JP2814868B2 - プレート型熱交換器及びその製造方法 - Google Patents
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Description
し、アルミろう材が両面にクラッドされた板材により接
合された、冷暖房用ヒートポンプやオイルクーラなどに
使用されるプレート型の熱交換器とその継手構造に関す
るものである。
示された従来のプレート型熱交換器(ヒートシンク)の
接合前の構成部品の状態を示す斜視図であり、図8は図
7のプレート型熱交換器の接合を完成した状態を示す斜
視図である。図において、31は冷媒などの熱交換流体す
なわち冷却流体の出入口管がつながるホール31a,31bを
もつ上プレート、32は下プレート、33は冷却流体が流れ
る流路33aが設けられ、ろう材が両面にクラッドされて
なるブレージングシートを素材とする中間板、34は冷却
流体が流入し、アルミニュウムを素材とする入口管、35
は冷却流体が流出し、アルミニュウムを素材とする出口
管である。これらの部品を図8のように組み上げ、入口
管34および出口管35にはアルミ用のろう材をセットし、
プレート型熱交換器全体をアルミニュウムのろう付温度
でろう付したものである。
する。従来のプレート型熱交換器では、下プレート32に
電子機器(図示せず)などの発熱をともなう機器が接触
して固定され、入口管34にアルミパイプをトーチろう付
によりろう付して繋いで(図示せず)、冷却流体を流入
させ、冷却流体は出口管35に向かって流れ、下プレート
32を通して発熱をともなう機器と熱交換を行い、機器を
冷却する。熱交換により暖かくなった冷却水は出口管35
より流れ出て、入口管34と同様に出口管35に繋がれたア
ルミパイプの中を通って、プレート型熱交換器の外部で
冷却され、再び入口管34に流入する。
換器は以上のように構成され製造されるので、アルミろ
う付(600℃)により組み立て後、流体出入口34, 35
にアルミパイプをろう付や溶接で接合せねばならず、そ
の時プレート型熱交換器のろう付部にダメージを与えた
り、出入口との接合部の空間が狭いため、接合作業がし
難く、接合部に不良が発生しやすいなどの問題点があっ
た。また、プレート型熱交換器の外部に接続する熱交換
器(図示せず)が銅配管39を持つ場合は、アルミパイプ
と銅管の接合が困難であるので、従来では、図9(A)
(B)(C)に製造工程順に示すように、銅パイプ36と
アルミパイプ37をプロジェックション溶接により接合し
たACジョイント38のアルミ側37を、プレート型熱交換器
本体100にろう付け接合された流体出入口34,34にろ
う付し、銅管39をACジョイント38の銅側36に銀ろう付
(700℃)か溶接(1000℃)により接合してい
た。そのため、上記に述べた問題点に加えて、ACジョイ
ント部38で銅とアルミが直接接触し、銅とアルミとの電
位差が大きいために電食が発生する問題点があった。
ためになされたもので、プレート型熱交換器の外部に接
続する熱交換器が銅配管を持つ場合でも、電食の心配が
なく、パイプの接合時にプレート型熱交換器のろう付部
にダメージを与えたり、接合部に不良が生じたりするの
を防止することを目的とする。
ト型熱交換器は、プレート型熱交換器本体と銅配管間に
発生する分極電位の値より分極電位が小さくなる材料か
らなる中間パイプを設け、その一端を上記銅配管に接続
し、他の一端を上記プレート型熱交換器本体間に接続し
て構成したものである。
直線上から外れた位置にプレート型熱交換器本体を配置
したものである。
じめ熱交換器本体のろう付温度より高い温度でろう付ま
たは溶接により接合した継手を、上記中間パイプ側が上
記熱交換器本体の端板に接合されるように配置して上記
プレート型熱交換器本体のろう付時に同時にろう付接合
するものである。
管とプレート型熱交換器本体間に、プレート型熱交換器
本体と銅配管間に発生する分極電位の値より分極電位が
小さくなる材料からなる中間パイプを設け、その一端を
