JP2015058457A - 平板式熱交換器及び平板式熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス加工を必要としない平板式熱交換器及び平板式熱交換器の製造方法を提供する。
【解決手段】平板式熱交換器の製造方法は、対向配置された金属製の第１平板１２Ａ及び第２平板１２Ｂの間に金属粉体３２を充填する粉体充填工程と、第１平板１２Ａ及び第２平板１２Ｂに金属粉体３２を接触させた状態で、第１平板１２Ａ又は第２平板１２Ｂの外側から第１平板１２Ａ、第２平板１２Ｂ及び金属粉体３２に向けて高エネルギービーム２２を照射することにより、第１平板１２Ａの一部、第２平板１２Ｂの一部及び金属粉体３２の一部を溶融させて溶融物を生成すると共に、溶融物を固化させることにより第１平板１２Ａと第２平板１２Ｂとの間に流路壁１４を形成して平板式熱交換器の流路１６及び伝熱部を得る溶接工程と、を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、平板式熱交換器及び平板式熱交換器の製造方法に関する。

従来、平板式熱交換器は、伝熱板の流路の一部をプレス加工して凹凸部を形成し、伝熱板同士を重ね合わせ、凹凸部を利用して流路及び伝熱部とし、重ね合わせ面をろう付け接合する構成であった。このため、大型の平板式熱交換器の製造には、大型のプレス加工機を必要としていた。更に、流路形状の変更には、新たなプレス用の金型が必要となり、多大な設備投資を伴っていた。また、ろう付け工程を必要とし、手間と時間を要していた。
そこで、ろう付け工程の改善を図り、平板式熱交換器の製造コストを低減させる技術が提案されている（特許文献１）。

特許文献１に記載の技術は、連続する凹凸面が形成された伝熱板の平面形状を、円形又は９０度回転させて重なる多角形状に形成し、伝熱板の中心から９０度回転させた２箇所に開口部を設け、複数の伝熱板を９０度ずつ回転させて重ね、積層した伝熱板の外縁部間に形成された開口溝部には棒状のろう材を挿入し、各伝熱板の間にはシート状のろう材を敷設し、電気炉内で加熱してろう付け接合する構成である。

特開２０００−１６１８７７号公報

しかし、特許文献１の技術は、伝熱板がプレス加工で形成されるため、大型の伝熱板の製作には大型のプレス加工機を必要とし、製造コストの低減には改良の余地がある。

本発明は、上記事実に鑑み、プレス加工を必要としない平板式熱交換器及び平板式熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の平板式熱交換器の製造方法は、対向配置された金属製の第１平板及び第２平板の間に金属粉体を充填する粉体充填工程と、前記第１平板及び前記第２平板に前記金属粉体を接触させた状態で、前記第１平板又は前記第２平板の外側から前記第１平板、前記第２平板及び前記金属粉体に向けて高エネルギービームを照射することにより、前記第１平板の一部、前記第２平板の一部及び前記金属粉体の一部を溶融させて溶融物を生成すると共に、前記溶融物を固化させることにより前記第１平板と前記第２平板との間に流路壁を形成して平板式熱交換器の流路及び伝熱部を得る溶接工程と、を備えている。

この平板式熱交換器の製造方法によれば、対向配置された金属製の第１平板及び第２平板の間に、流路壁が一体に形成される。しかも、この流路壁は、金属粉体の溶融物により形成されるため金属製とされる。また、この流路壁は、第１平板又は第２平板の外側から第１平板、第２平板及び金属粉体に向けて高エネルギービームを照射することにより形成されるものであるため、平板式熱交換器が大型であっても、小型であっても流路壁を形成することが可能である。この結果、プレス加工を必要とせずに、金属製の平板式熱交換器を製造することができる。

請求項２に記載の平板式熱交換器の製造方法は、請求項１に記載の平板式熱交換器の製造方法の前記溶接工程において、前記第１平板、前記第２平板及び前記金属粉体に対して前記高エネルギービームを相対移動させて、前記高エネルギービームの相対移動方向に沿って前記流路壁を形成する方法である。

この平板式熱交換器の製造方法によれば、第１平板、第２平板及び金属粉体に対して高エネルギービームを相対移動させて、この高エネルギービームの相対移動方向に沿って流路壁を形成するので、高エネルギービームの相対移動方向に、連続した流路壁を形成することができる。

請求項３に記載の平板式熱交換器の製造方法は、請求項２に記載の平板式熱交換器の製造方法の前記溶接工程において、前記高エネルギービームを照射することにより、前記第１平板の一部、前記第２平板の一部及び前記金属粉体の一部に前記溶融物としての溶融池を形成すると共に、前記溶融池にキーホールを形成しながら、前記高エネルギービームを相対移動させる方法である。

この平板式熱交換器の製造方法によれば、第１平板の一部、第２平板の一部及び金属粉体の一部に形成された溶融池にキーホールを形成しながら、高エネルギービームを相対移動させる。従って、キーホールを通じて高エネルギービームを深い位置まで届かせることができるので、第１平板及び第２平板の間に流路壁を形成することができる。

請求項４に記載の平板式熱交換器の製造方法は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の平板式熱交換器の製造方法の前記溶接工程において、前記高エネルギービームの焦点を、前記第１平板又は前記第２平板の外面から、前記金属粉体の内部までのいずれかの位置に設定した状態で、前記第１平板又は前記第２平板の外側から、前記第１平板、前記第２平板及び前記金属粉体へ向けて前記高エネルギービームを照射する方法である。

