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【発明の名称】 熱交換器
【発明者】 【氏名】中村 陽一郎

【氏名】高橋 修二
【要約】 【課題】熱交換を行う組立体の組立て後においても、金属ろうなどの接合材の塗布が容易な熱交換器を提供する。

【解決手段】枠体２ａ・２ｂ・・と平板３ａ・３ｂ・・とが積層されて、第１流体を流すための第１流路１１と、第２流体を流すための第２流路２１とが形成され、第１領域１０では第２流路２１を閉塞し第２領域２０では第１流路１１を閉塞する閉塞部Ｗを備える熱交換組立体１において、前記各閉塞部Ｗに、外部から金属ろうなどの接合材を注入するためのスリットＳを形成した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 枠体と平板とを交互に積層して該平板間に第１流路及び第２流路を形成した組立体と、該組立体の前記第１流路及び第２流路への接続部を第１領域と第２領域とに分け該第１領域で前記第２流路を閉塞しかつ該第２領域で前記第１流路を閉塞するように前記枠体に形成される閉塞部とを備え、熱交換する２つの流体の一方が前記第１領域を介して前記第１流路を流れ、前記流体の他方が前記第２領域を介して前記第２流路を流れる熱交換器において、前記枠体に、前記組立体の外部に開口しかつ前記閉塞部と前記平板との間を前記組立体の内部側から接合材により気密接合するためのスリットが形成されていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱交換器に係り、特に、枠体と平板とが積層されて流路が形成される熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は、枠体と平板とが交互に積層され流路が形成された組立体を有する従来の熱交換器の一例を、概念的に示す斜視図である。ここでは、４つの枠体１０２ａ・１０２ｂ・１０２ｃ・１０２ｄと５枚の平板１０３ａ・１０３ｂ・１０３ｃ・１０３ｄ・１０３ｅとで、４層の流路１１１・１２１・１１１・１２１を有する組立体１０１が形成されている。右端の平板１０３ｅは、枠体１０２ｄの側面が見えるように、組立体１０１から離して示している。また、マニフォールド１０４も、組立体１０１に取付け前の状態で示している。
【０００３】枠体１０２ａ〜１０２ｄと平板１０３ａ〜１０３ｅとは、互いにろう付けされている。組立体１０１の組立て作業におけるろう付けの方法は、まず、枠体１０２ａ〜１０２ｄにペースト状の金属ろうを塗布しながら、枠体１０２ａ〜１０２ｄと平板１０３ａ〜１０３ｅとを積層して組立体１０１の形状を形成し、その後、この組立体１０１全体を加熱して塗布された金属ろうを溶融させ、枠体１０２ａ〜１０２ｄと平板１０３ａ〜１０３ｅとの各当接面を接合する。この際、枠体と平板との隙間から、内部の流体が漏れ出さないよう、気密性を確保しなければならないが、１回のろう付け作業では、金属ろうの凝固後にピンホールが残る場合が多く、その対策として通常は、仕上げにもう１度ろうを塗布して再加熱する方法が用いられている。この仕上げろう付けは、組立体１０１において流路１１１・１２１・１１１・１２１が開口していない部分（図６では、組立体１０１の上面と下面）については、容易に行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、流路１１１・１２１・１１１・１２１が開口している部分（マニフォールド１０４が取付けられる部分）については、例えば、枠体１０１ａと平板１０３ｂとの境界部分を覆うように金属ろうを塗布しようとすると、流路１２１にまで金属ろうが入って、流路１２１を狭くしたり、詰まらせたりするおそれがある。また、マニフォールドの形状によっては、刷毛などで塗布することが困難な場合もある。このように困難な作業は、製造上のネックとなり、製造コスト上昇の原因にもなっていた。また、手間をかけてもなお、ろう付けが完全にできない場合もあり、そうすると、熱交換する高温側・低温側流体の混合が起きてしまうという問題が起こる。特に、高温側・低温側の流体が互いに異物質の場合には、こうした混合は防止しなければならない。
