(57)【要約】【課題】  本発明は、細密プレートフィン型コンパクト熱交換器におけるろう接部の耐圧性の確保、細密プレートフィンの強度向上という従来技術の問題点を解決することを目的とする。【解決手段】  プレートフィン型熱交換器に使用するオフセットフィンであって、オフセットフィンプレートとしてろう材／基材／ろう材の三層構造を有する基材を用い、前記プレートとセパレーターとの間にろう材シートを挿入し、これを融解して前記プレートと前記セパレーターとをろう接することにより形成され、その全表面がろう付け層で被覆されていることを特徴とする前記オフセットフィン。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートフィン型熱交換器に使用するオフセットフィンであって、オフセットフィンプレートとしてろう材／基材／ろう材の三層構造を有する基材を用い、前記プレートとセパレーターとの間にろう材シートを挿入し、これを融解して前記プレートと前記セパレーターとをろう接することにより形成され、その全表面がろう付け層で被覆されていることを特徴とする前記オフセットフィン。
【請求項２】
オフセットフィンプレートがSUS製で厚さ0.15mmであり、ろう材がNiろう材である、請求項１記載のオフセットフィン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のオフセットフィンを用いた高温耐圧構造を有するオフセットフィン型熱交換器。
【請求項４】
プレートフィン型熱交換器に使用するオフセットフィンの二層ろう接による積層構造強化方法であって、オフセットフィンプレートとしてNiろう材／基材／Niろう材の三層構造を有する基材を用い、前記プレートとセパレーターとの間にNiろう材シートを介在させてろう接し、高強度のろう接反応層を形成することにより母材を強化することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料を接合するろう接の技術に関し、特に、原子力産業及び一般工業分野において使用する細密プレートフィン型コンパクト熱交換器のろう接に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱交換器において、高い伝熱面密度と熱流束とが要求される場合には、プレートフィン型熱交換器が使用されてきた。また、例えば、ヘリウムガス冷却型高温ガス炉タービンシステムにおいて使用する再生熱交換器のように、特に高い熱交換能力を要する場合には、細密オフセットフィンを用いたプレートフィン型熱交換器の使用が考えられる。この細密プレートフィン型コンパクト熱交換器（図１）においては、一般に、従来のろう接技術ではろう接部強度があまり高くないため、耐圧性の確保が困難であるという問題がある。細密プレートフィンの強度試験を行うと、特に、細密プレートフィン側部（セパレーターと接合していない部分）において内圧による破壊がみられる（図２）ことが分かっている。
【０００３】
熱交換器の設計仕様において、更に、伝熱面積の拡大と熱交換器寸法の縮小とが要求される場合には、要求に応じてフィンを細密化する必要があり、フィンの部分厚みを極めて薄く設計せざるを得ないことから、フィン側部の強度を向上する必要性が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明は、細密プレートフィン型コンパクト熱交換器におけるろう接部の耐圧性の確保、細密プレートフィンの強度向上という従来技術の問題点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記従来技術の問題点を解決するため、本発明者らは鋭意研究を行った結果、本発明を完成させた。
要するに、本発明は、プレートフィン型熱交換器に使用するオフセットフィンであって、オフセットフィンプレートとしてろう材／基材／ろう材の三層構造を有する基材を用い、前記プレートとセパレーターとの間にろう材シートを挿入し、これを融解して前記プレートと前記セパレーターとをろう接することにより形成され、その全表面がろう付け層で被覆されていることを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明は、上記のオフセットフィンを用いた高温耐圧構造を有するオフセットフィン型熱交換器を課題解決手段とする。
