JP2003314985A - チタン製プレート型熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

チタン製プレート型熱交換器及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ろう付け時の高温加熱による熱交換器のチタ
ン構成部材の劣化を防止する。 【解決手段】 第１流体の流路と第２流体の流路が交互
に配置されて、両流体の間で熱交換が行われる熱交換器
の、前記流路をチタン製構成部材の接合によって形成す
る際に、各構成部材の接合部に、８５０℃未満の温度で
溶融する、Ｔｉ２０〜４０重量％、Ｚｒ２０〜４０重量
％のＴｉ―Ｚｒ系ろう材を塗布し、これを真空及び／又
は不活性ガス雰囲気の下で、８５０℃未満の温度で加熱
することを特徴とするチタン製プレート型熱交換器の製
造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、チタン製プレー
ト型熱交換器及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のチタン製プレート型熱交換器とし
ては、特開２００２−３５９２９に開示されているもの
がある。この熱交換器は、チタン製のヘリンボーンプレ
ートを、そのヘリンボーン模様が逆向きになるように積
層して、各プレートの間に、第１流体の流路と第２流体
の流路を交互に形成し、両流体の間で熱交換を行うよう
にした構造のものである。
【０００３】その製造は、各ヘリンボーンプレートの接
合部にろう材を塗布又は装填し、これを真空加熱炉に入
れて徐々に加熱しながら真空脱ガス処理を行い、所定の
真空圧力が得られてから８５０℃以上に昇温することに
よってなされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のチタン
製プレート型熱交換器には、次のような問題がある。
【０００５】（１）ヘリンボーン模様が断面山形の凸条
で形成されているので、２枚のヘリンボーンプレートを
積層したとき、両プレートは互いに交差する凸条の稜部
において、点接触する。このため、両プレートのろう剤
による接合が点接合となり、接合強度が低い。したがっ
て、流路の耐圧性能が余り良くない。
【０００６】（２）２枚のヘリンボーンプレートによっ
て形成される流体の流路の伝熱面積は、ヘリンボーンプ
レートの表面積相当である。このため、熱交換器の単位
体積あたりの伝熱面積は、さほど大きくない。したがっ
て、流路の放熱性能が余り良くない。
【０００７】（３）αＴｉ変態温度（８８２℃）より高
い温度でろう付けをする場合には、ヘリンボーンプレー
トが劣化するので、熱交換器としての耐久性が悪くな
る。
【０００８】また、従来のチタン製プレート型熱交換器
の製造方法にあっては、８５０℃以上の温度で加熱して
ろう付けを行うので、ヘリンボーンプレートが劣化す
る。これは、ろう材の加熱温度が８５０度を越えて高く
なると、αＴｉの変態温度（８８２℃）を越え、素材で
あるチタンが劣化するためである。
【０００９】この発明は、このような従来の問題点を解
決するためになされたもので、（１）流体の流路が、耐
圧性能、放熱性能及び耐久性能において優れているチタ
ン製プレート型熱交換器と、（２）流体の流路を構成す
るチタン製構成部材の加熱による劣化を防止することが
できるチタン製プレート型熱交換器の製造方法を、提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明が提供するチタ
ン製プレート型熱交換器は、第１流体の流路と第２流体
の流路が交互に配置されて、両流体の間で熱交換が行わ
れる熱交換器であって、前記流路が、チタンプレートを
接合して形成し、一端部に流体の流入口、他端部に流体
の流出口を設けた扁平容器と、この扁平容器の中に入れ
