(57)【要約】【課題】板状熱交換器において、板状エレメントの位置決めが正確かつ容易に行われ、板状エレメント間の接合も隙間なく行なわれるようにすることである。【解決手段】第１の側板１０の外周縁からほぼ直角に起ち上るガイド片１２、１３、１４、１５を設け、流体通路を有する板状エレメント３０、４０、５０、６０及び熱交換膜となる隔離板７０に設けたガイド突起が丁度前記ガイド片に嵌り合うようにして、前記ガイド片に沿って前記板状エレメント及び隔離板を重ね合せて行き、最後に第２の側板２０を載せ、第１の側板１０、板状エレメント、隔離板及び第２の板状エレメント２０を圧着しながら高温加熱して拡散接合させたのである。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の側板によって、複数の流体がそれぞれ別個に流通可能な流体通路を形成する複数の板状エレメントを重ね合せて気密に挾持した板状熱交換器において、前記少なくとも一方の側板の側縁からほぼ直角に起ち上る複数のガイド片を形成し、このガイド片に沿って前記板状エレメントを位置決めしたことを特徴とする板状熱交換器。
【請求項２】
前記ガイド片に、流体の給排用ポートを設けて前記流体通路に連通させた請求項１に記載の板状熱交換器。
【請求項３】
前記板状エレメントにガイド突起を設け、前記ガイド片の両側にスライド可能に係合するようにした請求項１または２に記載の板状熱交換器。
【請求項４】
前記側板はほぼ長方形の板状体より成り、この板状体の対角線上の隅角部に、板状体の辺とほぼ平行な外側縁を有する膨出部が設けられ、この膨出部の隣接する外側縁に板状体とほぼ直角に起ち上るガイド片がそれぞれ設けられた請求項１〜３のいずれかに記載の板状熱交換器。
【請求項５】
前記板状エレメントは前記側板とほぼ同じ輪郭のフレームに取り囲まれ、その内部にリブによって区画される所定の流体通路パターンが形成され、このパターンと対をなす他のパターンが形成された板状エレメントとパターンどうしを重ね合せることによって、一方の流体出入口から他方の流体出入口まで流体通路が連通するようにした請求項１〜４のいずれかに記載の板状熱交換器。
【請求項６】
一対の側板の一方にガイド片をほぼ直角に起ち上げ、前記ガイド片に沿って複数の板状エレメントを積み重ね、これらの板状エレメントによって複数の流体がそれぞれ別個に流通する流体通路を形成し、他方の側板をその上に載置して前記一方の側板と共に前記板状エレメントを互に密着させ、拡散接合することから成る板状熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、板状熱交換器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属薄板から成る板状エレメントに液体通路を形成し、この板状エレメントを複数枚積み重ねて厚みの薄い熱交換器を形成する技術を本発明者は特許文献１等で提案している。しかしながら、このような技術では、板状エレメントを互に接合する際の位置合せが難しく、また板状エレメントを互に隙間なく接合するのも難しい問題がある。
【特許文献１】特開２００４−１０８６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、この発明の課題は、板状エレメントの位置決めが正確かつ容易に行なわれるようにした板状熱交換器及び板状エレメントの位置決めが正確に容易に行なわれかつ接合も隙間なくできるようにした製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、この発明は、一対の側板によって、複数の流体がそれぞれ別個に流通可能な流体通路を形成する複数の板状エレメントを重ね合せて気密に挾持した板状熱交換器において、前記少くとも一方の側板の側縁からほぼ直角に起ち上る複数のガイド片を形成し、このガイド片に沿って前記板状エレメントを位置決めしたのである。
【０００５】
前記ガイド片に流体の給排用ポートを設けて前記流体通路に連通させておくことができる。また、ガイド片の両側にスライド可能に係合するガイド突起を前記板状エレメントに設けておくのが好ましい。
【０００６】
前記側板はほぼ長方形の板状体より成り、この板状体の対角線上の隅角部に、板状体の辺とほぼ平行な外側縁を有する膨出部が設けられ、この膨出部の隣接する外側縁に板状体とほぼ直角に起ち上るガイド片を設けておくのがよい。
【０００７】
