(57)【要約】【課題】積層型熱交換器の流体通路溝とダミー開口を連絡して第一の熱媒と第二の熱媒が流通する不具合（クロスリーク）を防止する【解決手段】熱媒が流通する平板プレート上で流体通路溝とダミー開口で挟まれる領域に、二つの端点が平板プレートの側面に至るひとつまたは複数の隔離溝を穿孔することにより、該領域に残留する空気泡を消失させクロスリークを防止する。また、その手段を講じたにも拘らずリークが生じた場合には、当該隔離溝を埋めるかまたは端栓をすることにより当該リークを確実に防止する。これにより信頼性の高い積層型熱交換器を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路溝が刻まれた複数枚の平板プレートを積層し拡散接合法などにより相互に接合して一体化された積層型熱交換器であって、平板プレートの流体通路溝に熱媒を分配し、または該流体通路溝から熱媒を回収するプレナムがプレート内部に設置されるものにおいて、平板プレート内のダミーの開口部と流体通路溝部で挟まれた部分に一個または複数の隔離溝を設け、その端部がプレートの端部に到達するように形成したことを特徴とする積層型熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の隔離溝のうち流体通路溝と連通したものに隔離溝充填棒または粉末状のロウ材を充填し加熱溶解することにより隔離溝を塞ぐことを特徴とする積層型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型熱交換器に関し、特に平板プレートの接合改善技術に関する。流体通路溝が刻まれた複数のプレートを接合し、高温流体と低温流体が略対向して流れる積層型熱交換器において、不完全な接合による高温流体と低温流体の連通を防止する。
【背景技術】
【０００２】
産業用の熱システムの小型化のために、熱交換器のコンパクト化が模索されている。なかでも、プレートフィン型熱交換器は、単位体積あたりの交換熱量が大のほか、材料と加工の選択により高い耐圧性、耐熱性を有することから、あらゆる規模の熱システムに広範に採用されつつある。
【０００３】
積層型熱交換器の製造方法として、たとえば図11に示すように、熱媒が通る流体通路溝2が片側に形成された複数の金属プレートを、第一の熱媒が流れるプレート1aと第二の熱媒が流れるプレート1bに分別し、それらをプレートの積層方向に流れの向きが略対向するように交互に配置し積層したのち、適正な雰囲気温度下で接合する、いわゆる拡散接合法が知られている（例えば特許文献１などを参照）。また、接合性を改善するため拡散接合時の加圧力が流体通路溝2の底部に掛かるようにした技術も知られている（例えば特許文献２などを参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１８１５１８
【０００５】
【特許文献２】特開２００７−１９２５００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
積層型熱交換器の製造に際して、平板プレート1を積層すると、流体通路溝3とダミー開口5で挟まれた領域は粗視的には平面同士の接触であるが、微視的にみれば凹凸を有する曲面同士の接触であり、凹凸部に捕捉された空気泡7が生起し平板プレートの接合に不完全となることがある。
【０００７】
接合の不完全な部分が同一プレート面に留まるものについては、それが広域で無い限り局所的な伝熱性能の劣化で済むが、不完全な接合の結果、第一の熱媒の通路2aと第二の熱媒通路2bが連通するいわゆるクロスリーク13を誘起するものは、第一の熱媒のプレート1aと第二の熱媒のプレート1bとの気密性が失われるものであり、避けなければならない。しかし、拡散接合法においてクロスリーク事象を避ける恒久対策は知られていない。
【０００８】
