JPH08110188A - プレート熱交換器の製造方法 - Google Patents
プレート熱交換器の製造方法Info
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- JPH08110188A JPH08110188A JP6242892A JP24289294A JPH08110188A JP H08110188 A JPH08110188 A JP H08110188A JP 6242892 A JP6242892 A JP 6242892A JP 24289294 A JP24289294 A JP 24289294A JP H08110188 A JPH08110188 A JP H08110188A
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Links
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Landscapes
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- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は高いシール性能及び接合強度
を有し、かつ溶接時間を大巾に短縮できる新規なプレー
ト熱交換器を提供することにある。 【構成】 本発明はシールフレーム２を介して多段に積
層したセパレートプレート１の周縁を、積層方向に溶接
して形成するプレート熱交換器の製造方法において、上
記シールフレーム２を、流体の給排口１１を含めて上記
セパレートプレート１の周縁に沿って連続して形成し、
そのセパレートプレート１とシールフレーム２の積層体
３上方より高密度エネルギー電子ビームを照射して積層
方向に一体溶接した後、給排口１１に位置したシールフ
レーム２の側面に流体の流通孔５を穿孔したことを特徴
としている。
を有し、かつ溶接時間を大巾に短縮できる新規なプレー
ト熱交換器を提供することにある。 【構成】 本発明はシールフレーム２を介して多段に積
層したセパレートプレート１の周縁を、積層方向に溶接
して形成するプレート熱交換器の製造方法において、上
記シールフレーム２を、流体の給排口１１を含めて上記
セパレートプレート１の周縁に沿って連続して形成し、
そのセパレートプレート１とシールフレーム２の積層体
３上方より高密度エネルギー電子ビームを照射して積層
方向に一体溶接した後、給排口１１に位置したシールフ
レーム２の側面に流体の流通孔５を穿孔したことを特徴
としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は石油化学プラント、原子
力発電プラント等に用いられるプレート熱交換器に係
り、特に溶接工程を容易とした新規なプレート熱交換器
の製造方法に関するものである。
力発電プラント等に用いられるプレート熱交換器に係
り、特に溶接工程を容易とした新規なプレート熱交換器
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】石油化学プラント、原子力発電プラン
ト、焼却プラント等に用いられる工業用熱交換器の一つ
として図７に示すような構造をしたプレート熱交換器が
ある。このプレート熱交換器は図示するように、セパレ
ートプレートａを所定の間隔を隔てて複数積層し、各セ
パレートプレートａ、ａ間の周縁部を圧力バウンダリー
となるシール体ｂによってシールすると共に、その吸排
口ｄに高温流体及び低温流体を流すヘッダｃを設けたも
のであり、各ヘッダｃを介してこのセパレートプレート
ａ，ａ間に高温流体と低温流体とを交互に流すことで高
温流体と低温流体間で効率良く熱交換を行うものであ
る。
ト、焼却プラント等に用いられる工業用熱交換器の一つ
として図７に示すような構造をしたプレート熱交換器が
ある。このプレート熱交換器は図示するように、セパレ
ートプレートａを所定の間隔を隔てて複数積層し、各セ
パレートプレートａ、ａ間の周縁部を圧力バウンダリー
となるシール体ｂによってシールすると共に、その吸排
口ｄに高温流体及び低温流体を流すヘッダｃを設けたも
のであり、各ヘッダｃを介してこのセパレートプレート
ａ，ａ間に高温流体と低温流体とを交互に流すことで高
