(57)【要約】【課題】プレート式熱交換器の長期信頼性に関わる品質不良の防止を図ると共に、熱交換器周囲に対して損失していた熱量を放散することなく、断熱性に優れた熱交換効率の高い良質なプレート式熱交換器を得る。【解決手段】伝熱プレート１２、１４のうち最外層を構成する伝熱プレート１２、１４の外側に、該最外層を構成する伝熱プレート１２，１４の伝熱面を覆うように伝熱プレート１２、１４と同等以下の板厚を有する薄板プレート１８、１９を配置し、その全周をろう付け接合することにより、上記最外層を構成する伝熱プレート１２、１４と大気開放面との間に密閉空間２０、２１を設けた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の伝熱プレートを積層して該伝熱プレート間に第１および第２の流路を交互に形成すると共に、上記第１および第２の流路の一方に熱交換媒体を流し、他方の流路に被熱交換媒体を流すことにより上記熱交換媒体と被熱交換媒体との間で熱交換が行われるプレート式熱交換器において、
上記複数枚の伝熱プレートのうち最外層を構成する伝熱プレートの外側に、上記最外層を構成する伝熱プレートの伝熱面を覆うように上記伝熱プレートと同等以下の板厚を有する薄板プレートを配置し、
上記薄板プレートの全周をろう付け接合することにより、上記最外層を構成する伝熱プレートと大気開放面との間に密閉空間を設けたことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】
上記複数枚の伝熱プレートは、表面に凸状波形伝熱面を形成した第１の伝熱プレートと、表面に凹状波形伝熱面を形成した第２の伝熱プレートで構成され、上記第１の伝熱プレートの凸状波形伝熱面と上記第２の伝熱プレートの凹状波形伝熱面同士の接触点と上記第１および第２の伝熱プレートの周縁部を固着して形成されることを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項３】
上記薄板プレートに開口部を形成すると共に、上記最外層の伝熱プレートと上記薄板プレートにより形成される上記密閉空間に断熱材を充填したことを特徴とする請求項１又は２に記載のプレート式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気給湯機用や産業用などに利用されるプレート式熱交換器に係り、特に、複数枚の伝熱プレートを積層し、熱交換媒体および被熱交換媒体の流通する複数の流路を形成するプレート式熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているように、複数枚の伝熱プレートを積層し、プレートの周縁部をろう付接合によって水密を確保すると共に、プレート間に熱交換媒体と被熱交換媒体が流通する流路を形成し、それぞれの流体間で熱交換を可能にするプレート式熱交換器が知られている。
【０００３】
この種のプレート式熱交換器は、伝熱プレート上に伝熱面積拡大の目的で形成された凸状波形または凹状波形の波板形状を有し、伝熱プレートの四隅に熱交換媒体および被熱交換媒体の出入り口として開口部を備えている。そして、上記伝熱プレートは、一般にステンレスやチタン等の薄板等からなる材料をプレス成形によって板厚方向に絞り成形することにより製作される。そのため、上記凸状波形または凹状波形の波板形状や四隅の開口部を含む張り出し形状の斜面部分は、材料の板厚を伸ばしながら成形されるため水平面部分と比較して減肉する。
【０００４】
このような伝熱プレートは、積層された状態でろう付接合などによって互いに密着接合することで各熱交換媒体流路の水密を確保している。また、伝熱面内に形成された凸状波形および凹状波形の波板形状は、その頂点同士がろう付接合の接点として機能するため、伝熱面内は全面にわたり千鳥状に接点を有する。対して四隅の開口部周辺は、熱交換媒体の出入り口として機能するため、伝熱面内に比べて接合点数が少なく広い空間を有している。そのため開口部周辺は水平面部分のエッジ同士が接点となってろう付接合される。
【０００５】
また、例えば特許文献２に開示されているように、内部を流通する熱交換媒体および被熱交換媒体が高圧の気体である場合において、流路を構成する最外面の伝熱プレートの外側に強度確保を目的として伝熱プレートよりも厚板の補強板を一体接合する場合がある。
【０００６】
特に上記のような伝熱面内にろう付接点を有するプレート式熱交換器は、伝熱プレートと伝熱プレート材料よりも低融点のろう材を交互に積層し、ろう付時の変形矯正用として治工具や錘を積載した状態で炉中ろう付される。特にステンレス製伝熱プレートの炉中ろう付においては、各種ろう材の融点以上の高温領域に曝されるため、治工具材料や、ろう付炉内壁材料として耐熱性の高い金属やセラミック、グラファイト材料等が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１２７５３４号公報
