JP2009030872A - Manufacturing method of stack-type flow channel element, and stack-type flow channel element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の流路形成部材を積層して成る積層型流路要素の製造方法、及び積層型流路要素に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a laminated flow path element formed by laminating a plurality of flow path forming members, and a laminated flow path element.
複数の伝熱プレートを層間に隙間が形成されるように積層してプレート式熱交換器を構成する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記の如き従来の技術では、直交流方熱交換器を成す上記プレート式熱交換器の各流路に対し流体を導入、排出するためのマニホルドの取り付け構造について考慮されていなかった。 However, in the conventional technology as described above, a manifold mounting structure for introducing and discharging fluid to and from each flow path of the plate heat exchanger constituting the cross flow heat exchanger has not been considered.
本発明は、上記事実を考慮して、積層された複数の流路形成部材の積層方向との直交方向を向く端面に被接合部材を効率良く接合することができる積層型流路要素の製造方法、及び積層型流路要素を得ることが目的である。 In consideration of the above-described facts, the present invention provides a method for manufacturing a laminated flow path element capable of efficiently joining a member to be joined to an end surface facing a direction orthogonal to the lamination direction of a plurality of laminated flow path forming members. And to obtain a laminated flow path element.
請求項1記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、積層された複数の流路形成部材における積層方向に隣り合う前記流路形成部材間をそれぞれ接合して一体化された積層型流路要素の製造方法であって、積層された前記複数の流路形成部材に付与した荷重を、該積層された複数の流路形成部材によって積層方向及び該積層方向との直交方向に作用させることで、前記積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を被接合部材に接合する。 The manufacturing method of the laminated flow path element according to the invention of claim 1 is a laminated type in which the flow path forming members adjacent to each other in the stacking direction in the plurality of laminated flow path forming members are joined and integrated. A flow path element manufacturing method, wherein a load applied to the plurality of stacked flow path forming members is caused to act in a stacking direction and a direction orthogonal to the stacking direction by the stacked plurality of flow path forming members. Thus, the plurality of laminated flow path forming members are joined in the laminating direction, and the end faces of the laminated plurality of flow path forming members facing the direction perpendicular to the laminating direction are joined to the member to be joined.
請求項1記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された流路形成部材に荷重を作用させると、この荷重は、該積層された流路形成部材によって、積層方向及び該積層方向との直交方向に作用される。これら積層方向及び該積層方向との直交方向に作用する荷重を接合荷重として、複数の流路形成部材が積層方向に接合されると共に、複数の接合部材における積層方途の直交方向を向く端面が被接合部材に接合される。 In the method of manufacturing a laminated flow path element according to claim 1, when a load is applied to the laminated flow path forming member, the load is applied to the lamination direction and the lamination direction by the laminated flow path forming member. Acting in the orthogonal direction. A plurality of flow path forming members are joined in the laminating direction with the load acting in the laminating direction and the direction orthogonal to the laminating direction as the joining load, and the end faces of the plural joining members facing the orthogonal direction of the laminating direction are covered. It is joined to the joining member.
このように、請求項1記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された複数の流路形成部材の積層方向との直交方向を向く端面に被接合部材を効率良く接合することができる。 Thus, in the method for manufacturing a laminated flow path element according to claim 1, the member to be joined can be efficiently joined to the end face of the plurality of laminated flow path forming members facing the direction perpendicular to the stacking direction. .
請求項2記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項1記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層方向における前記複数の流路形成部材の接合、及び積層方向との直交方向における前記流路形成部材と前記被接合部材の接合の少なくとも一方は、ロウ材によるロウ付けである。
The manufacturing method of the laminated flow path element according to the invention of
請求項2記載の積層型流路要素の製造方法では、積層方向における複数の流路形成部材の接合、及び積層方向との直交方向における積層された流路形成部材と被接合部材の接合の少なくとも一方がロウ付けであるため、積層された流路形成部材に付与する荷重を軽減することができる。すなわち、比較的小さい荷重を付与しつつ接合部の接合安定性を確保することができる。
In the method of manufacturing a laminated flow path element according to
請求項3記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項1又は請求項2記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層方向における前記複数の流路形成部材の接合、及び積層方向との直交方向における前記流路形成部材と前記被接合部材の接合の少なくとも一方は、拡散接合である。
A method of manufacturing a laminated flow path element according to a third aspect of the invention is the method of manufacturing a laminated flow path element according to
請求項3記載の積層型流路要素の製造方法では、積層方向における複数の流路形成部材の接合、及び積層方向との直交方向における積層された流路形成部材と被接合部材の接合の少なくとも一方が拡散接合であるため、比較的大きな荷重を付与して接合部の接合安定性を確保することができる。 In the manufacturing method of the laminated flow path element according to claim 3, at least joining of the plurality of flow path forming members in the laminating direction and joining of the laminated flow path forming member and the member to be joined in a direction orthogonal to the laminating direction. Since one side is diffusion bonding, a relatively large load can be applied to ensure the bonding stability of the bonded portion.
請求項4記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項1〜請求項3の何れか1項記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層された複数の流路形成部材に積層方向に荷重を付加して該積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該荷重付与に伴い前記積層された複数の流路形成部材が積層方向との直交方向に変形しようとする力を利用して、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を前記被接合部材に接合する。 A method for manufacturing a laminated flow path element according to a fourth aspect of the present invention is the method for manufacturing a laminated flow path element according to any one of the first to third aspects, wherein the plurality of laminated flow paths are arranged. A load is applied to the forming member in the laminating direction to join the plurality of laminated flow path forming members in the laminating direction, and the laminated plural flow path forming members are orthogonal to the laminating direction along with the load application. Using the force to deform in the direction, the end surfaces of the plurality of laminated flow path forming members facing the direction perpendicular to the lamination direction are joined to the member to be joined.
