JP3516308B2 - 積層式熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

積層式熱交換器及びその製造方法

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JP3516308B2 JP3118794A JP3118794A JP3516308B2 JP 3516308 B2 JP3516308 B2 JP 3516308B2 JP 3118794 A JP3118794 A JP 3118794A JP 3118794 A JP3118794 A JP 3118794A JP 3516308 B2 JP3516308 B2 JP 3516308B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、流体として液体および
相変化を伴う気液2相流の熱交換に用いる積層式熱交換
器及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の積層式熱交換器の構成を図5に示
す。図5は積層式熱交換器の内部の構成が説明できるよ
うに、一部を切断して示している。熱交換流体(A)は
エンドプレート1の出入口管2よりヘッダー3へ流入す
る。ヘッダー3は、各プレート4、5、6を多数積層す
ることにより形成される空間で、出入口管2と流路を結
んでいる。ヘッダー3に流入した熱交換流体(A)はプ
レート4に形成されたスリット7に入る。スリット7に
は支持部8がある。支持部8は積層した際に内部の圧力
を支える部分となる。熱交換流体(A)はスリット7を
流れてヘッダー9に集められ、出入口管10より流出す
る。一方、熱交換流体(B)は、出入口管11よりヘッ
ダー12に流入し、プレート6に形成されたスリット1
3に入る。スリット13には支持部14がある。スリッ
ト13を流れた熱交換流体(B)はヘッダー15で集め
られ、出入口管16より流出する。プレート5には、積
層時にヘッダー3、9、12、15を形成するスリット
が設けられている。これらのプレート4、5、6を、エ
ンドプレート1と17の間に、4、5、6、5の順で多
数積層し、熱交換流体(A)、(B)が漏れないように
完全に密着接合することにより、積層式熱交換器を形成
する。
【0003】接合方法としては、拡散溶接やロウ付けが
用いられる。拡散溶接は、真空内で融点より少し低い温
度まで昇温し加圧するもので、プレートの材料の拡散に
よって一体化するものである。ロウ付けは、プレートよ
りも融点の低いロウ材を全ての接合面につけて、真空ま
たは不活性雰囲気内でロウ材の融点まで昇温するもので
ある。
【0004】これにより、熱交換流体(A)と(B)は
外部に漏れることなく、ヘッダーおよびスリットを流れ
ることが可能となる。この時、スリット7を流れる熱交
換流体(A)は、スリット7の上下に位置する2つのプ
レート5を通じて、スリット13を流れる熱交換流体
(B)と熱交換を行うことになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の積層式熱交換器では、以下の様な課題が生じ
ている。
【0006】プレートの一体化接合を拡散溶接を用いて
行う場合、溶接時の加圧に極めて大きな荷重が必要とな
る。したがって、量産性に乏しく、低コスト化が困難と
なる。また、通常のロウ付けを用いて行う場合、全ての
接合面にロウ材を供給するため、ロウ材の量が多くな
り、軽量化ならびに低コスト化が困難となる。さらに、
昇温時に溶融したロウ材が過剰となって流れ出し、熱交
換流体の流路を閉塞して、熱交換器としての伝熱特性を
著しく低減させるという課題があった。
【0007】本発明は、上記課題にもとづき、軽量で、
低コストかつ信頼性の高い積層式熱交換器及びその製造
方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、2つの熱交換流体(A)、(B)の各々の
流路となるスリットを形成した平板状プレートA、B
と、積層時に前記熱交換流体の隔壁をなすプレートC、
Dとを、A、C、B、Dの順に積層したものを複数組積
層して一体構造をなした積層式熱交換器において、 (1)平板状のロウ材を各プレートの間の1つおきに挿
入し、密着した状態で加熱することにより一体化接合を
行う、又は (2)プレートの間に、プレートA、B、C、Dよりも
剛性の大きいプレートGを挿入した構成とするものであ
る。
【0009】
【作用】上記のような構成もしくは手段によって、得ら
れる作用は次の通りである。
【0010】例えば、プレートD、A間とプレートC、
B間にのみ平板状のロウ材を挿入し、ロウ付けを行うと
すると、プレートDとプレートAとの接合は、間にロウ
材が存在するため確実に行うことができる。また、プレ
ートAとプレートCとの接合は、昇温により溶融したロ
ウ材が、プレートAに設けたスリットを通じてプレート
C上に回り込むことにより行うことができる。プレート
C、B間およびプレートB、D間の接合についても同様
である。よって、ロウ材量の低減が図れ、過剰なロウ材
の流れ出しによる流路の閉塞も防止される。
【0011】また、中間にプレートA、B、C、Dより
