JP7442544B2 - ステンシル装置および熱交換器プレートにろう材をステンシル印刷する方法およびその使用 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器プレートの隆起部、ポート開口部を囲む領域、および周辺スカートにろう材を同時にステンシル印刷するステンシル装置に関する。本発明は、そのような装置の使用に、および熱交換器プレートにろう材を印刷する方法にも関する。

ろう付けプレート熱交換器は、一般に、プレートを互いに距離を保つように適合された隆起部および溝部のプレスされたパターンを備えたシートメタルから作られたプレートから製造され、熱交換する媒体のためのプレート間流路がプレート間に形成されるようになっている。プレートを共に保持するために、それらは、隣り合うプレートの隆起部と溝部との間の接点で互いにろう付けされる。ポート開口部が、多くの場合熱交換器プレートの角部付近に、設けられ、ポート開口部を囲む領域が、ポート開口部とプレート間流路との間の選択的流体連通が実現するように、異なる高さに設けられる。

熱交換する流体が、熱交換器プレートによって形成されたプレート間流路から逃げないように、プレート間流路をシールするために、ある種の周辺シールが必要である。多くの場合、周辺シールは、各プレートの周辺に沿って延びるスカートによって提供される。スカートは、熱交換器プレートの平面に対して垂直に近い平面に延び、互いに重なり合って接触するように適合され、従って周辺シールを提供する。

ろう付け熱交換器を製造する場合、共にろう付けされることになっている表面にろう材を提供することが必要であり、すなわち、多くの場合、そのようなろう材は、熱交換器プレート間にろう材の箔（例えば、熱交換器プレートがステンレス鋼から作られている場合は、銅またはニッケル）を配置することによって提供される。

しかしながら、基材、すなわち熱交換器プレートが製造される材料が、ろう材よって溶解される場合（例えば、融点降下剤を含む鉄系ろう材が、ステンレス鋼製の熱交換器プレートをろう付けするのに使用される場合）、ろう材を箔状で提供することは多くの欠点がある。そのようなろう材／基材の組み合わせを用いる場合、それ故に、熱交換器プレート間の接点にまたはその近傍にろう材を提供するのが一般的である。

そのようなろう材を熱交換器プレートに提供する効率的な方法の１つは、熱交換器プレートにろう材をステンシル印刷することである。例えば、特許文献１を参照されたい。別の日本の特許公報である特許文献２は、熱交換器プレートの周辺に配置されたフラットろう付けシール縁のステンシル印刷を開示している。しかしながら、ステンシル印刷によって周辺「スカートシール」にろう材を供給することは今までできなかった。むしろ、そのようなスカートシールは、今まで、分配、はけ塗り、噴霧、または塗料様スラリー中に分配されたろう材のプールに、スカートを浸漬することによって、ろう材が適用されてきた。これは、生産経済の点で欠点である。

本発明の目的は、ステンシル印刷によって周辺に延びるスカートにろう材を適用する方法を提供することである。本発明の別の目的は、そのようなステンシル印刷を可能にするステンシルを提供することである。

特許第３３７７８９号公報 特開平０９１７８３８４号公報

本発明は、熱交換器プレートの隆起、ポート開口部を囲む領域、および周辺スカートに、ろう材を同時にステンシル印刷するためのステンシル装置を提供することによって、ステンシル装置が、熱交換器プレートの隆起、およびポート開口部を囲む領域に、ろう材を適用するための開口部を有する上部ステンシルと、熱交換器プレートを受け入れて熱交換器プレートの周辺スカートの外周に接触するための大開口部を有する下部印刷ステンシルとを備えているという点において、上記および他の問題を解決する。大開口部の内面は、周辺スカートにろう材を適用するためのろう材出口を備える。

ろう材出口にろう材を供給するために、カナルが、上部ステンシルの周辺開口部とろう材出口との間に配置されてよく、ろう材が、周辺開口部からカナルを通してろう材出口に押されるようになっている。

ステンシル装置の製造を容易にするために、上部ステンシルは、シートメタル、ゴム、プラスチック、布などから製造されてよい。

ろう材の必要量を最小限にするために、上部ステンシルの開口部は、対にして配置されてよい。各対の各開口部は、隣り合う熱交換器プレートの窪みと、隆起との間の接触点に近接して位置するが、その接触点に位置しないように、配置される。