温流体と低温流体間で効率良く熱交換を行うものであ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このセパレ
ートプレートａとシール体ｂとを接合する方法として
は、図８（ａ）に示すように、ろう付けによる接合が最
も簡単な方法である。しかしながら、このようなろう付
けによる接合では耐熱温度が２００〜３００℃と低いた
め、例えば、燃料電池に用いられるリフォーマ等の６５
０℃以上の高温の流体を扱うプレート熱交換器等では充
分な溶接強度が得られない。従って、このような高温流
体を扱うプレート熱交換器の場合、その接合は図８
（ｂ）に示すように、レーザー溶接等のシーム溶接に頼
っていたが、このようなシーム溶接では多数の溶接線に
沿って作業する必要があるため、溶接に要する労力が多
大であった。
ートプレートａとシール体ｂとを接合する方法として
は、図８（ａ）に示すように、ろう付けによる接合が最
も簡単な方法である。しかしながら、このようなろう付
けによる接合では耐熱温度が２００〜３００℃と低いた
め、例えば、燃料電池に用いられるリフォーマ等の６５
０℃以上の高温の流体を扱うプレート熱交換器等では充
分な溶接強度が得られない。従って、このような高温流
体を扱うプレート熱交換器の場合、その接合は図８
（ｂ）に示すように、レーザー溶接等のシーム溶接に頼
っていたが、このようなシーム溶接では多数の溶接線に
沿って作業する必要があるため、溶接に要する労力が多
大であった。
【０００４】そこで、本発明はこのような課題を解決す
るために案出されたものであり、その目的は高いシール
性能及び接合強度を有し、かつ溶接時間を大巾に短縮で
きる新規なプレート熱交換器を提供するものである。
るために案出されたものであり、その目的は高いシール
性能及び接合強度を有し、かつ溶接時間を大巾に短縮で
きる新規なプレート熱交換器を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明はシールフレームを介して多段に積層したセパ
レートプレートの周縁を、積層方向に溶接して形成する
プレート熱交換器の製造方法において、上記シールフレ
ームを、流体の給排口を含めて上記セパレートプレート
の周縁に沿って連続して形成し、そのセパレートプレー
トとシールフレームの積層体上方より高密度エネルギー
電子ビームを照射して積層方向に一体溶接した後、給排
口に位置したシールフレームの側面に流体の流通孔を穿
孔したものである。
に本発明はシールフレームを介して多段に積層したセパ
レートプレートの周縁を、積層方向に溶接して形成する
プレート熱交換器の製造方法において、上記シールフレ
ームを、流体の給排口を含めて上記セパレートプレート
の周縁に沿って連続して形成し、そのセパレートプレー
トとシールフレームの積層体上方より高密度エネルギー
電子ビームを照射して積層方向に一体溶接した後、給排
口に位置したシールフレームの側面に流体の流通孔を穿
孔したものである。
【０００６】
【作用】本発明は上述したように、セパレートプレート
と、その周縁に沿って連続したシールフレームを交互に
積層し、高密度エネルギー電子ビームによって、これら
の周縁を縫合するように一体的に溶接するようにしたた
め、従来のシーム溶接等に比較して溶接時間を大巾に短
縮することができると共に、高いシール性及び接合強度
が得られる。また、この溶接後に給排口に位置したシー
ルフレームの側面に流通孔を穿孔することで流体の流通
が可能となる。
と、その周縁に沿って連続したシールフレームを交互に
積層し、高密度エネルギー電子ビームによって、これら
の周縁を縫合するように一体的に溶接するようにしたた
め、従来のシーム溶接等に比較して溶接時間を大巾に短
縮することができると共に、高いシール性及び接合強度
が得られる。また、この溶接後に給排口に位置したシー
ルフレームの側面に流通孔を穿孔することで流体の流通
が可能となる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
【０００８】図１に示すように、先ず、同じ形状（本実
施例では六角形）に形成された金属製のセパレートプレ
ート１…を複数枚重力方向に積層すると共に、これら各
セパレートプレート１…間に、その周縁部に沿って連続
