JP3909582B2

JP3909582B2 - ロウ材複合板及びその製造方法並びにそれを用いた熱交換器

Info

Publication number: JP3909582B2
Application number: JP2002186434A
Authority: JP
Inventors: 智俊望月; 孝行岩▲崎▼; 廣喜吉澤
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: JP2004025251A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、母材とロウ材とからなるロウ材複合板及びその製造方法並びにそれを用いた熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ロウ材の用途は多岐に亘るが、例えば熱交換機では、母材となるＳＵＳ板（耐熱金属）の接合にニッケル（Ｎｉ）を主成分とするニッケルロウ材が使用されている。このニッケルロウ材としては、以下の２種類のものが実用化されている。すなわち、一方のものは、ニッケル基合金を粉末状にしたものであり、使用に当たってはバインダーで練ることによりペースト状とし、接合部に塗り付けるものである。他方のものは、ニッケル基合金を急冷することによりアモルファスシート状にしたものであり、使用に当たっては所定の形状に裁断したものを接合部に介装するものである。このようなニッケルロウ材は、融点が１０００°Ｃ程度であり、この融点を超えた温度まで加熱することによりＳＵＳ板を接合させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記２種類のニッケルロウ材のうち、前者の粉末状のものは、ペースト状にする必要があると共に、接合の前段階においてバインダーを揮発させるために予備加熱工程が必須であり使い勝手が悪いと共に、残留炭素が残ることがあるため品質低下の原因となる。一方、後者のアモルファスシート状のニッケルロウ材は、ペーストを使わないので残留炭素の問題はないが、所定形状に裁断したものを接合部に介装するため、熱交換機のように接合部が多数ある場合には、裁断したものを各接合部に各々敷き詰める必要があり、したがって、これも作業性が悪く使い勝手が悪い。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ロウ付けの作業性を向上させて使い勝手の良いロウ材複合板を提供すると共に、このようなロウ材複合板の製造方法及びそれを用いた熱交換器の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、ロウ材複合板に係わる第１の手段として、板材の少なくとも一方の面にロウ材組成を有する粉末を固着させて成るという構成を採用する。
【０００６】
ロウ材複合板に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、ロウ材組成を有する粉末はニッケルを主成分とする粉末であるという構成を採用する。
【０００７】
ロウ材複合板に係わる第３の手段として、上記第１または第２の手段において、板材は、ＳＵＳあるいはニッケルを含有する耐熱合金であるという構成を採用する。
【０００８】
また、本発明では、ロウ材複合板の製造方法に係わる第１の手段として、上記第１〜第３いずれかに記載のロウ材複合板の製造方法であって、板材の片面あるいは両面にロウ材組成を有する粉末を粉末圧延法によって固着させるという構成を採用する。
【０００９】
ロウ材複合板の製造方法に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、板材にロウ材組成を有する粉末を固着させた後、加熱することによりロウ材を有する粉末を焼結させるという構成を採用する。
【００１０】
さらに、本発明では、ロウ材複合板を用いた熱交換器に係わる第１の手段として、上記第１〜第３いずれかに記載のロウ材複合板を用いという構成を採用する。
【００１１】