上記銅配管に接続し、他の一端を上記プレート型熱交換
器本体間に接続したので、接続部において電食による腐
食が発生するのを防止できる。
直線上から外れた位置にプレート型熱交換器本体を配置
すれば、上記接続部に外気が結露しても、結露した水が
プレート型熱交換器本体に流れ落ちてこないので、上記
結露水に銅配管から溶け出した銅イオンが含まれていて
もプレート型熱交換器本体にダメージを与えることはな
い。
じめ熱交換器本体のろう付温度より高い温度でろう付ま
たは溶接により接合した継手を、上記中間パイプ側が上
記熱交換器本体の端板に接合されるように配置して上記
プレート型熱交換器本体のろう付時に同時にろう付接合
すれば、プレート型熱交換器本体のろう付部にダメージ
を与えることなく、しかも接続部に電食が発生しにく
い。
する。図1はこの発明の実施例1による5枚重ねのプレ
ート型熱交換器を示す分解斜視図である。図において、
15は凝縮側の高圧(30〜45kgf/cm2)な熱交換流体Aの流
体入口管であり、あらかじめ別工程で、ステンレスを材
料とするパイプ15aと銅を素材とするパイプ15bとを銀ろ
う付で接合したものである。16は同じく凝縮側の高圧な
熱交換流体Aの流体出口管であり、同様にステンレスを
材料とするパイプ16aと銅を素材とするパイプ16bとを別
工程で、銀ろう付により接合したものである。 17は蒸
発側の低圧(5〜15kgf/cm2)な熱交換流体Bの流体入口管
であり、ステンレスを材料とするパイプ17aと銅を素材
とするパイプ17bとを別工程で、銀ろう付により接合し
たものである。18は同じく蒸発側の低圧な熱交換流体B
の出口管であり、同様にステンレスを材料とするパイプ
18aと銅を素材とするパイプ18bとを別工程で、銀ろう付
により接合したものである。これらの継手は、ステンレ
ス側がアルミニュウムを素材とする第1、第2の端板8,
10にそれぞれアルミろうによりろう付される。この例で
は、プレート型熱交換器本体と銅配管間に発生する分極
電位の値より分極電位が小さくなる材料としてステンレ
スを用いている。9は第1の中間板で例えば両面にろう
材がコーティングされたブレージングシートである。9a
は第1の中間板に第1の熱交換流体Aの流体入口15を含
む範囲で連続して形成された第1の熱交換流体流通路用
透孔で、熱交換面積を広く取るために外側から内側に向
かって蛇行して通路を形成している。9bは第2の熱交換
流体Bの流体出口18と連通する第1の透孔である。11は
第2の中間板で例えば両面にろう材がコーティングされ
たブレージングシートである。11aは熱交換流体Aの流
体出口16と連通する第2の透孔である。11bは第2の中
間板に第2の熱交換流体Bの入口17を含む範囲で連続し
て形成された第2の熱交換流体流通路用透孔で、第1の
熱交換流体流通路用透孔9aと対向して通路を形成してい
る。12は第1の中間板9と第2の中間板11の間に介在し
て、第1の熱交換流体Aと第2の熱交換流体Bを熱交換
させる熱交換板で例えばアルミニュウム板である。12a
は熱交換板12に第1の熱交換流体流通路用透孔9aと第2
の透孔11aとを連通するために設けられた第3の透孔、1
2bは第2の熱交換流体流通路用透孔11bと第1透孔9bと
を連通するために設けられた第4の透孔である。
はターレットパンチプレス機で加工される。そして、図
2(A)に示すように、あらかじめステンレスを材料と
するパイプ15a,16a,17a,18aと銅を素材とするパイプ15
b,16b,17b,18bとを銀ろう付(BAg-7)で約700℃で接合す
る。次に図2(B)に示すように、例えば非腐食性のフ
ラックスを用いてろう付するときは、接合される面(中
間板9,11の両面)に均等にフラックスをスプレイ塗布
し、第1の端板8、第1の中間板9、熱交換板12、第2の
中間板11、第2の端板10を順次重合して、第1の熱交換
流体入口管15、第1の熱交換流体出口管16、第2の熱交
換流体入口管17、第2の熱交換流体出口管18のステンレ
