JP2016099062A - プレート式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】外側フランジ同士の接合を容易に確実に行うことができるプレート式熱交換器を提供する。
【解決手段】各伝熱プレート１，２は、外周部に沿って設けられる外側フランジ５，１２と、この外側フランジの内側に段差をもって設けられる内側フランジ６，１３とを備える。伝熱プレート１は、隣接する伝熱プレート２と、内側フランジ６，１３同士が離隔して平行に配置されると共に、外側フランジ５，１２同士は外方へ行くに従って互いに近接する方向に傾斜して形成され、その外端部同士を接触させて外端面同士がレーザ溶接にて接合される。
【選択図】図４

Description

本発明は、プレート式熱交換器に関するものである。

周知のとおり、プレート式熱交換器は、伝熱プレートを複数枚重ね合わせて構成される。下記特許文献１に開示されるプレート式熱交換器は、伝熱プレート（１４）の外周部（３８）に、外側フランジとしての外縁部（４８）と、内側フランジとしての内縁部（５０）と、その間を約４５度の角度で連接する相互連結部（５２）とを有する。伝熱プレート（１４）は、隣接する片方の伝熱プレート（１４）と、外縁部（４８）同士を重ね合わされて、へり溶接継手（５８）で接合される一方、隣接するもう片方の伝熱プレート（１４）と、内縁部（５０）同士を重ね合わされて、フレア溶接継手（６０）で接合される。

しかしながら、伝熱プレート（１４）の板厚が薄く、且つ大型ワークになるほど、伝熱プレート（１４）の外縁部（４８）同士を確実に重ね合わせて、へり溶接するのは容易ではない。大型ワークの板厚が薄いと撓みを生じる上、溶接時に熱変形も生じるので、外縁部（４８）同士の当接が確保されにくい。外縁部（４８）の外端において隙間が生じると、伝熱プレート（１４）の外端面同士を適正にへり溶接継手（５８）で接合することができない。

特表２０１３−５２８７８０号公報（図４）

そこで、本発明が解決しようとする課題は、外側フランジの外端部同士を容易に確実に接触させ、それにより外側フランジの外端面同士の接合の信頼性を向上できるプレート式熱交換器を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、伝熱プレートが複数枚重ね合わされ、隣接する伝熱プレート間を流体流路とし、隣接する流体流路に熱交換すべき二流体が流れるように組み立てられるプレート式熱交換器であって、前記各伝熱プレートは、外周部に沿って設けられる外側フランジと、この外側フランジの内側に段差をもって設けられる内側フランジとを備え、少なくとも積層方向両端部の伝熱プレート以外の前記各伝熱プレートは、隣接する片方の伝熱プレートと、前記内側フランジ同士が離隔して平行に配置されると共に、前記外側フランジ同士は外方へ行くに従って互いに近接する方向に傾斜して形成され、その外端部同士を接触させて外端面同士がレーザ溶接にて接合されたことを特徴とするプレート式熱交換器である。

請求項１に記載の発明によれば、隣接する伝熱プレートは、内側フランジ同士が離隔して平行に配置されると共に、外側フランジ同士は外方へ行くに従って互いに近接する方向に傾斜して形成されるので、外側フランジの外端部同士を容易に確実に接触させることができる。これにより、外側フランジの外端面同士を、レーザ溶接にて容易に確実に接合することができる。

請求項２に記載の発明は、前記各伝熱プレートは、板厚が１ｍｍ以下の金属板から形成され、外側フランジが内側フランジ面に対し２度以上の角度で、外方へ行くに従って前記内側フランジ面から離隔する方向へ傾斜するようプレス成形され、前記外側フランジの外端部同士を接触させると共に前記外側フランジの板面同士を重ね合わせるよう締め付けた状態で、前記外側フランジの外端面同士がレーザ溶接にて接合されることを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器である。

伝熱プレートとして板厚が１ｍｍ以下の金属板を用いた場合、撓みを生じやすく、外側フランジの外端部同士を接触させるのは容易ではないが、請求項２に記載の発明によれば、外側フランジは外方へ行くに従って内側フランジ面から離隔する方向へ傾斜するようプレス成形されることで、外側フランジの外端部同士の接触が容易で確実に行え、外端面同士の接合も容易に確実に行える。詳細は後述するが、内側フランジ面に対する外側フランジの傾斜角度が２度以上になるようプレス成形すれば、製造誤差（実際の仕上がり時の傾斜角度のバラつき）を考慮しても、外側フランジが逆方向へ傾斜するおそれはない。しかも、外側フランジの外端部同士を接触させると共に外側フランジの板面同士を重ね合わせるよう締め付けた状態で溶接するので、外側フランジの外端面同士の接合を一層確実に行うことができる。

請求項３に記載の発明は、前記外側フランジ同士がレーザ溶接にて接合される一対の伝熱プレートは、前記内側フランジより内側に、互いに近接する方向への突部が形成されており、前記外側フランジの外端部同士を接触させた際、前記突部同士も接触されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレート式熱交換器である。

請求項３に記載の発明によれば、外側フランジの外端部同士を接触させた際、内側フランジより内側の突部同士も接触されるので、伝熱プレート間を前記突部同士の当接でも支持でき、また内側フランジより内側において伝熱プレート間を適宜溶接することも可能となる。

請求項４に記載の発明は、前記外側フランジの外端面におけるレーザ溶接が二回なされたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器である。

