JPH06506054A - 溶接された板状フィン型熱交換器及び熱交換器用板状フィンの製造方法 - 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】 溶接された板状フィン型熱交換器及び熱交換器用板状フィンの製造方法以下に説 明する発明は、熱交換器及び熱交換器の部品の技術及び構造の分野に関する。

現在までに開発された熱交換器は、大きな２つのカテゴリーに分類される。つま り、管状の熱交換器と接合又は溶接された板状のフィンのタイプの熱交換器であ る。

いずれのタイプの熱交換器もいくつかの製造メーカーによって製造されている。

操業上の満足のいくものであっても、それぞれのデザインはその有用性と信頼性 を減じてしまうようなある大きな欠点を持ってい志。

管状の熱交換器は効率が低い。このような設計において低い熱交換率を補うには 、熱交換表面の大きな領域が必要となる。これに加えて、環状の熱交換器は重（ 、嵩ぼり、そしてコストが高い。

接合された板状のフィンの熱交換器は、積み重ねられ、形状が整えられ、溝が形 成された板を頂部と底部のケーシングチャンネルの中に、タイロッドで互いに接 続されて配置されている。供給と戻りの流路は、形状の整えられた板を積み重ね て接合することによって作り出されている。このような熱交換器はコンパクトで 良好な熱効率を有している。しかしながら、その信頼性は接合及び搬送される物 の温度と圧力の関数である。また、時効効果のような他の因子も結合の寿命に影 響する。

溶接された板状フィンの熱交換器は利点を持っており、接合された板状フィンの 熱交換器の欠点は有していないが、より高価である。い（っかの設計上の及び製 造上の不利点は残っているが、これらは、それらの製造者により認識されている 。

第１の欠点、つまり、残留応力又は他の応力は、板を必要な形状にするために凍 絞りをすることに起因している。

第２の欠点であるキャビティ（空間）は、板が互いに接合されたり、流体のマニ ホールドに接合された時に起きる。

図１と２は、従来の技術によって溶接された深絞りされた板１と２を示すが、こ こでは、溶接領域３においてキャビティが生じやすい。図３は圧力はよってもた らされた歪を示している。歪はキャビティ４を形成しゃすくするが、これは、そ れ以上に用いられる製造工程に依存するものであることが分っている。最初に押 出し加工され、次に溶接された板は、滞留する塩化物のプールによって腐食が促 進され、最終的にステンレス鋼でできた熱交換器が破壊される。

膨張しようとするストレスは、板状のフィンの熱交換器の第３の欠点である。

溶接された対の板のユニットがコアを形成するために積み重ねられたことを特徴 とする平行六面体又は立方体の熱交換器の場合には、コアの頂部と底部の大きく 翼なる温度によって起こされたストレスは、ケーシング又は箱状の構造体によっ て負荷されている。このケーシング又は糟は、ケーシングの大きさの関数として 変化するコアを置（ための好適温度県件に依存する。温度の差は、個々の板を興 なる割合で膨張させ、それによって徐々にケーシング又は糟を角錐台の形状に歪 める。コアはそこで、一方では温度によって隆起されたストレスに晒され、他方 では濠絞り工程によって引起こされたストレスに晒される。

自己支持型の平行六面体の熱交換器のコアであって、圧力によるストレスを補う ように設計された外側頂部及び底部の大きなケーシング板と、いずれの端部にお いても自己支持型のヘッダに一体となった２つの外側の壁を特徴とするようなコ ア設計を有する場合には、これらの壁は単に部分的に熱移送工程に含まれている にすぎないので他のコアプレートと興なるような温度の熱移動を担うが、対流に よる熱移動の割合は通常熱伝導による熱の移動よりも大きいのて、接触点だけで はヘッダの壁の間の均一な温度を保障するには不充分であり、これによりヘッダ の中で大きなストレスが発生する。

このようなストレスによって、ヘッダやマニホールドの溶接部の失敗や閤れを生 じることがある。

溶接による板状のフィンの熱交換−の４つ目の欠点は、このような熱交換器はＸ 線で透視することができず、また完全に内部に接近することができないからであ る。従うて、特定の供給と戻りの部分、特にコアがケーシングに取り付けられて いる部分は検査することができない。

この発明の目的は、管状の及び溶接した板状フィンの熱交換器におけるこれまで 説明してきたような共通の欠点を回避することである。

この目的は、溶接された板のタイプの効率の良さと、１状の熱交換−の信頼性を 持つコンパクトな熱交ｌ１１ｍ１を設計することである。

さらに別の目的は、その１造工程に起因するようなストレスのないような熱交１ １ｍの設計である。

さらなる別の目的は、完全にＸ線透視が可能で、内部に完全に接近しうるような 設計を得ることである。

さらなる別の目的は、板どうしの間又は板とケーシングの間にキャビティを形成 し樟（いような熱交換−の設計である。

さらなる別の目的は、その循環路の１つを清掃するのが容易であるような高圧用 の熱交換器を設計することである。

この発明の目的は、以下の記載から明らかである。

溶接された板状の熱交換器は、以下の特徴を有する。まず第１に、それは、最初 にレーザにより一緒に溶接され、次に液圧によって拡張させられる２つの板から なるモジーラーコアから形成されている。これに続いて、コアのモジトルの短い 端部が切断され、外側に直角に折り曲げられてフランジが形成される。ここで、 このモジュールは、両端において開いており、−次流体を搬送する長手方向に延 びるチャンネルつまり流路を形成する。並列して配置されたときには、流体Ｂを 搬送するために、二次流体の反対向き流路が形成される。