この平板式熱交換器の製造方法によれば、高エネルギービームの焦点を第１平板又は第２平板の外面から、金属粉体の内部までのいずれかの位置に設定するので、第１平板及び第２平板の一部、及び金属粉体の一部を効果的に溶融させて、溶融物を生成することができる。これにより、高エネルギービームの照射側に位置する平板、金属粉体、及び照射側の反対側に位置する平板を溶融させて、第１平板及び第２平板の間に流路壁を形成することができる。

また、上記目的を達成するために、請求項５に記載の平板式熱交換器は、対向配置された金属製の第１平板及び第２平板と、前記第１平板及び前記第２平板に金属粉体が接触した状態で、前記第１平板又は前記第２平板の外側から前記第１平板、前記第２平板及び前記金属粉体に向けて高エネルギービームを照射することにより前記第１平板の一部、前記第２平板の一部及び前記金属粉体の一部が溶融して形成された溶融物が固化することにより前記第１平板と前記第２平板との間に一体に形成された流路壁と、を備えている。

この平板式熱交換器によれば、流路壁が第１平板及び第２平板に一体に形成されている。しかも、この流路壁は、金属粉体の溶融物により形成されるため金属製とされている。従って、平板式熱交換器の伝熱性を確保することができる。また、この流路壁は、第１平板又は第２平板の外側から第１平板、第２平板及び金属粉体に向けて高エネルギービームを照射することにより形成されるものであるため、平板式熱交換器が大型、若しくは小型であっても流路壁を形成することが可能である。このため、平板式熱交換器を、プレス加工を必要としないで製造することができる。

本発明によれば、プレス加工を必要としない平板式熱交換器及び平板式熱交換器の製造方法を提供することができる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る平板式熱交換器の基本構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ１−Ｘ１線部分断面図である。 本発明の第１実施形態に係る平板式熱交換器の展開例を示す正面図である。 本発明の第１実施形態に係る平板式熱交換器を複数枚組み合わせた複層熱交換器の斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、いずれも本発明の第１実施形態に係る平板式熱交換器の製造装置及び製造方法を説明する斜視図である。 （Ａ）〜（Ｅ）はいずれも、本発明の第１実施形態に係る平板式熱交換器の製造手順を示す部分断面図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態に係る平板式熱交換器の基本構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は図６（Ａ）のＸ１−Ｘ１線部分断面図である。 （Ａ）は本発明の第３実施形態に係る平板式熱交換器の基本構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は図７（Ａ）のＸ２−Ｘ２線部分断面図である。 （Ａ）は本発明の第４実施形態に係る平板式熱交換器の基本構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は図８（Ａ）のＹ１−Ｙ１線部分断面図である。 （Ａ）は本発明の第５実施形態に係る平板式熱交換器の基本構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は図９（Ａ）のＹ２−Ｙ２線部分断面図である。 （Ａ）は従来の平板式熱交換器の伝熱板の基本構成を示す平面図であり、（Ｂ）は図１０（Ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（Ｃ）は、組立て手順を示す斜視図である。 （Ａ）は従来の平板式熱交換器の基本構成を示す鉛直断面図であり、（Ｂ）はその部分拡大図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、いずれも従来の平板式熱交換器の伝熱板の製造方法を示す部分断面図である。 （Ａ）は従来のＥＧＲクーラーの基本構成を模式的に示す側面図であり、（Ｂ）はフィンの基本構成を示す斜視図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る平板式熱交換器１０と、平板式熱交換器１０の製造方法について、図１〜図５を用いて説明する。
図１（Ａ）の斜視図に示すように、平板式熱交換器１０は、例えばステンレス鋼製の一対の平板１２Ａ、１２Ｂを有し、平板１２Ａ、１２Ｂは周囲の端部を閉じ、所定の間隔（距離Ｈ）を開けて対向配置されている。平板１２Ａ、１２Ｂの内部には、流体１８が通過する閉じられた空間Ｃが形成されている。

空間Ｃには、平板１２Ａ、１２Ｂの対向面同士をつなぐ流路壁１４が複数形成されている。流路壁１４は、空間Ｃを区画して、複数の流路１６を形成している。流路１６には、例えば熱交換媒体として、液状の流体１８が矢印Ｑの方向へ流される。
平板１２Ａ又は１２Ｂの長手方向（Ｘ方向）の一方の端部には、流体１８の流入口３４が設けられ、流入口３４は空間Ｃの内部に設けられた分岐部２０と連通されている。分岐部２０には、流路壁１４の一方の端部が配置されており、分岐部２０と、流路壁１４で仕切られた全ての流路１６がつながっている。
これにより、流入口３４から注入された流体１８は、分岐部２０へ流入した後、分岐部２０から各流路１６へ分岐され、各流路１６を矢印Ｑで示す方向へ移動させられる。

また、平板１２Ａ、１２Ｂの長手方向の他方の端部には、流体１８の流出口３８が設けられている。流出口３８は、空間Ｃの内部に形成された集合部３６と連通されている。集合部３６には、流路壁１４の他方の端部が配置され、集合部３６は、流路壁１４で仕切られた全ての流路１６につながっている。これにより、矢印Ｑで示す方向へ流路１６を移動させられた流体１８は、集合部３６へ集められ、流出口３８から排出される。なお、流出口３８は平板１２Ａに設けているが、平板１２Ｂに設けてもよい。

