JP3605089B2 - チタン製プレート型熱交換器の製造方法 - Google Patents
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Description
【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を製造する方法と、
(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系ろう材によって形成されるものである。
【0011】
そして、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積層配置されて、両流体の間で熱交換が行われる熱交換器の製造方法であって、前記流路を、一端部に流体の流入口、他端部に流体の流出口を有するチタン製の扁平容器と、この扁平容器の中に入れてその内面に凸条の頂面において面接合するオフセット型のチタンプレートフィンとより構成する際に、850℃未満の温度で溶融する、Ti20〜40重量%、Zr20〜40重量%のTi―Zr系ろう材より成る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面接合部に塗布供給し、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である。
【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】
殊に、この発明では、接合に用いるろう材の合金は、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面接合部に塗布供給していることを 特徴とする製造方法である。
【0017】
【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。
【0018】
図1は、一実施例の製造方法で得られる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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
図2及び図3は、前記の熱交換器の分解斜視図である。
【0024】
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)U2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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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17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。
【0034】
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。
【0035】
実施例の熱交換器は、次の要領で製造される。
【0036】
(1)第1ユニットU1と第2ユニットU2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。
【0037】
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。
【0038】
すなわち、TiとZrの配合量が多い、謂わばTi−Zr系合金をろう材として用いており、品番No.1のようにNiは不使用でも実施可能である。またCuの配合量はきわめて少なくて済むことも分かる。
【0039】
【表1】
【0040】
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。
【0041】
(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。
【0042】
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。
【0043】
(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。
【0044】
【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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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】本発明に係る好ましい製造方法で得られる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】図1に示す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
Claims (1)
- 第1流体の流路と第2流体の流路が交互に積層配置されて、両流体の間で熱交換が行われる熱交換器の製造方法であって、前記流路を、一端部に流体の流入口、他端部に流体の流出口を有するチタン製の扁平容器と、この扁平容器の中に入れてその内面に凸条の頂面において面接合するオフセット型のチタンプレートフィンとより構成する際に、850℃未満の温度で溶融する、Ti20〜40重量%、Zr20〜40重量%のTi―Zr系ろう材より成る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面接合部に塗布供給し、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。
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