この発明は、これに続いて以下の特徴を有する。すなわち、個々のコアモジュー ルが、熱交換用のコアを形成するために配列される。この工程は、２つの板をそ の墳界練に沿って及びこれらの−の内側の特定の点において、−緒に合せて溶接 し、続いて板の間にキャビティを液圧による拡張によって形成し、一方、モジュ ールの短い端部を切断して一次流体を循環させるための流路を形成する。短い端 部の工１′）はそこでフランジのように折り返される。モジュールを並列に配置 することによって、二次流体の循環路が形成される。

これらの及び地の視点は、以下の説明によって明らかとなる。

この発明の目的は、単に例示のために、添付する図面を参照しつつ説明される。

図１．２及び３は、従来の熱交換器用板が溶接される線に沿って示す模式図であ り、キャビティの点の位置を示している。

図４は、この発明の製造の原理と、それによってできた熱交換器の模式図である 。

ｆｉ５ｉ１，２つのコアモジエールの板の溶接部を示す模式図である。

図６は、２つの溶接された板が、どのように液圧により分離されて流路を形成す るかを示している。

１！＋７は、短い端部が切断されたコアモジエールの断面図である。

図８は、２つの溶接された板の液圧による拡張の前の状態の正面図である。

図９は、図７のコアモジエールの短い端部のエツジを折り返してフランジが形成 されたところを示す模式図である。

図１０は、いくつかのコアモジトルの構造を示す。

図１１は、２つのコアモジュールが並列に配置された上面図である。

図１２は、この発明によって組み立てられた熱交換器のコアの断面図である。

図１３は、図１２の＾−Ａｌｌに沿った横断面図である。

図１４は、この発明によって設計され、製造された熱交換器の外面図である。

この発明がよりよく理解されるように、以下に、単なる例示のために、添付した 図面を参照しつつ説明がなされる。

従来型の板状のフィンを持っ熱交換器の説明から、製造の原理は、基本的にまず 板状のフィンを成形し、次に適当な点においてそれらを一体に溶接することから なっている。

この発明は、熱交換器の中に組込まれるべき板５，６が、最初に一緒に＃１接さ れることによってコアモジュールＭを構成し、これは次に拡張されて流体流路を 形成する。

図４から１１を参照すると、熱交換器板及び熱交換器の製造工程は以下のとおり であることが分る。

最初に、適当な寸法の長方形の金属板６．６が製造される。

次に、１つの板が他の板の頂部の上に置かれる。

この次の工程は、これらの板の間の溶接部７を設計して、その移送流体及び圧力 に関する要求を満たすような構成を作ることである。これらの溶接部は、ＩＩ（ ７，１＞に沿って、又は点状に（７，２）形成され、これらに沿つて又はおいて 板が一緒にレーザ溶接される。この工程によれば溶接金属が必要とされず、溶接 が幾何的な仕様に沿って行われることが保証される。

これが行われた後、このコアモジュールはその周辺部に沿って溶接され、液圧流 体の導入用開口部９を有するようなスタッド８を含む漏れがない構成を保証する １図５）。

次の工程においては、コアモジュールに空気、オイル、水又は他の適当な流体を スタッドの導入用開口部を通して満たし、周辺部及び内部の溶接点において一緒 に＃接した残りの部分の板の間に、液圧的な拡張操作によってキャビテイを形成 する。

このようにして得られた形状は図４及び６に示されている。

次の工程（図７）は、内側導入用開口部９を有するスタッド８を取り除くことで あり、これは更にそれぞれの短い端部を（図８）、図１〇に示されているような Ｃタイプの形状に沿って切断するためにもとに戻される。それらの板は次に４つ の角において分離させられる。

次の工程は図９に図解されており、直角に交差してコアモジトルを構成する板６ ．６の端部（５，２，６，２）を折り曲げることからなりでいる。このようにし て得られたフランジ（５，３，６，３）及び端部（６）は削られて、コーナーモ ジトルを並列して溶接するように用いられ、これにより一次流路＾とは逆に進む 二次流体循環路Ｂが形成される。

図１０．１１及びそれ以下において示されているように、板５．６からなるモジ エールＭから作成されたコアを円筒状のシェルの中に簡単に取り付けることがで きる。この目的のために、コアモジトルの短い端部（５，１，６，１，図８）を 有する形状は、部分Ｃを並列することによって全てのモジュールが組み立てられ たとき、円筒状のシェルの内部形状と一致する円形状のコアＣＩが得られる（Ｃ １）。

