JPH0692877B2 - 板形熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は板形熱交換器に係る。

（従来の技術） 在来の板形熱交換器は、複数枚の板を重ね合わせ、隣り
合った板間に継手を介在させ、２枚の板間に形成される
空間すなわち間隙を流体入口コレクタ及び流体戻りコレ
クタに接続させるためにその継手を一部開放させること
によって作られている。既知の態様で、一つ置きの空間
は第１の流体を移送する入口及び戻りコレクタに接続さ
れ、他の一つ置きの空間は第２の流体を移送する入口及
び戻りコレクタに接続されている。本明細書で用いられ
ている流体なる用語は総ての形式の液体及び気体を含む
べく意図されている。２種類の流体は、板間の空間を流
れている間に板を介して熱エネルギを交換するようにな
っている。

上記継手が存在しているがために、このような熱交換器
の利用分野が限定されてしまい、特に温度、圧力、及び
腐食性流体（酸）あるいは溶剤のごとき或る種の流体に
関して利用分野が制限されてしまう。

また、複数枚の板を重ね合わされた状態に保っておくた
めには、重ね合わせ体の両端に支持板部材を備えて、熱
交換器板の周部に配分された連結部材によってそれら支
持部材を互いに結合させることが絶対的に必要である。
そして、支持板部材及び連結部材の抵抗力すなわち強度
は、熱交換器を流れる２つの流体の最大圧力によって定
められている。

継手の存在を回避するために、複数枚の板をそれらの周
部で互いに溶接するという解決策が既にいくつか提案さ
れている。

第１解決策の場合、各板をそれの２つの対向縁部に沿っ
て隣りの板に溶接し、また、他の２つの対向縁部に沿っ
てもう１つの隣りの板に溶接し、それにより、隣り合っ
た板間の間隙に、互い交差した方向に流体が必ず流れな
ければならないようにしている。

第２の解決策の場合、流体が互いに平行に流れるのを可
能にするため、まず最初に複数枚の板を、少なくとも２
つの対向縁部で溶接して複数の対に形成し、こうして形
成された複数の対をハウジング構造体の内側で組分けし
直し、そのハウジング構造体を、単に帯材を密閉するこ
とによって構成し、その帯材の一方の側部を、同じ縁部
に沿って一つの対の板に溶接するとともにその帯材の他
方の側部を、任意なことではあるがその一つの対の板に
隣接した別の対の板に溶接するようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記第２の解決策の場合、溶接シームの数が非常に増大
し、いくつかの溶接シームはしばしば重なってしまい、
コストは別にしても、板に近接した部分の金属に冶金学
的ゆがみが生ずる。また、溶接部が損傷した場合、密閉
帯材のいくつかを予め取り除かないで修理を行うことは
非常に困難である。更に、或る部分では、熱交換器の板
による金属と溶接金属とが積み重なってしまい、そのた
め、熱交換器が熱膨張差に耐えられなくなってしまう。

本発明の目的は、上述した問題点を解決することができ
る板形熱交換器を提供することである。

（問題点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板形熱交換器は、間
に第１および第２の空間を画成している複数枚の並置さ
れた金属製の板を有し、該第１の空間は前記第２の空間
と交互に配され、前記第１の空間は第１の流体の流れを
受容しているとともに前記第２の空間は該第１の流体の
流れに対し実質上平行をなす第２の流体の流れを受容す
るようになっており、前記第１および第２の流体のため
の入口オリフィスまたは出口オリフィスを備えた状態
で、前記板の各々は該板の周部において、該板に隣り合
った２枚の板に密封状態に接合されており、前記各第１
の空間を画成する２枚の板は両端部において第１の直線
状のシーム溶接によって接合されている板形熱交換器に
おいて、前記各第２の空間を画成する対の板のうちの少
なくとも一方の板には前記両端部のうちの少なくとも一
方の端部の所に、前記第１の直線状のシーム溶接に近接
してフランジが備えられており、該フランジは当該板に
対して実質上直角に曲げられているとともに、該フラン
ジの自由縁部の第２の直線状の溶接により、前記対の他
方の板に接合されていることを特徴とする。