また、前記板状エレメントは前記側板とほぼ同じ輪郭のフレームに取り囲まれ、その内部にリブによって区画される所定の流体通路パターンが形成され、このパターンと対をなす他のパターンが形成された板状エレメントとパターンどうしを重ね合せることによって、一方の流体出入口から他方の流体出入口まで流体通路が連通するようになっている。
【０００８】
この発明の製造方法においては、一対の側板の一方に複数のガイド片をほぼ直角に起ち上げ、前記ガイド片に沿って複数の板状エレメントを積み重ね、これらの板状エレメントによって複数の流体がそれぞれ別個に流通する流体通路を形成し、他方の側板をその上に載置して前記一方の側板と共に前記板状エレメントを互に密着させ、拡散接合することによって板状熱交換器を形成したのである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、以上のように、板状エレメントを挾持する一対の側板の一方に複数のガイド片を形成し、このガイド片に沿って板状エレメントを積み重ねるようにしたので、位置合せを正確かつ容易に行なうことができ、またガイド片に係合するガイド突起を板状エレメントに設けることによって位置合せがさらに容易に行なわれる。
【００１０】
また、一対の側板で板状エレメントを挾持して拡散接合することにより、正確に位置決めされた板状エレメントを密着させて気密に接合することが容易に行なわれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。まず、図１に示すような第１と第２の側板１０と２０を用意する。
【００１２】
図示のように、第１の側板１０は、平坦なほぼ長方形で気密な板状体１１から成り、対角線上の隅角部に、板状体１１の各辺に平行な辺を有する膨出部１１ａ、１１ｂが設けられ、この膨出部１１ａ、１１ｂの隣接する外側縁からそれぞれガイド片１２、１４及びガイド片１３、１５が突出している。このガイド片１２、１４及びガイド片１３、１５には、流体の給排用ポート１２ａ、１４ａ及びポート１３ａ、１５ａとなる円形貫通穴が設けられている。
【００１３】
また、ガイド片１２、１４及びガイド片１３、１５は、後述するように板状体１１とほぼ直角に折り曲げられる。この折り曲げを容易にするため、膨出部１１ａ及び膨出部１１ｂの外側縁の内側に沿って、ハーフカット線１２ｂ、１４ｂ及びハーフカット線１３ｂ、１５ｂが設けられている。なお位置合せの確認のため、膨出部１１ａ、１１ｂにそれぞれ貫通孔１１ｃ、１１ｄを設けておくのがよい。勿論、この貫通孔は、後述の流体通路と連通してはならない。
【００１４】
前述第２の側板２０は、第１の側板１０からガイド片１２、１４及びガイド片１３、１５を取り除いた形状で、長方形板状体２１の対角線上の隅角部に、膨出部２１ａ、２１ｂを設けたものである。また、前記貫通孔１１ｃ、１１ｄと同じ位置に貫通孔２１ｃ、２１ｄが設けられている。
【００１５】
図２に流体通路を形成する板状エレメントを示す。図示のように、一つの流体通路を形成するため、全体として平坦な第１の板状エレメント３０と第２の板状エレメント４０が用いられる。
【００１６】
前記第１の板状エレメント３０は、図２（イ）に示すように、前記第２の側板２０と実質的に同じ輪郭をした同サイズのフレーム３１にほぼ全周がとり囲まれ、このフレーム３１内で一定のパターンの流体通路を形成するための区画リブ３２がフレーム３１に支持され、リブ３２以外のパターン部分は空隙になっている。これらのリブ３２は、表面裏面共に平坦になっており、フレーム３１と同一平面を形成している。
【００１７】
また、側板１０の膨出部１１ａ、１１ｂに対応するフレーム３１の両端には、流体の出入口３２ａ、３３ａが形成され、パターンが途切れる出入口３２ａ、３３ａに臨むリブ３２の末端は、図３から明らかなように、フレーム３１より薄い支持板３３で支えられ、浮動しないように固定されている。このように支持板３３の厚みを薄くしてあるため、流体の流出入には支障がない。勿論リブ３２がフレーム３１でしっかり支えられている場合には、支持板３３を省略することができる。また、他の出入口３４ａ、３５ａは、リブ３２によって区画される流体通路に対して閉鎖されている。
【００１８】
図２（ロ）に示すように、第２の板状エレメント４０は、前記第１の板状エレメント３０とほぼ同形同サイズであるが、リブ４２によるパターンが異なり、上下方向にほぼ反転したようなパターンになっている。そして出入口４２ａ、４３ａ近辺では、リブ４２と前記リブ３２が重なり合うようになっている。また、支持板４３は、図の裏面で前記支持板３３と同様の構造でリブ４２を支持している。なお、図２中、符号３１ｃ、３１ｄ、４１ｃ、４１ｄは、位置確認用貫通孔である。また、符号４４ａ、４５ａは、リブ４２に対して閉鎖された出入口である。
