JP4230611B2 - プレート式熱交換器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレート式熱交換器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、異なる流体間で熱伝達を行うべく、伝熱板の両側で高温流体と低温流体とを流して熱交換を行うようにしたプレート式熱交換器において、例えば特開平10−259997号公報に開示されているように、流路として波形断面形状にて複数の平行溝を設けた波板状伝熱板を形成し、その波板状伝熱板を複数枚積層する際に隣り合うものにおける波形の山と谷とが互いに交差するようにしたものがある。このように波板状伝熱板を使用して波形の山と谷とが交差するように積層するのは、流体の流れを乱流にして熱交換の促進を図ると共に、流体間の差圧に耐えるように伝熱板の剛性を高めるためである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記構造のプレート式熱交換器にあっては、高温・低温の各流体が各伝熱板を介して交互に流れるように、伝熱板の一方の端部にて一方の流体を流す流路を挟んで隣り合う伝熱板の対応する各開口の周縁部同士をろう付けすると共に、伝熱板の他方の端部では他方の流体を流す流路を挟んで隣り合う伝熱板の対応する各開口の周縁部同士をろう付けしている。例えば図8に示されるように隣り合う伝熱板21a・21bの各開口2aの周縁部同士を密接させ、ろう付け(図のW)している。
【0004】
しかしながら、上記開口2aの周縁部同士のろう付けWが不完全の場合には、両伝熱板21a・21bの各開口2aの合わせ部分にその全周の一部に隙間11が生じ、その隙間11を介して一方の流体と他方の流体とが混ざり合って、熱交換器の機能が損なわれるという問題が生じる。その隙間は例えば50μm程度でも上記問題が生じるため、そのような問題を生じないようにするためには、上記開口2aの周縁部を高精度に形成して各周縁部の密着性を全周に渡って確保する必要がある。
【0005】
一方、伝熱板の波板形状や上記開口をプレス加工により行うことにより加工コストを低廉化し得るが、伝熱板の厚さが薄い場合には開口の周縁部の平坦度に必要な精度を確保することは極めて困難であるという問題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、プレート式熱交換器における各流路間の連通路を伝熱板に設けた開口の周縁部に対する高精度なろう付けを容易に行うことを実現するために、本発明に於いては、伝熱板の両側に異なる温度の流体を流すべく、前記伝熱板を複数枚積層した際に隣り合うものの間に流路を確保し得るように前記伝熱板を形成し、かつ前記流路における同一温度の流体を流すもの同士を連通するべく、前記伝熱板に前記積層した際に連通する開口を設けかつ当該開口の周縁部同士をろう付けして連通路を設けたプレート式熱交換器であって、前記ろう付けされる開口同士の一方の開口の内縁が他方の開口の外周部分の面に全周に渡って線接触するように、前記ろう付けされる開口同士の少なくともいずれか一方の外周部分がハの字状断面形状に形成され、前記線接触する部分がろう付けされているものとした。
【0007】
これによれば、伝熱板を形成するプレス加工を行う際に同時に開口及びその外周部分のハの字断面形状を形成することができ、そのハの字断面形状が塑性変形にて形成されることから、開口の外周部分の形状を高精度に形成することができ、積層される一方の開口の周縁を他方の開口の外周部分に線接触させることができる。そのため、隙間が生じることなく、線接触部分をろう付けすることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0009】
図1は、本発明が適用されたプレート式熱交換器の伝熱板の積層要領を示す斜視図であり、積層される伝熱板の一部(図では3枚)を示している。本プレート式熱交換器にあっては、図に示されるように積層される複数枚の波板状伝熱板1a・1b・1cの間に画定される各空間(流路)に高温または低温の各流体を図の実線及び想像線の各矢印に示されるように流して、図では中間の伝熱板1bを介してその両側に流れる各流体間で熱交換するものであり、積層する伝熱板の枚数はその仕様により任意である。
【0010】
なお、各伝熱板1a(1b・1c)は、ステンレス製薄板をプレス加工して形成されており、同一形状部分にあっては、特に示さない限り1枚の伝熱板1aを代表として説明する。
【0011】
上記したように互いに重ね合わされる伝熱板1の間に流体を流すが、その出入り口として、伝熱板1aの長手方向両端部に各一対の開口2a・2b及び2c・2dが設けられている。その伝熱板1aの両端部は、各開口2a・2b・2c・2dの対をなすものの間で伝熱板1aの厚さ方向に段違いになるように形成されていると共に、伝熱板1a全体では対称位置の部分同士が同レベルに形成されている。そして、対をなす一方の開口2aを(2c)介して高温流体を流し、他方の開口2b(2d)の他方を介して低温流体を流す。
