WO2000031487A1

WO2000031487A1 - Echangeur de chaleur du type a plaques et procede de fabrication de l'echangeur

Info

Publication number: WO2000031487A1
Application number: PCT/JP1999/006413
Authority: WO
Inventors: Satoshi Matsumoto; Takeshi Watanabe; Yoshitsugu Nishiyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2000-06-02
Also published as: CN1328632A; EP1136782B1; EP1136782A4; CN1131989C; US6959492B1; JP3858484B2; KR100436908B1; ATE324565T1; EP1136782A1; DE69931067D1; JP2000161889A; DE69931067T2; KR20010086012A

Description

明細書プレート式熱交換器及びその製造方法技術分野

本発明は、流体として液体及び相変化を伴う気液 2相流の熱交換に用いるプレ —ト式熱交換器に関する。背景技術

プレート式熱交換器は、一般に、積み重ねられた金属平板の間に密閉された流路を形成し、この流路を流れる流体の熱交換を行うものである。この熱交換器は、体積当たりの表面積が大きく、コンパクトであり、使用材料が少なくすむため、従来のシェルアンドチュ一ブ型熱交換器に置き換わるものとなっている。一般のプレート式熱交換器は、プレートの外周やヘッダ一孔をガスケットで封止し、各プレートを機械的に固定したものである。分解洗浄できるという特長を持つ反面、使用される流体の温度や圧力の範囲が制限されるという欠点を持つ。

この一般的なプレート式熱交換器に対して、特開昭 6 3 - 1 3 7 7 9 3に開示されているような新しレ、構成のプレート式熱交換器が提案されている。この熱交換器は、金属平板を打ち抜いて流路を形成したものを積み重ねて構成したもので、流体が流れる流路が平板の厚み内に形成されるものである。従来のプレート式熱交換器と同様な特長に加え、流路を設けた金属平板が完全に接合されるため、使用される流体の温度や圧力の範囲が大きな制限を受けなレ、。

図 8は、このプレート式熱交換器の内部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。プレート式熱交換器は、板面を貫通する流路 8 6が形成された流路プレート 8 1と、同様に流路 8 7が形成された流路プレート 8 2とを、隔壁プレ一ト 8 3を介して交互に複数枚積み重ね、一対のェンドプレート 8 4と 8 5の間に配置した構成である。

流路プレ一ト 8 1には流路 8 6以外に貫通孔 9 2 aと 9 2 b力流路プレート 8 2には流路 8 7以外に貫通孔 9 5 aと 9 5 b力隔壁プレート 8 3には貫通孔 9 3 a、 9 3 b、 9 4 a及び 9 4 b力それぞれ設けられている。また、エンドプレート 8 4には、熱交換流体 Aの入口管 8 8と出口管 8 9、熱交換流体 Bの入口管 9 0と出口管 9 1が植立されている。ここで、流路 8 6と流路 8 7は、図 8 に示したように、隔壁プレート 8 3を介して、流路内の流れが直交する位置関係にある。

熱交換流体 Aは、エンドプレート 8 4に設置された入口管 8 8より熱交換器内部に流入し、貫通孔 9 4 a及び 9 5 aを経由して、流路プレート 8 1に形成された流路 8 6に入る。流路 8 6を流れた熱交換流体 Aは、貫通孔 9 5 b及び 9 4 b を経由して、出口管 8 9より熱交換器外部に流出する。一方、熱交換流体 Bは、エンドプレート 8 4に設置された入口管 9 0より熱交換器内部に流入し、貫通孔 9 2 a及び 9 3 aを経由して、流路プレート 8 2に形成された流路 8 7に入る。流路 8 7を流れた熱交換流体 Bは、貫通孔 9 3 b及び 9 2 bを経由して、出口管 9 1より熱交換器外部に流出する。このとき、流路 8 6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 8 3を介して、流路 8 7を流れる熱交換流体 Bと熱交換を行うことになる。

しかしながら、このような従来のプレート式熱交^^では、以下のような課題が生じている。

まず、熱交換流体 Aと Bとの伝熱形態が、一般的に対向流よりも伝熱性能に劣る直交流となっていることから、所定の伝熱特性を得るためには、対向流型の熱交換器よりも伝熱面積が多く必要となり、熱交換器の大型化を招く。また、例えば、熱交換器の熱交換流体 A側の伝熱特性を向上するために、流路 8 6を長くし伝熱面積を増大する場合、隔壁プレート 8 3を介して対向する流路 8 7は、流路数を増加したり、あるいは流路幅を拡大する必要が生じる。いずれの場合も、流路 8 7の断面積が増加し、熱交換流体 Bの流速が低減するため、熱交換流体 Bの伝熱特性が劣化してしまうという課題があつた。

なお、このようなプレート式熱交換器の各プレートを接合する方法としては、拡散接合、接着、ロウ付け等が用いられる。

拡散接合は、積層したプレートを真空内で加圧し、プレート材質の融点より少し低い温度まで加熱するものである。各プレー卜の接触面の材料同士の拡散によつて接合されるため、溶接時に極めて大きな加圧荷重が必要となる。したがって、大型な加圧設備が必要となり、量産性に乏しく、低コスト化が困難となる。