ロウ材複合板を用いた熱交換器に係わる第２の手段として、波板と平板のどちらか一方あるいは両方にロウ材複合板を使用し、交互に積層してロウ付けして成るという構成を採用する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係わるロウ材複合板及びその製造方法並びにそれを用いた熱交換器の一実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態におけるロウ材複合板の斜視図（一部拡大図を含む）である。この図１から容易に分かるように、ロウ材複合板Ａは、母材である金属板１の両面にロウ材層２Ａ，２Ｂが形成されている。金属板１は、ＳＵＳ（ステンレス）あるいはニッケルを含有とする耐熱合金である。ロウ材層２Ａ，２Ｂは、ニッケルを主成分とするニッケルロウ材である。ロウ材複合板Ａは、熱交換器の構成材料として用いられるものである。
【００１４】
図２は、このようなロウ材複合板Ａの製造装置（ロウ材複合板製造装置）の模式図である。この図２において、符号３はロウ材粉末、４Ａ，４Ｂは圧延ローラ、５Ａ，５Ｂは粉末送出ベルトフィーダ、６は加熱炉である。１対設けられた圧延ローラ４Ａ，４Ｂは、互いの周面が所定間隔を隔てて平行対峙するように配置されており、その間には上記金属板１が上方から下方に向けて介挿されるようになっている。
【００１５】
また、このような各圧延ローラ４Ａ，４Ｂには、各々に粉末送出ベルトフィーダ５Ａ，５Ｂが所定間隔を隔てて配置されている。一方の粉末送出ベルトフィーダ５Ａは、一方の圧延ローラ４Ａの上方に配置されており、圧延ローラ４Ａの周面上にロウ材粉末３を供給する。また、他方の粉末送出ベルトフィーダ５Ｂは、他方の圧延ローラ４Ｂの上方に配置されており、圧延ローラ４Ｂの周面上に同じくロウ材粉末３を供給する。
【００１６】
ロウ材粉末３は、ニッケルロウ材組成を有する粉末であり、ホッパから上記粉末送出ベルトフィーダ５Ａ上及び粉末送出ベルトフィーダ５Ｂ上にそれぞれ供給される。このロウ材粉末３は、粉末送出ベルトフィーダ５Ａ，５Ｂが作動することにより、圧延ローラ４Ａ及び圧延ローラ４Ｂの各周面上に順次供給される。
【００１７】
そして、各圧延ローラ４Ａ，４Ｂの周面上に送り出されたロウ材粉末３は、各圧延ローラ４Ａ，４Ｂのさらなる回転によって金属板１の各面に圧延・固着される。このロウ材粉末３が両面に固着した状態の金属板１は、圧延ローラ４Ａ，４Ｂの下方に位置する加熱炉６に挿入されることによりロウ材粉末３を溶融させないようにロウ材粉末３の融点以下の温度まで加熱され、この結果、ロウ材粉末３が焼結して金属板１の各面にしっかりと固着した状態となる。このようにして加熱炉６から送り出されたものが、上記ロウ材複合板Ａである。
【００１８】
次に、このようにして製造されたロウ材複合板Ａを用いた熱交換器について、図３を参照して説明する。この図３において、符号Ａ1は上記ロウ材複合板Ａを所定サイズに裁断したロウ材複合平板であり、Ａ2は波板状に成型したロウ材複合波板である。
【００１９】
この図に示すように、本熱交換器は、ロウ材複合平板Ａ1とロウ材複合波板Ａ2とを交互に積層し構成される。すなわち、ロウ材複合平板Ａ1とロウ材複合波板Ａ2とを交互に積層した状態において、上記ニッケルロウ材の融点を超えた温度まで加熱することにより、ロウ材複合平板Ａ1及びロウ材複合波板Ａ2の各面のロウ材層２Ａ，２Ｂ（ニッケルロウ材）が溶融し、各接触部分がロウ付けされる。
【００２０】
本実施形態によれば、ロウ材複合板Ａは、金属板１の両面にロウ材層２Ａ，２Ｂが予め形成されたものとして構成されているので、ロウ材ペーストを塗布したり、ロウ材シートを挟んだりせずに、ロウ材複合平板Ａ1及びロウ材複合波板Ａ2とを積層して加熱炉６に入れ、ニッケルロウ材の融点を数十度超えた温度まで加熱するだけで容易に接合することができる。すなわち、従来のニッケルロウ材に比べて極めて使い勝手が良く、接合における作業性を大幅に向上させることができる。
【００２１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、金属板１の両面にロウ材層２Ａ，２Ｂを形成したが、片面だけにロウ材層を形成するようにしても良い。
【００２２】
