JP4032508B2 - プレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造及びヘッダ取付方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造及びヘッダ取付方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のプレート・フィン型熱交換器は、図5及び図6に示すように低温流体流入用ヘッダ1と加熱された低温流体流出用ヘッダ2、流入側及び流出側に設けた斜交流部3a及び斜交流部3bと、斜交流部3bに設けた高温流体入口5と、斜交流部3aに設けた高温流体出口6と、斜交流部3aと斜交流部3b間に設けられ、低温流体7と高温流体8とが熱交換をする対向流部4とからなる矩形型のものである。
【0003】
その内部の構造は、図6のA−A断面図である図7、図6のB−B断面図である図8、及び各部材の斜視図である図9に示すように、周囲に縁25aを設けると共に2つのヘッダ1,2を挿入する2つの穴23a,24aを設けた第一隔離板9a(図9の(a))と、2つのヘッダ1,2を挿入する2つの穴23a,24aの周囲にエンボス部22e,22fを設けた第二隔離板10a(図9の(c))と、低温流体流路12a用の伝熱促進体14a及び2個の斜流路部材18a,19a(図9の(b))と、高温流体流路13a用の伝熱促進体15a及び2個の斜流路部材20a,21a(図9の(d))と、を繰り返して2段以上、多いものでは80段以上に積み重ね、その上に上記第一隔離板9a並びに低温流体流路12a用の上記伝熱促進体14a及び2個の斜流路部材18a,19aを重ね、最上部にヘッダ1,2を挿入する穴23a,24aを設けた平板状の第三隔離板11a(図9の(e))を重ね、さらにこの時各隔離板9a,10a間には補強部材26を入れ、さらに上下に2つのヘッダ取付穴23,24を有する側板16,17を重ねるようにしている。
【0004】
また、前記図7では、側板16,17が厚板で構成されていて、該側板16,17にヘッダ取付穴23,24を設けるようにしているが、図10、図11に示すように、隔離板9a,10aより厚いが比較的薄い板材から構成された側板16,17の外側に、ヘッダ取付穴23,24を備えたリング状のステー29を重ねて設け、該ステー29によりヘッダ1,2の取付部の強度を高めるようにしたものも考えられている。
【0005】
前記隔離板9a,10aと、伝熱促進体14a,15aと、側板16,17及びステー29とは、夫々の間にロウ付けのためのロウ材(アモルファス等)を予め挟み込みながら積層し、このようにして製作された積層体は、クランプ等によりロウ付けに必要な圧力を積層方向に掛けた状態で高温真空炉内においてロウ材を溶融させて部材同士を一体に接着することにより積層組立体27を構成するようにしている。隔離板9a,10a同士は、周囲部及びヘッダ1,2挿入のための穴部の内周部を溶接にて接合し、各流路が隔離板9a,10aによって仕切られ、流体7,8が互に混合しない構造となっている。
【0006】
前記したようにロウ付けにて構成された積層組立体27の側板16,17或いはステー29に形成されたヘッダ取付穴23,24には、前記積層組立体27とは別個に製作されて一端が閉塞された構造の低温流体流入用ヘッダ1及び低温流体流出用ヘッダ2を上下一側から挿入し、該ヘッダ1,2を、前記側板16,17(図7)或いはステー29(図10)のヘッダ取付穴23,24に夫々溶接30にて気密に固定することにより、プレート・フィン型熱交換器を構成するようにしている。
【0007】
前記ヘッダ1,2は、図10、図11に示すように前記各低温流体流路12aに対して流体を分配するために、全周側面に窓状の流体出入口流路28を備えている。このとき、ヘッダ1,2は流体を満遍なく分配するためには流体出入口流路28は大きく形成する必要があるが、プレート・フィン型熱交換器の膨張・変形防止のための十分な強度を備えている必要上から、前記流体出入口流路28は最適な大きさに決定するようにしている。
【0008】
また、図12に示したものは、プレート・フィン型熱交換器の形状を左右対称形状としたものである。このように左右対称な形状とすると、前記隔離板9a,10aを反転させて設けることで、隔離板9a,10aの種類を減らすことができる利点があり、また、加熱した際に、単純な左右対称形状であるために、局所的な熱応力の発生を防止できる利点がある。また、他のプレートフィン型熱交換器としては、前記したように低温流体用のヘッダ1,2を設ける以外に、高温流体側にもヘッダを設けるようにしたものも考えられている。
【0009】
