(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱板の両側に異なる温度の流体を流すべく、前記伝熱板を複数枚積層した際に隣り合うものの間に流路を確保し得るように前記伝熱板を形成し、かつ前記流路における同一温度の流体を流すもの同士を連通するべく、前記伝熱板に前記積層した際に連通する開口を設けかつ当該開口の周縁部同士をろう付けして連通路を設けたプレート式熱交換器であって、
前記ろう付けされる開口同士の一方の開口の内縁が他方の開口の外周部分の面に全周に渡って線接触するように、前記ろう付けされる開口同士の少なくともいずれか一方の外周部分がハの字状断面形状に形成され、前記線接触する部分がろう付けされていることを特徴とするプレート式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレート式熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、異なる流体間で熱伝達を行うべく、伝熱板の両側で高温流体と低温流体とを流して熱交換を行うようにしたプレート式熱交換器において、例えば特開平１０−２５９９９７号公報に開示されているように、流路として波形断面形状にて複数の平行溝を設けた波板状伝熱板を形成し、その波板状伝熱板を複数枚積層する際に隣り合うものにおける波形の山と谷とが互いに交差するようにしたものがある。このように波板状伝熱板を使用して波形の山と谷とが交差するように積層するのは、流体の流れを乱流にして熱交換の促進を図ると共に、流体間の差圧に耐えるように伝熱板の剛性を高めるためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記構造のプレート式熱交換器にあっては、高温・低温の各流体が各伝熱板を介して交互に流れるように、伝熱板の一方の端部にて一方の流体を流す流路を挟んで隣り合う伝熱板の対応する各開口の周縁部同士をろう付けすると共に、伝熱板の他方の端部では他方の流体を流す流路を挟んで隣り合う伝熱板の対応する各開口の周縁部同士をろう付けしている。例えば図８に示されるように隣り合う伝熱板２１ａ・２１ｂの各開口２ａの周縁部同士を密接させ、ろう付け（図のＷ）している。
【０００４】
しかしながら、上記開口２ａの周縁部同士のろう付けＷが不完全の場合には、両伝熱板２１ａ・２１ｂの各開口２ａの合わせ部分にその全周の一部に隙間１１が生じ、その隙間１１を介して一方の流体と他方の流体とが混ざり合って、熱交換器の機能が損なわれるという問題が生じる。その隙間は例えば５０μｍ程度でも上記問題が生じるため、そのような問題を生じないようにするためには、上記開口２ａの周縁部を高精度に形成して各周縁部の密着性を全周に渡って確保する必要がある。
【０００５】
一方、伝熱板の波板形状や上記開口をプレス加工により行うことにより加工コストを低廉化し得るが、伝熱板の厚さが薄い場合には開口の周縁部の平坦度に必要な精度を確保することは極めて困難であるという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、プレート式熱交換器における各流路間の連通路を伝熱板に設けた開口の周縁部に対する高精度なろう付けを容易に行うことを実現するために、本発明に於いては、伝熱板の両側に異なる温度の流体を流すべく、前記伝熱板を複数枚積層した際に隣り合うものの間に流路を確保し得るように前記伝熱板を形成し、かつ前記流路における同一温度の流体を流すもの同士を連通するべく、前記伝熱板に前記積層した際に連通する開口を設けかつ当該開口の周縁部同士をろう付けして連通路を設けたプレート式熱交換器であって、前記ろう付けされる開口同士の一方の開口の内縁が他方の開口の外周部分の面に全周に渡って線接触するように、前記ろう付けされる開口同士の少なくともいずれか一方の外周部分がハの字状断面形状に形成され、前記線接触する部分がろう付けされているものとした。
【０００７】
これによれば、伝熱板を形成するプレス加工を行う際に同時に開口及びその外周部分のハの字断面形状を形成することができ、そのハの字断面形状が塑性変形にて形成されることから、開口の外周部分の形状を高精度に形成することができ、積層される一方の開口の周縁を他方の開口の外周部分に線接触させることができる。そのため、隙間が生じることなく、線接触部分をろう付けすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明が適用されたプレート式熱交換器の伝熱板の積層要領を示す斜視図であり、積層される伝熱板の一部（図では３枚）を示している。本プレート式熱交換器にあっては、図に示されるように積層される複数枚の波板状伝熱板１ａ・１ｂ・１ｃの間に画定される各空間（流路）に高温または低温の各流体を図の実線及び想像線の各矢印に示されるように流して、図では中間の伝熱板１ｂを介してその両側に流れる各流体間で熱交換するものであり、積層する伝熱板の枚数はその仕様により任意である。
