,26aに対して銅よりも融点が高い銅合金よりなる外部銅管30,30を対応させた状態で炉内にセットし、銅合金よりも融点の低いロウ材を用いて炉中ロウ付けすることより同外部銅管30,30を接続するようにしたことを特徴としている。
このような製造方法によれば、本体プレート26の熱媒の流入又は流出口26a,26aに対して銅よりも融点が高い銅合金よりなる外部銅管30,30を対応させて炉中にセットし、銅合金よりも融点の低いロウ材を用いて炉中ロウ付けすることより容易に同外部銅管30,30を接続することができる。
(20) 第20の課題解決手段
次に本願発明の第20の課題解決手段は、上記第19の課題解決手段の構成において、ロウ付け部のロウ材が、銅ロウであることを特徴としている。
銅ロウは、銅合金材よりも融点が低く、銅合金材とのロウ付けが容易である。しかもりん青銅などに比べて低コストで使用することができるので、製品の低コスト化にも寄与することになる。
以上の結果、本願発明のプレート式熱交換器およびその製造方法によると、フラックスの影響を受けることなく、簡単かつ低コストに、高強度で、シール性の高い外部銅管との連結構造が実現される。
以下、添付の図面を参照して、本願発明の最良な幾つかの実施の形態について説明する。
(最良の実施の形態1)
先ず図1〜図3には、本願発明の最良の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の全体および要部の構造と、その製造方法が示されている。
このプレート式熱交換器10は、一例として蒸発器として構成されたもので、例えば図1に示すように、前後一対のステンレス製の本体プレート(保護プレート)26,27間に、多数枚(複数枚)のステンレス製の伝熱プレート11,11・・・を交互に重ね合わせることによって、それらの間に第1の流体通路(第1の熱媒通路)と第2の流体通路(第2の熱媒通路)とを順次隣り合うように配置してなり、上記第1の流体通路を上方から下方に向かって流れる第1の流体と上記第2の流体通路を流れる第2の流体とを相互に熱交換させるように構成されている(図示省略)。
そして、同プレート式熱交換器10の前部側本体プレート26部分には、例えば図2に詳細に示すように、上記第1,第2の流体の流入又は流出口26a,26a・・・が開口されている。そして、該第1,第2の流体の流入又は流出口26a,26a・・・には、例えば図1および図2に示されるように、外部銅管30,30を接続するための等径筒状のソケット部材28,28の基端28b,28b側が例えば溶接によりシール状態で接合固定されている。このソケット部材28は、上記本体プレート26と同様のステンレス材よりなる筒状部本体S1と同筒状部本体S1の内周面部を形成する所定の厚さの銅材部S2とのクラッド管構造となっている。そして、同クラッド管構造のソケット部材28の先端28a側に外部銅管30が接続されるようになっている。
そして、この場合上記銅材部S2には、銅(Cu)又は銅合金(Ni−CU)等の各種の銅系の銅材が採用される。銅合金(Ni−CU)は、銅(Cu)に比べて価格は高いが、銅(Cu)よりも融点が高く、安価な銅ロウ材の使用に適している。
これら外部銅管30とソケット部材28との接合連結は、例えば次のようにしてなされる。
すなわち、先ず図2に示すステンレス製の本体プレート26側の上記流体の流入および流出開口26a部分に対して、上記クラッド管構造のソケット部材28のステンレス材よりなる筒状部本体S1部分を利用して溶接により固定一体化する。これによりプレート式熱交換器10の本体部分を完成させる。
その後、例えば図3に示すように、上記外部銅管30の一端30aを上記内側に所定の厚さの銅材部S2を形成したソケット部材28の先端28a側嵌合部内に所定の深さ嵌合し、その後、両者を例えば銅ロウ5を使用して炉中内でロウ付けすることによって、接合一体化する。これによって、プレート式熱交換器10本体に対して外部銅管30,30・・・が図1のように各々接続される。
