JPH0442597B2

JPH0442597B2 -

Info

Publication number: JPH0442597B2
Application number: JP58187139A
Authority: JP
Inventors: Maike Kurausu
Original assignee: Schaefer Werke GmbH
Current assignee: Schaefer Werke GmbH
Priority date: 1982-10-07
Filing date: 1983-10-07
Publication date: 1992-07-13
Also published as: JPS5986897A; JPS5987985A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、流動性の、好ましくは液状の熱媒体
を通すための空〓を有する板状中空体及び鋼壁に
伝熱的に結合されかつ同壁から突出しており、鋼
の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する金属か
ら成る少なくとも１個の伝熱板を有し、伝熱板が
中空体に溶接された材料によつて中空体に対して
圧着されている構造の熱交換器、特にヒーター又
は吸熱器に関する。

この種の熱交換器は、放熱面（例えばヒーター
の場合）又は吸熱面（例えば吸熱器の場合）が、
中空体のみから成る熱交換器と比べて極めて著し
く増大されるという利点を有する。伝熱板の効果
は、同板中の熱流が強ければ強い程それだけ大き
い。この熱流は一つには熱伝導率に依存し、二つ
には伝熱板断面積には依存する。

冒頭記載の種類の公知熱交換器（DE−Ｕ−
1938253）の場合には、伝熱板は板状中空体に溶
接された舌状片によつて固定されている。これら
の舌状片は伝熱板のスリツトを貫通しかつ曲げら
れているか又は固定部材を通して保持されてい
る。このような結合の仕方では、中空体と伝熱板
との間の満足すべき伝熱が行なわれるような、伝
熱板と中空体との密着した接触は得られない。ま
た公知の熱交換器は著しい製造コストを要する、
それというのも多くの個々の舌状片を中空体に溶
接しなければならないからである。

他の公知熱交換器（DE−Al−2315035）の場
合には、平行な鉄又は銅管の間に、蛇行状に曲げ
られた薄板から形成されているアルミニウムのヒ
レが配置されている。薄板はろうによつて平行管
に結合されている。このようにして形成された熱
交換器は、アルミニウムの熱伝導率が極めて良好
なので、その大きさの割りには高い能力を有す
る。しかし製造が高価であるとともに、使用すべ
きろう付け方法のために煩雑である。

また、層を溶接によつて結合する方法（DE−
Al−2723072）も公知であり、この方法を用いる
と、直接相互に溶接できない材料を相互に溶接す
ることができる。この目的のためには、一つの層
に孔をあけ、その孔に他の層と溶接可能の材料か
ら成る球を導入し、次にこの球を後者の層に溶接
し、これによつて孔をあけた層を他の層に圧着す
る。この刊行物には、熱交換器の製造は記載され
ていない。

最後に、アルミニウム層の施された薄板を相互
に溶接することが公知である（SCHWEISS TE
−CHNIK、Band22、Haft8、1972、Berlin、J.
SZYMANSKI“Punktschweissen aluminierter
Bleche im Stahlbau”Seiten361〜362）。この場
合には、電気抵抗溶接を適用し、先ずアルミニウ
ム層を溶融し、その結果薄板の鋼核が直接相互に
接触する。極めて薄いアルミニウム層は自立的構
造部分ではなく、アルミニウムの鋼中への拡散に
よつて薄鋼板に強固に結合される。この刊行物に
も熱交換器の製造の示唆はない。

本発明は、小さい製造コストをもつて、伝熱板
と中空体との間の良好な伝熱結合が得られるよう
に、冒頭記載の種類の熱交換器を構成するという
課題を基礎にしている。

本発明は前記課題の２つの解決手段を提案す
る。

その１つは、中空体に溶接された材料が、伝熱
板上に存在している鋼薄板より成りかつ同薄板が
数個所で貫通され、点溶接によつて中空体に溶接
されていることを特徴としている。

他の解決手段は、中空体に溶接された材料が、
鋼粒子、例えばパンチ片又は削りくずから成り、
数個の鋼粒子が点溶接によつて鋼中空体に溶接さ
れていて、同時に伝熱板中に埋込まれており、こ
の際伝熱板の融点が鋼粒子の融点よりも低いこと
を特徴としている。