（２）上記実施形態では、金属板１の両面に全面に亘る均一なロウ材層２Ａ，２Ｂを形成したが、ロウ材層２Ａ，２Ｂの接合に実際に寄与する部分は互いの接触部分である。すなわち、接触しない部分は接合に全く寄与しない。このような事情を考慮すると、金属板１の全面に均一なロウ材層を形成するのではなく、金属板１の表面に所定間隔のストライプ状、格子状あるいは点状にロウ材層を形成するようにしても良い。
【００２３】
（３）上記ロウ材複合板製造装置では、粉末送出ベルトフィーダ５Ａ，５Ｂを用いてロウ材粉末３を送出するが、ロウ材粉末３を定量供給するものであれば、他の装置であっても良い。粉末送出ベルトフィーダ５Ａ，５Ｂに代えて、例えばスクリューフィーダーやロールフィーダーを用いることが考えられる。
【００２４】
（４）上記ロウ材粉末３は、ニッケルロウ材組成を有する粉末であるが、単一種類の粉末に限定されるものではなく、ニッケルロウ材の組成と異なる複数種類の粉末を混合し、混合粉末の合成成分がニッケルロウ材組成を有する粉末となるものであっても良い。
【００２５】
例えば、ＪＩＳ規格のＢＮi−２であれば、ニッケル（Ｎi）粉末とニッケル−クロム（Ｎi−Ｃr）合金粉末とニッケル−ボロン（Ｎi−Ｂ）合金粉末と鉄−クロム（Ｆe−Ｃr）合金粉末と鉄−ニッケル（Ｆe−Ｎi）合金粉末と鉄−シリコン（Ｆe−Ｓi）合金粉末とを混合し、全体の総和の成分比がニッケル（Ｎi）を母材成分とし、クロム（Ｃr）が６ｗｔ％以上かつ８ｗｔ％以下、ボロン（Ｂ）が２．７５ｗｔ％以上かつ３．５ｗｔ％以下、鉄（Ｆe）が２．５ｗｔ％以上かつ３．５ｗｔ％以下、シリコン（Ｓi）が４ｗｔ％以上かつ５ｗｔ％以下となるように調合したものを粉末圧延法でグリーンシートに形成して、加熱炉で焼結する。このような混合粉の焼結後のシートは、局所的にはニッケルロウ材組成ではないが、溶解することによりロウ材となってロウ付を行うことができる。なお、これらの各粉末の粒径は、１００μｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
（５）上記熱交換器はロウ材複合平板Ａ1とロウ材複合波板Ａ2とを交互に積層したものであるが、両者のいずれか一方を単純な金属板にしても良い。すなわち、両者のうちいずれか一方がロウ材複合板であれば、当該両者の接触部分をロウ付けすることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、板材の少なくとも一方の面にロウ材を固着させるので、従来のニッケルロウ材の欠点を克服しに比べて極めて使い勝手が良く、接合における作業性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わるロウ材複合板Ａの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わるロウ材複合板製造装置の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係わる熱交換器の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ａ……ロウ材複合板
１……金属板
２Ａ，２Ｂ……ロウ材層
３……ロウ材粉末
４Ａ，４Ｂ……圧延ローラ
５Ａ，５Ｂ……粉末送出ベルトフィーダ
６……加熱炉

Claims

ＪＩＳ規格に規定されたニッケルロウ材の組成と異なる複数種類の粉末を合成組成がＪＩＳ規格に規定されたニッケルロウ材の組成となるように混合した混合粉末を前記金属板の少なくとも一方の面に固着させ、かつ加熱することにより前記金属板に固着した前記混合粉末を焼結させて成ることを特徴とするロウ材複合板。
金属板は、ＳＵＳあるいはニッケルを含有する耐熱合金であることを特徴とする請求項１記載のロウ材複合板。
混合粉末を金属板にストライプ状、格子状あるいは点状に固着させることを特徴とする請求項１または２記載のロウ材複合板。
ＪＩＳ規格に規定されたニッケルロウ材の組成と異なる複数種類の粉末を合成組成がＪＩＳ規格に規定されたニッケルロウ材の組成となるように混合して混合粉末とし、
前記混合粉末を粉末圧延法によって金属板の片面あるいは両面に固着させ、
前記金属板に固着した前記混合粉末を焼結させる
ことを特徴とするロウ材複合板の製造方法。
波板と平板のどちらか一方あるいは両方に請求項１または２記載のロウ材複合板を使用し、交互に積層してロウ付けして成ることを特徴とするロウ材複合板を用いた熱交換器。