JPH11325763A - 積層式熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性と歩留まりの向上および低コスト化を
図る。 【解決手段】 流路または貫通孔をプレス加工によりス
リット状に形成した第１の流路プレート４、隔壁プレー
ト５、第２の流路プレート６及び同じ隔壁プレート５
を、この順に複数組積層して一体構造をなす積層式熱交
換器において、第１および第２の流路プレート４および
６の両面にロウ材となる鍍金を施すとともに、各プレー
トのバリ方向が一致するように積層し、密着した状態で
加熱することにより一体化接合を行う。これによって、
バリ同士の当接による接合部の密着性の悪化が回避され
るとともに、プレート間の接合が鍍金を用いたロウ付け
により確実に保証される。そして歩留まりに優れ、信頼
性の高い積層式熱交換器を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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
交換器の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、熱交換器の小型・軽量化を目的と
して、図６に示すような積層式熱交換器が提案されてい
る。図６は積層式熱交換器の内部の構成が説明できるよ
うに、一部を分解して示したものである。

【０００３】熱交換流体Ａはエンドプレート４１の入口
管４２よりヘッダー４３へ流入する。ヘッダー４３は、
各プレート（第１の流路プレート４４、隔壁プレート４
５、第２の流路プレート４６、隔壁プレート４５）を多
数積層することにより形成される空間で、出入口管と流
路を結んでいる。ヘッダー４３に流入した熱交換流体Ａ
は第１の流路プレート４４に形成されたスリット状の流
路４７に入る。流路４７の側部には支持部４８がある。
支持部４８は一体化接合した際に内部の圧力を支える部
分となる。熱交換流体Ａは流路４７を流れて再びヘッダ
ー４９に集められ、出口管５０より流出する。一方、熱
交換流体Ｂは、入口管５１よりヘッダー５２に流入し、
第２の流路プレート４６に形成されたスリット状の流路
５３に入る。流路５３の側部にも支持部５４がある。流
路５３を流れた熱交換流体Ｂはヘッダー５５で集めら
れ、出口管５６より流出する。熱交換流体Ａ、Ｂの隔壁
となる隔壁プレート４５には、積層時にヘッダー４３、
４９、５２、５５を形成する貫通孔が設けられている。
これらのプレートを、エンドプレート４１および５７の
間に、各プレート４４、４５、４６、４５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。流路４
７を流れる熱交換流体Ａは、上下に位置する２つの隔壁
プレート４５を介して、流路５３を流れる熱交換流体Ｂ
と熱交換を行うことになる。

【０００４】このような積層式熱交換器の接合方法とし
ては、拡散溶接やロウ付け、特開平１−１４５９５号公
報に開示されているような接着が用いられる。拡散溶接
は、真空内でプレート材質の融点より少し低い温度まで
昇温し加圧するもので、接触面の材料同士の拡散によっ
て一体化するものである。また、ロウ付けは、接合面に
母材よりも融点の低いロウ材を塗布し、その融点以上ま
で昇温するもので、溶融したロウ材の母材への拡散によ
って一体化するものである。一方、接着は接合面にエポ
キシ系等の接着剤をシルクスクリーンプロセスの印刷方
法により塗布し、加熱硬化処理を行うものである。

【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、以下のような課題が生
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、加圧のために大型な設備が必要とな
り、量産性に乏しく、低コスト化が困難となる。また、
接着を用いて行う場合、接合部の耐圧性や耐熱性等の信
頼性に乏しく、熱交換器の使用圧力や温度に著しい制限
がある。

【０００７】さらに、ロウ付けを用いて行う場合、ロウ
材を塗布したプレート間の密着性が悪いと、接合部に隙
間が生じ、熱交換流体の漏れの原因となりやすい。例え
ば、流路プレートや隔壁プレートに設けられた流路やヘ
ッダーは、通常プレス加工により形成されるため、その
端部にはプレス方向に応じたバリが形成される。各プレ
ートを積層する際、接合部においてバリ同士が当接する
と、その密着性が著しく損なわれ、ロウ付け不良の原因
となりやすいという課題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、流路やヘッダーを形成された流路プレート
および隔壁プレートを積層する際、プレス加工により発
生するバリの突出方向が一致するように積層する。

【０００９】したがって、各プレートを接合する際、バ
リ同士の当接による接合部の密着性の悪化が回避される
ため、信頼性の高い積層式熱交換器を提供することがで
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１は、スリット状
の穴を有する複数の流路プレートと、この複数の流路プ
レートの間に設けられ熱交換流体の隔壁をなす複数の隔
壁プレートとから前記熱交換流体の流路を形成した積層
式熱交換器であって、前記流路プレートおよび隔壁プレ
ートがプレス加工してなるものであり、さらにプレス加
工により発生するバリの突出方向が一致するように積層
するものである。