以下、添附図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

（実施例） 本発明実施例による板形熱交換器は、並置されたほぼ矩
形の金属製の板の重ね合わせ体で構成され、第１図には
６枚のそのような板（10），（11），（12），（13），
（14）及び（15）が示されており、それら板のうちの数
枚は、用いられている特殊な組付け方法を強調するため
に断面で示されている。

まず初めに、板は複数の対（10）−（11），（12）−
（13）及び（14）−（15）をなして組付けられているこ
とに注目されたい。

第１の対（10）−（11）はそれの前方縁部までが示さ
れ、それに対し他の２つの異なる垂直面で断面して示さ
れている。

各対の板の間には参照符号Ａで示された空間が画成され
ており、隣り合った対と対との間には参照符号Ｂで示さ
れた空間が画成されている。従来から知られている通
り、空間Ａは第１の流体の流れを受容するべく設計さ
れ、また、空間Ｂは第２の流体の流れを受容するべく設
計され、その第１の流体と第２の流体との間で板を介し
て熱を確実に交換させるようになっている。

各板の周部を、その板に隣り合った２枚の板に密封した
状態で接合させることにより、空間Ａ及びＢの少なくと
も頂部及び底部は密閉されている。例えば（14）−（1
5）で示される一対の板の上端の一部及び下端の一部は
直線状の溶接シーム（16）及び（17）によって一体に溶
接されている。本発明実施例によれば、その溶接は、例
えば後述するごときコンタクトホイール（contact whee
l）を用いて電気シーム溶接法により施されている。

板にはその板の上縁部及び下縁部の所で互いに接合され
且つほぼ直角に曲げられたフランジ（18），（19），
（20），（21）が備えられ、これらフランジにより、複
数の対の板が互いに結合され得るようになっている。

図示実施例においては、複数の対の板は並置して組立て
られていて、第１の対の板（14）−（15）のうちの一方
の板（14）のフランジ（20），（21）が、隣りの対の板
（12）−（13）のうちの、その板（14）に向い合ってい
る板（13）のフランジ（22），（23）に対し、縁と縁と
が対向した状態に置かれており、フランジ（20）と（2
2）及びフランジ（21）と（23）が、例えばアーク溶接
法を用いた直線状の溶接シームによって互いに溶接され
るようになっている。

第１図に示されているごとく、１つの対の２枚の板（1
0）−（11）もそれらの前方縁部（24）に沿って、電気
シーム溶接あるいはアークシーム溶接によって互いに溶
接されている。

当然のことながら、それら板（10）−（11）の後方縁部
も互いに溶接されているのだが、便宜上その溶接部は図
示されていない。

空間Ａに対して流体を流入または流出させるためのオリ
フィスは、上縁の溶接シーム（16）及び下縁の溶接シー
ム（17）を中断させた形で備えられている。そして、第
１図には前方縁部（24）に隣接して上方シーム（16）の
所に備えられた１つのオリフィス（25）だけが図示され
ており、他のもう１つのオリフィスは図示されていない
が、後方縁部に隣接して上方シーム（16）あるいは下方
シーム（17）の所に置かれている。

複数の対の板の前端部及び後端部にはフランジが備えら
れておらず、従って複数の対の板間には自由開口が形成
され、これら自由開口により、空間Ｂを通って流れる流
体のための入口オリフィス及び出口オリフィスが構成さ
れている。

第１図に示された実施例の場合、板には複数の凹み（2
6）が備えられており、これら凹み（26）は板の面にほ
ぼ規則正しく分布され、この凹み（26）は次の３つの機
能を果たしている。

第１に、１つの対の２枚の板（12）−（13）を組立てる
際、これらの板に備えられている凹み（26）は互いに接
触せしめられ、これにより、空間Ｂ内の流体圧が空間Ａ
の流体圧を越えた場合でも、空間Ａは一定の幅に保たれ
る。

第２に、凹みの底にスポット溶接を施すことによって２
枚の板を互いに溶接することにより、上記とは逆に空間
Ａ内の流体圧が空間Ｂ内の流体圧を越えた場合でも、２
枚の板が引き離されるのが防止される。