請求項４に記載の発明によれば、外側フランジの外端面におけるレーザ溶接を二回行うことで、へり溶接継手の溶接不良を防止することができる。

請求項５に記載の発明は、前記各伝熱プレートは、前記傾斜した外側フランジの外端部に、前記傾斜に対し外側へ屈曲されてリップが形成されており、前記外側フランジ同士は、前記リップの基端部において接触されてレーザ溶接されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器である。

請求項５に記載の発明によれば、外側フランジの外端部にリップを形成して、リップ間を溶接することで、伝熱プレート間の溶接不良を防止することができる。

請求項６に記載の発明は、前記各伝熱プレートは、隣接するもう片方の伝熱プレートと、前記内側フランジ同士が重ね合わされて、その重ね合わせ部の外周部がレーザ溶接にて接合されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器である。

請求項６に記載の発明によれば、内側フランジ同士をフレア溶接継手により、容易に確実に接合することができる。

さらに、請求項７に記載の発明は、前記各伝熱プレートは、隣接するもう片方の伝熱プレートと、前記内側フランジ同士が重ね合わされて、その重ね合わせ部の一方の板面から他方の板面へ向けて、レーザ溶接にて接合されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器である。

請求項７に記載の発明によれば、内側フランジ同士を重ね溶接継手により、容易に確実に接合することができる。

本発明のプレート式熱交換器によれば、外側フランジの外端部同士を容易に確実に接触させ、それにより外側フランジの外端面同士の接合の信頼性を向上できる。

本発明の一実施例のプレート式熱交換器を構成する二種類の伝熱プレートの一例を示す概略図である。 図１の左上部の積層状態を示す概略斜視図であり、第一伝熱プレートの上に第二伝熱プレートを重ね合わせて溶接後、さらにその上に第一伝熱プレートを重ね合わせようとする状態を示している。 図１の右上部の積層状態を示す概略斜視図であり、第一伝熱プレートの上に第二伝熱プレートを重ね合わせて溶接後、さらにその上に第一伝熱プレートを重ね合わせようとする状態を示している。 図１の第一伝熱プレートの上面に第二伝熱プレートを単に重ね合わせた状態を示す概略断面図であり、図２の第一対応位置を示している。 図１の各伝熱プレートを交互に重ね合わせてレーザ溶接しつつプレート式熱交換器を製造する際の概略断面図であり、図２の第一対応位置を示している。 図１の各伝熱プレートの外側フランジの傾斜角度の説明図である。 図５の変形例を示す図である。 図４の変形例を示す図である。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、複数枚の伝熱プレートを上下に重ね合わせてプレート式熱交換器を製造する場合について説明するが、これは説明の便宜上であって、プレート式熱交換器の姿勢（特に使用時の姿勢）を限定する趣旨ではない。

図１は、本発明の一実施例のプレート式熱交換器を構成する二種類の伝熱プレート１，２の一例を示す概略図である。

本実施例のプレート式熱交換器は、第一伝熱プレート１と第二伝熱プレート２とが交互に複数枚（典型的には四枚以上）重ね合わされて構成される。各伝熱プレート１，２は、上下に重ね合わされて、所要箇所をレーザ溶接されつつ組み立てられる。各伝熱プレート１，２は、略矩形の金属板から構成され、板面には適宜の凹凸や穴がプレス加工され、互いに対応した外寸および板厚とされている。

各伝熱プレート１，２を構成する金属板として、好ましくは、厚さ１ｍｍ以下の薄板が用いられ、より好ましくは、厚さ０．２〜０．５ｍｍ（本実施例では０．３ｍｍ）の薄板が用いられる。

図２は、図１の左上部の積層状態を示す概略斜視図であり、第一伝熱プレート１の上に第二伝熱プレート２を重ね合わせて溶接後、さらにその上に第一伝熱プレート１を重ね合わせようとする状態を示している。また、図３は、図１の右上部の積層状態を示す概略斜視図であり、第一伝熱プレート１の上に第二伝熱プレート２を重ね合わせて溶接後、さらにその上に第一伝熱プレート１を重ね合わせようとする状態を示している。さらに、図４および図５は、両伝熱プレート１，２を交互に重ね合わせてレーザ溶接しつつプレート式熱交換器を製造する際の概略断面図であり、図２の第一対応位置Ａを示しており、図４は溶接前の状態、図５は溶接後の状態を示している。なお、各図において、符号３は、へり溶接継手による溶接部（溶け込み部）を示し、符号４は、重ね溶接継手による溶接部（溶け込み部）を示している。

以下、各伝熱プレート１，２について、具体的に説明する。

まず、第一伝熱プレート１について説明する。第一伝熱プレート１は、外周部に沿って設けられる外側フランジ５と、この外側フランジ５の内側に段差をもって設けられる内側フランジ６と、両フランジ５，６を連接する連接壁７とを備える。詳細は、後述するが、図４に示すように、外側フランジ５は、内側フランジ６の板面に対し傾斜して形成されている。また、連接壁７は、内側フランジ６に対し、好ましくは垂直に形成されている。

第一伝熱プレート１は略矩形状であるため、外側フランジ５は略矩形枠状とされる。外側フランジ５は、第一伝熱プレート１の外周部に沿って、所定の幅寸法で形成される。外側フランジ５の内周縁には、連接壁７が設けられる。そして、外側フランジ５から所定寸法だけ延出した連接壁７の端部には、連接壁７に対し略垂直に屈曲されて、内側フランジ６が設けられる。内側フランジ６は、連接壁７に沿って、外周部が少なくとも略矩形枠状に形成される。つまり、内側フランジ６は、それより内側の領域と連続的に同一平面に形成される箇所があるにしても、外周部には連接壁７に沿って連続的に、少なくとも所定の幅寸法を確保した帯状の部分を有する。