図１２．１３及び１４は、この発明の主題であるコアモジエールＭが熱交換シェ ルの中にいかに配列されるかを示している。このシェルは、フランジ１５又は池 の任意の組み立て方法によってその支持面に対して組み立てられ保持されている １又は２のセクシ嘗ン（部分）の中にある溶接可能な金属からなる長手方向に延 びる本体ｌｌからなる。このシェル本体には、２つの予め準備されたキャップ１ ２．１３がその両端に設けられ、それによって、それぞれ１次流体＾と二次流体 Ｂのための外側（１２，１，１２，２）及び内側のチャンバ＜１３．１，１３． ２）を構成している。流入用の突出部Ａから流入してきた一次流体は、真っ直ぐ に内側のチャンバと熱交換コアを過って反対側の突出部Ａから流出する。二次流 体は、流入用突出部Ｂから熱交換器に入り、外側のチャンバを通過して第１の流 体Ａと逆の向きで熱交換器コアの中に入り、シェルの他方の端部の外側チャンバ を通って流出して、図１０に示されているように、反対側の突出部Ｂを遥って熱 交換器の外へ出る。

この説明されたシステムの利点は明らかで、つまりこれは熱交換器の設計の特徴 であり、従来の管状の及び溶接された板の熱交機器の利点を結合したらである。

開発の目的は全て達成されている。

この熱交換器の設計は多（の地の利用のなかでも、石油化学工業において好適で ある。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．溶接板型熱交換器であって、複数の対になった板（５，６）のモジュール（ Ｍ）を有し、線（７，１）に沿って及び点（７，２）によって限定きれた４つの 全ての端部においてレーザ溶接きれたコアを有し、この板は、溶接部の間に設計 上のパラメータによって要求きれる流体流路を形成するように液圧によって分離 されていることを特徴とし、 そしてさらに、モジュールの短い側の端部は外側に直角に折り曲げられてモジュ ールを並列して溶接するために用いられるフランジを形成することを特徴とし、 そしてきらに、モジュールＭの端部のそれぞれが円形部分Ｃを形成し、それによ って、組み立てられた時に、熱交換シェルと一致する円形状の熱交換コア１を形 成することを特徴とし、 きらに、この対の板のモジュールの溶接された短い端部が切断きれて液圧による 拡張の後に開口した一次流体流路を形成きれており、この対の板のモジュールは 、次に並列に溶接きれて第２の流体流路Ｂを形成することを特徴とする。
2. ２．請求の範囲１の溶接板型熱交換器であって、板５，６は最初にその短い端部 に突出部８を有し、これには、液圧流体のための流入口９を設けることができる ようになっていることを特徴とする。
3. ３．請求の範囲１又は２の溶接板型熱交換器であって、板（５，６）の間の接続 領域（７）は最初に境界線（７．１）と、これらの線の内側の点（７．２）を有 し、一方、溶接の後には接続領域は、一緒に溶接された板の長手側端部に沿って 、及び接続点（７．２）に位置することを特徴とする。
4. ４．請求の範囲１ないし３のいずれかの溶接板型熱交換器であって、最終的に組 み立てられた対の板５，６からなるモジュール（Ｍ）からなるコアを収容し、か つそれぞれの端部に２つの事前成形きれたキャップ（１２，１３）を有するよう に設計された長手方向のシェル（１１）からなり、このキャップは１つの内側チ ャンバ及びもう１つの外側チャンバ（１２．１，１２．２），（１３．１，１３ ．２）を有し、前者は一次流体（Ａ）を搬送し、後者は二次流体（Ｂ）を搬送し 、流入口Ａから熱交換器に入った一次流体は内側チャンバ（１２．１）を真っ直 ぐに通過し、組み立てられたモジュールの一次流体流路は内側チャンバ（１３． １）を通過した後に反対側の端部の出口Ｂにおいて外へ開口し、一方、第２の流 体は入口Ｂから熱交換器の中に入り、外側チャンバ（１２．２）を通って一次流 体Ａに対して逆に流れ、組み立てられたコアモジュールを横切り、外側チャンバ （１３．２）を通って外へ流出し、Ａと反対の出口Ｂから熱交換器の外へ排出さ れることを特徴とする。
5. ５．溶接板型熱交換器の製造方法であって、複数の対の板（５，６）からなるモ ジュール（Ｍ）が、熱交換シェルの中に取り付けるように設計されたコアの中に 組込むように構成きれることを特徴とし、この方法は、漏れのない緊密な構造を 得るために端部の回りの接続溶接線に沿って、また、その境界の内側の特定の点 において２つの板を一緒にレーザ溶接することからなり、きらに、板（５，６） は初めに、突出部分（８）、液圧流体の流入開口部（９）を有することを特徴と し、 きらに、２つの溶接きれた板が、溶接部の間において液圧により膨張されて流体 の流路を形成することを特徴とし、 きらに、このようにして形成されたモジュールの短い側の突出部を有する端部が 切断きれて、いずれの側においても開口する流体の流路を形成することを特徴と し、 きらに、溶接きれた短い端部の端を取り除いた後に残る端部が直角に折り曲げら れてフランジを形成し、このフランジは並列して置かれたときに二次流体流路を 形成し、これに続いて短い端部は、組立てられたときにモジュールが熱交換用の シェルと対応する円形状の熱交換用のコア（Ｃ１）を形成する。