JPS61153500A - 板形熱交換器 - Google Patents

板形熱交換器

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JPS61153500A
JPS61153500A JP60287620A JP28762085A JPS61153500A JP S61153500 A JPS61153500 A JP S61153500A JP 60287620 A JP60287620 A JP 60287620A JP 28762085 A JP28762085 A JP 28762085A JP S61153500 A JPS61153500 A JP S61153500A
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/355—Heat exchange having separate flow passage for two distinct fluids
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    • Y10S165/384—Thermally bonded side edges
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49366—Sheet joined to sheet

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】 （産業上の利用分野） 本発明は板形熱交換器に係る。
（従来の技術） 在来の板形熱交換器は、複数枚の板を重ね合わせ、隣り
合った板間に継手を介在させ、２枚の板間に形成される
空間すなわち間隙を流体人口コレクタ及び流体戻りコレ
クタに接続させるためにその継手を一部開放させること
によって作られている。既知の態様で、一つ置きの空間
は第１の流体を移送する入口及び戻りコレクタに接続さ
れ、他の一つ置きの空間は第２の流体を移送する入口及
び戻りコレクタに接続されている。本明細書で用いられ
ている流体なる用語は総ての形式の液体及び気体を含む
べく意図されている。２種類の流体は、板間の空間を流
れている間に板を介して熱エネルギを交換するようにな
っている。
上記継手が存在しているがために、このような熱交換器
の利用分野が限定されてしまい、特に温度、圧力、及び
腐食性流体（酸）あるいは溶剤のごとき成る種の流体に
関して利用分野が制限されてしまう。
また、複数枚の板を重ね合わされた状態に保っておくた
めには、重ね合わせ体の両端に支持板部材を備えて、熱
交換器板の周部に配分された連結部材によってそれら支
持部材を互いに結合させることが絶対的に必要である。
そして、支持板部材及び連結部材の抵抗力すなわち強度
は、熱交換器を流れる２つの流体の最大圧力によって定
められている。
継手の存在を回避するために、複数枚の板をそれらの周
部で互いに溶接するという解決策が既にいくつか提案さ
れている。
第１解決策の場合、各板をそれの２つの対向縁部に沿っ
て隣りの板に溶接し、また、他の２つの対向縁部に沿っ
てもう１つの隣りの板に溶接し、それにより、隣り合っ
た板間の間隙に、互い交差した方向に流体が必ず流れな
ければならないようにしている。
第２の解決策の場合、流体が互いに平行に流れるのを可
能にするため、まず最初に複数枚の板を、少な（とも２
つの対向縁部で溶接して複数の対に形成し、こうして形
成された複数の対をハウジング構造体の内側で部分けし
直し、そのハウジング構造体を、単に帯材を密閉するこ
とによって構成し、その帯材の一方の側部を、同じ縁部
に沿って一つの対の板に溶接するとともにその帯材の他
方の側部を、任意なことではあるがその一つの対の板に
隣接した別の対の板に溶接するようになっている。
（発明が解決しようとする問題点） 上記第２の解決策の場合、溶接シームの数が非常に増大
し、いくつかの溶接シームはしばしば重なってしまい、
