JP2000258085A

JP2000258085A - プレート式熱交換器とその製造方法

Info

Publication number: JP2000258085A
Application number: JP11056753A
Authority: JP
Inventors: Norimichi Sugiyama; 憲教杉山; Osayuki Inoue; 修行井上; Toshio Matsubara; 利男松原
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-03-04
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】製造や組立てが簡易にできて、コストを軽減
することができるプレート式熱交換器とその製造方法を
提供する。【解決手段】凹凸を有し長手方向の両端に開口部７を
設けたプレート４を、２枚一組として周縁９を重ね合わ
せて熱交換要素２とし、該熱交換要素を開口部７同士を
合わせて複数重ね合せて形成されるプレート式熱交換器
であって、前記熱交換要素となる２枚一組のプレートの
伝熱面はその凹部で接触５し、熱交換要素同士の伝熱面
間は接触せずに隙間Ｒ２を有しており、該間隙は、プレ
ート伝熱面の第二流体側に突出した凸部同士を結んで形
成した平面の長手方向に直交した幅方向が、水平面と傾
斜角を持って構成されており、該熱交換器の製造に際し
て、前記間隙にくさび状のスペーサー１０を挿入して、
これらを一体で真空炉にいれ、重ね方向に力を加えた状
態で加熱ロー接することができる。

Description

【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
器に係り、特に、低圧冷媒を用いる冷凍機の蒸発器、低
温再生器、凝縮器のように、少なくとも一方の流体が低
圧蒸気である場合、あるいは相変化して蒸気化、又は蒸
気から液化させる場合に好適な、プレートを積層させて
プレート間に交互に２流体を流して熱交換させるプレー
ト式熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】公知の低圧冷媒を用いる冷凍機に用いる
プレート式熱交換器を、図３に示す。図３においては、
両端部に開口部７を有する２枚のプレート４を内部に空
間を形成するように重ね、周縁部９を密閉して熱交換要
素２を形成し、この熱交換要素２を上記開口部７が互い
に連通するように重ねて結合して熱交換構造体３を構成
し、これをシェルの内部に収容して熱交換要素の内外に
流体を流して、互いに熱交換させるようにしたものであ
る。特に、プレート内部側に密度の高い流体（冷水ある
いは冷却水など）を流し、外部に低圧冷媒を流すように
して用いる。熱交換要素は、２枚のプレートの内側に凹
で交差する部分もロー接してプレートの強度を増すと共
に、流れを乱して熱交換を促進させている。

【０００３】ロー接時には、ロー接部に力を加えて加熱
する必要がある。周縁部、開口部、凹の交差部が対象と
なるが、複数段重ねて、上から荷重を加えると、開口部
及び開口部周辺の周縁部には力が加わるが、プレートの
長手方向の中央付近は、たわみ等の影響で、あまり力が
掛からない状態になる。従って、従来は、２枚のプレー
ト同士を、外から力を加えながらロー接して、１つの熱
交換要素となし、次に、多数の熱交換要素を重ね、熱交
換要素接合のロー材よりも融点の低いロー材で、開口部
同士をロー接するという製造方法をとっており、製造管
理の手間やコストが掛かるという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題に鑑みてなされたもので、製造や組立てが簡易に
できて、コストを軽減することができるプレート式熱交
換器とその製造方法を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、凹凸を有し長手方向の両端に開口部を
設けたプレートを、２枚一組として周縁を重ね合わせて
熱交換要素とし、該熱交換要素を開口部同士を合わせて
複数重ね合せて形成され、前記熱交換要素を形成してい
る２枚のプレート間の空間を第一流体の通路とし、該熱
交換要素と要素との間の空間を前記第一流体と熱交換関
係にある別流体（第二流体）の通路とし、プレートが両
流体の伝熱面となるプレート式熱交換器であって、前記
熱交換要素となる２枚一組のプレートの伝熱面はその凹
部で接触し、熱交換要素同士の伝熱面間は接触せずに隙
間を有しており、かつ、熱交換要素を構成する２枚のプ
レートのプレートの周縁の重ね合わせ面同士と、熱交換
要素同士のプレート両端開口部の重ね合わせ面同士と
が、同一水平面上であって、一方、プレート伝熱面の第
二流体側に突出した凸部同士を結んで形成した平面は、
長手方向に直交した幅方向が、水平面と傾斜角を持って
構成されていることを特徴とするプレート式熱交換器と
したものである。