このような構成によれば、先ずステンレス等鉄系の材料よりなる筒状部本体S1と銅材(Cu)又は銅合金材(Ni−CU)等の銅系材料よりなる銅材部S2を有するクラッド管構造のソケット部材28を形成し、予じめ本体プレート26に該ソケット部材28の筒状部本体S1を溶接により接合一体化しておいて、該本体プレート26に一体化されたソケット部材28の内側銅材部S2に外部銅管30の先端30aを挿入嵌合し、銀ロウに比べて安価な銅ロウ5によって炉中でのロウ付けで接合すれば良いことから、従来のような銀ロウ材やフラックス処理が不要となり、接合強度が高く、シール性能も向上する。
また、鉄系のソケット部材に銅メッキを施す場合に比べて、ロウ付けまでの工程も少なく、表面粗度の管理も容易となる。
以上のような構成の場合、本来プレート式熱交換器10本体の本体プレート26側に鉄系のソケット部材28が溶接固定されている既製品に対して、本願発明を適用する場合にも適したものとなる。
これらの結果、以上の構成では、フラックスの影響を受けることなく、簡単かつ低コストに高強度で、よりシール性の高い外部銅管30の接続構造および接続方法が実現される。
(最良の実施の形態2)
次に図4および図5には、本願発明の最良の実施の形態2に係るプレート式熱交換器の銅管接続部の構造と、その製造方法が示されている。
上記最良の実施の形態1の構成では、本体プレート26側ソケット部材28の内周面の全体に銅材部S2を形成した。
しかし、ロウ付けのために銅材部S2が必要なのは外部銅管30との接合部のみで足り、必ずしも内周面の全体に形成する必要はなく、その方が銅材(Cu)や銅合金(Ni−CU)等の銅系材料の必要量も少なくて済み、低コスト化になるし、またステンレス製の筒状部本体S1部分の基部28b側本体プレート26との溶接部の厚みも大きくできるので、溶接強度も高くなる。
この最良の実施の形態2の構成は、このような観点から構成されたものであり、図4および図5に示すように、ソケット部材28の外部銅管30との接続部(嵌合溝部)にのみ上記同様のクラッド管構造の銅材部S2を形成するようにしている。そして、それによって最良の実施の形態1の場合と同様の方法で、図4の状態から図5に示すように外部銅管30が接続される。
このような構成および製造方法によっても、上記最良の実施の形態1の場合と同様の作用効果を得ることができる。
(最良の実施の形態3)
次に図6〜図8には、本願発明の最良の実施の形態3に係るプレート式熱交換器の銅管接続部の構造と、その製造方法が示されている。
この最良の実施の形態3の構成では、上記最良の実施の形態1,2の構成のソケット部材28の基端28b側を筒体部よりも所定幅大径のフランジ構造にして、同じく所定幅大径化した本体プレート26側第1,第2の流体の流入口および流出口26aに嵌合させて溶接固定するようにし、そのように構成した場合において、同ソケット部材28のステンレス製の筒状部本体S1の内周面全体に全く同様の銅材部S2を形成したことを特徴とするものである。
この場合にも、もちろん上記最良の実施の形態1の場合と全く同様の作用効果を得ることがてきる。
(最良の実施の形態4)
次に図9および図10は、本願発明の最良の実施の形態4に係るプレート式熱交換器の銅管接続部の構造と、その製造方法が示されている。
この最良の実施の形態4の構成では、上記最良の実施の形態3のソケット部材28の構成の下において、上記最良の実施の形態2の構成(外部銅管30との接続部のみを銅材部S2とする構成)を採用したことを特徴とするものであり、それぞれのメリットを併有している。
(最良の実施の形態5)
次に図11〜図14には、本願発明の最良の実施の形態5に係るプレート式熱交換器の全体および要部の構造と、その製造方法が示されている。
このプレート式熱交換器10は、上述の各実施の形態の場合と同様、一例として蒸発器として構成されたもので、例えば図11に示すように、前後一対のステンレス製の本体プレート(保護プレート)26,27間に、多数枚のステンレス製の伝熱プレート11,11・・・を交互に重ね合わせることによって、それらの間に第1の流体通路(第1の熱媒通路)と第2の流体通路(第2の熱媒通路)とを順次隣り合うように配置してなり、上記第1の流体通路を上方から下方に向かって流れる第1の流体と上記第2の流体通路を流れる第2の流体とを相互に熱交換させるように構成されている。