請求項4記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された流路形成部材に対し積層方向に荷重を付与する。この荷重により、積層された流路形成部材は、積層方向との交差方向に位置ずれ等することなく該積層方向に接合される。この際、積層された流路形成部材は、積層方向に圧縮されながら、該積層方向との直交方向に変形(膨張)しようとする。この膨張しようとする力を積層された流路形成部材と被接合部材との間に作用させることで、この荷重により積層された流路形成部材と被接合部材とが接合される。これにより、積層された流路形成部材に作用させた荷重を、縦ひずみと横ひずみとの変換により積層方向及びその直交方向に効率的に作用させることができ、接合安定性が確保される。 In the manufacturing method of the lamination type flow path element of Claim 4, a load is given to the lamination direction with respect to the laminated | stacked flow path formation member. Due to this load, the laminated flow path forming members are joined in the laminating direction without being displaced in the direction intersecting the laminating direction. At this time, the laminated flow path forming member tends to deform (expand) in a direction perpendicular to the lamination direction while being compressed in the lamination direction. By applying the force to expand between the laminated flow path forming member and the member to be joined, the laminated flow path forming member and the member to be joined are joined by this load. As a result, the load applied to the stacked flow path forming members can be efficiently applied in the stacking direction and the orthogonal direction by converting the longitudinal strain and the lateral strain, and the joining stability is ensured.
請求項5記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項4記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束して、該積層された複数の流路形成部材に積層方向に荷重を付加することで、該積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を前記被接合部材に接合する。 The method for manufacturing a laminated flow path element according to the invention described in claim 5 is the method for manufacturing a laminated flow path element according to claim 4, wherein the plurality of laminated flow path forming members are orthogonal to the stacking direction. The end surfaces facing in the direction are constrained by the dimension and shape after joining, and a load is applied to the stacked plurality of flow path forming members in the stacking direction so that the plurality of stacked flow path forming members are aligned in the stacking direction. While joining, the end surface which faces the orthogonal | vertical direction with the said lamination direction in these laminated | stacked several flow-path formation members is joined to the said to-be-joined member.
請求項5記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された流路形成部材の積層方向との直交方向の端面を接合後の寸法で拘束する。この拘束状態から、積層された流路形成部材に対し積層方向に荷重を付与すると、積層された流路形成部材が積層方向との直交方向に変形(膨張)しようとする力が、積層された流路形成部材と被接合部材との間で積層方向との直交方向に作用し、該積層された流路形成部材と被接合部材とが効率的に接合される。 In the manufacturing method of the laminated flow path element according to claim 5, the end face in the direction orthogonal to the lamination direction of the laminated flow path forming members is constrained by the dimension after joining. From this constrained state, when a load is applied to the laminated flow path forming member in the laminating direction, a force that causes the laminated flow path forming member to deform (expand) in a direction orthogonal to the laminating direction is laminated. It acts in the direction orthogonal to the stacking direction between the flow path forming member and the member to be bonded, and the stacked flow path forming member and the member to be bonded are efficiently bonded.
請求項6記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項5記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束する拘束条件として、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向の位置規制を行うと共に、前記積層方向の荷重付与前の拘束力を0とした。 A method for manufacturing a laminated flow path element according to a sixth aspect of the present invention is the method for manufacturing a laminated flow path element according to the fifth aspect, wherein the plurality of laminated flow path forming members are orthogonal to the stacking direction. As a constraint condition for constraining the end face facing the direction with the dimension shape after joining, position regulation in a direction orthogonal to the stacking direction in the plurality of stacked flow path forming members is performed, and before applying a load in the stacking direction The binding force was set to zero.
請求項6記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された流路形成部材の積層方向に直交する方向を向く端面を位置拘束する際の拘束力が、積層方向の荷重を付与する前に0であるため、該積層された流路形成部材の積層方向への荷重付与による積層方向の変形、変位が担保される。これにより、積層方向の接合安定性を確保しつつ積層された流路形成部材と被接合部材とを効率的に接合することができる。特に、本方法は、積層方向の流路形成部材間の接合をロウ付けにて行う場合に有効である。 7. The method of manufacturing a laminated flow path element according to claim 6, wherein the restraining force for restraining the position of the end face of the laminated flow path forming member that faces in the direction orthogonal to the laminating direction before applying a load in the laminating direction. Therefore, deformation and displacement in the stacking direction due to load application in the stacking direction of the stacked flow path forming members are ensured. Thereby, the laminated | stacked flow-path formation member and to-be-joined member can be efficiently joined, ensuring the joining stability of a lamination direction. In particular, this method is effective when joining the flow path forming members in the stacking direction by brazing.
請求項7記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項5記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束する拘束条件として、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向の端面に、前記積層方向に付与される荷重の80%以下の荷重を付与する。 The manufacturing method of the laminated flow path element according to the invention of claim 7 is the manufacturing method of the laminated flow path element of claim 5, wherein the plurality of laminated flow path forming members are orthogonal to the stacking direction. 80% of the load applied in the stacking direction to the end surfaces in the direction orthogonal to the stacking direction of the plurality of flow path forming members stacked as a constraint condition for binding the end surface facing the direction with the dimension and shape after bonding The following loads are applied.