【特許文献２】特開昭６３−４１７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のろう付処理において、治工具から発生した炭素粉塵や、ろう付炉内に浮遊している金属成分などが、ろう付処理中に伝熱プレートに付着し伝熱プレートの金属組織を変質させることがある。特に炭素成分の粉塵などがステンレス上に付着した状態でろう付処理されると、炭素がステンレス中に拡散した後、ろう付処理温度の低下に伴ってステンレス
組織中の結晶粒界に偏析し、ステンレス組織の耐食性を著しく低下させる鋭敏化と呼ばれる現象を起こす。
【０００９】
プレート式熱交換器の伝熱プレートとして用いられるステンレス板は１ｍｍ以下の薄板であることが多く、伝熱プレートの表面に付着した炭素成分の拡散で伝熱プレート裏面まで鋭敏化組織は到達する。そのため実際に使用される環境において熱交換媒体および被熱交換媒体に腐食性の流体が流通した場合、正常なステンレス組織と比べ耐食性の低い鋭敏化組織が容易に腐食されることで、伝熱プレートに貫通穴が発生し、熱交換媒体および被熱交換媒体の漏洩につながる恐れがある。
【００１０】
また、金属成分の付着によってステンレス組織に鋭敏化は発生しないが、プレート式熱交換器の使用中に結露が発生した場合、付着した金属を起点としてもらい錆を発生する恐れがある。また付着した金属成分中に炭素成分が含有されている場合でも、炭素成分の付着同様に鋭敏化が発生する恐れがある。
【００１１】
更に、プレート式熱交換器は、積層した伝熱プレートを介して熱交換媒体と被熱交換媒体の間で熱交間を行なう構造であるが、最外層を構成する伝熱プレートの外側は大気開放面であったり、熱交換器を装着する部材面であったりする。そのため最外層を構成する熱交換媒体と被熱交換媒体は１層内側の流路と熱交換するだけでなく、熱交換気の周囲に対しても熱交換していることになる。即ち、本来１層内側の熱交換媒体または被熱交換媒体と交換すべき熱量を損失し、熱交換効率を低下させているといえる。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、プレート式熱交換器のろう付処理における炭素成分付着によるステンレス組織の鋭敏化や、金属粉付着によるもらい錆など、プレート式熱交換器の長期信頼性に関わる品質不良の防止を図ると共に、熱交換器周囲に対して損失していた熱量を放散することなく、断熱性に優れた熱交換効率の高い良質なプレート式熱交換器の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係るプレート式熱交換器は、複数枚の伝熱プレートを積層して該伝熱プレート間に第１および第２の流路を交互に形成すると共に、上記第１および第２の流路の一方に熱交換媒体を流し、他方の流路に被熱交換媒体を流すことにより上記熱交換媒体と被熱交換媒体との間で熱交換が行われるプレート式熱交換器において、上記複数枚の伝熱プレートのうち最外層を構成する伝熱プレートの外側に、上記最外層を構成する伝熱プレートの伝熱面を覆うように上記伝熱プレートと同等以下の板厚を有する薄板プレートを配置し、上記薄板プレートの全周をろう付け接合することにより、上記最外層を構成する伝熱プレートと大気開放面との間に密閉空間を設けたものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係るプレート式熱交換器は、薄板プレートおよび薄板プレートと最外層を構成する伝熱プレートに挟まれた空間により、プレート式熱交換器の製造時において発生する品質不良を防止すると共に、薄板プレートと最外層を構成する伝熱プレートに挟まれた空間が、真空ろう付中に密閉空間を形成してこの密閉空間が熱交換器の使用の際に真空断熱として機能し、最外層の伝熱プレートの伝熱面から放熱していた熱損失を減少させ、熱交換器周辺環境への熱エネルギの放散を抑制する効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器の斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器の正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図の一部を拡大した図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照して、この発明に係るプレート式熱交換器について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態により発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更を含むものである。
【００１７】
実施の形態１．
図１〜図４は、この発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器を示すもので、図１はプレート式熱交換器の斜視図、図２はプレート式熱交換器の正面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１８】
図１〜図４に示すように、実施の形態１に係るプレート式熱交換器１０は、表面に凸状波形伝熱面１１（図４参照）を形成した第１の伝熱プレート１２（以下、単に伝熱プレート１２という。）と、表面に凹状波形伝熱面１３（図４参照）を形成した第２の伝熱プレート１４（以下、単に伝熱プレート１４という。）を複数枚交互に積層し、伝熱プレート１２と伝熱プレート１４間に熱交換媒体と被熱交換媒体が交互に流通する第１および第２の流路１５、１６が形成されている。