したリング状の金属製シールフレーム２…を介在させ
て、熱交換器の積層体３を形成する。尚、このシールフ
レーム２内には、流体の流れ方向及び熱交換効率を向上
させるためのフィン部材４が設けられており、流体をＺ
方向に流すフィン部材４ａと、Ｓ方向に流すフィン部材
４ｂとが交互に積層されている。
施例では六角形）に形成された金属製のセパレートプレ
ート１…を複数枚重力方向に積層すると共に、これら各
セパレートプレート１…間に、その周縁部に沿って連続
したリング状の金属製シールフレーム２…を介在させ
て、熱交換器の積層体３を形成する。尚、このシールフ
レーム２内には、流体の流れ方向及び熱交換効率を向上
させるためのフィン部材４が設けられており、流体をＺ
方向に流すフィン部材４ａと、Ｓ方向に流すフィン部材
４ｂとが交互に積層されている。
【０００９】次に、この積層体３を真空溶接室に配置
し、図２に示すように、その上方から高密度エネルギー
電子ビームＢをこの積層体３のシールフレーム２に沿っ
て垂直に照射してこれら各セパレートプレート１…とシ
ールフレーム２…間を縫合するように一体的に溶接した
後、穿孔機（図示せず）等によって図３に示すように各
シールフレーム２の流体の給排口１１が形成される位置
に複数の流通孔５を穿孔する。尚、本実施例では流体の
流れ方向の異なるフィン部材４ａとフィン部材４ｂとを
交互に積層していることから、図示するように、この穿
孔位置は上下方向に一つ飛びに、かつ交互に形成するこ
とになる。また、このセパレートプレート１…自体を波
型に形成し、フィン部材４を省略したように構成しても
良い。
し、図２に示すように、その上方から高密度エネルギー
電子ビームＢをこの積層体３のシールフレーム２に沿っ
て垂直に照射してこれら各セパレートプレート１…とシ
ールフレーム２…間を縫合するように一体的に溶接した
後、穿孔機（図示せず）等によって図３に示すように各
シールフレーム２の流体の給排口１１が形成される位置
に複数の流通孔５を穿孔する。尚、本実施例では流体の
流れ方向の異なるフィン部材４ａとフィン部材４ｂとを
交互に積層していることから、図示するように、この穿
孔位置は上下方向に一つ飛びに、かつ交互に形成するこ
とになる。また、このセパレートプレート１…自体を波
型に形成し、フィン部材４を省略したように構成しても
良い。
【００１０】この高密度エネルギー電子ビームＢによる
溶接作業は図６に示すような電子ビーム溶接機によって
行われる。この電子ビーム溶接機は真空雰囲気を形成す
る溶接室の上方に電子ビームを発生する電子銃を備えた
ものであり、大量の電子を高電圧で加速し、これを被溶
接物の微少な面積に集束して照射・溶融して接合するも
のである。そして、その原理は図示するようになってい
る。すなわち、電子はフィラメント（通常はタングステ
ンまたはタンタル）加熱電源によって電気的に加熱され
た電子を利用する。そして、フィラメントと陽極の間に
高電圧（通常６０〜１５０ｋＶ）を印加してこの電子を
加速することになるが、このフィラメント近傍にはグリ
ッドあるいはウエーネルト電極と呼ばれる第３の電極を
配置し、フィラメントと陽極間の空間電位分布を成形す
ると、加速された電子は陽極中央に設けられたセパレー
トプレートを通過して空間へ放出され、電子ビームとな
る。この時、この第３電極の電位を制御するとフィラメ
ントから陽極へ流れる電子の量（電子ビーム電流値）を
制御することができる。以上の機構が電子銃であるが、
この電子銃から放出された電子ビームは拡散しながら進
行するため、電磁レンズにより集束する。集束された電
子ビームは溶接室に入り、被溶接物に衝突する。この電
子ビーム電力密度は１０8 〜１０9 Ｗ／ｃｍ2 にも達
し、従来のアーク溶接に比較して桁違いに大きい。尚、
電子ビームは電子銃を出て被溶接物に達するまでに、雰
囲気ガスの分子と衝突し、エネルギーを失いかつ散乱さ
れて電力密度が弱まるため、この真空度は高いほど望ま
しいが、ガス汚染を考慮に入れなければ、１〜１０Ｐａ
までは殆ど溶融形状に影響を及ぼすことはない。次に、
この様に得られた高電力密度の電子ビームを被溶接物に
照射すると、電子は金属構成原子と衝突拡散を繰り返し
ながら金属内部に進入していき、衝突過程で少しずつエ
ネルギーを失い、金属を加熱し、照射部の金属が局部的
