JP2011007341A - プレート式熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロウ付の際に積層体を加圧する重りの量を削減ないしは無くすことが出来、昇温及び冷却に要する時間を短縮できるプレート式熱交換器及びその製造方法を提供する。
【解決手段】複数のプレート２の積層体からなり、積層方向に隣り合う上記プレート２相互がロウ材によって接合されたプレート式熱交換器１であって、上記プレート２の外縁部に、上記積層体の積層方向に加えられた圧縮状態を保持すると共に該積層体を一体化し得る係合手段６を設けるようにしたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の金属板が積層されロウ材により一体化されたプレート式熱交換器及びその製造方法に関するものである。

従来のプレート式熱交換器の製造方法として、積層するプレート相互の間にロウ材を挿入して真空炉などで加熱する際に、炉内に積載したプレート式熱交換器の上部に重りを載せてプレートとロウ材の隙間をなくし、密着性を高めた状態でロウ材を溶融させ、プレート同士を接合する方法が採用されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−２８０８８６号公報（第３頁、図４）

上記のような従来のプレート式熱交換器の製造方法においては、加熱炉でロウ付を行う際にプレート式熱交換器と比較して重量が重い重りを積載する必要があるので、炉の収容能力に対して重りの占める割合が多くなり、製品となるプレート式熱交換器の収容数が減少するという問題点があった。さらに、重量のある重りはプレート式熱交換器と比較して熱容量も大きいので、昇温及び冷却に要する時間が伸びるという問題点もあった。

この発明は、上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、ロウ付品質が良く、しかもロウ付の際に積層体を加圧する重りの量を削減ないしは無くすことが出来、昇温及び冷却に要する時間を短縮できるプレート式熱交換器及びその製造方法を得ることを目的としている。

この発明に係るプレート式熱交換器は、複数のプレートの積層体からなり、積層方向に隣り合う上記プレート相互がロウ材によって接合されたプレート式熱交換器であって、上記プレートの外縁部に、上記積層体の積層方向に加えられた圧縮状態を保持すると共に該積層体を一体化し得る係合手段を設けるようにしたものである。
また、この発明に係るプレート式熱交換器の製造方法は、積層体を構成するプレートの外縁部に、該積層体を積層方向に圧縮したときに係合してその圧縮状態を保持すると共に該積層体を一体化する係合手段を設け、予め上記積層体を圧縮して上記係合手段を係合させた後、加熱炉でロウ付するようにしたものである。

この発明のプレート式熱交換器においては、プレートの外縁部に積層体の積層方向に加えられた圧縮状態を保持して一体化し得る係合手段が具備されていることにより、加圧力が均等化されロウ付品質が向上する。また、生産性の向上により安価に提供できる。
また、この発明のプレート式熱交換器の製造方法によれば、予め積層体を圧縮して係合手段を係合させ、圧縮状態が保持された状態で一体化した後、加熱炉でロウ付するようにしたので、重りの重量を削減、ないしは不要にすることが出来る。また、加熱炉に対してより多くの積層体を収容できるので、生産性が向上するだけでなく製品１個当りの使用エネルギーを低減できる。さらに、重りの削減により被加熱物全体の熱容量が減少するので、昇温、冷却時間を短縮でき、生産性が向上する。

本発明の実施の形態１によるプレート式熱交換器の要部を概念的に示す斜視図である。 図１に示された係合手段を拡大して示す要部斜視図である。 本発明の実施の形態２によるプレート式熱交換器の要部を概念的に示す斜視図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１によるプレート式熱交換器及びその製造方法について図１及び図２を参照して説明する。図において、プレート式熱交換器１は、プレス成形された複数のプレート２（２Ａ、２Ｂ、・・・、２Ｇ）が積層され、積層方向に隣り合うプレート２相互がロウ付によって接合され一体化された積層体からなっている。図の最上部のプレート２Ａ（積層方向に隣り合う一方のプレート）の外縁部には爪状のフック片からなる係合体３が下方に向かって突出され、その係合体３の先端部には、図の下側に隣り合うプレート２Ｂ（他方のプレート）と結合するための鉤状の係止部３ａが内側に折り曲げられて形成されている。そして、プレート２Ｂ側には上記係合体３の係止部３ａを係止するための台形状の切り起しからなる係合部４が外方に突出するように設けられている。

なお、上記係合体３及び係合部４によって、積層方向に互いに隣り合う一方のプレートである例えばプレート２Ａの外縁部と、他方のプレートであるプレート２Ｂの外縁部に跨って設けられ、これらプレート２の積層方向に加えられた圧縮状態を保持し得る係合器５が構成され、この係合器５を積層体の周方向及び積層方向にそれぞれ複数配設することによって係合手段６が構成されている。該係合手段６は、係合器５によって、積層体の積層方向に加えられた圧縮状態を保持すると共に該積層体を一体化している。なお、係合器５を構成する係合体３及び係合部４は、各プレート２の外縁部に周方向に交互に設けられ、しかも奇数番目のプレート２Ａ、２Ｃ、２Ｅ、２Ｇと、偶数番目のプレート２Ｂ、２Ｄ、２Ｆとで、位相をずらす如く配設されている。