ステンシルを印刷する下部ステンシルは、高密度物質（例えば、プラスチックや金属）から作られてよく、それは、熱交換器プレートの周辺スカートの高さを超える厚さを有する。

ステンシルを印刷する下部ステンシルの内面は、ろう材が適用される熱交換器プレートの周辺スカートの外面と前記の内面との間でろう材が漏れるのを防ぐために、弾性材料で覆われてよい。

さらに、弾性材料は、周辺スカートの外面への緊密な適合を確保するために膨張可能であってよい。

本発明の一実施形態では、隆起は、熱交換器プレートが互いの上部に積み重ねられたときに、隣り合うプレートの溝部との接触を形成するように適合された隆起部の形態であってよい。

また、熱交換器プレートの隆起、ポート開口部を囲む領域、および周辺スカートにろう材を同時にステンシル印刷する方法も開示され、その方法は、熱交換器プレートをステンシルを印刷する下部ステンシルの開口部に配置して、ステンシルを印刷する下部ステンシルの内面を熱交換器プレートの周辺スカートの外周に接触させるステップと、上部ステンシルを熱交換器プレートに配置するステップと、上部ステンシルの開口部を通して熱交換器プレートのポート開口部を囲む領域および隆起にろう材を適用するステップと、ステンシルを印刷する下部ステンシルの内面のろう材出口を通して周辺スカートにろう材を適用するステップと、を含む。

ろう材は、上部ステンシルの周辺開口部とろう材出口との間に配置されたカナルによって、ろう材出口に運ばれることができる。

以下、添付図面を参照して本発明を説明する。

本発明の一実施形態によるステンシル装置の上部ステンシルの平面図である。 図１の上部ステンシルと、一実施形態によるステンシルを印刷する下部ステンシルとを備えるステンシル装置の断面図である。 図２ａの円で示された領域の拡大断面図である。 図２ａ－２ｂのステンシル装置の透視図である。

当業者によく知られているように、ステンシル印刷は技術である。ステンシルは、印刷される物品と印刷材料のアプリケータとの間に設けられる。開口部がステンシルに設けられ、印刷材料が、穴が設けられている場所で印刷される物品に適用されるようになっている。

「先行技術」の部分で述べたように、本発明は、ろう付け熱交換器に備えられる熱交換器プレートにろう材を適用する方法および装置を提供することを目的とする。ろう付け熱交換器は、当業者によく知られており、隣り合うプレートの隆起部および溝部に接触するように適合された隆起部および溝部のプレスパターンが設けられた多数の熱交換器プレートを備え、熱交換器プレートが、熱交換する媒体のためのプレート間流路の形成下で互いに距離を保つようになっている。プレート間流路は、各熱交換器プレートに設けられたポート開口部と選択的に流体連通する。この選択性は、ポート開口部を囲む領域を異なる高さに配置することによって提供され、隣り合う熱交換器プレートのポート開口部を囲む領域が互いに接触しない場合には、ポート開口部とプレート間流路との間に連通があり、隣り合う熱交換器プレートのポート開口部を囲む領域が互いに接触する場合には、ポート開口部とプレート間流路との間に連通がないようになっている。最後に、周辺に延びるスカートが、各熱交換器プレートに設けられる。隣り合う熱交換器プレートのスカートは、重なり合って互いに接触するように配置され、プレート間流路が、熱交換器プレートの周囲での漏れに対してシールされるようになっている。

熱交換器のろう付けが行われるときに、互いに接触する隣り合う熱交換器プレートのポート開口部を囲む領域、隣り合う熱交換器プレートの隆起部と溝部との間の接触点、および重なり合って接触する周辺スカートは、共にろう付けされ、熱交換器をシールし、熱交換器に内圧がかかったときにプレートを共に保持するようになっている。それ故に、これらすべての領域にろう材を提供する必要がある。