図４において、第一伝熱プレート１は、水平な内側フランジ６に対し、連接壁７が垂直上方へ延出して形成され、連接壁７の上端部に、外側フランジ５が外方へ行くに従って上方へ傾斜して形成される。このようにして、内側フランジ６は、外側フランジ５より下方において水平に配置され、外側フランジ５は、外方へ行くに従って上方へ傾斜して配置される。

内側フランジ６の内側には、四つのノズルフランジ８（８Ａ，８Ｂ）と熱交換部９とが設けられる。本実施例では、略矩形枠状の内側フランジ６の内側領域の内、四隅にノズルフランジ８が設けられ、それ以外の箇所が熱交換部９とされる。図１において、第一伝熱プレート１は、左上部と右下部の各ノズルフランジ８Ａが互いに同一の構成とされ、右上部と左下部の各ノズルフランジ８Ｂが互いに同一の構成とされる。各伝熱プレート１，２の左上部と右下部を、それぞれ第一対応位置Ａといい、右上部と左下部を、それぞれ第二対応位置Ｂということがある。

ノズルフランジ８は、典型的には略円形状に形成され、中央部に円形状のノズル穴１０が形成されている。第一伝熱プレート１は、プレス成形により、ノズル穴１０が貫通形成されると共に、これ以外の箇所に凹凸が屈曲形成されて、外側フランジ５、連接壁７、内側フランジ６、ノズルフランジ８および熱交換部９が一体形成される。

第一伝熱プレート１は、第一対応位置Ａにおいて、ノズルフランジ８Ａが、外側フランジ５（好ましくはその外端部）と同じ高さか僅かに低い高さに形成される。つまり、第一伝熱プレート１は、第一対応位置Ａのノズルフランジ８Ａが、内側フランジ６よりも上方へ突出して形成され、好ましくは、ノズルフランジ８Ａの上面が、外側フランジ５の外端面の上端縁と略同一高さに配置される。

第一伝熱プレート１は、第二対応位置Ｂにおいて、ノズルフランジ８Ｂが、内側フランジ６と同じ高さに形成される。つまり、第一伝熱プレート１は、第二対応位置Ｂのノズルフランジ８Ｂが、内側フランジ６と同一平面に配置され、内側フランジ６と連続的に形成される。なお、第一対応位置Ａと第二対応位置Ｂの各ノズルフランジ８やノズル穴１０の大きさは、同一に形成される。

内側フランジ６より内側領域には、ノズルフランジ８を除いた箇所に、適宜の凹凸が形成されて熱交換部９とされる。この凹凸の形状は、特に問わないが、図示例の場合、ヘリンボーン１１とされている。具体的には、図１の平面視で略逆Ｖ字形状に、凹凸が等間隔に形成されており、その各凹凸は断面略半円形状（各凹部または各凸部の延出方向と直交した断面で見た場合に略半円形状）とされている。よって、図２および図３に示すように、熱交換部９の断面は波形となる。ヘリンボーン１１の下方への凹部の最下部は、内側フランジ６と同じ高さに配置され、上方への凸部の最上部は、外側フランジ５（好ましくはその外端部）と同じ高さに配置されている。つまり、ヘリンボーン１１の下方への凹部の最下部は、内側フランジ６の下面と同一高さに配置され、上方への凸部の最上部は、外側フランジ５の外端面の上端縁と同一高さに配置されるのが好ましい。

なお、ヘリンボーン１１の端部を内側フランジ６に接触するように構成し、内側フランジ６内の流路をなくすことで、ノズル穴１０間の流体のショートパスを防止することができる。つまり、内側フランジ６とヘリンボーン１１の端部との間に、圧力損失の少ない流路が形成されると、熱交換すべき流体の一部が、熱交換部９の外周部をショートパスするおそれがあるので、そのような不都合を防止するためである。

次に、第二伝熱プレート２について説明する。第二伝熱プレート２も、第一伝熱プレート１と同様に、外周部に沿って設けられる外側フランジ１２と、この外側フランジ１２の内側に段差をもって設けられる内側フランジ１３と、両フランジ１２，１３を連接する連接壁１４とを備える。詳細は、後述するが、図４に示すように、外側フランジ１２は、内側フランジ１３の板面に対し傾斜して形成されている。また、連接壁１４は、内側フランジ１３に対し、好ましくは垂直に形成されている。

第二伝熱プレート２は略矩形状であるため、外側フランジ１２は略矩形枠状とされる。外側フランジ１２は、第二伝熱プレート２の外周部に沿って、所定の幅寸法（ここでは第一伝熱プレート１の外側フランジ５と同一の幅寸法）で形成される。外側フランジ１２の内周縁には、連接壁１４が設けられる。そして、外側フランジ１２から所定寸法（ここでは第一伝熱プレート１の連接壁７と同一の高さ）だけ延出した連接壁１４の端部には、連接壁１４に対し略垂直に屈曲されて、内側フランジ１３が設けられる。内側フランジ１３は、連接壁１４に沿って、外周部が少なくとも略矩形枠状に形成される。つまり、内側フランジ１３は、それより内側の領域と連続的に同一平面に形成される箇所があるにしても、外周部には連接壁１４に沿って連続的に、少なくとも所定の幅寸法（ここでは第一伝熱プレート１の内側フランジ６と同一の幅寸法）を確保した帯状の部分を有する。