請求項7記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された流路形成部材の積層方向に直交する方向を向く端面を位置拘束する際の拘束力が、積層方向の荷重の80%を上限として付与されている。これにより、積層された流路形成部材と被接合部材との間に作用する荷重を補助することができ、該積層された流路形成部材と被接合部材とを確実に接合することができる。例えば、積層された流路形成部材と被接合部材とを拡散接合等の十分な初期加圧が要求される方法で接合する場合に有効である。一方、上記の拘束力によって、積層された流路形成部材の積層方向の変位、変形を規制する方向の力が作用するが、この初期拘束力の上限を積層方向荷重の80%としているため、複数の流路形成部材を積層方向に接合する際の接合安定性が確保される。 In the manufacturing method of the laminated flow path element according to claim 7, the restraining force when restraining the end face of the laminated flow path forming member facing the direction orthogonal to the laminating direction is 80% of the load in the laminating direction. It is given as an upper limit. Thereby, the load which acts between the laminated | stacked flow-path formation member and to-be-joined member can be assisted, and this laminated | stacked flow-path forming member and to-be-joined member can be joined reliably. For example, it is effective when the laminated flow path forming member and the member to be joined are joined by a method that requires sufficient initial pressurization such as diffusion bonding. On the other hand, due to the restraining force, a force in the direction of regulating the displacement and deformation of the laminated flow path forming member acts, but since the upper limit of the initial restraining force is 80% of the stacking direction load, Bonding stability when bonding a plurality of flow path forming members in the stacking direction is ensured.
請求項8記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項5記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束する拘束条件として、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向の端面に、前記積層方向に付与される荷重の50%以下の荷重を付与する。 The manufacturing method of the laminated flow path element according to the invention of claim 8 is the manufacturing method of the laminated flow path element according to claim 5, wherein the plurality of laminated flow path forming members are orthogonal to the stacking direction. 50% of the load applied in the stacking direction to the end surfaces in the direction perpendicular to the stacking direction of the plurality of stacked flow path forming members as a constraint condition for binding the end surface facing the direction with the dimension and shape after joining The following loads are applied.
請求項8記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された流路形成部材の積層方向に直交する方向を向く端面を位置拘束する際の拘束力が、積層方向の荷重の50%を上限として付与されている。これにより、積層された流路形成部材と被接合部材との間に作用する荷重を補助することができ、該積層された流路形成部材と被接合部材とを確実に接合することができる。一方、上記の拘束力によって、積層された流路形成部材の積層方向の変位、変形を規制する方向の力が作用するが、この初期拘束力の上限を積層方向荷重の50%としているため、複数の流路形成部材を積層方向に接合する際の接合安定性が良好に確保される。 In the method for manufacturing a laminated flow path element according to claim 8, the restraining force when restraining the position of the end face of the laminated flow path forming member that faces in the direction orthogonal to the stacking direction is 50% of the load in the stacking direction. It is given as an upper limit. Thereby, the load which acts between the laminated | stacked flow-path formation member and to-be-joined member can be assisted, and this laminated | stacked flow-path forming member and to-be-joined member can be joined reliably. On the other hand, due to the restraining force, a force in the direction of regulating the displacement and deformation of the laminated flow path forming member acts, but the upper limit of the initial restraining force is 50% of the stacking direction load. Good joining stability is secured when joining a plurality of flow path forming members in the stacking direction.
請求項9記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項5記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束する拘束条件として、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向の端面に、前記積層方向に付与される荷重の10%以下の荷重を付与する。 A method for manufacturing a laminated flow path element according to a ninth aspect of the invention is the method for manufacturing a laminated flow path element according to the fifth aspect, wherein the laminated flow path forming member is orthogonal to the stacking direction. 10% of the load applied in the stacking direction to the end surfaces in the direction perpendicular to the stacking direction of the plurality of stacked flow path forming members as a constraint condition for binding the end surfaces facing the direction with the dimension and shape after bonding The following loads are applied.
請求項9記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された流路形成部材の積層方向に直交する方向を向く端面を位置拘束する際の拘束力が、積層方向の荷重の10%を上限として付与されている。これにより、積層された流路形成部材と被接合部材との間に作用する荷重を補助することができ、該積層された流路形成部材と被接合部材とを確実に接合することができる。一方、上記の拘束力によって、積層された流路形成部材の積層方向の変位、変形を規制する方向の力が作用するが、この初期拘束力の上限を積層方向荷重の10%としているため、複数の流路形成部材を積層方向に接合する際の接合安定性が一層良好に確保される。 In the manufacturing method of the laminated flow path element according to claim 9, the restraining force when restraining the position of the end face of the laminated flow path forming member facing the direction orthogonal to the laminating direction is 10% of the load in the laminating direction. It is given as an upper limit. Thereby, the load which acts between the laminated | stacked flow-path formation member and to-be-joined member can be assisted, and this laminated | stacked flow-path forming member and to-be-joined member can be joined reliably. On the other hand, due to the restraining force, a force in the direction of regulating the displacement and deformation of the laminated flow path forming member acts, but since the upper limit of this initial restraining force is 10% of the stacking direction load, Bonding stability when bonding a plurality of flow path forming members in the stacking direction is further ensured.