第３に、凹みは空間Ｂを流れる流体の流れに対する障害
物を形成し、それによって生ぜしめられる乱流により、
流体と板との間の熱交換作用が向上される。

上記の凹みは図示されているごとく規則正しく配列され
ていてもよいが、千鳥足状に配列されていてもよく、あ
るいは任意所定の形状に配置されていてもよい。

第２図から第７図には板の成形及び組立て手順が示され
ており、それら第２図から第７図では板は断面で概略図
示されている。

第２図に示されている分離された板（10）を、凹み（2
6）をスタンピング加工し、フランジ（18），（19）を
直角に曲げることにより、在来の方法で作る。

次いで、第３図に示されているごとく、凹み（26）の底
にスポット溶接を施すことにより板（10）を第２の板
（11）に組付ける。

次いで、第４図に示されているコンタクトホイール（2
8），（29）を用いた電気溶接により、フランジの基部
に近接した所に溶接シーム（16），（17）を作る。ここ
で注目すべきことは、最初は第３図に示されているごと
く互いに或る距離だけ離れていた板が、コンタクトホイ
ールの圧力を受けて強制的に密着した状態にされること
である。これは、板を薄いものとすることにより、ま
た、板間の距離を小さくすることにより可能にされてい
ることであり、こうすることにより、板を予め合致させ
る作業を回避することができる。

次いで、第１の対の板（10）−（11）を、上述したごと
き方法で作られた第２の対の板（12）−（13）に組付け
る。すなわち、第５図に示されるように、隣り合った対
のフランジ相互を並置し、例えばアーク溶接法によって
直線状の溶接シームを作る。

こうして、所望の熱交換器を得るのに必要とされる数の
対の板を組付ける。

組付けられた板は一体の組立体を形成し、空間Ａ及びＢ
を夫々流れる流体のための入口コレクタ及び出口コレク
タをその一体の組立体に結合させる。

第８図に示されているごとく、矩形流路を形成するコレ
クタ（30）は熱交換器板の前端の周囲に溶接されてい
る。それら熱交換器板の後端の周囲には図示されていな
いが同様のコレクタが溶接されており、これら両方のコ
レクタが空間Ｂを流れる流体を移送するべく作用する。

半円筒状のコレクタ（32）は、空間Ａを流れる流体のた
めに備えられた総てのオリフィス（25）を覆うように、
板組立体の端から端まで横切ってその板組立体に溶接さ
れている。

コレクタ（32）の（第８図に示された実施例の場合の）
前方縁部はコレクタ（30）の上面に溶接され、また、そ
のコレクタ（32）の後方縁部は、熱交換器板の連続して
置かれているフランジによって形成された、完全な平面
ではないがほとんど連続している面に溶接されている。
好ましくはこれらの溶接は、必要とされる密封性を確保
するために、金属を噴射させることにより行われてい
る。

あるいは、オリフィス（25）が板の前方縁部（24）から
やや離れて備えられている場合には、コレクタ（32）の
前方縁部も熱交換器板のフランジに溶接してもよい。

第７図は、オリフィス（25）がどのようにして作られる
のかを詳細に示している。すなわち、１つの対を形成す
る２枚の板（10）−（11）間に楔体（34）を導入し、コ
ンタクトホイール（28），（29）がオリフィスの領域に
進入するのを防いでそのオリフィスを作っているのであ
る。しかし、スペーサ部材を形成している凹み（26）に
よって２枚の板が離隔された状態に保たれるのであれ
ば、そのような楔体（34）を用いずとも、単にコンタク
トホイールの前進移動を所定の位置で停止させるだけで
もオリフィスを作ることは可能である。いずれの場合で
も、板のフランジがオリフィスの所でより長い距離にわ
たって突出してしまうので、フランジの縁を切断してそ
の縁を直線状にすることが重要である。しかし、実際
上、フランジがオリフィスの所でより長い距離にわたっ
て突出することにより生ずるフランジ間の隙間が数mm程
度であるなら、そのような切断作業は必ずしも必要でな
い。

複数の対の板が凹み（26）の底の所で一体にスポット溶
接されている場合には、空間Ａを流れる流体の圧力は熱
交換器に影響を及ぼさない。

それに対し、空間Ｂを流れている流体が或る程度の圧力
を有している場合には、第６図に示されているごとく、
熱交換器板の両端の所にその熱交換器板に隣接して支持
板部材（36），（38）を備える必要がある。これら支持
板部材（36），（38）は、熱膨張差を許容するために、
熱交換器板に対し並置されているだけで締着されてはい
ない。そして、それら支持板部材（36），（38）は連結
部材（40）によって互いに結合され、その連結部材（4
0）は適当な寸法に切断されているとともに、空間Ｂを
流れる流体の圧力による応力に耐えられるよう配分され
ている。