て前記流入口と流出口の間に配置し、両面をチタンプレ
ートに接合したオフセット型のチタンプレートフィンと
より構成され、かつ前記接合が、８５０℃未満の温度で
溶融するＴｉ２０〜４０重量％、Ｚｒ２０〜４０重量％
のＴｉ―Ｚｒ系ろう材によってなされていることを特徴
とするものである（以下、熱交換器という）。
【００１１】また、この発明が提供するチタン製プレー
ト型熱交換器の製造方法は、第１流体の流路と第２流体
の流路が交互に配置されて、両流体の間で熱交換が行わ
れる熱交換器の、前記流路をチタン製構成部材の接合に
よって形成する際に、各構成部材の接合部に、８５０℃
未満の温度で溶融する、Ｔｉ２０〜４０重量％、Ｚｒ２
０〜４０重量％のＴｉ―Ｚｒ系ろう材を塗布し、これを
真空及び／又は不活性ガス雰囲気の下で、８５０℃未満
の温度で加熱することを特徴とする方法である（以下、
熱交換器の製造方法という）。
【００１２】
【作用】この発明の熱交換器においては、チタンプレー
トフィンの模様を形成する平行な凸条の頂面が平面とな
っていて、その面がチタンプレートと面接触するので、
ろう材による接合が面接合となる。このため、チタンプ
レートとチタンプレートフィンの接合面積が大きくな
り、接合強度が高くなる。
【００１３】また、チタンプレートフィンは、その模様
を形成する凸条が、オフセット形状になっている。すな
わち、断面台形の凸条の両面壁を一定の間隔で内側に折
り曲げた形状になっている。このため、チタンプレート
フィンの表面積が広くなり、熱交換器の単位面積あたり
の伝熱面積が大きくなる。
【００１４】さらに、チタンプレート同士の接合とチタ
ンプレートとチタンプレートフィンの接合が、αＴｉの
変態温度（８８２℃）以下の８５０℃未満の温度で溶融
するろう材を使用してなされているので、上記接合部材
は８５０℃以上に加熱されていない。このため、両部材
が加熱が原因で劣化するおそれはない。
【００１５】また、この発明の熱交換器の製造方法にお
いては、チタンプレート同士の接合とチタンプレートと
チタンプレートフィンの接合を、８５０℃未満の温度で
溶融するろう材を使用して行うので、ろう付け時に、上
記両部材がαＴｉの変態温度で加熱されることはない。
このため、この発明の製造方法によれば、チタン構成部
材の加熱による劣化を未然に防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を実
施例によって説明する。
【００１７】図１は、実施例のチタン製プレート型熱交
換器（以下、熱交換器という）の構成を模式的に示した
図である。
【００１８】この熱交換器は、同図に示すように、第１
流体Ｘの流路Ｂ，Ｄ，Ｆと第２流体Ｙの流路Ａ，Ｃ，
Ｅ，Ｇが交互に配置されて、両流体Ｘ，Ｙの間で熱交換
が行われる構造となっている。
【００１９】第１流体Ｘは、各流路Ｂ，Ｄ，Ｆの中にそ
れぞれの流入口１から入ってそれぞれの流出口２から流
出する。一方の第２流体Ｙは、各流路Ａ，Ｃ，Ｅ，Ｇの
中にそれぞれの流入口３から入ってそれぞれの流出口４
から流出する。
【００２０】５は流路Ａ，Ｃ，Ｅに設けた流体Ｘの通過
路で、流入口１に連通している。６は流路Ａ，Ｃ，Ｅに
設けた流体Ｘの通過路で、流出口２に連通している。
【００２１】７は流路Ｂ，Ｄ，Ｆに設けた流体Ｙの通過
路で、流入口３に連通している。８は流路Ｂ，Ｄ，Ｆに
設けた流体Ｙの通過路で、流出口４に連通している。
９，１０は流路Ｇの閉止路である。
【００２２】図２及び図３は、実施例の熱交換器の分解
斜視図である。
【００２３】この熱交換器は、両図に示すように、第１
ユニットプレート（以下、第１ユニットという）Ｕ１と
第２ユニットプレート（以下、第２ユニットという）Ｕ
２を交互に積層して接合し、始端の第２ユニットＵ２に
ボス１１，１２，１３，１４を取り付け、終端の第２ユ
ニットＵ２にカバープレートＰを取り付けた構造のもの