請求項10記載の発明に係る積層型流路要素は、積層された複数の流路形成部材における積層方向に隣り合う前記流路形成部材間をそれぞれ接合して一体化された積層型流路要素であって、積層された前記複数の流路形成部材に付与した荷重を、該積層された複数の流路形成部材によって積層方向及び該積層方向との直交方向に作用させることで、前記積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を被接合部材に接合させて構成された。
The laminated flow path element according to the invention of
請求項10記載の積層型流路要素では、積層された流路形成部材に付与した荷重を、該積層された流路形成部材によって積層方向及び該積層方向との直交方向のそれぞれに作用させることで、複数の流路形成部材が積層方向に接合されると共に、複数の接合部材における積層方途の直交方向を向く端面が被接合部材に接合されて構成されている。これにより、複数回の接合工程を経た場合と比較して母材や接合材等に与える影響を減らしながら、積層された流路形成部材の積層方向の接合部、積層された接合部材における積層方途の直交方向を向く端面と被接合部材との接合部が得られる。
In the laminated flow path element according to
このように、請求項10記載の積層型流路要素では、積層された複数の流路形成部材の積層方向との直交方向を向く端面に被接合部材を効率良く接合することができる。 Thus, in the laminated flow path element according to the tenth aspect, the member to be joined can be efficiently joined to the end face of the plurality of laminated flow passage forming members facing the direction orthogonal to the laminating direction.
請求項11記載の発明に係る積層型流路要素は、請求項10記載の積層型流路要素において、前記積層方向における前記複数の流路形成部材の接合部位、及び積層方向との直交方向における前記流路形成部材と前記被接合部材の接合部位の少なくとも一方は、ロウ材によるロウ付けにより接合されている。
The laminated flow path element according to the invention of claim 11 is the laminated flow path element according to
請求項11記載の積層型流路要素では、積層方向における複数の流路形成部材間の接合部、及び積層方向との直交方向における積層された流路形成部材と被接合部材との接合部の少なくとも一方がロウ付けによる接合部である。例えば、これら2つの接合部を別個にロウ付けにて形成する場合、2度の熱履歴を経ることになるが、本積層型流路要素では、1度の熱履歴で2つの接合部が得られるので、各接合部が熱履歴の影響を受けることが抑制される。 In the laminated flow path element according to claim 11, a joint portion between the plurality of flow passage forming members in the stacking direction, and a joint portion between the stacked flow path forming member and the joined member in a direction orthogonal to the stacking direction. At least one is a joint by brazing. For example, when these two joints are separately formed by brazing, two thermal histories pass, but with this laminated channel element, two joints can be obtained with one thermal history. Therefore, it is suppressed that each joined part is affected by the thermal history.
請求項12記載の発明に係る積層型流路要素は、請求項10又は請求項11記載の積層型流路要素において、前記積層方向における前記複数の流路形成部材の接合部位、及び積層方向との直交方向における前記流路形成部材と前記被接合部材の接合部位の少なくとも一方は、拡散接合により接合されている。
The laminated flow path element according to the invention of
請求項12記載の積層型流路要素では、積層方向における複数の流路形成部材間の接合部、及び積層方向との直交方向における積層された流路形成部材と被接合部材との接合部の少なくとも一方が拡散接合による接合部である。例えば、これら2つの接合部を別個に拡散接合にて形成する場合、2度の熱履歴を経ることになるが、本積層型流路要素では、1度の熱履歴で2つの接合部が得られるので、各接合部が熱履歴の影響を受けることが抑制される。
In the laminated flow path element according to
請求項13記載の発明に係る積層型流路要素は、請求項10〜請求項12の何れか1項記載の積層型流路要素において、前記積層された複数の流路形成部材に積層方向に荷重を付加して該積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該荷重付与に伴い前記積層された複数の流路形成部材が積層方向との直交方向に変形しようとする力を利用して、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を前記被接合部材に接合して構成された。 A laminated flow path element according to a thirteenth aspect of the present invention is the laminated flow path element according to any one of the tenth to twelfth aspects of the present invention, wherein the laminated flow path forming members are arranged in the stacking direction. The load is applied to join the plurality of stacked flow path forming members in the stacking direction, and the plurality of stacked flow path forming members try to deform in a direction orthogonal to the stacking direction in accordance with the load application. Utilizing force, the end faces of the plurality of laminated flow path forming members facing the direction perpendicular to the lamination direction are joined to the member to be joined.
請求項13記載の積層型流路要素では、積層方向に付与された荷重により積層された流路形成部材間が接合されるので、複数の流路形成部材に積層方向との交差方向の位置ずれが生じていない構成が得られる。また、この積層方向の荷重により積層された流路形成部材が積層方向との直交方向に変形(膨張)しようとする力を用いて、換言すれば、積層方向の荷重を縦ひずみと横ひずみとの変換により該積層方向の直交方向に効率的に作用させることで、積層された流路形成部材と被接合部材とが良好に接合されている。 In the laminated flow path element according to claim 13, since the laminated flow path forming members are joined by the load applied in the laminating direction, the positional deviation in the direction intersecting with the laminating direction is made to the plurality of flow path forming members. A configuration in which no occurs is obtained. In addition, by using the force that the flow path forming member laminated by the load in the lamination direction tries to deform (expand) in a direction orthogonal to the lamination direction, in other words, the load in the lamination direction is expressed as longitudinal strain and lateral strain. By efficiently acting in the direction orthogonal to the laminating direction by this conversion, the laminated flow path forming member and the member to be joined are favorably joined.