図４において、第二伝熱プレート２は、水平な内側フランジ１３に対し、連接壁１４が垂直下方へ延出して形成され、連接壁１４の下端部に、外側フランジ１２が外方へ行くに従って下方へ傾斜して形成される。このようにして、内側フランジ１３は、外側フランジ１２より上方において水平に配置され、外側フランジ１２は、外方へ行くに従って下方へ傾斜して配置される。

内側フランジ１３の内側には、四つのノズルフランジ１５（１５Ａ，１５Ｂ）と熱交換部１６とが設けられる。本実施例では、略矩形枠状の内側フランジ１３の内側領域の内、四隅にノズルフランジ１５が設けられ、それ以外の箇所が熱交換部１６とされる。図１において、第二伝熱プレート２は、左上部と右下部の第一対応位置Ａの各ノズルフランジ１５Ａが互いに同一の構成とされ、右上部と左下部の第二対応位置Ｂの各ノズルフランジ１５Ｂが互いに同一の構成とされる。また、第一伝熱プレート１と第二伝熱プレート２とを揃えて重ね合わせた際、各伝熱プレート１，２のノズルフランジ８，１５およびノズル穴１０，１７は、それぞれ互いに対面して配置され、しかも互いに同一の大きさで形成されている。

ノズルフランジ１５は、典型的には略円形状に形成され、中央部に円形状のノズル穴１７が形成されている。第二伝熱プレート２は、プレス成形により、ノズル穴１７が貫通形成されると共に、これ以外の箇所に凹凸が屈曲形成されて、外側フランジ１２、連接壁１４、内側フランジ１３、ノズルフランジ１５および熱交換部１６が一体形成される。

第二伝熱プレート２は、第一対応位置Ａにおいて、ノズルフランジ１５Ａが、外側フランジ１２（好ましくはその外端部）と同じ高さか僅かに低い高さに形成される。つまり、第二伝熱プレート２は、第一対応位置Ａのノズルフランジ１５Ａが、内側フランジ１３よりも下方へ突出して形成され、好ましくは、ノズルフランジ１５Ａの下面が、外側フランジ１２の外端面の下端縁と略同一高さに配置される。

第二伝熱プレート２は、第二対応位置Ｂにおいて、ノズルフランジ１５Ｂが、内側フランジ１３と同じ高さに形成される。つまり、第二伝熱プレート２は、第二対応位置Ｂのノズルフランジ１５Ｂが、内側フランジ１３と同一平面に配置され、内側フランジ１３と連続的に形成される。なお、第一対応位置Ａと第二対応位置Ｂの各ノズルフランジ１５やノズル穴１７の大きさは、同一に形成される。

内側フランジ１３より内側領域には、ノズルフランジ１５を除いた箇所に、適宜の凹凸が形成されて熱交換部１６とされる。この凹凸の形状は、特に問わないが、図示例の場合、ヘリンボーン１８とされている。具体的には、図１の平面視で略Ｖ字形状に、凹凸が等間隔に形成されており、その各凹凸は断面略半円形状（各凹部または各凸部の延出方向と直交した断面で見た場合に略半円形状）とされている。よって、図２および図３に示すように、熱交換部１６の断面は波形となる。ヘリンボーン１８の下方への凹部の最下部は、外側フランジ１２（好ましくはその外端部）と同じ高さに配置され、上方への凸部の最上部は、内側フランジ１３と同じ高さに配置されている。つまり、ヘリンボーン１１の下方への凹部の最下部は、外側フランジ５の外端面の下端縁と同一高さに配置され、上方への凸部の最上部は、内側フランジ６の上面と同一高さに配置されるのが好ましい。

図４は、第一伝熱プレート１の上面に第二伝熱プレート２を単に重ね合わせた状態を示している。この際、両伝熱プレート１，２は、揃えて、つまり互いの外周縁を一致させて重ね合わされる。これにより、両伝熱プレート１，２は、内側フランジ６，１３同士が離隔して平行に配置されると共に、外側フランジ５，１２同士は外方へ行くに従って互いに近接する方向に傾斜して形成され、外端部同士を接触させて配置される。また、両伝熱プレート１，２は、第一対応位置Ａのノズルフランジ８Ａ，１５Ａ同士が当接される。なお、第一伝熱プレート１の上面に第二伝熱プレート２を重ね合わせた場合、第二対応位置Ｂのノズルフランジ８Ｂ，１５Ｂ同士は、ノズル穴１０，１７の軸方向（プレート面と直交方向）に離隔して配置される（図３）。また、両伝熱プレート１，２は、熱交換部９，１６のヘリンボーン１１，１８が、交差した状態に配置される（図１）。

ところで、各伝熱プレート１，２は、外側フランジ５，１２が内側フランジ面（内側フランジ６，１３の板面と平行な面）に対し、２度以上の角度で、外方へ行くに従って内側フランジ面から離隔する方向へ傾斜するようプレス成形されるのが好ましい。具体的には、図４において、第一伝熱プレート１の外側フランジ５は、外方へ行くに従って水平面に対し２度以上の角度で上方へ傾斜して形成されるのが好ましく、第二伝熱プレート２の外側フランジ１２は、外方へ行くに従って水平面に対し２度以上の角度で下方へ傾斜して形成されるのが好ましい。各外側フランジ５，１２の水平面に対する傾斜角度（プレス成形時の傾斜目標角度）は、２度以上で適宜に設定されるが、好適には１０度以下、より好適には５度以下で設定される。いずれにしても、両伝熱プレート１，２の外側フランジ５，１２の傾斜角度は、互いに同一とされる。なお、各伝熱プレート１，２の四隅の円弧状コーナー部と、それ以外の直線状ストレート部とで、傾斜角度を異ならせてもよい。