である。
【００２４】第１、第２ユニットＵ１，Ｕ２は、図４
（ａ）に示すように、周縁に立ち上げた周壁部１５ａを
有するチタンプレート１５と、その長さ方向両端部に配
置したチタンガイドプレート１６，１６と、両プレート
１６，１６の間に配置した２枚のチタンプレートフィン
１７とより構成されている。
【００２５】チタンプレート１５の両端部には、それぞ
れ２個の穴１８が、同プレート１５の中央を中心点とし
て対称位置に全部で４個設けられている。
【００２６】チタンガイドプレート１６には、丸穴１９
とＵ字形の切込み穴２０が設けられている。このチタン
ガイドプレート１６は、流体をガイドするプレートで、
チタンプレートフィン１７と同じ厚さである。同プレー
ト１６のチタンプレート１５上での穴１９，２０の向き
は、第１ユニットＵ１と第２ユニットＵ２とでは異な
り、逆になっている。
【００２７】丸穴１９と切込み穴２０は、チタンプレー
ト１５の穴１８に連通している。互いに連通している穴
１８と１９は、第１，第２ユニットＵ１，Ｕ２の積層状
態において、流路と流路をつなぐ流体の通過路（図１に
おける通過路５〜８）を形成するためのものである。
【００２８】また、互いに連通している穴１８と切込み
穴２０は、第１，第２ユニットＵ１，Ｕ２の積層状態に
おいて、流体の流路への流入口（図１における流入口
１，３）又は流出口（図１における流出口２，４）を形
成するためのものである。
【００２９】図５は、チタンプレートフィン１７の平行
波形模様を形成する図４の凸条Ｔの細部構成を示したも
のである。この凸条Ｔはオフセット形状になっている。
すなわち、断面台形の凸条Ｔの両側壁１７ａに、その肩
部から底板部１７ｂにかけて一対の切込みを一定の間隔
で入れ、同部分を内側に折り曲げた形状になっている。
頂面は平面となっている。
【００３０】図１における流路Ａ，Ｃ，Ｅは、図２，３
の熱交換器との対比で言えば、第２ユニットＵ２とその
上に重ねてろう材で接合した第１ユニットＵ１のチタン
プレート１５との間に形成されている。
【００３１】流路Ｂ，Ｄ，Ｆは、第１ユニットＵ１の上
に重ねてろう材で接合した第２ユニットＵ２のチタンプ
レート１５との間に形成されている。流路Ｇは、第２ユ
ニットＵ２とその上に被せてろう材で接合したカバープ
レートＰとの間に形成されている。
【００３２】チタンプレート１５同士は、それぞれの周
壁部１５ａにおいて接合され、チタンプレートフィン１
７は、その凸条Ｔの頂面において、チタンプレート１５
と接合され、チタンガイドプレート１６は、その両面に
おいて、チタンプレート１５と接合されている。接合部
位は、いずれも面接合である。
【００３３】流体の通過路（図１における通過路５〜
８）を形成するチタンプレート１５の穴１８とチタンガ
イドプレート１６の丸穴１９は、その周縁部において、
接合されている。
【００３４】実施例の熱交換器は、次の要領で製造され
る。
【００３５】（１）第１ユニットＵ１と第２ユニットＵ
２とカバープレートＰとボス１１〜１４を、それぞれの
接合部位にろう材を塗布して組み立てて、熱交換器の組
立体をつくる。
【００３６】このとき、ろう材としては、例えば、表１
に示す８５０℃未満で溶融するものを使用する。
【００３７】
【表１】 上記組成のろう材（合金）は、硬度が高く展延性がない
ので、板状や棒状にすることができない。そこで、ろう
材として使用する場合は、この合金をアルゴンガスを使
用したアトマイズ加工により粉体状とし、これを中性の
バインダーと混合してペースト状にしてから、ペースト
供給機を使用して接合部に供給する。
【００３８】（２）次に、この組立体を真空加熱炉に入
れて炉内の真空度を１０−４ｔｏｒｒ程度とし、徐々に
加熱する。
【００３９】このときの真空度は、高くする必要はな
く、１０−４ｔｏｒｒ以上でもよい。真空雰囲気を使用
