JP2017009167A - シート状ロウ材、熱交換器の製造方法および熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器を製造する際、溶融したロウ材により流路が閉塞される不具合を防止することが可能な、シート状ロウ材、熱交換器の製造方法および熱交換器を提供する。【解決手段】シート状ロウ材３０Ａは、平面方向に離間して配置された複数の伝熱フィン２５をそれぞれ含む、一対の熱交換器用金属プレート２０Ａ、２０Ｂを互いに接合するためのものである。シート状ロウ材３０Ａは、ロウ材外周領域３１と、ロウ材外周領域３１の内側に形成された貫通領域３２と、貫通領域３２内に配置されるとともに対応する伝熱フィン２５の全体を覆う位置にそれぞれ配置された複数の被覆領域３５とを備えている。各被覆領域３５は、ブリッジ３６を介してロウ材外周領域３１に保持されている。【選択図】図１

Description

本発明は、シート状ロウ材、熱交換器の製造方法および熱交換器に関する。

一般に、熱交換器は、熱エネルギーの利用や除熱を要する機器などに幅広く利用されている。その中で、高性能熱交換器として代表的なものとして、プレート型熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなプレート型熱交換器においては、プレス加工やハーフエッチング加工などで部分的に薄肉に形成された金属プレートを複数枚積み重ね、この金属プレート間に、熱交換流体の対向する或いは並行する流路を形成するようになっている。

また、プレート型熱交換器においては、温度の異なる２つの熱交換流体間で伝熱効率を高めるために、熱交換流体が通る流路に複数の伝熱フィンを設け、伝熱面積を増やしている。

特開２００６−１７０５４９号公報 特許第３８９３１１０号公報

例えば特許文献１において、熱交換器を作製する際、エッチングを用いてマイクロ流路を有する金属プレートを作製し、この金属プレート同士を拡散接合法によって接合している。しかしながら、拡散接合法を用いた場合、金属プレートの平坦度にわずかな差が存在したり、金属プレートの積層枚数が増えたりした場合に接合不良が発生しやすく、生産効率が低下してしまうという問題がある。

一方、特許文献２においては、プレートとフィンとをロウ付け接合法によって接合している。しかしながら、ロウ付け接合法を用いた場合、流動性が高いロウ材を使うと、エッチングで作製した微細な流路にロウ材が浸入し、流路がロウ材によって閉塞されてしまうという問題がある。一方、流動性の低いロウ材を用いた場合でも、マイクロ流路内部に未反応のロウ材が残ってしまうおそれがある。このように、ペースト状や粉末状のロウ材を流路周囲の所定の位置だけに効率的に設置することは非常に困難である。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、熱交換器を製造する際、溶融したロウ材により流路が閉塞される不具合を防止することが可能な、シート状ロウ材、熱交換器の製造方法および熱交換器を提供することを目的とする。

本発明は、平面方向に離間して配置された複数の伝熱フィンをそれぞれ含む、一対の熱交換器用金属プレートを互いに接合するためのシート状ロウ材であって、ロウ材外周領域と、前記ロウ材外周領域の内側に形成された貫通領域と、前記貫通領域内に配置されるとともに、対応する前記伝熱フィン全体を覆う位置にそれぞれ配置された複数の被覆領域とを備え、各被覆領域は、ブリッジを介して前記ロウ材外周領域に保持されていることを特徴とするシート状ロウ材である。

本発明は、各被覆領域は、対応する前記伝熱フィンよりも大きく形成されていることを特徴とするシート状ロウ材である。

本発明は、前記ブリッジは、各被覆領域の端部と、当該被覆領域に隣接する前記被覆領域の途中部分とを互いに連結していることを特徴とするシート状ロウ材である。

本発明は、前記貫通領域は、エッチングにより形成されたものであることを特徴とするシート状ロウ材である。

本発明は、熱交換器の製造方法であって、平面方向に離間して配置された複数の伝熱フィンをそれぞれ含む、少なくとも一対の熱交換器用金属プレートを準備する工程と、前記一対の熱交換器用金属プレートをシート状ロウ材を介して互いに接合する工程とを備え、前記シート状ロウ材は、ロウ材外周領域と、前記ロウ材外周領域の内側に形成された貫通領域と、前記貫通領域内に配置されるとともに、対応する前記伝熱フィン全体を覆う位置にそれぞれ配置された複数の被覆領域とを有し、各被覆領域は、ブリッジを介して前記ロウ材外周領域に保持されていることを特徴とする熱交換器の製造方法である。

本発明は、各被覆領域は、対応する前記伝熱フィンよりも大きく形成されていることを特徴とする熱交換器の製造方法である。

本発明は、前記ブリッジは、各被覆領域の端部と、当該被覆領域に隣接する前記被覆領域の途中部分とを互いに連結していることを特徴とする熱交換器の製造方法である。

本発明は、前記シート状ロウ材の前記貫通領域は、エッチングにより形成されたものであることを特徴とする熱交換器の製造方法である。

本発明は、熱交換器であって、平面方向に離間して配置された複数の伝熱フィンをそれぞれ含み、互いに隣接する伝熱フィンの間に流路が形成された、少なくとも一対の熱交換器用金属プレートと、前記一対の熱交換器用金属プレートの間に配置され、前記一対の熱交換器用金属プレートを互いに接合するシート状ロウ材とを備え、前記シート状ロウ材は、ロウ材外周領域と、前記ロウ材外周領域の内側に形成された貫通領域と、前記貫通領域内に配置されるとともに、それぞれ各伝熱フィンの形状に対応する複数のフィン接合領域とを有し、前記流路には、前記シート状ロウ材を構成する材料によって覆われていない領域が存在することを特徴とする熱交換器である。