【００１１】したがって、各プレートを積層して接合す
る際、バリ同士の当接による接合部の密着性の悪化が回
避されるため、信頼性の高い積層式熱交換器を提供する
ことができる。

【００１２】本発明の請求項２は、スリット状の穴を有
する複数の流路プレートと、この複数の流路プレートの
間に設けられ熱交換流体の隔壁をなす複数の隔壁プレー
トとから前記熱交換流体の流路を形成した積層式熱交換
器であって、前記流路プレートおよび隔壁プレートがプ
レス加工してなるものであり、前記流路プレートの両面
に鍍金を施し、さらにプレス加工により発生するバリの
突出方向が一致するように前記各プレートを積層し、密
着した状態で加熱することにより接合を行うものであ
る。

【００１３】したがって、請求項１の効果に加え、プレ
ート間の接合が鍍金を使用したロウ付けにより確実に保
証され、信頼性の高い積層式熱交換器を提供することが
できる。

【００１４】本発明の請求項３は、スリット状の穴を有
する複数の流路プレートと、この複数の流路プレートの
間に設けられ熱交換流体の隔壁をなす複数の隔壁プレー
トとから前記熱交換流体の流路を形成した積層式熱交換
器であって、前記流路プレートおよび隔壁プレートがプ
レス加工してなるものであり、前記流路プレートおよび
前記隔壁プレートのバリの突出方向ではない面にペース
ト状のロウ材を塗布し、さらにプレス加工により発生す
るバリの突出方向が一致するように前記各プレートを積
層し、密着した状態で加熱することにより接合を行うも
のである。

【００１５】したがって、プレート間の接合がペースト
ロウを使用したロウ付けにより確実に保証される。さら
に、比較的安価なペーストロウを使用するため、低コス
ト化が図れるとともに、各プレートのバリの突出してい
ない面にロウ材を塗布するため、塗布の均一性や印刷工
程におけるマスク等の治具のダメージが低減され、信頼
性の向上が実現される。

【００１６】本発明の請求項４は、請求項３に加えて、
ペースト状のロウ材の塗布厚を流路プレートの板厚の１
０％以上とするものである。

【００１７】この条件で製造することにより、バリによ
り接合部に形成される隙間に十分なロウ材が供給される
ため、接合部のボイドの発生を防止することができる。

【００１８】本発明の請求項５は、請求項３に加えて、
ペースト状のロウ材の塗布幅を流路プレート各部の接合
幅の９０％以下とするものである。

【００１９】この条件で製造することにより、各プレー
トを積層する時に、塗布されたロウ材とバリとの接触を
回避することができる。したがって、積層時のバリによ
るロウ材の擾乱を低減し、塗布の均一性が保たれるた
め、接合の信頼性が向上される。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を用い
て説明する。

【００２１】（実施例１）図１は本発明の実施例１の積
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、一部を分解し
て示している。

【００２２】熱交換流体Ａはエンドプレート１に設置さ
れた入口管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、５を積層したとき、各々に
設けた流路７、貫通孔３ａおよび３ｂにより形成される
空間で、出入口管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は第１の流路プレート４に形成され
たスリット状の流路７に入る。流路７の側部には支持部
８がある。この支持部８は積層した際に内部の圧力を支
える部分となる。流路７を流れた熱交換流体Ａはヘッダ
ー９に集められ、出口管１０より流出する。ヘッダー９
も同様に、各プレート４、５、６、５を積層したとき、
各々に設けた流路７、貫通孔９ａおよび９ｂにより形成
される空間である。

【００２３】一方、熱交換流体Ｂは、入口管１１よりヘ
ッダー１２に流入し、第２の流路プレート６に形成され
たスリット状の流路１３に入る。流路１３の側部には同
様に支持部１４がある。流路１３を流れた熱交換流体Ｂ
はヘッダー１５で集められ、出口管１６より流出する。
ここで、第１の流路プレート４には貫通孔１２ａおよび
１５ａが、隔壁プレート５には貫通孔１２ｂおよび１５
ｂが設けられており、積層時にヘッダー１２、１５を形
成する。これらのプレートを、４、５、６、５の順で多
数積層し、上下両面にエンドプレート１および１７を積
層して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とは外部に漏
れることなく、ヘッダーおよび流路を流れることが可能
となる。この時、流路７を流れる熱交換流体Ａは、その
上下に位置する２つの隔壁プレート５を介して、流路１
３を流れる熱交換流体Ｂと熱交換を行うことになる。

