JPH08271175A - ステンレス鋼板積層体式熱交換器およびその製造方法 - Google Patents
ステンレス鋼板積層体式熱交換器およびその製造方法Info
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- JPH08271175A JPH08271175A JP7209395A JP7209395A JPH08271175A JP H08271175 A JPH08271175 A JP H08271175A JP 7209395 A JP7209395 A JP 7209395A JP 7209395 A JP7209395 A JP 7209395A JP H08271175 A JPH08271175 A JP H08271175A
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- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型で高い耐圧力性を有する熱交換器を低コ
ストで提供する。 【構成】 穴開け加工されたステンレス鋼板を積層し、
相互に拡散接合または液相接合によって接合し積層体と
なす。 【効果】 小型で耐圧力性に優れ、かつ耐食性にも優れ
る熱交換器を提供する。
ストで提供する。 【構成】 穴開け加工されたステンレス鋼板を積層し、
相互に拡散接合または液相接合によって接合し積層体と
なす。 【効果】 小型で耐圧力性に優れ、かつ耐食性にも優れ
る熱交換器を提供する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、相互に温度の異なる複
数の流体が、それらを隔てる金属や合金などを介して熱
の交換を行う熱交換器とその製造方法に関するものであ
る。
数の流体が、それらを隔てる金属や合金などを介して熱
の交換を行う熱交換器とその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】高温流体から低温流体へ熱を伝達させる
装置として各種の工業において熱交換器が広く使用され
ている。そうした熱交換器の形式には、多管式、二重管
式、渦巻板式、ろう付けプレートフィン式、プレート
式、かき面式などがあり、用途に応じて適宜用いられて
いる。
装置として各種の工業において熱交換器が広く使用され
ている。そうした熱交換器の形式には、多管式、二重管
式、渦巻板式、ろう付けプレートフィン式、プレート
式、かき面式などがあり、用途に応じて適宜用いられて
いる。
【０００３】これらのうち、ろう付けプレートフィン式
とプレート式の熱交換器は、同一容積で比較すると、他
の方式よりも広い伝熱面積を持ち、またプレートの増減
によって容易に伝熱面積が変えられるなど、設計上の融
通性に優れることから、特に小規模な用途に適してお
り、小型の、例えば一般家庭用の機器にも用いられてい
る。
とプレート式の熱交換器は、同一容積で比較すると、他
の方式よりも広い伝熱面積を持ち、またプレートの増減
によって容易に伝熱面積が変えられるなど、設計上の融
通性に優れることから、特に小規模な用途に適してお
り、小型の、例えば一般家庭用の機器にも用いられてい
る。
【０００４】ところで、近年、こうした小型の熱交換器
の分野では、更に高効率で、かつ低価格である製品への
需要が高まっているが、ろう付けプレートフィン式では
小型化に限界があり、他方、プレート式では耐圧力が小
さく、いずれの形式でも、大幅な価格の上昇なくしては
小型で、かつ高効率の熱交換器は得難いという問題があ
った。
の分野では、更に高効率で、かつ低価格である製品への
需要が高まっているが、ろう付けプレートフィン式では
小型化に限界があり、他方、プレート式では耐圧力が小
さく、いずれの形式でも、大幅な価格の上昇なくしては
小型で、かつ高効率の熱交換器は得難いという問題があ
った。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
現状に鑑み、ろう付けプレートフィン式より小型化が可
能で、かつプレート式よりも高い耐圧力性能を有し、し
かも熱交換効率の等しい他の方式の小型熱交換器と同程
度の経済性を持つ装置とその製造方法を提供するもので
ある。
現状に鑑み、ろう付けプレートフィン式より小型化が可