そして、同プレート式熱交換器10の前部側本体プレート26部分には、例えば図12に示すように、上記第1,第2の流体の流入又は流出口26a,26a・・・が開口されている。そして、該第1,第2の流体の流入又は流出口26a,26a・・・には、外部銅管30を接続するためのステンレス材単体よりなる筒状のソケット部材28の基端28b側がシール状態で接合固定されている。このソケット部材28は、筒体部の基端28b側を同筒体部よりも所定幅大径のフランジ構造にして、同じく所定幅大径化した本体プレート26側第1,第2の流体の流入口および流出口26aに嵌合させて溶接固定するようになっている。そして、同ソケット部材28の先端(先端面)28aに対して中間連結部材としてのステンレス材よりなる同径のステンレスソケット(鉄系の中間ソケット)31を介して外部銅管30が接続されるようになっている。
中間連結部材であるステンレスソケット31と外部銅管30とは、例えば外部銅管30の一端30aに対してステンレスソケット31の先端31a側を所定の深さ嵌合し、同嵌合部を例えば銅(Cu)よりも融点の低いりん青銅等のロウ材を使用して炉中ロウ付けすることによってフラックスを使用することなく接合一体化されているとともに、ステンレスソケット31と上記ソケット部材28とは、上記ステンレス製のソケット部材28の先端(先端面)28aに対して、上記ステンレスソケット31の他端(他端面)31b側を突き合わせて溶接により接合することによって連結一体化されている。
これら外部銅管30、ステンレスソケット31、ソケット部材28、3者の接合連結は、次のようにしてなされる。
すなわち、先ず本体プレート26側の上記第1,第2の流体の流入および流出開口26a部分にソケット部材28を嵌合して溶接により固定一体化する。
その一方、例えば図13から図14に示すようにして、上記外部銅管30の一端30aを上記中間連結部材であるステンレスソケット31の先端31a内に所定深さ嵌合し、その後、両者を銅(Cu)よりも融点の低いりん青銅等のロウ材を使用して炉中内でロウ付けすることによって、図14のように接合一体化する。
そして、さらに一端にステンレスソケット31を接合した該図14の状態の外部銅管30を、例えば図12に示すように、同接合一体化されているステンレスソケット31を介して同じくステンレス製のソケット部材28に対して溶接することにより連結一体化する。
このような構成および製造方法によれば、予じめ外部銅管30の一端30aに中間連結部材であるステンレスソケット31をフラックスを必要としないりん青銅等のロウ材による炉中ロウ付けにより接合一体化しておいて、該一体化された中間連結部材としてのステンレスソケット31をステンレス等鉄系の本体プレート26側ソケット部材28に対して溶接によって接合すれば良いことから、外部銅管30とステンレスソケット31、本体プレート26側との接合に際して銀ロウ材やフラックス処理が不要となり、接合強度、シール性共に向上する。またステンレスソケット31とソケット部材28とは溶接による接合であるからロウ付けの場合に比べて遥かに接合強度が高く、シール性能も向上する。
なお、上記予じめ相互に接合一体化される鉄系の中間連結部材であるステンレスソケット31と外部銅管30の接合には、従来と同様の銀ロウ材を使用することも可能であり、そのようにした場合にはフラックス処理がなされるが、それは例えば図14の管内開放状態で湯洗などで容易かつ十分に洗浄除去できるので問題はない。
また、同構成の場合、本体プレート26側熱媒の流入又は流出口部26aには、予じめ本体プレート26側に結合固定されているソケット部材28があり、鉄系の中間連結部材であるステンレスソケット31は該ソケット部材28に対して溶接固定されるようになっている。
したがって、このような構成によれば、上述の製造方法を実現するに際し、上記外部銅管30の一端30aに接合一体化されている鉄系の中間連結部材であるステンレスソケット31を、同本体プレート26側の同じく鉄系のステンレス材よりなるソケット部材28に対して溶接すれば良いから、より溶接が容易になる。
また、鉄系のソケット部材に銅メッキを施す場合に比べて、ロウ付けまでの工程も少なく、表面粗度の管理も容易となる。
さらに、上記構成の場合、プレート式熱交換器10本体自体を新たに製作するのではなく、予じめプレート式熱交換器10本体の本体プレート26側に鉄系のソケット部材28が溶接固定されている既製品に対して、本願発明を適用する場合にも適したものとなる。