図１を参照すると、熱交換器プレートにろう材をステンシル印刷するためのステンシル１００が示されている。ステンシル１００は、平坦な基材１１０に基づき、それは、例えば、シートメタル、ゴム、プラスチック、布などから製造されてよい。ステンシル１００には、隣り合う熱交換器プレートの隆起部と溝部との間の接触点にろう材を適用するための開口部１２０が設けられている。しかしながら、隆起部と溝部は、隆起部と溝部以外の他の形状で、例えば、隣り合うプレート間の接触点を形成するように適合された隆起しているドットとして、形作られてよいことに留意すべきである。開口部１２０は、対で配置されていることに留意すべきである。各対の各開口部は、隣り合う熱交換器プレートの隆起部と溝部との間の接触点の近くに位置するが、その接触点には位置しないように、配置される。本発明の他の実施形態では、開口部はそのような対で配置されず、隣り合う熱交換器プレートの隆起部と溝部との間の接触点に配置される。

また、印刷される熱交換器プレートのポート開口部を囲む領域にろう材を適用するための２つのリング状開口部１３０が設けられている。リング状開口部の内側部分は開いておらず、むしろ、ブリッジ１３５によってリング状開口部１３０のそれぞれの中の適所に保持されたステンシル部分があることに、留意されたい。この中央ステンシル部分は、ポート開口部を囲む領域に過剰な量のろう材が適用されるのを妨げる。場合によっては、ブリッジ１３５は、ポート開口部を囲む領域のろう付け接続の漏れをもたらし得るが、そのような漏れは、各ポート開口部の周りに二重のリング状開口部１３０を設けることによって低減され得る。ブリッジ１３５は、互いに対して角度的にオフセットされている。

さらに、ステンシル１００には、周辺開口部１４０が設けられている。周辺開口部１４０は、ろう材が提供される熱交換器プレートの周辺の外側に配置され、その機能は図２ａおよび２ｂを参照して説明される。開口部１２０およびリング状開口部１３０を備えるステンシル部分を所定の位置に保持するために、スポーク１４５が、開口部１２０およびリング状開口部１３０を備えるステンシル部分および周辺開口部１４０の外側の領域から延びている。

図２ａおよび２ｂでは、ステンシルを印刷する下部ステンシル１５０を含むステンシル装置の断面図が示されている。ステンシル装置は、ステンシル１００とステンシルを印刷する下部ステンシル１５０を備える。ステンシル１００は、上部ステンシルである。ステンシルを印刷する下部ステンシル１５０は、高密度物質（例えば、プラスチックや金属）から作られ、熱交換器プレート２００の周辺スカート２１０の高さを超える厚さを有する。ステンシルを印刷する下部ステンシルは、大開口部１９０を備え、その内面１９５は、熱交換器プレート２００の周辺スカート２１０の外面に密着するように配置されている。

内面１９５には、多数のろう材出口１８０が設けられ、それは、カナル１６０によって口部１７０と流体連通している。ろう材出口、カナルおよび口部は、ステンシル１００の周辺開口部１４０と嵌合するように、配置される。

ステンシル印刷動作中、ろう付けされる熱交換器プレート２００は、大開口部１９０に配置され、装置は、内面１９５が、熱交換器プレートの周辺スカート２１０の外面に密接に適合するように、および、ステンシル１００が、ろう材でステンシル印刷される熱交換器プレート２００のポート開口部を囲む領域および隆起部Ｒおよびに密着するように、共に押圧される。

次に、熱交換器プレートをステンシル印刷するために、ろう材ペーストが、熱交換器プレート２００と係合していないステンシルの側に、好ましくは、ステンシル１００上でろう材の「ソーセージ」状のひもを押すことによって、適用される。ろう材のひもをステンシル１００上で押すとき、ろう材は、開口部１２０を通して押され、従ってろう材を、隣り合う熱交換器プレートの隆起部と溝部との間の接触点にまたはその接触点の近くに提供し、リング状開口部１３０を通して、ろう材を、ポート開口部を囲む領域におよび周辺開口部１４０を通して提供する。

周辺開口部１４０を通して押されたろう材は、口部１７０に入り、それは、カナル１６０を介してろう材出口１８０に流体接続され、従って、周辺スカート２１０の外面には、ろう材が提供される。

ステンシル印刷工程が行われるときに、ステンシル１００およびステンシルを印刷する下部ステンシルは、熱交換器プレートから慎重に取り除かれ、熱交換器プレートは、熱交換器にろう付けされる熱交換器プレートパックを形成するために、他の熱交換器プレートと積み重ねて配置される。