能で、かつプレート式よりも高い耐圧力性能を有し、し
かも熱交換効率の等しい他の方式の小型熱交換器と同程
度の経済性を持つ装置とその製造方法を提供するもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、穴開け加工さ
れたステンレス鋼板を積層して相互に接合し、該ステン
レス鋼板に開けられた穴またはそれらの連結された空間
を流体の流路となすステンレス鋼板積層体式熱交換器、
ならびに該ステンレス鋼板が固相拡散接合または液相拡
散接合されていることを特徴とするステンレス鋼板積層
体式熱交換器を要旨とするものである。
れたステンレス鋼板を積層して相互に接合し、該ステン
レス鋼板に開けられた穴またはそれらの連結された空間
を流体の流路となすステンレス鋼板積層体式熱交換器、
ならびに該ステンレス鋼板が固相拡散接合または液相拡
散接合されていることを特徴とするステンレス鋼板積層
体式熱交換器を要旨とするものである。
【０００７】熱交換器に用いられる素材としては、特殊
な用途に対するものを除けば、熱伝導性に優れる銅や銅
合金、アルミニウムやアルミニウム合金、あるいは安価
である炭素鋼や低合金鋼、および使用される流体や環境
に対する耐食性が問題となる場合にはステンレス鋼など
が考えられる。これらの材料のうち、ステンレス鋼は、
他の汎用材料と比較して強度が高いため、他の素材と同
じ母材強度を、より小さい断面積の素材で得ることがで
きる。従って積層体をステンレス鋼で製作すれば熱交換
器を小型化するのに最も有利である。また、ステンレス
鋼は他の汎用素材に比べて耐食性に優れるため、使用で
きる流体の選択肢が多くなり、そのため例えば、より潜
熱の大きな物質の使用を可能にするなどの利点もある。
な用途に対するものを除けば、熱伝導性に優れる銅や銅
合金、アルミニウムやアルミニウム合金、あるいは安価
である炭素鋼や低合金鋼、および使用される流体や環境
に対する耐食性が問題となる場合にはステンレス鋼など
が考えられる。これらの材料のうち、ステンレス鋼は、
他の汎用材料と比較して強度が高いため、他の素材と同
じ母材強度を、より小さい断面積の素材で得ることがで
きる。従って積層体をステンレス鋼で製作すれば熱交換
器を小型化するのに最も有利である。また、ステンレス
鋼は他の汎用素材に比べて耐食性に優れるため、使用で
きる流体の選択肢が多くなり、そのため例えば、より潜
熱の大きな物質の使用を可能にするなどの利点もある。
【０００８】本発明において積層体に用いる素材をステ
ンレス鋼としたのは、これらの点を考慮したためであ
り、より小型で、用途範囲の広い熱交換器を提供するた
めである。本発明に用いるステンレス鋼は、フェライト
系、オーステナイト系、マルテンサイト系、二相系、析
出硬化型のいずれでもよく、かつ、含有される不純物も
一般商用鋼レベルでよい。
ンレス鋼としたのは、これらの点を考慮したためであ
り、より小型で、用途範囲の広い熱交換器を提供するた
めである。本発明に用いるステンレス鋼は、フェライト
系、オーステナイト系、マルテンサイト系、二相系、析
出硬化型のいずれでもよく、かつ、含有される不純物も
一般商用鋼レベルでよい。
【０００９】次に本発明者らは、ステンレス鋼板積層体
の組み立て方法について検討を行った。図１は、単純な
２系統の流路を有するステンレス鋼板積層体の模式図で
ある。図２にその組み立て図を示す。符号１〜５で示す
ステンレス鋼板を順に積層し、それらを接合して図１の
ような積層体を製造する場合について説明する。図３
は、図１のＡ−Ａ′を含む断面である。流体の流路を斜
線で示す。更に、図３中に符号６，７、および８で示し
た箇所の拡大図をそれぞれ図４，図５、および図６で示
す。図中１０は流入穴、１１は流出穴、１２は流路、１
３はろう付け部を示す。
の組み立て方法について検討を行った。図１は、単純な
２系統の流路を有するステンレス鋼板積層体の模式図で
ある。図２にその組み立て図を示す。符号１〜５で示す
ステンレス鋼板を順に積層し、それらを接合して図１の
ような積層体を製造する場合について説明する。図３
は、図１のＡ−Ａ′を含む断面である。流体の流路を斜
線で示す。更に、図３中に符号６，７、および８で示し
た箇所の拡大図をそれぞれ図４，図５、および図６で示
す。図中１０は流入穴、１１は流出穴、１２は流路、１
３はろう付け部を示す。
【００１０】本積層体においては、流体に加え得る圧力