以上、本発明の基本的な実施例について説明したが、以
下、第９図乃至第13図を参照して様々な変形例について
説明する。

第９図においては、１つ置きの板にだけフランジ（1
8），（19）が備えられていて、他の板にはフランジが
備えられていない。

この第９図に示された変形例の場合、複数枚の板を夫々
対に組付けた後、各対の２枚の板のうちの一方の板のフ
ランジ（18），（19）を、隣りの対の２枚の板のうちの
フランジが備えられていない板の縁部に直接溶接するこ
とにより複数の対の板が一体に組付けられている。

第９図に示されているごとく、フランジを備えた板は完
全に平坦であり、フランジを備えていない板は凹み（2
6）を有している。従って、２枚の板は異なる形式のも
ので、それらの板に対し行われる作業は異なり、一方の
板には曲げ加工を施し、他方の板にはスタンピング加工
を施す。

第10図の場合、熱交換器板は総て同一であり、板の片方
の縁部にだけフランジ（18）が備えられ、凹み（26）は
板の表面の一部分にわたって備えられている。

第10図の場合、２枚の板を、向きを逆にした状態で互い
に溶接して１つの対を作り、こうして得られた対の複数
を、フランジの縁部を向い合った板の縁部に溶接するこ
とにより、上述したごとく一体に組付けてある。

第11図の場合、フランジ（18）には平坦な縁部（42）が
延長して備えられており、また、フランジを備えていな
い板の端部には延長部（44）が備えられている。そし
て、これら平坦な縁部（42）と延長部（44）とは電気シ
ーム溶接法によって平坦な状態に互いに溶接されてい
る。

しかしながら、この第11図の場合、空間Ａを流れる流体
のための半円筒状のコレクタを組付ける際に、上記の縁
部（42）及び延長部（44）によって形成される突起に対
して何等かの対策を施しておくことが重要で且つ必要で
ある。これらの突起を受入れるために、例えばコレクタ
の後方縁部に沿って等間隔に切欠きを備えてもよい。

第12図に示された変形例の場合、熱交換器板は全体が平
坦なものであり、そのような板を接合させて対を形成す
る際に、それら板の間に金属製のスペーサ片（46）を配
置させ、そのスペーサ片（46）を板にスポット溶接させ
ている。

第13図に示された変形例の場合、板は波形をしたもので
あり、隣り合った２枚の板のうちの一方の板（10）に備
えられている波（48）は他方の板 （11）に備えられている波（50）に対し異なる方向に配
向されている。

第13図の場合も、上述したごとく２枚の板の縁部をコン
タクトホイールでもって互いに溶接することによりそれ
ら板を対にする。更に、第13図中黒い点Ｐで示されてい
るごとく、２枚の板のうちの一方の板に備えられた波の
頂が他方の板に備えられた波の谷底に接触している区域
でのスポット溶接によってそれら２枚の板を互いに接合
させてもよい。

上述した様々な変形例の構造に共通している点は、２枚
の板の両端区域において、何等の金属を付加することな
く直線状のシーム溶接によりそれら板を互いに接合させ
て対を形成していることと、各対の板のうちの少なくと
も一方の板に、前記両端区域のうちの少なくとも一方の
区域に位置するフランジを備え、そのフランジを直角に
曲げ、そのフランジの自由縁区域において、隣りの対の
板のうちのそのフランジが対向している方の板にそのフ
ランジを直線状に溶接させていることである。

