(57)【要約】【課題】耐熱性を保持しつつ材料コストを低減することができる高温用熱交換器およびその製造方法の提供。【解決手段】金属プレート３の入口１と出口２との中間に、接合部５が幅方向に形成され、その接合部５の入口側の金属板の材質が出口側の金属板のそれより耐熱性の高い高耐熱合金３ａからなり、出口側のそれが通常の耐熱合金３ｂからなる。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
夫々の一端部に第１流体の入口（１）　が設けられ、他端部に出口（２）　が設けられ、少なくとも一方の周縁が立ち上げられて皿状に形成された一対の金属プレート（３）　を有し、両金属プレート（３）　の周縁を接合して内部に偏平流路を有するエレメント（４）　が構成され、
複数のエレメント（４）　の前記入口（１）　どおし及び出口（２）　どうしが互いに接合されてなり、各エレメント（４）　の外面側に第２流体が流通し、前記第１流体と第２流体との一方側が高温流体（７）　で、他方側が冷却用流体（８）　であり、両流体間に熱交換が行なわれる高温用熱交換器において、
前記一対の金属プレート（３）　は、夫々前記高温流体（７）　の流入側と流出側との中間に、その高温流体（７）　の流通方向に直交して接合部（５）　が形成され、その接合部（５）　の前記高温流体（７）　の流入側の金属板の材質が流出側の金属板のそれより耐熱性の高い高耐熱合金（３ａ）からなり、流出側のそれが通常の耐熱合金（３ｂ）からなることを特徴とする高温用熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
前記接合部（５）　は、前記高耐熱合金（３ａ）の先端縁と、通常の耐熱合金（３ｂ）の先端縁とが突き合わされ、その突き合わせ部が溶接されてなる高温用熱交換器。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記接合部（５）　が、夫々前記高温流体（７）　の入口側と出口側との中間で且つ、その入口側に偏って配置された高温用熱交換器。
【請求項４】
夫々帯状の高耐熱合金（３ａ）の縁部とそれより耐熱性の低い通常の耐熱合金（３ｂ）の縁部とを溶接する工程と、
その接合部（５）　を高温流体（７）　の入口側と出口側との中間に位置すると共に、入口側に高耐熱合金（３ａ）が位置し、出口側に通常の耐熱合金（３ｂ）が位置された金属プレート（３）　を、プレス成形により形成する工程と、
一対の前記金属プレート（３）　の周縁を互いに接合してエレメント（４）　を構成すると共に、複数のエレメント（４）　をその入口（１）　および出口（２）　で互いに接合する工程と、
を具備する高温用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】
本発明は、排熱回収用熱交換器の如く、８００℃以上の高温流体が内部に流通するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換器のエレメントの内部に８００℃以上の高温流体が流通する熱交換器は、その材質として高耐熱性のニッケルクロム系ステンレス鋼板或いはニッケル基合金板を使用してエレメントを製造していた。
そして、このようなエレメントをその高温流体の入口部及び出口部で互いに連通させ、エレメントの外面側に冷却用流体を流通させ両者間に熱交換を行っていた。なお、高温流体はエレメントの外面側に流通する場合もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高耐熱性のニッケルクロム系ステンレス鋼板等は、その素材自体が高価であると共に、高度の製造技術を要し、全体として材料が高価にならざるを得なかった。
そこで本発明は、熱交換中のエレメントに温度分布があり、その高温流体の出口側程低温となることに着目して、高耐熱性を有しつつ材料自体が安価となる高温用熱交換器およびその製造方法を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、夫々の一端部に第１流体の入口（１）　が設けられ、他端部に出口（２）　が設けられ、少なくとも一方の周縁が立ち上げられて皿状に形成された一対の金属プレート（３）　を有し、両金属プレート（３）　の周縁を接合して内部に偏平流路を有するエレメント（４）　が構成され、
複数のエレメント（４）　の前記入口（１）　どおし及び出口（２）　どうしが互いに接合されてなり、各エレメント（４）　の外面側に第２流体が流通し、前記第１流体と第２流体との一方側が高温流体（７）　で、他方側が冷却用流体（８）　であり、両流体間に熱交換が行なわれる高温用熱交換器において、
前記一対の金属プレート（３）　は、夫々前記高温流体（７）　の流入側と流出側との中間に、その高温流体（７）　の流通方向に直交して接合部（５）　が形成され、その接合部（５）　の前記高温流体（７）　の流入側の金属板の材質が流出側の金属板のそれより耐熱性の高い高耐熱合金（３ａ）からなり、流出側のそれが通常の耐熱合金（３ｂ）からなることを特徴とする高温用熱交換器である。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、前記接合部（５）　は、前記高耐熱合金（３ａ）の先端縁と、通常の耐熱合金（３ｂ）の先端縁とが突き合わされ、その突き合わせ部が溶接されてなる高温用熱交換器である。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、
前記接合部（５）　が、夫々前記高温流体（７）　の入口側と出口側との中間で且つ、その入口側に偏って配置された高温用熱交換器である。
【０００６】
請求項４に記載の発明は、夫々帯状の高耐熱合金（３ａ）の縁部とそれより耐熱性の低い通常の耐熱合金（３ｂ）の縁部とを溶接する工程と、
その接合部（５）　を高温流体（７）　の入口側と出口側との中間に位置すると共に、入口側に高耐熱合金（３ａ）が位置し、出口側に通常の耐熱合金（３ｂ）が位置された金属プレート（３）　を、プレス成形により形成する工程と、