これらの結果、以上の構成では、フラックスの影響を受けることなく、簡単かつ低コストに高強度で、よりシール性の高い外部銅管30の接続構造および接続方法が実現される。
(最良の実施の形態6)
次に図15には、本願発明の最良の実施の形態6に係るプレート式熱交換器の銅管接続部の構造と、その製造方法が示されている。
この最良の実施の形態6の構成では、本体プレート26側にソケット部材28を設けるのではなく、外部銅管30の一端30aに対して銅よりも融点の低いりん青銅ロウ等のロウ材によってフラックスを塗布することなく炉中ロウ付されたステンレスソケット31の基端31bを本体プレート26側の第1,第2の流体の流入又は流出口26aに対して直接溶接することによって連結固定するようにしたことを特徴としている。
このような構成にしても、上記最良の実施の形態5のものと略同様の作用効果を得ることができる。この場合、上記最良の実施の形態5の場合のような本体プレート26側のソケット部材28の設置が不要になるので、部品点数、加工工数が減少し、より構造が簡単で、より低コストなものになる。
したがって、プレート式熱交換器10そのものを最初から新しく製造する場合に適したものとなる。
(最良の実施の形態7)
次に図16および図17には、本願発明の最良の実施の形態7に係るプレート式熱交換器の銅管接続部の構造と、その製造方法が示されている。
この最良の実施の形態の構成では、外部銅管30の一端30a側を、直接プレート式熱交換器10のステンレス製の本体プレート26に対して銅よりも融点の低いりん青銅等のロウ材を用いて接続するようにしたことを特徴とするものである。
すなわち、この最良の実施の形態7のプレート式熱交換器10は、上述の各実施の形態の場合と同様に一例として蒸発器として構成されており、例えば図16に示すように、前後一対のステンレス製の本体プレート(保護プレート)26,27間に、多数枚のステンレス製の伝熱プレート11,11・・・を交互に重ね合わせることによって、それらの間に第1の流体通路(第1の熱媒通路)と第2の流体通路(第2の熱媒通路)とを順次隣り合うように配置してなり、上記第1の流体通路を上方から下方に向かって流れる第1の流体と上記第2の流体通路を流れる第2の流体とを相互に熱交換させるように構成されている。
そして、同プレート式熱交換器10の前部側本体プレート26部分には、例えば図17に示すように、上記第1,第2の流体の流入又は流出口26a,26a・・・が開口されている。そして、該第1,第2の流体の流入又は流出口26a,26a・・・には、外部銅管30の一端30aが、直接ロウ付けによって接続されるようになっている。
これら外部銅管30と本体プレート26との接合連結は、次のようにしてなされる。
すなわち、先ず図16に示すプレート式熱交換器10のステンレス製の本体プレート26,27と各伝熱プレート11,11・・・を価格の安い銅ロウで接合することにより図示のように固定一体化する。
その一方、上記外部銅管30の一端30aを上記本体プレート26の第1,第2の流体の流入又は流出口26aに対応させて炉内にセットし、その後、両者をフラックスが不要で、銅よりも融点が低いロウ材、例えばりん青銅を用いて炉中ロウ付けすることにより接合一体化する(図17参照)。図17中の符号30bは、両者のロウ付け部を示している。
このようなプレート式熱交換器の構造およびその製造方法によれば、フラックスが不要なことは素より、熱交換器本体の各プレート26,27,11,11・・・を低価格の銅ロウで一体化し、その本体プレート26部分に対して直接外部銅管30を銅よりも融点の低いりん青銅でロウ付けするだけの簡単な方法で、接続することができるから、製造も簡単で、製品価格も低コストになる。
(変形例1)
なお、この場合において、上記プレート式熱交換器本体10の各プレート26,27,11,11・・・の接合一体化にも、上述のような銅ロウではなく、銅よりも融点が低い外部銅管30と本体プレート26との接合に用いるりん青銅を用いてもよい。
(変形例2)
また、上記図16,図17のように外部銅管30を直接熱交換器本体10の本体プレート26に接続するようにした場合において、当該外部銅管30を銅ロウよりも融点が高い所望の銅合金管(例えばNi−Cu)に変更し、同銅合金管を上述の各プレート式熱交換器本体10の本体プレート26に対し、それよりも融点の低い銅ロウ材で炉中ロウ付けするようにしてもよい。