コストは別にしても、板に近接した部分の金属に冶金学
的ゆがみが生ずる。また、溶接部が損傷した場合、密閉
帯材のいくつかを予め取り除かないで修理を行うことは
非常に困難である。更に、成る部分では、熱交換器の板
による金属と溶接金属とが積み重なってしまい、そのた
め、熱交換器が熱膨張差に耐えられな（なってしまう。
本発明の目的、は、上述した問題点を解決することがで
きる板形熱交換器を提供することである。
（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、間に空間を画成している複数枚の並置
された金属製の板を有し、該空間のうちの一つ置きの空
間は第１の流体の流れを受容するとともに他の空間は該
第１の流体の流れに対し実質上平行をなす第２の流体の
流れを受容するようになっており、前記第１及び第２の
流体のための入口オリフィスまたは出口オリフィスを備
えた状態で、前記板の各々は線板の周部において、線板
に隣り合った２枚の板に密封状態に接合されており、前
記複数枚の板は直線状のシーム溶接によって対にされて
おり、該シーム溶接は各対の板の両端部において施され
ている板形熱交換器において、各対の板のうちの少なく
とも一方の板には前記両端部のうちの少なくとも一方の
端部の所に、前記シーム溶接に近接してフランジが備え
られており、該フランジは実質上直角に曲げられている
とともに、該フランジの自由縁部の直線状の溶接により
、隣りの対の板に向い合っている板に接合されているこ
とを特徴とする板形熱交換器によって上記目的を達成す
ることができる。
以下、添附図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。
（実施例） 本発明実施例による板形熱交換器は、並置されたほぼ矩
形の金属製の板の重ね合わせ体で構成され、第１図には
６枚のそのような板（１０）、　　（１１）（１２）　
、　　（１３）　、　　（１４）及び（１５）が示され
ており、それら板のうちの数枚は、用いられている特殊
な組付は方法を強調するために断面で示されている。
まず初めに、板は複数の対（１０）　−（１１）　。
（１２）　−（１３）及び（１４）　−（１５）をなし
て組付けられていることに注目されたい。
第１の対（１０）−（１１）はそれの前方縁部までが示
され、それに対し他の２つの対は異なる垂直面で断面し
て示されている。
各対の板の間には参照符号Ａで示された空間が画成され
ており、隣り合った対と対との間には参照符号Ｂで示さ
れた空間が画成されている。従来から知られている通り
、空間Ａは第１の流体の流れを受容するべく設計され、
また、空間Ｂは第２の流体の流れを受容するべ（設計さ
れ、その第１の流体と第２の流体との間で板を介して熱
を確実に交換させるようになっている。
各板の周部を、その板に隣り合った２枚の板に密封した
状態で接合させることにより、空間Ａ及びＢの少なくと
も頂部及び底部は密閉されている。
例えば（１４）　−（１５）で示される一対の板の上端
の一部及び下端の一部は直線状の溶接シーム（１６）及
び（１７）によって一体に溶接されている０本発明実施
例によれば、その溶接は、例えば後述するごときコンタ
クトホイール（ｃｏｎｔａｃｔ賀ｈｅｅｌ　）を用いて
電気シーム溶接法により施されている。
板にはその板の上縁部及び下縁部の所で互いに接合され
且つほぼ直角に曲げられたフランジ（１８）（１９）　
、　　（２０）　、　　（２１）が備えられ、これらフ
ランジにより、複数の対の板が互いに結合され得るよう
になっている。
図示実施例においては、複数の対の板は並置して組立て
られていて、第１の対の板（１４）　−（１５）のうち
の一方の板（１４）のフランジ（２０）　、　　（２１
）が、隣りの対の板（１２）　−（１３）のうちの、そ
の板（１４）に向い合っている板（１３）のフランジ（
２２）　、　　（２３）に対し、縁と縁とが対向した状
態に置かれており、フランジ（２０）と（２２）及びフ
ランジ（２１）と（２３）が、例えばアーク溶接法を用
