JP2006297450A - 複合材、プレート式熱交換器及び複合材のロウ付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換器等に適用可能な新たな複合材とそれを用いたプレート式熱交換器の提供すると共に、及び従来よりも簡単な製造工程で製造が可能な複合材及び複合材のロウ付け方法の提供する。
【解決手段】 凹部と凸部とが繰返し並んだ形状の板材が、互いの凹部あるいは凸部を接触させた状態で複数枚積層され、これら互いに接触した凹部あるいは凸部がロウ付け接合されてなる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、複合材、プレート式熱交換器及び複合材のロウ付け方法に関する。

熱交換器のフィンとして、波板が平板に挟まれて互いにロウ付けされたものが開発されている。ロウ付け方法としては、例えばステンレス板等の母材を相互にロウ付けする場合、通常シート状のロウ材を間に挟んでロウ付けするのが一般的である。ロウ材としては、例えばリン・銅やニッケルを主成分とするものが使用され、融点まで加熱することによりステンレス板のロウ付けを行う。
また、ロウ材には、基板表面にロウ材が形成されてなるクラッドロウ材がある。
このようなロウ材及びそれを用いた接合技術については、例えば以下の公知文献に詳細が開示されている。
特開平２−１５５５９５号公報 特開２００２−２６３８８２号公報 特開２００４−２５２５１号公報

しかしながら、従来の熱交換器の製造工程においては、ロウ付け作業毎に母材間にロウ付けシートを挟む必要があり、このため生産性が低いという問題があった。また、基本的には手作業であるため、ロウ付け性能が不安定となる。また、局部のロウ付けにはプレフォーミング材が必要であるため、手間が増大するという問題があった。
また、クラッドロウ材は、クラッド圧延法によって形成されるものであり、製品の種類に制限があった。また、その製造工程は、鍛造、熱間圧延、冷間圧延、冷間圧接、拡散焼鈍、中間・仕上げ圧延、表面検査、矯正、検査・梱包と複雑多岐に亘っている。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、熱交換器等に適用可能な新たな複合材とそれを用いたプレート式熱交換器の提供、及び従来よりも簡単な製造工程で製造が可能な複合材及び複合材のロウ付け方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、複合材に係る第１の解決手段として、凹部と凸部とが繰返し並んだ形状の板材が、互いの前記凹部あるいは前記凸部を接触させた状態で複数枚積層され、これら互いに接触した前記凹部あるいは前記凸部がロウ付け接合されてなる、という手段を採用する。
また、複合材に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、前記板材は、ロウ材の層が少なくとも基板の片面に形成されたクラッドロウ材であって、前記基板とロウ材とが一体的に塑性変形されることにより前記凹部と凸部とが形成され、さらに前記各クラッドロウ材が前記ロウ材によって相互に接合されている、という手段を採用する。
また、本発明では、プレート式熱交換器に係る第１の解決手段として、上記第１あるいは第２の複合材を伝熱プレートとする、という手段を採用する。
一方、ロウ付け方法に係る第１の解決手段として、ロウ材を少なくとも基板の片面に焼結してクラッドロウ材を形成し、次いで該クラッドロウ材を凹部と凸部とが繰返し並んだ形状に塑性変形させるとともに、該変形されたクラッドロウ材を互いの前記凹部あるいは前記凸部を接触させた状態で複数枚積層し、さらに前記ロウ材の温度をロウ付け温度まで上昇させることにより、互いに接触した状態の前記凹部あるいは前記凸部をロウ付けして複合材とする、という手段を採用する。
また、ロウ付け方法に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、厚さ方向に圧力を負荷した状態で前記ロウ材をロウ付け温度に上昇させてロウ付けする、という手段を採用する。

本発明によれば、積層された板材の凹部あるいは凸部同士が接合されて複合材が形成されるので、板材の間には空間を形成される。この空間は例えば冷媒等の流体が流れる流路として用いることができるので、このような複合材を伝熱プレートとして利用することによりプレート式熱交換器を構成することができる。
また、複合材の製造は、複数のクラッドロウ材を互いに接触させてロウ付け温度まで加熱することにより行う。これにより、各クラッドロウ材を一度にロウ付けすることができる。したがって従来よりも製造作業を簡略化することが可能であり、省力化、省エネ化の効果を得ることができる。また、製造工程を簡略化することができるので、生産性の向上、歩留まりの向上、コスト低減効果を得ることができる。
また、加圧状態でロウ付けされることにより、クラッドロウ材の凹部同士あるいは凸部同士が確実に接触し、各クラッドロウ材が確実にロウ付けされる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１に示したクラッドロウ材１０（板材）は、上層のロウ材１および下層のロウ材２が基板３に対して焼結されて構成されている。ロウ材１，２は基板３上に固着・焼結されたものである。基材３は銅、銅合金、ＳＵＳなどを材料とする。このようなクラッドロウ材１０は、例えば特開２００４−２５２５１号公報に開示された粉末圧延法に基づく製造方法により製造することができる。

上記クラッドロウ材１０は、プレス上金型５ａと下金型５ｂとの間に挟まれてプレスされることにより、基板３とロウ材１，２が図２に示したように一体的に塑性変形され、凸部１０ａと凹部１０ｂとが繰返し並んで形成された波形形状となる。基板３に焼結されるロウ材の組成は、波形に塑性変形させる際の曲率、基板３の材質（堅さ）に基づき、基材粉末の量、ロウ材の厚み量、焼結温度を適切に設定する。これにより、塑性変形させても、ロウ材の脱落、はがれが発生しないものとなる。