【0012】
また、伝熱板1aの中央部分には波形断面形状により表裏両面に表れる平行溝3が伝熱板1aの主軸に対して斜行するように設けられている。図における下の第1の伝熱板1aの平行溝3と隣り合う中間の第2の伝熱板1bの平行溝3とは、上面から見て互いに交差するように形成されている。第3の伝熱板1cは第1の伝熱板1cと同一であって良く、したがって、第2及び第3の伝熱板1b・1c同士にあっても互いの平行溝3が交差する。このようにして、各平行溝3を交差させるように所定の枚数の伝熱板を積層し、熱交換器の流体を流す部分が形成される。
【0013】
各伝熱板1a・1b・1cの外周には積層方向に斜めに起立するように折り曲げられた周壁が設けられており、積層状態で互いに重なり合う各周壁同士をろう付けして各伝熱板1a・1b・1cの周壁部が密閉状態にされている。さらに、流体圧によって隣り合う伝熱板1a・1b(1b・1c)同士が離反して流路が広がるのを防止するべく、第1の伝熱板1aの波形の山と第2の伝熱板1bの波形の谷との各交点部3(図1の×印:図では一部分を示している)をろう付けしている。これは、第2及び第3の伝熱板1b・1c同士間でも同じであり、積層される他の各伝熱板間でも同じである。
【0014】
次に、図2を参照して、一方の対をなす開口2a・2b(他方の対をなす開口2c・2d側は対称形になるため図示及びその説明を省略する)部分における例えば5枚の伝熱板1a・1b・1c・1d・1eの積層状態を示す。対をなす一方の開口2aに高温流体を流すと共に他方の開口2bに低温流体を流すように、各開口2a・2bがそれぞれ積層方向に連通している。また、対をなす開口2a・2bを設けた部分の段違いの高低関係が図における左右で入れ替わるように各伝熱板1a・1b・1c・1d・1eが積層されていることから、積層状態では、各開口2a・2bを設けた面がそれぞれ密着または間隔をあけた状態を交互に繰り返す。図に示されるように、間隔をあけた状態の部分により、交互に伝熱板間の各平行溝3を介して対称位置にある開口2c・2dにそれぞれ連通する各部屋4a・4bが画定されている。
【0015】
図2の最下層の伝熱板1aの下面に底板5が貼り付けられ、その最下層の伝熱板の各開口2a・2bは底板により閉塞されている。最上層の伝熱板1eの上面に天板6が貼り付けられており、その天板6には、各開口2a・2bに対応する位置にそれぞれ孔が開けられ、かつ外部の図示されないパイプとの連結用の各ソケット7a・7bがそれぞれ取り付けられている。そして、図示されない外部機器(加熱器等)との間で、一方のソケット7aを介して高温流体が流れ、他方のソケット7bを介して低温流体が流れるようになっている。
【0016】
そして、本熱交換器と図示されない外部機器(加熱器等)との間で高低温の各流体が流れるようになっている。図示例では、一方のソケット7bから低温流体が流入し、部屋4bに連通する平行溝3を通って、部屋4bの対称位置にある部屋を介して、上記ソケット7bの対称位置に設けられたソケット(図示せず)から流出し、他方のソケット7aの対称位置に設けられたソケット(図示せず)から高温流体が流入し、部屋4aの対称位置にある部屋からそれら両部屋間の平行溝3を通って、部屋4aを介してソケット7aから流出するようになっている。この時、前記したように高低温の各流体は1枚の伝熱板の両側を流れ、伝熱板の積層状態では交互に流れるようになっており、各伝熱板を介して隣り合う流体間で熱交換が行われることになる。
【0017】
上記したように、各開口2aにあっては、各部屋4a・4bの同一の流体を流すもの同士を連通するように、各開口2aの周縁部が積層方向に密着状態及び間隔をあけた状態を繰り返すようにされており、その密着状態に対応する開口2aの周縁部同士がろう付けされている。
【0018】
本発明によれば、両伝熱板1a・1bを代表としてその一部を拡大して示す図3に示されるように、両伝熱板1a・1bに設けられた各開口2aの各外周部分8・9を、伝熱板1a・1bの形成を行うプレス加工により孔明けと同時に折り曲げている。図3のものにあっては、下側の伝熱板1aの開口2aの径dよりも上側の伝熱板1bの開口2bの径Dの方を拡径すると共に、各開口2aの各外周部分8・9をハの字断面形状をなしかつ積層状態で各開口2aの軸線方向に互いに対向するように折り曲げている。
【0019】
そのようにして形成された伝熱板1a・1b同士を重ね合わせると、図4に示されるように、小径(d)の開口2aの外周部分8の背に、大径(D)の開口2aの周縁10が当接する。この時、上記したように各開口2aの各外周部分8・9が、プレス加工時に折り曲げられて形成されるため塑性変形しており、大径(D)の開口2aの周縁10と小径(d)の開口2aの外周部分8の背面との各軸線方向高さ(位置)について高精度に形成することができる。