ろう材出口外への漏れを避けるために、大開口部１９０の内面１９５と周辺スカート２１０の外面との間に緊密なシールを得るために、内面１９５は、例えばゴムなどの弾性材料でコーティングされてよいことに、留意されたい。また、弾性材料が、液体または気体によって膨張可能であり、熱交換器プレート２００が、その内面１９５に接触することなく大開口部１９０に入れたり大開口部１９０から離したりして配置され得るようになっていると、有利であり、一方、接触は、ろう付け動作中に弾性材料を膨張させ、ろう付け動作後にそれを収縮させることによって、確立されてよい。

ステンシル印刷動作中、熱交換器プレート２００は、印刷される熱交換器プレートをホストするように適合されたトレイ（図示せず）の隆起部分（図示せず）によって所定の位置に保持される。トレイは、同時に印刷されることになっている熱交換器プレートの数に応じて、１つ以上のそのような隆起部分を備えてよい。

隆起部分は、熱交換器プレート２００の周辺スカート２１０の内周に対応する外周を有し、熱交換器プレートが、ステンシル印刷動作中に所定の位置に保持されるようになっている。隆起部分の上面は、熱交換器プレートのポート開口部を囲む領域と、ステンシル印刷される隆起部および／または溝部とのためのサポートを提供するように設計される。

本発明の一実施形態では、熱交換器プレートは、トレイ上に配置され、隆起部分が熱交換器プレートを所定の位置に保持するようになっている。これは、ステンシル印刷動作には十分である。しかしながら、ろう材のレオロジー特性によっては、ステンシル印刷動作が終了し、上下のステンシルが熱交換器プレートとの接触から取り除かれると、熱交換器プレートを隆起部分にロックする必要があり得る。これは、いくつかの方法で達成されてよく、そのうちの２つが言及に値する。
１．上下のステンシルを取り外す間、真空がプレートを所定の位置に保持するように、真空源を隆起部分に適用する。
２．隆起部分の外周から横方向に延びる引き込み可能なロックピンであって、前記のロックピンは、熱交換器プレートを隆起部分にロックするために周辺スカート２１０の内周に係合し、熱交換器プレートを隆起部分から解放するために引き込まれる。周辺スカートの変形を回避するために、ロックピンは、好ましくは、隆起部分の外周の角に位置する。

本発明によるステンシル装置およびステンシル印刷方法は、ろう付けによって接合される熱交換器プレート間の接触点のまたはその接触点の近傍の領域にろう材を提供することを目的とする。ろう材は、好ましくは、ピーナッツバターの特性に似たレオロジー特性を有するペーストの形態で提供される。

ろう材ペーストは、ろう材の粒子、すなわち、熱交換器プレートが製造される材料よりも低い融点を有する金属または合金の粒子と、ろう材が熱交換器プレートに適用された後に気化し得る溶媒と、溶媒が気化した後にろう材粒子を所定の位置に保持するバインダーと、を備える。バインダーは、ろう材が溶融するまでろう材を共に保持するのに十分な耐熱性を有していなければならない。

また、ろう材ペーストは、スカートに適切に接着するために、優れた接着特性を有していなければならない。

良好に機能することが実証されているろう材ペーストの一例は、ホガナスＢｒａｚｅＬｅｔ（登録商標）ペーストであって、９２±１重量％の金属含有量を有するペースト中に分散された、１０６ミクロン未満の粒径である粉末ろう材合金、残りの結合剤および溶媒を含むものである。２１℃でのペーストのブルックフィールド粘度、ＴＤ－スピンドル２．５ｒｐｍ＝４５０±５０Ｐａｓ。

Claims (15)