流路壁１４の製造方法は後述するが、流路壁１４は、図１（Ａ）に示すように平板１２Ａ、１２Ｂの長手方向に沿って、直線状に複数形成され、平板１２Ａ、１２Ｂの短手方向（Ｙ軸方向）に、所定の距離ｄを開けて並べられている。また、図１（Ｂ）に示すように、流路壁１４は平板１２Ａ、１２Ｂと一体化されている。
これにより、流体１８を、分岐部２０から集合部３６へ向けて、矢印Ｑの方向へ流すことができる。ここに、所定の距離ｄは、熱交換性能によって定まる値であり、均等間隔に限定されず、場所により異なる間隔としてもよい。

また、図２の正面図に示すように、流路壁１４の長手方向の端部を、分岐部２０及び集合部３６の周囲で折り曲げても良い。具体的には、流入口３４から流入した流体１８を分岐する分岐部２０において、流入口３４から遠い位置にある流路壁１４の端部を、流入口３４の方向へ折り曲げ、分岐部２０で流路１６を狭める。同様に、流出口３８から流体１８を集めて流出させる集合部３６において、流出口３８から遠い位置にある流路１６の端部を、流出口３８の方向へ折り曲げ、集合部３６で流路１６を狭める。
これにより、各流路１６における圧力損失の均等化が図れ、それぞれの流路１６へ均等に流体１８を流すことができる。

平板式熱交換器１０は、例えば、平板式熱交換器１０の内部に第１の流体（例えば液体）１８を流し、平板式熱交換器１０の周囲に熱交換媒体として、空気等の第２の流体（例えば気体）１９を流すことで、流体１８と流体１９の間で熱交換させることができる。

また、図３の斜視図に示すように、平板式熱交換器１０を複数枚（図では３枚）、奥行き方向（Ｚ方向）へ重ね、積層熱交換器１１として使用することもできる。このときは、１つの平板式熱交換器１０を流れた第１の流体１８を、次の平板式熱交換器１０に流し、更に、次の平板式熱交換器１０へと順次流す。また、第２の流体１９を、複数の平板式熱交換器１０の周囲に流す。この構成とすることにより、交換熱量を大きくすることができる。

次に、平板式熱交換器１０の製造方法について説明する。
平板式熱交換器１０は、流路壁１４の製造方法に特徴がある。流路壁１４の製造方法を中心に、図４、図５を用いて説明する。
流路壁１４の製造に先立ち、先ず、一対の平板１２Ａ、１２Ｂが所定の距離Ｈを開けて対向配置される。このとき、一対の平板１２Ａ、１２Ｂは、周囲の端部が閉じられて、中央部に閉じた空間が形成されている。また、平板１２Ａの一方の端部には、開口部が設けられ、流体１８を導入する流体の入口となる流入口３４が取付けられる。また、平板１２Ａの他方の端部にも開口部が設けられ、流体１８を排出する流出口３８が取付けられる（図１（Ａ）参照）。なお、流入口３４、流出口３８の位置は例示であり、平板式熱交換器１０の利用形態に応じて決定すればよい。

次に、平板１２Ａ、１２Ｂの間に形成された空間Ｃに、例えばステンレス鋼の金属粉体（金属粉末）３２が充填される。金属粉体３２の粒度は、一例として７０〜２５０メッシュ（約５０〜２００μｍ）の粉体を使用する。金属粉体３２は、例えば流入口３４、又は流出口３８を利用して必要量が注入される。金属粉体３２の充填量は、少なくとも、後述する高エネルギービーム２２が照射される部位においては、平板１２Ａ、１２Ｂの間の空間が、金属粉体３２で隙間なく満たされる量とされている。

続いて、流路壁１４を製造する。図４（Ａ）に示すように、流路壁１４を製造する製造装置４８は、高エネルギービーム２２を出射する出射部２４と、この出射部２４から出射された高エネルギービーム２２を対象物に向けて照射する照射部２６と、平板１２Ａ、１２Ｂを矢印Ｍ１で示す方向に移動させる駆動部２８と、これらを制御する制御部３０とを備えている。製造装置４８は、市販されている装置でよい。なお、駆動部２８は、照射部２６を矢印Ｍ２の方向へ移動させる構成でもよいし、平板１２Ａ、１２Ｂを矢印Ｍ１の方向へ移動させると共に、照射部２６を矢印Ｍ２の方向へ移動させる構成でも良い。

出射部２４から出射される高エネルギービーム２２は、一例として、レーザビームとしており、この場合、出射部２４は、レーザ発振器である。この出射部２４では、出射される高エネルギービーム２２のエネルギーが調節可能となっている。照射部２６は、レンズ等を含む光学系により構成されている。この照射部２６では、レンズ等が移動されることにより、照射される高エネルギービーム２２の焦点距離が調節可能となっている。

ビーム照射装置から高エネルギービーム２２を、流路壁１４を形成しようとしている位置に照射することで、金属粉体３２が溶融固化されて流路壁１４が形成される。このとき、平板１２Ａ、１２Ｂと流路壁１４は、それぞれの接合部が溶融して一体化される。

ここで、高エネルギービーム２２により、金属粉体３２が溶融固化される状態を、図５（Ａ）〜図５（Ｅ）を用いてより具体的に説明する。 図５（Ａ）に示すように、制御部３０によって照射部２６が制御され、照射部２６内のレンズ等が移動されることにより、高エネルギービーム２２の焦点距離が調節される。そして、高エネルギービーム２２の焦点２２Ａが、平板１２Ａの内側の面１２Ｓよりも金属粉体３２側に設定される。この状態で、平板１２Ａの外側から、金属粉体３２に向けて高エネルギービーム２２が照射される。