【００１９】
また、伝熱プレート１２、１４の伝熱面１１、１３同士の接触点と伝熱プレート１２、１４の周縁部を固着することで形成され、各流路１５、１６の水密を確保するろう付フィレット（図示せず）と、流路１５、１６を構成する最外層の伝熱プレート１２、１４の外側に伝熱プレート１２、１４の伝熱面１１、１３の面を全面覆うように破線１７（図２参照）に沿ってろう付接合により全周接合された薄板プレート１８、１９と、最外層の伝熱プレート１２、１４と薄板プレート１８、１９に挟まれた密閉空間２０、２１を備えている。
【００２０】
なお、上記においては図２で示すように伝熱プレート１２、１４と薄板プレート１８、１９はそれぞれ破線１７に沿って全周ろう付されているのみであるが、凸状および凹状波形伝熱面１１、１３と薄板プレート１８、１９の間にろう付接点を持ってもよい。また薄板プレート１８、１９は、熱交換器の耐圧強度に寄与することを目的としないため、伝熱プレート１２、１４よりも板厚が薄くてもよい。
【００２１】
伝熱プレート１２、１４は、コイル状または切板状の平面板の状態から、伝熱プレート１２は凸状波形に、伝熱プレート１４は凹状波形にプレス成形される。また、伝熱プレート１２、１４の四隅には熱交換器内に熱交換媒体および被熱交換媒体を導く開口部２２、２３、２４、２５が空けられる。それぞれの伝熱プレート１２、１４は、必要に応じて乾燥工程、または洗浄および乾燥工程を経て伝熱プレート１２、伝熱プレート１４、伝熱プレート１２、伝熱プレート１４、・・・伝熱プレート１２、伝熱プレート１４と交互に積層される。なお、伝熱プレート１２と伝熱プレート１４の積層枚数は、必要とする伝熱性能によって変化する。
【００２２】
また、伝熱プレート１２、１４の間には板状またはペースト状のろう材が挟み込まれるが、生産性を向上させるために伝熱プレート１２、１４としてろう材が一体となったクラッド材を用いてもよい。伝熱プレート１２、１４の開口部２２、２３、２４、２５には配管接続用のニップル２６、２７、２８、２９が挿入され、伝熱プレート１２、１４と同様にプレス加工された薄板プレート１８、１９が伝熱プレート１２、１４の間にそれぞれろう材を挟みこんだ状態で積層される。
【００２３】
上記の複数枚積層された伝熱プレート１２、１４を真空ろう付炉に設置し、矯正用の治工具や錘を積載した状態でろう材融点温度以上まで真空中で加熱することで、伝熱プレート１２、１４間に挟み込んだろう材が溶融し、ろう材の毛細管力で伝熱プレート１２、１４同志の隙間に入り込み炉内温度の低下と共に固着する。この真空ろう付処理において、それぞれ薄板プレート１８、１９を伝熱プレート１２、１４に対して破線１７に沿って全周ろう付することで、空間２０、２１は真空ろう付炉の真空度および雰囲気のまま外部と隔絶された密閉空間を形成する。
【００２４】
上記の熱交換器構造を採ることにより、従来のプレート式熱交換器では最外層の流路から伝熱面を介して熱交換器周辺の大気へ熱を放散していたが、伝熱面と周辺大気の間に真空の断熱層と、薄板プレート１８、１９が挟まれることで、伝熱面から熱交換器周辺への熱の放散を防ぎ、従来のプレート式熱交換器よりも高い熱交換効率を確保することが可能である。
【００２５】
以上のように、実施の形態１に係るプレート式熱交換器は、第１および第２の流路１５，１６を構成する最外層の伝熱プレート１２、１４の外側に伝熱面を覆う形で伝熱プレート１２、１４と同等以下の板厚の薄板プレート１８、１９を全周ろう付接合することで、上記最外層を構成する伝熱プレート１２、１４と大気開放面の間に密閉空間を設け、ろう付処理中の炭素成分などの異物付着による伝熱プレート１２、１４の鋭敏化を防止することが可能である。
【００２６】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器について説明する。図５は、実施の形態２に係るプレート式熱交換器５０の断面図で、実施の形態１の図３に相当する図である。実施の形態２に係るプレート式熱交換器５０は、図５に示すように、ろう付処理後に薄板プレート１８、１９に開口部５１を設け、密閉空間２０、２１の真空度を破壊したのち、断熱材５２で空間２０、２１を充填して断熱したものである。このように構成されたプレート式熱交換器５０においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００２７】
１０、５０  プレート式熱交換器
１１  凸状波形伝熱面
１２  第１の伝熱プレート
１３  凹状波形伝熱面
１４  第２の伝熱プレート
１５  第１の流路
１６  第２の流路
１７  破線
１８、１９  薄板プレート
２０、２１  密閉空間
２２、２３、２４、２５  開口部
２６、２７、２８、２９  ニップル
５１  開口部
５２  断熱材
【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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