更に、本発明は、プレートフィン型熱交換器に使用するオフセットフィンの二層ろう接による積層構造強化方法であって、オフセットフィンプレートとしてNiろう材／基材／Niろう材の三層構造を有する基材を用い、前記プレートとセパレーターとの間にNiろう材シートを介在させてろう接し、高強度のろう接反応層を形成することにより母材を強化することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の三層構造フィンを有する熱交換器を使用することにより、高温ガス炉ガスタービンシステムをよりコンパクトかつ高性能化することができ、プラントに経済的メリットが生まれる。また、本発明により、表２の条件でのガス／ガス熱交換が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、プレートフィン型熱交換器に使用するオフセットフィンであって、オフセットフィンプレートとしてろう材／基材／ろう材の三層構造を有する基材を用い、前記プレートとセパレーターとの間にろう材シートを挿入し、これを融解して前記プレートと前記セパレーターとをろう接することにより形成され、その全表面がろう付け層で被覆されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明において、オフセットフィンプレート並びにプレートの材質は、運転温度、圧力等を考慮して許容されるものであればよく、例えばSUS製のものを使用することができ、その寸法は仕様に応じて設計すればよい。ろう材はNiろう材を用いることができる。
【００１０】
図３に、本発明の二層ろう接法によるオフセットフィン三層構造部を示す概念図を示す。（ａ）に示す従来のろう接方法では、図２に示す細密プレートフィン側部の強度試験のとおり、フィンプレートとセパレーターが接合していない部分（フィン側部）の強度が弱く強度試験による破断がみられたが、（ｂ）に示す本発明のフィンプレートの両面をろう接する二層ろう接法により、高温強度及び疲労強度が向上された三層構造体を実現することができた。
【００１１】
以下、実施例により本発明を説明するが本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００１２】
本実施例においては、三層構造強化オフセットフィン要素強度試験片を製作し、この試験片の高温強度・疲労試験を実施した。まず、製造手順を以下に示す。
（ア）三層構造フィンの製作・部品加工
図１に示すような構造のオフセットプレートフィン型熱交換器を作るため、表１に示す寸法の各部品をSUS304を用いて製作した。
【００１３】
【表１】
2005098617.tif 000002
【００１４】
ここで特に重要なことは、オフセットフィン（コア）の三層構造化である。三層構造オフセットフィンを製作するためには、オフセットフィン基板として用いる0.15mmの薄板の上下面にNiろう薄膜（アモルファステープろう付けMBF20（星電社製）、厚み38μm）を敷き、この合板を図６に示すダブルパンチ法により、フィンを凸凹形状に折る。具体的には、図６において、まず上部固定ダイと下部固定ダイで合板を固定し（ａ→ｂ）、次いで、下部可動ダイで合板を押し上げて上部固定ダイの切り欠き部に沿って変形させ（ｂ→ｃ）、次いで、上部可動ダイで合板を押し下げて下部可動ダイの切り欠き部に沿って変形させ（ｃ→ｄ）、以後、同様の手順を繰り返すことにより凹凸形状を形成していく。この方法は、凸凹金型を用いて一回の作業でフィンを折る方法よりも、フィンの加工精度が高く、ろう薄膜の損傷が少ないため、三層構造合板の加工に有効である。
【００１５】
（イ）多段フィンの組み立て
矩形の組み立て治具を用いてプレートにろう材付、塞ぎ板（セパレーター）の順番でのせながら溶接固定し、その上に、凹凸形状を形成した三層構造フィンをのせた。次いで、同様に多段に積層し、治具で拘束しながら多段フィンの組み立てを行った。
【００１６】
（ウ）真空ろう付
多段フィンを拘束仮組した状態で真空炉に入れて真空度1×105torr、最高温度1,323〜1,373K、最高保持時間10〜15分間の処理条件により真空ろう付けを行った。
【００１７】
高温強度・疲労試験の結果を図４に示す。図中、クローズ（黒）シンボルは本発明による二層ろう接材、オープン（白）シンボルは従来材であり、○□印はそれぞれ強度と0.2%保証であり、破線は比較のためのSUS304母材である。図に示すように、高温強度についてはSUS304母材の約1.8倍の高温強度を達成した。
【００１８】
本発明にしたがって、SUS304母材製フィン側壁部両面をNiろう材でろう接することにより、両面にNiベースの高強度のろう接反応層が形成され母材強化が図られた。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、オフセットプレートフィン型熱交換器の概念図である。（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図２は、積層構造を有する細密プレートフィン側部の強度試験の様子を示し、（ａ）は試験前、（ｂ）試験後の状態を示す図である。
【図３】図３は、本発明の二層ろう接法によるオフセットフィン三層構造部を示す概念図であり、（ａ）は従来のろう接方法、（ｂ）は本発明によるろう接方法を示す。
【図４】図４は、二層ろう接によるフィン試験体の高温強度・疲労試験を示す図である。
【図５】図５は、三層薄板（ろう材／フィン材／ろう材）からの細密フィン加工手順（ダブルアクション法）の概念図である。
【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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