本発明は、前記流路の高さが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする熱交換器である。

本発明は、前記流路のうち、平面方向から見て面積で４０％〜９０％の領域で、前記熱交換器用金属プレートの材料が露出していることを特徴とする熱交換器である。

本発明によれば、熱交換器を製造する際、溶融したロウ材により流路が閉塞される不具合を防止することができる。

図１は、本発明の一実施の形態による熱交換器を示す分解斜視図。 図２（ａ）（ｃ）は、それぞれ金属プレートを示す平面図、図２（ｂ）は、本発明の一実施の形態によるシート状ロウ材を示す平面図。 図３は、金属プレートを示す部分拡大平面図（図２（ａ）のIII部拡大図）。 図４は、シート状ロウ材を示す部分拡大平面図（図２（ｂ）のIV部拡大図）。 図５は、互いに接合された一対の金属プレートを示す断面図（図４のＶ−Ｖ線断面に対応する図）。 図６は、シート状ロウ材の変形例を示す部分拡大平面図（図４に対応する図）。

以下、本発明の一実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。なお、以下の各図において、同一部分には同一の符号を付しており、一部詳細な説明を省略する場合がある。

熱交換器の構成
まず、図１により、本実施の形態による熱交換器の概略について説明する。図１は、本実施の形態による熱交換器を示す分解斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態による熱交換器（プレート型熱交換器）１０は、一方の固定板１１と、一方の固定板１１から離間して設けられた他方の固定板１２と、一方の固定板１１と他方の固定板１２との間に互いに積層して配置された複数（図１では４枚）の熱交換器用金属プレート（金属薄板状プレート）２０Ａ〜２０Ｄとを備えている。

このうち、複数の金属プレート２０Ａ〜２０Ｄは、第１の流体Ｆ_１用の金属プレート２０Ａ、２０Ｂと、第２の流体Ｆ_２用の金属プレート２０Ｃ、２０Ｄとからなっている。

一対の熱交換器用金属プレート２０Ａ、２０Ｂ（以下、金属プレート２０Ａ、２０Ｂともいう）の間には、所定のパターンが形成されたシート状ロウ材（パターン状ロウ材）３０Ａが配置されている。このシート状ロウ材３０Ａによって一対の金属プレート２０Ａ、２０Ｂが互いに接合されている。同様に、一対の熱交換器用金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ（以下、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄともいう）の間には、所定のパターンが形成されたシート状ロウ材（パターン状ロウ材）３０Ｂが配置されている。このシート状ロウ材３０Ｂによって一対の金属プレート２０Ｃ、２０Ｄが互いに接合されている。

シート状ロウ材３０Ａ、３０Ｂは、それぞれロウ材外周領域３１と、ロウ材外周領域３１の内側に形成された貫通領域３２と、貫通領域３２内に配置された複数の被覆領域３５およびブリッジ（繋ぎ部）３６とを有している。なお、シート状ロウ材３０Ａ、３０Ｂの構成については後述する。

図１において、シート状ロウ材３０Ａ、３０Ｂとしては、接合前の状態を示しており、貫通領域３２内に被覆領域３５およびブリッジ３６が配置されている。一方、完成後の熱交換器１０において、被覆領域３５およびブリッジ３６のうち、伝熱フィン２５に接合される部分を除いて溶融されている。

一方の固定板１１と金属プレート２０Ａとの間には、パターンが形成されていないシート状ロウ材（非パターン状ロウ材）３０Ｃが配置されている。このシート状ロウ材３０Ｃによって一方の固定板１１と金属プレート２０Ａとが互いに接合されている。また、一対の金属プレート２０Ｂ、２０Ｃの間には、パターンが形成されていないシート状ロウ材（非パターン状ロウ材）３０Ｄが配置されている。このシート状ロウ材３０Ｄによって一対の金属プレート２０Ｂ、２０Ｃが互いに接合されている。さらに、他方の固定板１２と金属プレート２０Ｄとの間には、パターンが形成されていないシート状ロウ材（非パターン状ロウ材）３０Ｅが配置されている。このシート状ロウ材３０Ｅによって他方の固定板１２と金属プレート２０Ｄとが互いに接合されている。

シート状ロウ材３０Ｃ〜３０Ｅは、シート状ロウ材３０Ａ、３０Ｂとは異なり、ロウ材外周領域３１、貫通領域３２、被覆領域３５およびブリッジ３６を有していない。すなわち、シート状ロウ材３０Ｃ〜３０Ｅは、流体が通過する入口側開口３３Ａ、３３Ｂ、出口側開口３４Ａ、３４Ｂが貫通形成されている点を除き、開口等を有することなく、一面に広がっている。また、シート状ロウ材３０Ｃ〜３０Ｅは、互いに略同一の平面形状を有している。

