JP2006177637A - 熱交換器用プレートアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】 第１プレートと第２プレートを確実にろう付けすることができる熱交換器用プレートアセンブリを提供する。
【解決手段】 熱交換器用プレートアセンブリ１２は、複数個の熱伝達モジュール２１を厚み方向に重ねることによって構成されている。熱伝達モジュール２１は、第１プレート３１と第２プレート３２とを重ねることにより構成されている。プレート３１，３２の一方に貫通孔８０が形成され、他方にバーリング加工部８１が形成されている。バーリング加工部８１を貫通孔８０に挿入したのち、バーリング加工部８１を貫通孔８０の縁部に重ねるように外向きに曲げ、潰し加工する。そののちバーリング加工部８１が貫通孔８０の縁部にろう付けされる。また、第１プレート３１の波形部４０の谷４２と第２プレート３２の波形部５０の山５１の接点もろう付けされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数枚のプレートによって構成される熱交換器用プレートアセンブリに関する。

従来より、いわゆるプレート形熱交換器と称される熱交換器では、一対の金属プレートからなる熱伝達モジュールの内側に第１流路を形成している。この熱伝達モジュールを複数個重ねることによってプレートアセンブリを構成し、各熱伝達モジュール間に第２流路を形成するようにしている。この種のプレートアセンブリでは、一対のプレートを互いに固定するために、一方のプレートの波形部の山と他方のプレートの波形部の谷の接点をろう付けすることが提案されている。（例えば下記公知文献１参照）
特開２０００−３２０９８６号公報

前記従来の熱交換器用プレートアセンブリのように、一方のプレートの波形部の山と他方のプレートの波形部の谷との接点をろう付けする構成では、これらのろう付け部にろう材を確実に供給することが望まれる。一方の波形部の山と他方の波形部の谷との接点にろう材を確実に供給するには、一対のプレートの位置関係を正確に規制する必要がある。

これらプレートの位置関係が不正確であると、プレートを重ねたときに、予め山と谷との接点に塗布されているろう材の位置がずれてしまい、プレートどうしを確実にろう付けすることができなくなる。また、ろう付けによってシール性を得る必要のある個所では、ろう付け部の隙間管理が難しく、この隙間管理が適正になされないと、シール性が悪化するおそれがある。

従って本発明は、プレートどうしを確実にろう付けすることができる熱交換器用プレートアセンブリを提供するものである。

本発明は、波形に成形された波形部を有しそれぞれの波形の山が第１の方向に延びる第１プレートと、波形に成形された波形部を有しそれぞれの波形の山が前記第１の方向と異なる第２の方向に延び、前記第１プレートに重ねて配置されることにより前記第１プレートとの間に第１流路を形成する第２プレートと、によって構成される熱伝達モジュールを有し、前記熱伝達モジュールを厚み方向に複数個重ねることにより互いに隣り合う熱伝達モジュール間に第２流路を形成する熱交換器用プレートアセンブリに適用される。

前記熱伝達モジュールは、それぞれ、該熱伝達モジュールの一方の端部において前記第１プレートまたは第２プレートのいずれか一方に形成された円形の第１の貫通孔と、該熱伝達モジュールの一方の端部において前記第１プレートまたは第２プレートの他方に短円筒形に形成されかつ前記第１の貫通孔に挿入された状態において該貫通孔の縁部に重なるよう外向きに曲げ加工される第１のバーリング加工部と、該熱伝達モジュールの他方の端部において前記第１プレートまたは第２プレートのいずれか一方に形成された円形の第２の貫通孔と、該熱伝達モジュールの他方の端部において前記第１プレートまたは第２プレートの他方に短円筒形に形成されかつ前記第２の貫通孔に挿入された状態において該貫通孔の縁部に重なるよう外向きに曲げ加工される第２のバーリング加工部とを有している。

また、前記第１および第２のバーリング加工部がそれぞれ前記第１および第２の貫通孔の縁部にろう付けされ、該熱伝達モジュールの内部にて前記第１プレートの波形部の谷と前記第２プレートの波形部の山の接点が互いにろう付けされ、互いに隣り合う前記熱伝達モジュールどうしで前記第１プレートの波形部の山と前記第２プレートの波形部の谷の接点が互いにろう付けされ、前記第１および第２のバーリング加工部の孔によって前記各熱伝達モジュール間の第２流路が互いに連通しているものである。