また、接着は、各プレートの接合面にエポキシ系等の接着剤を塗布し、積層したプレートに加熱硬化処理を行うものである。接着による接合は、接合部の耐圧性や耐熱性等の信頼性に乏しいため、熱交換器の使用圧力や温度が著しく制限される。

一方、ロウ付けは、各プレートの接合面に母材よりも融点の低いロウ材を塗布し、積層したプレートをロウ材の融点以上まで加熱するものである。溶融した口ゥ材が各プレート内に拡散することにより、各プレートが接合される。プレートの接合方法としては、製造設備や熱交換器の耐圧性を勘案して、一般にロウ付けを用いることが多い。但し、ロウ付け処理時のプレート間の密着性が悪いと、プレートの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、流路プレートゃ隔壁プレートの流路ゃ貫通孔は、通常プレス加工により形成されるため、加工部にはプレス加工の打ち抜き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、このバリ同士が当接すると、プレート間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。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、二つの流体を対向流の形態で熱交換を行うことにより、性能を向上させるとともに、小型化、低コスト化が可能なプレート式熱交換器及びその製造法を提供することを目的としている。

また、本発明は、圧力容器としての機械強度を向上させることにより、あるいは、プレート同士の接合をより確実に行うことにより、信頼性の向上したプレート式熱交換器及びその製造法を提供することを目的としている。発明の開示

上記目的を達成するため、本発明のプレート式熱交換器は、互いに連通しない二つの流路が形成された複数のプレートを一対のェンドブレート間に配置し、二つの流路を流れる流体が対向して流れる構成とした。

この構成によれば、二つの流体が高い伝熱特性を有する対向流の形態で熱交換を行うため、プレート式熱交換器の高性能化と小型化を実現できる。

また、上記複数のプレートを、板面を貫通する第 1流路が形成された第 1流路プレートと、板面を貫通する第 2流路が形成された第 2流路プレートとを、隔壁プレートを介して交互に複数枚積層して構成し、第 1流路と第 2流路が隔壁プレートを介して対向する位置に設けられ、第 1流路を流れる第 1流体と第 2流路を流れる第 2流体とが対向して流れるようにすることができる。

上記構成において、隔壁プレートの厚さを、第 1及び第 2流路プレートの少なくとも一方よりも厚くすると、圧力容器としての機械強度が向上するため、プレ一ト式熱交換器の信頼性が向上する。

あるいは、上記複数のプレートを、板面を貫通する第 1及び第 2流路が形成された流路プレートを複数枚積層して構成し、第 1及び第 2流路が互レ、に隣り合い並行する位置に設けられ、第 1流路を流れる第 1流体と第 2流路を流れる第 2流体とが対向して流れるようにすることもできる。

この構成によれば、第 1及び第 2流体が対向流の形態で熱交換を行い、かつ、プレート構成が簡略化されているため、プレート式熱交換器の高性能化、小型化、製造コストの低減を実現できる。

また、第 1及び第 2流路プレートが同一形状を有する構成とすれば、流路プレートの共用が可能となり、プレート構成が著しく簡略化されるため、プレート式熱交換器の製造コストをさらに低減することができる。

さらに、複数のプレートの各々をプレス加工により成形し、プレス加工の打ち抜き方向が一致するように複数のプレートを積層すると、プレス加工により各プレートに発生したバリ同士の当接が回避される。その結果、プレート間の密着性が良好になり、プレート式熱交換器の製造時の歩留まりが向上する。

第 1及び第 2流路の少なくとも一方に、流路を幅方向に分割する仕切部を設けることもできる。この構成は、流路幅を小さくして流路断面積を小さくし、流路内を流れる流体の速度を増大できるため、伝熱特性を向上することができる。また、流路間に仕切部を設けることにより、圧力容器としての機械強度が向上し、プレート式熱交換器のより一層の高性能化と信頼性向上を実現できる。

また、第 1及び第 2流路が略 U字形状の折り返し部を有する構成とすれば、流路長に対して熱交換器の縦方向あるいは横方向の長さを十分に小さくすることができ、プレート式熱交換器のより一層のコンパクト化を実現できる。

さらに、第 1及び第 2流路の少なくとも一方の幅を、流路の長手方向で略同一に設定すれば、各流体が流路内を円滑に流れ、流体の滞留による伝熱性能の劣化がなくなるため、プレート式熱交換器のより一層の高性能化を実現できる。

また、第 1及び第 2流路の互いに隣り合う位置にある同一の流路間に貫通孔を設け、複数の流路プレートの貫通孔を連通させることもできる。この構成によれば、互いに隣り合う流路における同一流体間の熱の移動が完全に遮断されるため、プレート式熱交換器のより一層の高性能化を実現できる。