いた直線状の溶接シームによって互いに溶接されるよう
になっている。
第１図に示されているごとく、１つの対の２枚の板（１
０）　−（１１）もそれらの前方縁部（２４）に沿って
、電気シーム溶接あるいはアークシーム溶接によって互
いに溶接されている。
当然のことながら、それら板（１０）　−（１１）の後
方縁部も互いに溶接されているのだが、便宜上その溶接
部は図示されていない。
空間Ａに対して流体を流入または流出させるためのオリ
フィスは、上縁の溶接シーム（１６）及び下縁の溶接シ
ーム（１７）を中断させた形で備えられている。そして
、第１図には前方縁部（２４）に隣接して上方シーム（
１６）の所に備えられた１つのオリフィス（２５）だけ
が図示されており、他のもう１つのオリフィスは図示さ
れていないが、後方縁部に隣接して上方シーム（１６）
あるいは下方シーム（１７）の所に置かれている。
複数の対の板の前端部及び後端部にはフランジが備えら
れておらず、従って複数の対の板間には自由開口が形成
され、これら自由開口により、空間Ｂを通って流れる流
体のための入口オリフィス及び出口オリフィスが構成さ
れている。
第１図に示された実施例の場合、板には複数の凹み（２
６）が備えられており、これら凹み（２６）は板の面に
ほぼ規則正しく分布され、この凹み（２６）は次の３つ
の機能を果たしている。
第１に、１つの対の２枚の板（１２）　−（１３）を組
立てる際、これらの板に備えられている凹み（２６）は
互いに接触せしめられ、これにより、空間Ｂ内の流体圧
が空間Ａの流体圧を越えた場合でも、空間Ａは一定の幅
に保たれる。
第２に、凹みの底にスポット溶接を施すことによって２
枚の坂を互いに溶接することにより、上記とは逆に空間
Ａ内の流体圧が空間Ｂ内の流体圧を越えた場合でも、２
枚の坂が引き離されるのが防止される。
第３に、凹みは空間Ｂを流れる流体の流れに対する障害
物を形成し、それによって生ぜしめられる乱流により、
流体と板との間の熱交換作用が向上される。
上記の凹みは図示されているごとく規則正しく配列され
ていてもよいが、千鳥足状に配列されていてもよく、あ
るいは任意所定の形状・に配置されていてもよい。
第２図から第７図には板の成形及び組立て手順が示され
ており、それら第２図から第７図では板は断面で概略図
示されている。
第２図に示されている分離された板（１０）を、凹み（
２６）をスタンピング加工し、フランジ（１８）（１９
）を直角に曲げることにより、在来の方法で作る。
次いで、第３図に示されているごとく、凹み（２６）の
底にスポット溶接を施すことにより板（１０）を第２の
板（１１）に組付ける。
次いで、第４図に示されているコンタクトホイール（２
８）　、　　（２９）を用いた電気溶接により、フラン
ジの基部に近接した所に溶接シーム（１６）　。
（１７）を作る。ここで注目すべきことは、最初は第３
図に示されているごとく互いに成る距離だけ離れていた
板が、コンタクトホイールの圧力を受けて強制的に密着
した状態にされることである。
これは、板を薄いものとすることにより、また、板間の
距離を小さくすることにより可能にされていることであ
り、こうすることにより、板を予め合致させる作業を回
避することができる。
次いで、第１の対の板（１０）　−（１１）を、上述し
たごとき方法で作られた第２の対の板（１２）　−（１
３）に組付ける。すなわち、第５図に示されるように、
隣り合った対のフランジ相互を並置し、例えばアーク溶
接法によって直線状の溶接シームを作る。
こうして、所望の熱交換器を得るのに必要とされる数の
対の板を組付ける。
組付けられた板は一体の組立体を形成し、空間Ａ及びＢ
を夫々流れる流体のための入口コレクタ及び出口コレク
タをその一体の組立体に結合させる。
第８図に示されているごとく、矩形流路を形成するコレ
クタ（３０）は熱交換器板の前端の周囲に溶接されてい
る。それら熱交換器板の後端の周囲には図示されていな
いが同様のコレクタが溶接されており、これら両方のコ
レクタが空間Ｂを流れる流体を移送するべく作用する。