このように高エネルギービーム２２が照射されると、平板１２Ａ、１２Ｂの一部、及び金属粉体３２の一部に溶融物としての溶融池４４が形成される。高エネルギービーム２２のパワー密度が高い場合、溶融池４４の表面では金属の蒸発が生じ、金属の蒸気４２が発生する。また、この蒸気４２によって溶融池４４の表面に反発力が発生し、溶融池４４の中央部にくぼみが生じる。そして、このくぼみが深くなると、この溶融池４４にキーホール４６が形成される。このように溶融池４４にキーホール４６が形成されると、このキーホール４６を通じて高エネルギービーム２２が金属粉体３２の深い位置まで届くようになる。

そして、図５（Ｂ）に示すように、溶融池４４にキーホール４６を形成しながら、平板１２Ａ、１２Ｂ及び金属粉体３２に対して高エネルギービーム２２が相対移動される。この高エネルギービーム２２の相対移動方向は、平板１２Ａ、１２Ｂの平面と平行方向とされる。この平板１２Ａ、１２Ｂ及び金属粉体３２に対する高エネルギービーム２２の相対移動は、制御部３０によって駆動部２８が作動され、駆動部２８によって照射部２６を移動させることで実現される。

そして、高エネルギービーム２２が相対移動されると、図５（Ｂ）に示すように、この高エネルギービーム２２の相対移動方向に沿って溶融池４４が生成される。このとき、相対移動する高エネルギービーム２２の照射位置Ｐでは溶融池４４が形成されるが、溶融池４４が広がる前に高エネルギービーム２２が相対移動されるので、高エネルギービーム２２の相対移動方向における照射位置Ｐよりも後側Ｒでは、溶融池４４が冷却されて固化される。

このように、本実施形態では、相対移動する高エネルギービーム２２の照射位置Ｐでは溶融池４４が形成されるが、高エネルギービーム２２の相対移動方向における照射位置Ｐよりも後側Ｒでは、溶融池４４が冷却されて固化されるように、高エネルギービーム２２の相対移動速度が設定される。

そして、図５（Ｃ）に示すように、溶融池４４が冷却されて固化されることにより、平板１２Ａ、１２Ｂの間に流路壁１４が形成される。この流路壁１４は、平板１２Ａ、１２Ｂの一部、及び金属粉体３２の一部が溶融されて生成された溶融池４４が固化されることで形成されたものであるので、平板１２Ａ、１２Ｂに一体に形成される。また、上述のように高エネルギービーム２２は、平板１２Ａの表面に平行に相対移動されるので、流路壁１４は、平板１２Ａ、１２Ｂの間に順次、連続して距離Ｈを塞いで形成される。

なお、本実施形態では、図５（Ｃ）に示されるように、平板１２Ａ、１２Ｂの間に充填された金属粉体３２のうちの一部のみが溶融され、溶融されなかった部分は残存する。この残存した金属粉体３２は、溶融池４４が冷却されて固化される際には、溶融池４４に対して型の役割（溶融池４４の形状保持及び放熱）を果たすようになる。このため、本実施形態では、溶融池４４の形状（高エネルギービーム２２の光軸方向を深さ方向とする形状）が維持された状態で、溶融池４４が固化されて流路壁１４が形成される。

そして、図４（Ａ）に示すように、制御部３０によって駆動部２８が作動されて、照射部２６が矢印Ｍ２の方向に移動される。その後、上記動作が繰り返されることにより、所定距離Ｈだけ離して配置された平板１２Ａ、１２Ｂの間に、複数の流路壁１４がそれぞれ形成される。

その後、図４（Ｂ）に示すように、平板１２Ａと平板１２Ｂの間から、この平板１２Ａ、１２Ｂの内側に残存する金属粉体３２が外部に排出される。金属粉体３２は、流動性を有しており、傾斜させることで、流入口３４や流出口３８から容易に排出することができる。必要ならば、圧縮空気を吹き付けても良いし、平板１２Ａ、１２Ｂに、新たな開口部を設けて排出しても良い。

上記工程を実行することにより、一方の平板１２Ａの内側壁と、他方の平板１２Ｂの内側壁が流路壁１４でつながれ、流体１８の流路１６が形成される。

図５（Ｄ）には、以上の要領で製造された流路壁１４及びその周辺部の側面断面図が示されており、図５（Ｅ）には、この流路壁１４及びその周辺部の正面断面図が示されている。なお、高エネルギービーム２２の相対移動速度を変化させることで、流路壁１４の厚さや深さが調節される。

なお、高エネルギービーム２２の照射位置は、例えば、平板１２Ａ側から平板１２Ｂへ向けて照射しても良いし、平板１２Ｂ側から平板１２Ａへ向けて照射しても良い。また、高エネルギービーム２２の照射方向は、平板１２Ａ、１２Ｂの表面と直交する方向のみでなく、表面に対して傾斜した方向から照射させても良い。これにより、流路壁を、平板１２Ａ、１２Ｂの壁面に対して傾斜させることができる。

次に、作用及び効果について、従来の平板式熱交換器と対比しながら説明する。
図１０、図１１は、平板式熱交換器６０を示している。平板式熱交換器６０は、従来の平板式熱交換器の一例であり、凹凸面６４を備えた伝熱板６２を、凹凸面６４の位置で複数枚重ね合わせ、伝熱板６２と伝熱板６２との間に流体を流し熱交換させる構成である。