外側フランジ５，１２の傾斜角度を水平面に対し２度以上に設定する理由は、次のとおりである。すなわち、図６は、第二伝熱プレート２の外側フランジ１２の端部を示す概略図であるが、この図において、仮に、実線で示すように水平を目標値として外側フランジ１２をプレス成形すると、加工精度上の問題から、実際には外方へ行くに従って、破線で示すように下方へ傾斜するか、二点鎖線で示すように上方へ傾斜して形成される場合も起こり得る。破線で示すように下方へ傾斜する場合は問題ないが、二点鎖線で示すように上方へ傾斜する場合は、隣接する第一伝熱プレート１の外側フランジ５の外端部と接触させることができない（へり溶接できない）。一方、水平に対し下方へ２度以上の角度を目標値として、外側フランジ１２を破線で示すように下方へ傾斜するようプレス成形すると、加工精度上の問題から、実際の仕上がり製品の外側フランジ１２は、水平か、それよりも下方へ傾くよう傾斜することが確かめられた。なお、水平に対し下方へ２度未満の角度を目標値とした場合には、場合により、外側フランジ１２が、外方へ行くに従って上方へ傾斜する場合も起こり得る。そこで、外側フランジ１２の傾斜角度を水平面に対し２度以上の設定角度になるように、プレス成形する必要がある。プレス成形時の目標角度によって、実際の仕上がり製品の外側フランジ１２を、外方へ行くに従って必ず下方へ傾くよう成形することができる。

一方、外側フランジ５，１２を水平面に対し、あまりに大きな角度で傾斜させ過ぎると、へり溶接時に外側フランジ５，１２同士を治具で挟んだ際に、外側フランジ５，１２の近接状況にばらつきが発生し、溶接位置を正確に狙えないおそれがある。そこで、傾斜角度は、水平面に対し１０度（好ましくは５度）を限度とするのがよい。

なお、図６では、第二伝熱プレート２の外側フランジ１２を示しているが、第一伝熱プレート１の外側フランジ５についても同様である。つまり、第一伝熱プレート１の場合、水平に対し上方へ２度以上の角度を目標値として、外側フランジ５をプレス成形すれば、加工精度上の問題から、実際の仕上がり製品の外側フランジ５は、水平か、それよりも上方へ傾くことになる。プレス成形時の目標角度によって、実際の仕上がり製品の外側フランジ５を、外方へ行くに従って必ず上方へ傾くよう成形することができる。

このようにして、図４に示すように、両伝熱プレート１，２は、内側フランジ６，１３同士が離隔して平行に配置されると共に、外側フランジ５，１２同士は外方へ行くに従って互いに近接する方向に必ず傾斜して形成され、その外端部同士を必ず接触させることができる。そして、図５に示すように、外側フランジ５，１２同士の外端面同士を溶接するが、その際、外側フランジ５，１２の外端部同士を接触させると共に外側フランジ５，１２の板面同士を重ね合わせるよう締め付けた状態で、外側フランジ５，１２の外端面同士を溶接するのが好ましい。それにより、図５に示すように、各伝熱プレート１，２の外側フランジ５，１２同士を、重ね合わせて一体化（つまり各外側フランジ５，１２を水平に配置）することも可能となる。

図５に示すように、両伝熱プレート１，２は、外周部に沿って連続的に（つまり環状に）、外側フランジ５，１２の外端面同士がレーザ溶接にて、へり溶接継手で接合される（溶接部３）。外側フランジ５，１２を外方へ行くに従って互いに近接する方向へ傾斜させておくことで、外側フランジ５，１２の外端部同士の当接を容易に確実に行うことができるので、安定した品質で確実に溶接可能である。

外側フランジ５，１２の外端部同士をへり溶接継手で接合する際、レーザビームのスポット径を、各伝熱プレート１，２の板厚の合算値（つまり板厚ｔの２倍）かそれ以上に設定するのがよい。それにより、外側フランジ５，１２の位置にばらつきがあっても、外側フランジ５，１２の外端部の全域（板厚方向全域）において、必ず溶接することができる。その一方、そのように設定しても、各外側フランジ５，１２が傾斜して配置されているので、レーザビームが連接壁７，１４や治具（外側フランジ５，１２同士を締め付ける治具）に当たるのを防止しやすい。

また、外側フランジ５，１２の外端部同士をへり溶接継手で接合する際、外側フランジ５，１２の外端面におけるレーザ溶接を二回行ってもよい。この際、一つの溶接ヘッドを二周させてもよいし、二つの離隔した溶接ヘッドを一周させてもよい。

なお、外側フランジ５（１２）と内側フランジ６（１３）とを連接する連接壁７（１４）は、内側フランジ６，１３に対し垂直に設けられるので、伝熱プレート１（２）の積層方向の強度を確保し易い。これにより、たとえば、伝熱プレート１，２の溶接時に積層方向に治具で押え付けても、伝熱プレート１，２が撓みにくく、ひいては適正に溶接しやすい。また、プレート式熱交換器の使用時の耐圧性も向上する。

また、外側フランジ５，１２の幅寸法Ｄ１は、板厚ｔに対してＤ１≦１５ｔの関係になるように設定するのが好ましい（図６）。連接壁７，１４からの外側フランジ５，１２の突出幅を小さくすることにより、各伝熱プレート１，２が大型ワーク化しても、外側フランジ５，１２の撓みや歪みを最小限に止めることができ、同時に軽量化を図ることもできる。