をできるだけ高くすることが可能なように、隣合う鋼板
の各々の非穴部は全面的、かつ強固に接合されているこ
とが望ましい。そのような接合方法としては、ろう付け
法、固相拡散接合法（以下、拡散接合法と記す）、液相
拡散接合法（以下、液相接合法と記す）が考えられる。
をできるだけ高くすることが可能なように、隣合う鋼板
の各々の非穴部は全面的、かつ強固に接合されているこ
とが望ましい。そのような接合方法としては、ろう付け
法、固相拡散接合法（以下、拡散接合法と記す）、液相
拡散接合法（以下、液相接合法と記す）が考えられる。
【００１１】これらの接合方法のうち、ろう付け法は、
（１）ろう自身が高価である。（２）図４に模式的に示
すような、ろうとステンレス鋼によって形成される合金
あるいは金属間化合物９が、接合強度や耐食性あるいは
それらの経時変化に対する信頼性を損なう恐れがある。
（３）図５に模式的に示すような、鋼板の隙間内部に向
けて発生するろうの収縮部１４が、流体の圧力に屈して
鋼板接合部が剥離する際の亀裂発生起点となり易い。
（４）図６に模式的に示すような流路内にはみ出し部１
５が生じ、このはみ出したろうが流路を狭めて、流体の
流れを妨げたり、荒らしたりする恐れがある。などの問
題点があり、これらを回避することは容易ではなく、仮
にできたとしても大幅な製造コストの上昇は免れ得な
い。
（１）ろう自身が高価である。（２）図４に模式的に示
すような、ろうとステンレス鋼によって形成される合金
あるいは金属間化合物９が、接合強度や耐食性あるいは
それらの経時変化に対する信頼性を損なう恐れがある。
（３）図５に模式的に示すような、鋼板の隙間内部に向
けて発生するろうの収縮部１４が、流体の圧力に屈して
鋼板接合部が剥離する際の亀裂発生起点となり易い。
（４）図６に模式的に示すような流路内にはみ出し部１
５が生じ、このはみ出したろうが流路を狭めて、流体の
流れを妨げたり、荒らしたりする恐れがある。などの問
題点があり、これらを回避することは容易ではなく、仮
にできたとしても大幅な製造コストの上昇は免れ得な
い。
【００１２】これに対して、拡散接合法、および液相接
合法は、上記のような問題点がなく、かつ、ろう付け法
よりも高い接合強度が得られるという利点がある。本発
明において、ステンレス鋼板の接合方法を拡散接合法ま
たは液相接合法に限定したのはこのためであり、低コス
トで信頼性の高い熱交換器を提供するためである。
合法は、上記のような問題点がなく、かつ、ろう付け法
よりも高い接合強度が得られるという利点がある。本発
明において、ステンレス鋼板の接合方法を拡散接合法ま
たは液相接合法に限定したのはこのためであり、低コス
トで信頼性の高い熱交換器を提供するためである。
【００１３】本発明でいう拡散接合法とは、表面を清浄
かつ平坦にしたステンレス鋼板を積層して相互に密着す
るように加圧しながら非酸化性雰囲気中で熱処理するこ
とにより接合させる方法のことである。また液相接合法
とは、ステンレス鋼板の間に炭素を主体とするペースト
をインサート材として塗布して積層し、非酸化雰囲気中
で熱処理をして、炭素の拡散により表面の融点を下げ、
一時的にステンレス鋼板の表層部を溶かして接合させる
方法のことである。なお、ここでいう非酸化性雰囲気と
は、真空中、アルゴンガス中、水素ガス中、アルゴンと
水素の混合ガス中、窒素と水素の混合ガス中などを指
し、また、熱処理とは９００℃〜１３００℃にて１０分
〜４時間程度行うものを指す。
かつ平坦にしたステンレス鋼板を積層して相互に密着す
るように加圧しながら非酸化性雰囲気中で熱処理するこ
とにより接合させる方法のことである。また液相接合法
とは、ステンレス鋼板の間に炭素を主体とするペースト
をインサート材として塗布して積層し、非酸化雰囲気中
で熱処理をして、炭素の拡散により表面の融点を下げ、
一時的にステンレス鋼板の表層部を溶かして接合させる
方法のことである。なお、ここでいう非酸化性雰囲気と
は、真空中、アルゴンガス中、水素ガス中、アルゴンと
水素の混合ガス中、窒素と水素の混合ガス中などを指
し、また、熱処理とは９００℃〜１３００℃にて１０分
〜４時間程度行うものを指す。
【００１４】ステンレス鋼板を拡散接合させる場合、鋼
板の表面に酸化アルミニウム皮膜が存在すると接合強度
が低下することが知られている。そのため、積層体には
アルミニウム含有率の低いステンレス鋼板を用いること
