JPH04327793A - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヘリウム液化冷凍機に
使用するのに好適なガス−ガス熱交換器、特に、伝熱板
のフィン効率の低下を抑制して伝熱面積を増加させ伝熱
性能を向上させた熱交換器に係り、特に、熱交換器に要
求される極低温での強度，気密性の他耐熱衝撃性等信頼
性にすぐれた積層形熱交換器の製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】核磁気共鳴イメージング装置等に使用す
る超電導マグネットは、高価な液体ヘリウム等の極低温
冷媒で冷却されるが、液体ヘリウムはわずかな入熱で容
易に蒸発するため、蒸発したヘリウムガスを再液化、又
は、再凝縮する小形ヘリウム液化冷凍機が必要となる。 このヘリウム液化冷凍機中に使用される熱交換器は当然
のことながら液化冷媒効率を高めるために、非常に高い
伝熱性能が要求され、かつ、極低温での強度，気密性，
耐熱衝撃性等非常に高い信頼性も要求されている。この
ため従来の熱交換器は、例えば、実開昭６２−６３５９
０　号公報に記載されている積層形熱交換器が使用され
ている。 この熱交換器は、熱伝導率の良好な、例えば、銅やアル
ミニウムの薄い平板に貫通する小径の孔を多数パンチン
グやエッチングで加工した多孔伝熱板と熱伝導率が多孔
伝熱板より小さい材料、例えば、ステンレス鋼のスペー
サを積層し、これらを接合したものである。本実施例で
は接合法については一切記述されておらず、単に熱交換
器の形状，構成しか記載されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術では
伝熱性能を向上するために多孔伝熱板の形状，積層枚数
等について記述されているが、熱交換器の基本的要求仕
様の一つである極低温度での強度，気密性及び耐熱衝撃
性を考慮した適正接合による製法については全く考慮さ
れていない。

【０００４】本発明の目的は、伝熱板とスペーサ及びヘ
ッダからなる積層形熱交換器で強度，気密性及び耐熱衝
撃性等信頼性の優れた熱交換器の製法を提供することに
ある。

【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、本発明は少なくとも伝熱板だけ、あるいは、スペー
サの両方に、接合時にろう材として作用する薄膜をメッ
キ等で形成する。この後これら伝熱板とスペーサを交互
に積層して接合する製法とする。

【０００６】

【作用】前記多孔伝熱板とスペーサのいずれか一方、あ
るいは、両者の表面、少なくとも積層時の両者接触面に
設けたろう材として作用する薄膜をメッキやスパッタ等
で形成しているため、これらを積層し接合した際、接触
面全面が均一に反応してろう接され、かつ、薄膜のため
、接合時余分なろう材の流れ出しがないため、多孔伝熱
面の孔等をふさぐことなどのない強度，気密性，耐熱衝
撃性等信頼性にすぐれた熱交換器を提供することができ
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図３によ
り説明する。図１は本発明の対象としているヘリウム液
化冷凍機用ガス−ガス熱交換器の縦断面図であり、図２
は多孔伝熱板とスペーサの斜視図である。熱交換器１は
密閉された二つの円心円筒よりなり、高圧高温の流体流
路２は円筒側，低圧低温流体流路３は外筒側を形成して
いる。これら熱交換器は図２に示した銅板よりなる伝熱
板４とオーステナイト系ステンレス鋼よりなるスペーサ
５の積層体で、これら積層体の上，下面には流体の出口
，入口を形成するヘッダ６が設けられている。銅板の伝
熱板は内筒側外筒側共、例えば、エッチング等により多
数の通気孔が形成されている。一方、スペーサは内筒と
外筒の隔壁７及び外筒と外部との隔壁、８及び両者を連
結する連結板９をエッチングやパンチング等で加工して
いる。ここで、スペーサの全面に無電解メッキによりニ
ッケル−１１ｗｔ％燐のメッキを厚さ５μｍに形成した
ものを準備した。これらスペーサを十分脱脂洗浄し、鋼
の伝熱板は１０％硝酸水で酸洗い水洗したものを準備し
、これらを交互に各々三百枚積層し、かつ上，下にヘッ
ダ６を設置したものを準備しこれらを黒鉛製円筒中に挿
入した後、１０￣４Ｔｏｒｒの真空中で、０．１ｋｇ／
ｃｍ２の加圧を加えて９５０℃で１５分間加熱しろう接
を行なった。この接合品について各種特性を調べた。気
密性はヘリウムリーク測定器の感度以下である。１０￣
１０Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓｅｃ　以下であり、耐熱衝撃性と
して室温から−１．９６℃　の液体窒素中に浸漬し、こ
の後室温のエチルアルコール中に直ちに浸漬する熱サイ
クルを５０回繰返した後ヘリウムリーク量を測定した結
果、試験前と同様１０￣１０Ｔｏｒｒ・ｌ／ｓｅｃ　以
下であった。又、油を用いた耐圧破壊試験においても熱
サイクル試験前は１０５０ｋｇｆ／ｃｍ２に対して、五
十回の熱サイクル試験後の耐圧強度は１０４５ｋｇｆ／
ｃｍ２となり、強度低下は全く認められなかった。これ
らの耐圧強度を接合面積で徐した強度は１７ｋｇｆ／ｍ
ｍ２となり、従来技術である有機接着剤により八，九倍
の高い強度が得られる。