このように、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄ同士、または金属プレート２０Ａ〜２０Ｄと固定板１１、１２とは、ロウ材を用いて互いに接合されている。これにより、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの平坦度にわずかな差が生じていたり、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの積層枚数が増えたりした場合であっても、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの接合不良が発生せず、生産効率が低下するおそれがない。

一方の固定板１１および他方の固定板１２は、それぞれ平面略矩形状を有している。このうち一方の固定板１１には、流入管１３Ａ、１３Ｂおよび流出管１４Ａ、１４Ｂが接続されている。これに対して他方の固定板１２は、開口等が形成されることなく、平坦な形状を有している。

流入管１３Ａおよび流出管１４Ａは、それぞれ第１の流体Ｆ_１が流入および流出するものである。第１の流体Ｆ_１は、図示しないコンプレッサー又はポンプによって、流入管１３Ａから熱交換器１０に流入し、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ内で循環しながら熱交換を行い、流出管１４Ａから流出するようになっている。また、流入管１３Ｂおよび流出管１４Ｂは、それぞれ第２の流体Ｆ_２が流入および流出するものである。第２の流体Ｆ_２は、図示しないコンプレッサー又はポンプによって、流入管１３Ｂから熱交換器１０に流入し、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ内で循環しながら熱交換を行って、流出管１４Ｂから流出するようになっている。

第１の流体Ｆ_１および第２の流体Ｆ_２は、少なくとも流入管１３Ａ、１３Ｂに流入する時点では、互いに温度が異なっている。第１の流体Ｆ_１および第２の流体Ｆ_２としては、二酸化炭素、空気等の気体であっても良く、水等の液体であっても良い。第１の流体Ｆ_１および第２の流体Ｆ_２は、同一種類の流体を用いても良く、互いに異なる種類の流体を用いても良い。

このように、熱交換器１０においては、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの間を通過する第１の流体Ｆ_１と、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの間を通過する第２の流体Ｆ_２との間で、熱交換が行われるようになっている。なお、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの枚数は、図１では便宜上４枚の場合を示しているが、これに限らず、例えば２０枚〜２００枚程度としても良い。

なお、このような熱交換器１０は、例えば給湯器のヒートポンプユニット、空調設備、車載ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラー、化学プラント等に用いることができる。

金属プレートの構成
次に、図２（ａ）（ｃ）および図３を参照して、本実施の形態によるシート状ロウ材を用いて接合される金属プレートの構成について説明する。なお、以下においては、第１の流体Ｆ_１用の一対の金属プレート２０Ａ、２０Ｂの構成について説明するが、第２の流体Ｆ_２用の一対の金属プレート２０Ｃ、２０Ｄについてもその構成は略同様である。

図２（ａ）（ｃ）に示すように、一対の金属プレート２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ平面略矩形形状であり、長手方向と短手方向とを有している。図２（ａ）（ｃ）において、長手方向はＹ方向に平行であり、短手方向はＹ方向に直交するＸ方向に平行である。

金属プレート２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ外周領域２１と、外周領域２１の内側に形成された薄肉領域（ハーフエッチング領域）２２とを有している。このうち外周領域２１は、各金属プレート２０Ａ、２０Ｂの外周全域に沿って環状に形成されている。この外周領域２１は、ハーフエッチングが施されておらず、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ全体の厚みと同一の厚みを有している。

また、薄肉領域２２は、外周領域２１よりも薄肉となっており、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの一面側のみに形成されている。この場合、薄肉領域２２は、当該一面側から例えばハーフエッチング加工を施すことにより形成されている。なお、「ハーフエッチング」とは、被エッチング材料をその厚み方向に途中までエッチングすることをいう。薄肉領域２２の深さは、例えば、外周領域２１の厚みの４０％〜６０％程度とされても良い。

薄肉領域２２のうち、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの一対の角部近傍には、それぞれ入口側開口２３Ａ、出口側開口２４Ａが形成されている。この入口側開口２３Ａ、出口側開口２４Ａは、第１の流体Ｆ_１が通過するとともに、薄肉領域２２に連通している。

また、外周領域２１のうち、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの他の一対の角部近傍には、それぞれ入口側開口２３Ｂ、出口側開口２４Ｂが形成されている。この入口側開口２３Ｂ、出口側開口２４Ｂは、第２の流体Ｆ_２が通過するとともに、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの薄肉領域２２とは連通しないようになっており、他方、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの薄肉領域２２に連通されるようになっている。

これらの入口側開口２３Ａ、２３Ｂ、出口側開口２４Ａ、２４Ｂは、金属プレート２０Ａ、２０Ｂを貫通するように形成される。なお、入口側開口２３Ａ、２３Ｂ、出口側開口２４Ａ、２４Ｂは、薄肉領域２２を片面側からハーフエッチングにより形成する際、薄肉領域２２と同時に両面側からエッチングにより形成されても良い。