さらに、前述したように、各伝熱プレート１，２は、外側フランジ５，１２の外端部の高さと、ヘリンボーン１１，１８の頂部の高さとを同一に設定している。従って、両伝熱プレート１，２の外端部同士を当接した状態で、第一伝熱プレート１のヘリンボーン１１の上端部（上方への凸部の最上部）と、第二伝熱プレート２のヘリンボーン１８の下端部（下方への凹部の最下部）とが当接される。これにより、ヘリンボーン２２，１８の頂部間に隙間が発生して、流体がショートパスするのが防止される。また、熱交換部９，１６における伝熱プレート１，２同士の内部溶接が確実に行え、接合不良を防止できる。

第一伝熱プレート１の上面に第二伝熱プレート２を重ね合わせた状態で、両伝熱プレート１，２は、第一対応位置Ａにおいてノズルフランジ８Ａ，１５Ａ同士が重ね合わされるが、そのノズルフランジ８Ａ，１５Ａのノズル穴１０，１７を取り囲むように連続的に（つまり環状に）、ノズルフランジ８Ａ，１５Ａ同士がレーザ溶接にて、重ね溶接継手で接合される（溶接部４）。この際、ノズルフランジ８Ａ，１５Ａ内における溶接位置は、特に問わず、ノズルフランジ８Ａ，１５Ａの外周側の設定領域、内周側の設定領域、またはこれらの中間領域のいずれでもよい。いずれにしても、好ましくはノズル穴１０，１７と同心円状に溶接される。なお、ノズルフランジ８Ａ，１５Ａには、内外二箇所以上で溶接してもよく、その場合も、好ましくは同心円状に溶接される。

第一対応位置Ａおよび第二対応位置Ｂにおけるノズルフランジ８，１５同士の溶接や、後述するその他の重ね溶接継手の箇所について、レーザビームの入射角度をプレート面と直交方向に対して±３０度の範囲に設定するのが好ましい。この際、鉛直線に対し、周方向いずれの方向にレーザビームを傾けてもよい。±３０度の範囲とする理由は、鉛直線に対し３０度以上にレーザビームを傾け過ぎると、レーザビームによる熱が材料内に入りにくくなるためである。

以上のようにして、第一伝熱プレート１の上面に第二伝熱プレート２を重ね合わせて溶接した後、図５の中央二枚の伝熱プレート２，１に示すように、第二伝熱プレート２の上面に第一伝熱プレート１を重ね合わせて溶接する。この際、両伝熱プレート２，１は、揃えて、つまり互いの外周縁を一致させて重ね合わされる。これにより、両伝熱プレート２，１は、内側フランジ１３，６同士が当接されると共に、図３から分かるように、第二対応位置Ｂのノズルフランジ１５Ｂ，８Ｂ同士も当接される。なお、第二伝熱プレート２の上面に第一伝熱プレート１を重ね合わせた場合、第一対応位置Ａのノズルフランジ１５Ａ，８Ａ同士は、ノズル穴１７，１０の軸方向（プレート面と直交方向）に離隔して配置される（図５）。また、両伝熱プレート２，１は、熱交換部１６，９のヘリンボーン１８，１１が、交差した状態に配置される。

両伝熱プレート２，１は、外周部に沿って連続的に（つまり環状に）、内側フランジ１３，６同士がレーザ溶接にて、フレア溶接継手で接合される（溶接部１９）。つまり、内側フランジ１３，６同士の重ね合わせ部の外周部がレーザ溶接される。また、第二対応位置Ｂのノズルフランジ１５Ｂ，８Ｂ同士は、前述した第一対応位置Ａのノズルフランジ１５Ａ，８Ａ同士の場合と同様に、重ね溶接継手で接合される。なお、内側フランジ１３，６同士を重ね合わせて外周部をフレア溶接する際、レーザビームのビーム照射角度は、プレート面と平行方向（水平）に対して、±５度の範囲に止めるのが好ましい。

その後、前述したのと同様に、第一伝熱プレート１の上面に、第二伝熱プレート２を重ね合わせて溶接し、その第二伝熱プレート２の上面に、第一伝熱プレート１を重ね合わせて溶接することを、所望枚数だけ繰り返せばよい。

以上のようにして、第一伝熱プレート１と第二伝熱プレート２とを交互に重ね合わせて、所要箇所をレーザ溶接しつつプレート式熱交換器を構成する。つまり、各伝熱プレート１，２は、積層方向両端部の伝熱プレートを除き、隣接する片方の伝熱プレートと、外側フランジ５，１２の外端部同士が当接されて、その外端面同士がレーザ溶接される一方、隣接するもう片方の伝熱プレートと、内側フランジ６，１３同士が重ね合わされて、その重ね合わせ部がレーザ溶接される。また、その際、第一対応位置Ａで重ね合わされるノズルフランジ８Ａ，１５Ａ同士がレーザ溶接されると共に、第二対応位置Ｂで重ね合わされるノズルフランジ８Ｂ，１５Ｂ同士がレーザ溶接される。

このようにして、各伝熱プレート１，２は互いに重ね合わされ、隣接する伝熱プレート１，２間を流体流路とし、隣接する流体流路に熱交換すべき二流体が流れるように組み立てられる。具体的には、第一伝熱プレート１の上面と第二伝熱プレート２の下面との間の第一流路に、第一流体が通される一方、第二伝熱プレート２の上面と第一伝熱プレート１の下面との間の第二流路に、第二流体が通される。この際、第一流体と第二流体とが対向流になるように通すのが好ましい。なお、各ノズル穴１０，１７が、流体の出入口として機能する。