この場合には、低コストのロウ材でありながら上記の各場合と同様の作用効果を得ることができる。
(変形例3)
また、上記変形例2の場合において、上記銅合金管と熱交換器本体10を銅ロウ材を用いて一体で炉中ロウ付けするようにしてもよい。
そのようにすると、熱交換器本体10の各プレート26,27,11,11・・・の接合と本体プレート26に対する銅合金管の接続を同時に1つのロウ付け工程で実現することができるようになり、製造が容易になる。
本願発明の最良の実施の形態1に係るプレート式熱交換器の銅管接続部を含む全体の構成を示す正面図である。 同プレート式熱交換器の銅管接続部の銅管接続方法を示す断面図である。 同プレート式熱交換器の銅管接続状態を示す断面図である。 本願発明の最良の実施の形態2に係るプレート式熱交換器の銅管接続方法を示す断面図である。 同プレート式熱交換器の銅管接続状態を示す断面図である。 本願発明の最良の実施の形態3に係るプレート式熱交換器の銅管接続部を含む全体の構成を示す正面図である。 同プレート式熱交換器の銅管接続部の銅管接続方法を示す断面図である。 同プレート式熱交換器の銅管接続状態を示す断面図である。 本願発明の最良の実施の形態4に係るプレート式熱交換器の銅管接続方法を示す断面図である。 同プレート式熱交換器の銅管接続状態を示す断面図である。 本願発明の最良の実施の形態5に係るプレート式熱交換器の銅管接続部を含む全体の構成を示す正面図である。 同プレート式熱交換器の銅管接続部の銅管接続状態を示す断面図である。 同プレート式熱交換器の銅管接続部の銅管接続方法の第1工程を示す断面図である。 同プレート式熱交換器の銅管接続部の銅管接続方法の第2工程を示す断面図である。 本願発明の最良の実施の形態6に係るプレート式熱交換器の銅管接続状態を示す断面図である。 本願発明の最良の実施の形態7に係るプレート式熱交換器の銅管接続部を含む全体の構成を示す正面図である。 同プレート式熱交換器の銅管接続部の銅管接続方法を示す断面図である。 従来例のプレート式熱交換器の銅管接続部を含む全体の構成を示す側面図である。 同プレート式熱交換器の銅管接続部の銅管接続前の構成を示す断面図である。 同プレート式熱交換器の銅管接続部の銅管接続状態を示す横断面図である。
符号の説明
10:プレート式熱交換器
11:伝熱プレート
26:前部側本体プレート
27:後部側本体プレート
28:本体プレート側ソケット部材
29:銅管ソケット
30:外部銅管
31:ステンレス管ソケット
1:筒状部本体
2:銅材部

Claims (20)

  1. 一対の本体プレート(26),(27)間に複数枚の伝熱プレート(11),(11)・・・を並設接合し、それらの間に相互に熱交換すべき2種の熱媒体を流す隣合う2系統の通路を形成するとともに、上記一対の本体プレート(26),(27)の内の何れか一方側の本体プレート(26)に上記熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)を形成し、該熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)に固定して設けられたソケット部材(28),(28)を介して外部銅管(30),(30)を接続するようにしてなるプレート式熱交換器において、上記ソケット部材(28),(28)は、上記本体プレート(26)と同様の鉄系の材料よりなる筒状の本体部(S1)と該筒状の本体部(S1)の内側に一体に設けられた銅系の材料部(S2)とのクラッド管構造よりなり、該クラッド管構造のソケット部材(28),(28)の銅系材料部(S2)に対して所定のロウ材を用いて外部銅管(30),(30)を接続したことを特徴とするプレート式熱交換器。
  2. 鉄系の材料は、ステンレス合金材であ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。
  3. 銅系の材料は、銅材であることを特徴とする請求項1又は2記載のプレート式熱交換器。
  4. 銅系の材料は、銅合金材であることを特徴とする請求項1又は2記載のプレート式熱交換器。