【０００５】本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、仕上げろう付け時の困難な作業を排除して製造性を向上させるとともに、気密信頼性をも高めた熱交換器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、枠体と平板とを交互に積層して該平板間に第１流路及び第２流路を形成した組立体と、該組立体の前記第１流路及び第２流路への接続部を第１領域と第２領域とに分け該第１領域で前記第２流路を閉塞しかつ該第２領域で前記第１流路を閉塞するように前記枠体に形成される閉塞部とを備え、熱交換する２つの流体の一方が前記第１領域を介して前記第１流路を流れ、前記流体の他方が前記第２領域を介して前記第２流路を流れる熱交換器において、前記枠体に、前記組立体の外部に開口しかつ前記閉塞部と前記平板との間を前記組立体の内部側から接合材により気密接合するためのスリットが形成されていることを特徴とする。
【０００７】この構成によれば、枠体に設けられたスリットに、組立体の外部から、金属ろうなどの接合材を注入することができ、一方の流体の流路と、他方の流体の流通口との間の気密性確保を、組立体形成後においても容易に行うことができる。また、使用開始後の同部位の補修作業も、同様に容易である。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図１に基づいて、本発明に係る熱交換器の第１実施形態の構成、及びスリットＳの作用・効果について説明する。
【０００９】まず、熱交換を行うための組立体１は、枠体２ａ〜２ｄと平板３ａ〜３ｅとが交互に積層されて形成されている。ここでは、説明の便宜上、異符号を付しているが、４つの枠体２ａ〜２ｄは全て同一形状部材であり、５枚の平板３ａ〜３ｅも全て同一形状部材である。
【００１０】枠体２ａと平板３ａ・３ｂとで囲まれた空間、及び枠体２ｃと平板３ｃ・３ｄとで囲まれた空間は、第１流体を流すための第１流路１１・１１となっている。同様に、枠体２ｂと平板３ｂ・３ｃとで囲まれた空間、及び枠体２ｄと平板３ｄ・３ｅとで囲まれた空間は、第２流体を通すための第２流路２１・２１となっている。
【００１１】組立体１において、流体が出入りする面は、接続部３０となっている。接続部は、図示しない反対面にも同様に形成されていて、一方が流体の流入部、他方が流体の流出部となる。接続部３０は、図１において上側の第１領域１０と、同下側の第２領域２０とに区分される。第１領域１０において第２流路２１は、閉塞部Ｗによって閉塞され、第２領域２０において第１流路１１は閉塞部Ｗによって閉塞されている。
【００１２】接続部３０には、マニフォールド４が取付けられる。マニフォールド４は、第１流通口１２と第２流通口２２とを備えており、第１流通口１２は、組立体１の接続部３０における第１領域１０に、第２流通口２２は、同第２領域２０に接続される。マニフォールド４が流入側であるとすれば、第１流体は、第１流通口１２から、第１領域１０において閉塞されていない第１流路１１・１１へのみ流入し、同様に、第２流体は、第２流通口２２から、第２領域２０において閉塞されていない第２流路２１・２１へのみ流入する。こうして、第１流体と第２流体とは、平板３ｂ・３ｃ・３ｄを間に介して隣接しながら流通し、流体間の熱交換が行われる。
【００１３】組立体１を形成するためには、枠体２ａ〜２ｄと平板３ａ〜３ｅとを積層する際に、枠体２ａ〜２ｄの平板３ａ〜３ｅに当接する面に金属ろうを塗布し、組立体１の形状を形造ったのち、組立体１全体を加熱して金属ろうを溶融させて各部材を接合する。こうしてろう付けされた枠体−平板間接合部は、気密性を確保しなければならないが、金属ろうの凝固・収縮によりピンホールが残る場合がある。ピンホールは、流体漏出の原因となるため、通常、１回目のろう付け完了後に、２回目のろう付け（仕上げろう付け）が行われる。
【００１４】仕上げろう付けの際には、枠体−平板間の当接面に金属ろうを再塗布することはできないので、平板の周縁部に金属ろうを塗布することになる。この際、接続部３０においては、流路１１・２１・１１・２１が開口しているため、これら流路に金属ろうが入らないようにすることが難しい場合や、マニフォールド４が既に取付けられて、形状的に刷毛等で塗布することが困難な場合がある。