【００２４】次に、このような積層式熱交換器の製造方
法について具体的に説明する。図２は、図１に示した積
層式熱交換器の矢印ＣＣにおける断面を示しており、積
層時のロウ材の塗布状態をわかりやすく示したものであ
る。

【００２５】上下のエンドプレート１および１７の間
に、ロウ材２１および２２に示す鍍金層を全面に施した
第１および第２の流路プレート４および６が、隔壁プレ
ート５を介して、順次積層されている。第１の流路プレ
ート４、第２の流路プレート６、隔壁プレート５への流
路７および１３、貫通孔３ａ、３ｂ、９ａ、９ｂの加工
は、量産性を考慮して、プレス加工により行われる。こ
のように流路や貫通孔が形成された第１および第２の流
路プレート４および６に対して、その表面に鍍金加工が
施される。さらに、全てのプレートは、図中に矢印で示
した方向にプレス加工により形成されたバリ方向が一致
するように、積層されている。

【００２６】本実施例の鍍金は、ニッケルとリンを主成
分とし、リン成分の濃度を８〜１４％とするものであ
る。これは通常、無電解鍍金法または電気鍍金法により
行われる。このとき、第１および第２の流路プレート４
および６、隔壁プレート５の材質としては、例えば、ス
テンレス系の材料が望ましい。

【００２７】このように鍍金を施された各プレートを積
層し、密着した状態で加熱することにより一体化接合を
行う。このとき、プレス加工された各プレートが、その
バリ方向を一致させるように積層されているため、バリ
同士の当接による接合部の密着性の悪化が回避されると
ともに、プレート間の接合が鍍金を使用したロウ付けに
より確実に保証される。

【００２８】したがって、流路または貫通孔をプレス加
工によりスリット状に形成した第１の流路プレート４、
隔壁プレート５、第２の流路プレート６を、４、５、
６、５の順に複数組積層して一体構造をなす積層式熱交
換器に対して、第１および第２の流路プレート４および
６の両面にロウ材となる鍍金を施すとともに、各プレー
トのバリ方向が一致するように積層し、密着した状態で
加熱することにより一体化接合を行うため、バリ同士の
当接による接合部の密着性の悪化が回避されるととも
に、プレート間の接合が鍍金を用いたロウ付けにより確
実に保証される。したがって、歩留まりに優れ、信頼性
の高い積層式熱交換器を提供することができる。

【００２９】なお、各プレートの材質が脱酸銅等の銅系
材料である場合は、鍍金として例えば銀を主成分とした
ものを使用すればよい。

【００３０】（実施例２）次に、本発明の積層式熱交換
器の製造方法の実施例２について説明する。なお、熱交
換器としての構成は、実施例１と同様であるため、ここ
では説明を省略する。図３は、図１に示した積層式熱交
換器の矢印ＣＣにおける断面を示しており、積層時のロ
ウ材の塗布状態をわかりやすく示したものである。

【００３１】上下のエンドプレート１および１７の間
に、上面のみにロウ材を塗布した第１および第２の流路
プレート４および６が、同じく上面のみにロウ材を塗布
した隔壁プレート５を介して、順次積層されている。第
１の流路プレート４、第２の流路プレート６、隔壁プレ
ート５への流路７および１３、貫通孔３ａ、３ｂ、９
ａ、９ｂの加工は、量産性を考慮して、プレス加工によ
り行われる。さらに、全てのプレートは、図中に矢印で
示した方向に、プレス加工により形成されたバリ方向が
一致するように積層されている。

【００３２】ロウ材としては、パウダー状のロウ材にバ
インダを配合させたペーストロウを用いる。ペーストロ
ウの塗布は、例えばシルクスクリーンプロセスの印刷方
法により、塗布用のマスクを用いて行う。本実施例で
は、第１の流路プレート４と略同一形状の開口部を有す
るマスクにより、第１の流路プレート４およびその下に
位置する隔壁プレート５の上面にロウ材２３および２４
を塗布する。ここで、ロウ材の塗布は、各プレートのプ
レス加工によるバリの突出方向とは異なる面（上面）に
対して行う。同様に、第２の流路プレート６と略同一形
状の開口部を有するマスクにより、第２の流路プレート
６およびその下に位置する隔壁プレート５の上面にロウ
材２５および２６を塗布する。このようにロウ材を塗布
された各プレートを積層し、密着した状態で加熱するこ
とにより一体化接合を行う。