  5. ロウ材は、銅ロウであることを特徴とする請求項1,2,3又は4記載のプレート式熱交換器。
  6. 一対の本体プレート(26),(27)間に複数枚の伝熱プレート(11),(11)・・・を並設接合し、それらの間に相互に熱交換すべき2種の熱媒体を流す隣合う2系統の通路を形成するとともに、上記一対の本体プレート(26),(27)の内の何れか一方側の本体プレート(26)に上記熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)を形成し、該熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)に固定して設けられたソケット部材(28),(28)を介して外部銅管(30),(30)を接続するようにしてなるプレート式熱交換器において、上記ソケット部材(28),(28)は、上記本体プレート(26)と同様の鉄系の材料によって形成されているとともに、さらに中間ソケット部材(31),(31)が設けられ、該中間ソケット部材(31),(31)を介して、上記外部銅管(30),(30)が当該本体プレート(26)側のソケット部材(28),(28)に連結されていることを特徴とするプレート式熱交換器。
  7. 外部銅管(30),(30)と中間ソケット部材(31),(31)との接合手段が銅よりも融点の低いロウ材を用いた炉中ロウ付けであり、中間ソケット部材(31),(31)と本体プレート(26)側ソケット部材(28)との接合手段が溶接であることを特徴とする請求項6記載のプレート式熱交換器。
  8. 中間ソケット部材(31),(31)は、鉄系の材料よりなることを特徴とする請求項6又は7記載のプレート式熱交換器。
  9. 銅よりも融点の低いロウ材が、りん青銅ロウであることを特徴とする請求項7又は8記載のプレート式熱交換器。
  10. 一対の本体プレート(26),(27)間に複数枚の伝熱プレート(11),(11)・・・を並設接合し、それらの間に相互に熱交換すべき2種の熱媒体を流す隣合う2系統の通路を形成するとともに、上記一対の本体プレート(26),(27)の内の何れか一方側の本体プレート(26)に上記熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)を形成し、該熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)に固定して設けたソケット部材(28),(28)を介して外部銅管(30),(30)を接続するようにしてなるプレート式熱交換器の製造方法において、上記ソケット部材(28),(28)を、上記本体プレート(26)と同様の鉄系の材料よりなる筒状の本体部(S1)と該筒状の本体部(S1)の内側に一体に設けられた銅系の材料部(S2)とのクラッド管構造に形成し、該クラッド管構造のソケット部材(28),(28)の銅系材料部(S2)に対して所定のロウ材を用いて外部銅管(30),(30)を接続するようにしたことを特徴とするプレート式熱交換器の製造方法。
  11. ロウ付け部のロウ材は、銅ロウであることを特徴とする請求項10記載のプレート式熱交換器の製造方法。
  12. 一対の本体プレート(26),(27)間に複数枚の伝熱プレート(11),(11)・・・を並設接合し、それらの間に相互に熱交換すべき2種の熱媒体を流す隣合う2系統の通路を形成するとともに、上記一対の本体プレート(26),(27)の内の何れか一方側の本体プレート(26)に上記熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)を形成し、該熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)に固定して設けたソケット部材(28),(28)を介して外部銅管(30),(30)を接続するようにしてなるプレート式熱交換器の製造方法において、さらに中間ソケット部材(31),(31)を準備し、先ず該中間ソケット部材(31),(31)と上記外部銅管(30),(30)とを銅よりも融点の低いロウ材を用いて炉中ロウ付けし、その後、上記中間ソケット部材(31),(31)を上記本体プレート(26)側のソケット部材(28),(28)に対して溶接するようにしたことを特徴とするプレート式熱交換器の製造方法。