が望ましい。
板の表面に酸化アルミニウム皮膜が存在すると接合強度
が低下することが知られている。そのため、積層体には
アルミニウム含有率の低いステンレス鋼板を用いること
が望ましい。
【００１５】拡散接合および液相接合は、その接合強度
が母材強度と同程度となるようなものであれば、上記の
範囲内のどのような条件で行ってもよい。また、液相接
合の場合に使用するインサート材は、ぬれ性などの母材
との相性や、価格などを考慮して選択すればよいが、比
較的短時間で、接合部と母相の均質化が可能であるもの
が望ましい。
が母材強度と同程度となるようなものであれば、上記の
範囲内のどのような条件で行ってもよい。また、液相接
合の場合に使用するインサート材は、ぬれ性などの母材
との相性や、価格などを考慮して選択すればよいが、比
較的短時間で、接合部と母相の均質化が可能であるもの
が望ましい。
【００１６】
【作用】ステンレス鋼板の微細な穴開け加工と、積層し
た鋼板相互の固相または液相接合は、ろう付けプレート
フィン式の場合の微小フィンの、膨大な数の精密ろう付
け工程よりもはるかに容易である。またステンレス鋼板
の非穴部を全面的に固相または液相接合した積層体式熱
交換器はプレート式よりも十分に大きな耐圧力性を有す
る。従って本発明のステンレス鋼板積層体は、安価で高
効率の熱交換器として作用する。
た鋼板相互の固相または液相接合は、ろう付けプレート
フィン式の場合の微小フィンの、膨大な数の精密ろう付
け工程よりもはるかに容易である。またステンレス鋼板
の非穴部を全面的に固相または液相接合した積層体式熱
交換器はプレート式よりも十分に大きな耐圧力性を有す
る。従って本発明のステンレス鋼板積層体は、安価で高
効率の熱交換器として作用する。
【００１７】
【実施例】図１に示す形式のステンレス鋼板積層体を、
ＳＵＳ３０４、およびＳＵＳ４３０を用いて作製した。
各鋼板の矩形の寸法は１０cm×２０cm、厚さは最上層、
および最下層が２mm、中間の３層が０．５mmとした。最
上層、および最下層の鋼板の穴には、予め流体の回路に
接続できるようにステンレス鋼管を溶接しておいた。こ
れらを拡散接合、液相接合および比較のためにろう付け
によって接合した。接合は全て真空中で行った。用いた
ステンレス鋼材と接合方法の組み合わせを表１にNo．１
〜６で示す。また、接合の際の熱処理条件、用いたイン
サート材、および、ろう材も併せて示す。
ＳＵＳ３０４、およびＳＵＳ４３０を用いて作製した。
各鋼板の矩形の寸法は１０cm×２０cm、厚さは最上層、
および最下層が２mm、中間の３層が０．５mmとした。最
上層、および最下層の鋼板の穴には、予め流体の回路に
接続できるようにステンレス鋼管を溶接しておいた。こ
れらを拡散接合、液相接合および比較のためにろう付け
によって接合した。接合は全て真空中で行った。用いた
ステンレス鋼材と接合方法の組み合わせを表１にNo．１
〜６で示す。また、接合の際の熱処理条件、用いたイン
サート材、および、ろう材も併せて示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】No．１〜６の積層体を各々２体作製し、各
１体を表２に示す試験Ａに、またもう１体を試験Ｂに供
した後、矩形の長辺のほぼ中央で積層体を切断し、図３
に示したような断面の、鋼板の接合部を微細に観察し
た。その結果を表３に示す。
１体を表２に示す試験Ａに、またもう１体を試験Ｂに供
した後、矩形の長辺のほぼ中央で積層体を切断し、図３
に示したような断面の、鋼板の接合部を微細に観察し
た。その結果を表３に示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】このように、本発明によるステンレス鋼板
積層体は、長時間の熱交換や圧力の加減の繰り返しに対
しても、接合部に異常の発生が全く認められず、従って
信頼性の高い熱交換器用ユニットとなり得ることがわか
る。
積層体は、長時間の熱交換や圧力の加減の繰り返しに対
しても、接合部に異常の発生が全く認められず、従って
信頼性の高い熱交換器用ユニットとなり得ることがわか
る。
【００２３】
【発明の効果】本発明のステンレス鋼板積層体は、ステ
ンレス鋼板に開けられた穴およびその連結された空間を
流体の流路とするため、非常に微細で、かつ複雑な流路
を比較的容易に作ることができ、また非穴部を拡散接合