また、複数の流路プレートを樹脂材料で形成すると、プレート式熱交換器の軽量化を実現できる。このとき、伝熱面となる隔壁プレートを、金属材料または熱伝導率の高いグラフアイト等の樹脂材料で形成すれば、熱交換器としての性能が劣化することはない。

さらに、本発明のプレート式熱交換器の製造方法は、複数のプレートの各々をプレス加工により成形する工程と、複数のプレートの少なくとも一部の両面に鍍金処理を施す工程と、複数のプレートをプレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層する工程と、積層された複数のプレートを密着した状態で加熱する工程とを備えたことを特徴としている。

この方法によれば、各プレートを積層する際、プレス加工により各プレートに発生するバリ同士の当接が回避され、プレート間の密着性が良好になるとともに、プレート間の接合が鍍金を使用した口ゥ付けにより確実に保証されるため、プレ一ト式熱交換器の製造時の歩留まりと信頼性が向上する。

また、上記鍍金処理を施す工程に代えて、複数のプレートのプレス加工の打ち抜き方向の上流側の面にペースト状のロウ材を塗布する工程を設けてもよい。この場合、鍍金に比べて安価なペースト状のロウ材を使用するため、プレート熱交換器の製造コストを低減することができる。また、各プレートに対して、プレス加工の打ち抜き方向の上流側の面、つまり、バリの突出していない面にロウ材を塗布するため、ロウ材塗布に使用するマスク等の治具のバリによる損傷が低減され、プレート式熱交換器の製造時の信頼性を向上することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1にかかるプレート式熱交換器の分解斜視図である。

図 2は、図 1のプレート式熱交換器に設けられた流路プレートの変形例を示す平面図である。

図 3は、本発明の実施の形態 2にかかるプレート式熱交換器の分解斜視図である。

図 4は、本発明の実施の形態 3にかかるプレート式熱交換器の分解斜視図である。

図 5は、本発明の実施の形態 4にかかるプレート式熱交換器の分解斜視図である。

図 6は、図 1の線 VI_VIに沿った断面図であり、プレート式熱交換器の製造方法を示している。

図 7は、図 1の線 VI— VIに沿った断面図であり、プレート式熱交換器の別の製造方法を示している。

図 8は、従来のプレート式熱交換器の分解斜視図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

(実施の形態 1 )

図 1は本発明の実施の形態 1にかかるプレート式熱交換器の構成を示し、その内部構成がわかるように一部を分解している。

このプレート式熱交換器は、板面を貫通する流路が形成された複数のプレートを一対のエンドプレート間に配置した構成を有し、複数のプレートのうち異なるプレートの平面内に互いに連通しない複数の流路を設けるとともに、複数の流路を流れる流体が対向して流れる構成としたものである。

具体的には、図 1に示すように、板面を貫通する熱交換流体 Aの流路 6が形成された流路プレート 1と、板面を貫通する熱交換流体 Bの流路 7が形成された流路プレート 2とを、隔壁プレート 3を介して交互に複数枚積み重ね、一対のェンドプレート 4と 5の間に配置した構成である。このとき、流路 6と流路 7は、隔壁プレート 3を介して対向する位置に設けられ、流路 6を流れる熱交換流体 Aと流路 7を流れる熱交換流体 Bとが対向して流れる構成となっている。

流路プレート 1には流路 6以外に貫通孔 1 2 aと 1 2 b力流路プレート 2には流路 7以外に貫通孔 1 5 aと 1 5 b力隔壁プレート 3には貫通孔 1 3 a、 1 3 b、 1 4 a及び 1 4 bが、それぞれ設けられている。なお、熱交換流体 Aの入口ヘッダー 1 6は、流路プレート 1と 2を隔壁プレート 3を介して積層したときに、各プレートに設けた流路 6、貫通孔 1 4 a及び 1 5 aにより形成される空間である。同様にして、熱交換流体 Aの出口ヘッダー 1 7、熱交換流体 Bの入口へッダー 1 8と出口ヘッダー 1 9が構成される。

また、エンドプレート 4には、熱交換流体 Aの入口管 8と出口管 9、熱交換流体 Bの入口管 1 0と出口管 1 1が植立されている。入口管 8と出口管 9は、それぞれ熱交換流体 Aの入口ヘッダー 1 6と出口へッダー 1 7に連通している。同様に、入口管 1 0と出口管 1 1は、それぞれ熱交換流体 Bの入口ヘッダー 1 8と出口ヘッダー 1 9に連通している

熱交換流体 Aは、図中実線の矢印で示すように、エンドプレート 4に設置された入口管 8より入口ヘッダー 1 6に流入し、流路プレート 1に形成された流路 6 に入る。流路 6を流れた熱交換流体 Aは、出口ヘッダ一 1 7に集められ、出口管 9より外部に流出する。一方、熱交換流体 Bは、図中点線の矢印で示すように、エンドプレート 4に設置された入口管 1 0より入口ヘッダ一 1 8に流入し、流路プレート 2に形成された流路 7に入る。流路 7を流れた熱交換流体 Bは出口へッダー 1 9に集められ、出口管 1 1より外部に流出する。このとき、流路 6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³を介して、流路 7 を流れる熱交換流体 Bと熱交換を行うことになる。