  13. 中間ソケット部材(31),(31)は、鉄系の材料よりなることを特徴とする請求項12記載のプレート式熱交換器の製造方法。
  14. 銅よりも融点の低いロウ材が、りん青銅ロウであることを特徴とする請求項12又は13記載のプレート式熱交換器の製造方法。
  15. 一対の本体プレート(26),(27)間に複数枚の伝熱プレート(11),(11)・・・を並設接合し、それらの間に相互に熱交換すべき2種の熱媒体を流す隣合う2系統の通路を形成するとともに、上記一対の本体プレート(26),(27)の内の何れか一方側の本体プレート(26)に上記熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)を形成し、該熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)に対してソケット部材(31),(31)を介して外部銅管(30),(30)を接続するようにしてなるプレート式熱交換器の製造方法において、先ず上記ソケット部材(31),(31)と上記外部銅管(30),(30)とを炉中ロウ付けし、その後、上記ソケット部材(31),(31)を上記本体プレート(26)側の熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)に対して溶接固定するようにしたことを特徴とするプレート式熱交換器の製造方法。
  16. ソケット部材(31),(31)は、鉄系の材料よりなることを特徴とする請求項15記載のプレート式熱交換器の製造方法。
  17. 一対の本体プレート(26),(27)間に複数枚の伝熱プレート(11),(11)・・・を並設接合し、それらの間に相互に熱交換すべき2種の熱媒体を流す隣合う2系統の通路を形成するとともに、上記一対の本体プレート(26),(27)の内の何れか一方側の本体プレート(26)に上記熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)を形成し、該熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)に対して外部銅管(30),(30)を接続するようにしてなるプレート式熱交換器の製造方法において、上記本体プレート(26)の熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)に対して上記外部銅管(30),(30)を対応させた状態で炉内にセットし、銅よりも融点の低いロウ材を用いて炉中ロウ付けすることより外部銅管(30),(30)を上記本体プレート(26)に接続するようにしたことを特徴とするプレート式熱交換器の製造方法。
  18. 銅よりも融点の低いロウ材が、りん青銅ロウであることを特徴とする請求項17記載のプレート式熱交換器の製造方法。
  19. 一対の本体プレート(26),(27)間に複数枚の伝熱プレート(11),(11)・・・を並設接合し、それらの間に相互に熱交換すべき2種の熱媒体を流す隣合う2系統の通路を形成するとともに、上記一対の本体プレート(26),(27)の内の何れか一方側の本体プレート(26)に上記熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)を形成し、該熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)に対して外部銅管(30),(30)を接続するようにしてなるプレート式熱交換器の製造方法において、上記本体プレート(26)の熱媒の流入又は流出口(26a),(26a)に対して銅よりも融点が高い銅合金よりなる外部銅管(30),(30)を対応させた状態で炉内にセットし、銅よりも融点の低いロウ材を用いて炉中ロウ付けすることより同外部銅管(30),(30)を上記本体プレート(26)に接続するようにしたことを特徴とするプレート式熱交換器の製造方法。
  20. ロウ材が、銅ロウであることを特徴とする請求項19記載のプレート式熱交換器の製造方法。
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