そこで本発明は、上記した課題を解決するために、プレートの接着性を向上する手段と気密性試験でクロスリーク13が見出されたときクロスリーク13を遮断する手段を講じてクロスリーク13を解消し、品質と製品の歩留まりが高い熱交換器を提供することを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、流体通路溝2が刻まれた複数枚の平板プレート1を積層し拡散接合法などにより相互に接合して一体化したもので、第一の熱媒10aと第二の熱媒10bがそれぞれ別なプレートに分配され、（第一の熱媒が通過するプレート1aと第二の熱媒が通過するプレート1bが交互に配置されたものまたは第一の熱媒が通過するプレートを第二の熱媒が通過する複数のプレートで挟んだものを一ユニットとして積層したもので、）それぞれのプレートの流体通路溝2に熱媒を分配するプレナム4b、またはプレート1の流体通路溝2から熱媒を回収するプレナム4aがプレート内部に設置されるものにおいて、プレート内のダミーの開口部5と流体通路溝2部を離隔する部分にダミーの開口部5を囲むひとつまたは複数の隔離溝3を形成し、当該隔離溝3の端部がプレートの端部12に到達し外気と連通するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、仮にクロスリーク13が発生したとしても、請求項１に記載の隔離溝3のうち流体通路溝2と連通したものに隔離溝充填棒8または粉末状のロウ材を充填し加熱溶解することにより流体通路溝2と連通した隔離溝3を塞ぐことにより事後的にクロスリークを補修すること特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
積層型熱交換器の製作において、平板プレート1を積層すると、流体通路溝3とダミー開口5で挟まれた領域は粗視的には平面同士の接触であるが、微視的にみれば凹凸を有する曲面同士の接触であり、凹凸部に捕捉された空気泡7がスポット状に分布し、真空炉で加熱される過程で空気泡7が膨張し合体して流体通路溝2とダミー開口5を連絡する通路7が形成されると図3、図4に示すようなクロスリーク13を生じる。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、図5に示すように隔離溝3が周囲雰囲気に連通しているので、隔離溝3周辺では空気泡7の生起が抑制され、隔離溝3がない場合と比較して、接合性が向上する。この結果第一の熱媒10aと第二の熱媒10bが連通するクロスリーク13を防止できる。
【００１３】
隔離溝3がない場合においてクロスリーク13が発生した場合は、補修によりクロスリーク13を止めることは困難である為不良品となるが、請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明の効果にも拘らず流体通路溝2と隔離溝3が連通した場合にも隔離溝充填棒8または粉末状のロウ材により隔離溝3を埋めることにより、ダミーの開口部5に至る通路は遮断され、製品の歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】積層型熱交換器を構成するプレートの平面図
【図２】図1のＡ−Ａ矢視部位置での積層型熱交換器の断面図
【図３】プレート接合不良によるクロスリークの概念図
【図４】クロスリークの要部拡大図
【図５】隔離溝の作用の説明図
【図６】実施例２の斜視図
【図７】実施例３の平面図
【図８】実施例３の斜視図
【図９】二本の隔離溝による作用の説明図
【図１０】端栓によるリーク防止の説明図
【図１１】従来の積層型熱交換器の説明図
【図１２】図11の積層型熱交換器のＡ−Ａ矢視部の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
積層型熱交換器では、図１、図2に示すように片方の面に複数の流体通路溝2が規則的に刻まれた平板プレート1の複数枚を、積層方向において前記通路溝を流れる熱媒の流れの向きが対向するように交互に積層して拡散接合されており、そのひとつ置きの平板プレートに形成された同一向きの流体通路溝2に流通する第一の熱媒10aと、それと対向する向きに流れる第二の熱媒10bとの間で熱交換するように構成されている。そして、積層型熱交換器は、前記複数枚の平板プレート1が接合され、最上部のプレートの上部には上蓋11が配置され一体化され積層体6を形成している。プレート材料が金属の場合、一体化には、金属の種類に応じて拡散接合やロウ付けが適用される。
【実施例１】
【００１６】
このような積層型熱交換器のうち、第一の熱媒が流通する平板プレート1aに、熱媒をプレート内部に供給するプレナム4bまたは熱交換を終えた熱媒を回収するプレナム4aと第二の熱媒が流通するダミー開口5が穿孔されているものにおいて、流体通路溝2とダミー開口5で挟まれた領域を通り、その両端が平板プレートの端12に達する隔離溝3が形成されている。