【００１５】そこで、本実施形態では、接続部３０における気密性確保のためのろう付けを、マニフォールド４側からではなく、組立体１の外部から行えるように、枠体２ａ〜２ｄの各閉塞部Ｗに、スリットＳが形成されている。枠体２ｄの閉塞部Ｗに形成されているスリットＳに関して説明すると、スリットＳは、マニフォールド４が取付けられても、組立体１の外部に開口しており、かつ、枠体２ｄの厚さ方向に貫通している。スリットＳの外部に開口した部分から金属ろうを注入すると、金属ろうは平板３ｄ・３ｅにも到達し、枠体２ｄと平板３ｄ・３ｅ間の隙間を閉塞する。以上の作用は、他のスリットＳについても全く同様である。このように、スリットＳを設けたことにより、特に仕上げろう付けが容易になり、組立体１の気密信頼性が向上する。
【００１６】次に、本発明に係る熱交換器の第２実施形態について、図２から５を参照して説明する。第２実施形態の熱交換器では、枠体と平板とが交互に積層されると、流路が形成されるとともに、マニフォールド部分が一体に形成される。流路は、「コの字」形状に折り返されていて、流体の流入と流出とが、近接した位置で行われる。また、枠体内部の流路部分には、波板状・金属製のフィン部材を収納して、熱伝導性を向上させている。
【００１７】図２は、第２実施形態の熱交換器の主要部分である組立体５１の一部を拡大して示した斜視図である。図３は、組立体５１を構成する一部の枠体と平板とを、組立て前の状態で並べて示した正面図である。また図４は、組立体５１を、枠体と平板との境界で切断して示した正面断面図であり、図５は、図４におけるＡ−Ａ線視断面図である。
【００１８】まず、組立体５１は、図２に示すように、枠体５２ａ・５２ｂ・５２ｃと平板５３ａ・５３ｂとが交互に積層され、枠体−平板各当接面がろう付けされて形成される（図示されない他の部分も同様）。なお、ここでは説明の便宜上、異符号を付しているが、枠体５２ａ〜５２ｃは同一形状部材であり、枠体５２ｂは、枠体５２ａを裏返して配置したものである。また、平板５３ａと５３ｂとは、同一形状部材である。
【００１９】次に、各部材の詳細を図３に基づいて説明する。枠体５２ａは、外枠で囲まれた内部に窓部５６・５６ と、第２流路５５と、第２開口部５５ａ・５５ａとを有する。窓部５６・５６と第２流路５５とは、閉塞部Ｗ２・Ｗ２で仕切られており、閉塞部Ｗ２それぞれには、枠体５２ａの厚さ方向（紙面垂直方向）に貫通し、一端が開口したスリットＳ２が設けられている。第２流路５５には、断面が矩形波状の金属製フィン部材６０ａ・６０ｂ・６０ｃ・６０ｂ・６０ａが収納されている。枠体５２ｃの形状・構成は、枠体５２ａと全く同様である。
【００２０】枠体５２ｂは、枠体５２ａと同一形状の外枠を有し、外枠で囲まれた内部には、第１流路５４を有する。また、枠体５２ａの窓部５６・５６に相当する位置には第１開口部５４ａ・５４ａを有し、枠体５２ａの第２開口部５５ａ・５５ａに相当する位置には、窓部５７・５７を有する。窓部５７・５７と第１流路５４とは、閉塞部Ｗ２・Ｗ２で仕切られており、閉塞部Ｗ２それぞれには、スリットＳ２が設けられている。第１流路５４内にフィン部材６０ａ・６０ｂ・６０ｃ・６０ｂ・６０ａが収納されている。
【００２１】平板５３ａ・５３ｂは、金属製の薄板である。その外輪郭は、枠体５２ａ・５２ｂ・５２ｃと同一になっている。平板５３ａ・５３ｂには、枠体５２ａの窓部５６・５６に相当する位置に、それらと同一形状の窓部５８・５８が設けられている。また、枠体５２ａの第２開口部５５ａ・５５ａに相当する位置には、それらと同一形状の窓部５９・５９が設けられている。
【００２２】以上の構成部材を、図３に示すように順次積層すると、枠体５２ａの窓部５６・５６、平板５３ａの窓部５８・５８、枠体５２ｂの第１開口部５４ａ・５４ａ、平板５３ｂの窓部５８・５８、枠体５２ｃの窓部５６・５６が重なり合って、四角柱状の空間である第１流通口６１・６１が形成される（図２参照）。２つある第１流通口６１・６１の一方は、第１流体の流入口、他方は、第１流体の流出口となる。同様に、枠体５２ａの第２開口部５５ａ・５５ａ、平板５３ａの窓部５９・５９、枠体５２ｂの窓部５７・５７、平板５３ｂの窓部５９・５９、枠体５２ｃの第２開口部５５ａ・５５ａが重なり合って、四角柱状の空間である第２流通口６２・６２が形成される。２つある第２流通口６２・６２の一方は、第２流体の流入口、他方は、第２流体の流出口となる。こうして、図２に示すように、第１流通口６１においては、閉塞部Ｗ２と第１流路５４の開口部分とが、交互に現れる。また、第２流通口６２においては、閉塞部Ｗ２と第２流路５５の開口部分とが交互に現れる。