請求項14記載の発明に係る積層型流路要素は、請求項13記載の積層型流路要素において、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を、接合後の寸法形状で拘束して、該積層された複数の流路形成部材に積層方向に荷重を付加することで、該積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を前記被接合部材に接合して構成された。
The laminated flow path element according to the invention of
請求項14記載の積層型流路要素では、積層された流路形成部材の積層方向との直交方向の端面を接合後の寸法で拘束した状態から、積層された流路形成部材に積層方向に荷重を付与するので、積層方向の接合部及び積層方向との直交方向の接合部が一層良好に接合されている。
The laminated flow path element according to
以上説明したように本発明に係る積層型流路要素の製造方法、及び積層型流路要素は、積層された複数の流路形成部材の積層方向との直交方向を向く端面に被接合部材を効率良く接合することができるという優れた効果を有する。 As described above, the method for manufacturing a laminated flow path element and the laminated flow path element according to the present invention include a member to be bonded on an end surface facing a direction orthogonal to the stacking direction of a plurality of stacked flow path forming members. It has the outstanding effect that it can join efficiently.
本発明の第1の実施形態に係る積層型流路要素としての熱交換装置10及びその製造方法について、図1〜図4に基づいて説明する。先ず熱交換装置10の概略全体構成を説明し、次いで、熱交換装置10の製造方法を説明することとする。
A
(熱交換装置の概略構成)
図3には、熱交換装置10の概略全体構成が一部分解した斜視図にて模式的に示されている。この図3に示される如く、熱交換装置10は、第1流体と第2流体との熱交換を行うプレート積層型熱交換器12と、プレート積層型熱交換器12に第1流体を導くための第1流体入口ヘッダ14と、プレート積層型熱交換器12から第1流体を排出するための第1流体出口ヘッダ16と、プレート積層型熱交換器12に第2流体を導くための第2流体入口ヘッダ18と、プレート積層型熱交換器12から第2流体を排出するための第2流体出口ヘッダ20とを有して構成されている。
(Schematic configuration of heat exchange device)
FIG. 3 schematically shows the schematic overall configuration of the
また、図1に示される如く、熱交換装置10のプレート積層型熱交換器12は、第1流体が流通する第1流路22を形成するための複数の第1伝熱プレート24と、第2流体が流通する第2流路26を形成する複数の第2伝熱プレート28とがそれぞれ厚み方向に積層して構成されている。これにより、プレート積層型熱交換器12は、第1流路22と第2流路26とが、それぞれ積層方向(矢印L方向参照)に離間して複数形成されている。
In addition, as shown in FIG. 1, the plate stacked
具体的には、図4に一部分解して示される如く、複数の第1伝熱プレート24は、それぞれ略矩形平板状の平板部30と、平板部30における第1流体の流れ方向(矢印F1参照)に沿う縁部から立設された一対の流路外壁32と、一対の流路外壁32間で該流路外壁32と平行を成すように平板部30から立設され立設された流路隔壁34とを主要部として構成されている。流路隔壁34は、複数並列して設けられ、第1流路22を複数の分割流路(マイクロチャンネル)に分割している。
Specifically, as shown in a partially exploded view in FIG. 4, the plurality of first
複数の第2伝熱プレート28は、それぞれ第1伝熱プレート24を平板部30の片方向に沿って90°回転させた如く構成されている。すなわち、各第2伝熱プレート28は、それぞれ略矩形平板状の平板部35と、平板部35における第2流体の流れ方向(矢印F2参照)に沿う縁部から立設された一対の流路外壁36と、一対の流路外壁36間で該流路外壁36と平行を成すように平板部35から立設され立設された流路隔壁38とを主要部として構成されている。流路隔壁38は、複数並列して設けられ、第2流路26を複数の分割流路(マイクロチャンネル)に分割している。
The plurality of second
プレート積層型熱交換器12は、流路外壁32と流路外壁36とが平面視で直角を成すように、第1伝熱プレート24と第2伝熱プレート28とが交互に積層されて構成されており、第1流路22と第2流路26とが積層方向に交互に設けられている。したがって、この実施形態では、プレート積層型熱交換器12は、第1流体と第2流体とが平面視で直交方向に流れながら熱交換を行う直交流型の熱交換器とされている。なお、図3に示される如く、最上層に配置された第1伝熱プレート24には、平板状のカバープレート40が接合されている。
The plate laminated
これにより、プレート積層型熱交換器12は、第1流体入口ヘッダ14が連通される第1流体入口12Aと、第1流体出口ヘッダ16が連通される第1流体出口12Bと、第2流体入口ヘッダ18が連通される第2流体入口12Cと、第2流体出口ヘッダ20が連通される第2流体出口12Dとが平面視で四角形の異なる辺に形成されている。換言すれば、第1流体入口12A、第1流体出口12B、第2流体入口12C、第2流体出口12Dは、それぞれ第1伝熱プレート24、第2伝熱プレート28の積層方向Lとの直交面に沿って該直交方向を向いて配置されている。
Thus, the plate stack
そして、図3に示される如く、第1流体入口ヘッダ14は、略矩形筒状に形成されており、プレート積層型熱交換器12の第1流体入口12Aに下流端面14Aを突き当てて接合されるようになっている。すなわち、プレート積層型熱交換器12は、第1流体入口12Aの周縁を成す最下層の第2伝熱プレート28の平板部35と、最上層のカバープレート40と、一対の流路外壁32及びこれらの間を埋める一対の流路外壁36の両端部とで、第1流体入口ヘッダ14の下流端面14Aが突き当てられる略矩形枠状部分が、上記積層方向Lとの直交方向を向いて形成されている。
As shown in FIG. 3, the first