【００１９】
前記第１及び第２板状エレメント３０、４０の出入口３２ａ、４２ａには、図４に示されるように、開口端から内側方向に突出するガイド突起３６ａ、３６ｂ及びガイド突起４６ａ、４６ｂが設けられている。これらのガイド突起は、前記第１の側板１０の膨出部１１ａに設けられたガイド片１２の厚み分（ガイド片１２は、前述のように板状体１１に対して直角に折り曲げられる）だけ、膨出部１１ａの外側縁に対して内側方向（図の右方向）にオフセットされ、図の鎖線で示すように、丁度ガイド片１２の両側にスライド可能に係合する幅及び深さのガイド部を形成している。同様のガイド突起３７ａ、３７ｂ及び４７ａ、４７ｂが閉鎖された出入口３４ａ、４４ａの開口端に設けられ、ガイド片１４の両側とスライド可能に係合するようになっている。
【００２０】
前記出入口３２ａ、４２ａに対応する出入口３３ａ、４３ａにも、前記と同様のガイド突起３８ａ、３８ｂ及び４８ａ、４８ｂが設けられ、閉鎖された出入口３４ａ、３５ａ及び４４ａ、４５ａにも同様に、ガイド突起の３９ａ、３９ｂ及び４９ａ、４９ｂが設けられている（図２）。
【００２１】
図５に別のパターンを有する一対の板状エレメントを示す。図５（イ）に示すように、第１の板状エレメント５０は、前記板状エレメント３０、４０と同形同サイズのフレーム５１を有し、流体通路を区画するリブ５２は、く字形をほぼ平行に配置した縞模様になっている。そして出入口５２ａ、５３ａは、流体通路に対して閉鎖され、出入口５４ａ、５５ａは開放されている。また、開放された出入口５４ａ、５５ａに臨むリブ５２の末端は、自由端の状態になっている。その他の構造は、前記第１の板状エレメント３０と全く同じである。図中、符号５６ａ、５６ｂ、５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８ｂ、５９ａ、５９ｂはガイド突起である。また、符号５１ｃ、５１ｄは位置決め確認用貫通孔である。
【００２２】
図５（ロ）に示す第２の板状エレメント６０は、フレーム６１に囲まれたリブ６２が形成するパターンを第１の板状エレメント５０と長さ方向に逆にしたものである。その他の構造は、第１の板状エレメント５０と同様である。図中、符号６２ａ、６３ａは閉鎖された出入口、６４ａ、６５ａは開放された出入口、６６ａ、６６ｂ、６７ａ、６７ｂ、６８ａ、６８ｂ、６９ａ、６９ｂはガイド突起である。また、符号６１ｃ、６１ｄは位置決め確認用貫通孔である。
【００２３】
図６に、異なった流体の流体通路を互に隔離して熱交換膜となる隔離板を示す。図示のように、隔離板７０は、板状エレメント３０、４０、５０、６０と輪郭が同じで同サイズの一枚の平坦な板状体７１より成り、板状エレメント３０、４０に設けられた閉鎖出入口３４ａ、３５ａ及び４４ａ、４５ａに対応する出入口７４ａ、７５ａと、板状エレメント５０、６０に設けられた閉鎖出入口５２ａ、５３ａ及び６２ａ、６３ａに対応する出入口７２ａ、７３ａが設けられている。また、これらの出入口７２ａ、７３ａ、７４ａ、７５ａの開口端にはガイド突起７６ａ、７６ｂ、７７ａ、７７ｂ、７８ａ、７８ｂ、７９ａ、７９ｂがそれぞれ設けられている。
【００２４】
いま、図２（イ）に示す第１の板状エレメント３０の上に、図２（ロ）に示す第２のエレメント４０を重ね合せて密着させると、図７に示すようなパターンが出来上る。そして、第１、第２のエレメント３０、４０単独では、図２から明らかなように、リブ３２、４２で区画されるほとんどの流体通路は、出入口３２ａ、４２ａから行き留まりになっているが、エレメント３０と４０を重ね合せると、流体通路が交差することによって、例えば矢印で示す通路Ａ１  は、フレーム４１の上辺の行き留まり部Ｂで下部のリブ３２が一部分欠除しているため、この欠除部分Ｃから隣接する通路Ａ２  に連通し、流体が流通可能になって、結局出入口３３ａまで到達することができる。
【００２５】
即ち、リブ３２、４２が重なり合っている個所では、リブ３２と４２の合計厚みがフレーム３１と４１の合計厚みに等しいから、流体の流通が阻止されるが、リブ３２と４２のいずれか一方のみしか存在しない個所では、フレーム３１と４１の合計厚みの半分しかないから空隙が生じ、流体の流通が許容される。従って、このような空隙が出入口３２ａ、４２ａから出入口３３ａ、４３ａまで連通するようなパターンを選択すれば、一方の出入口３２ａ、４２ａから流体を供給すると、その流体は、図７のＡ１  、Ａ２  で示すように、他方の出入口３３ａ、４３ａから排出されることになる。特に図７に示すパターンの場合、リブ３２、４２が流体の流れに対してほぼ直角になるリブが多いので乱流を生じさせるのに有効である。