前記の両解決手段の場合には、極めて経済的な
点溶接法を使用し、板状中空体への伝熱板の極め
て溶接な圧着が達成され、これによつて極めて良
好な伝熱が得られる。

初めの解決手段の場合には、予め穿孔された伝
熱板を使用することならびに伝熱板を貫通する孔
を、溶接電流によつて発生される熱を用いる融解
によつて作ることが可能である。予め形成された
孔は、伝熱板の融着が不要でありかつ帯状薄板と
鋼壁との間の極めて耐久的な結合が得られるとい
う利点を有する。特に帯状薄板を溶接電極によつ
て孔に押込む場合には、孔直径及び間隔に対する
製造許容範囲が大きくても、伝熱板の鋼壁に対す
る溶接な、ひいては伝熱的な接触が得られる。伝
熱板を融解によつて孔を設ける場合には、被着さ
れた鋼薄板が伝熱板との極めて強力な接触を有
し、それによつて鋼壁から伝熱板への極めて良好
な伝熱が達成されるという利点が得られる。溶接
の際に伝熱板を貫通融解しなければならない場
合、伝熱板の融点は鋼の融点よりも低い（少なく
とも約50℃）。この条件は特にアルミニウム及び
アルミニウム合金の場合に与えられる。伝熱板の
貫通融解は、このために、貫通融解後に帯状薄板
と鋼壁との間の溶接を成就する溶接電極を用いる
と、付加的作業なしに達成することができる。ま
た他の固定法の場合には伝熱板の融点は鋼の融点
より高くてよい。

伝熱板は好ましくはアルミニウム又はアルミニ
ウム合金によつて成つている。

普通の鋼の熱伝導率は約40W／ｍＫであり、ス
テンレス特殊鋼の熱伝導率は約15W／ｍＫにすぎ
ない。他方アルミニウムの熱伝導率は約200W／
ｍＫであつて、普通の鋼の熱伝導率の５倍であ
る。つまり所定の板厚であつてもアルミニウム板
においては、鋼板よりも５倍の量の伝達される。

これによつて伝熱板の効率は極めて増大され、
ひいては熱交換器全体の能力も増大される。また
鋼壁及びアルミニウム製伝熱板の組合せは腐蝕の
点でも難点がない。成程アルミニウムと鋼は金属
の電気化学列に関しては離れているけれども、こ
れは不利とならない。それというのも中空体と伝
熱板との間には電解質は一般に存在しないからで
ある。不利な取付け条件の場合時により万一発汗
水の形で電解質が生じても、これは中空体の密閉
性に対しても決して危険ではない。それというの
も卑金属、つまりアルミニウムは犠牲になり、そ
れにより場合によつて伝熱板は腐蝕されるが、中
空対は侵食されないからである。また本発明によ
る組合せは、公知のアルミニウム製ヒーターと比
べても有利である、それというのも熱水は鋼のみ
に接触し、従つて鋼管及び鋼管を欠点なくヒータ
ー又はその他の熱交換器に直接接続することがで
きるからである。従つて本発明による熱交換器の
場合には、アルミニウム製熱交換器を使用する場
合に腐蝕を考慮して必要となるような接続すべき
管におけるプラスチツク部分の中間接合が不要で
ある。本発明によれば、伝熱板を、鋼板を使用す
る場合よりも著しく長く形成することができる。
それというのも例えばヒーターの場合、鋼板との
接触部位から遥かに離れた伝熱板領域においても
なお大きな熱量が伝達されて、そこでもなお著し
い熱交換を可能にする環境に対する温度差が存在
するからである。本発明は良熱伝導性材料として
アルミニウムを使用するのみに限定されていな
い。熱伝導性の優れた他の金属、例えば多数のア
ルミニウム合金及び銅もまた適当である。

アルミニウム板を使用する場合、伝熱板に関し
てはその肉厚は0.1〜0.9mmであり、極めて有利に
は0.3〜0.5mmである。このような肉厚は伝熱板に
比較的大きな安定性を与えかつ1.5〜2.5mmの厚さ
を有する鋼板に相当する熱伝導率を有する。しか
しまた熱伝導率が高いために、0.3mmよりも薄い
伝熱板も使用することができる。この場合には変
形を回避するために伝熱板の保護された配置が有
利である。

鋼薄板を使用する場合、伝熱板に突起が設けら
れていて、同突起が鋼薄板を伝熱板上に定位する
ために鋼薄板のくぼみに嵌合されている場合に
は、製造が容易になる。

鋼薄板が伝熱板とほぼ同じ厚さを有する場合
が、鋼壁への伝熱板の溶接の圧着にとつて有利で
ある。従つてこのような厚さの選択が推奨され
る。

本発明による熱交換器は数個の個々の伝熱板及
び１個以上の大きなつながりのある伝熱板を用い
て実現されうる。２つの実施態様の場合良熱伝導
のために、熱吸収又は熱放出面が可及的に大きく
なるように付形するのが有利である。特に鋼薄板
を使用する場合、蛇行状の曲折された伝熱板が有
利である。それというのも伝熱板のこの形状は製
造時に付加的費用なしに鋼薄板の側面固定を与え
るからである。