上記した従来のプレート・フィン型熱交換器は、図7を参照して説明すると、ヘッダ1から低温流体流路12aの斜流路部材18aに入った低温流体7が、対向流部4で高温流体流路13aの斜流路部材20aの入口5から入った高温流体8によって加熱されて、低温流体流路12aの斜流路部材19aを通ってヘッダ2から流出し、熱交換が終わった高温流体8は高温流体流路13aの斜流路部材21aの出口6(図5、図9の(d))から流出するようになっているものである。
【0010】
上記したような積層組立体27に備えられるヘッダ1,2は、熱膨張等による両側板16,17間の変位量を制限し、変形を抑制するための強度部材として作用するものであり、上記ヘッダ1,2の取付部の構造には、従来から種々方式のものが考えられている。ただし、前記側板16,17の厚さは、隔離板9a,10aより厚くするが、余り厚くすると、熱容量が大き過ぎて、加熱及び冷却時の伸縮が肉厚の薄い隔離板9a,10aに追従せず、側板16,17に近い隔離板9a,10aを潰してしまう等の変形を生じさせる可能性があり、そのために側板16,17の厚さは適正に設定する必要がある。
【0011】
図13は、厚板から削り出すことにより、側板16,17と、ヘッダ取付穴23,24を備えた溶接部31とを形成するようにしたものである。
【0012】
図13の削り出し方式は、熱交換器の投影面積が比較的小さい場合には適用されることが多いが、大型の熱交換器になると、削り出しのために多大の時間と手間を要してコストが増加する問題があり、更に、側板16,17を均一な厚みでしかも比較的薄く削り出すことは技術的に大変難しく、よって上記削り出し方式の側板16,17は大型プレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造としては不適である。
【0013】
また、図14は、ヘッダ取付穴23,24を内周上部に突出して備え、且つ下部内周に側板固定部32を備えるように凹み33を形成したステー29を設け、該ステー29の外周部と内周部とを、溶接34にて側板16,17に固定するようにしたものである。
【0014】
図14のようにステー29を溶接34にて側板16,17に固定する方式は、隔離板9a,10aと、伝熱促進体14a,15aと、側板16,17とをロウ材を挟んで積層し、その積層体を高温真空炉内でロウ付けして一体化した後、側板16,17に溶接34によってステー29を固定することができるために、製作が比較的容易であり、積層組立体の強度も比較的高いものとすることができる。
【0015】
しかし、上記図14の方式において、ステー29と側板16,17とを強固に固定するためには、ある程度大きい入熱で溶接34を行う必要があり、このために側板16,17の厚みはあまり薄くすることはできず、このために側板16,17を厚くすると、隔離板9a,10aの拘束力が大きくなって隔離板9a,10aが熱膨張時に潰れる可能性を生じ、また前記したように大きな入熱で溶接34を行った場合には高温の入熱が内部の隔離板9a,10a等に伝わることによって隔離板9a,10a等のロウ付け部が剥離してしまうという危険性がある。
【0016】
また、上記問題を解決するために、図15に示すように、前記図14と同様に形成されたステー29を、ロウ材35によるロウ付けにて側板16,17に一体に固定するようにした方式が考えられている。この方式では、積層体の側板16,17とステー29とがロウ付け時に位置ズレしないように内周の側板固定部32を点溶接36してからロウ付けを行うようにしている。
【0017】
また、図15のように、ロウ付けによって構成された積層組立体27の側板16,17とステー29の外周部とを、小さな入力にて溶接34’を行うことによって固定力を更に高めることも行われている。
【0018】
図15のようにロウ付けにて側板16,17にステー29を固定する方式は、隔離板9a,10aと、側板16,17と、ステー29とをロウ材35を挟んで積層し、圧力をかけた状態で積層体を真空加熱炉に入れてロウ材35を溶融させることにより、積層組立体27を構成することができるので、積層組立体27の製造を容易にしかも高効率で行うことができる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記図15のように、ステー29をロウ付けにて側板16,17に一体に固定する場合、強固な接着を行わせるにはロウ材35を薄く均一に介在させる必要があるが、従来の方式においては次のような問題を有していた。
【0020】
即ち、小型の熱交換器のように、ステー29のロウ付け面積が小さいものは或る程度高い接着力を得ることができるが、大型の熱交換器のようにステー29のロウ付け面積が大きいものは、その特性上100%の接合を得ることは困難であり、特に側板16,17の平面度が低かったり、或いはロウ付け時に積層方向に均一な荷重が掛かっていない場合には、ロウ材35が付着しない部分が生じてロウ付け効果が低下してしまう問題を生じ易い。このために、積層体の各部材は非常に精度良く加工し、慎重に組立てを行う必要があり、積層組立体27の製造が大変困難である。
【0021】