半円筒状のコレクタ（３２）は、空間Ａを流れる流体の
ために備えられた総てのオリフィス（２５）を覆うよう
に、板組立体の端から端まで横切ってその板組立体に溶
接されている。
コレクタ（３２）の（第８図に示された実施例の場合の
）前方縁部はコレクタ（３０）の上面に溶接され、また
、そのコレクタ（３２）の後方縁部は、熱交換器板の連
続して置かれているフランジによって形成された、完全
な平面ではないがほとんど連続している面に溶接されて
いる。好ましくはこれらの溶接は、必要とされる密封性
を確保するために、金属を噴射させることにより行われ
ている。
あるいは、オリフィス（２５）が板の前方縁部（２４）
からやや離れて備えられている場合には、コレクタ（３
２）の前方縁部も熱交換器板のフランジに溶接してもよ
い。
第７図は、オリフィス（２５）がどのようにして作られ
るのかを詳細に示している。すなわち、１つの対を形成
する２枚の板（１０）　−（１１）間に楔体（３４）を
導入し、コンタクトホイール（２８）　。
（２９）がオリフィスの領域に進入するのを防いでその
オリフィスを作っているのである。しかし、スペーサ部
材を形成している凹み（２６）によって２枚の板が離隔
された状態に保たれるのであれば、そのような楔体（３
４）を用いずとも、単にコンタクトホイールの前進移動
を所定の位置で停止させるだけでもオリフィスを作るこ
とは可能である。
いずれの場合でも、板のフランジがオリフィスの所でよ
り長い距離にわたって突出してしまうので、フランジの
縁を切断してその縁を直線状にすることが重要である。
しかし、実際上、フランジがオリフィスの所でより長い
距離にわたって突出することにより生ずるフランジ間の
隙間が数１ＩＩＩ１１程度であるなら、そのような切断
作業は必ずしも必要でない。
複数の対の板が凹み（２６）の底の所で一体にスポット
溶接されている場合には、空間Ａを流れる流体の圧力は
熱交換器に影響を及ぼさない。
そ−れに対し、空間Ｂを流れている流体が成る程度の圧
力を有している場合には、第６図に示されているごとく
、熱交換器板の両端の所にその熱交換器板に隣接して支
持板部材（３６）　、　　（３Ｂ）を備える必要がある
。これら支持板部材（３６）　、　　（３８）は、熱膨
張差を許容するために、熱交換器板に対し並置されてい
るだけで締着されてはいない。そして、それら支持板部
材（３６）　、　　（３８）は連結部材（４０）によっ
て互いに結合され、その連結部材（４０）は適当な寸法
に切断されているとともに、空間Ｂを流れる流体の圧力
による応力に耐えられるよう配分されている。
以上、本発明の基本的な実施例について説明したが、以
下、第９図乃至第１３図を参照して様々な変形例につい
て説明する。
第９図においては、１つ置きの板にだけフランジ（１Ｂ
）　、　　（１９）が備えられていて、他の板にはフラ
ンジが備えられていない。
この第９図に示された変形例の場合、複数枚の板を夫々
対に組付けた後、各対の２枚の板のうちの一方の板のフ
ランジ（１８）　、　　（１９）を、隣りの対の２枚の
板のうちのフランジが備えられていない板の縁部に直接
溶接することにより複数の対の板が一体に組付けられて
いる。
第９図に示されているごとく、フランジを備えた板は完
全に平坦であり、フランジを備えていない板は凹み（２
６）を有している。従って、２枚の板は異なる形式のも
ので、それらの板に対し行われる作業は異なり、一方の
板には曲げ加工を施し、他方の板にはスタンピング加工
を施す。
第１０図の場合、熱交換器板は総て同一であり、板の片
方の縁部にだけフランジ（１８）が備えられ、凹み（２
６）は板の表面の一部分にわたって備えられている。
第１０図の場合、２枚の板を、向きを逆にした状態で互
いに溶接して１つの対を作り、こうして得られた対の複
数を、フランジの縁部を向い合った板の縁部に溶接する
ことにより、上述したごとく一体に組付けである。
第１１図の場合、フランジ（１８）には平坦な縁部（４
２）が延長して備えられており、また、フランジを備え
ていない板の端部には延長部（４４）が備えられている