具体的には、図１０（Ａ）の伝熱板６２の平面図、図１０（Ｂ）の伝熱板６２の断面図に示すように、伝熱板６２は、平面視において角部が丸くされた正方形に形成され、中央の平板部が凹凸面６４とされている。凹凸面６４の周囲からは側縁部６７が立ち上げられ、側縁部６７には、更に上方へ傾斜して立ち上げられた外縁部６６が形成されている。
ここに、凹凸面６４には、プレス加工で一方向に連続したＶ字状の凹凸が形成されている。また、伝熱板６２の中心から９０度の間隔で離れた放射状位置には、２つの開孔６９、７０が形成されている。開孔７０の周囲には、平板部から突縁７２が立ち上がられ、突縁７２の外径は、開孔６９に隙間なく挿入可能な寸法とされている。

図１０（Ｃ）に示すように、伝熱板６２は、９０度ずつ回転させて複数枚が積層される（図では４枚）。このとき、凹凸面６４は、Ｖ字状の凹凸が直交する方向に重ねられ、開孔６９は、積層される伝熱板６２の開孔７０と重ねられ、積層される伝熱板６２の突縁７２が、開孔６９に隙間なく挿入される。
これにより、直交する方向に重ねられた凹凸面６４により、熱交換させる流体を流す流路が形成される。また、突縁７２により、伝熱板６２の一枚おきに流路が連結される。これにより、２種類の流体（第１流体、第２流体）を、交互（伝熱板６２の一枚おきに）に流すことができる。

図１１（Ａ）に伝熱板６２を１３枚積層した平板式熱交換器６０を示す。平板式熱交換器６０には、第１流体を流入させる第１入口７３、排出させる第１出口１０９、及び第２流体を流入させる第２入口１０８、排出させる第２出口７５が取付けられている。
ここに、図１１（Ｂ）に示すように、平板式熱交換器６０は、必要枚数の伝熱板６２を積層した状態で、伝熱板６２の外縁部６６と側縁部６７が形成する溝部に、リング状のろう材７８を置き、更に、積層された伝熱板６２の凹凸面６４の間には、シート状のろう材７９を置いて、電気炉内で加熱して、重ね面をろう付けして一体化される。
これにより、上下に重ねられた凹凸面６４に流路が形成され、第１流体と第２流体の間で熱交換させることができる。

ここに、従来の伝熱板６２は、Ｖ字状の凹凸を形成するためプレス加工で製造されていた。具体的には、図１２に示すように、平板状の伝熱板用プレス板材８６を、凹凸面６４の形状が彫り込まれたプレス用金型８４（上金型８４Ａ、下金型８４Ｂ）でプレス加工していた。
即ち、先ず、プレス用金型８４に伝熱板用プレス板材８６をセットして、上金型８４Ａを矢印ＤＮ方向へ移動させてプレス加工を開始する（図１２（Ａ）参照）。
次に、上金型８４Ａが所定位置まで移動して、下金型８４Ｂと重ねられたとき、伝熱板用プレス板材８６に凹凸面６４がプレス成形される（図１２（Ｂ）参照）。
最後に、上金型８４Ａを矢印ＵＰ方向へ移動させ、凹凸面６４が形成された伝熱板用プレス板材８６を取り出す。これにより、凹凸面６４を備えた伝熱板６２が形成される（図１２（Ｃ）参照）。

しかしこの方法では、大きな伝熱板６２を形成するには大きなプレス用金型が必要となる。プレス用金型８４の大型化には物理的、経済的に限界がある。また、凹凸面６４の形状の変更にも、プレス用金型８４の変更が必要となっていた。更に、複数の伝熱板６２を積層し、電気炉内でろう付けする作業が必要となり、作業性が制限されていた。

これに対し、本実施形態では、図４、図５で説明したように、平板１２Ａ、１２Ｂの外側から、高エネルギービーム２２により流路壁１４を形成するため、流路壁１４の形成にはプレス加工を必要としない。この結果、大型の平板１２Ａ、１２Ｂに流路壁１４を形成する場合にも、高エネルギービーム２２の制御において、例えば照射部２６の移動範囲を拡大することで、流路壁１４の形成に柔軟に対応可能となる。また、複雑な形状の流路製作や流路形状の変更にも、高エネルギービーム２２の制御で柔軟に対応可能となる。
更に、本実施形態では、流路壁１４の形成で流路１６が完成するため、流路１６を形成するためのろう付け作業が不要となり、製造コストの低減が期待できる。

従来の平板式熱交換器の他の例として、ＥＧＲクーラー（排気再循環装置）５０がある。ＥＧＲクーラー５０の製造方法と対比しながら、本実施形態を説明する。
図１３（Ａ）の断面図、図１３（Ｂ）のフィン部の斜視図に示すように、ＥＧＲクーラー５０は排ガス冷却に用いられ、外筒５１の内部が熱交換部５３とされている。熱交換部５３は、両端部が仕切板５６で塞がれ冷却水５８を流す冷却水流路５５を有し、冷却水流路５５には、冷却水５８の方向と交差する方向に冷却水流路５５を貫通する通気管５２が設けられている。
また、通気管５２の内部には、小型のフィン５４が形成されている。これにより、排ガス５７を、フィン５４が設けられた通気管５２を通過させれば、通気管５２を通過する際に、排ガス５７が冷却水５８で冷却される。