【０００６】また、本発明では、前記のプレート式熱交
換器の製造方法において、２枚のプレートの周縁のプレ
ート合わせ面にロー材をのせ、また熱交換要素の開口部
同士の重ね合わせ面にロー材をのせると共に、前記熱交
換要素と熱交換要素の間にロー接されない材料、例え
ば、グラファイト材のスペーサーを挿み、これらの熱交
換要素を順次重ねてプレート式熱交換器１式分となし、
これらを一体で真空炉にいれ、重ね方向に力を加えた状
態で加熱ロー接することとしたものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いるプレートは、凹凸部を有する２枚のプレ
ートを内部に空間を形成するように重ね、その周縁部及
び両端の開口部（流体出入口）を単に重ねた時には、全
周にわたって軽く接触し（線接触し）、重ね方向にカを
加えていくと、その接触部の形状が変化して面接触とな
り、前記凹凸が接触するまで、カを加えると共に接触面
が大きくなり、ロー接（フレージング）で周縁を密封す
るのに好適な形状のものを用いることができる。すなわ
ち、前記のプレートは、ロー接の場合、プレート同士を
密着させるため、カを加えながらロー接を実施するが、
このカを加えたときに、周縁部が平行となり、さらにプ
レートの凹凸が接触するので好ましい。

【０００８】上記のような２枚のプレートを、接触予定
部にロー材を置きながら（塗りながら）重ねると、上記
プレートの両端部に形成された開口部から、上記空間の
間に流体流路を有する熱交換要素が構成され、この熱交
換要素間で上記開口部が互いに連通するように所望枚数
を重ねると、熱交換要素間には、凸部同士を結んで形成
した平面が、幅方向（長手方向と直交）に水平面と傾斜
角を有する空間が形成され、該空間にスペーサーを挿入
して、中間部にも荷重が充分に伝わるようにし、重ね方
向にカを加えながらロー接して、熱交換要素及び熱交換
要素間を一挙に密着させることより、本発明のプレート
式熱交換器が形成される構成となっている。前記の傾斜
角は、３００ｍｍ幅で、０．１〜１ｍｍ程度が良く、一
般的な表現をすると０．３／１０００〜３／１０００程
度となる。また、スペーサーは熱変形がなく、しかもロ
ー接されない材料が好ましく、例えば、グラファイト材
が使用できる。なお、スペーサー表面には、剥離材を塗
っておき、ロー材との接合をさらに抑え、万全を期して
も良い。

【０００９】このように、本発明は、ロー接後、上記ス
ペーサーを容易にはずせるようにしたもので、プレート
幅方向に傾斜を持たせ、スペーサーもくさび状にしてい
る。本発明では、接触部及び／又は接触面の間にローを
置いて上記プレート及びスペーサーを重ね合わせ、重ね
方向にカを加えながら（重りを乗せながら）、炉中で加
熱して一挙にロー接する。それにより、１つの工程で熱
交換構造体が製造され、作業工程が大幅に簡略化され
る。本発明のプレートの凹凸は、所定方向に延びる波状
パターンとして形成することができ、２次元的に屈曲す
る複雑な流路が比較的簡単な構成で形成できる。また、
プレート両端開口部の一方に、たちあがりを設けること
により、重ね合わせのときに、開口部の嵌め合いで位置
決めを簡易にすることができる。これにより、プレート
を重ねるだけでプレート同士の２次元的な位置決めが自
然に行われるので、製造工程が簡略化される。

【００１０】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明
する。図１は、プレート式熱交換器の全体の構造を示す
もので、長手方向に延びるシエル１の中に３つの熱交換
要素２を結合した熱交換構造体３が装着されて構成され
ている。熱交換要素２は、２つのプレート４を重ね合わ
せ、凹凸パターンの接触部５と周縁部９の間を溶接又は
ロー接することにより、固着して作成されている。熱交
換構造体３は、この例では３つの上記熱交換要素２が重
ねられて構成され、隆起部６の接触部８同士を溶接又は
ロー接することにより固着して組み立てられている。こ
れにより、熱交換要素２同士の間にも、シェル内部の空
間に連通する流路が形成されている。

【００１１】また、図１に示すように、隣接する一方の
側の熱交換要素２の開口部７には、閉止板１１が固着さ
れて閉止され、他方の側の開口部７には、熱交換要素２
の内部空間Ｒ１に、第１の熱交換流体を供給・排出する
配管１２が接続されている。なお、閉止板１１を設けず
に、最終部は、開口７を設けないプレートとしてもよ
い。シェル１には、これらの配管１２を導出する貫通口
１３が形成され、また、シェル内空間Ｒ２に、第２の流
体を供給・排出する配管１４が長手方向両側の壁に形成
されている。このようなプレート式熱交換器を製造する
には、２つのプレート４を溶接して熱交換要素２を構成
し、これをさらに重ねて溶接して熱交換構造体３を構成
するようにしてもよいが、より簡単な方法を図２を用い
て説明する。図２は、熱交換構造体３を形成するための
説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面
図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図を示す。まず、図２（ｂ）に
示すように、２枚のプレート４を向い合せて、周縁部９
及び開口部の接触部８及び波状パターンの接触部５にロ
ー材をはさんで３組交互に重ね、熱交換要素２の間隙に
スペーサー１０を挿入して荷重し、炉内に置いて加熱す
る。

