(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温流体流路と高温流体流路とが隔離板を挟んで交互に積層され且つその両外側に側板が備えられ、更に側板の外側にヘッダ取付穴を有するステーが備えられた積層体を、ロウ付けにて一体に組み立てることにより積層組立体を構成し、該積層組立体の前記ヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接により固定するようにしているプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造であって、上下に対向する前記側板とステーとの対向面に、半径方向に複数個交互になるように環状のロウ材貯留溝を形成し、上側のロウ材貯留溝にロウ材を装入するようにしたことを特徴とするプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造。
【請求項２】
低温流体流路と高温流体流路とが隔離板を挟んで交互に積層され且つその両外側に側板が備えられ、更に側板の外側にヘッダ取付穴を有するステーが備えられた積層体を、ロウ付けにて一体に組み立てることにより積層組立体を構成し、該積層組立体の前記ヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接により固定するようにしているプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付方法であって、上下に対向する側板とステーの対向面に、半径方向に複数個交互になるように環状のロウ材貯留溝を形成し、上側のロウ材貯留溝にロウ材を装入して積層することにより積層体を製作すると共に、前記側板とステーとを点溶接により位置決めした後、積層体をロウ付けすることにより積層組立体を構成し、該積層組立体におけるステーのヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接することを特徴とするプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付方法。
【請求項３】
ロウ付けにより構成された積層組立体の側板とステーとを溶接にて固定することを特徴とする請求項2記載のプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造及びヘッダ取付方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプレート・フィン型熱交換器は、図５及び図６に示すように低温流体流入用ヘッダ１と加熱された低温流体流出用ヘッダ２、流入側及び流出側に設けた斜交流部３ａ及び斜交流部３ｂと、斜交流部３ｂに設けた高温流体入口５と、斜交流部３ａに設けた高温流体出口６と、斜交流部３ａと斜交流部３ｂ間に設けられ、低温流体７と高温流体８とが熱交換をする対向流部４とからなる矩形型のものである。
【０００３】
その内部の構造は、図６のＡ−Ａ断面図である図７、図６のＢ−Ｂ断面図である図８、及び各部材の斜視図である図９に示すように、周囲に縁２５ａを設けると共に２つのヘッダ１，２を挿入する２つの穴２３ａ，２４ａを設けた第一隔離板９ａ（図９の（ａ））と、２つのヘッダ１，２を挿入する２つの穴２３ａ，２４ａの周囲にエンボス部２２ｅ，２２ｆを設けた第二隔離板１０ａ（図９の（ｃ））と、低温流体流路１２ａ用の伝熱促進体１４ａ及び２個の斜流路部材１８ａ，１９ａ（図９の（ｂ））と、高温流体流路１３ａ用の伝熱促進体１５ａ及び２個の斜流路部材２０ａ，２１ａ（図９の（ｄ））と、を繰り返して２段以上、多いものでは８０段以上に積み重ね、その上に上記第一隔離板９ａ並びに低温流体流路１２ａ用の上記伝熱促進体１４ａ及び２個の斜流路部材１８ａ，１９ａを重ね、最上部にヘッダ１，２を挿入する穴２３ａ，２４ａを設けた平板状の第三隔離板１１ａ（図９の（ｅ））を重ね、さらにこの時各隔離板９ａ，１０ａ間には補強部材２６を入れ、さらに上下に２つのヘッダ取付穴２３，２４を有する側板１６，１７を重ねるようにしている。
【０００４】
また、前記図７では、側板１６，１７が厚板で構成されていて、該側板１６，１７にヘッダ取付穴２３，２４を設けるようにしているが、図１０、図１１に示すように、隔離板９ａ，１０ａより厚いが比較的薄い板材から構成された側板１６，１７の外側に、ヘッダ取付穴２３，２４を備えたリング状のステー２９を重ねて設け、該ステー２９によりヘッダ１，２の取付部の強度を高めるようにしたものも考えられている。
【０００５】