また、ロウ付け時に、溶融したロウ材35が流れ出す問題があり、漏出したロウ材35はステー29の内外周と側板16,17との間の近傍に付着固化することになる。従って、積層組立体27の製作後に、溶接34’によってステー29を側板16,17に固定することにより固定力を更に高めようとした場合、溶接部にロウ材35が存在していると、ロウ付け部が再入熱によって破裂することにより溶接することができない。従って、前記溶接34’を実施するためには、漏出して外部に固化したロウ材35を切削することにより除去する必要があり、このための作業が繁雑で非常に能率が悪いという問題を有していた。
【0022】
本発明は、ヘッダの取り付け作業を簡略化でき、且つ積層組立体の高い支持強度を保持できるようにしたプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造及びヘッダ取付方法を提供することを目的としているものである。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造は、低温流体流路と高温流体流路とが隔離板を挟んで交互に積層され且つその両外側に側板が備えられ、更に側板の外側にヘッダ取付穴を有するステーが備えられた積層体を、ロウ付けにて一体に組み立てることにより積層組立体を構成し、該積層組立体の前記ヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接により固定するようにしているプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造であって、上下に対向する前記側板とステーとの対向面に、半径方向に複数個交互になるように環状のロウ材貯留溝を形成し、上側のロウ材貯留溝にロウ材を装入するようにしたことを特徴とするものである。
【0024】
本発明のプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付方法は、低温流体流路と高温流体流路とが隔離板を挟んで交互に積層され且つその両外側に側板が備えられ、更に側板の外側にヘッダ取付穴を有するステーが備えられた積層体を、ロウ付けにて一体に組み立てることにより積層組立体を構成し、該積層組立体の前記ヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接により固定するようにしているプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付方法であって、上下に対向する側板とステーの対向面に、半径方向に複数個交互になるように環状のロウ材貯留溝を形成し、上側のロウ材貯留溝にロウ材を装入して積層することにより積層体を製作すると共に、前記側板とステーとを点溶接により位置決めした後、積層体をロウ付けすることにより積層組立体を構成し、該積層組立体におけるステーのヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接することを特徴とするものである。
【0025】
また、ロウ付けにより構成された積層組立体の側板とステーとを溶接にて固定するようにしても良い。
【0026】
上記手段の作用を説明する。
【0027】
本発明によれば、上下に対向する側板とステーの対向面に、半径方向に複数個交互になるように環状のロウ材貯留溝を形成し、上側のロウ材貯留溝にロウ材を装入して積層することにより積層体を製作すると共に、前記側板とステーとを点溶接により位置決めした後、積層体をロウ付けすることにより積層組立体を構成し、該積層組立体におけるステーのヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接するようにしているので、積層体のロウ付け時に、上側のロウ材貯留溝に装入されたロウ材は、溶け出して側板とステーとの狭い隙間内に毛管現象により満遍なく浸透し、この時余剰となったロウ材は下側のロウ材貯留溝に流れ込んで貯留されるようになる。従って、余剰のロウ材が側板とステーとの対向面から外部に漏出するという問題を防止することができる。また、前記したように複数のロウ材貯留溝が設けられていることにより、側板とステーとの接合面が実質的に狭い幅寸法に分割されることになり、よって対向面が密着し易くなり、ロウ付けの欠点である大面積では接合不良を生じ易いという問題を防止して、高い接合強度を得ることができる。
【0028】
更に、ロウ材の漏出が防止できるので、ロウ付け後において、ステーを側板に小さな入熱で溶接して固定する場合にも、漏出して固化したロウ材を切削除去するといった面倒な作業を要することなしに、容易に溶接作業を実施してステーと側板との固定強度を更に高めることができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態例について図1〜図3を参照して説明する。図1は本発明を実施する一形態例を説明するための断面図、図2は図1の拡大図であり、図中、図15と同一のものには同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0030】