ＥＧＲクーラー５０は、小型化が要求されると共に、内部の圧力損失を抑え、かつ、熱交換能力の確保が要求されている。このため、例えば、熱交換部としてのフィン５４は、狭い幅Ｗに加工された複雑な流路が採用されている。また、フィン５４は、通気管５２とろう付けで固定されている。プレス加工では小型化に限界があり、これ以上のフィン５４の小型化は困難であった。また、通気管５２内部でのろう付け作業に手間を要していた。

本実施形態では、高エネルギービーム２２の制御により、フィン５４の小型化、複雑化に対応可能である。即ち、プレス用の金型を必要とせず、小型の熱交換部の製作にも柔軟に対応可能である。更に、通気管５２とフィン５４を一体に形成できるため、ろう付け作業が不要となり、製造コストの低減が期待できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、流路壁１４は、一対の平板１２Ａ、１２Ｂが形成する空間に封入された金属粉体３２に、製造装置４８から、高エネルギービーム２２を照射して形成されるため、プレス工程を必要としない。即ち、高エネルギービーム２２を制御することで、平板式熱交換器１０の大型化、及び小型化に対応できる。
更に、平板１２Ａ及び平板１２Ｂと流路壁１４を一体で形成するためにろう付け作業を必要とせず、製造コストを低減することができる。

また、流路壁１４は、金属粉体３２を溶融固化させて形成されているため、表面には金属粉体３２の粒子が、溶融池４４に接触した部分のみ不完全に溶融し、一体として固化した状態で仕上げ加工されることなくそのまま残り、いわゆる粗面状となっている。このため、表面付近を流れる流体１８の流れを乱し、熱交換効率を高めることができる。また、高エネルギービーム２２の軌跡に沿って、流路壁１４を容易に形成することができるため、高い自由度で、適切に流路１６を形成することができる。

また、本実施形態の平板式熱交換器１０の製造方法は、溶接工程において、一対の平板１２Ａ、１２Ｂ及び金属粉体３２に対して高エネルギービーム２２を相対移動させて、高エネルギービーム２２の相対移動方向に沿って流路壁１４を形成する。この平板式熱交換器１０の製造方法によれば、平板１２Ａ、１２Ｂ及び金属粉体３２に対して高エネルギービーム２２を相対移動させて、この高エネルギービーム２２の相対移動方向に沿って流路壁１４を形成するので、高エネルギービーム２２の相対移動方向に、連続した流路壁１４を形成することができる。

また、本実施形態の平板式熱交換器１０の製造方法は、溶接工程において、高エネルギービーム２２を照射することにより、平板１２Ａの一部、平板１２Ｂの一部及び金属粉体３２の一部に溶融物としての溶融池４４を形成すると共に、溶融池４４にキーホール４６を形成しながら、高エネルギービーム２２を相対移動させる。この平板式熱交換器１０の製造方法によれば、平板１２Ａの一部、平板１２Ｂの一部及び金属粉体３２の一部に形成された溶融池４４に、キーホール４６を形成しながら、高エネルギービーム２２を相対移動させる。従って、キーホール４６を通じて高エネルギービーム２２を、深い位置まで届かせることができるので、平板１２Ａと平板１２Ｂの間に流路壁１４を形成することができる。

次に、展開例について説明する。
本実施形態では、流路壁１４の連続形成においては、一例として、一対の平板１２Ａ、１２Ｂの位置を固定して、製造装置４８の照射部２６を移動させる方法について記載した。しかし、これに限定されることはなく、例えば、一対の平板１２Ａ、１２Ｂが小さい場合には、照射部２６を固定して、一対の平板１２Ａ、１２Ｂを移動させても良い。また、照射部２６と、一対の平板１２Ａ、１２Ｂの両者を同時に移動させても良い。

また、他の展開例として、出射部２４は、レーザ発振器により構成され、高エネルギービーム２２は、一例として、レーザビームとされていた。しかしながら、出射部２４は、例えば、電子ビームやプラズマビームなどレーザ以外の高エネルギービームを出射する構成とされていても良い。そして、このレーザ以外の高エネルギービームを用いて流路壁１４が形成されても良い。

また、上記実施形態では、一対の平板１２Ａ、１２Ｂの外側から照射する場合において、高エネルギービーム２２の焦点２２Ａは、一対の平板１２Ａ、１２Ｂの対向する面よりも金属粉体３２側に設定されていた。しかし、これに限定されることはなく、例えば、一対の平板１２Ａ、１２Ｂの一部、及び金属粉体３２の一部を溶融させることができるのであれば、高エネルギービーム２２の焦点２２Ａは、一対の平板１２Ａ、１２Ｂの外面から金属粉体３２の内部までのいずれかの位置に設定しても良い。

この平板式熱交換器１０の製造方法によれば、高エネルギービーム２２の焦点２２Ａを、一対の平板１２Ａ、１２Ｂの外面から金属粉体３２の内部までのいずれかの位置に設定するので、一対の平板１２Ａ、１２Ｂの一部、及び金属粉体３２の一部を効果的に溶融させて、溶融物を生成することができる。

また、このように高エネルギービーム２２の焦点２２Ａが、一対の平板１２Ａ、１２Ｂの外面から金属粉体３２の内部までのいずれかの位置に設定された場合に、一対の平板１２Ａ、１２Ｂの一部、及び金属粉体３２の一部に溶融池４４が形成されると共に、この溶融池４４にキーホール４６が形成されても良い。