薄肉領域２２には、複数の伝熱フィン２５がそれぞれＺ方向（金属プレート２０Ａ、２０Ｂの厚み方向）に突出して設けられている。各伝熱フィン２５が設けられている箇所の厚みは、外周領域２１の厚みと同一である。一方、各伝熱フィン２５は、外周領域２１および他の伝熱フィン２５からそれぞれ平面方向（Ｘ方向およびＹ方向）に離間して配置されている。このため、各伝熱フィン２５は島状に独立して配置されており、各伝熱フィン２５の周囲には、第１の流体Ｆ_１が通過するための流路２６が形成されている。なお、図１および図２（ａ）（ｃ）において、便宜上、一部の伝熱フィン２５のみを示しているが、実際には、薄肉領域２２の略全域に亘って伝熱フィン２５が配置されている。

図３に示すように、各伝熱フィン２５は、平面略Ｓ字形状を有している。この伝熱フィン２５は、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に沿って一定の間隔を隔てて多数配置されている。また、伝熱フィン２５は、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に対して垂直な方向（Ｘ方向）にも一定の間隔で平行に配置されている。この伝熱フィン２５は、その長手方向両端を渦や旋回流などの乱れが生じないような流線型にそれぞれ成形しており、流体抵抗を最小にするように構成されている。なお、各伝熱フィン２５の形状は、平面円形状、平面長円形状、または平面多角形形状としても良い。

本実施の形態において、複数の伝熱フィン２５は、互いに線対称な形状を有する２種類の伝熱フィン２５ａ、２５ｂを複数組合せることによって構成されている。このうち伝熱フィン２５ａは、Ｘ方向マイナス側およびＹ方向マイナス側から、Ｘ方向プラス側およびＹ方向プラス側へ向かって延びる略Ｓ字形状を有している。一方、伝熱フィン２５ｂは、Ｘ方向プラス側およびＹ方向マイナス側から、Ｘ方向マイナス側およびＹ方向プラス側へ向かって延びる略Ｓ字形状を有している。伝熱フィン２５ａおよび２５ｂは、それぞれＸ方向に沿って一列に配置されており、伝熱フィン２５ａの列と伝熱フィン２５ｂの列とは、Ｙ方向に沿って交互に配置されている。複数の伝熱フィン２５は、これら一組の伝熱フィン２５ａ、２５ｂの位置をＸ方向およびＹ方向にそれぞれ所定量だけずらして多数配置するように構成され、いわゆる千鳥状の配列（デルタ配列）となっている。本明細書中、これら２種類の伝熱フィン２５ａ、２５ｂを合わせて、伝熱フィン２５と称する。伝熱フィン２５の幅は、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの材料の厚みや流体によって適宜異ならせても良い。具体的には、各伝熱フィン２５のうち最も幅の広い箇所で例えば０．３ｍｍ〜１．０ｍｍとしても良い。

そして、第１の流体Ｆ_１は、Ｘ方向に互いに隣接する一対の伝熱フィン２５間の流路２６を通過した後、より下流側（Ｙ方向プラス側）に位置する他の伝熱フィン２５の上流側（Ｙ方向マイナス側）の端部で分岐され、この伝熱フィン２５とＸ方向に互いに隣接する一対の伝熱フィン２５間の流路２６を通過する。その後、伝熱フィン２５に沿って流れた第１の流体Ｆ_１は、伝熱フィン２５の下流側（Ｙ方向プラス側）の端部で合流する。これにより、流路２６における急激な曲がりによる渦形成や旋回流に起因する圧力損失を最小限に抑え、流路面積の変化、すなわち、流路２６の拡大や縮小を抑えることができ、拡流や縮流による圧力損失を小さく抑えることができる。流路２６の幅は、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの材料の厚みや流体によって適宜異ならせても良く、例えば０．２ｍｍ〜３．０ｍｍとしても良い。

本実施の形態において、図２（ａ）（ｃ）および図３に示すように、外周領域２１のうち薄肉領域２２側に位置する縁部２７が、縁部２７に隣接する伝熱フィン２５の形状に沿って波形状又はジグザグ形状となっている。すなわち、外周領域２１の縁部２７には、薄肉領域２２側に張り出す凸部２１ａと、外周領域２１側に引っ込む凹部２１ｂとが、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に沿って複数個繰り返し形成されている。また、波形状又はジグザグ形状の縁部２７は、略Ｓ字状の伝熱フィン２５の形状に合わせた形状となっている。すなわち、縁部２７は、各伝熱フィン２５の外形形状に沿って湾曲しており、これにより、縁部２７と伝熱フィン２５との間の流路２６が略一定の幅となっている。

シート状ロウ材の構成
次に、図２（ｂ）および図４を参照して、本実施の形態によるシート状ロウ材の構成について説明する。なお、以下においては、金属プレート２０Ａ、２０Ｂを接合するシート状ロウ材３０Ａの構成について説明するが、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄを接合するシート状ロウ材３０Ｂについてもその構成は略同様である。