前記隔離板９ａ，１０ａと、伝熱促進体１４ａ，１５ａと、側板１６，１７及びステー２９とは、夫々の間にロウ付けのためのロウ材（アモルファス等）を予め挟み込みながら積層し、このようにして製作された積層体は、クランプ等によりロウ付けに必要な圧力を積層方向に掛けた状態で高温真空炉内においてロウ材を溶融させて部材同士を一体に接着することにより積層組立体２７を構成するようにしている。隔離板９ａ，１０ａ同士は、周囲部及びヘッダ１，２挿入のための穴部の内周部を溶接にて接合し、各流路が隔離板９ａ，１０ａによって仕切られ、流体７，８が互に混合しない構造となっている。
【０００６】
前記したようにロウ付けにて構成された積層組立体２７の側板１６，１７或いはステー２９に形成されたヘッダ取付穴２３，２４には、前記積層組立体２７とは別個に製作されて一端が閉塞された構造の低温流体流入用ヘッダ１及び低温流体流出用ヘッダ２を上下一側から挿入し、該ヘッダ１，２を、前記側板１６，１７（図７）或いはステー２９（図１０）のヘッダ取付穴２３，２４に夫々溶接３０にて気密に固定することにより、プレート・フィン型熱交換器を構成するようにしている。
【０００７】
前記ヘッダ１，２は、図１０、図１１に示すように前記各低温流体流路１２ａに対して流体を分配するために、全周側面に窓状の流体出入口流路２８を備えている。このとき、ヘッダ１，２は流体を満遍なく分配するためには流体出入口流路２８は大きく形成する必要があるが、プレート・フィン型熱交換器の膨張・変形防止のための十分な強度を備えている必要上から、前記流体出入口流路２８は最適な大きさに決定するようにしている。
【０００８】
また、図１２に示したものは、プレート・フィン型熱交換器の形状を左右対称形状としたものである。このように左右対称な形状とすると、前記隔離板９ａ，１０ａを反転させて設けることで、隔離板９ａ，１０ａの種類を減らすことができる利点があり、また、加熱した際に、単純な左右対称形状であるために、局所的な熱応力の発生を防止できる利点がある。また、他のプレートフィン型熱交換器としては、前記したように低温流体用のヘッダ１，２を設ける以外に、高温流体側にもヘッダを設けるようにしたものも考えられている。
【０００９】
上記した従来のプレート・フィン型熱交換器は、図７を参照して説明すると、ヘッダ１から低温流体流路１２ａの斜流路部材１８ａに入った低温流体７が、対向流部４で高温流体流路１３ａの斜流路部材２０ａの入口５から入った高温流体８によって加熱されて、低温流体流路１２ａの斜流路部材１９ａを通ってヘッダ２から流出し、熱交換が終わった高温流体８は高温流体流路１３ａの斜流路部材２１ａの出口６（図５、図９の（ｄ））から流出するようになっているものである。
【００１０】
上記したような積層組立体２７に備えられるヘッダ１，２は、熱膨張等による両側板１６，１７間の変位量を制限し、変形を抑制するための強度部材として作用するものであり、上記ヘッダ１，２の取付部の構造には、従来から種々方式のものが考えられている。ただし、前記側板１６，１７の厚さは、隔離板９ａ，１０ａより厚くするが、余り厚くすると、熱容量が大き過ぎて、加熱及び冷却時の伸縮が肉厚の薄い隔離板９ａ，１０ａに追従せず、側板１６，１７に近い隔離板９ａ，１０ａを潰してしまう等の変形を生じさせる可能性があり、そのために側板１６，１７の厚さは適正に設定する必要がある。
【００１１】
図１３は、厚板から削り出すことにより、側板１６，１７と、ヘッダ取付穴２３，２４を備えた溶接部３１とを形成するようにしたものである。
【００１２】
図１３の削り出し方式は、熱交換器の投影面積が比較的小さい場合には適用されることが多いが、大型の熱交換器になると、削り出しのために多大の時間と手間を要してコストが増加する問題があり、更に、側板１６，１７を均一な厚みでしかも比較的薄く削り出すことは技術的に大変難しく、よって上記削り出し方式の側板１６，１７は大型プレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造としては不適である。
【００１３】
また、図１４は、ヘッダ取付穴２３，２４を内周上部に突出して備え、且つ下部内周に側板固定部３２を備えるように凹み３３を形成したステー２９を設け、該ステー２９の外周部と内周部とを、溶接３４にて側板１６，１７に固定するようにしたものである。
【００１４】
図１４のようにステー２９を溶接３４にて側板１６，１７に固定する方式は、隔離板９ａ，１０ａと、伝熱促進体１４ａ，１５ａと、側板１６，１７とをロウ材を挟んで積層し、その積層体を高温真空炉内でロウ付けして一体化した後、側板１６，１７に溶接３４によってステー２９を固定することができるために、製作が比較的容易であり、積層組立体の強度も比較的高いものとすることができる。
【００１５】