に溶融される。このとき急峻に加熱されるため、金属母
材部への熱拡散は少なく、大部分のエネルギーが溶融に
利用され、さらに溶融部は加熱状態になり、内部に金属
蒸気による気孔が発生する。この気孔の爆発や沸騰現象
により溶融金属が噴出し、電子ビームの照射方向に長孔
が形成される。この現象が繰り返されると非常に深い孔
（ビーム孔、チャネル、キャビティ等と呼ばれる）が形
成される。尚、穿孔の速さは電力密度や金属の蒸発のし
やすさに大きく依存するが、通常の電子ビームで１ｍ／
ｓ以上に達する。
溶接作業は図６に示すような電子ビーム溶接機によって
行われる。この電子ビーム溶接機は真空雰囲気を形成す
る溶接室の上方に電子ビームを発生する電子銃を備えた
ものであり、大量の電子を高電圧で加速し、これを被溶
接物の微少な面積に集束して照射・溶融して接合するも
のである。そして、その原理は図示するようになってい
る。すなわち、電子はフィラメント（通常はタングステ
ンまたはタンタル）加熱電源によって電気的に加熱され
た電子を利用する。そして、フィラメントと陽極の間に
高電圧（通常６０〜１５０ｋＶ）を印加してこの電子を
加速することになるが、このフィラメント近傍にはグリ
ッドあるいはウエーネルト電極と呼ばれる第３の電極を
配置し、フィラメントと陽極間の空間電位分布を成形す
ると、加速された電子は陽極中央に設けられたセパレー
トプレートを通過して空間へ放出され、電子ビームとな
る。この時、この第３電極の電位を制御するとフィラメ
ントから陽極へ流れる電子の量（電子ビーム電流値）を
制御することができる。以上の機構が電子銃であるが、
この電子銃から放出された電子ビームは拡散しながら進
行するため、電磁レンズにより集束する。集束された電
子ビームは溶接室に入り、被溶接物に衝突する。この電
子ビーム電力密度は１０8 〜１０9 Ｗ／ｃｍ2 にも達
し、従来のアーク溶接に比較して桁違いに大きい。尚、
電子ビームは電子銃を出て被溶接物に達するまでに、雰
囲気ガスの分子と衝突し、エネルギーを失いかつ散乱さ
れて電力密度が弱まるため、この真空度は高いほど望ま
しいが、ガス汚染を考慮に入れなければ、１〜１０Ｐａ
までは殆ど溶融形状に影響を及ぼすことはない。次に、
この様に得られた高電力密度の電子ビームを被溶接物に
照射すると、電子は金属構成原子と衝突拡散を繰り返し
ながら金属内部に進入していき、衝突過程で少しずつエ
ネルギーを失い、金属を加熱し、照射部の金属が局部的
に溶融される。このとき急峻に加熱されるため、金属母
材部への熱拡散は少なく、大部分のエネルギーが溶融に
利用され、さらに溶融部は加熱状態になり、内部に金属
蒸気による気孔が発生する。この気孔の爆発や沸騰現象
により溶融金属が噴出し、電子ビームの照射方向に長孔
が形成される。この現象が繰り返されると非常に深い孔
（ビーム孔、チャネル、キャビティ等と呼ばれる）が形
成される。尚、穿孔の速さは電力密度や金属の蒸発のし
やすさに大きく依存するが、通常の電子ビームで１ｍ／
ｓ以上に達する。
【００１１】そして、このような電子ビームの穿孔作用
により、図５に示すように、被溶接物である積層体３に
電子ビームを照射すると、その照射箇所にはセパレート
プレート１及び金属製のシールフレーム２を貫通してビ
ーム孔６が形成され、このビーム孔６に沿って金属内部
が溶融される。そして、この積層体３を溶接線７に沿っ
て移動させると、電子ビームはビーム孔６の前面の壁に
衝突し、これを溶融する。溶融された金属はビーム孔６
の周囲の壁を伝わって後方へ移動し、溶融池８を形成す
る。溶融池８は積層体３の進行と共に凝固して溶融金属
９を形成し、各セパレートプレート１とシールフレーム
２間の溶接が行われることになる。尚、溶融金属９を後
方へ送る駆動力としては図中拡大図に示すように、主に
溶融金属表面から蒸発する金属蒸気の反作用（ジェット
推進力）によるものと考えられている。尚、このような
溶接作業の後に、シールフレーム２の流通孔５の穿孔作
業を行う理由としては、先に流通孔５を穿孔したり、連
続していない従来のシール体を用いると、その部分に上
述したような電子ビームが通過し難くなり、良好な溶接
作業が行えないからである。
により、図５に示すように、被溶接物である積層体３に
電子ビームを照射すると、その照射箇所にはセパレート
プレート１及び金属製のシールフレーム２を貫通してビ