図 1に示すように、流路 6と流路 7が、隔壁プレート 3を介して各ヘッダー近傍を除いて全て対向する位置に設けられているため、熱交換流体 Aと Bとが対向流の形態で熱交換を行うことができる。一般に、対向流は、従来のプレート式熱交換器の伝熱形態である直交流や並行流に比べて、高い熱交換特性を有する伝熱形態である。したがって、上記した構成により、熱交換流体 Aと Bとが対向流の形態で熱交換を行う具体構成を提供できるため、プレート式熱交換器の高性能化と小型化を実現できる。

なお、上記構成において、流路プレート 1、 2と隔壁プレート 3の厚さは同じでもよいが、隔壁プレート 3の厚さを、流路プレート 1または 2よりも厚くすることもできる。

詳述すると、板面を貫通させて流路を形成するプレート式熱交換器では、例えば、流路プレート 1の厚さは、流路 6の高さに相当し、流路 6を流れる熱交換流体 Aの流速を決定する要因となる。一方、熱交換流体 Aと Bが熱交換を行うときの伝熱面となる隔壁プレート 3の厚さは、熱交換時の熱抵抗を決定するとともに、熱交換器の耐圧性能を決定する要因となる。プレート式熱交換器の耐圧設計を行う場合、熱交換流体 Aと Bの動作圧力、プレート材料の機械的性質、流路を形成する部分の隔壁形状（幅、厚さ）力設計のパラメータとなる。

したがって、隔壁プレート 3の厚さを、少なくとも流路プレート 1または 2よりも厚くして、圧力容器としての機械強度を向上させることにより、プレート式熱交換器の信頼性を向上できる。

また、流路プレート 1と 2の形状を同一にすることもできる。すなわち、流路プレート 2は、同一形状を有する流路プレート 1を隔壁プレート 3を介して水平面内に 1 8 0度回転させて積層したものであってもよい。流路プレート 2を水平面内に 1 8 0度回転させると、流路プレート 2の流路 7、貫通孔 1 5 a及び 1 5 bと、流路プレート 1の流路 6、貫通孔 1 2 b及び 1 2 aとは、完全に一致する。したがって、同一形状の流路プレート 1と 2を使用することにより、流路プレート 1と 2の共用が可能となり、プレート構成が著しく簡略化されるため、プレ一ト式熱交換器の製造コストの低減を実現できる。

好ましくは、流路プレート 1と 2、隔壁プレート 3の流路、貫通孔及び外周形状がプレス加工により成形され、このプレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層するのがよい。

一般に、プレス加工によりプレートに貫通孔を成形すると、この貫通孔の輪郭部に突起状のバリが形成される。このバリはプレス加工の打ち抜き方向の下流側のプレート面に形成される。各プレートを積層する際、このバリ同士が当接すると、プレート間の密着性を損ない、接合不良の原因となる。したがって、各プレ ―トをプレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層すれば、バリ同士の当接が回避され、プレート間の密着性が良好なものとなり、プレート式熱交換器の製造時の歩留まりが向上する。

また、図 1に示されるように、流路 6及び 7は、それぞれ略 U字形状の折り返し部 2 0及び 2 1を有している。

流路に略 U字形状の折り返し部を設けることにより、プレ一ト上に直線状の流路だけではなく、矩形状や渦巻き状等の任意の形状の流路を構成することができる。これは、流路長の極めて長い流路に対して、熱交換器の縦方向あるいは横方向の長さを十分に小さくできることを意味し、プレート式熱交換器のより一層のコンパクト化を実現できる。

さらに、図 2に示されるように、流路 6と 7の少なくとも一方の流路の幅を、その長手方向で略同一にすることもできる（図 2は流路 6を特に示している）。流路 6は、熱交換流体 Aの入口及び出口ヘッダーの一部を形成するヘッダー部

2 2及び 2 3を両端に備え、これらと連通する直行部 2 4及び折り返し部 2 0から構成される。この直行部 2 4の流路幅 T 1と折り返し部 2 0の流路幅 T 2はほぼ同一に設定されている。熱交換流体 Bの流路についても、隔壁プレートを介して同様の形状を有する。

流路幅が流路の長手方向で略同一ではない場合、特に、流路の折り返し部が矩形状となる場合を考えると、この流路には角部が存在することになる。熱交換流体がこの流路角部を通過するとき、角部近傍の流体は円滑な流れを阻害され、流体の滞留を引き起こしゃすい。この流体の滞留は、隔壁プレートを介した流路間の熱交換を阻害し、熱交換器全体の性能を劣化させる要因となる。

流路 6の幅が、流路の長手方向、特に直行部 2 4と折り返し部 2 0においてほぼ同一であれば、熱交換流体 Aが流路 6の折り返し部 2 0を滞留することなく円滑に流れ、プレート式熱交換器のより一層の高性能ィヒを実現できる。流路 6と対向する流路 7についても、同様である。