【0020】
このようにして、外周部分8の背面に大径(D)の開口2aの周縁10をその全周に渡って線接触させることができ、その線接触部をろう付けすることにより、そのろう付け部Wが全周に渡って高精度に位置決めされた状態で接合されるため、ろう付け部Wに隙間が生じることがない。また、塑性変形により高精度な形状を確保することができるため、伝熱板を薄板(例えば厚さ1mm)により形成しても、従来例で述べた50μmの隙間が生じることが無く、何ら問題が生じることがない。
【0021】
なお、両外周部分(上記図示例では8・9)の相対的形状及び位置関係にあっては、上記図示例に限られるものではなく、少なくとも一方をハの字断面形状に塑性変形させれば良く、図5乃至図7に示されるように種々の形態が適用可能である。
【0022】
図5のものにあっては、両伝熱板1a・1bの各開口2aの径Dを同一にしたものであるが、伝熱板1bの開口2aの外周部分11を伝熱板1aの開口2aの外周部分8と同方向に折り曲げたハの字断面形状に形成している。このようにしても、両外周部分8・11が塑性変形された状態で各周縁10が接触することから、上記実施の形態と同様の効果を奏し得る。
【0023】
また図6のものにあっては、伝熱板1bの開口2aの径Dを縮径し、さらに平坦状態のままにしたものである。この場合にあっても、一方の外周部分8が塑性変形されていることから、伝熱板1bの開口2aの外周部分と伝熱板1aの開口2aの外周部分8の周縁10とを互いに押し当てた際に、平坦状態の開口2aの外周部分がハの字断面形状に塑性変形された外周部分8の周縁10にならうことができ、前記実施の形態と同様に隙間無くろう付けすることができる。これにより、前記実施の形態と同様の効果を奏し得ると共に、外周部分の形状の寸法管理が一方のみで良く、製造コストを低廉化し得る。
【0024】
また図7のものにあっては、伝熱板1aの開口2aの径dよりも伝熱板1bの開口2aの径Dの方を拡径していることは前記実施の形態(図3・4)と同様であるが、伝熱板1bを平坦状態のままにすると共に、伝熱板1aの外周部分8の先端部が伝熱板1bの開口2aから図における上方に飛び出すように形成されている。この場合にあっても、塑性変形された外周部分8の背面形状に伝熱板1bの開口2aの周縁10がならうことができ、隙間無くろう付けすることができると共に、図6のものと同様の効果を奏し得る。
【0025】
【発明の効果】
このように本発明によれば、伝熱板を形成するプレス加工を行う際に同時に開口及びその外周部分のハの字断面形状を形成することができ、そのハの字断面形状が塑性変形にて形成されることから、開口の外周部分の形状を高精度に形成することができる。それにより、一方の開口の周縁を他方の開口の外周部分に線接触させることができ、その線接触部分を隙間が生じることなくろう付けすることができるため、簡単かつ安価なプレス加工で伝熱板を形成するのみで、高精度なろう付けを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されたプレート式熱交換器の伝熱板の積層要領を示す斜視図。
【図2】伝熱板の積層状態を示す要部断面図。
【図3】ろう付けされる両伝熱板の要部拡大側断面図。
【図4】ろう付け状態を示す第1の例を示す要部拡大側断面図。
【図5】ろう付け状態を示す第2の例を示す要部拡大側断面図。
【図6】ろう付け状態を示す第3の例を示す要部拡大側断面図。
【図7】ろう付け状態を示す第4の例を示す要部拡大側断面図。
【図8】従来のろう付けされる両伝熱板の要部拡大側断面図。
【符号の説明】
1a・1b・1c 伝熱板
2a・2b・2c・2d 開口
3 平行溝
4a・4b 部屋
5 底板
6 天板
7a・7b ソケット
8・9 外周部分
10 周縁
11 隙間
21a・21b 伝熱板
Claims (1)
- 伝熱板の両側に異なる温度の流体を流すべく、前記伝熱板を複数枚積層した際に隣り合うものの間に流路を確保し得るように前記伝熱板を形成し、かつ前記流路における同一温度の流体を流すもの同士を連通するべく、前記伝熱板に前記積層した際に連通する開口を設けかつ当該開口の周縁部同士をろう付けして連通路を設けたプレート式熱交換器であって、
前記ろう付けされる開口同士の一方の開口の内縁が他方の開口の外周部分の面に全周に渡って線接触するように、前記ろう付けされる開口同士の少なくともいずれか一方の外周部分がハの字状断面形状に形成され、前記線接触する部分がろう付けされていることを特徴とするプレート式熱交換器。
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JP13299999A Expired - Lifetime JP4230611B2 (ja) | 1999-05-13 | 1999-05-13 | プレート式熱交換器 |
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