ーム孔６が形成され、このビーム孔６に沿って金属内部
が溶融される。そして、この積層体３を溶接線７に沿っ
て移動させると、電子ビームはビーム孔６の前面の壁に
衝突し、これを溶融する。溶融された金属はビーム孔６
の周囲の壁を伝わって後方へ移動し、溶融池８を形成す
る。溶融池８は積層体３の進行と共に凝固して溶融金属
９を形成し、各セパレートプレート１とシールフレーム
２間の溶接が行われることになる。尚、溶融金属９を後
方へ送る駆動力としては図中拡大図に示すように、主に
溶融金属表面から蒸発する金属蒸気の反作用（ジェット
推進力）によるものと考えられている。尚、このような
溶接作業の後に、シールフレーム２の流通孔５の穿孔作
業を行う理由としては、先に流通孔５を穿孔したり、連
続していない従来のシール体を用いると、その部分に上
述したような電子ビームが通過し難くなり、良好な溶接
作業が行えないからである。
【００１２】そして、このような穿孔作業が終了したな
らば、図４に示すように、各給排口１１部分に、例えば
図示するような、円柱体を二つ割りにしたようなヘッダ
１０をそれぞれ従来のアーク溶接機を用いてシーム溶接
することで、プレートフィン型の熱交換器の完成品が得
られる。尚、本実施例では、図４に示すような形状のプ
レート熱交換器の場合で説明したが、本発明は電子ビー
ムが通過するような構成、すなわち、シールフレームと
セパレートプレ−トが電気的に連続した状態となってい
る積層体からなる熱交換器であれば、様々な形状のもの
に応用することができる。
らば、図４に示すように、各給排口１１部分に、例えば
図示するような、円柱体を二つ割りにしたようなヘッダ
１０をそれぞれ従来のアーク溶接機を用いてシーム溶接
することで、プレートフィン型の熱交換器の完成品が得
られる。尚、本実施例では、図４に示すような形状のプ
レート熱交換器の場合で説明したが、本発明は電子ビー
ムが通過するような構成、すなわち、シールフレームと
セパレートプレ−トが電気的に連続した状態となってい
る積層体からなる熱交換器であれば、様々な形状のもの
に応用することができる。
【００１３】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、高密度エ
ネルギー電子ビームを用いて各セパレートプレートとシ
ールフレームの積層体を溶接することにより、溶接時間
が大巾に短縮されると共に、優れたシール性及び接合強
度が得られるため、製造コストの低減及び成形品の信頼
性が向上する等といった優れた効果を発揮することがで
きる。
ネルギー電子ビームを用いて各セパレートプレートとシ
ールフレームの積層体を溶接することにより、溶接時間
が大巾に短縮されると共に、優れたシール性及び接合強
度が得られるため、製造コストの低減及び成形品の信頼
性が向上する等といった優れた効果を発揮することがで
きる。
【図１】本発明に係るプレート熱交換器の積層体の構造
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図２】溶接工程の一実施例を示す斜視図である。
【図３】積層体の穿孔状態を示す斜視図である。
【図４】本発明に係るプレート熱交換器を示す斜視図で
ある。
ある。
【図５】本発明に係る電子ビーム溶接工程を示す説明図
である。
である。
【図６】本発明に用いる電子ビーム溶接機を示す構成図
である。
である。
【図７】従来のプレート熱交換器の一例を示す部分破断
斜視図である。
斜視図である。
【図８】（ａ）はろう付けによって積層体を接合した状
態を示す部分拡大断面図である。（ｂ）はシーム溶接に
よって積層体を接合した状態を示す部分拡大断面図であ
る。
態を示す部分拡大断面図である。（ｂ）はシーム溶接に
よって積層体を接合した状態を示す部分拡大断面図であ
る。
１ セパレートプレート ２ シールフレーム ３ 積層体 ４ フィン部材 ５ 流通孔 ６ ビーム孔 ７ 溶接線 ８ 溶融池 ９ 溶融金属 １０ ヘッダ １１ 給排口 Ｂ ビーム
Claims (1)
- 【請求項１】 シールフレームを介して多段に積層した
セパレートプレートの周縁を、積層方向に溶接して形成
するプレート熱交換器の製造方法において、上記シール
フレームを、流体の給排口を含めて上記セパレートプレ
ートの周縁に沿って連続して形成し、そのセパレートプ