(実施の形態 2 ) 図 3は本発明の実施の形態 2にかかるプレート式熱交換器を示している。このプレート式熱交換器は、板面を貫通する流路が形成された複数のプレートを一対のエンドプレート間に配置した構成を有し、複数のプレートの各々の平面内に互いに連通しない複数の流路を設けるとともに、複数の流路を流れる流体が対向して流れる構成としたものである。

具体的には、図 3に示されるように、板面を貫通する複数の流路 3 4と 3 5が形成された流路プレート 3 1を複数枚積層し、一対のェンドブレ一ト 3 2と 3 ³ 間に配置した構成である。このとき、流路 3 4と 3 5が互いに隣り合い並行する位置に設けられ、流路 3 4を流れる熱交換流体 Aと流路 3 5を流れる熱交換流体 Bとが対向して流れる構成としている。

流路プレート 3 1には、流路 3 4の長手方向両端に、これと連通する入口へッダ一部 4 0及び出口ヘッダー部 4 1と、流路 3 5の長手方向両端にこれと連通する入口ヘッダー部 4 2及び出口ヘッダ一部 4 3力それぞれ設けられている。また、エンドプレート 3 2には、熱交換流体 Aの入口管 3 6と出口管 3 7、熱交換流体 Bの入口管 3 8と出口管^{3 9}が植立されている。入口管^{3 6}と出口管³ 7は、それぞれ熱交換流体 Aの入口ヘッダー部 4 0と出口ヘッダ一部 4 1に連通している。同様に、入口管 3 8と出口管 ³ 9は、それぞれ熱交換流体 Bの入口へッダ一部 4 2と出口ヘッダー部 4 3に連通している

熱交換流体 Aは、エンドプレート 3 2に設置された入口管 3 6より入口ヘッダ一部 4 0に流入し、流路プレート 3 1に形成された流路 3 4に入る。流路 3 4を流れた熱交換流体 Aは、出口ヘッダ一部 4 1に集められ、出口管 3 7より外部に流出する。一方、熱交換流体 Bは、エンドプ I ^一ト 3 2に設置された入口管 3 8 より入口ヘッダ一部 4 2に流入し、同じく流路プレート 3 1に形成された流路 3 5に入る。流路 3 5を流れた熱交換流体 Bは出口ヘッダー部 4 3に集められ、出口管 3 9より外部に流出する。このとき、流路 3 4を流れる熱交換流体 Aは、流路 3 4と 3 5の間に位置する仕切部 4 4を介して、流路 3 5を流れる熱交換流体 Bと熱交換を行うことになる。

図 3に示すように、流路 3 4と 3 5力、仕切部 4 4を介して各ヘッダ一近傍を除いて全て対向する位置に設けられているため、熱交換流体 Aと Bとが対向流の形態で熱交換を行うことができる。

また、図 1に示される隔壁プレートを排除し、流路プレート 3 1のみから構成することができ、さらに流路プレート 3 1を全て同一形状にすることができるため、プレート構成を簡略ィヒすることができ、プレート式熱交換器の高性能化、小型化、製造コストの低減を実現できる。

また、実施の形態 1と同様、流路プレート 3 1をプレス加工により成形し、プレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層すれば、プレート間の密着性を向上することができる。

さらに、実施の形態 1と同様、流路 3 4と 3 5に略 U字形状の折り返し部を設けることにより、プレート式熱交換器をより一層コンパクトに製作することができる。また、流路 3 4と 3 5の少なくとも一方の流路の幅を、流路の長手方向で略同一に設定することにより、プレート式熱交換器のより一層の高性能化を実現できる。

(実施の形態 3 )

図 4は本発明の実施の形態 3にかかるプレート式熱交換器の構成を示している。このプレート式熱交換器は、板面を貫通する熱交換流体 Aの流路 5 6が形成された流路プレート 5 1と、板面を貫通する熱交換流体 Bの流路 5 7が形成された流路プレート 5 2とを、隔壁プレート 5 3を介して交互に複数枚積み重ね、一対のエンドプレート 5 4と 5 5の間に配置した構成であり、さらに、流路プレート 5 1の流路 5 6を幅方向に分割する仕切部 7 2が設けられるものである。

流路プレート 5 1には流路 5 6以外に貫通孔 6 2 aと 6 2 b力流路プレート

5 2には流路 5 7以外に貫通孔 6 5 aと 6 5 b力隔壁プレート 5 3には貫通孔

6 3 a、 6 3 b、 6 4 a及び 6 4 b力それぞれ設けられている。なお、熱交換流体 Aの入口ヘッダー 6 6は、流路プレート 5 1と 5 2を隔壁プレート 5 3を介して積層したときに、各プレートに設けた流路 5 6、貫通孔 6 4 a及び 6 5 aにより形成される空間である。同様にして、熱交換流体 Aの出口ヘッダー 6 7、熱交換流体 Bの入口ヘッダー 6 8と出口ヘッダー 6 9が構成される。