。そして、これら平坦な縁部（４２）と延長部（４４）
とは電気シーム溶接法によって平坦な状態に互いに溶接
されている。
しかしながら、この第１１図の場合、空間Ａを流れる流
体のための半円筒状のコレクタを組付ける際に、上記の
縁部（４２）及び延長部（４４）によって形成される突
起に対して何等かの対策を施しておくことが重要で且つ
必要である。これらの突起を受入れるために、例えばコ
レクタの後方縁部に沿って等間隔に切欠きを備えてもよ
い。
第１２図に示された変形例の場合、熱交換器板は全体が
平坦なものであり、そのような板を接合させて対を形成
する際に、それら板の間に金属製のスペーサ片（４６）
を配置させ、そのスペーサ片（４６）を板にスポット溶
接させている。
第１３図に示された変形例の場合、板は波形をしたもの
であり、隣り合った２枚の板のうちの一方の板（１０）
に備えられている波（４８）は他方の板 （１１）に備えられている波（５０）に対し異なる方向
に配向されている。
第１３図の場合も、上述したごとく２枚の板の縁部をコ
ンタクトホイールでもって互いに溶接することによりそ
れら板を対にする。更に、第１３図中黒い点Ｐで示され
ているごとく、２枚の板のうちの一方の板に備えられた
波の頂が他方の板に備えられた波の谷底に接触している
区域でのスポット溶接によってそれら２枚の板を互いに
接合させてもよい。
上述した様々な変形例の構造に共通している点は、２枚
の板の両端区域において、何等の金属を付加することな
く直線状のシーム溶接によりそれら板を互いに接合させ
て対を形成していることと、各対の板のうちの少なくと
も一方の板に、前記両端区域のうちの少なくとも一方の
区域に位置するフランジを備え、そのフランジを直角に
曲げ、そのフランジの自由縁区域において、隣りの対の
板のうちのそのフランジが対向している方の板にそのフ
ランジを直線状に溶接させていることである。
（発明の効果） 以上詳述した本発明の基本的利点は次の通りである。
（イ）熱交換器板の総てが一体の組立体を形成し、その
一体の組、立体を１つのユニ７）として処理し、取扱う
ことができる。
（ロ）板の組立体をハウジング構造体で包囲することは
もはや必要でない。何故なら、その板の組立体それ自体
がそのようなハウジング構造を有゛しているからであり
、その結果、熱交換器を特に軽量にすることができる。
（ハ）板間の溶接シームの総てに対し直接外部から近付
いて修理あるいは点検をすることができる。
（ニ）空間Ａを流れる流体だけが加圧される場合には、
連結部材で互いに結合される補強板部材を何等備える必
要がない。
（ホ）空間Ｂには何等障害物が無く、互いに整合した状
態に置かれているオリフィスを通してその空間Ｂに対し
近付くことができ、それにより、詰まりの生ずる危険性
無く、不純物を含んだ流体を流すことができ、また、仮
りに詰まりが生じても、その詰まりを容易に除去するこ
とができる。
（へ）熱交換器のこの特殊な構造は、次の段階に応じて
予め作っておくのに極めて適している。
すなわち、 ａ）熱交換器板の成形、 ｂ）対の状態への板の接合、 Ｃ）所定の数の板の組付け、 ｄ〉流体ｔｖ　Ｂ　＋ｔのための人口及び／又は出口コ
レクタの組付け。
次のような変形をなすことは当業者には自明である。
ｉ）空間Ｂを流れる流体の圧力が比較的低い場合、連結
部材を用いる必要性無く、補強用端板を熱交換器板に直
接締着し、互いに溶接された熱交換器板の連続して置か
れたフランジにより引張応力を吸収するようにすること
、 ｉｉ）熱交換器板の総てを完全に密封接触させることに
よりそれら板の温度を極めて均一したものとなし、熱膨
張差の現象を無視できる程度のものとなすこと、 １ｉｉ）熱交換器板間の溶接を自動機械でもって行って
、コストの低減を計るとともに信頼性を高めるようにす
ること。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明実施例による熱交換器の一部破断斜視図
であり、第２図、第３図、第４図、第５図及び第６図は