【００３３】したがって、プレート間の接合がペースト
ロウを使用したロウ付けにより確実に保証される。さら
に、比較的安価なペーストロウを使用するため、低コス
ト化が図れるとともに、各プレートのバリの突出してい
ない面にロウ材を塗布するため、塗布の均一性や印刷工
程におけるマスク等の治具のダメージが低減され、信頼
性の向上が実現される。

【００３４】なお、ロウ付けによる接合性を十分に確保
するためには、ペーストロウを十分かつ均一に塗布する
必要がある。図４に示すように、第１の流路プレート４
および隔壁プレート５の下面には、プレス加工により形
成されたバリが存在する。このバリの高さは、一般にプ
レートの板厚の５〜１０％程度とされている。そこで、
ロウ材２３および２４の塗布厚を、第１の流路プレート
４および隔壁プレート５の板厚の１０％以上とし、バリ
高さよりも大きくする。各プレートを積層した場合、図
５に示すように、例えば第１の流路プレート４下面のバ
リが、隔壁プレート５の上面に直接当接することが回避
される。したがって、この条件で製造することにより、
バリにより接合部に形成される隙間に十分なロウ材が供
給されるため、接合部のボイドの発生を防止することが
できる。

【００３５】また、図４において、ロウ材２３および２
４の塗布幅を第１の流路プレート４の接合幅の９０％以
下とする。この条件で製造することにより、ロウ材を塗
布した各プレートを積層する時に、例えば隔壁プレート
５の上面に塗布されたロウ材２４と第１の流路プレート
４下面のバリとの直接的な接触を回避することができ
る。したがって、積層時のバリによるロウ材の擾乱を低
減し、塗布の均一性が保たれるため、接合の信頼性が向
上される。

【００３６】したがって、流路または貫通孔をプレス加
工によりスリット状に形成した第１の流路プレート４、
隔壁プレート５、第２の流路プレート６を、４、５、
６、５の順に複数組積層して一体構造をなす積層式熱交
換器に対して、流路プレートおよび隔壁プレートのバリ
の突出方向ではない面にペースト状のロウ材を塗布し、
さらにプレス加工によるバリの突出方向を一致させて積
層し、密着した状態で加熱することにより接合を行うた
め、プレート間の接合がペーストロウを使用したロウ付
けにより確実に保証される。さらに、比較的安価なペー
ストロウを使用するため、低コスト化が図れるととも
に、各プレートのバリの突出していない面にロウ材を塗
布するため、塗布の均一性や印刷工程におけるマスク等
の治具のダメージが低減され、信頼性の向上が実現され
る。

【００３７】また、ペースト状のロウ材の塗布厚を流路
プレートの板厚の１０％以上とすることにより、バリに
より接合部に形成される隙間に十分なロウ材が供給され
るため、接合部のボイドの発生を防止することができ
る。

【００３８】さらに、ペースト状のロウ材の塗布幅を流
路プレート各部の接合幅の９０％以下とすることによ
り、各プレートを積層する時に、塗布されたロウ材とバ
リとの接触を回避することができる。したがって、積層
時のバリによるロウ材の擾乱を低減し、塗布の均一性が
保たれるため、接合の信頼性が向上される。

【００３９】なお、実施例２で用いるロウ材としては、
例えば各プレートの材質がステンレスである場合はＮｉ
系のロウ材を使用し、銅系の場合は銀あるいはリン銅系
のロウ材を使用することが望ましい。

【００４０】また、実施例１および２では、隔壁プレー
ト５は全て同一形状の貫通孔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。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
は、スリット状の穴を有する複数の流路プレートと、こ
の複数の流路プレートの間に設けられ熱交換流体の隔壁
をなす複数の隔壁プレートとから前記熱交換流体の流路
を形成した積層式熱交換器であって、前記流路プレート
および隔壁プレートがプレス加工してなるものであり、
さらにプレス加工により発生するバリの突出方向が一致
するように積層するので、バリ同士の当接による接合部
の密着性の悪化が回避されるため、信頼性の高い積層式
熱交換器を提供することができる。

【００４２】本発明の請求項２は、スリット状の穴を有
する複数の流路プレートと、この複数の流路プレートの
間に設けられ熱交換流体の隔壁をなす複数の隔壁プレー
トとから前記熱交換流体の流路を形成した積層式熱交換
器であって、前記流路プレートおよび隔壁プレートがプ
レス加工してなるものであり、前記流路プレートの両面
に鍍金を施し、さらにプレス加工により発生するバリの
突出方向が一致するように前記各プレートを積層し、密
着した状態で加熱することにより接合を行うので、さら
にプレート間の接合が鍍金を使用したロウ付けにより確
実に保証され、信頼性の高い積層式熱交換器を提供する
ことができる。