【００１０】
なお、各伝熱板１ａ（１ｂ・１ｃ）は、ステンレス製薄板をプレス加工して形成されており、同一形状部分にあっては、特に示さない限り１枚の伝熱板１ａを代表として説明する。
【００１１】
上記したように互いに重ね合わされる伝熱板１の間に流体を流すが、その出入り口として、伝熱板１ａの長手方向両端部に各一対の開口２ａ・２ｂ及び２ｃ・２ｄが設けられている。その伝熱板１ａの両端部は、各開口２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄの対をなすものの間で伝熱板１ａの厚さ方向に段違いになるように形成されていると共に、伝熱板１ａ全体では対称位置の部分同士が同レベルに形成されている。そして、対をなす一方の開口２ａを（２ｃ）介して高温流体を流し、他方の開口２ｂ（２ｄ）の他方を介して低温流体を流す。
【００１２】
また、伝熱板１ａの中央部分には波形断面形状により表裏両面に表れる平行溝３が伝熱板１ａの主軸に対して斜行するように設けられている。図における下の第１の伝熱板１ａの平行溝３と隣り合う中間の第２の伝熱板１ｂの平行溝３とは、上面から見て互いに交差するように形成されている。第３の伝熱板１ｃは第１の伝熱板１ｃと同一であって良く、したがって、第２及び第３の伝熱板１ｂ・１ｃ同士にあっても互いの平行溝３が交差する。このようにして、各平行溝３を交差させるように所定の枚数の伝熱板を積層し、熱交換器の流体を流す部分が形成される。
【００１３】
各伝熱板１ａ・１ｂ・１ｃの外周には積層方向に斜めに起立するように折り曲げられた周壁が設けられており、積層状態で互いに重なり合う各周壁同士をろう付けして各伝熱板１ａ・１ｂ・１ｃの周壁部が密閉状態にされている。さらに、流体圧によって隣り合う伝熱板１ａ・１ｂ（１ｂ・１ｃ）同士が離反して流路が広がるのを防止するべく、第１の伝熱板１ａの波形の山と第２の伝熱板１ｂの波形の谷との各交点部３（図１の×印：図では一部分を示している）をろう付けしている。これは、第２及び第３の伝熱板１ｂ・１ｃ同士間でも同じであり、積層される他の各伝熱板間でも同じである。
【００１４】
次に、図２を参照して、一方の対をなす開口２ａ・２ｂ（他方の対をなす開口２ｃ・２ｄ側は対称形になるため図示及びその説明を省略する）部分における例えば５枚の伝熱板１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄ・１ｅの積層状態を示す。対をなす一方の開口２ａに高温流体を流すと共に他方の開口２ｂに低温流体を流すように、各開口２ａ・２ｂがそれぞれ積層方向に連通している。また、対をなす開口２ａ・２ｂを設けた部分の段違いの高低関係が図における左右で入れ替わるように各伝熱板１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄ・１ｅが積層されていることから、積層状態では、各開口２ａ・２ｂを設けた面がそれぞれ密着または間隔をあけた状態を交互に繰り返す。図に示されるように、間隔をあけた状態の部分により、交互に伝熱板間の各平行溝３を介して対称位置にある開口２ｃ・２ｄにそれぞれ連通する各部屋４ａ・４ｂが画定されている。
【００１５】
図２の最下層の伝熱板１ａの下面に底板５が貼り付けられ、その最下層の伝熱板の各開口２ａ・２ｂは底板により閉塞されている。最上層の伝熱板１ｅの上面に天板６が貼り付けられており、その天板６には、各開口２ａ・２ｂに対応する位置にそれぞれ孔が開けられ、かつ外部の図示されないパイプとの連結用の各ソケット７ａ・７ｂがそれぞれ取り付けられている。そして、図示されない外部機器（加熱器等）との間で、一方のソケット７ａを介して高温流体が流れ、他方のソケット７ｂを介して低温流体が流れるようになっている。
【００１６】
そして、本熱交換器と図示されない外部機器（加熱器等）との間で高低温の各流体が流れるようになっている。図示例では、一方のソケット７ｂから低温流体が流入し、部屋４ｂに連通する平行溝３を通って、部屋４ｂの対称位置にある部屋を介して、上記ソケット７ｂの対称位置に設けられたソケット（図示せず）から流出し、他方のソケット７ａの対称位置に設けられたソケット（図示せず）から高温流体が流入し、部屋４ａの対称位置にある部屋からそれら両部屋間の平行溝３を通って、部屋４ａを介してソケット７ａから流出するようになっている。この時、前記したように高低温の各流体は１枚の伝熱板の両側を流れ、伝熱板の積層状態では交互に流れるようになっており、各伝熱板を介して隣り合う流体間で熱交換が行われることになる。
【００１７】
上記したように、各開口２ａにあっては、各部屋４ａ・４ｂの同一の流体を流すもの同士を連通するように、各開口２ａの周縁部が積層方向に密着状態及び間隔をあけた状態を繰り返すようにされており、その密着状態に対応する開口２ａの周縁部同士がろう付けされている。
【００１８】