そして、複数のプレート２（２Ａ、２Ｂ、・・・、２Ｇ）を図示省略している例えば銅箔等のロウ材を所定部に配設して順次積層し、積層方向に加圧したときに、１枚目のプレート２Ａと２枚目のプレート２Ｂが係合器５Ａによって係合し、２枚目のプレート２Ｂと３枚目のプレート２Ｃが係合器５Ｂによって係合するというように、それぞれ隣接するプレート同士が係合器５Ａ〜５Ｆによって係合して、積層された全てのプレート２（２Ａ、２Ｂ、・・・、２Ｇ）が相互に結合され、しかも係合器５同士が干渉せずに一体化し得るように構成されている。なお、図１はこの発明の典型的な特徴部分である係合手段６の構成を中心に示しており、プレート式熱交換器１の流路構成や管路、積層体の内部の構造等については、従来の技術を適宜選択して用いることができる部分であるので図示を省略している。また、プレート２やロウ材の材質や組成なども、特に限定されるものではない。

次に、上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。まず、プレート２として、係合体３及び係合部４の配設位置で分けて２種類のプレート、即ち、奇数番目のプレート２Ａ、２Ｃ、２Ｅ、２Ｇと、偶数番目のプレート２Ｂ、２Ｄ、２Ｆを用意する。次に、各プレート間の所定部に銅箔等のロウ材（図示省略）を挟み込み、図１のような積層体を得る。例えば、プレート２Ｇの所定部にロウ材を配置した後、そのプレート２Ｇの上にプレート２Ｆを載せ、該プレート２Ｆの所定部にロウ材を配置し、その上にプレート２Ｅを載せる、というように順次積層する。このとき、積層体の積み上げ高さはロウ材の厚み及び各プレートの平面度のひずみ等によりロウ付後の積み上げ高さより高くなっており、個々のプレート２とロウ材の間には部分的に隙間ができている。

次に、積層したプレートを図示省略している適宜の加圧手段によって積層方向に上下から加圧すると、プレート２とロウ材が密着して積み上げ高さが減少すると同時に、積み上げ高さが減少した状態で各係合器５（５Ａ〜５Ｆ）がそれぞれ係合することにより、隣り合うプレート２同士が結合され、積層体が一体化される。従来の技術では、加圧によりプレート２とロウ材は一旦密着するが、加圧を開放すると弾性変形分はスプリングバックして、プレート２とロウ材の間にすき間が出来ていた。これに対して、実施の形態１では、加圧により積み上げ高さが減少した状態で係合体３及び係合部４が係合することによりプレート同士の結合が保持されるため、加圧を開放してもプレート２とロウ材の接触度合いは加圧時に近い状態で保持されるだけでなく、弾性変形分が開放されず、内力として保存される。

次に、上記のように係合手段６によって一体化された積層体を加熱炉（真空炉）に入れ、所定温度で所定時間加熱後、冷却することにより、プレート２相互の間に介在されたロウ材が溶融し、所要箇所が気密ないしは液密状態に接合され一体化されたプレート式熱交換器１を得ることができる。なお、積層体を加熱炉に入れる際に従来必要としていた加圧保持用の重りについては、重りの量を従来よりも削減することができる。

上記のように実施の形態１によるプレート式熱交換器の製造方法においては、各プレート２の外縁部に積層体の積層方向に加えられた圧縮状態を保持すると共に該積層体を一体化し得る係合手段６を設け、加熱炉に積層体を投入する前に積層体を加圧し、プレート２とロウ材の密着性を高めた上、係合手段６によってその加圧状態を保持して加熱炉に投入するようにしたので、重りの量を削減しても従来と同様の密着性を確保できる。さらに係合手段６によるプレート２同士の結合により弾性変形分は内力として保持されているので、このバネ力も重りの代替として機能することとなり、重りを削減できるという効果が得られる。

上記のように重りの量が削減されることで、重りに代えてより多くの製品を炉内に積載できるので生産性が向上するだけでなく、製品１個当りの使用エネルギー及び製造エネルギーコストが低減できる。また、重りの削減により積載物全体の熱容量が低減されるので炉の昇温、冷却時間を短縮でき、更なる生産性の向上、使用エネルギーの削減が実現できる。また、係合器５をプレート２の外縁部に周方向と積層方向に設けるようにしたので、加圧のバラツキを重りの場合よりも均等化でき、しかも加熱炉に入れる前に係合器５の係合状況を確認し、例えば係合していないものがあった場合に適宜の手段で強制的に係合させることもできるので、ロウ付の品質も向上できる。