1. 熱交換器プレート（２００）の隆起（Ｒ）、ポート開口部を囲む領域、および周辺スカート（２１０）に、ろう材を同時にステンシル印刷するためのステンシル装置（１００，１５０）であって、前記ステンシル装置が、前記熱交換器プレートの隆起（Ｒ）、およびポート開口部を囲む領域に、ろう材を適用するための開口部（１２０，１３０）を有する上部ステンシル（１００）と、前記熱交換器プレート（２００）を受け入れて前記熱交換器プレートの前記周辺スカートの外周に接触するための大開口部（１９０）を有するステンシルを印刷する下部ステンシル（１５０）と、を備え、前記大開口部（１９０）の内面（１９５）は、前記周辺スカートにろう材を適用するためのろう材出口（１８０）を備えることを特徴とする、ステンシル装置。
2. 請求項１に記載のステンシル装置であって、前記隆起（Ｒ）は、隣り合う熱交換器プレート（２００）の交差する溝部（Ｇ）との接触点を形成するように適合された隆起部である、ステンシル装置。
3. 請求項１または２に記載のステンシル装置であって、ろう材をろう材出口（１８０）に運ぶために、カナル（１６０）が、上部ステンシル（１００）の周辺開口部（１４０）と、ろう材出口（１８０）と、の間に配置されている、ステンシル装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のステンシル装置であって、前記上部ステンシル（１００）は、シートメタル、ゴム、プラスチックまたは布から製造されている、ステンシル装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のステンシル装置であって、前記上部ステンシル（１００）の開口部（１２０）は、対にして配置され、各対の各開口部は、隣り合う熱交換器プレートの溝部と、隆起部との間の接触点に近接して位置するが、その接触点に位置しないように、配置される、ステンシル装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のステンシル装置であって、前記ステンシルを印刷する下部ステンシル（１５０）は、高密度物質（例えば、プラスチックや金属）から作られ、熱交換器プレート（２００）の周辺スカート（２１０）の高さを超える厚さＴを有する、ステンシル装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のステンシル装置であって、前記ステンシルを印刷する下部ステンシル（１５０）の前記内面（１９５）は、ろう材が適用される前記熱交換器プレートの周辺スカート（２１０）の外面と前記内面との間でろう材が漏れるのを防ぐために、弾性材料で覆われている、ステンシル装置。
8. 請求項７に記載のステンシル装置であって、前記弾性材料は、前記周辺スカートの前記外面への緊密な適合を確保するために膨張可能である、ステンシル装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載のステンシル装置であって、印刷される前記熱交換器プレートをホストするように適合されたトレイの少なくとも１つの隆起部分を、さらに備え、前記少なくとも１つの隆起部分は、前記熱交換器プレート（２００）の前記周辺スカート（２１０）の内周に対応する外周を有する、ステンシル装置。
10. 請求項９に記載のステンシル装置であって、前記隆起部分には、前記熱交換器プレートを所定の位置に保持するための手段が設けられている、ステンシル装置。
11. 請求項１０に記載のステンシル装置であって、前記手段は、前記プレートを所定の位置に保持する真空である、ステンシル装置。
12. 請求項１０に記載のステンシル装置であって、前記手段は、前記隆起部分の前記外周から横方向に延びる引き込み可能なロックピンであり、前記ロックピンは、前記熱交換器プレートを前記隆起部分にロックするために前記周辺スカート（２１０）の前記内周に係合し、前記熱交換器プレートを前記隆起部分から解放するために引き込まれる、ステンシル装置。
13. ろう付けされる熱交換器プレートにろう材コーティングを適用するための請求項１から１２のいずれか１項に記載のステンシル装置の使用。
14. 熱交換器プレート（２００）の隆起（Ｒ）、ポート開口部を囲む領域、および周辺スカート（２１０）にろう材を同時にステンシル印刷する方法であって、前記方法は、
    前記熱交換器プレート（２００）をステンシルを印刷する下部ステンシル（１５０）の開口部（１９０）に配置して、前記ステンシルを印刷する下部ステンシル（１５０）の内面を前記熱交換器プレートの前記周辺スカート（２１０）の外周に接触させるステップと、
    上部ステンシル（１００）を前記熱交換器プレートに配置するステップと、
    前記上部ステンシル（１００）の開口部（１２０，１３０）を通して前記熱交換器プレートのポート開口部を囲む領域および隆起（Ｒ）にろう材を適用するステップと、
    前記ステンシルを印刷する下部ステンシル（１５０）の前記内面（１９５）のろう材出口（１８０）を通して前記周辺スカート（２１０）にろう材を適用するステップと、
    を含む方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、前記上部ステンシル（１００）の周辺開口部（１４０）と、前記ろう材出口（１８０）と、の間に配置されたカナル（１６０）によって、ろう材を前記ろう材出口（１８０）に運ぶステップを含む、方法。
    
    
    

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