また、本実施形態では、一対の平板１２Ａ、１２Ｂの材質、及び金属粉体３２は、いずれもステンレス鋼を例にとり説明した。しかし、これに限定されることはなく、例えば、チタン、チタン合金等の他の金属でもよい。
また、本実施形態では、平板式熱交換器１０の内部を流れる第１の流体１８は液体を、平板式熱交換器１０の外側を流れる第２の流体１９は気体を例にとり説明した。しかし、これに限定されることはなく、第１の流体１８として気体を、第２の流体１９として液体を採用して良い。また、第１の流体１８と第２の流体１９のいずれも液体を採用しも良いし、第１の流体１８と第２の流体１９のいずれも気体を採用しても良い。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る平板式熱交換器８０について、図６を用いて説明する。
図６（Ａ）の斜視図、図６（Ｂ）の部分断面図に示すように、平板式熱交換器８０は、一対の平板１２Ａ、１２Ｂの間の外周部が、全周囲に渡り外周壁８２と接合されている点において、第１実施形態における平板式熱交換器１０と相違する。相違点を中心に説明する。

外周壁８２は、第１実施形態で説明した高エネルギービーム２２で、金属粉体３２を溶融固化して形成されている。このとき、外周壁８２の位置に金属粉体３２を充填するため、平板１２Ａ、１２Ｂの全周囲を予め型枠で囲み、金属粉体３２が平板１２Ａ、１２Ｂの外側へこぼれ落ちないようにした後、外周壁８２の形成部に金属粉体３２を充填すれば良い。型枠は、高エネルギービーム２２で金属粉体３２を溶融固化した後、取り外す。
これにより、平板１２Ａ、１２Ｂの全周囲をプレス加工しなくても、平板式熱交換器８０を形成することができる。他の構成及び流路壁１４の製造方法は第１実施形態と同じであり、説明は省略する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る平板式熱交換器７４について、図７を用いて説明する。
平板式熱交換器７４は、流路壁７６が、平板１２Ａ、１２Ｂの長手方向（Ｘ方向）に延びると共にジグザグ状に折り曲げられている点において、第１実施形態における平板式熱交換器１０と相違する。相違点を中心に説明する。

図７（Ａ）の斜視図、図７（Ｂ）の部分断面図に示すように、平板式熱交換器７４は複数の流路壁７６を有し、流路壁７６の全てが、平板１２Ａ、１２Ｂの長手方向に延びると共に、ジグザグ状に折り曲げられて形成されている。ここに、流路壁７６は、第１実施形態で説明したように、金属粉体３２を高エネルギービーム２２で溶融固化して形成されている。

本実施形態によれば、流体１８を、流路壁７６に沿ってジグザグ状に方向を変化させながら、矢印Ｑの方向へ流すことができる。これにより、流体１８の流れを乱し、熱交換効率を高くすることができる。なお、ジグザグ状に折り曲げる形状は、直線のみの組み合わせでも良いし、直線と曲線の組み合わせでも良い。直線と曲線を組み合わせることにより、流体１８をスムーズに流すことができる。

また、流路壁７６の形成にプレス加工、及び、ろう付け作業を必要とせず、高エネルギービーム２２の制御で、流路壁７６を一対の平板１２Ａ、１２Ｂの間に形成することができる。この結果、流路壁７６の加工が容易となり、安価に平板式熱交換器７４を形成できる。他の構成及び流路壁７６の製造方法は第１実施形態と同じであり、説明は省略する。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る平板式熱交換器９０について、図８を用いて説明する。
平板式熱交換器９０は、３枚の平板１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを用いて、２つの熱交換部９８、９９を形成した構成である。第１実施形態で説明した平板式熱交換器１０との相違点を中心に説明する。

図８（Ａ）の斜視図、図８（Ｂ）の断面図に示すように、平板式熱交換器９０は、一対の平板１２Ａ、１２Ｂの間に流路１６を形成した第１熱交換部９８を有している。これは、第１実施形態で説明した平板式熱交換器１０と同じ構成である。また、平板式熱交換器９０は、平板１２Ｂを共有して、一対の平板１２Ｂ、１２Ｃの間に流路１６を形成した第２熱交換部９９を有している。これも、第１実施形態で説明した平板式熱交換器１０と同じ構成である。

第１熱交換部９８の平板１２Ａには、第１流体９５用の流入口３４と、流出口３８が設けられ、流入口３４から流入された第１流体９５は、平板１２Ａ、１２Ｂの間の流路１６を通り流出口３８から流出される。一方、第２熱交換部９９の平板１２Ｃには、第２流体９６用の流入口９２と、流出口９３が設けられ、流入口９２から流入された第２流体９６は、平板１２Ｂ、１２Ｃの間の流路１６を通り流出口９３から流出される。これにより、第１熱交換部９８と第２熱交換部９９の間で、熱交換させることができる。

ここに、流路壁１４の形状は、第１実施形態と第２実施形態で説明したように直線状でもよいし、第３実施形態で説明したように、長手方向に延びると共にジグザグ状に折り曲げられてもよい。また、第１流体９５と第２流体９６は、両者が液体であっても良いし、両者が気体であっても良いし、いずれか一方が液体で他方が気体であってもよい。
他の構成及び流路壁１４の製造方法は第１実施形態と同じであり、説明は省略する。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態に係る平板式熱交換器１００について、図９を用いて説明する。
平板式熱交換器１００は、第４実施形態で説明した平板式熱交換器９０を、厚さ方向（Ｚ方向）へ２段に重ねた構成である。平板式熱交換器９０との相違点を中心に説明する。

