【手続補正書】
【提出日】平成16年7月30日(2004.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  チタン製プレート型熱交換器の製造方法
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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】
2003314985.tif 000001
【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