図２（ｂ）は、接合される前の状態におけるシート状ロウ材３０Ａを示している。図２（ｂ）に示すように、シート状ロウ材３０Ａは、平面略矩形形状であり、ロウ材外周領域３１と、ロウ材外周領域３１の内側に形成された貫通領域（エッチング領域）３２とを有している。このうちロウ材外周領域３１は、シート状ロウ材３０Ａの外周領域２１と略同一形状をもち、シート状ロウ材３０Ａの外周全域に沿って環状に形成されている。ロウ材外周領域３１のうち貫通領域３２側に位置する縁部は、波形状又はジグザグ形状となっている。このロウ材外周領域３１は、エッチングが施されておらず、シート状ロウ材３０Ａの全体の厚みと同一の厚みを有している。

貫通領域３２は、シート状ロウ材３０Ａの厚み方向を貫通して形成されている。この場合、貫通領域３２は、例えば両面側からエッチング加工を施すことにより形成されている。

ロウ材外周領域３１のうち、シート状ロウ材３０Ａの一対の角部近傍には、それぞれ入口側開口３３Ｂ、出口側開口３４Ｂが形成されている。この入口側開口３３Ｂ、出口側開口３４Ｂは、第２の流体Ｆ_２が通過するとともに、シート状ロウ材３０Ａの貫通領域３２とは連通しないようになっており、他方、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄの薄肉領域２２に連通されるようになっている。これら入口側開口３３Ｂ、出口側開口３４Ｂは、シート状ロウ材３０Ａを貫通するように形成されている。なお、入口側開口３３Ｂ、出口側開口３４Ｂは、貫通領域３２をエッチングにより形成する際、貫通領域３２と同時に両面側からエッチングされることにより形成されても良い。

貫通領域３２の内部には、複数の被覆領域３５が配置されている。各被覆領域３５は、対応する伝熱フィン２５の平面全体を覆う位置にそれぞれ配置されている。各被覆領域３５の厚みは、ロウ材外周領域３１の厚みと同一である。また、各被覆領域３５は、ロウ材外周領域３１および他の被覆領域３５からそれぞれ平面方向（Ｘ方向およびＹ方向）に離間して配置されている。この被覆領域３５は、貫通領域３２を両面側からエッチングにより形成する際、エッチングされずに残存する領域の一部からなっている。

また各被覆領域３５は、それぞれブリッジ３６を介してロウ材外周領域３１に保持されている。すなわち、各被覆領域３５には少なくとも１本のブリッジ３６が連結されており、このブリッジ３６は、他の被覆領域３５及び／又はロウ材外周領域３１に連結されている。これにより、全ての被覆領域３５が、ブリッジ３６を介してロウ材外周領域３１に保持され、ロウ材外周領域３１から脱落しないようになっている。なお、ブリッジ３６は、貫通領域３２を両面側からエッチングにより形成する際、エッチングされずに残存する領域の一部からなっている。なお、図１および図２（ｂ）において、便宜上、一部の被覆領域３５およびブリッジ３６のみを示しているが、実際には、貫通領域３２の略全域に亘って被覆領域３５およびブリッジ３６が配置されている。

次に、図４を参照して、被覆領域３５およびブリッジ３６の構成について更に説明する。図４は図２（ｂ）のIV部拡大図であり、対応する伝熱フィン２５の位置を仮想線（二点鎖線）で示している。

図４に示すように、各被覆領域３５は、伝熱フィン２５に沿うように平面略Ｓ字形状を有している。図４において、領域Ｓは、被覆領域３５の外周縁を示している。この被覆領域３５は、伝熱フィン２５の平面全体を覆っている。この場合、各被覆領域３５は、対応する伝熱フィン２５の形状よりもわずかに大きくなっており、例えば１０μｍ〜２００μｍ程度側方に広く形成されていても良い。これにより、接合時に被覆領域３５と伝熱フィン２５との間にわずかな位置ずれが生じた場合であっても、伝熱フィン２５同士を確実に接合することができる。なお、各伝熱フィン２５の形状が平面円形状、平面長円形状、または平面多角形形状である場合、各被覆領域３５の形状は、各伝熱フィン２５の形状に合わせて平面円形状、平面長円形状、または平面多角形形状としても良い。

各被覆領域３５は、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に沿って一定の間隔を隔てて多数配置されている。また、被覆領域３５は、第１の流体Ｆ_１の主流方向Ｄ（Ｙ方向）に対して垂直な方向（Ｘ方向）にも一定の間隔で平行に配置されている。

ブリッジ３６は、平面略直線形状を有している。ブリッジ３６は、各被覆領域３５の端部と、当該被覆領域３５に対してＸ方向に隣接する被覆領域３５の途中部分とを互いに連結している。本実施の形態において、各ブリッジ３６は、それぞれＸ方向に平行に延びている。この場合、伝熱フィン２５の端部の周囲において、シート状ロウ材３０の面積を広く確保することができるので、シート状ロウ材３０Ａ、３０Ｂの伝熱フィン２５の端部同士を確実に接合することができる。

次に、図５を参照して、シート状ロウ材３０Ａによって接合された状態の金属プレート２０Ａ、２０Ｂについて説明する。図５は、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ同士の接合が完了した状態を示しており、図４のＶ−Ｖ線断面に対応している。