【００１２】熱交換要素２同士の間隙は、プレートの幅
方向に傾斜を持たせており、スペーサー１０は、図２
（ｃ）に示すように、この傾斜に合わせた形状を有して
おり、図２（ａ）に示されるようにスペーサー１０は幅
方向に突出しているから、熱交換構造体３をロー接して
形成後、くさび状のスペーサー１０は容易にはずすこと
ができると共に、熱交換要素２内の波状パターンの接続
部５にも均等に荷重でき、これにより、熱交換構造体３
を、１工程で簡単に、かつ炉の能力によっては大量に製
造することができる。なお、単に、熱交換構造体３だけ
でなく、上記接触部５又は接触部９の間及び他の必要箇
所にローを置いて上記プレート４、シェル１、配管１
２、１４及び閉止板１１を組み立て、炉中で加熱してロ
ー接することで、シェル１を含めた熱交換器全体を一度
に作成することもできる。

【００１３】このようにして形成されたプレート式熱交
換器においては、それぞれの供給・排出配管１２、１４
に第１及び第２の流体を供給し、熱交換を行わせる。熱
交換によって相変化を伴う場合の流体あるいは低圧冷媒
蒸気側を、より広いシェル１の内部空間Ｒ２に供給する
ようにすると、流れが円滑になる。第１の流体は、図１
に矢印Ａで示すように、熱交換要素２中の流路を流れ、
第２の流体は、矢印Ｂで示すように、熱交換要素２の間
あるいは熱交換要素２とシェル１の間に形成された流路
を流れる。本熱交換器の適用先としては、吸収冷凍機の
凝縮器、再生器、吸収器、蒸発器などがある。例えば、
凝縮器の場合は、Ｒ１側に冷却水を流し、Ｒ２側に再生
器からの冷媒蒸気を上部から導き、下部から冷媒液とし
て取出すように構成することができる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１種類又は２種類の部品から構成される熱交換要素の内
外に凸凹により屈折した流路が形成されるので、少ない
部品点数と簡単な製造工程により、低コストで効率の良
い熱交換機能を持つ熱交換器を提供することができる。
また、凸凹の接触部を固着することで、さらに強度をよ
り向上させることができ、凹凸を周期的に形成すること
で熱交換が均等に行われ、熱交換機能が高く、熱変形な
どがない耐用性の高い熱交換器を提供することができ
る。特に、凹凸を波状パターンとすることで、２次元的
に屈曲する複雑な流路が比較的簡単な構成で形成され、
低コストで効率の良い熱交換機能を持つ熱交換器を提供
することができる。また、熱交換要素同士間の空間にス
ペーサーを挿入し、プレート間にロー材を入れ、ロー接
のためのカを加えた状態で互いに平行な接触面になるよ
うに構成し、ロー接で固着するようにすれば、比較的簡
単な低コストの作業行程で、強固かつ漏れのない接合が
行われ、いわゆる炉中ロー接を用いて作業行程を大幅に
簡略化し、コストを低減することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプレート式熱交換器の一例を示す全体
構成図。

【図２】本発明のプレート式熱交換器を形成するための
説明図で、（ａ）は、正面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、
（ｃ）はＢ−Ｂ断面図。

【図３】従来の熱交換器の要部を示す断面構成因。

【符号の説明】

１：シェル、２：熱交換要素、３：熱交換構造体、４：
プレート、５：接触部、６：隆起部、７：開口部、８：
開口部の接触部、９：周縁接触部、１０：スペーサー、
１１：閉止板、１２、１４：配管、１３：貫通口、Ｒ
１：熱交換要素内空間、Ｒ２：シェル側空間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凹凸を有し長手方向の両端に開口部を設
けたプレートを、２枚一組として周縁を重ね合わせて熱
交換要素とし、該熱交換要素を開口部同士を合わせて複
数重ね合せて形成され、前記熱交換要素を形成している
２枚のプレート間の空間を第一流体の通路とし、該熱交
換要素と要素との間の空間を前記第一流体と熱交換関係
にある別流体（第二流体）の通路とし、プレートが両流
体の伝熱面となるプレート式熱交換器であって、前記熱
交換要素となる２枚一組のプレートの伝熱面はその凹部
で接触し、熱交換要素同士の伝熱面間は接触せずに隙間
を有しており、かつ、熱交換要素を構成する２枚のプレ
ートのプレートの周縁の重ね合わせ面同士と、熱交換要
素同士のプレート両端開口部の重ね合わせ面同士とが同
一水平面上であって、一方、プレート伝熱面の第二流体
側に突出した凸部同士を結んで形成した平面は、長手方
向に直交した幅方向が、水平面と傾斜角を持って構成さ
れていることを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】請求項１記載のプレート式熱交換器の製
造方法において、２枚のプレートの周縁のプレート合わ
せ面にロー材をのせ、また熱交換要素の開口部同士の重
ね合わせ面にロー材をのせると共に、前記熱交換要素と
熱交換要素の間にロー接されない材料のスペーサーを挿
み、これらの熱交換要素を順次重ねてプレート式熱交換
器１式分となし、これらを一体で真空炉にいれ、重ね方
向に力を加えた状態で加熱ロー接することを特徴とする
プレート式熱交換器の製造方法。