しかし、上記図１４の方式において、ステー２９と側板１６，１７とを強固に固定するためには、ある程度大きい入熱で溶接３４を行う必要があり、このために側板１６，１７の厚みはあまり薄くすることはできず、このために側板１６，１７を厚くすると、隔離板９ａ，１０ａの拘束力が大きくなって隔離板９ａ，１０ａが熱膨張時に潰れる可能性を生じ、また前記したように大きな入熱で溶接３４を行った場合には高温の入熱が内部の隔離板９ａ，１０ａ等に伝わることによって隔離板９ａ，１０ａ等のロウ付け部が剥離してしまうという危険性がある。
【００１６】
また、上記問題を解決するために、図１５に示すように、前記図１４と同様に形成されたステー２９を、ロウ材３５によるロウ付けにて側板１６，１７に一体に固定するようにした方式が考えられている。この方式では、積層体の側板１６，１７とステー２９とがロウ付け時に位置ズレしないように内周の側板固定部３２を点溶接３６してからロウ付けを行うようにしている。
【００１７】
また、図１５のように、ロウ付けによって構成された積層組立体２７の側板１６，１７とステー２９の外周部とを、小さな入力にて溶接３４’を行うことによって固定力を更に高めることも行われている。
【００１８】
図１５のようにロウ付けにて側板１６，１７にステー２９を固定する方式は、隔離板９ａ，１０ａと、側板１６，１７と、ステー２９とをロウ材３５を挟んで積層し、圧力をかけた状態で積層体を真空加熱炉に入れてロウ材３５を溶融させることにより、積層組立体２７を構成することができるので、積層組立体２７の製造を容易にしかも高効率で行うことができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記図１５のように、ステー２９をロウ付けにて側板１６，１７に一体に固定する場合、強固な接着を行わせるにはロウ材３５を薄く均一に介在させる必要があるが、従来の方式においては次のような問題を有していた。
【００２０】
即ち、小型の熱交換器のように、ステー２９のロウ付け面積が小さいものは或る程度高い接着力を得ることができるが、大型の熱交換器のようにステー２９のロウ付け面積が大きいものは、その特性上１００％の接合を得ることは困難であり、特に側板１６，１７の平面度が低かったり、或いはロウ付け時に積層方向に均一な荷重が掛かっていない場合には、ロウ材３５が付着しない部分が生じてロウ付け効果が低下してしまう問題を生じ易い。このために、積層体の各部材は非常に精度良く加工し、慎重に組立てを行う必要があり、積層組立体２７の製造が大変困難である。
【００２１】
また、ロウ付け時に、溶融したロウ材３５が流れ出す問題があり、漏出したロウ材３５はステー２９の内外周と側板１６，１７との間の近傍に付着固化することになる。従って、積層組立体２７の製作後に、溶接３４’によってステー２９を側板１６，１７に固定することにより固定力を更に高めようとした場合、溶接部にロウ材３５が存在していると、ロウ付け部が再入熱によって破裂することにより溶接することができない。従って、前記溶接３４’を実施するためには、漏出して外部に固化したロウ材３５を切削することにより除去する必要があり、このための作業が繁雑で非常に能率が悪いという問題を有していた。
【００２２】
本発明は、ヘッダの取り付け作業を簡略化でき、且つ積層組立体の高い支持強度を保持できるようにしたプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造及びヘッダ取付方法を提供することを目的としているものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造は、低温流体流路と高温流体流路とが隔離板を挟んで交互に積層され且つその両外側に側板が備えられ、更に側板の外側にヘッダ取付穴を有するステーが備えられた積層体を、ロウ付けにて一体に組み立てることにより積層組立体を構成し、該積層組立体の前記ヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接により固定するようにしているプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付構造であって、上下に対向する前記側板とステーとの対向面に、半径方向に複数個交互になるように環状のロウ材貯留溝を形成し、上側のロウ材貯留溝にロウ材を装入するようにしたことを特徴とするものである。
【００２４】
本発明のプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付方法は、低温流体流路と高温流体流路とが隔離板を挟んで交互に積層され且つその両外側に側板が備えられ、更に側板の外側にヘッダ取付穴を有するステーが備えられた積層体を、ロウ付けにて一体に組み立てることにより積層組立体を構成し、該積層組立体の前記ヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接により固定するようにしているプレート・フィン型熱交換器のヘッダ取付方法であって、上下に対向する側板とステーの対向面に、半径方向に複数個交互になるように環状のロウ材貯留溝を形成し、上側のロウ材貯留溝にロウ材を装入して積層することにより積層体を製作すると共に、前記側板とステーとを点溶接により位置決めした後、積層体をロウ付けすることにより積層組立体を構成し、該積層組立体におけるステーのヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接することを特徴とするものである。