レートとシールフレームの積層体上方より高密度エネル
ギー電子ビームを照射して積層方向に一体溶接した後、
給排口に位置したシールフレームの側面に流体の流通孔
を穿孔したことを特徴とするプレート熱交換器の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6242892A JPH08110188A (ja) | 1994-10-06 | 1994-10-06 | プレート熱交換器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6242892A JPH08110188A (ja) | 1994-10-06 | 1994-10-06 | プレート熱交換器の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08110188A true JPH08110188A (ja) | 1996-04-30 |
Family
ID=17095780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6242892A Pending JPH08110188A (ja) | 1994-10-06 | 1994-10-06 | プレート熱交換器の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08110188A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001355992A (ja) * | 2000-05-09 | 2001-12-26 | Linde Ag | プレート式熱交換器 |
| JP2010531426A (ja) * | 2007-06-28 | 2010-09-24 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | プレート熱交換器のポート挿入体および熱交換器における振動軽減法 |
| JP2011519006A (ja) * | 2007-09-12 | 2011-06-30 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 主交換ラインおよびこのような交換ラインを組込んだ深冷蒸留空気分離ユニット |
| KR101149983B1 (ko) * | 2011-09-27 | 2012-05-31 | 조형석 | 용접식 판형 열교환기 |
| CN115770940A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-10 | 北京航星机器制造有限公司 | 一种多层结构件的电子束焊接方法 |
-
1994
- 1994-10-06 JP JP6242892A patent/JPH08110188A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001355992A (ja) * | 2000-05-09 | 2001-12-26 | Linde Ag | プレート式熱交換器 |
| JP2010531426A (ja) * | 2007-06-28 | 2010-09-24 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | プレート熱交換器のポート挿入体および熱交換器における振動軽減法 |
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| KR101149983B1 (ko) * | 2011-09-27 | 2012-05-31 | 조형석 | 용접식 판형 열교환기 |
| WO2013048021A1 (ko) * | 2011-09-27 | 2013-04-04 | Cho Hyung Seok | 용접식 판형 열교환기 |
| CN115770940A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-10 | 北京航星机器制造有限公司 | 一种多层结构件的电子束焊接方法 |
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