本発明の好ましい形態では、前記熱伝達モジュールを構成する一対の第１プレートと第２プレートが互いに同一形状に成形され、前記第１プレートに対して前記第２プレートを裏返しにした状態でこれらのプレートを重ね合わせる。

本発明によれば、熱伝達モジュールを構成する第１プレートおよび第２プレートのうちの一方に形成された貫通孔に、他方に形成されたバーリング加工部を挿入し、このバーリング加工部を外向きに曲げて潰し加工する（かしめる）ことにより、第１プレートと第２プレートを互いに仮止めすることができる。この状態でろう付けが行われるため、プレートどうしの位置関係を正確に規制することができ、予め各プレートの波形部の山と谷の接点に供給されているろう材によって、これらの接点を確実にろう付けすることができる。また、ろう付け部の隙間管理が容易となり、ろう付け部の品質が向上する。

以下に本発明の熱交換器用プレートアセンブリについて、図１から図７を参照して説明する。
図１に熱交換器１０が示されている。この熱交換器１０は、ハウジング１１と、ハウジング１１の内部に収容された熱交換器用プレートアセンブリ（これ以降は単にプレートアセンブリと呼ぶ）１２とを備えている。図２はプレートアセンブリ１２の一部を断面で示している。

図１に示すようにハウジング１１の一端側に流入ポート１５が形成されている。ハウジング１１の他端側に流出ポート１６が形成されている。流入ポート１５から第１の流体がハウジング１１の内部に導入され、プレートアセンブリ１２によって熱交換されたのち流出ポート１６から流出するようになっている。流入ポート１５に供給される第１の流体の一例は、冷却すべき高温の空気である。

プレートアセンブリ１２は、一対のフレーム部材１９，２０の間に、図３に示す熱伝達モジュール２１を複数個（例えば数十個）重ね、ろう付けすることによって構成されている。図３は２個の熱伝達モジュール２１を重ねた状態を示している。

図２に示すフレーム部材１９に、第２の流体を導入するための流入ポート２２と、熱交換後の第２の流体を流出させるための流出ポート２３（図１に示す）が設けられている。第２の流体の一例は、冷却用媒体としての水である。

それぞれの熱伝達モジュール２１は、いずれも、第１プレート３１と第２プレート３２によって構成されている。第１プレート３１と第２プレート３２は、例えば０．３ｍｍ前後のステンレス鋼板などの金属板からなる。この金属板の厚さは０．３ｍｍ以外でもかまわない。

第１プレート３１は波形に成形された波形部４０を有している。波形部４０に複数の山４１と谷４２が交互に形成されている。図４に示すように、これらの山４１は、第１の方向Ａに延びている。第１の方向Ａは、熱伝達モジュール２１の両端部２１ａ，２１ｂを結ぶ軸線Ｘ１に対し、例えば３０°前後の角度θ１をなしている。

第２プレート３２も波形に成形された波形部５０を有している。波形部５０に複数の山５１と谷５２が交互に形成されている。図４に示すように、これらの山５１は、前記第１の方向Ａと異なる第２の方向Ｂに延びている。第２の方向Ｂは、前記軸線Ｘ１に対し、第１の方向Ａとは逆側に例えば３０°前後の角度θ２をなしている。従って第１プレート３１の波形部４０の山４１と第２プレート３２の波形部５０の山５１は、プレート３１，３２の平面視において、６０°程度の角度をなして互いに交差している。

図３に示すように、第１プレート３１と第２プレート３２を厚み方向に重ねた状態において、第１プレート３１と第２プレート３２との間に第１流路６０が形成される。第１流路６０の一端側の開口部６０ａは、熱伝達モジュール２１の一方の端部２１ａ側に開口している。

すなわち流入ポート１５からハウジング１１の内部に流入した高温の空気を、この開口部６０ａを経て第１流路６０の内部に導入できるようになっている。第１流路６０の他端側の開口部６０ｂは、熱伝達モジュール２１の他方の端部２１ｂ側に開口し、第１流路６０を通ってきた空気を、この開口部６０ｂを経て流出ポート１６に向けて流出させることができるようになっている。