図５に示すように、金属プレート２０Ａ、２０Ｂは、薄肉領域２２が形成された面同士を互いに対向させるように配置されている。また、一対の金属プレート２０Ａ、２０Ｂの薄肉領域２２および複数の伝熱フィン２５は、それぞれ互いに鏡面対称となるように形成されている。このため、金属プレート２０Ａ、２０Ｂを互いに接合した際、薄肉領域２２同士が一致し、対応する各伝熱フィン２５同士が一致するように接合される。さらに、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの間にシート状ロウ材３０Ａが介在され、シート状ロウ材３０Ａによって金属プレート２０Ａ、２０Ｂが互いに接合されている。このとき、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの薄肉領域２２と、シート状ロウ材３０Ａの貫通領域３２とによって第１の流体Ｆ_１が流れる流路２６が形成される。

このように接合が完了した状態で、シート状ロウ材３０Ａは、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの外周領域２１および伝熱フィン２５に対応する領域を除いて、溶融されて除去されている。すなわちシート状ロウ材３０Ａは、ロウ材外周領域３１と、貫通領域３２内に配置されるとともに、各伝熱フィン２５の形状に対応する複数のフィン接合領域３５ａとを有する。フィン接合領域３５ａは、被覆領域３５のうち伝熱フィン２５に接合された部分からなる。

この場合、流路２６には、シート状ロウ材３０Ａを構成する材料によって覆われていない領域が存在している。流路２６には、シート状ロウ材３０Ａの微量な残渣３８が残留していても良い。残渣３８は、被覆領域３５のうち伝熱フィン２５に接合されなかった部分や、ブリッジ３６が溶融することにより形成されたものである。なお、流路２６のうち平面方向から見て面積で例えば４０％〜９０％（４０％以上９０％以下をいう。他の箇所についても同様）の領域が残渣３８によって覆われることなく、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの材料が露出していることが好ましい。流路２６に占めるシート状ロウ材３０Ａの残渣３８の量はごくわずかであり、流路２６が残渣３８によって閉塞されたり、第１の流体Ｆ_１の流れに影響が生じたりするおそれはない。

なお、金属プレート２０Ａ、２０Ｂは、熱伝導性の良い金属が好ましく、例えばステンレス、鉄、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンなど、種々選択可能である。また、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの厚みは、それぞれ例えば０．１ｍｍ〜２．０ｍｍとしても良い。なお、上述した金属プレート２０Ｃ、２０Ｄについても同様である。

シート状ロウ材３０Ａは、例えばニッケル、銀、銅、又はこれらのいずれかを含む合金など、種々選択可能である。接合前のシート状ロウ材３０Ａの厚みは、適宜設定することができるが、例えば０．０２ｍｍ〜０．１０ｍｍ（０．０２ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下をいう。他の箇所についても同様）としても良い。なお、上述したシート状ロウ材３０Ｂ〜３０Ｅについても同様である。

本実施の形態において、流路２６の高さｈ（Ｚ方向の距離）（図５参照）は、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの薄肉領域２２の深さと、接合後のシート状ロウ材３０Ａの厚みとの合計によって規定される。具体的には、流路２６の高さｈは、例えば０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ（０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下をいう。他の箇所についても同様）とすることが好ましい。このように、流路２６の高さｈを抑えることにより、熱交換器１０をコンパクトにすることができるとともに、熱交換の効率を高めることができる。

熱交換器の製造方法
次に、上述した熱交換器の製造方法について説明する。

まず、上述した金属プレート２０Ａ〜２０Ｄをエッチングによりそれぞれ作製する。この場合、各金属プレート２０Ａ〜２０Ｄに対応する平板状のプレート用金属板を準備し、このプレート用金属板をそれぞれハーフエッチング加工することにより、薄肉領域２２を形成する。また、薄肉領域２２を形成する際、プレート用金属板を両面からエッチング加工することにより、入口側開口２３Ａ、２３Ｂ、出口側開口２４Ａ、２４Ｂをそれぞれ形成する。このとき、外周領域２１および伝熱フィン２５に対応する領域は、エッチング加工されることなくプレート用金属板と同様の厚みを保持する。

また、上述したシート状ロウ材３０Ａ、３０Ｂをエッチングによりそれぞれ作製する。この場合、各シート状ロウ材３０Ａ、３０Ｂに対応する平板状のロウ材用金属板を準備し、このロウ材用金属板を両面からエッチング加工することによりそれぞれ貫通領域３２を形成する。また、貫通領域３２を形成するのと同時に、入口側開口３３Ａ、３３Ｂ、出口側開口３４Ａ、３４Ｂも形成される。一方、ロウ材外周領域３１、被覆領域３５およびブリッジ３６が同時に形成され、これらの領域はエッチング加工されることなくロウ材用金属板と同様の厚みを保持する。

同様に、上述したシート状ロウ材３０Ｃ〜３０Ｅをエッチングによりそれぞれ作製する。これらシート状ロウ材３０Ｃ〜３０Ｅには、流体が通過する開口３３Ａ、３３Ｂ、３４Ａ、３４Ｂのみがエッチングにより貫通形成されている。

続いて、図１に示すように、一方の固定板１１と他方の固定板１２との間に、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄと、シート状ロウ材３０Ａ〜３０Ｅとを挟持する。この場合、一方の固定板１１側から順に、シート状ロウ材３０Ｃ、金属プレート２０Ａ、シート状ロウ材３０Ａ、金属プレート２０Ｂ、シート状ロウ材３０Ｄ、金属プレート２０Ｃ、シート状ロウ材３０Ｂ、金属プレート２０Ｄ、シート状ロウ材３０Ｅ、および他方の固定板１２が配置される。