次に図面により本発明の実施例を説明する。

第１図による熱交換器は中空体１及びこのもの
と伝熱的に結合された伝熱板２を有する。伝熱板
２は第２図に示されるように角形である。中空体
１は鋼から成り、例えば、第１３及び１４図に示
すようにそれぞれの縁で相互に溶接された２個の
外皮から構成されていてよい。他方伝熱板２は、
鋼の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する他の
材料から成つている。アルミニウム及びアルミニ
ウム合金が好適である。以下では、図示した実施
例の場合アルミニウム製伝熱板を使用しているこ
とを前提としている。アルミニウムと鋼とは周知
のように相互に溶接することができない。従つて
良熱伝導性結合を得るために次に記載する構造を
適用した。

すべての伝熱板は、中空体１に平行な側片２ａ
及び中空体から突出している側片２ｂを有する。
第７図による実施態様の場合には側片２ａは孔３
を有する。側片２ａ上に帯状薄板４が被着されて
いる。帯状薄板はどの孔の部分でも、配置された
孔３を貫通し、点溶接によつて中空体１に結合さ
れたくぼみ５を有する。溶接部分は６で表わして
ある。

側片２ａは帯状薄板４によつて中空体１に密接
に圧着され、その結果良熱伝導性結合が得られ
る。溶接は、溶接電極７及び８を用いて行われ、
これら電極は溶接の間中空体に接触している。

溶接電極７，８は引戻した状態で図示してあ
る。溶接作業の間電極８は帯状薄板４に、電極７
は中空体１に圧着されている。電極８はくぼみも
形成する。帯状薄板４は電極の圧着前には孔３の
範囲でも平坦である。

第８図による実施態様の場合にも同様に帯状薄
板４を２′ａで表わした伝熱板の側片の固定のた
めに使用するが、側片２′ａには予め打抜いた孔
は存在していない。帯状薄板４は、側片２′ａを
溶接部位で貫通融解することによつて中空体１の
鋼壁に結合される。この貫通融解の際にも同様に
孔９が生じるが、その壁は円筒状ではなく、扁平
な中空円錐状を有する。この場合にも帯状薄板４
は押込まれる（くぼみ１０）が、くぼみはより扁
平である。孔９の形成は融解によつて行われるの
で、くぼみ９の形状に孔壁９ａが適合されて、極
めて強力な接触が形成されている。実際の溶接部
位は11で表わしてある。溶接のためにはこの場合
にも点溶接電極７及び８（少し引戻された状態で
図示してある）が用いられる。

第９図による実施態様の場合には側片２″ａ中
に鋼粒子が埋込まれている。これらの鋼粒子は鋼
壁１、例えば中空体の壁に溶接されている。結合
を形成させる際には、スクラツプ材料から成つて
いてもよい鋼粒子を側片２″ａ上に散布する。溶
接電極７，８を圧着し、まず溶接電流によつて加
熱することによつて伝熱板材料を軟化し、この軟
化された材料中に粒子１２を圧入する。これらの
鋼粒子はもちろんアルミニウムから成る伝熱板よ
りも著しく高い融点を有する。最終的には少なく
とも数個の粒子１２が鋼壁１に接触して溶接が達
成される。この場合には溶接部位は１３で表わし
てある。第９図による実施態様は、第７及び８図
による実施態様で使用するような特有な帯状薄板
を必要としないという利点を有する。

第３〜６図では伝熱板の他の形状を図示してあ
る。第３図は、ウエブ２０ａ及び側片２０ｂ，２
０ｃを有するＵ字状伝熱板２０を示す。ウエブ２
０ａは、第７〜９図により説明したようにして中
空体１に結合されていてもよい。第４図は、平坦
な側片２１ａ及び付形された側片２１ｂを有する
伝熱板２１を示す。側片２１ａは前記のように固
定されていてよい。側片２１ｂの付形により平坦
な側片と比べて表面が拡大される。このような表
面の拡大はアルミニウムにおける伝熱が良好なの
で有利である。