このように波形に成形されたクラッドロウ材１０を用い、以下の様にして複合材を製造する。すなわち、図３に示したように、波形のクラッドロウ材１０の凸部１０ａを互いに接触させた状態で、複数のクラッドロウ材１０を重ね合わせ、接触部の概ね垂直方向に加圧する。そして、この状態で全体をロウ付け温度に加熱することにより、クラッドロウ材１０の両面のロウ材が融解し、各クラッドロウ材１０のが凸部１０ａ同士が相互にロウ付けされる。

このようなクラッドロウ材１０同士のロウ付けによって、互いに接触状態にある凸部１０ａの間にフィレット４が、またクラッドロウ材１０の間に複数の帯状空間が形成された複合材２０が製造される。この帯状空間は、この複合材２０を後述するプレート式熱交換器３０の利用した場合には冷媒が流動する通路となる。

このように製造された複合材２０は、図５に示したプレート式熱交換器３０の伝熱プレートに適用することができる。すなわち、プレート式熱交換器３０と複合材２０とは以下のように一体的に製造される。

まず、図５のように複数のクラッドロウ材１０を重ね合わせるとともに、両側からフレーム６ａ、６ｂにより挟み込む。次いで、フレーム６ａ、６ｂと各クラッドロウ材１０全体に対して図３のように圧力を加え、この状態でロウ付け温度に加熱することで、各クラッドロウ材１０及びフレーム６ａ、６ｂのロウ付けを行う。これにより、上記帯状空間を冷媒が流動するプレート式熱交換器３０が完成する。

このように複合材２０をプレート式熱交換器３０の伝熱プレートに適用することにより、フレーム６ａ、６ｂを含んだ全体のロウ付けをまとめて行うことができるため、作業を簡略化でき、省力化、省エネ化の効果が大きい。また、生産性の向上、歩留まりの向上、コスト低減効果も大きい。すなわち、本実施形態に係る複合材２０を伝熱プレートに適用することによりプレート式熱交換器３０の製造コストを低減することができる。

また、クラッドロウ材１０同士のロウ付けの際に圧力を加えることにより、クラッドロウ材１０の凸部１０ａが互いに確実に接触し、各凸部１０ａ同士が確実にロウ付けされる。また、クラッドロウ材１０のロウ材１，２の組成が適切に設定されていることにより、塑性変形させても、ロウ材の脱落、はがれの発生を防止することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、クラッドロウ材１０の凸部１０ａ同士をロウ付けする場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図６の模式図に示すように、凹部同士をロウ付けするようにしても良い。すなわち、上述したクラッドロウ材１０のような波板の場合、一方の面側から見た凸部は他方の面側から見ると凹部であり、凸部と凹部とは見方によって同一の部位である。したがって、図６（ａ）に示すように、波の振幅が異なるクラッドロウ材１０Ａ、１０Ｂ、あるいは図６（ｂ）に示すように、波形状の異なるクラッドロウ材１０Ｃ、１０Ｄを、凹部同士（すなわち凸部同士）が対向するように重ね合わせてロウ付けしても良い。

（２）上記実施形態では、クラッドロウ材１０の基材３両面にロウ材の層が形成されているが、基材３の少なくとも片面にロウ材の層が形成されていればよい。
（３）複合材２０を構成するクラッドロウ材１０の枚数は、上記の例に限定されるものではなく、少なくとも２枚以上であればよい。
（４）上記に示した複合材２０は、プレート式熱交換器３０以外にも種々の機器に対して適用することができる。
（５）クラッドロウ材１０を塑性変形させる際の形状としては、波形だけではなくディンプル形状等であってもよい。

本発明の一実施形態に係る複合材を構成するクラッドロウ材を上金型及び下金型によりプレスする状態について示した模式図である。 本発明の一実施形態においてプレスされたクラッドロウ材の側断面図である。 本発明の一実施形態において複数のクラッドロウ材を重ねた状態を示した図である。 本発明の一実施形態においてロウ付けされた状態を示した複合材の側断面図である。 本発明の一実施形態において複合材の適用例として示したプレート式熱交換器の一部を破断して示した斜視図である。 本発明の一実施形態において、クラッドロウ材の重ね合わせ状態の変形例を示す模式図である。

符号の説明

１…ロウ材、２…ロウ材、３…基材、４…フィレット、５ａ…プレス上金型、５ｂ…プレス下金型、６ａ、６ｂ…フレーム、１０…クラッドロウ材（板材）、１０ａ…凸部、１０ｂ…凹部、２０…複合材、３０…プレート式熱交換器

Claims (5)

1. 凹部と凸部とが繰返し並んだ形状の板材が互いの前記凹部あるいは前記凸部を接触させた状態で複数枚積層され、これら互いに接触した前記凹部あるいは前記凸部がロウ付け接合されてなることを特徴とする複合材。
2. 前記板材は、ロウ材の層が少なくとも基板の片面に形成されたクラッドロウ材であって、前記基板とロウ材とが一体的に塑性変形されることにより前記凹部と凸部とが形成され、さらに前記各クラッドロウ材が前記ロウ材によって相互に接合されていることを特徴とする請求項１記載の複合材。
3. 請求項１あるいは２記載の複合材を伝熱プレートとすることを特徴とするプレート式熱交換器。
4. ロウ材を少なくとも基板の片面に焼結してクラッドロウ材を形成し、次いで該クラッドロウ材を凹部と凸部とが繰返し並んだ形状に塑性変形させるとともに、該変形されたクラッドロウ材を互いの前記凹部あるいは前記凸部を接触させた状態で複数枚積層し、さらに前記ロウ材の温度をロウ付け温度まで上昇させることにより、互いに接触した状態の前記凹部あるいは前記凸部をロウ付けして複合材とすることを特徴とする複合材のロウ付け方法。
5. 厚さ方向に圧力を負荷した状態で前記ロウ材をロウ付け温度に上昇させてロウ付けすることを特徴とする請求項４に記載の複合材のロウ付け方法。
   

Images