なお、一方の固定板１１と、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄと、シート状ロウ材３０Ａ〜３０Ｅと、他方の固定板１２とには、それぞれ予め所定の位置に図示しない位置決め孔が形成されている。この位置決め孔を用いて、一方の固定板１１と、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄと、シート状ロウ材３０Ａ〜３０Ｅと、他方の固定板１２とを位置決めし、これらを抵抗溶接法により位置合せ固定しても良い。

次に、このようにして位置決めされた一方の固定板１１と、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄと、シート状ロウ材３０Ａ〜３０Ｅと、他方の固定板１２とを、図示しないロウ付け炉に投入する。このロウ付け炉内で、シート状ロウ材３０Ａ〜３０Ｅは、９００℃〜１２００℃程度の温度に加熱溶融される。これにより、シート状ロウ材３０Ａ〜３０Ｅによって一方の固定板１１、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄおよび他方の固定板１２がそれぞれ接合される。

この際、金属プレート２０Ａ、２０Ｂは、シート状ロウ材３０Ａを介して互いに接合される。このとき、シート状ロウ材３０Ａのロウ材外周領域３１により、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの外周領域２１同士が密着して接合される。また、シート状ロウ材３０Ａの被覆領域３５（フィン接合領域３５ａ）により、金属プレート２０Ａ、２０Ｂの伝熱フィン２５同士が確実に密着して接合される。一方、被覆領域３５の周囲には、空間（貫通領域３２）が形成されている。このため、被覆領域３５の周囲に存在するロウ材によって流路２６が閉塞されるおそれがない。なお、シート状ロウ材３０Ａのうち、被覆領域３５の一部（伝熱フィン２５の外側に位置する部分）やブリッジ３６は溶融し、これによりシート状ロウ材３０Ａの微量な残渣３８が流路２６に残留する。しかしながら、上述したように、流路２６に占める残渣３８の量はごくわずかであり、流路２６が残渣３８によって閉塞されたり、第１の流体Ｆ_１の流れに影響が生じたりするおそれはない。なお、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄについても、同様にシート状ロウ材３０Ｂを介して互いに接合される。

このようにして、一方の固定板１１と、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄと、他方の固定板１２とが密着接合され、本実施の形態による熱交換器１０が得られる。

本実施の形態の作用
次に、このような構成からなる熱交換器の作用について述べる。

まず、図１に示す熱交換器１０において、流入管１３Ａに第１の流体Ｆ_１を導入するとともに、流入管１３Ｂに第２の流体Ｆ_２を導入する。この場合、第１の流体Ｆ_１の温度と第２の流体Ｆ_２の温度とは互いに異なっている。

次に、第１の流体Ｆ_１は、金属プレート２０Ａ、２０Ｂ間の薄肉領域２２に形成された流路２６を通過し、熱交換器１０の流出管１４Ａから流出する。同様に、第２の流体Ｆ_２は、金属プレート２０Ｃ、２０Ｄ間の薄肉領域２２に形成された流路２６を通過し、熱交換器１０の流出管１４Ｂから流出する。流出管１４Ａ、１４Ｂから流出する時点で、第１の流体Ｆ_１および第２の流体Ｆ_２のうち一方の温度は流入時よりも上昇し、他方の温度は流入時よりも降下している。この場合、金属プレート２０Ｂと金属プレート２０Ｃとが互いに接合されているので、これら金属プレート２０Ｂ、２０Ｃを介して、第１の流体Ｆ_１と第２の流体Ｆ_２との間で熱交換が効率的に行なわれる。

このように本実施の形態によれば、シート状ロウ材３０Ａは、貫通領域３２内に配置されるとともに対応する伝熱フィン２５全体を覆う位置にそれぞれ配置された複数の被覆領域３５を備えている。各被覆領域３５は、ブリッジ３６を介してロウ材外周領域３１に保持されている。このように、伝熱フィン２５の位置にロウ材（被覆領域３５）を選択的に配置することができるので、流路２６の内部に残ったロウ材により流路２６が閉塞されたり、未反応のロウ材が流路２６に残存したりするおそれがない。これにより、流路２６における第１の流体Ｆ_１の流れに影響が生じることが防止される。この結果、熱交換効率の高いプレート型熱交換器を効率的に製造することが可能となる。

また、本実施の形態によれば、シート状ロウ材３０Ａ〜３０Ｅを用いて金属プレート２０Ａ〜２０Ｄを接合するので、拡散接合法を用いる場合と異なり、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの平坦度にわずかな差が生じていたり、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの積層枚数が増えたりした場合であっても、接合不良が発生するおそれがない。また、ディスペンサーやマスキングを用いてロウ材をパターン形成する場合と異なり、シート状ロウ材３０Ａ〜３０Ｅの層の厚みにムラがなく、接合不良が発生しにくい。またシート状ロウ材３０Ａ〜３０Ｅによる密着力が強固なので、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの積層枚数が増えた場合であっても、位置ずれ不良が起こりにくい。