【００４３】本発明の請求項３は、スリット状の穴を有
する複数の流路プレートと、この複数の流路プレートの
間に設けられ熱交換流体の隔壁をなす複数の隔壁プレー
トとから前記熱交換流体の流路を形成した積層式熱交換
器であって、前記流路プレートおよび隔壁プレートがプ
レス加工してなるものであり、前記流路プレートおよび
前記隔壁プレートのバリの突出方向ではない面にペース
ト状のロウ材を塗布し、さらにプレス加工により発生す
るバリの突出方向が一致するように前記各プレートを積
層し、密着した状態で加熱することにより接合を行うの
で、プレート間の接合がペーストロウを使用したロウ付
けにより確実に保証されるとともに、比較的安価なペー
ストロウを使用するため、低コスト化が図れる。さら
に、各プレートのバリの突出していない面にロウ材を塗
布するため、塗布の均一性や印刷工程におけるマスク等
の治具のダメージが低減され、信頼性の向上が実現され
る。

【００４４】本発明の請求項４は、請求項３に加えて、
ペースト状のロウ材の塗布厚を流路プレートの板厚の１
０％以上とするので、バリにより接合部に形成される隙
間に十分なロウ材が供給されるため、接合部のボイドの
発生を防止することができる。

【００４５】本発明の請求項５は、請求項３に加えて、
ペースト状のロウ材の塗布幅を流路プレート各部の接合
幅の９０％以下とするので、各プレートを積層する時
に、塗布されたロウ材とバリとの接触を回避することが
できる。したがって、積層時のバリによるロウ材の擾乱
を低減し、塗布の均一性が保たれるため、接合の信頼性
が向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の積層式熱交換器の分解斜視
図

【図２】同熱交換器の分解要部断面図

【図３】本発明の実施例２の積層式熱交換器の分解要部
断面図

【図４】（ａ）同熱交換器の第１の流路プレートの部分
要部断面図（ｂ）同熱交換器の隔壁プレートの部分要部
断面図

【図５】同熱交換器の隣り合うプレートが接合された状
態を示す部分要部断面図

【図６】従来の積層式熱交換器の分解斜視図

【符号の説明】

４ 第１の流路プレート ５ 隔壁プレート ６ 第２の流路プレート ２１、２２ ロウ材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 隆仁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スリット状の穴を有する複数の流路プレー
   トと、この複数の流路プレートの間に設けられ熱交換流
   体の隔壁をなす複数の隔壁プレートとから前記熱交換流
   体の流路を形成した積層式熱交換器であって、前記流路
   プレートおよび隔壁プレートがプレス加工され、このプ
   レス加工により発生するバリの突出方向が一致するよう
   に積層された積層式熱交換器。
2. 【請求項２】スリット状の穴を有する複数の流路プレー
   トと、この複数の流路プレートの間に設けられ熱交換流
   体の隔壁をなす複数の隔壁プレートとから前記熱交換流
   体の流路を形成した積層式熱交換器であって、前記流路
   プレートおよび隔壁プレートがプレス加工され、前記流
   路プレートの両面に鍍金を施すと共に、前記プレス加工
   により発生するバリの突出方向が一致するように前記各
   プレートを積層し、かつ密着した状態で加熱することに
   より接合を行う積層式熱交換器の製造方法。
3. 【請求項３】スリット状の穴を有する複数の流路プレー
   トと、この複数の流路プレートの間に設けられ熱交換流
   体の隔壁をなす複数の隔壁プレートとから前記熱交換流
   体の流路を形成した積層式熱交換器であって、前記流路
   プレートおよび隔壁プレートがプレス加工され、前記流
   路プレートおよび前記隔壁プレートのバリの突出方向で
   はない面にペースト状のロウ材を塗布すると共に前記プ
   レス加工により発生するバリの突出方向が一致するよう
   に前記各プレートを積層し、密着した状態で加熱するこ
   とにより接合を行う積層式熱交換器の製造方法。
4. 【請求項４】ペースト状のロウ材の塗布厚が流路プレー
   トの板厚の１０％以上である請求項３記載の積層式熱交
   換器の製造方法。
5. 【請求項５】ペースト状のロウ材の塗布幅が、流路プレ
   ート各部の接合幅の９０％以下である請求項３記載の積
   層式熱交換器の製造方法。