ス側を端板8,9のアルミ板の接合部にアルミろう材(リ
ングろうBA4045または、BA4343)をセットし、アルミろ
う材の回りにフラックスを塗布し、ろう付用炉の中に入
れ、アルミのろう付温度である600℃に加熱し、炉中ろ
う付で一気にろう付固着化し一体化する。このとき、あ
らかじめ銀ろう付によりろう付されたステンレスー銅の
継手は、銀ろうのろう付温度が700℃とアルミのろう付
温度に比べ高いため、アルミろう材のろう付温度では再
溶融することなく、継手のろう付部に悪影響は与えな
い。他の部材を使用する場合はろう付あるいは接着剤に
より一体化するが、熱交換板体はアルミニュウム板等の
熱良導体を使用する。
の熱交換流体Aは本実施例では例えばフロン冷媒であ
る。この、第1の熱交換流体Aはステンレス−銅パイプ
がろう付により接合された入口15の中を通り、第1の熱
交換流体流通路用透孔9aに導かれる。ここで2方向に分
流し外側から内側に向かって蛇行し、第3の透孔12aで
合流する。そして、第2の透孔11aを経て第1の流体出
口16にいたり、出口16にろう付されたステンレス−銅パ
イプを流れ出る。また、第2の熱交換流体Bも本実施例
では、第1の熱交換流体Aより温度の低いフロン冷媒で
ある。第2の熱交換流体Bは、2箇所の第2の熱交換流
体入口17から第2の熱交換流体流通路用透孔11bに導か
れる。この第2の熱交換流体入口17は、それぞれ、ろう
付によりステンレス−銅パイプが接合されており、熱交
換流体Bはその中を通って入口17に流入する。この時、
第2の熱交換流体流通路用透孔11bは、第1の熱交換流
体流通路用透孔9aと対抗して通路が形成されており、第
2の熱交換流体Bはここで熱交換板12を介在して第1の
熱交換流体Aと熱交換する。熱交換後、第2の熱交換流
体Bは第4の透孔12bで合流し、第1の透孔9bを経て第
2の熱交換流体出口18に至り、ろう付されたステンレス
−銅パイプ中を流れ出て、他の熱交換器に流入し、熱交
換後、入口15につながったステンレス−銅パイプに排出
される。また、第1及び第2の流体流通路用透孔9a,11b
は第1の端板体8、熱交換板体12、及び第2の端板体10
の面でろう付あるいは接着により強固に重合され、それ
ぞれ密封された流体流通路を形成する。さらに、ステン
レスパイプと銅パイプとを接合した継手を用いたので、
銅とステンレスとの電位差は従来のACジョイントにおけ
る銅とアルミに比べ小さくなるために電食が発生しにく
くなる。
ト型熱交換器をさらに発展させた7枚重ねのプレート型
熱交換器の接合前の構成部品の状態を示す斜視図であ
る。図において、21は第1の熱交換流体Aの入口管であ
り、ステンレスを材料とするパイプ21aと銅を素材とす
るパイプ21bとを別工程で、銀ろう付により接合したも
のである。22は第1の熱交換流体Aの出口管であり、同
様にステンレスパイプ22aと銅パイプ22bを銀ろうにより
接合したものである。23は第2の熱交換流体Bの流体出
口管であり、ステンレスパイプ23aと銅パイプ23bを銀ろ
うにより接合したものである。24は第2の熱交換流体B
の流体入口管であり、ステンレスパイプ24aと銅パイプ
24bを銀ろうにより接合したものである。8は第1の端板
で、例えばアルミニュウム板である。9は第1の中間板
で例えば両面にろう材がコーティングされたブレージン
グシートである。9aは第1の中間板に第2の流体出入口
管23,24に連通する穴を含む範囲で連続して形成された
第1の熱交換流体流通路用透孔で、9dは第一の流体入口
管21と連通する第一の透孔、9cはそれぞれが第一の流体
出口管22と連通する第2の透孔である。10は第2の端板
で例えばアルミニュム板である。11は第2の中間板で例
えば両面にろう材がコーティングされたブレージングシ
ートである。11bは第2の流体入口管24と連通する第4
の透孔で、11aは第2の流体出口管23と連通する第3の
透孔である。11dは第2の中間板に第1の流体出入口管2
1,22を含む範囲で連続して形成された第2の熱交換流体