また、上記のような製造方法によって得られたプレート式熱交換器１は、上記理由によりロウ付の品質が向上されたものである。また、例えば製造段階において上記のように生産性が向上され、品質も向上できる効果が得られることにより、製品１個当りの製造コストを低減でき、製品を安価に提供できるという効果が得られる。さらに、ロウ付品質の向上により例えば、各種のヒートポンプを利用した機器、吸収式冷凍機器等の熱交換器などとして用いたときに信頼性を向上することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器及びその製造方法について、図３を参照して説明する。なお、各図を通じて同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図において、各プレート２（２Ａ〜２Ｈ）の外縁部には積層方向に交差する方向の鍔状部７が形成されており、係合器５（５Ａ、５Ｂ、・・・、５Ｇ）を構成する係合体３は、例えば上から２番目の一方のプレート２Ｂの鍔状部７から、その上側の他方のプレート２Ａの鍔状部７の方向に伸びるように切り起された台形状で、その上辺に爪状の係止部３ａが内向きに突出されている。そして、係止部３ａを係止する係合部４は他方のプレート２Ａの鍔状部７に形成された凹部上面によって構成されている。なお、図３では係合器５が図の右手前側の辺のみに図示されているが、周囲四辺に適宜配設できることは勿論である。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態２においては、係合体３を、一方のプレート２Ｂの鍔状部７から他方のプレート２Ａの鍔状部７の方向に伸びるように台形状に切り起し、その台形の上辺に内向きに突出するように係止部３ａを形成したので、係合体３が鍔状部７の外周部より突出することがない。そのため、保管時や組立作業時に係合体３を引っ掛けて損傷したり、変形させるなどの不具合を防止できるので、取り扱いが容易になるほか、プレート式熱交換器１の完成後も図の下側のプレート２Ｈの底面が平らになるので機器への取付が容易になるなど、実施の形態１の効果に加えた新たな効果が得られる。

なお、上記実施の形態１、２では、係合体３及び係合部４の配置が異なる２種類のプレートを用意するように説明したが必ずしもこれに限定されるものではない。例えば１種類のプレートで、重合するときに交互に１８０度回転させると係合体３と係合部４の配置がずれる様にしても差し支えない。また、係合器５は隣接するプレート相互を接続する場合について説明したが、複数個をまとめて係合するように、積層方向に所定枚数離れたプレート相互を連結したときに間に挟まれたプレートが加圧状態に保持されるようにしてもよい。

例えば、１枚目と３枚目を係合させ、３枚目と５枚目を係合させるなどのように構成することもできる。また、係合器５をプレート２の外縁部に一体的に形成した係合体３と係合部４によって構成したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、他の部材を用いて積層方向に隣り合い、または離れたプレート相互を係止するように構成してもよい。その他、プレート２の積層数を変更するなど、種々の変形や変更ができることは言うまでもない。

１ プレート式熱交換器、 ２（２Ａ、２Ｂ、・・・、２Ｈ） プレート、 ３ 係合体、 ３ａ 係止部、 ４ 係合部、 ５（５Ａ、５Ｂ、・・・、５Ｇ） 係合器、 ６ 係合手段、 ７ 鍔状部。

Claims (8)

1. 複数のプレートの積層体からなり、積層方向に隣り合う上記プレート相互がロウ材によって接合されたプレート式熱交換器であって、上記プレートの外縁部に、上記積層体の積層方向に加えられた圧縮状態を保持すると共に該積層体を一体化し得る係合手段が設けられていることを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 上記係合手段は、積層方向に隣り合う一方の上記プレートの外縁部に突設され、その先端部に鉤状の係止部が設けられた係合体と、他方のプレートの外縁部に設けられ上記積層体に対する積層方向への加圧状態で上記係止部に係合する係合部とからなる係合器が、上記積層体の周方向及び積層方向にそれぞれ複数配設されたものからなることを特徴とする請求項１記載のプレート式熱交換器。
3. 上記係合体は、爪状のフック片からなり、上記係合部は上記プレートの外縁部に突出形成された切り起しからなることを特徴とする請求項２記載のプレート式熱交換器。
4. 上記プレートの外縁部に上記積層方向に交差する方向の鍔状部が形成され、上記係合体は、上記一方のプレートの鍔状部から上記他方のプレートの鍔状部の方向に伸びるように切り起された台形状で、その上辺に爪状の係止部が形成されてなり、上記係合部は上記他方の鍔状部に形成されていることを特徴とする請求項２記載のプレート式熱交換器。
5. 上記プレートの外縁部に上記係合体と、上記係合部が所定間隔で交互に設けられ、積層方向に隣り合う一方の上記プレートと他方の上記プレートで、上記係合体と上記係合部の設置位置が逆に設けられていることを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載のプレート式熱交換器。
6. 積層体を構成するプレートの外縁部に、該積層体を積層方向に圧縮したときに係合してその圧縮状態を保持すると共に該積層体を一体化する係合手段を設け、予め上記積層体を圧縮して上記係合手段を係合させた後、加熱炉でロウ付することを特徴とするプレート式熱交換器の製造方法。
7. 上記係合手段は、上記積層体の積層方向に隣り合う一方のプレートの外縁部に設けられた係合体と、他方のプレートの外縁部に設けられ上記積層体に対する積層方向への加圧状態で上記係合体に係合する係合部とからなる係合器を、上記積層体の外周部に複数配設したものであることを特徴とする請求項６記載のプレート式熱交換器の製造方法。
8. 上記プレートと、ロウ材を交互に積層して上記積層体を得た後、積層方向に加圧し上記係合手段を係合させることを特徴とする請求項６または請求項７記載のプレート式熱交換器の製造方法。

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