図1及び図2に示すように、積層組立体27を構成する側板16,17の外側におけるステー29を取り付ける位置に、ステー29が嵌合し得る浅い溝37を形成する。更に、前記側板16,17の浅い溝37と、ステー29との対向面に、ヘッダ取付穴23,24を取り囲むように環状のロウ材貯留溝38a,38bを設ける。前記側板16,17及びステー29に設けるロウ材貯留溝38a,38bは、半径方向に複数個交互に備えるのが好ましい。
【0031】
また、前記側板16,17に形成するロウ材貯留溝38a及びステー29に形成するロウ材貯留溝38bは、その一方にロウ材35を予め装入しておき、ロウ付けの際に溶けたロウ材35が側板16,17とステー29との間の隙間(例えば50ミクロン程度以下)に満遍なく行き渡るのに充分な量のロウ材35が装入できる容量としている。
【0032】
次に、積層組立体27を組立てる操作について説明する。
【0033】
図3に示すように隔離板9a,10a及び側板16,17をロウ材を挟んで積層した側板16,17の外側に、ロウ材貯留溝38a,38bに所要量のロウ材35を装入するようにしてステー29を重ね合わせ、この積層体をクランプ等により荷重をかけて拘束した状態とする。更にステー29と側板16,17とを点溶接36することにより位置決めを行う。
【0034】
この時、対向している側板16,17とステー29のロウ材貯留溝38a,38bにおける上側のロウ材貯留溝、図2ではステー29のロウ材貯留溝38bにロウ材35を装入しておくようにする。
【0035】
続いて、前記積層体を真空加熱炉に入れて加熱しロウ材35を溶融させることにより積層組立体27を構成する。
【0036】
上記ロウ付け時に、上側のロウ材貯留溝38bに装入されたロウ材35は、溶け出して図4に示すように前記側板16,17とステー29との狭い隙間内に毛管現象により満遍なく浸透し、この時余剰となったロウ材35は下側のロウ材貯留溝38aに流れ込んで貯留されるようになる。
【0037】
従って、余剰のロウ材35が側板16,17とステー29との対向面から外部に漏出するという問題を防止することができる。また、前記したように複数のロウ材貯留溝38a,38bが設けられていることにより、側板16,17とステー29との接合面が実質的に狭い幅寸法に分割されることになり、よって対向面が密着し易くなり、ロウ付けの欠点である大面積では接合不良を生じ易いという問題を防止して、高い接合強度を得ることができる。
【0038】
更に、前記したように、ロウ材の漏出が防止できるので、図15に示すようにロウ付け後に、ステー29を側板16,17に小さな入熱で溶接34’して固定する場合にも、漏出して固化したロウ材35を切削除去するといった面倒な作業を要することなしに、容易に溶接作業を実施してステー29と側板16,17との固定強度を更に高めることができる。
【0039】
図3に示すように構成された積層組立体27に、ヘッダ1,2を溶接固定する際には、ステー29のヘッダ取付穴23,24にヘッダ1,2を装入し、ステー29を側板16,17に溶接30により固定する。
【0040】
これにより、積層組立体27に対して強固に固定されたステー29を介して、積層組立体27とヘッダ1,2とを高い強度で取り付けることができ、ヘッダ1,2による積層組立体27の変形を抑制することができる。
【0041】
なお、本発明は図示した形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更を加え得ることは勿論である。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、上下に対向する側板とステーの対向面に、半径方向に複数個交互になるように環状のロウ材貯留溝を形成し、上側のロウ材貯留溝にロウ材を装入して積層することにより積層体を製作すると共に、前記側板とステーとを点溶接により位置決めした後、積層体をロウ付けすることにより積層組立体を構成し、該積層組立体におけるステーのヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接するようにしているので、積層体のロウ付け時に、上側のロウ材貯留溝に装入されたロウ材は、溶け出して側板とステーとの狭い隙間内に毛管現象により満遍なく浸透し、この時余剰となったロウ材は下側のロウ材貯留溝に流れ込んで貯留されるようになる。従って、余剰のロウ材が側板とステーとの対向面から外部に漏出するという問題を防止することができる。また、前記したように複数のロウ材貯留溝が設けられていることにより、側板とステーとの接合面が実質的に狭い幅寸法に分割されることになり、よって対向面が密着し易くなり、ロウ付けの欠点である大面積では接合不良を生じ易いという問題を防止して、高い接合強度を得ることができる効果がある。