流通路用透孔である。14は第3の中間板で例えば両面に
ろう材がコーティングされたブレージングシートであ
り、第1の中間板9と同様な第2の流体出入口管23,24を
含む範囲で連続して形成された第3の熱交換流体流通路
用透孔14aを有する。12は第1の中間板9と第2の中間板
11の間に介在して、第1の流体Aと第2の流体Bを熱交
換させる熱交換板で例えばアルミニュウム板である。12
bは第2の流体入口管24と連通した第4の透孔、12aは第
2の流体出口管23と連通する第3の透孔である。12dは
第1の流体入口管21と連通する第1の透孔、12cはそれ
ぞれが第一の流体出口管22と連通する第2の透孔であ
る。13は第2の中間板11と第3の中間板14の間に介在し
て、第1の流体Aと第2の流体Bを熱交換させる熱交換
板で例えばアルミニュウム板である。13bは第2の流体
入口管24と連通した第4の透孔、13aは第2の流体出口
管23と連通する第3の透孔である。
はターレットパンチプレス機で加工される。実施例1の
場合と同様に、あらかじめステンレスを材料とするパイ
プ21a,22a,23a,24aと銅を素材とするパイプ21b,22b,23
b,24bとを銀ろう付(BAg-7)で約700℃で接合する。次
に、例えば非腐食性のフラックスを持ちいてろう付する
ときは、第1、第2及び第3の中間板にブレージングシ
ートを使用し、接合される面に均等にフラックスをスプ
レイ塗布し、第1の端板8、第1の中間板9、第1の熱交
換板12、第2の中間板11、第2の熱交換板13、第3の中
間板14、第2の端板10を順次重合して、第1の熱交換流
体入口管21、第1の熱交換流体出口管22、第2の熱交換
流体入口管23、第2の熱交換流体出口管24の接合部にア
ルミろう材(例えばリングろうA4045)をセットし、ア
ルミろう材の回りにフラックスを塗布し、ろう付用炉の
中に入れ、アルミのろう付温度である600℃に加熱し、
炉中ろう付で一気にろう付固着化し一体化する。この場
合も、実施例1と同様にアルミろう材のろう付温度では
出入口管の銀ろう付部は再溶融することなく、継手のろ
う付部に悪影響は与えない。また、ステンレスパイプと
銅パイプとを接合した継手を用いたので、銅とステンレ
スとの電位差は従来のACジョイントにおける銅とアルミ
に比べ小さくなるために電食が発生しにくくなる。
の動作について説明する。第1の熱交換流体Aは第1の
流体入口管21から第1の透孔9d、12dを通過して第2の
熱交換流体流通路用透孔11dに導かれる。ここで4つに
分流され、それぞれの第2の透孔12c,9cを通過し、第1
の流体出口管22に至る。また、第2の熱交換流体Bは第
2の流体入口管24から第1の熱交換流体流通路用透孔9a
に、そして第4の透孔12b、11b、13bを通過し第3の熱
交換流体流通路用透孔14aに導かれる。この時、第2の
熱交換流体流通路用透孔11bは、第1及び第3の熱交換
流体流通路用透孔9a、14aと対向または直交して通路が
形成されており、第1の熱交換流体Aはここで熱交換板
12,13を介して両側から第2の熱交換流体Bと熱交換す
る。熱交換後、第2の熱交換流体Bは第4の透孔13a、1
1a、12aを通過し、第2の流体出口管23に至る。
ート型熱交換器でも同じような継手を用いてろう付すれ
ば、同様な考え方で同じ効果を得ることができる。
る5枚重ねのプレート型熱交換器を示す分解斜視図であ
る。図において、15は凝縮側の高圧(30〜45kgf/cm2)な
熱交換流体Aの流体入口管であり、あらかじめ別工程
で、ステンレスを材料とするパイプ15aと銅を素材とす
るパイプ15bとを銀ろう付で接合したものである。16は
同じく凝縮側の高圧な熱交換流体Aの流体出口管であ
り、同様にステンレスを材料とするパイプ16aと銅を素
材とするパイプ16bとを別工程で、銀ろう付により接合
したものである。 17は蒸発側の低圧(5〜15kgf/cm2)な
熱交換流体Bの流体入口管であり、ステンレスを材料と
するパイプ17aと銅を素材とするパイプ17bとを別工程