図９（Ａ）の斜視図、図９（Ｂ）の断面図に示すように、平板式熱交換器１００は、第１熱交換器１１０と第２熱交換器１１２を、厚さ方向に積層した構成である。
ここに、第１熱交換器１１０と第２熱交換器１１２は、流路壁１４等の基本的な内部構造は、第４実施形態で説明した平板式熱交換器９０と同じであり、説明は省略する。

第１熱交換器１１０の平板１２Ａには、第１流体９５用の流入口１０２と流出口１０３が設けられている。流入口１０２は、第１熱交換器１１０及び第２熱交換器１１２の分岐部２０と連結されており、流出口１０３は、第１熱交換器１１０及び第２熱交換器１１２の集合部３６と連結されている。
更に、第１熱交換器１１０の平板１２Ａには、第２流体９６用の流入口１０４と流出口１０５が設けられている。流入口１０４は、第１熱交換器１１０及び第２熱交換器１１２の分岐部２０と連結されており、流出口１０５は、第１熱交換器１１０及び第２熱交換器１１２の集合部３６と連結されている。

これにより、流入口１０２から流入された第１流体９５は、第１熱交換器１１０の流路１６を通り流出口１０３から流出される流れと、第２熱交換器１１２の流路１６を通り流出口１０３から流出される流れを形成する。一方、流入口１０４から流入された第２流体９６は、第１熱交換器１１０の流路１６を通り流出口１０３から流出される流れと、第２熱交換器１１２の流路１６を通り流出口１０５から流出される流れを形成する。
これにより、第１熱交換器１１０と第２熱交換器１１２において、それぞれ第１流体９５と第２流体９６の間で熱交換させることができる。

また、本実施形態では、第１熱交換器１１０及び第２熱交換器１１２のそれぞれの流路壁１４が直線状の場合について説明した。しかし、これに限定されることはなく、流路壁１４の一部又は全部が、長手方向に延びると共にジグザグ状に折り曲げられた形状であっても良い。

また、第１流体と第２流体は、両者が液体であっても良いし、両者が気体であっても良い。更に、いずれか一方が液体で他方が気体であってもよい。
他の構成及び流路壁１４の製造方法は第１実施形態と同じであり、説明は省略する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０…平板式熱交換器、１２Ａ…平板（第１平板）、１２Ｂ…平板（第２平板）、１４…流路壁（溶融物）、１６…流路、１８…第１の流体（流体）、１９…第２の流体（流体）、２０…分岐部（導入流路）、２２…高エネルギービーム、２４…出射部、２６…照射部、２８…駆動部、３０…制御部、３２…金属粉体、３４…流入口、３６…集合部（排出流路）、３８…流出口、４４…溶融池、４６…キーホール、７４…平板式熱交換器、７６…流路壁、７７…流路、Ｃ…空間、Ｐ…照射位置、Ｒ…照射位置の後側、Ｈ…距離、Ｍ１…移動方向、Ｍ２…移動方向、Ｑ…流れの方向

Claims (5)

1. 対向配置された金属製の第１平板及び第２平板の間に金属粉体を充填する粉体充填工程と、
   前記第１平板及び前記第２平板に前記金属粉体を接触させた状態で、前記第１平板又は前記第２平板の外側から前記第１平板、前記第２平板及び前記金属粉体に向けて高エネルギービームを照射することにより、前記第１平板の一部、前記第２平板の一部及び前記金属粉体の一部を溶融させて溶融物を生成すると共に、前記溶融物を固化させることにより前記第１平板と前記第２平板との間に流路壁を形成して平板式熱交換器の流路及び伝熱部を得る溶接工程と、
   を備えた平板式熱交換器の製造方法。
2. 前記溶接工程において、前記第１平板、前記第２平板及び前記金属粉体に対して前記高エネルギービームを相対移動させて、前記高エネルギービームの相対移動方向に沿って前記流路壁を形成する、請求項１に記載の平板式熱交換器の製造方法。
3. 前記溶接工程において、前記高エネルギービームを照射することにより、前記第１平板の一部、前記第２平板の一部及び前記金属粉体の一部に前記溶融物としての溶融池を形成すると共に、前記溶融池にキーホールを形成しながら、前記高エネルギービームを相対移動させる、請求項２に記載の平板式熱交換器の製造方法。
4. 前記溶接工程において、前記高エネルギービームの焦点を、前記第１平板又は前記第２平板の外面から、前記金属粉体の内部までのいずれかの位置に設定した状態で、前記第１平板又は前記第２平板の外側から、前記第１平板、前記第２平板及び前記金属粉体へ向けて前記高エネルギービームを照射する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の平板式熱交換器の製造方法。
5. 対向配置された金属製の第１平板及び第２平板と、
   前記第１平板及び前記第２平板に金属粉体が接触した状態で、前記第１平板又は前記第２平板の外側から前記第１平板、前記第２平板及び前記金属粉体に向けて高エネルギービームを照射することにより前記第１平板の一部、前記第２平板の一部及び前記金属粉体の一部が溶融して形成された溶融物が固化することにより前記第１平板と前記第２平板との間に形成された流路壁と、
   を備えた平板式熱交換器。
   
   

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