しない場合は、ＡｒやＨｅの不活性ガス雰囲気を使用し
てもよいし、両雰囲気を併用してもよい。
【００４０】（３）加熱により炉内温度が８４０℃に至
ったところで、この温度を約３０分間持続し、その後、
降温する。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の熱交換
器によれば、ろう材によるチタンプレートとチタンプレ
ートフィンの接合が面接合となるので、流路の耐圧性能
が向上する。
【００４２】また、チタンプレートフィンがオフセット
形状になっているので、その表面が広くなり、流体の伝
熱面積が広くなり、放熱性能が向上する。
【００４３】さらに、チタン構成部材の接合に８５０℃
未満の温度で溶融するろう材が使用され、高温加熱され
ていないので、チタン構成部材が劣化せず、したがっ
て、耐久性能が向上する。
【００４４】また、この発明の熱交換器の製造方法によ
れば、８５０℃未満の温度で溶融するろう材を使用する
ので、高温加熱が原因で生ずるチタン構成部材の劣化を
防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例のチタン製プレート型熱交換器の構成
を模式的に示した斜視図
【図２】 実施例のチタン製プレート型熱交換器の分解
斜視図
【図３】 図２のチタン製プレート型熱交換器を反対側
から見たときの斜視図
【図４】 図３における第１ユニットプレートと第２ユ
ニットプレートの平面図
【図５】 図４におけるチタンプレートフィンの要部斜
視図
【符号の説明】
Ｘ 第１流体 Ｙ 第２流体 Ａ〜Ｇ 流路 １，３ 流入口 ２，４ 流出口 ５〜８ 通過路 ９，１０ 閉止路 Ｕ１ 第１ユニットプレート Ｕ２ 第２ユニットプレート １１〜１４ ボス Ｐ カバープレート １５ チタンプレート １６ チタンガイドプレート １７ チタンプレートフィン １８ 穴 １９ 丸穴 ２０ 切込み穴 Ｔ 凸条
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 14/00 Ｃ２２Ｃ 14/00 Ｚ Ｆ２８Ｆ 3/06 Ｆ２８Ｆ 3/06 Ａ 21/08 21/08 Ｇ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１流体の流路と第２流体の流路が交互
    に配置されて、両流体の間で熱交換が行われる熱交換器
    であって、前記流路が、チタンプレートを接合して形成
    し、一端部に流体の流入口、他端部に流体の流出口を設
    けた扁平容器と、この扁平容器の中に入れて前記流入口
    と流出口の間に配置し、両面をチタンプレートに接合し
    たオフセット型のチタンプレートフィンとより構成さ
    れ、かつ前記接合が、８５０℃未満の温度で溶融するＴ
    ｉ２０〜４０重量％、Ｚｒ２０〜４０重量％のＴｉ―Ｚ
    ｒ系ろう材によってなされていることを特徴とするチタ
    ン製プレート型熱交換器。
  2. 【請求項２】 第１流体の流路と第２流体の流路が交互
    に配置されて、両流体の間で熱交換が行われる熱交換器
    の、前記流路をチタン製構成部材の接合によって形成す
    る際に、各構成部材の接合部に、８５０℃未満の温度で
    溶融する、Ｔｉ２０〜４０重量％、Ｚｒ２０〜４０重量
    ％のＴｉ―Ｚｒ系ろう材を塗布し、これを真空及び／又
    は不活性ガス雰囲気の下で、８５０℃未満の温度で加熱
    することを特徴とするチタン製プレート型熱交換器の製
    造方法。
JP2002119457A 2002-04-22 2002-04-22 チタン製プレート型熱交換器の製造方法 Expired - Lifetime JP3605089B2 (ja)

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