本発明によれば、両伝熱板１ａ・１ｂを代表としてその一部を拡大して示す図３に示されるように、両伝熱板１ａ・１ｂに設けられた各開口２ａの各外周部分８・９を、伝熱板１ａ・１ｂの形成を行うプレス加工により孔明けと同時に折り曲げている。図３のものにあっては、下側の伝熱板１ａの開口２ａの径ｄよりも上側の伝熱板１ｂの開口２ｂの径Ｄの方を拡径すると共に、各開口２ａの各外周部分８・９をハの字断面形状をなしかつ積層状態で各開口２ａの軸線方向に互いに対向するように折り曲げている。
【００１９】
そのようにして形成された伝熱板１ａ・１ｂ同士を重ね合わせると、図４に示されるように、小径（ｄ）の開口２ａの外周部分８の背に、大径（Ｄ）の開口２ａの周縁１０が当接する。この時、上記したように各開口２ａの各外周部分８・９が、プレス加工時に折り曲げられて形成されるため塑性変形しており、大径（Ｄ）の開口２ａの周縁１０と小径（ｄ）の開口２ａの外周部分８の背面との各軸線方向高さ（位置）について高精度に形成することができる。
【００２０】
このようにして、外周部分８の背面に大径（Ｄ）の開口２ａの周縁１０をその全周に渡って線接触させることができ、その線接触部をろう付けすることにより、そのろう付け部Ｗが全周に渡って高精度に位置決めされた状態で接合されるため、ろう付け部Ｗに隙間が生じることがない。また、塑性変形により高精度な形状を確保することができるため、伝熱板を薄板（例えば厚さ１ｍｍ）により形成しても、従来例で述べた５０μｍの隙間が生じることが無く、何ら問題が生じることがない。
【００２１】
なお、両外周部分（上記図示例では８・９）の相対的形状及び位置関係にあっては、上記図示例に限られるものではなく、少なくとも一方をハの字断面形状に塑性変形させれば良く、図５乃至図７に示されるように種々の形態が適用可能である。
【００２２】
図５のものにあっては、両伝熱板１ａ・１ｂの各開口２ａの径Ｄを同一にしたものであるが、伝熱板１ｂの開口２ａの外周部分１１を伝熱板１ａの開口２ａの外周部分８と同方向に折り曲げたハの字断面形状に形成している。このようにしても、両外周部分８・１１が塑性変形された状態で各周縁１０が接触することから、上記実施の形態と同様の効果を奏し得る。
【００２３】
また図６のものにあっては、伝熱板１ｂの開口２ａの径Ｄを縮径し、さらに平坦状態のままにしたものである。この場合にあっても、一方の外周部分８が塑性変形されていることから、伝熱板１ｂの開口２ａの外周部分と伝熱板１ａの開口２ａの外周部分８の周縁１０とを互いに押し当てた際に、平坦状態の開口２ａの外周部分がハの字断面形状に塑性変形された外周部分８の周縁１０にならうことができ、前記実施の形態と同様に隙間無くろう付けすることができる。これにより、前記実施の形態と同様の効果を奏し得ると共に、外周部分の形状の寸法管理が一方のみで良く、製造コストを低廉化し得る。
【００２４】
また図７のものにあっては、伝熱板１ａの開口２ａの径ｄよりも伝熱板１ｂの開口２ａの径Ｄの方を拡径していることは前記実施の形態（図３・４）と同様であるが、伝熱板１ｂを平坦状態のままにすると共に、伝熱板１ａの外周部分８の先端部が伝熱板１ｂの開口２ａから図における上方に飛び出すように形成されている。この場合にあっても、塑性変形された外周部分８の背面形状に伝熱板１ｂの開口２ａの周縁１０がならうことができ、隙間無くろう付けすることができると共に、図６のものと同様の効果を奏し得る。
【００２５】
【発明の効果】
このように本発明によれば、伝熱板を形成するプレス加工を行う際に同時に開口及びその外周部分のハの字断面形状を形成することができ、そのハの字断面形状が塑性変形にて形成されることから、開口の外周部分の形状を高精度に形成することができる。それにより、一方の開口の周縁を他方の開口の外周部分に線接触させることができ、その線接触部分を隙間が生じることなくろう付けすることができるため、簡単かつ安価なプレス加工で伝熱板を形成するのみで、高精度なろう付けを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたプレート式熱交換器の伝熱板の積層要領を示す斜視図。
【図２】伝熱板の積層状態を示す要部断面図。
【図３】ろう付けされる両伝熱板の要部拡大側断面図。
【図４】ろう付け状態を示す第１の例を示す要部拡大側断面図。
【図５】ろう付け状態を示す第２の例を示す要部拡大側断面図。
【図６】ろう付け状態を示す第３の例を示す要部拡大側断面図。
【図７】ろう付け状態を示す第４の例を示す要部拡大側断面図。
【図８】従来のろう付けされる両伝熱板の要部拡大側断面図。
【符号の説明】
１ａ・１ｂ・１ｃ  伝熱板
２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄ  開口
３  平行溝
４ａ・４ｂ  部屋
５  底板
６  天板
７ａ・７ｂ  ソケット
８・９  外周部分
１０  周縁
１１  隙間
２１ａ・２１ｂ  伝熱板
【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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