同様に、第1流体出口ヘッダ16、第2流体入口ヘッダ18、第2流体出口ヘッダ20は、第1流体入口ヘッダ14と同じ略矩形状に形成されている。第1流体出口ヘッダ16は、その上流端面16Aをプレート積層型熱交換器12の第1流体出口12Bに突き当てて接合され、第2流体入口ヘッダ18は、その下流端面18Aを第2流体入口12Cに突き当てて接合され、第2流体出口ヘッダ20は、その上流端面20Aを第2流体出口12Dに突き当てて接合されるようになっている。
Similarly, the first
そして、熱交換装置10は、交互に積層された第1伝熱プレート24、第2伝熱プレート28が接合されてプレート積層型熱交換器12を構成するのに伴って、該プレート積層型熱交換器12に対し、それぞれ本発明における被接合部材としての第1流体入口ヘッダ14、第1流体出口ヘッダ16、第2流体入口ヘッダ18、第2流体出口ヘッダ20が接合されて構成されている。以下、この接合方法について説明する。
Then, the
(熱交換装置の製造方法)
図2及び図4に示される如く、各第1伝熱プレート24は、最上層のものを除き流路外壁32、流路隔壁34が第2伝熱プレート28の平板部35に接合されている。最上層の第1伝熱プレート24は、流路外壁32、流路隔壁34が平板状のカバープレート40に接合されている。一方、各第2伝熱プレート28は、流路外壁36、流路隔壁38が第1伝熱プレート24の30に接合されている。これらの接合は、図示しないロウ材によるロウ付けとされている。
(Manufacturing method of heat exchange device)
As shown in FIGS. 2 and 4, each first
また、プレート積層型熱交換器12の第1流体入口12A、第1流体出口12B、第2流体入口12C、第2流体出口12Dの各矩形枠状の周縁部と、第1流体入口ヘッダ14、第1流体出口ヘッダ16、第2流体入口ヘッダ18、第2流体出口ヘッダ20との接合は、図示しないロウ材によるロウ付けとされている。
In addition, the peripheral edge of each rectangular frame of the first
そして、本実施形態に係る製造方法では、上記した積層方向Lの第1伝熱プレート24と第2伝熱プレート28とのロウ付けと、積層方向Lとの直交方向における第1流体入口12A〜第2流体出口12Dと第1流体入口ヘッダ14〜第2流体出口ヘッダ20とのロウ付けとが1工程で行われるようになっている。
In the manufacturing method according to the present embodiment, the brazing of the first
具体的には、図1(A)に模式的に示される如く、先ず、第1伝熱プレート24と第2伝熱プレート28とが図示しないロウ材を介在させつつ交互に積層されたプレート積層型熱交換器12の第1流体入口12A、第1流体出口12B、第2流体入口12C、第2流体出口12Dに対し、第1流体入口ヘッダ14、第1流体出口ヘッダ16、第2流体入口ヘッダ18、第2流体出口ヘッダ20を接合後の寸法形状で位置規制(拘束)しておく。この実施形態では、プレート積層型熱交換器12への積層方向L方向の荷重付与前に、該積層方向Lとの直交方向(図1(A)の矢印C参照)の拘束力が0となる設定とされている。
Specifically, as schematically shown in FIG. 1A, first, a plate stack in which first
次いで、ロウ材を融点以上に加熱しつつ、図1(A)及び図2(A)に示される如く、プレート積層型熱交換器12に積層方向Lの荷重Flを付与する。すると、プレート積層型熱交換器12は、図2(B)に示される如く、主にロウ材の沈み込みに起因して積層方向Lに圧縮されつつ、同図に想像線にて示される如く矢印C方向に略樽状に膨張しようとする。
Next, while heating the brazing material to the melting point or higher, as shown in FIGS. 1A and 2A, a load Fl in the stacking direction L is applied to the plate stacking
ところが、第1流体入口ヘッダ14、第1流体出口ヘッダ16が図1(A)に示される如く位置規制されているので、プレート積層型熱交換器12の膨張させようとする力が、矢印C方向の接合荷重Fcとしてプレート積層型熱交換器12の第1流体入口12A、第1流体出口12Bと第1流体入口ヘッダ14、第1流体出口ヘッダ16との間に作用する。図示は省略するが、同様に、第2流体入口ヘッダ18、第2流体出口ヘッダ20が位置規制により拘束されているので、プレート積層型熱交換器12の膨張させようとする力が、矢印C方向の接合荷重Fcとしてプレート積層型熱交換器12の第2流体入口12C、第2流体出口12Dと第2流体入口ヘッダ18、第2流体出口ヘッダ20との間に作用する。その後、ロウ材を冷却して固化させる。
However, since the position of the first
以上により、熱交換装置10では、積層された第1伝熱プレート24、第2伝熱プレート28が積層方向の荷重Flを受けて接合されるのに伴って、第1流体入口12A〜第2流体出口12Dがそれぞれ矢印C方向の荷重を受けて第1流体入口ヘッダ14〜第2流体出口ヘッダ20に接合される。これにより、プレート積層型熱交換器12に第1流体入口ヘッダ14、第1流体出口ヘッダ16、第2流体入口ヘッダ18、第2流体出口ヘッダ20が1工程で固定された熱交換装置10の製造が終了する。
As described above, in the
次に、本実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
上記構成の熱交換装置10では、第1流体入口ヘッダ14に導入された第1流体が第1流体入口部12Aから各層の第1流路22に導入され第1流体出口12Bを経由して第1流体出口ヘッダ16に排出されると共に、第2流体入口ヘッダ18に導入された第2流体が第2流体入口12Cから各層の第2流路26に導入され第2流体出口12Dを経由して第2流体出口ヘッダ20に排出される。第1流路22を流れる第1流体と、第2流路26を流れる第2流体とは、平板部30を介して熱交換を行う。
In the
ここで、熱交換装置10及びその製造方法では、プレート積層型熱交換器12に積層方向の荷重Flを作用させることで、積層された第1伝熱プレート24、第2伝熱プレート28が積層方向の荷重Flを受けて接合されるのに伴って、第1流体入口12A〜第2流体出口12Dがそれぞれ矢印C方向の荷重を受けて第1流体入口ヘッダ14〜第2流体出口ヘッダ20に接合されるので、第1伝熱プレート24と第2伝熱プレート28との積層方向の接合と、第1流体入口12A〜第2流体出口12Dと第1流体入口ヘッダ14〜第2流体出口ヘッダ20との矢印C方向の接合とを、1工程で行うことができる。
Here, in the
そして、熱交換装置10及びその製造方法では、1工程で積層方向L及びその直交方向Cの接合が成されるため、ロウ材の溶融、固化のために熱履歴を伴うロウ付けを1回行うだけで、熱交換装置10を製造することができる。これにより、熱履歴の影響が少ない高品質の熱交換装置10を効率的に得ることができる。
In the