【００２６】
図５に示す板状エレメント５０、６０は、リブ５２、６２で区画される流体通路がエレメント単独では全て行き留まりになっているが、図８に示すように第１の板状エレメント５０の上に第２の板状エレメント６０を密着して重ね合せると、出入口５４ａ、６４ａから出入口５５ａ、６５ａまで流体の連通路が形成され、出入口５４ａ、６４ａに流体を供給すると、その流体は出入口５５ａ、６５ａから排出される。
【００２７】
上記のようにして重ね合せた一対の板状エレメントを利用して板状熱交換器を作製する。まず、図１（イ）に示す側板１０のガイド片１２、１３、１４、１５を、図９に示すように、板状体１１に対してほぼ直角に折り曲げる。次に、これらのガイド片１２、１３、１４、１５をガイドとしながら、図１０に示す（ロ）（ハ）（ニ）の順序で側板１０に板状エレメント３０と４０、隔離板７０、板状エレメント５０と６０を重ね合せてゆく。ガイド片１２、１４等とガイド突起３６ａ、４６ａ及び３６ｂ、４６ｂを嵌め込む方法は、図４に基づいて説明した通りである。そして、図１１に示すように、最後に第２の側板２０をガイド片１２、１３、１４、１５の端面（最上端面）の上に載せる。また、各ガイド片に設けられたポート１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａには、短いパイプ８２、８３、８４、８５の一端部を圧入しておく。  
【００２８】
このようなアセンブリを形成し、各側板１０と２０で板状エレメント３０、４０、５０、６０及び隔離板７０が互に圧着するように強固に挾持し、高温加熱炉中で加熱して拡散接合すると板状熱交換器が得られる。勿論、側板や板状エレメント及び隔離板の接合面にろう材ペーストを塗工しておいて加熱炉に装填し、接合することもできる。
【００２９】
図１２にポート１２ａと板状エレメント３０、４０、５０、６０及び隔離板７０のそれぞれの出入口３２ａ、４２ａ、５２ａ、６２ａ及び７２ａの関係を示す。図２について前述したように、出入口３２ａ、４２ａは、フレーム３１、４１の内部に開放されているが、図５について前述したように、出入口５２ａ、６２ａ、及び出入口７２ａ（図６参照）は閉鎖されている。図示しないが、ポート１３ａでは、同様に出入口３３ａ、４３ａはフレーム３１、４１の内部に開放され、出入口５３ａ、６３ａ及び出入口７３ａは閉じられている（図５、図６参照）。従ってポート１２ａから流体を供給すると、その流体はフレーム３１、４１の内部を流通してポート１３ａから排出される。
【００３０】
一方ポート１４ａでは、図２及び図５から理解されるように、出入口３４ａ、４４ａは閉鎖され、出入口５４ａ、６４ａは開放されている。対応するポート１５ａでも、出入口３５ａ、４５ａは閉鎖され、出入口５５ａ、６５ａは開放されている。そのためポート１４ａから供給された流体はフレーム５１、６１の内部を流通してポート１５ａから排出される。従って前記ポート１２ａとポート１４ａから、温度の異なる別の流体をそれぞれ供給すると、隔離板７０を介して熱交換が可能となる。
【００３１】
図１３は、前記ポート１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａにそれぞれパイプ８２、８３、８４、８５を接続した熱交換器の完成状態を示している。勿論、いずれのパイプを供給用とし、いずれのパイプを排出用としてもよい。但し、パイプ８２と８３、パイプ８４と８５は対応させなければならない。
【００３２】
図１１には、一対の板状エレメント３０、４０及び板状エレメント５０、６０を、隔離板７０を介在させて積み重ねた状態が示されているが、勿論板状エレメント５０、６０の上にさらに隔離板７０を介在させて板状エレメント３０、４０を積み重ねてもよく、またさらにその上に隔離板７０を介して板状エレメント５０、６０を積み重ねていくことができる。即ち図１１は、別の流体を流通させる一対の板状エレメントを二段重ねにしたものであるが、二段以上重ねることができる。
【００３３】
また、隔離板７０とそれぞれの板状エレメントを一体にしておくことができる。その場合には、流体通路のパターンは溝の形態となり、リブ３２等はそれらの溝を区別する畝となる、そして、溝を形成した面を対向させて積み重ねていくことになる。勿論、板状エレメントの両面に溝を形成することができる。
【００３４】
前記リブ３２等によって形成される流体通路のパターンは、図示に限らず任意に選択可能である。要は板状エレメントの幅方向および／または長さ方向にほぼ逆に形成されたパターンを対向して重ね合せたとき、流体の供給口から排出口まで連通する流体通路が形成されればよい。