【００１７】
すなわち、流体通路溝2の出入口部の任意の位置からダミー開口5に至るように引いたいかなる経路も隔離溝3を通過するように形成されている。このような加工が第二の熱媒10bが流通する平板プレート1bにも施されている。
【実施例２】
【００１８】
前記した第一の実施形態にも拘わらず空気泡7が残留し流体通路溝2と隔離溝3またはダミー開口5と隔離溝3が接続するかあるいはその両方が同時に生じることがある。
【００１９】
この場合の対応として、リークが生じた平板プレートの隔離溝3を金属粉または隔離溝充填棒8で充満し加熱溶解して隔離溝3の空隙部を埋める。その際、溶解した金属の湯が外部に漏れ出ないように隔離溝3の端点位置を工夫する。あるいは、特殊な冶具を用いる。本実施形態によれば、クロスリーク13を抑制する隔離溝3の効果が不完全な場合にも確実にクロスリーク13を止めることができる。
【実施例３】
【００２０】
第三の実施例として、平板プレート1上に相互に交差することがない複数個の隔離溝を設ける。図7、図8は隔離溝が二個の場合3a,3bを示す。この場合の効果は、隔離溝間の間隔を適正に選べば、図9に示すように、二個の隔離溝3a,3bで挟まれた狭隘部16の空気泡7は溝が一個の場合より消失しやすく、該狭隘部の接着性が他の部分より向上するので、二つの溝を連絡する気泡の通路形成の確率は極めて小さい。これによりクロスリーク13を回避できる。
【００２１】
クロスリークを防止できても、隔離溝3と流体通路溝2が連絡して大気と連通する場合がある。あるいは、ダミー開口5と隔離溝3が連絡することがある。しかし、これらの場合もリークのある隔離溝3cの両端を端栓9により閉塞するだけでリークを防止することができるので、第二の実施形態（第二の発明の適用）よりも対策が簡便かつ容易という効果がある。この作用効果にも拘らず、気密試験により、例えば第一の熱媒側から加圧したときに、同一プレート内で相隣る隔離溝3a,3bがともにリークしている場合は、クロスリークの可能性があるので、例えば隔離溝3aを隔離溝充填棒8で埋め、かつ隔離溝3bを端栓9で閉塞することでリークを防止できる。
【００２２】
実施例１と実施例２では、平板プレートを金属としたが、プレートの素材はプラスチックやその他の導電性材料であっても構わない。
【００２３】
また、第一の熱媒が流通する平板プレート1aと第二の熱媒が流通する平板プレート1bが交互に積層され互いに対向して熱媒が流れるとしたが、第一の熱媒10aが流通する平板プレート1aを第二の熱媒10bが流通する平板プレート2b二枚で挟んだ三枚のプレートを一組とし、それを複数組積層して一体化し熱交換器を構成してもよい。
【００２４】
さらには、受熱または放熱熱媒ごとに複数枚纏めた組を交互に積層して一体化しても構わない。
【００２５】
これまでの説明では両熱媒のプレナムがいずれもプレート内部に設けられている場合に関するものであったが、これに対し、第一の熱媒のプレナムが熱交換器の側壁部に設けられ、第二の熱媒のプレナムがプレート内に形成される場合、隔離溝3はダミー開口5が存在する第一の熱媒の通過する平板プレート1aのプレナムを囲むように設置すればよい。
【符号の説明】
【００２６】
1  平板プレート
1a  平板プレート
1b  平板プレート
2  流体通路溝
2a  流体通路溝
2b  流体通路溝
3  隔離溝
4       
プレナム
4a 入口プレナム
4b  出口プレナム
5  ダミー開口
6  積層体
7  空気泡
8  隔離溝充填棒
9  端栓
10  熱媒と流れの向き
10a  熱媒と流れの向き
10b  熱媒と流れの向き
11  平板プレートの上蓋
12  平板プレートの端部
13  クロスリーク
14  拡散接合時圧力
15  充填棒の挿入方向
16  隔離溝で挟まれた領域
【図７】
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【図９】
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【図１２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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