で、銀ろう付により接合したものである。18は同じく蒸
発側の低圧な熱交換流体Bの出口管であり、同様にステ
ンレスを材料とするパイプ18aと銅を素材とするパイプ1
8bとを別工程で、銀ろう付により接合したものである。
これらの継手は、ステンレス側がステンレス鋼を素材と
する第1、第2の端板25,26にそれぞれアルミろうによ
りろう付される。9は第1の中間板で例えば両面にろう
材がコーティングされたブレージングシートである。9a
は第1の中間板に第1の流体入口3を含む範囲で連続し
て形成された第1の熱交換流体流通路用透孔で、熱交換
面積を広く取るために外側から内側に向かって蛇行して
通路を形成している。9bは第2の流体出口6と連通する
第1の透孔である。11は第2の中間板で例えば両面にろ
う材がコーティングされたブレージングシートである。
11aは第2の流体出口4と連通する第2の透孔である。11
bは第2の中間板に第2の熱交換流体入口5を含む範囲で
連続して形成された第2の熱交換流体流通路用透孔で、
第1の熱交換流体流通路用透孔9aと対向して通路を形成
している。12は第1の中間板9と第2の中間板11の間に
介在して、第1の熱交換流体Aと第2の熱交換流体Bを
熱交換させる熱交換板で例えばアルミニュウム板であ
る。12aは熱交換板12に第1の熱交換流体流通路用透孔9
aと第2の透孔11aとを連通するために設けられた第3の
透孔、12bは第2の熱交換流体流通路用透孔11bと第1透
孔9bとを連通するために設けられた第4の透孔である。
はターレットパンチプレス機で加工される。そして、非
腐食性のフラックスを用いてろう付するときは、接合さ
れる面(ブレージングシートの両面)に均等にフラック
スをスプレイ塗布し、第1の端板25、第1の中間板9、
熱交換板12、第2の中間板11、第2の端板26を順次重合
して、第1の熱交換流体入口管15、第1の熱交換流体出
口管16、第2の熱交換流体入口管17、第2の熱交換流体
出口管18の接合部にアルミろう材(リングろうA4045)
をセットし、アルミろう材の回りに非腐食性のフラック
スを塗布し、ろう付用炉の中にいれ、アルミのろう付温
度である600℃に加熱し、炉中ろう付で一気にろう付固
着化し一体化する。このとき、あらかじめ銀ろう付によ
りろう付されたステンレス−銅の継手は、銀ろうのろう
付温度が700℃とアルミのろう付温度に比べ高いため、
アルミろう材のろう付温度では再溶融することなく、継
手のろう付部に悪影響は与えない。また、継手部がステ
ンレス−ステンレスの継手になるため、継手部の耐圧強
さは実施例1に比べて少し低下するものの、この部分で
の電食の発生がなくなる。そして、電食は板厚の厚い端
板25,26と中間板9,11の間で、かつ電食電位が比較的小
さいアルミ−ステンレスなので、その進行は遅く、電食
による熱交換器の破損の心配はない。
が、ステンレスを材料とするパイプ15aと銅を素材とす
るパイプ15bの接合部の位置関係についての詳細な説明
を図5を用いて行う。この図は、凝縮側の高圧(30〜45k
gf/cm2)な熱交換流体Aの流体入口管15の周りを一部拡
大したものである。熱交換器部は実施例1〜3でも同様
に、第1の端板8、第1の中間板9、熱交換板12、第2の
中間板11、第2の端板10から構成されている。銅を素材
とするパイプ15bとステンレスパイプ15aとの接合位置を
図5のように熱交換器本体の外にでるように、すなわち
銅パイプ15bとステンレスパイプ15aとの接続部の鉛直線
上から外れた位置にプレート型熱交換器本体が配置され
るように、ステンレスパイプ15aを折り曲げて形成す
る。
果について説明する。熱交換流体Aが通過するとき、流
体入口管15の周りの空気が凝縮し、パイプに水滴27が付
着する。凝縮した水滴27が銅製のパイプ15bに触れる
と、銅イオンが凝縮水27に溶け出す。銅イオンを含んだ
水はアルミに対して、腐食によるダメージを与えやすい
ので第1の端板8上に落下すると、銅イオンを含んだ水
滴が貯まり、やがてそれが蒸発し、また同じ場所に、水