も厚さの大きいすなわち剛性の高いプレートGを挿入す
ると、多数組のプレートを接合する場合にも、積層式熱
交換器全体の剛性が保たれる。よって、ロウ材を介した
プレート間の密着性が良好になり、面と面の接合だけで
なく、ロウ材の回り込みによるスリット部の接合も確実
に行うことができる。
【0012】したがって、軽量で、低コストかつ信頼性
の高い積層式熱交換器が可能となる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0014】(実施例1)図1は第1の発明による一実
施例であり、積層式熱交換器の構成を示すものである。
図1は積層式熱交換器の内部の構成が説明できるよう
に、一部を切断して示している。熱交換流体(A)はエ
ンドプレート21に設置された出入口管22よりヘッダ
ー23へ流入する。ヘッダー23は、各プレート24、
25、26を多数積層することにより形成される空間
で、出入口管22と流路を結んでいる。ヘッダー23に
流入した熱交換流体(A)はプレート24に形成された
スリット27に入る。スリット27には支持部28があ
る。支持部28は積層した際に内部の圧力を支える部分
となる。スリット27を流れた熱交換流体(A)はヘッ
ダー29に集められ、出入口管30より流出する。一
方、熱交換流体(B)は、出入口管31よりヘッダー3
2に流入し、プレート26に形成されたスリット33に
入る。スリット33には支持部34がある。スリット3
3を流れた熱交換流体(B)はヘッダー35で集めら
れ、出入口管36より流出する。プレート25には、積
層時にヘッダー23、29、32、35を形成するスリ
ットが設けられている。これらのプレート24、25、
26を、24、25、26、25の順で多数積層し、上
下両面にエンドプレート21および37を積層して、熱
交換流体(A)、(B)が漏れないように完全に密着接
合することにより、積層式熱交換器を形成する。こうし
て、熱交換流体(A)と(B)は外部に漏れることな
く、ヘッダーおよびスリットを流れることが可能とな
る。この時、スリット27を流れる熱交換流体(A)
は、スリット27の上下に位置する2つのプレート25
を通じて、スリット33を流れる熱交換流体(B)と熱
交換を行うことになる。
【0015】次に、この接合方法について具体的に説明
する。図2は積層式熱交換器をロウ付けする時のロウ材
の挿入箇所を示したものである。均一な厚さを有する平
板状のロウ材38は、プレート24、25、26とほぼ
同一の外形状であり、スリットを設けたプレート24と
26の上側にのみに挿入する。エンドプレート21およ
び37とともに図2のように積層したプレートに対し
て、若干の均等な荷重を加え、各プレートとロウ材とを
密着させた状態で、真空または不活性雰囲気内でロウ材
の融点まで昇温する。これにより、例えばプレート26
とプレート25aとの接合は、間にロウ材38が存在す
るため確実に行うことができる。また、プレート26と
プレート25bとの接合は、昇温により溶融したロウ材
の一部が、プレート26に設けたスリット33を通じて
プレート25b上に回り込むことにより行うことができ
る。プレート24の接合についても全く同様である。
【0016】したがって、全ての接合面にロウ材を供給
する従来のロウ付け方法に比べて、ロウ材量を約50%
減少させることができ、積層式熱交換器の軽量化ならび
に低コスト化が図れる。また、過剰なロウ材の流れ出し
による流路の閉塞が防止され、十分な伝熱特性を有する
積層式熱交換器を安定的に製造することができる。
【0017】以上のように本発明によって、軽量で低コ
ストかつ信頼性の高い積層式熱交換器が提供される。
【0018】なお、本実施例では、図2に示したよう
に、プレート24および26の下面に位置するプレート
25aおよび25bは、全て同一形状のスリットを有す
るものとしたが、流路構成に応じて異なる形状としても
良い。また、端面のエンドプレート21および37とプ
レートとの接合部においては、エンドプレートがスリッ
トを有さず接合面積が大きくなるため、平板状のロウ材
38を挿入し確実な接合を図ることが望ましい。
【0019】(実施例2)図3は第2の発明による一実
施例であり、積層式熱交換器の構成を示すものである。
図3は積層式熱交換器の内部の構成が説明できるよう
に、一部を切断して示している。本実施例の積層式熱交
換器の構成ならびに熱交換流体の動作は、基本的に第1
の実施例で説明したものと同様であるので、ここではそ
の説明を省略する。第1の発明による実施例と異なる点
は、複数組積層したプレートの中間にプレート39を挿
入していることである。プレート39は、プレート25
と略同一形状であり、他のプレート24、25、26よ
りも十分に厚さが大きく、したがって剛性が高くなって
いる。
【0020】次に、このような積層式熱交換器の接合方
法について具体的に説明する。図4は積層式熱交換器を
ロウ付けする時のロウ材の挿入箇所を示したものであ
る。均一な厚さを有する平板状のロウ材38は、プレー
ト24、25、26、39とほぼ同一の外形状であり、
スリットを設けたプレート24と26の上側およびプレ
ート39の上下両面にのみに挿入する。エンドプレート
21および37とともに図4のように積層したプレート