また、熱交換装置10及びその製造方法では、プレート積層型熱交換器12に積層方向Lの荷重Flを作用させるのに伴うプレート積層型熱交換器12の矢印C方向への変形力を接合荷重Fcとして用いるため、すなわちプレート積層型熱交換器12の荷重Flによる縦ひずみが横ひずみに変換させることを拘束することで矢印C方向の接合荷重Fcを得るため、付与荷重を多方向に分力として作用させる場合と比較して大きな接合荷重Fcを得ることができる。これにより、ロウ付けに要求される接合荷重が得られるので、良好な接合安定性が確保される。
Further, in the
さらに、この実施形態では、積層方向の荷重Flを付与する前にプレート積層型熱交換器12に作用する矢印C方向の拘束力(初期拘束力)が0となるように、該プレート積層型熱交換器12の第1流体入口12A〜第2流体出口12Dを位置拘束したため、該プレート積層型熱交換器12の積層方向Lの沈み込みが阻害されるがなく、該積層方向Lにおいても良好な接合安定性が確保される。
Furthermore, in this embodiment, the plate stacking type heat is applied so that the restraining force (initial restraining force) in the direction of arrow C acting on the plate stacking
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る熱交換装置10の製造方法を説明する。
(Second Embodiment)
Next, a method for manufacturing the
図5に示される如く、第2の実施形態に係る熱交換装置10の製造方法は、積層方向Lの荷重Flと共に、該積層方向Lとの直交方向Cの補助荷重(初期拘束力)Fc0(≠0)を付与する点で、初期拘束力が0となるようにプレート積層型熱交換器12の第1流体入口12A〜第2流体出口12D(第1流体入口ヘッダ14〜第2流体出口ヘッダ20)の位置規制のみ行う第1の実施形態に係る熱交換装置10の製造方法とは異なる。
As shown in FIG. 5, the manufacturing method of the
そして、補助荷重Fc0の大きさは、プレート積層型熱交換器12に積層方に付与する荷重Flの大きさを基準に設定されている。補助荷重Fc0の大きさは、積層方向の荷重Flの大きさの80%以下に設定されており、荷重Flの大きさの50%以下とすることが好ましく、荷重Flの大きさの10%以下とすることがより好ましい。この実施形態では、補助荷重Fc0の大きさは、0<Fc0≦0.1×Flの範囲に設定されている。
The magnitude of the auxiliary load Fc0 is set on the basis of the magnitude of the load Fl applied to the plate lamination
以上説明した熱交換装置10の製造方法では、補助荷重Fc0を矢印C方向に付与しながら荷重Flを積層方向Lに付与することで、1工程で積層方向L及びその直交方向Cの接合が成される。すなわち、第1の実施形態と同様に荷重Flによってプレート積層型熱交換器12における積層方向に隣り合う第1伝熱プレート24と第2伝熱プレート28とが良好に接合されると共に、この実施形態では、接合荷重Fc及びFc0によって第1流体入口12A〜第2流体出口12Dが第1流体入口ヘッダ14〜第2流体出口ヘッダ20に接合される。
In the manufacturing method of the
これにより、積層方向Lとの直交方向Cに十分な荷重を付与してプレート積層型熱交換器12の第1流体入口12A、第1流体出口12B、第2流体入口12C、第2流体出口12Dに、第1流体入口ヘッダ14、第1流体出口ヘッダ16、第2流体入口ヘッダ18、第2流体出口ヘッダ20を接合することができる。換言すれば、これら第1流体入口12A〜第2流体出口12Dを第1流体入口ヘッダ14〜第2流体出口ヘッダ20に接合する適正な荷重を得るために積層方向Lの荷重Flを調整する必要がなくなり、積層方向L及びその直交方向Cをそれぞれより適正な荷重で接合することが可能になる。
Accordingly, a sufficient load is applied in the direction C orthogonal to the stacking direction L, and the first
また、この実施形態では、補助荷重Fc0の大きさが積層方向Lの荷重Flの大きさの80%以下とされているため、荷重Flによるプレート積層型熱交換器12の圧縮(沈み込み)が阻害されることがない。すなわち、出願人は、過大な補助荷重Fc0を付与した場合、プレート積層型熱交換器12の積層方向Lの圧縮(積層方向Lの接合安定性の確保)が阻害され、このようなプレート積層型熱交換器12の圧縮を阻害しない補助荷重Fc0の大きさの上限が荷重Flの大きさの80%であるとの知見を得、この知見に基づいて補助荷重Fc0の大きさを積層方向Lの荷重Flの大きさの80%以下としている。
In this embodiment, since the magnitude of the auxiliary load Fc0 is 80% or less of the magnitude of the load Fl in the laminating direction L, the compression (sinking) of the plate laminated
このため、第2の実施形態に係る熱交換装置10の製造方法において、積層方向L及びその直交方向Cの接合安定性をそれぞれ確保することができる。特に、この実施形態では、補助荷重Fc0の大きさを積層方向Lの荷重Flの大きさの50%以下としているため、積層方向L方向の接合安定性を一層良好に確保することができ、さらに補助荷重Fc0の大きさを積層方向Lの荷重Flの大きさの10%以下としているため積層方向L方向の接合安定性を一層良好に確保することができる。なお、補助荷重Fc0の大きさを積層方向Lの荷重Flの大きさの10%以下とすることが、プレート積層型熱交換器12の積層方向L方向の接合安定性(熱交換装置10の寸法精度、リーク性能の確保)に最も良好な条件であることは実験的に確かめられている。
For this reason, in the manufacturing method of the
なお、上記の各実施形態では、プレート積層型熱交換器12を構成する第1伝熱プレート24と第2伝熱プレート28との接合部、及びプレート積層型熱交換器12の第1流体入口12A〜第2流体出口12Dとが第1流体入口ヘッダ14〜第2流体出口ヘッダ20との接合部がそれぞれロウ付けにより接合された例を示したが、本発明はこれに限定されず、上企画接合部の一方又は双方を拡散接合等の他の接合方法で接合しても良い。拡散接合を用いる場合、比較的大きな加圧力が要求されることから、補助荷重Fc0を付与することが望ましい。
In each of the above-described embodiments, the joint between the first