【００３５】
前記側板、板状エレメント、隔離板の材料は、流体の温度に応じた耐熱性を有すればよく、スチール、ステンレススチール、アルミニウム、銅などの金属、セラミックス、合成樹脂などを用いることができ、これらの厚みが約０．３ｍｍ〜５ｍｍ程度のものが好ましい。特に、隔離板は、熱伝導率の良好な材料が好ましく、その点では金属薄膜が好適である。なお、これらの板状体の形状は、図示のほぼ長方形ばかりでなく、楕円形、長円形、多角形など種々選択可能である。また、流体は、２種類以上を供給可能にすることができる。その場合には、流体を供給・排出するポートを付加すればよい。そして、そのポートに対して流体を流通させるべき板状エレメントの出入口を開放し、他の板状エレメントの出入口を閉鎖しておけばよい。さらに、ポートを有するガイド片を両側板１０、２０に形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の熱交換器の側板を示す平面図
【図２】この発明の熱交換器の板状エレメントを示す平面図
【図３】板状エレメントの流体の出入口を示す正面図
【図４】板状エレメントの出入口の開口部と側板のガイド片との関係を示す部分拡大平面図
【図５】他の板状エレメントを示す平面図
【図６】熱交換膜となる隔離板を示す平面図
【図７】図２の板状エレメントを重ね合せた状態を示す平面図
【図８】図５の板状エレメントを重ね合せた状態を示す平面図
【図９】側板のガイド片を起ち上がらせた状態を示す正面図
【図１０】熱交換器を形成する順序を示す平面図
【図１１】熱交換器の板状体を積み重ねた状態を示す正面図
【図１２】熱交換器のポートの一つを示す部分拡大正面図
【図１３】熱交換器の完成平面図
【符号の説明】
【００３７】
１０            第１の側板
１１            板状体
１１ａ、１１ｂ  膨出部
１１ｃ、１１ｄ  貫通孔
１２、１３、１４、１５  ガイド片
１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ  ポート
１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ  ハーフカット線
２０            第２の側板
２１            板状体
２１ａ、２１ｂ  膨出部
２１ｃ、２１ｄ  貫通孔
３０            第１の板状エレメント
３１            フレーム
３１ｃ、３１ｄ  貫通孔
３２            リブ
３３            支持板
３２ａ、３３ａ  開放された出入口
３４ａ、３５ａ  閉鎖された出入口
３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ｂ  ガイド突起
４０            第２の板状エレメント
４１            フレーム
４１ｃ、４１ｄ  貫通孔
４２            リブ
４３            支持板
４２ａ、４３ａ  開放された出入口
４４ａ、４５ａ  閉鎖された出入口
４６ａ、４６ｂ、４７ａ、４７ｂ、４８ａ、４８ｂ、４９ａ、４９ｂ  ガイド突起
５０            第１の板状エレメント
５１            フレーム
５１ｃ、５１ｄ  貫通孔
５２            リブ
５２ａ、５３ａ  閉鎖された出入口
５４ａ、５５ａ  開放された出入口
５６ａ、５６ｂ、５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８ｂ、５９ａ、５９ｂ  ガイド突起
６０            第２の板状エレメント
６１            フレーム
６１ｃ、６１ｄ  貫通孔
６２            リブ
６２ａ、６３ａ  閉鎖された出入口
６４ａ、６５ａ  開放された出入口
７０            隔離板
７１            板状体
７２ａ、７３ａ、７４ａ、７５ａ  閉鎖された出入口
７６ａ、７６ｂ、７７ａ、７７ｂ、７８ａ、７８ｂ、７９ａ、７９ｂ  ガイド突起
８２、８３、８４、８５  パイプ
Ａ１、Ａ２      流体通路
Ｂ              行き留まり
Ｃ              リブの欠除部分
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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