また、本実施の形態によれば、金属プレート２０Ａ〜２０Ｄの流路２６がエッチングにより作製されるので、流路をプレスによって作製する場合と比べて、熱交換器１０をコンパクトかつ高効率なものとすることができる。これにより、冷媒量の削減も含め、エネルギー効率を高めることができる。

変形例
次に、図６により、シート状ロウ材の変形例について説明する。図６は、図４に対応する図である。図６において、図１乃至図５に示す実施の形態と同一部分には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

図６に示すシート状ロウ材３０Ｆにおいて、各被覆領域３５Ａは、ブリッジ３６Ａを介してロウ材外周領域３１に保持されている。この場合、図６に示す形態と異なり、ブリッジ３６Ａは、複数の被覆領域３５Ａを連続的に連結する平面略帯形状のブリッジからなっている。ブリッジ３６Ａは、Ｘ方向に平行に延びている。またブリッジ３６Ａは、等間隔に配置された複数の円形状の開口３９を有している。各開口３９は、Ｘ方向に隣接する一対の伝熱フィン２５同士の間に形成されている。この場合、伝熱フィン２５の端部の周囲において、シート状ロウ材３０Ｆの面積が広く確保されているので、伝熱フィン２５の端部同士を確実に接合することができる。

上記実施の形態および変形例に開示されている複数の構成要素を必要に応じて適宜組合せることも可能である。あるいは、上記実施の形態および変形例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

１０ 熱交換器
１１ 一方の固定板
１２ 他方の固定板
２０Ａ〜２０Ｄ 金属プレート
２１ 外周領域
２２ 薄肉領域
２５ 伝熱フィン
２６ 流路
２７ 縁部
３０Ａ〜３０Ｆ シート状ロウ材
３１ ロウ材外周領域
３２ 貫通領域
３５ 被覆領域
３５ａ フィン接合領域
３６ ブリッジ
３８ 残渣

Claims (11)

1. 平面方向に離間して配置された複数の伝熱フィンをそれぞれ含む、一対の熱交換器用金属プレートを互いに接合するためのシート状ロウ材であって、
   ロウ材外周領域と、
   前記ロウ材外周領域の内側に形成された貫通領域と、
   前記貫通領域内に配置されるとともに、対応する前記伝熱フィン全体を覆う位置にそれぞれ配置された複数の被覆領域とを備え、
   各被覆領域は、ブリッジを介して前記ロウ材外周領域に保持されていることを特徴とするシート状ロウ材。
2. 各被覆領域は、対応する前記伝熱フィンよりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１記載のシート状ロウ材。
3. 前記ブリッジは、各被覆領域の端部と、当該被覆領域に隣接する前記被覆領域の途中部分とを互いに連結していることを特徴とする請求項１又は２記載のシート状ロウ材。
4. 前記貫通領域は、エッチングにより形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のシート状ロウ材。
5. 熱交換器の製造方法であって、
   平面方向に離間して配置された複数の伝熱フィンをそれぞれ含む、少なくとも一対の熱交換器用金属プレートを準備する工程と、
   前記一対の熱交換器用金属プレートをシート状ロウ材を介して互いに接合する工程とを備え、
   前記シート状ロウ材は、
   ロウ材外周領域と、
   前記ロウ材外周領域の内側に形成された貫通領域と、
   前記貫通領域内に配置されるとともに、対応する前記伝熱フィン全体を覆う位置にそれぞれ配置された複数の被覆領域とを有し、
   各被覆領域は、ブリッジを介して前記ロウ材外周領域に保持されていることを特徴とする熱交換器の製造方法。
6. 各被覆領域は、対応する前記伝熱フィンよりも大きく形成されていることを特徴とする請求項５記載の熱交換器の製造方法。
7. 前記ブリッジは、各被覆領域の端部と、当該被覆領域に隣接する前記被覆領域の途中部分とを互いに連結していることを特徴とする請求項５又は６記載の熱交換器の製造方法。
8. 前記シート状ロウ材の前記貫通領域は、エッチングにより形成されたものであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項記載の熱交換器の製造方法。
9. 熱交換器であって、
   平面方向に離間して配置された複数の伝熱フィンをそれぞれ含み、互いに隣接する伝熱フィンの間に流路が形成された、少なくとも一対の熱交換器用金属プレートと、
   前記一対の熱交換器用金属プレートの間に配置され、前記一対の熱交換器用金属プレートを互いに接合するシート状ロウ材とを備え、
   前記シート状ロウ材は、
   ロウ材外周領域と、
   前記ロウ材外周領域の内側に形成された貫通領域と、
   前記貫通領域内に配置されるとともに、それぞれ各伝熱フィンの形状に対応する複数のフィン接合領域とを有し、
   前記流路には、前記シート状ロウ材を構成する材料によって覆われていない領域が存在することを特徴とする熱交換器。
10. 前記流路の高さが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項９記載の熱交換器。
11. 前記流路のうち、平面方向から見て面積で４０％〜９０％の領域で、前記熱交換器用金属プレートの材料が露出していることを特徴とする請求項９又は１０記載の熱交換器。

Images