（発明の効果） 以上詳述した本発明の基本的利点は次の通りである。

即ち、前記各第１の空間を画成する２枚の板は両端部に
おいて第１の直線状のシーム溶接によって接合され、前
記各第２の空間を画成する対の板のうちの少なくとも一
方の板には前記両端部のうちの少なくとも一方の端部の
所に、前記第１の直線状のシーム溶接に近接してフラン
ジが備えられており、該フランジは当該板に対して実質
上直角に曲げられているとともに、該フランジの自由縁
部の第２の直線状の溶接により、前記対の他方の板に接
合されているので、熱交換器板の総てが一体の組立体を
形成し、その一体の組立体を１つのユニットとして処理
し、取り扱うことができるとともに、該板の組立体をハ
ウジング構造体で包囲する必要がないので、板形熱交換
器のコンパクト化および軽量化が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例による熱交換器の一部破断斜視図
であり、第２図、第３図、第４図、第５図及び第６図
は、第１図に示された熱交換器の板の形状及び組付け
を、断面で示した図であり、第７図は、熱交換器の２枚
の板の組付け状態の詳細を示す斜視図であり、第８図
は、完全に組立てられた熱交換器の一端部を示す一部破
断全体斜視図であり、第９図から第13図は第６図と同様
の図であるが、本発明実施例の様々な変形例を示してい
る図である。 （10），（11），（12），（13），（14），（15）…
板、（16），（17）…直線状の溶接シーム、（18），
（19），（20），（21），（22），（23）…フランジ、
（24）…シーム溶接された前方縁部、（25）…オリフィ
ス、A,B…空間。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】間に第１および第２の空間を画成している
   複数枚の並置された金属製の板を有し、該第１の空間は
   前記第２の空間と交互に配され、前記第１の空間は第１
   の流体の流れを受容しているとともに前記第２の空間は
   該第１の流体の流れに対し実質上平行をなす第２の流体
   の流れを受容するようになっており、前記第１および第
   ２の流体のための入口オリフィスまたは出口オリフィス
   を備えた状態で、前記板の各々は該板の周部において、
   該板に隣り合った２枚の板に密封状態に接合されてお
   り、前記各第１の空間を画成する２枚の板は両端部にお
   いて第１の直線状のシーム溶接によって接合されている
   板形熱交換器において、前記各第２の空間を画成する対
   の板のうちの少なくとも一方の板には前記両端部のうち
   の少なくとも一方の端部の所に、前記第１の直線状のシ
   ーム溶接に近接してフランジが備えられており、該フラ
   ンジは当該板に対して実質上直角に曲げられているとと
   もに、該フランジの自由縁部の第２の直線状の溶接によ
   り、前記対の他方の板に接合されていることを特徴とす
   る板形熱交換器。
2. 【請求項２】前記各第１の空間を画成する２枚の板はそ
   れらの表面にスポット溶接を施すことにより互いに接合
   されている特許請求の範囲第１項記載の板形熱交換器。
3. 【請求項３】前記板には凹みが備えられており、前記ス
   ポット溶接は該凹みの底に位置している特許請求の範囲
   第２項記載の板形熱交換器。
4. 【請求項４】前記板は平坦であり、前記スポット溶接は
   該平坦な板間に置かれたスペーサ片を介して施されてい
   る特許請求の範囲第２項記載の板形熱交換器。
5. 【請求項５】前記板には向きが異なる波が備えられてい
   る特許請求の範囲第２項記載の板形熱交換器。
6. 【請求項６】前記各第１の空間を画成する２枚の板間の
   直線上の溶接は、コンタクトホイールを用いた電気シー
   ム溶接法によって行われている特許請求の範囲第１項記
   載の板形熱交換器。
7. 【請求項７】前記各第１の空間を画成する２枚の板間に
   施されている直線状の溶接シームは部分的に中断されて
   いて、該板間に残された空間を通って流れる流体のため
   のオリフィスを形成している特許請求の範囲第６項記載
   の板形熱交換器。
8. 【請求項８】前記フランジと前記対の他方の板との間の
   直線状の溶接シームはアーク溶接法によって作られてい
   る特許請求の範囲第１項記載の板形熱交換器。
9. 【請求項９】各板の両縁部にフランジが備えられている
   特許請求の範囲第１項記載の板形熱交換器。
10. 【請求項１０】各板の両縁部のうちの一方の縁部にだけ
    フランジが備えられている特許請求の範囲第１項記載の
    板形熱交換器。
11. 【請求項１１】前記各第１の空間を画成する２枚の板
    は、フランジが備えられていない板と、両縁部にフラン
    ジが備えられた板とで構成されている特許請求の範囲第
    １項記載の板形熱交換器。
12. 【請求項１２】前記各第１の空間を画成する２枚の板の
    うちの一方の板に凹みが備えられている特許請求の範囲
    第１項記載の板形熱交換器。