一対の前記金属プレート（３）　の周縁を互いに接合してエレメント（４）　を構成すると共に、複数のエレメント（４）　をその入口（１）　および出口（２）　で互いに接合する工程と、
を具備する高温用熱交換器の製造方法である。
【０００７】
【作用】
夫々のエレメント４の例えば、入口１から流入した高温流体７は、内部を出口２に向かって流通する間、外面側の冷却用流体８によって冷却される。このとき高温流体７の入口側の近傍では、より耐熱性の高い高耐熱合金３ａの金属板が用いられているためその高温に耐え得る。また、出口２に近づくに従って高温流体７は低温化するため、そこに配置されたより耐熱性の低い耐熱合金３ｂに、既に温度が低下した高温流体７が接しても、その温度に充分耐え得る。さらに金属プレート３は、高耐熱合金３ａと耐熱合金３ｂとが接合部５で接合されたものからなるため、内部を流通する高温流体７の圧力損失を増大させることなく、それを円滑に流通させて熱交換を促進し得る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の高温用熱交換器の製造方法の第１の工程を示し、図２はその第２の工程を示す。また、図３は同方法により製造された熱交換器の略図である。本熱交換器は、先ず耐熱性のより高い高耐熱合金３ａからなる帯状金属板と、それよりも耐熱性の低い通常の耐熱合金３ｂからなる帯状金属板とを、その両者の縁部で突き合わせ、両者間を溶接等により接合して、その境に接合部５を形成する。高耐熱合金３ａとしては、ハイニッケルステンレス鋼またはニッケル合金（ニッケル基合金）を用いることができる。ハイニッケルステンレス鋼の一例としては、ＳＵＳ３１０Ｓその他を用いることができる。また、通常の耐熱合金３ｂとしては、一般のオーステナイトステンレス鋼板（一例としてＳＵＳ３０４）その他を用いることができる。
【０００９】
この場合、高耐熱合金３ａと耐熱合金３ｂとはその熱膨張係数が略近似した材料を組み合わせる必要がある。これは高温流体が内部に流通したとき、高耐熱合金３ａの熱膨張係数と耐熱合金３ｂのそれとが異なると、両者間に熱応力が発生し亀裂の原因となるからである。
次に、突き合わせ溶接される接合部５は、レーザーによる溶接またはシーム溶接が最適である。これは溶接の際の熱膨張を最小とし、耐久性を確保できると共に、溶接ビートを小さくして、後加工のプレス成形の精度を高めることができるからである。また、その溶接コスト自体も少なくすることができる。
【００１０】
このようにして一体化された帯状の高耐熱合金３ａと耐熱合金３ｂとの接合体から、多数の金属プレート３をプレス成形により制作する。このとき金属プレート３の長手方向が接合部５を横断するように金属プレート３の材料取りが行われる。即ち、図１の鎖線の如く金属プレート３を打ち抜けばよい。
次いで、図２に示す如く夫々の長手方向一端部に高温流体７の入口１が設けられ、他端部に出口２が設けられ、その周縁部が立ち上げられて皿状に形成されると共に、この例ではその縁部に小フランジ部が突設形成されている。このとき高耐熱合金３ａ側に入口１が耐熱合金３ｂ側に出口２が配置される。
【００１１】
このような金属プレート３を互いに逆向きに重ね合わせ、その小フランジ部において互いにろう付けまたは溶接により一対の金属プレート３間を一体に接合してエレメント４を形成する。
このようなエレメント４は、図３の如くスペーサ６を介して夫々の入口１及び出口２間が接合される。このスペーサ６は環状に形成され、夫々入口１および出口２に整合する内周面を有する。
なお、スペーサ６と夫々のエレメント４との間はろう付けまたは溶接により接合される。
【００１２】
このようにしてなる熱交換器は、高温流体７が夫々のエレメント４の入口１側から流入し、内部を出口２側に流通する。そしてエレメント４の外面側には冷却用流体８が流通する。冷却用流体８としては、空気或いは水等が利用できる。この冷却用流体８の流通方向は、夫々のエレメント４の幅方向であっても、或いはエレメント４の長手方向に流通するものであってもよい。
上記実施の形態においては、高耐熱合金３ａと耐熱合金３ｂとの境目に位置する接合部５が突き合わせ溶接により形成されたが、これに代えて図４の如く、高耐熱合金３ａと耐熱合金３ｂとを重ね合わせ溶接とすることも可能である。
【００１３】
【変形例】
上記実施の形態では、高温流体７がエレメント４の入口１から流入し内部を出口２側に流通したが、それに代えて高温流体７をエレメント４の外面側の長手方向に流通させてもよい。さらには、その外面側をエレメント４の幅方向に流通させてもよい。高温流体７をエレメント４の外面側の幅方向に流通させる場合には、その流通の入口側に高耐熱合金３ａを配置し、出口側に通常の耐熱合金３ｂを配置すればよい。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の高温用熱交換器は、夫々の金属プレート３の高温流体７の入口１側の金属板が、耐熱性のより高い高耐熱合金３ａからなり、出口２側のそれが通常の耐熱合金３ｂからなるものである。そしてそれらが接合部５で一体に接続されたものであるから、材料コストを低下させつつ、高温流体７の高熱に充分耐える熱交換器となると共に、構造が簡単で且つ高温流体側の圧力損失の少ないものを提供できる。
また、本発明の高温用熱交換器の製造方法よれば、低コストで耐熱性の高い熱交換器を量産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高温用熱交換器の製造方法の第１の工程を示す説明図。
【図２】同方法の第２の工程を示す説明図。
【図３】同方法により製造された高温用熱交換器の略図。
【図４】同高温用熱交換器に用いられる接合部５の他の例を示す縦断面略図。
【符号の説明】
１　入口
２　出口
３　金属プレート
３ａ　高耐熱合金
３ｂ　耐熱合金
４　エレメント
５　接合部
６　スペーサ
７　高温流体
８　冷却用流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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