または液相接合によって接合しているので、耐圧力性に
優れ、従って小型で信頼性の高い熱交換器用ユニットと
して産業上の需要に十分応え得るものである。
ンレス鋼板に開けられた穴およびその連結された空間を
流体の流路とするため、非常に微細で、かつ複雑な流路
を比較的容易に作ることができ、また非穴部を拡散接合
または液相接合によって接合しているので、耐圧力性に
優れ、従って小型で信頼性の高い熱交換器用ユニットと
して産業上の需要に十分応え得るものである。
【図１】本発明のステンレス鋼板積層体の一例を模式的
に示す斜視図。
に示す斜視図。
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は図
１のスンテレス鋼板積層体を構成するステンレス鋼板を
組み立て順に並べた図。
１のスンテレス鋼板積層体を構成するステンレス鋼板を
組み立て順に並べた図。
【図３】図１のＡ−Ａ′線断面を示す図。
【図４】図３の符号６部分を拡大して示す模式図。
【図５】図３の符号７部分を拡大して示す模式図。
【図６】図３の符号８部分を拡大して示す模式図。
１〜５ ステンレス鋼板 ６〜８ 拡大図に示す箇所 ９ ろうとステンレス鋼の合金あるいは金属間化合
物 １０ 流入穴 １１ 流出穴 １２ 流路 １３ ろう付け部 １４ 収縮部 １５ はみ出し部
物 １０ 流入穴 １１ 流出穴 １２ 流路 １３ ろう付け部 １４ 収縮部 １５ はみ出し部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 幹雄 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内
Claims (2)
- 【請求項１】 穴開け加工されたステンレス鋼板を積層
して相互に接合し、該ステンレス鋼板に開けられた穴ま
たはそれらの連結された空間を流体の流路となすステン
レス鋼板積層体式熱交換器。 - 【請求項２】 積層されたステンレス鋼板が、固相拡散
接合または液相拡散接合により相互に接合されているこ
とを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼板積層体式
熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7209395A JPH08271175A (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | ステンレス鋼板積層体式熱交換器およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7209395A JPH08271175A (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | ステンレス鋼板積層体式熱交換器およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08271175A true JPH08271175A (ja) | 1996-10-18 |
Family
ID=13479454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7209395A Pending JPH08271175A (ja) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | ステンレス鋼板積層体式熱交換器およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08271175A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN104384881A (zh) * | 2014-09-05 | 2015-03-04 | 申达电气集团浙江换热器有限公司 | 一种变压器用螺旋板式冷却器筒体的制造方法 |
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-
1995
- 1995-03-29 JP JP7209395A patent/JPH08271175A/ja active Pending
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