熱伝達モジュール２１の一方の端部２１ａにおいて、第１プレート３１と第２プレート３２との間にスペーサ部材６５が設けられている。熱伝達モジュール２１の他方の端部２１ｂにも、第１プレート３１と第２プレート３２との間にスペーサ部材６６が設けられている。熱伝達モジュール２１の両側部には、第１プレート３１と第２プレート３２との間にスペーサ部材６７が設けられている。これらスペーサ部材６５，６６，６７によって、第１プレート３１と第２プレート３２との間の隙間が適正に保たれる。

図２に示されるように、熱伝達モジュール２１を厚み方向に複数個重ねた状態において、互いに隣り合う熱伝達モジュール２１の間に第２流路７０が形成される。第２流路７０の流入側は流入ポート２２に連通する。第２流路７０の流出側は流出ポート２３（図１に示す）に連通する。

図５に示すように、それぞれの熱伝達モジュール２１の一方の端部２１ａにおいて、第１プレート３１に円形の第１の貫通孔８０が形成されている。第２プレート３２には、第１の貫通孔８０と対応する位置に、短円筒形の第１のバーリング加工部８１が形成されている。第１のバーリング加工部８１の外径は、第１の貫通孔８０の内径よりも僅かに小さく、第１のバーリング加工部８１を第１の貫通孔８０に挿入できるようになっている。

図６に示すように第１のバーリング加工部８１を第１の貫通孔８０に挿入したのち、図７に示すように第１のバーリング加工部８１の先端側を、第１の貫通孔８０の縁部に重ねるように外向きに曲げて潰し加工する。この「かしめ加工」により、第１プレート３１と第２プレート３２の一端側が互いに仮止めされる。

それぞれの熱伝達モジュール２１の他方の端部２１ｂにおいて、第２プレート３２に円形の第２の貫通孔８５（図４に示す）が形成されている。また第１プレート３１に第２のバーリング加工部８６（図３に示す）が形成されている。第２のバーリング加工部８６は第２の貫通孔８５に挿入される。

第２のバーリング加工部８６を第２の貫通孔８５に挿入したのち、第２のバーリング加工部８６の先端側を、第２の貫通孔８５の縁部に重ねるように外向きに曲げて潰し加工する。この「かしめ加工」により、第１プレート３１と第２プレート３２の他端側が互いに仮止めされる。

本実施形態の場合、熱伝達モジュール２１を構成する一対のプレート３１，３２が互いに同一形状に成形されている。このため第１プレート３１に対して第２プレート３２を裏返しにした状態で、これらのプレート３１，３２を互いに重ね合わせる。そして第１のバーリング加工部８１を第１の貫通孔８０に挿入し、かつ、第２のバーリング加工部８６を第２の貫通孔８５に挿入する。このように本実施形態では、第１プレート３１と第２プレート３２の形状を同じにしているため、プレート３１，３２の部品共通化が図れ、製造コストを下げることができる。

熱伝達モジュール２１の内部では、下記のろう付け工程により、第１プレート３１の波形部４０の谷４２と第２プレート３２の波形部５０の山５１との接点がろう付けされる。また、互いに隣り合う熱伝達モジュール２１どうしで、第１プレート３１の波形部４０の山４１と第２プレート３２の波形部５０の谷５２の接点がろう付けされる。

図２に示すように複数個の熱伝達モジュール２１を重ねた状態において、それぞれの第２流路７０の一端側は、第１のバーリング加工部８１の孔８１ａによって互いに連通し、かつ、流入ポート２２に連通する。第２流路７０の他端側は、第２のバーリング加工部８６の孔８６ａ（図３に示す）によって互いに連通し、かつ、流出ポート２３に連通する。

以下に前記プレートアセンブリ１２の製造工程について説明する。
プレス加工等によって、第１プレート３１に、波形部４０と貫通孔８０とバーリング加工部８６を形成する。また第２プレート３２に、波形部５０とバーリング加工部８１と貫通孔８５を形成する。