ところで、図示しないが、伝熱プレート１，２の積層方向両端部には、平板状のエンドプレートが重ね合わされて溶接される。この際、積層方向の端部に配置された伝熱プレート（第一伝熱プレート１または第二伝熱プレート２）が、その外側フランジ５（１２）（または内側フランジ６（１３））を、平板状のエンドプレートに重ね合わされて外周部を溶接される。

一方のエンドプレートには、ノズル穴１０，１７と対応した四隅に貫通穴が形成されると共に、その貫通穴に管（ニップル）の端部がはめ込まれて設けられる。他方のエンドプレートには、ノズル穴１０，１７と対応した四隅が閉塞されている。二つの流体を熱交換しようとする際、一方のエンドプレートの前記管を二流体の出入口として、左上部と右下部の二つの第一対応位置Ａの内、一方から第一流体を供給して他方から排出させ、右上部と左下部の二つの第二対応位置Ｂの内、一方から第二流体を供給して他方から排出させればよい。この際、前述したとおり、第一流体と第二流体とが対向流になるように流すのが好ましい。たとえば、第一流体を第一流路の左上部から右下部へ流す場合、第二流体を第二流路の左下部から右上部へ流すのがよい。

図７は、前記実施例の変形例を示す図であり、図５と対応する。
前記実施例では、第二伝熱プレート２の上面に第一伝熱プレート１を重ね合わせて、内側フランジ１３，６同士の重ね合わせ部の外周部をフレア溶接継手で接合したが、本変形例では、第二伝熱プレート２の上面に第一伝熱プレート１を重ね合わせて、内側フランジ１３，６同士の重ね合わせ部の板面を重ね溶接継手で接合している（溶接部１９´）。その他の構成は、前記実施例と同様のため、説明を省略する。

図８は、前記実施例の他の変形例を示す図であり、図４と同様に、各伝熱プレート１，２の外周部の溶接前の状態を示している。ここでは、前記実施例と相違する箇所を中心に説明し、前記実施例と同様の箇所については説明を省略する。また、前記実施例と同等の箇所には同一の符号を付して説明する。

本変形例では、各伝熱プレート１，２は、傾斜した外側フランジ５，１２の外端部に、傾斜に対し外側へ屈曲されてリップ５ａ，１２ａが形成されている。つまり、第一伝熱プレート１の外側フランジ５は、外方へ行くに従って上方へ傾斜して形成された後、外端部が下方へ屈曲されている。また、第二伝熱プレート２の外側フランジ１２は、外方へ行くに従って下方へ傾斜して形成された後、外端部が上方へ屈曲されている。なお、各リップ５ａ，１２ａの先端部（図８における上下方向最外部）は、各連接壁７，１４の高さの半分以下に配置されるのが好ましい。これにより、たとえば、内側フランジ１３，６同士を図５に示すようにフレア溶接継手（１９）で接合する際に、各リップ５ａ，１２ａが邪魔にならない。

そして、両伝熱プレート１，２は、外側フランジ５，１２の屈曲部（リップ５ａ，１２ａの基端部）で当接するように重ね合わされる。従って、両伝熱プレート１，２を重ね合わせた状態で、外側フランジ５，１２は、外方へ行くに従って互いに近接する方向に傾斜して形成され、屈曲部にて当接した後、離隔する方向へリップ５ａ，１２ａが形成されている。そして、外側フランジ５，１２同士は、屈曲部における当接部を、外周側からレーザ溶接されて接合される。この際、レーザビームの入射角度は、プレート面と平行方向（水平）に対して±５度の範囲内とするのがよい。

本変形例によれば、リップ５ａ，１２ａ間を溶接することで、レーザビーム照射位置の多少のずれが生じたとしても、溶接不良の発生率を減少させることができる。つまり、フレア溶接継手と同程度の安定性を確保して、両伝熱プレート１，２の外側フランジ５，１２同士を接合することができる。

本発明のプレート式熱交換器は、前記実施例（変形例を含む）の構成に限らず適宜変更可能である。特に、次のような構成を備えれば、その他の構成は適宜に変更可能である。すなわち、伝熱プレート１，２が複数枚重ね合わされ、隣接する伝熱プレート１，２間を流体流路とし、隣接する流体流路に熱交換すべき二流体が流れるように組み立てられるプレート式熱交換器であって、各伝熱プレート１，２は、外周部に沿って設けられる外側フランジ５，１２と、この外側フランジ５，１２の内側に段差をもって設けられる内側フランジ６，１３とを備える。そして、少なくとも積層方向両端部の伝熱プレート以外の各伝熱プレート（つまり積層方向両端部の伝熱プレート間に挟まれた各伝熱プレート）１，２は、隣接する片方の伝熱プレートと、内側フランジ６，１３同士が離隔して平行に配置されると共に、外側フランジ５，１２同士は外方へ行くに従って互いに近接する方向に傾斜して形成され、その外端部同士を接触させて外端面同士がレーザ溶接にて接合されるのであれば、これ以外の構成は適宜に変更可能である。

たとえば、伝熱プレート１，２の大きさ、形状、熱交換部９，１６の構成は、適宜に変更可能である。熱交換器９，１６の形状を変える場合でも、外側フランジ５，１２同士がレーザ溶接にて接合される一対の伝熱プレート１，２は、内側フランジ６，１３より内側に、互いに近接する方向への突部が形成されており、図４に示すように外側フランジ５，１２の外端部同士を接触させた際、前記突部同士も接触されるのがよい。