【０００８】本発明の他の実施例について以下に説明す
る。熱交換器の構造及び伝熱板とスペーサの材質，形状
は実施例一と同じものを用いた。本実施例では銅製伝熱
板の全面に厚さ３μｍの銀メッキ薄膜を設け、オーステ
ナイト系ステンレス鋼製スペーサの全面に厚さ２μｍの
ニッケルメッキ薄膜を設けた。これらを十分脱脂洗浄し
た後、各々三百枚積層し、かつ上，下にヘッダ６を配置
した後黒鉛製円筒中に挿入した後大気圧アルゴンガス中
で０．０５ｋｇｆ／ｃｍ２　の加圧を加えて８５０℃で
１０分間加熱しろう接を行なった。この接合品について
も実施例一と同様な特性を調べた。その結果、気密性は
熱サイクル試験後でもヘリウムリーク量で１０￣１０Ｔ
ｏｒｒ・ｌ／ｓｅｃ以下であり、熱サイクル試験前後の
耐圧破壊圧力は各々６１７ｋｇｆ／ｃｍ２　と６２０ｋ
ｇｆ／ｃｍ２であり、強度の低下は全く認められなかっ
た。これらの耐圧強度を接合面積で徐した強度は１０ｋ
ｇｆ／ｍｍ２となり、従来技術である有機系接着剤によ
るものより三ないし五倍の高い接合強度が得られる。

【０００９】

【発明の効果】本発明によれば、熱交換器を構成する多
孔伝熱板とスペーサのいずれか一方あるいは両者にろう
材として作用する薄膜を設けた後、これらを積層し加圧
状態で加熱してろう接することにより伝熱性能を損なう
ことなく、強度，気密性及び耐熱衝撃性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】小形ヘリウム液化冷凍機ガス−ガス熱交換器の
断面図。

【図２】熱交換器を構成する多孔伝熱板とスペーサの斜
視図。

【符号の説明】

４…多孔伝熱板、５…スペーサ、６…ヘッダ、７，８…
隔壁。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】通気性の伝熱板とスペーサの積層群を熱交
   換する流体の流路に配置したガス−ガスの熱交換器にお
   いて、前記伝熱板と前記スペーサの少なくとも一方に、
   伝熱板あるいはスペーサの表面粗さ以上で１０μｍ以下
   の両方をろう接するのに好適な薄膜を予め形成したもの
   を積層し、これらを加熱して冶金的に接合したことを特
   徴とする熱交換器の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記伝熱板として多孔
   の通気性の銅板、前記スペーサとしてオーステナイト系
   ステンレス鋼を用いた積層群からなり前記スペーサの全
   面あるいは少なくとも伝熱板と接する部分にニッケル−
   リンの薄膜をメッキあるいはスパッタ等で形成し、これ
   ら伝熱板とスペーサの積層群をニッケル−リン薄膜の固
   相線温度以上に加熱して接合した熱交換器の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１において、多孔の通気性をもつ鋼
   板よりなる伝熱板と、前記スペーサとしてオーステナイ
   ト系ステンレス鋼を用いた積層群からなる熱交換器の伝
   熱板の前記スペーサに接する部分かあるいは全面に銀あ
   るいは銅−銀の薄膜を、一方、前記スペーサは素材その
   ままかあるいはニッケル，銅，銀，銅−銀の薄膜をメッ
   キあるいはスパッタ等で形成し、前記伝熱板と前記スペ
   ーサの積層群を、母材と薄膜の成分より決まる共晶ある
   いは固相線温度以上に加熱して接合した熱交換器の製造
   方法。