【0043】
更に、ロウ材の漏出が防止できるので、ロウ付け後において、ステーを側板に小さな入熱で溶接して固定する場合にも、漏出して固化したロウ材を切削除去するといった面倒な作業を要することなしに、容易に溶接作業を実施してステーと側板との固定強度を更に高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する一形態例の断面図である。
【図2】図1の一部を拡大して示した断面図である。
【図3】本発明によって積層組立体を構成する際の説明用断面図である。
【図4】図1のロウ材が溶融した状態を示す断面図である。
【図5】従来のプレート・フィン型熱交換器の斜視図である。
【図6】図5のプレート・フィン型熱交換器の平面図である。
【図7】図6のA−A断面図である。
【図8】図6のB−B断面図である。
【図9】(a)(b)(c)(d)(e)はプレート・フィン型熱交換器の各部材の斜視図である。
【図10】従来のプレート・フィン型熱交換器におけるヘッダ設置部の断面図である。
【図11】図10のXI−XI方向から見た断面図である。
【図12】左右対称形状の熱交換器の斜視図である。
【図13】従来の側板を削り出す方式を示す断面図である。
【図14】従来のステーを溶接にて側板に固定する方式を示す断面図である。
【図15】従来のステーを側板にロウ付けにて固定する方式を示す断面図である。
【符号の説明】
1 低温流体流入用ヘッダ(ヘッダ)
2 低温流体流出用ヘッダ(ヘッダ)
9a 第一隔離板(隔離板)
10a 第二隔離板(隔離板)
11a 第三隔離板(隔離板)
12a 低温流体流路
13a 高温流体流路
16,17 側板
23,24 ヘッダ取付穴
27 積層組立体
29 ステー
30 溶接
34’ 溶接
35 ロウ材
36 点溶接
38a,38b ロウ材貯留溝
Claims (3)
- 低温流体流路と高温流体流路とが隔離板を挟んで交互に積層され且つその両外側に側板が備えられ、更に側板の外側にヘッダ取付穴を有するステーが備えられた積層体を、ロウ付けにて一体に組み立てることにより積層組立体を構成し、該積層組立体の前記ヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接により固定するようにしているプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造であって、上下に対向する前記側板とステーとの対向面に、半径方向に複数個交互になるように環状のロウ材貯留溝を形成し、上側のロウ材貯留溝にロウ材を装入するようにしたことを特徴とするプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造。
- 低温流体流路と高温流体流路とが隔離板を挟んで交互に積層され且つその両外側に側板が備えられ、更に側板の外側にヘッダ取付穴を有するステーが備えられた積層体を、ロウ付けにて一体に組み立てることにより積層組立体を構成し、該積層組立体の前記ヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接により固定するようにしているプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付方法であって、上下に対向する側板とステーの対向面に、半径方向に複数個交互になるように環状のロウ材貯留溝を形成し、上側のロウ材貯留溝にロウ材を装入して積層することにより積層体を製作すると共に、前記側板とステーとを点溶接により位置決めした後、積層体をロウ付けすることにより積層組立体を構成し、該積層組立体におけるステーのヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接することを特徴とするプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付方法。
- ロウ付けにより構成された積層組立体の側板とステーとを溶接にて固定することを特徴とする請求項2記載のプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付方法。
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JP16717798A JP4032508B2 (ja) | 1998-06-15 | 1998-06-15 | プレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造及びヘッダ取付方法 |
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