【００２５】
また、ロウ付けにより構成された積層組立体の側板とステーとを溶接にて固定するようにしても良い。
【００２６】
上記手段の作用を説明する。
【００２７】
本発明によれば、上下に対向する側板とステーの対向面に、半径方向に複数個交互になるように環状のロウ材貯留溝を形成し、上側のロウ材貯留溝にロウ材を装入して積層することにより積層体を製作すると共に、前記側板とステーとを点溶接により位置決めした後、積層体をロウ付けすることにより積層組立体を構成し、該積層組立体におけるステーのヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接するようにしているので、積層体のロウ付け時に、上側のロウ材貯留溝に装入されたロウ材は、溶け出して側板とステーとの狭い隙間内に毛管現象により満遍なく浸透し、この時余剰となったロウ材は下側のロウ材貯留溝に流れ込んで貯留されるようになる。従って、余剰のロウ材が側板とステーとの対向面から外部に漏出するという問題を防止することができる。また、前記したように複数のロウ材貯留溝が設けられていることにより、側板とステーとの接合面が実質的に狭い幅寸法に分割されることになり、よって対向面が密着し易くなり、ロウ付けの欠点である大面積では接合不良を生じ易いという問題を防止して、高い接合強度を得ることができる。
【００２８】
更に、ロウ材の漏出が防止できるので、ロウ付け後において、ステーを側板に小さな入熱で溶接して固定する場合にも、漏出して固化したロウ材を切削除去するといった面倒な作業を要することなしに、容易に溶接作業を実施してステーと側板との固定強度を更に高めることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態例について図１〜図３を参照して説明する。図１は本発明を実施する一形態例を説明するための断面図、図２は図１の拡大図であり、図中、図１５と同一のものには同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３０】
図１及び図２に示すように、積層組立体２７を構成する側板１６，１７の外側におけるステー２９を取り付ける位置に、ステー２９が嵌合し得る浅い溝３７を形成する。更に、前記側板１６，１７の浅い溝３７と、ステー２９との対向面に、ヘッダ取付穴２３，２４を取り囲むように環状のロウ材貯留溝３８ａ，３８ｂを設ける。前記側板１６，１７及びステー２９に設けるロウ材貯留溝３８ａ，３８ｂは、半径方向に複数個交互に備えるのが好ましい。
【００３１】
また、前記側板１６，１７に形成するロウ材貯留溝３８ａ及びステー２９に形成するロウ材貯留溝３８ｂは、その一方にロウ材３５を予め装入しておき、ロウ付けの際に溶けたロウ材３５が側板１６，１７とステー２９との間の隙間（例えば５０ミクロン程度以下）に満遍なく行き渡るのに充分な量のロウ材３５が装入できる容量としている。
【００３２】
次に、積層組立体２７を組立てる操作について説明する。
【００３３】
図３に示すように隔離板９ａ，１０ａ及び側板１６，１７をロウ材を挟んで積層した側板１６，１７の外側に、ロウ材貯留溝３８ａ，３８ｂに所要量のロウ材３５を装入するようにしてステー２９を重ね合わせ、この積層体をクランプ等により荷重をかけて拘束した状態とする。更にステー２９と側板１６，１７とを点溶接３６することにより位置決めを行う。
【００３４】
この時、対向している側板１６，１７とステー２９のロウ材貯留溝３８ａ，３８ｂにおける上側のロウ材貯留溝、図２ではステー２９のロウ材貯留溝３８ｂにロウ材３５を装入しておくようにする。
【００３５】
続いて、前記積層体を真空加熱炉に入れて加熱しロウ材３５を溶融させることにより積層組立体２７を構成する。
【００３６】
上記ロウ付け時に、上側のロウ材貯留溝３８ｂに装入されたロウ材３５は、溶け出して図４に示すように前記側板１６，１７とステー２９との狭い隙間内に毛管現象により満遍なく浸透し、この時余剰となったロウ材３５は下側のロウ材貯留溝３８ａに流れ込んで貯留されるようになる。
【００３７】
従って、余剰のロウ材３５が側板１６，１７とステー２９との対向面から外部に漏出するという問題を防止することができる。また、前記したように複数のロウ材貯留溝３８ａ，３８ｂが設けられていることにより、側板１６，１７とステー２９との接合面が実質的に狭い幅寸法に分割されることになり、よって対向面が密着し易くなり、ロウ付けの欠点である大面積では接合不良を生じ易いという問題を防止して、高い接合強度を得ることができる。