また、エンドプレート 5 4には、熱交換流体 Aの入口管 5 8と出口管 5 9、熱交換流体 Bの入口管 6 0と出口管 6 1が植立されている。入口管 5 8と出口管 5 9は、それぞれ熱交換流体 Aの入口へッダー 6 6と出口へッダー 6 7に連通してレ、る。同様に、入口管 6 0と出口管 6 1は、それぞれ熱交換流体 Bの入口ヘッダ —6 8と出口ヘッダー 6 9に連通している。

熱交換流体 Aは、エンドプレート 5 4に設置された入口管 5 8より入口ヘッダ一 6 6に流入し、流路プレート 5 1に形成された流路 5 6に入る。流路 5 6を流れた熱交換流体 Aは、出口へッダー 6 7に集められ、出口管 5 9より外部に流出する。一方、熱交換流体 Bは、エンドプレート 5 4に設置された入口管 6 0より入口ヘッダー 6 8に流入し、流路プレート 5 2に形成された流路 5 7に入る。流路 5 7を流れた熱交換流体 Bは出口ヘッダー 6 9に集められ、出口管 6 1より外部に流出する。このとき、流路 5 6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 3を介して、流路 5 7を流れる熱交換流体 Bと熱交換を行うことになる。

図 4に示されるように、流路 5 6を幅方向に 2つに分割する仕切部 7 2を設けることにより、流路 5 6全体の幅が小さくなり断面積が小さくなるため、流路 5 6を流れる熱交換流体 Aの速度を早くすることができる。一般に、流体の流速を早くすると、伝熱特性は向上する。また、流路間に仕切部 7 2を設けることにより、流路プレート 1と隔壁プレート 3との接合面積が拡大され、熱交換器の圧力容器としての機械強度が向上する。

したがって、上記した構成により、プレート式熱交換器のより一層の高性能化と信頼性向上を実現できる。

なお、図 3に示される構成のプレート式熱交換器についても、流路 3 4と 3 5 の少なくとも一方の流路内に、この流路を幅方向に分割する仕切部を設ければ、同様の効果が得られる。

(実施の形態 4 )

図 5は本発明の実施の形態 4にかかるプレート式熱交換器の構成を示している。このプレート式熱交換器は、図 1で示した構成と同様に、板面を貫通する熱交換流体 Aの流路 5 6が形成された流路プレート 5 1と、板面を貫通する熱交換流体 Bの流路 5 7が形成された流路プレート 5 2とを、隔壁プレート 5 3を介して交互に複数枚積み重ね、一対のェンドブレート 5 4と 5 5の間に配置した構成であり、流路 5 6及び 5 7が、それぞれ略 U字形状の折り返し部 7 0及び 7 1を有するものである。加えて、流路プレート 5 1上の互いに隣り合う位置にある流路 (折り返し部 7 0の上流側と下流側） 5 6の間に貫通孔 7 3 aを設けるとともに、隔壁プレート 5 3及び流路プレート 5 2上にも貫通孔 7 3 aと対向する位置に貫通孔 7 3 aと連通する貫通孔 7 3 b及び 7 3 cを設けた点である。なお、エンドプレート 5 4と 5 5にも、貫通孔 7 3 a、 7 3 b及び 7 3 cと対向する位置に、貫通孔 7 3 dと 7 3 eが設けられている。

流路プレート 5 1には流路 5 6以外に貫通孔 6 2 aと 6 2 bが、流路プレート 5 2には流路 5 7以外に貫通孔 6 5 aと 6 5 b力' 隔壁プレート 5 3には貫通孔 6 3 a、 6 3 b、 6 4 a及び 6 4 b力それぞれ設けられている。なお、熱交換流体 Aの入口ヘッダー 6 6は、流路プレート 5 1と 5 2を隔壁プレート 5 3を介して積層したときに、各プレートに設けた流路 5 6、貫通孔 6 4 a及び 6 5 aにより形成される空間である。同様にして、熱交換流体 Aの出口ヘッダ一 6 7、熱交換流体 Bの入口ヘッダー 6 8と出口ヘッダー 6 9が構成される。

また、エンドプレート 5 4には、熱交換流体 Aの入口管 5 8と出口管 5 9、熱交換流体 Bの入口管 6 0と出口管⁶ 1が植立されている。入口管⁵ 8と出口管 5 9は、それぞれ熱交換流体 Aの入口へッダー 6 6と出口へッダー 6 7に連通している。同様に、入口管 6 0と出口管 6 1は、それぞれ熱交換流体 Bの入口ヘッダ一 6 8と出口ヘッダー 6 9に連通している。