、第１図に示された熱交換器の板の形状及び組付けを、
断面で示した図であり、第７図は、熱交換器の２枚の板
の組付は状態の詳細を示す斜視図であり、第８図は、完
全に組立てられた熱交換器の一端部を示す一部破断全体
斜視図であり、第９図から第１３図は第６図と同様の図
であるが、本発明実施例の様々な変形例を示している図
である。 （１０）　、　　（１１）　、　　（１２）　、　　（
１３）　、　　（１４）　。 （１５）・・・板、（１６）　、　　（１７）・・・直
線状の溶接シーム、（１Ｂ）　、　　（１９）　、　　
（２０）　、　　（２１）　、　　（２２）　。 （２３）・・・フランジ、（２４）・・・シーム溶接さ
れた前方縁部、（２５）・・・オリフィス、Ａ、Ｂ・・
・空間。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. １．間に空間を画成している複数枚の並置された金属製
    の板を有し、該空間のうちの一つ置きの空間は第１の流
    体の流れを受容しているとともに他の空間は該第１の流
    体の流れに対し実質上平行をなす第２の流体の流れを受
    容するようになっており、前記第１及び第２の流体のた
    めの入口オリフィスまたは出口オリフィスを備えた状態
    で、前記板の各々は該板の周部において、該板に隣り合
    った２枚の板に密封状態に接合されており、前記複数枚
    の板は直線状のシーム溶接によって対にされており、該
    シーム溶接は各対の板の両端部において施されている板
    形熱交換器において、各対の板のうちの少なくとも一方
    の板には前記両端部のうちの少なくとも一方の端部の所
    に、前記シーム熔接に近接してフランジが備えられてお
    り、該フランジは実質上直角に曲げられているとともに
    、該フランジの自由縁部の直線状の溶接により、隣りの
    対の板に向い合っている板に接合されていることを特徴
    する板形熱交換器。
  2. ２．一対をなす板はそれらの表面にスポット熔接を施す
    ことにより互いに接合されている特許請求の範囲第１項
    記載の板形熱交換器。
  3. ３．前記板には凹みが備えられており、前記スポット溶
    接は該凹みの底に位置している特許請求の範囲第２項記
    載の板形熱交換器。
  4. ４．前記板は平坦であり、前記スポット溶接は該平坦な
    板間に置かれたスペーサ片を介して施されている特許請
    求の範囲第２項記載の板形熱交換器。
  5. ５．前記板には向きが異なる波が備えられている特許請
    求の範囲第２項記載の板形熱交換器。
  6. ６．一対をなす板間の直線状の溶接は、コンタクトホイ
    ールを用いた電気シーム熔接法によって行われている特
    許請求の範囲第１項記載の板形熱交換器。
  7. ７．一対をなす板間に施されている直線状の溶接シーム
    は部分的に中断されていて、該板間に残された空間を通
    って流れる流体のためのオリフィスを形成している特許
    請求の範囲第６項記載の板形熱交換器。
  8. ８．一方の板のフランジとそれに向い合っている板との
    間の直線状の溶接シームはアーク溶接法によって作られ
    ている特許請求の範囲第１項記載の板形熱交換器。
  9. ９．各板の両縁部にフランジが備えられている特許請求
    の範囲第１項記載の板形熱交換器。
  10. １０．各板の両縁部のうちの一方の縁部にだけフランジ
    が備えられている特許請求の範囲第１項記載の板形熱交
    換器。
  11. １１．各対の板は、フランジが備えられていない板と、
    両縁部にフランジが備えられた板とで構成されている特
    許請求の範囲第１項記載の板形熱交換器。
  12. １２．各対の板のうちの一方の板に凹みが備えられてい
    る特許請求の範囲第１項記載の板形熱交換器。
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