各熱伝達モジュール２１ごとに、第１プレート３１の波形部４０の谷４２と第２プレート３２の波形部５０の山５１との接点に、ろう材９０（図６に示す）を塗布する。また、バーリング加工部８１，８６の外周面に、全周にわたってろう材９０を塗布する。ろう材９０の一例はペースト状のＮｉ系ろう材である。第１プレート３１とスペーサ部材６５，６６，６７との間、および第２プレート３２とスペーサ部材６５，６６，６７との間にも前記ろう材を塗布する。

図６に示すように、各熱伝達モジュール２１ごとに、第１プレート３１と第２プレート３２を重ね合わせ、一方の端部２１ａにおいて、第１プレート３１の貫通孔８０に第２プレート３２のバーリング加工部８１を挿入する。また他方の端部２１ｂにおいて、第２プレート３２の貫通孔８５に第１プレート３１のバーリング加工部８６を挿入する。

貫通孔８０，８５に挿入されたバーリング加工部８１，８６のそれぞれの先端を加工機によって拡径させるように外向きに広げ、さらに板厚方向に押し潰す「かしめ加工」を行うことにより、第１プレート３１と第２プレート３２の両端部を仮止めする。また、スペーサ部材６５，６６，６７を第１プレート３１と第２プレート３２にレーザスポット溶接等によって仮止めする。

互いに重なり合う熱伝達モジュール２１どうしでは、第１プレート３１の波形部４０の山４１と、第２プレート３２の波形部５０の谷５２との接点に、前記ろう材９０を塗布する。これら熱伝達モジュール２１を所定個重ね合わせ、プレス機等によって押圧した状態で、加熱装置によってろう材９０が溶融する温度に加熱し、冷却することにより、ろう付けを行う。

上記ろう付け工程により、バーリング加工部８１，８６がそれぞれ貫通孔８０，８５の縁部にろう付けされる。同時に、熱伝達モジュール２１の内部で第１プレート３１の波形部４０の谷４２と第２プレート３２の波形部５０の山５１の接点がろう付けされるとともに、スペーサ部材６５，６６，６７がプレート３１，３２にろう付けされる。また、互いに隣り合う熱伝達モジュール２１どうしで、第１プレート３１の波形部４０の山４１と、第２プレート３２の波形部５０の谷５２の接点が互いにろう付けされる。

前記実施形態によれば、第１プレート３１の一端側に形成された貫通孔８０に第２プレート３２のバーリング加工部８１を挿入し、第１プレート３１の他端側に形成されたバーリング加工部８６を第２プレート３２の貫通孔８０に挿入するため、熱伝達モジュール２１を構成する一対のプレート３１，３２どうしの位置決めを正確に行うことができる。

プレート３１，３２どうしを位置決めしたのち、バーリング加工部８１，８６を「かしめ加工」することによって、プレート３１，３２の仮止めがなされる。このためプレート３１，３２を重ねた時に、予め波形部４０，５０の所定位置に供給されているろう材９０を、第１プレート３１の波形部４０の谷４２と第２プレート３２の波形部５０の山５１との接点に正確に位置させることができる。

このため、前記ろう付け工程によって第１プレート３１と第２プレート３２のろう付け部を確実にろう付けすることができる。また、貫通孔８０，８５に挿入されたバーリング加工部８１，８６を「かしめ加工」し、プレート３１，３２を仮止めした状態でろう付けを行うため、各ろう付け部の隙間管理が容易となり、ろう付け品質が向上する。

上記の工程を経て製造されたプレートアセンブリ１２がハウジング１１（図１に示す）内の所定位置に固定され、熱交換器１０が完成する。
この熱交換器１０の場合、ハウジング１１の流入ポート１５からハウジング１１の内部に導入された第１の流体（例えば高温の空気）が、第１流路６０の一端側の開口部６０ａから各熱伝達モジュール２１の第１流路６０に入り、第１流路６０内の波形部４０，５０の間で乱流を生じつつ流速が低下した状態で、第１流路６０の他端側の開口部６０ｂから流出ポート１６を経て外部に出てゆく。