第５図は帽子状断面を有する伝熱板２２を示
す。この断面形は、側片２２ａ及び２２ｂの端に
エツジ曲げ部分２２ｃ及び２２ｄの設けられてい
ることによつて第３図による断面形とは相違す
る。第６図は、固定片２３ａ、これに対し１２図
には溶接後の状態を図示してある。この点で第１
２図は第７図と一致する。第１３図には再び溶接
前の状態を図示してある。伝熱板に対する帯状鋼
薄板１８の正確な定位を容易にするためには、熱
伝導域１６において伝熱板に突起２４が設けられ
ていて、帯状薄板１８の相応のくぼみ２５に押込
みにより嵌る。第１４図は溶接後の状態を示す。
溶接時にはまた突起及びくぼみ２４，２５を圧縮
して平滑にしてもよい。しかしまたそれを省略し
てもよい。

中空体１５は２個の外皮２６及び２７から構成
されている。ここで、伝熱板の固定されている部
材が必ずしも中空体でなくてもよい。例えば伝熱
板の固定された鋼薄板壁を電気的に加熱すること
もでき、この場合には流動性熱媒体を通す中空体
は不要である。

曲折部の高さはｂで表わし（第１１図）、伝熱
板の厚さはａで表わす。所定の伝熱板厚さａの場
合、同伝熱板が鋼から成つているとしても、前記
高さｂは有効値よりも著しく大きくてよい。アル
ミニウムの熱伝導性が著しく良好なために比較的
大きい高さｂの場合でもなお多量の熱が曲折部の
外域に導出され、そこになお環境空気に対する注
目に値する温度差が存在している。

第１５図は、第１０〜１４図による構造と原理
的に一致する構造を示す。第１５図には、鋼壁２
８には異なる高さh₁、h₂又はh₃の伝熱板２９又は
３０又は３１を固定することができることを図示
してある。この場合にもまた被着された帯状薄板
３２を用いる固定が採用されている。異なる高さ
の伝熱板の区分は同じなので、これらすべての伝
熱板に関して同一の鋼壁２８を使用することがで
きる。適当な伝熱板の選択は出現する温度差なら
びに熱交換器の所望効率に応じて行なわれる。

第１６図には、つながりのある大きな伝熱板
も、その表面が拡大されるように付形されていて
もよいことを図示してある。２個の中空体３及び
３４が図示してあるが、これら中空体の相互に対
向する面には伝熱板３５が固定されている。伝熱
板３５は中空体３３，３４に接する熱伝導域３６
を有する。これらの伝熱板も被着された帯状鋼薄
板を用いて並置された中空体に固定されている。
２つの熱伝導域の間には中空体から突出する曲折
部３８が存在する。該曲折部は凹形３９によつて
やはりそれ自体で蛇行状に付形されていて、その
表面、従つてまた環境空気に対する接触面が著し
く拡大されている。このようにしてまたアルミニ
ウムの良好な熱伝導性を十分に利用することがで
きる。またこの構造は、伝熱板の高さが設定され
ていて、伝熱板の大きさ表面が所望される場合に
も有利である。

第１７図は、鋼壁４０に鋼から成る保持板４１
が固定されており、次に前記保持板にアルミニウ
ムから成る実際の伝熱板４２が結合されている場
合の実施態様を示す。

保持板４１は蛇行状に湾曲していて、固定域４
３において点溶接部位４４により鋼壁４０に結合
されている。２つの固定域４３の間には、伝熱板
がそれに取付けられる平坦壁４５ａを有する曲折
部４５が延びている。前記伝熱板は第１０〜１４
図により形成されており、また帯状鋼薄板１８を
用いて同様に固定されている。この実施態様の場
合には保持板４１も伝熱作用を有する、それとい
うのも熱は鋼壁４０から伝熱板４１へと伝達され
なければならないからである。環境空気は保持板
４１上も流れるので、同保持板からも直接熱を受
取る。