【００３８】
更に、前記したように、ロウ材の漏出が防止できるので、図１５に示すようにロウ付け後に、ステー２９を側板１６，１７に小さな入熱で溶接３４’して固定する場合にも、漏出して固化したロウ材３５を切削除去するといった面倒な作業を要することなしに、容易に溶接作業を実施してステー２９と側板１６，１７との固定強度を更に高めることができる。
【００３９】
図３に示すように構成された積層組立体２７に、ヘッダ１，２を溶接固定する際には、ステー２９のヘッダ取付穴２３，２４にヘッダ１，２を装入し、ステー２９を側板１６，１７に溶接３０により固定する。
【００４０】
これにより、積層組立体２７に対して強固に固定されたステー２９を介して、積層組立体２７とヘッダ１，２とを高い強度で取り付けることができ、ヘッダ１，２による積層組立体２７の変形を抑制することができる。
【００４１】
なお、本発明は図示した形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、上下に対向する側板とステーの対向面に、半径方向に複数個交互になるように環状のロウ材貯留溝を形成し、上側のロウ材貯留溝にロウ材を装入して積層することにより積層体を製作すると共に、前記側板とステーとを点溶接により位置決めした後、積層体をロウ付けすることにより積層組立体を構成し、該積層組立体におけるステーのヘッダ取付穴にヘッダを挿入して溶接するようにしているので、積層体のロウ付け時に、上側のロウ材貯留溝に装入されたロウ材は、溶け出して側板とステーとの狭い隙間内に毛管現象により満遍なく浸透し、この時余剰となったロウ材は下側のロウ材貯留溝に流れ込んで貯留されるようになる。従って、余剰のロウ材が側板とステーとの対向面から外部に漏出するという問題を防止することができる。また、前記したように複数のロウ材貯留溝が設けられていることにより、側板とステーとの接合面が実質的に狭い幅寸法に分割されることになり、よって対向面が密着し易くなり、ロウ付けの欠点である大面積では接合不良を生じ易いという問題を防止して、高い接合強度を得ることができる効果がある。
【００４３】
更に、ロウ材の漏出が防止できるので、ロウ付け後において、ステーを側板に小さな入熱で溶接して固定する場合にも、漏出して固化したロウ材を切削除去するといった面倒な作業を要することなしに、容易に溶接作業を実施してステーと側板との固定強度を更に高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する一形態例の断面図である。
【図２】図１の一部を拡大して示した断面図である。
【図３】本発明によって積層組立体を構成する際の説明用断面図である。
【図４】図１のロウ材が溶融した状態を示す断面図である。
【図５】従来のプレート・フィン型熱交換器の斜視図である。
【図６】図５のプレート・フィン型熱交換器の平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】図６のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）はプレート・フィン型熱交換器の各部材の斜視図である。
【図１０】従来のプレート・フィン型熱交換器におけるヘッダ設置部の断面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ方向から見た断面図である。
【図１２】左右対称形状の熱交換器の斜視図である。
【図１３】従来の側板を削り出す方式を示す断面図である。
【図１４】従来のステーを溶接にて側板に固定する方式を示す断面図である。
【図１５】従来のステーを側板にロウ付けにて固定する方式を示す断面図である。
【符号の説明】
１  低温流体流入用ヘッダ（ヘッダ）
２  低温流体流出用ヘッダ（ヘッダ）
９ａ  第一隔離板（隔離板）
１０ａ  第二隔離板（隔離板）
１１ａ  第三隔離板（隔離板）
１２ａ  低温流体流路
１３ａ  高温流体流路
１６，１７  側板
２３，２４  ヘッダ取付穴
２７  積層組立体
２９  ステー
３０  溶接
３４’  溶接
３５  ロウ材
３６  点溶接
３８ａ，３８ｂ  ロウ材貯留溝
【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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【図１４】
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【図１５】
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