また、上記の各実施形態では、直交流型のプレート積層型熱交換器12を備えた熱交換装置10及びその製造方法を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、並行流型や対向流型のプレート積層型熱交換器に本発明を適用しても良い。
Further, in each of the above embodiments, the
さらに、上記した実施形態では、本発明に係る積層型流路要素がプレート積層型熱交換器12を備えた熱交換装置10に適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、炭化水素原料を改質する改質流路と該改質流路に熱を供給するための燃焼流路とを含む熱交換型改質装置、アノード流路とカソード流路とを有する燃料電池等の反応器に本発明に係る積層型流路要素を適用しても良く、また例えば、第1流体の熱で液状の第2流体を気化させるための蒸発器に本発明に係る積層型流路要素を適用しても良く、さらに例えば、2種類以上の流体を混合する混合器(の整流部分)に本発明に係る積層型流路要素を適用しても良い。混合器に適用する構成では、例えば第1伝熱プレート54、第2伝熱プレート56の下流端が共通の混合用ヘッダに連通されるように、全体として略Y字状に構成することができる。さらにまた例えば、単一の流体流路を多数の分割する用途に本発明に係る積層型流路要素を適用しても良い。このような用途として、例えば排気ガスを浄化するための触媒コンバータ等を挙げることができる。
Further, in the above-described embodiment, the example in which the laminated flow path element according to the present invention is applied to the
10 熱交換装置(積層された流路形成部材)
12 プレート積層型熱交換器(積層された流路形成部材)
14 流体入口ヘッダ(被接合部材)
16 流体出口ヘッダ(被接合部材)
18 流体入口ヘッダ(被接合部材)
20 流体出口ヘッダ(被接合部材)
24 第1伝熱プレート
28 第2伝熱プレート
50 熱交換装置(積層された流路形成部材)
52 プレート積層型熱交換器(積層された流路形成部材)
10 Heat exchange device (stacked channel forming member)
12 Plate Laminate Type Heat Exchanger (Laminated channel forming member)
14 Fluid inlet header (joined member)
16 Fluid outlet header (joined member)
18 Fluid inlet header (joined member)
20 Fluid outlet header (member to be joined)
24 1st
52 Plate Stack Type Heat Exchanger (Stacked Channel Forming Member)
Claims (14)
積層された前記複数の流路形成部材に付与した荷重を、該積層された複数の流路形成部材によって積層方向及び該積層方向との直交方向に作用させることで、前記積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を被接合部材に接合する積層型流路要素の製造方法。 A method for manufacturing a laminated flow path element in which the flow path forming members adjacent to each other in the stacking direction in the plurality of flow path forming members stacked are joined and integrated,
The load applied to the plurality of laminated flow path forming members is caused to act in the laminating direction and the direction orthogonal to the laminating direction by the plurality of laminated flow path forming members. A method for manufacturing a laminated flow path element, wherein a path forming member is joined in a laminating direction, and end faces of the plurality of laminated flow passage forming members facing a direction orthogonal to the laminating direction are joined to a member to be joined.
積層された前記複数の流路形成部材に付与した荷重を、該積層された複数の流路形成部材によって積層方向及び該積層方向との直交方向に作用させることで、前記積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を被接合部材に接合させて構成された積層型流路要素。 A laminated flow path element in which the flow path forming members adjacent to each other in the stacking direction in the plurality of stacked flow path forming members are joined and integrated,
The load applied to the plurality of laminated flow path forming members is caused to act in the laminating direction and the direction orthogonal to the laminating direction by the plurality of laminated flow path forming members. A laminated flow path element formed by joining a path forming member in a laminating direction and joining end surfaces facing the direction perpendicular to the laminating direction of the plurality of laminated flow path forming members to a joined member.
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