【図面の簡単な説明】

第１図は中空体壁及びそこに固定された数個の
角状伝熱板を有する熱交換器斜視図、第２〜６図
は第１図による熱交換器で使用される角状伝熱板
の種々の形の横断面図、第７図は被着された鋼薄
板が伝熱板の孔によつて押込まれている場合の中
空体と伝熱板との固定域における部分断面図、第
８図は伝熱板が貫通融解された場合の固定域の第
７図に相応する断面図、第９図は伝熱板の固定が
埋込まれた鋼粒子によつて行なわれる場合の第７
及び８図に相応する断面図、第１０図は蛇行状に
曲折された、つながりのある大きな伝熱板の使用
されている熱交換器の斜視図、第１１図は中空体
に伝熱板を固定する前の状態を示す第１０図によ
る熱交換器の横断面図、第１２図は伝熱板の固定
の終了後の状態を示す第１１図に相応する断面
図、第１３図は固定前の状態（第１１図）におけ
る第１０図による熱交換器の縦断面図、第１４図
は固定後の状態（第１２図）における第１３図に
相応する縦断面図、第１５図は種々の高さの伝熱
板を有する場合の熱交換器の横断面図、第１６図
は２個の中空体及びこれらに固定され、付形され
た曲折部を有する大きな伝熱板を有する熱交換器
の横断面図、第１７図は第７〜１３図による結合
が保持板の使用下に行われている場合の熱交換器
の横断面図である：１，１５……中空体、２，２０，２１，２２，
２３，１４，２９，３０，３１，３５，４２……
伝熱板、２ａ，２′ａ，２″ａ，２０ａ，２１ａ，
２２ａ，２３ａ……伝熱板の側片、３，９……
孔、４，１８，３２，３７……帯状鋼薄板、７，
８……溶接電極、１２……鋼粒子、１６，３６…
…頂部、１７，３８……曲折部、２４……突起、
２５……くぼみ、２８，４０，３３，３４……鋼
壁、４１……保持板。

Claims

【特許請求の範囲】１流動性熱媒体を通すための空〓を有する鋼板
から成る板状中空体１；１５；２８；４０及び鋼
壁に伝熱的に結合されかつ同壁から突出してお
り、鋼の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する
金属から成る少なくとも１個の伝熱板２；２０；
２１；２２；２３；１４；２９；３０；３１；３
５；４２を有し、伝熱板２；２０；２１；２２；
２３；１４；２９；３０；３１；３５；４２が中
空体１；１５；２８；４０に溶接された材料４；
１８；３２；３７によつて中空体１；１５；２
８；４０に対して圧着されている構造の熱交換器
において、中空体１；１５；２８；４０に溶接さ
れた材料が、伝熱板２；２０；２１；２２；２
３；１４；２９；３０；３１；３５；４２上に存
在している鋼薄板４；１８；３２；３７より成り
かつ同薄板が数個所で貫通され、点溶接６；１１
によつて中空体１；１５；２８；４０に溶接され
ていることを特徴とする前記熱交換器。２伝熱板２ａ；１４が穿孔されていて、鋼薄板
４；１８が孔３；９で伝熱板を貫通する特許請求
の範囲第１項記載の熱交換器。３伝熱板２′ａが融解されておりかつ鋼薄板４
が融解部分９で伝熱板２′ａを貫通し、この際伝
熱板２′ａの融点が鋼薄板４の融点よりも低い特
許請求の範囲第１項又は第２項記載の熱交換器。４伝熱板２；２０；２１；２２；２３；１４；
２９；３０；３１；３５；４２がアルミニウム又
はアルミニウム合金から成りかつ0.1mm〜0.9mmの
厚さを有する特許請求の範囲第１項から第３項ま
でのいずれか１項記載の熱交換器。５伝熱板１４に突起２４が設けられていて、同
突起が鋼薄板１８を伝熱板１４上に定位するため
に鋼薄板１８のくぼみ２５に嵌つている特許請求
の範囲第１項から第４項までのいずれか１項記載
の熱交換器。６鋼薄板４；１８；３２；３７が伝熱板２；１
４；２９；３０；３１；３５；４２とほぼ同じ厚
さを有する特許請求の範囲第１項から第４項まで
のいずれか１項記載の熱交換器。７伝熱板１４；２９；３０；３１；３５；４２
が自体公知の手段で数個の曲折部１７；３８を有
しかつ同曲折部１７；３８の頂部１６；３６に沿
つて鋼壁２７；２８；３３；３４又は鋼壁に結合
された保持板４１に接触し、この際鋼薄板４；１
８；３２；３７が前記頂部１６；３６の幅を有す
る特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれ
か１項記載の熱交換器。８流動性熱媒体を通すための空〓を有する鋼板
から成る板状中空体１及び鋼壁に伝熱的に結合さ
れかつ同壁から突出しており、鋼の熱伝導率より
も大きい熱伝導率を有する金属から成る少なくと
も１個の伝熱板２″ａを有し、伝熱板２″ａが中空
体１に溶接された材料１２によつて中空体１に圧
着されている構造の熱交換器において、中空体１
に溶接された材料が鋼粒子１２から成り、数個の
鋼粒子が点溶接時に伝熱２″ａに圧入されかつ鋼
中空体１に溶接され、同時に伝熱板２″ａ中に埋
込まれており、この際伝熱板の融点が鋼粒子１２
の融点よりも低いことを特徴とする前記熱交換
器。