滴が貯まると銅イオンの濃度がだんだん高くなり、熱交
換器にダメージを与えてしまう。そのため、本実施例で
は銅イオンが溶け出した凝縮水27が、熱交換器本体に落
下しない位置に継手の接合位置を持ってきているので、
その心配がない。一方、継手部は凝縮水27がつくもの
の、どんどん水滴として落下するため、銅イオンの濃度
が高くなることはない。また、ステンレスパイプ15aを
折り曲げたので、銅イオンが溶け出した凝縮水27が流体
入口管15を伝わって、熱交換器に流れ出ることはほとん
どない。このようにして、継手の接合部(銅パイプの位
置)を制御することにより熱交換器本体に対する電食を
防止している。
イプとしてステンレスを用いた場合について説明した
が、これに限るものではなく、例えば図6に示すよう
に、ステンレスを材料とするパイプの代わりにセラミッ
クスなどの絶縁物を素材とするパイプ28aを用いても、
電食による腐食を防止することができる。この場合、セ
ラッミックス側にNiメッキなどのメタライズ処理29を施
し、アルミニュウムを素材とする端板8とのアルミろう
付による接合性を上げるとよい。
管とプレート型熱交換器本体間に、プレート型熱交換器
本体と銅配管間に発生する分極電位の値より分極電位が
小さくなる材料からなる中間パイプを設け、その一端を
上記銅配管に接続し、他の一端を上記プレート型熱交換
器本体間に接続したので、接続部において電食による腐
食が発生するのを防止できる。
直線上から外れた位置にプレート型熱交換器本体を配置
すれば、上記接続部に外気が結露しても、結露した水が
プレート型熱交換器本体に流れ落ちてこないので、上記
結露水に銅配管から溶け出した銅イオンが含まれていて
もプレート型熱交換器本体にダメージを与えることはな
い。
じめ熱交換器本体のろう付温度より高い温度でろう付ま
たは溶接により接合した継手を、上記中間パイプ側が上
記熱交換器本体の端板に接合されるように配置して上記
プレート型熱交換器本体のろう付時に同時にろう付接合
すれば、プレート型熱交換器本体のろう付部にダメージ
を与えることなく、しかも接続部に電食が発生しにく
い。
式熱交換器を示す分解斜視図である。
式熱交換器の製造方法を説明する説明図である。
式熱交換器を示す分解斜視図である。
式熱交換器を示す分解斜視図である。
銅パイプの接合部の位置関係を拡大して示す断面図であ
る。
プの接合部を拡大して示す断面図である。
解斜視図である。
立斜視図である。
法を説明する説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 板面を貫通する溝状の熱交換流体流通路
が形成された中間板を熱交換板を介して複数枚積層配置
した積層体を端板間に配置して構成され、銅配管を介し
て他の機器と接続されるプレート型熱交換器において、
上記プレート型熱交換器本体と上記銅配管間に発生する
分極電位の値より分極電位が小さくなる材料からなる中
間パイプを設け、その一端を上記銅配管に接続し、他の
一端を上記プレート型熱交換器本体に接続して構成した
ことを特徴とするプレート型熱交換器。 - 【請求項2】 銅配管と中間パイプとの接続部の鉛直線
上から外れた位置にプレート型熱交換器本体を配置した
ことを特徴とする請求項1記載のプレート型熱交換器。 - 【請求項3】 板面を貫通する溝状の熱交換流体流通路
が形成された中間板を熱交換板を介して複数枚積層配置
した積層体を端板間に配置し、これらをろう付により一
度に接合するプレート型熱交換器の製造方法において、
上記請求項1記載の中間パイプと銅パイプとをあらかじ
め熱交換器本体のろう付温度より高い温度でろう付また
は溶接により接合した継手を、上記中間パイプ側が上記
熱交換器本体の端板に接合されるように配置して上記プ
レート型熱交換器本体のろう付時に同時にろう付接合す
ることを特徴とするプレート型熱交換器の製造方法。
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