【００２３】組立体５１では、流路が折り返されて、２つの第１流通口６１・６１と２つの第２流通口６２・６２とがそれぞれ近接して配置されているが、その状態を、枠体と平板との境界で切断して図４に示している。また図５は、図４におけるＡ−Ａ線視断面図である。図５では、第１流路５４及び第２流路５５への接続部９０が、第１領域７０と第２領域８０とに分けられ、第１領域７０では閉塞部Ｗ２によって第２流路５５が閉塞され、第２領域８０では閉塞部Ｗ２によって第１流路５４が閉塞されている状態を示している。
【００２４】ここで、組立体５１内の流体の流れと熱交換作用について説明する。まず、第１流体は、一方の第１流通口６１から第１流路５４へ流入し、フィン部材６０ａ・６０ｂ・６０ｃ・６０ｂ・６０ａの存在領域を通って、他方の第１流通口６１へ流出する。同様に、第２流体は、一方の第２流通口６２から第２流路５５へ流入し、フィン部材６０ａ・６０ｂ・６０ｃ・６０ｂ・６０ａの存在領域を通って、他方の第２流通口６２へ流出する。第１流路５４と第２流路５５とは、平板５３ａ・５３ｂ・・・を挟んで隣接して配置されているので、ここで第１流体と第２流体との間の熱交換が行われる。さらに、組立体５１では、第１流路５４、第２流路５５それぞれの内部に金属製のフィン部材６０ａ・６０ｂ・６０ｃ・６０ｂ・６０ａが収納されているので、流体→フィン部材→平板→フィン部材→流体という経路でも熱伝導がなされる。
【００２５】組立体５１の組立作業は、各枠体５２ａ・５２ｂ・５２ｃ・・・の平板５３ａ・５３ｂ・・・との当接面に金属ろうを塗布し、組立体５１の形を形成後、組立体５１全体を加熱して、金属ろうを溶融させ、各部材間の接合を行う。こうして、加熱・冷却が完了して組立体５１が形成された後、各部において流体の漏れが起きないようにすることが重要である。そこで、本実施形態の組立体５１では、２回目の仕上げろう付けが容易に行えるよう、各閉塞部Ｗ２に、スリットＳ２が設けられている。
【００２６】スリットＳ２が設けられていない場合、閉塞部Ｗ２と平板５３ａ・５３ｂ・・・間の接合部に、再度、ろうを塗布しようとすると、第１流通口６１側から行わざるを得ず、作業性が悪いだけでなく、開口しているフィン部材６０ａ・６０ａに金属ろうが入り込んで流路を閉塞したり、狭くしてしまうおそれがある。しかし、本実施形態では、各閉塞部Ｗ２にスリットＳ２が設けられており、外部に開口している一端から金属ろうを注入することができる。スリットＳ２は、各枠体の厚さ方向に貫通しているため、注入された金属ろうは、平板にも到達することになり、こうして閉塞部と平板との間の気密接合を完成させることができる。
【００２７】なお、上記第１・第２実施形態いずれの説明においても、各部材の接合を、金属ろうを用いたろう付けにより行い、気密性確保のためにも仕上げろう付けを行うとしているが、接合に使用される材料は、金属ろうに限定されるわけではなく、流される流体の温度範囲に従って、樹脂系接着剤等、適宜選択してもよい。そのような場合でも、上記スリットの作用・効果は何ら変わらない。また、組立体に積層形成される流路の数も、図示されたものに限定されるわけではない。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、一方の流体の流路と、他方の流体の流通口との間の気密性確保を、熱交換を行う組立体の形成後においても、容易に行うことができるので、熱交換器の製造性が向上する。また、気密構造の信頼性も向上する。さらに、使用期間中に補修が必要になった場合でも、組立体の外部から補修することも容易である。
【出願人】 【識別番号】０００００００９９
【氏名又は名称】石川島播磨重工業株式会社
【出願日】 平成１１年７月１日（１９９９．７．１）
【代理人】 【識別番号】１０００６４９０８
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武 （外１名）
【公開番号】 特開２００１−２１２８０（Ｐ２００１−２１２８０Ａ）
【公開日】 平成１３年１月２６日（２００１．１．２６）
【出願番号】 特願平１１−１８８２６７