また、ノズルフランジ８，１５（ノズル穴１０，１７）の位置は、伝熱プレート１，２の四隅に限らず、適宜に設定される。さらに、ノズルフランジ８，１５（ノズル穴１０，１７）の個数も、少なくとも四つあればよい。ノズルフランジ８，１５（ノズル穴１０，１７）の個数を増やすことで、二流体の熱交換に限らず、三流体の熱交換を可能としたり、一流体について複数の出入口を設けたりできる。

また、前記実施例において、第一対応位置Ａと第二対応位置Ｂを入れ替えてもよい。つまり、図１における各伝熱プレート１，２について、左上部と右下部のノズルフランジ８Ａ，１５Ａの構成と、右上部と左下部のノズルフランジ８Ｂ，１５Ｂの構成とを入れ替えてもよい。

また、前記実施例では、各流体の入口と出口とが、略矩形状の伝熱プレート１，２の対角線上に配置されたが、これに限らず、たとえば略矩形状の伝熱プレート１，２の長辺に沿った位置に配置されてもよい。つまり、第一対応位置Ａおよび第二対応位置Ｂは、それぞれ伝熱プレート１，２の対角線上に配置される以外に、伝熱プレート１，２の一辺の両端部に第一対応位置Ａが配置され、もう一辺の両端部に第二対応位置Ｂが配置されてもよい。そして、前記実施例では、第一伝熱プレート１と第二伝熱プレート２との二種類の伝熱プレートを交互に用いて構成したが、場合により、一種類の伝熱プレートを用いて、１８０度反転させつつ重ね合わせて組み立ててもよい。

また、前記実施例では、外側フランジ５（１２）と内側フランジ６（１３）とを連接する連接壁７（１４）は、各フランジ５，６（１２，１３）に対し垂直に設けたが、場合により多少傾斜して設けてもよい。

さらに、前記実施例では、重ね溶接継手の箇所は、レーザ溶接による貫通溶接を行ったが、非貫通溶接など、各種のシーム溶接を行ってもよい。

１ 第一伝熱プレート
２ 第二伝熱プレート
３ （外側フランジの）溶接部
４ （ノズルフランジの）溶接部
５ （第一伝熱プレートの）外側フランジ
５ａ （第一伝熱プレートの外側フランジの）リップ
６ （第一伝熱プレートの）内側フランジ
７ （第一伝熱プレートの）連接壁
８ （第一伝熱プレートの）ノズルフランジ
９ （第一伝熱プレートの）熱交換部
１０ （第一伝熱プレートの）ノズル穴
１１ （第一伝熱プレートの）ヘリンボーン
１２ （第二伝熱プレートの）外側フランジ
１２ａ （第二伝熱プレートの外側フランジの）リップ
１３ （第二伝熱プレートの）内側フランジ
１４ （第二伝熱プレートの）連接壁
１５ （第二伝熱プレートの）ノズルフランジ
１６ （第二伝熱プレートの）熱交換部
１７ （第二伝熱プレートの）ノズル穴
１８ （第二伝熱プレートの）ヘリンボーン
１９，１９´ （内側フランジの）溶接部
Ａ 第一対応位置
Ｂ 第二対応位置

Claims (7)

1. 伝熱プレートが複数枚重ね合わされ、隣接する伝熱プレート間を流体流路とし、隣接する流体流路に熱交換すべき二流体が流れるように組み立てられるプレート式熱交換器であって、
   前記各伝熱プレートは、外周部に沿って設けられる外側フランジと、この外側フランジの内側に段差をもって設けられる内側フランジとを備え、
   少なくとも積層方向両端部の伝熱プレート以外の前記各伝熱プレートは、隣接する片方の伝熱プレートと、前記内側フランジ同士が離隔して平行に配置されると共に、前記外側フランジ同士は外方へ行くに従って互いに近接する方向に傾斜して形成され、その外端部同士を接触させて外端面同士がレーザ溶接にて接合された
   ことを特徴とするプレート式熱交換器。
2. 前記各伝熱プレートは、板厚が１ｍｍ以下の金属板から形成され、外側フランジが内側フランジ面に対し２度以上の角度で、外方へ行くに従って前記内側フランジ面から離隔する方向へ傾斜するようプレス成形され、
   前記外側フランジの外端部同士を接触させると共に前記外側フランジの板面同士を重ね合わせるよう締め付けた状態で、前記外側フランジの外端面同士がレーザ溶接にて接合される
   ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 前記外側フランジ同士がレーザ溶接にて接合される一対の伝熱プレートは、前記内側フランジより内側に、互いに近接する方向への突部が形成されており、
   前記外側フランジの外端部同士を接触させた際、前記突部同士も接触される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレート式熱交換器。
4. 前記外側フランジの外端面におけるレーザ溶接が二回なされた
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。
5. 前記各伝熱プレートは、前記傾斜した外側フランジの外端部に、前記傾斜に対し外側へ屈曲されてリップが形成されており、
   前記外側フランジ同士は、前記リップの基端部において接触されてレーザ溶接される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。
6. 前記各伝熱プレートは、隣接するもう片方の伝熱プレートと、前記内側フランジ同士が重ね合わされて、その重ね合わせ部の外周部がレーザ溶接にて接合された
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。
7. 前記各伝熱プレートは、隣接するもう片方の伝熱プレートと、前記内側フランジ同士が重ね合わされて、その重ね合わせ部の一方の板面から他方の板面へ向けて、レーザ溶接にて接合された
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。

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