熱交換流体 Aは、エンドプレート 5 4に設置された入口管 5 8より入口ヘッダ

—6 6に流入し、流路プレート 5 1に形成された流路 5 6に入る。流路 5 6を流れた熱交換流体 Aは、出口ヘッダ一 6 7に集められ、出口管 5 9より外部に流出する。一方、熱交換流体 Bは、エンドプレート 5 4に設置された入口管 6 0より入口ヘッダー 6 8に流入し、流路プレート 5 2に形成された流路 5 7に入る。流路 5 7を流れた熱交換流体 Bは出口ヘッダー 6 9に集められ、出口管 6 1より外部に流出する。このとき、流路 5 6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 3を介して、流路 5 7を流れる熱交換流体 Bと熱交換を行うことになる。

図 5に示すように、流路 5 6が略 U字状の折り返し部 7 0を有する場合、熱交換流体 Aは隔壁プレート 5 3を介して熱交換流体 Bと熱交換するとともに、流路 5 6の隣り合う部分を流れる同じ熱交換流体 Aとも熱交換する可能性がある。しかしながら、本実施の形態によれば、互いに隣り合う位置にある流路 5 6の間に貫通孔 7 3 aが形成されているため、この部分における同一流路間の熱の移動が完全に遮断される。流路 5 7側についても、同様である。

したがって、上記した構成により、熱交換流体の同一流路間での熱交換が完全に遮断されるため、プレート式熱交換器のより一層の高性能化を実現できる。なお、図 3に示した構成のプレート式熱交換器についても、流路 3 4または 3 5の互いに隣り合う位置にある同一流路間に貫通孔を設ければ、同様の効果が得られる。

(実施の形態 5 )

次に、実施の形態 1乃至 4で説明したプレート式熱交換器の製造方法を具体的に説明する。本実施の形態は、特に各プレートが全てステンレス鋼、銅、アルミ二ゥム等の熱伝導性に優れた金属材料からなることを想定している。

図 6は、図 1に示したプレート式熱交換器の線 VI— VIにおける断面を示しており、積層時のロウ材の設置状態をわかりやすく示したものである。上下のエンドプレート 4と 5の間に、口ゥ材 2 6及び 2 7に示す鍍金層を全面に設けた流路プレート 1と 2が、隔壁プレート 3を介して順次積層されている。

まず、流路プレート 1と 2、隔壁プレート 3への流路と貫通孔の加工は、量産性に優れたプレス加工により行われる。

次に、流路と貫通孔が形成された流路プレート 1と 2に対して、その表面に鍍金加工が施される。各プレートの材質が耐食性に優れたステンレス鋼である場合は、例えばニッケルとリンを主成分とした鍍金を施せばよい。この鍍金加工は、通常、無電解鈹金法により行われる。また、各プレートの材質が熱伝導率の高い銅である場合は、例えば銀を主成分とした鍍金を施せばよい。

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の打ち抜き方向が一致するように、積層される。

最後に、積層された各プレートを密着した状態で加熱することにより、鍍金層を溶融させ一体的に接合する。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口ゥ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、信頼性の高いプレート式熱交換器を提供することができる。

なお、図 3に示した構成のプレート式熱交換器についても、流路プレート 3 1 がプレス加工により成形される工程と、流路プレート 3 1がその両面に鍍金処理を施される工程と、流路プレート 3 1が前記プレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層される工程と、積層された流路プレート 3 1が密着した状態で加熱される工程からなる製造方法により製造を行えば、同様の効果が得られる。

(実施の形態 6 )

図 7は、実施の形態 1乃至 4で説明したプレート式熱交換器の別の製造方法を示しており、上下のエンドプレート 4と 5の間に、上面のみにロウ材を塗布した流路プレート 1と 2が、同じく上面のみにロウ材を塗布した隔壁プレート 3を介して、順次積層されている。

次に、各プレートに対してロウ材を塗布する。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ゥを用いる。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等の印刷方法により、塗布用のマスクを用いて行う。本実施の形態では、流路プレート 1と略同一形状の開口部を有するマスクにより、流路プレート 1と、その下に位置する隔壁プレート 3のそれぞれの上面にロウ材 2 8 a及び 2 8 b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の打ち抜き方向の上流側の面（図中では上面）に対して行う。同様に、流路プレート 2と略同一形状の開口部を有するマスクにより、流路プレート 2と、その下に位置する隔壁プレート 3のそれぞれの上面にロウ材 2 9 a及び 2 9 bを塗布する。なお、ロウ材としては、各プレートの材質がステンレス鋼である場合は例えば N i系のものを使用し、銅である場合は例えば銀あるいはリン銅系のものを使用することが望ましい。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の打ち抜き方向が一致するように、積層される。

最後に、口ゥ材を塗布され積層された各プレートを密着した状態で加熱することにより、ペーストロウのロウ材成分を溶融させ一体的に接合する。

したがって、プレート間の接合がぺ一ストロウを使用したロウ付けにより確実に保証される。また、鍍金に比べて安価なペースト状のロウ材を使用するため、熱交換器の製造コストの低減が図れる。さらに、各プレートのバリの突出していない面に口ゥ材を塗布するため、口ゥ材塗布に使用するマスク等の治具のバリによる損傷が低減され、製造時の信頼性向上が実現される。