冷却媒体としての第２の流体（例えば低温の水）は、プレートアセンブリ１２の流入ポート２２からプレートアセンブリ１２の内部に導入され、各熱伝達モジュール２１間の第２流路７０に入り、第２流路７０内の波形部４０，５０の間で乱流を生じつつ流速が低下した状態で、第２流路７０の他端側からプレートアセンブリ１２の流出ポート２３を経て外部に出てゆく。このように第１流路６０に高温の第１の流体を流し、第２流路７０に低温の第２流体を流すことにより、プレート３１，３２を介して第１の流体と第２の流体との間で熱交換が行われ、第１の流体（例えば高温の空気）を冷却することができる。

なお本発明を実施する当たり、第１プレートに第１および第２の貫通孔を形成し、第２プレートに第１および第２のバーリング加工部を形成してもよい。あるいは逆に、第１プレートに第１および第２のバーリング加工部を形成し、第２プレートに第１および第２の貫通孔を形成してもよい。これらの形態では、第１プレートと第２プレートの共通化を図ることができないが、本発明の目的を果たすことはできる。

本発明の一実施形態に係る熱交換器用プレートアセンブリを有する熱交換器の斜視図。 図１に示された熱交換器用プレートアセンブリの一部分を断面で示す斜視図。 図１に示された熱交換器用プレートアセンブリを構成する熱伝達モジュールを２個重ねた状態を一部断面で示す斜視図。 図３に示された熱伝達モジュールの一部を切欠いて示す平面図。 図３に示された熱伝達モジュールの第１プレートと第２プレートの一部を分離した状態で示す斜視図。 図５に示された第１プレートの貫通孔に第２プレートのバーリング加工部を挿入した状態を示す断面図。 図５に示されたバーリング加工部を曲げ加工した後の状態を示す断面図。

符号の説明

１０…熱交換器
１２…熱交換器用プレートアセンブリ
２１…熱伝達モジュール
３１…第１プレート
３２…第２プレート
４０…波形部
５０…波形部
６０…第１流路
７０…第２流路
８０…第１の貫通孔
８１…第１のバーリング加工部
８５…第２の貫通孔
８６…第２のバーリング加工部

Claims (2)

1. 波形に成形された波形部を有しそれぞれの波形の山が第１の方向に延びる第１プレートと、
   波形に成形された波形部を有しそれぞれの波形の山が前記第１の方向と異なる第２の方向に延び、前記第１プレートに重ねて配置されることにより前記第１プレートとの間に第１流路を形成する第２プレートと、
   によって構成される熱伝達モジュールを有し、
   前記熱伝達モジュールを厚み方向に複数個重ねることにより互いに隣り合う熱伝達モジュール間に第２流路を形成する熱交換器用プレートアセンブリであって、
   前記熱伝達モジュールは、それぞれ、
   該熱伝達モジュールの一方の端部において前記第１プレートまたは第２プレートのいずれか一方に形成された円形の第１の貫通孔と、
   該熱伝達モジュールの一方の端部において前記第１プレートまたは第２プレートの他方に短円筒形に形成されかつ前記第１の貫通孔に挿入された状態において該貫通孔の縁部に重なるよう外向きに曲げ加工される第１のバーリング加工部と、
   該熱伝達モジュールの他方の端部において前記第１プレートまたは第２プレートのいずれか一方に形成された円形の第２の貫通孔と、
   該熱伝達モジュールの他方の端部において前記第１プレートまたは第２プレートの他方に短円筒形に形成されかつ前記第２の貫通孔に挿入された状態において該貫通孔の縁部に重なるよう外向きに曲げ加工される第２のバーリング加工部とを有し、
   前記第１および第２のバーリング加工部がそれぞれ前記第１および第２の貫通孔の縁部にろう付けされ、
   該熱伝達モジュールの内部にて前記第１プレートの波形部の谷と前記第２プレートの波形部の山の接点が互いにろう付けされ、
   互いに隣り合う前記熱伝達モジュールどうしで前記第１プレートの波形部の山と前記第２プレートの波形部の谷の接点が互いにろう付けされ、
   前記第１および第２のバーリング加工部の孔によって前記各熱伝達モジュール間の第２流路が互いに連通していることを特徴とする熱交換器用プレートアセンブリ。
2. 前記熱伝達モジュールを構成する一対の第１プレートと第２プレートが互いに同一形状に成形され、前記第１プレートに対して前記第２プレートを裏返しにした状態でこれらのプレートを重ね合わせたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用プレートアセンブリ。

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