に対して、若干の均等な荷重を加え、各プレートとロウ
材とを密着させた状態で、真空または不活性雰囲気内で
ロウ材の融点まで昇温する。これにより、例えばプレー
ト26とプレート25aとの接合は、間にロウ材38が
存在するため確実に行うことができる。また、プレート
26とプレート25bとの接合は、昇温により溶融した
ロウ材の一部が、プレート26に設けたスリット33を
通じてプレート25b上に回り込むことにより行うこと
ができる。プレート24の接合についても全く同様であ
る。
【0021】このとき、中間に他のプレートよりも厚く
剛性の高いプレート39を挿入しているため、多数組の
プレートを接合する場合にも、積層式熱交換器全体の剛
性が保たれる。よって、ロウ材を介したプレート間の密
着性が良好になり、面と面の接合だけでなく、ロウ材の
回り込みによるスリット部の接合も確実に行うことがで
きる。
【0022】以上のように本発明によって、低コストか
つ信頼性の高い積層式熱交換器が提供される。
【0023】なお、本実施例では、図4に示したよう
に、プレート39とその上面に位置するプレート25b
とが同一形状のスリットを有するものとしたが、流路構
成にお応じて異なる形状としても良い。さらに、プレー
ト39のすぐ上に位置するプレート25bについては省
略しても良い。また、プレート24および26の下面に
位置するプレート25aおよび25bは、全て同一形状
のスリットを有するものとしたが、流路構成に応じて異
なる形状としても良い。また、端面のエンドプレート2
1および37とプレートとの接合部においては、エンド
プレートがスリットを有さず接合面積が大きくなるた
め、平板状のロウ材38を挿入し確実な接合を図ること
が望ましい。
【0024】また、熱交換流体としては、上記実施例で
は、2種類(A),(B)であったが、3種類以上であ
ってももちろん良い。また、1組あたりの枚数も4枚で
あったが、それ以上であってもかまわない。
【0025】
【発明の効果】以上のように、本発明における積層式熱
交換器及びその製造方法によれば、軽量で低コストかつ
信頼性の高い積層式熱交換器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の発明の一実施例の積層式熱交換器の分解
構成図
【図2】同実施例の積層式熱交換器のロウ付け時のロウ
材の挿入方法を示した分解構成図
【図3】第2の発明の一実施例の積層式熱交換器の分解
構成図
【図4】同実施例の積層式熱交換器のロウ付け時のロウ
材の挿入方法を示した分解構成図
【図5】従来の積層式熱交換器の分解構成図
【符号の説明】
21、37 エンドプレート 24、25a、25b、26、39 プレート 27、33 スリット 38 ロウ材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−158194(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 1/00 F28F 3/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の熱交換流体の各々の流路となるスリ
    ットを形成した平板状スリットプレートと、積層時に前
    記熱交換流体の隔壁をなす隔壁プレートとを、交互に積
    層して一体構造とする積層式熱交換器の製造方法におい
    て、平板状のロウ材を、前記各プレートの間の1つおき
    に挿入し、密着した状態で加熱することにより一体化接
    合を行うことを特徴とする積層式熱交換器の製造方法。
  2. 【請求項2】 少なくとも2つの熱交換流体(A)、
    (B)の各々の流路となるスリットを形成した平板状プ
    レートA、Bと、積層時に前記熱交換流体の隔壁をなす
    プレートC、Dとを、A、C、B、Dの順に積層したも
    のを複数組積層して一体構造をなす積層式熱交換器の製
    造方法において、平板状のロウ材を前記各プレートの間
    の1つおきに挿入し、密着した状態で加熱することによ
    り一体化接合を行うことを特徴とする積層式熱交換器の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 少なくとも2つの熱交換流体(A)、
    (B)の各々の流路となるスリットを形成した平板状プ
    レートA、Bと、積層時に前記熱交換流体の隔壁をなす
    プレートC、Dとを、上からA、C、B、Dの順に積層
    したものを複数組積層し、さらに、これらの上下両端面
    を閉塞するエンドプレートE、Fを積層して一体構造を
    なし、さらに前記上側のエンドプレートEに前記熱交換
    流体(A)、(B)の出入口を設けた積層式熱交換器の
    製造方法において、平板状のロウ材を前記各プレートの
    間の1つおきに挿入するにあたり、少なくとも前記プレ
    ートAおよびBの前記エンドプレートE側に挿入し、密
    着した状態で加熱することにより一体化接合を行うこと
    を特徴とする積層式熱交換器の製造方法。
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