なお、図 3に示した構成のプレート式熱交換器についても、流路プレート 3 1 がプレス加工により成形される工程と、流路プレート 3 1が前記プレス加工の打ち抜き方向の上流側の面にペースト状のロウ材を塗布される工程と、流路プレート 3 1が前記プレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層される工程と、積層された流路プレート 3 1が密着した状態で加熱される工程からなる製造方法により製造を行えば、同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態 5及び 6では、各プレートが全て金属材料からなることを想定したが、熱交換器に必要な耐圧及び耐熱性能に応じて、少なくとも流路プレートをテフロンシート等の比重の小さい樹脂材料で構成することも可能である。これによれば、プレート式熱交換器の軽量化が図れる。このとき、隔壁プレート 3を樹脂材料に対して比較的熱伝導率の良い金属材料から構成すれば、熱交換流体 Aと Bの熱交換性能を劣化させることはない。流路プレートが樹脂材料からなる場合、プレート式熱交換器の製造方法としては、上記したロウ付けではなく、接着や樹脂材料自身の溶着を用いればよい。したがって、全てのプレートを金属材料で構成したプレート式熱交換器に対して、伝熱性能を維持しながら、より軽量 . コンパクトな熱交換器を提供できる。

なお、熱交換器の使用環境に応じて、全てのプレートを樹脂材料で構成しても構わない。

Claims

請求の範囲

1 . 互いに連通しない二つの流路が形成された複数のプレートを一対のェンドプレート間に配置し、上記二つの流路を流れる流体が対向して流れる構成としたプレート式熱交換器。

2 . 上記複数のプレートを、板面を貫通する第 1流路が形成された第 1流路プレ —トと、板面を貫通する第 2流路が形成された第 2流路プレートとを、隔壁プレ一トを介して交互に複数枚積層して構成し、上記第 1流路と上記第 2流路が上記隔壁プレートを介して対向する位置に設けられ、上記第 1流路を流れる第 1流体と上記第 2流路を流れる第 2流体とが対向して流れる構成とした請求項 1記載のプレート式熱交換器。

3 . 上記隔壁プレートの厚さを、上記第 1及ぴ第 2流路プレートの少なくとも一方よりも厚くした請求項 2記載のプレート式熱交換器。

4 . 上記複数のプレートを、板面を貫通する第 1及び第 2流路が形成された流路プレートを複数枚積層して構成し、上記第 1及び第 2流路が互いに隣り合い並行する位置に設けられ、上記第 1流路を流れる第 1流体と上記第 2流路を流れる第 2流体とが対向して流れる構成とした請求項 1記載のプレート式熱交換器。

5 . 上記第 1及び第 2流路プレ一卜が同一形状を有する請求項 2乃至 4のいずれか 1項に記載のプレート式熱交換器。

6 . 上記複数のプレートの各々がプレス加工により成形され、該プレス加工の打ち抜き方向が一致するように上記複数のプレートを積層した請求項 2乃至 5のいずれか 1項に記載のプレート式熱交換器。

7 . 上記第 1及び第 2流路の少なくとも一方に、流路を幅方向に分割する仕切部を設けた請求項 2乃至 6のいずれか 1項に記載のプレート式熱交換器。

8 . 上記第 1及び第 2流路が略 U字形状の折り返し部を有する請求項 2乃至 7のいずれか 1項に記載のプレート式熱交換器。

9 . 上記第 1及び第 2流路の少なくとも一方の幅が、流路の長手方向で略同一である請求項 8記載のプレート式熱交換器。

1 0 . 上記第 1及び第 2流路の互いに隣り合う位置にある同一の流路間に貫通孔を設け、上記複数の流路プレートの上記貫通孔を連通させた請求項 8あるいは 9 記載のプレート式熱交換器。

1 1 . 上記複数の流路プレートを樹脂材料で形成した請求項 2乃至 1 0のいずれか 1項に記載のプレート式熱交換器。

1 2 . 互いに連通しない二つの流路が形成された複数のプレートを 1対のエンドプレート間に配置したプレート式熱交換器の製造方法であって、

上記複数のプレートの各々をプレス加工により成形する工程と、上記複数のプレートの少なくとも一部の両面に鍍金処理を施す工程と、上記複数のプレートをプレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層する工程と、積層された上記複数のプレートを密着した状態で加熱する工程とを備えたプレート式熱交換器の製造方法。

1 3 . 互いに連通しない二つの流路が形成された複数のプレートを 1対のエンドプレート間に配置したプレート式熱交換器の製造方法であって、

上記複数のプレートの各々をプレス加工により成形する工程と、上記複数のプレートのプレス加工の打ち抜き方向の上流側の面にペースト状の口ゥ材を塗布する工程と、上記複数のプレートをプレス加工の打ち抜き方向が一致するように積層する工程と、積層された上記複数のプレートを密着した状態で加熱する工程とを備えたプレート式熱交換器の製造方法。