プレート積層体とその製造方法
【課題】流路を層状に備える熱交換器において、層状とされた各流路のシール性を確保しつつ積層済みプレート接合の際の押圧の簡便化する。
【解決手段】熱交換器１００は、サイドプレート１３０とサイドプレート１４０で、プレート積層体のプレートユニット１１０を取り囲み、プレートユニット１１０の最上層プレート１１２と最下層プレート１１５の間の複数の中間プレート１１６にて、多列の流路１５０を層状に有する。両サイドプレートはプレートユニット１１０の側に凸のプレート側凸部１３２、１４２を備え、このプレート側凸部１３２、１４２は、プレートユニット１１０における最上層プレート１１２と最下層プレート１１５と干渉して、プレート押圧時のストッパとして機能する。
【解決手段】熱交換器１００は、サイドプレート１３０とサイドプレート１４０で、プレート積層体のプレートユニット１１０を取り囲み、プレートユニット１１０の最上層プレート１１２と最下層プレート１１５の間の複数の中間プレート１１６にて、多列の流路１５０を層状に有する。両サイドプレートはプレートユニット１１０の側に凸のプレート側凸部１３２、１４２を備え、このプレート側凸部１３２、１４２は、プレートユニット１１０における最上層プレート１１２と最下層プレート１１５と干渉して、プレート押圧時のストッパとして機能する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溝を有するプレートを複数枚積層して溝を閉鎖した流路を備えるプレート積層体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
こうしたプレート積層体は、熱交換する熱交換器として多用され、こうした熱交換器は、重なり合ったプレート（例えば上下のプレート）で閉鎖された溝を流路としてそれぞれのプレートにおいて多列の流路を形成する。熱交換器は、ある層の流路に高温流体を流し、当該ある層の上下の層の流路に低温流体を流すことで、上下の層の流路を通過する流体の熱交換を行う（例えば、特許文献１等）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６２４８９号公報
【特許文献２】特開２００７−１５８７２号公報
【０００４】
これら特許文献で提案された熱交換器はもとより、一般的な熱交換器にあっては、流路のシール性に積層済みプレート同士の接合固定が大きな影響を与える。その上、流路は多列であることから、プレート同士の接合固定は、プレート端部のみならず、プレートの中央領域においても必要とされる。その一方、複数のプレートを一枚ずつ接合固定しながら積層するのでは、生産性に欠ける。こうした理由から、熱交換器の製造に際しては、予めプレートを積層し、その積層した状態でプレートの接合固定、具体的には、接合箇所に銀ロウを付けた上でプレートを積層し、その積層方向に押圧した上で、銀ロウを溶融させたり、積層済みのプレートを押圧した上でプレート相互の接合箇所を拡散接合させるといった接合処理が取られている。
【０００５】
積層済みプレートにこうした接合処理を施す場合、重なり合うプレート同士の接合箇所のシール性を確保するため、無負荷の積層済みプレートの積層寸法が縮むよう押圧されている。ところが、この押圧力が不用意に過大となると、溝を多列に有するプレートにおいて溝間の凸条の座屈や変形を招きかねない。その一方、押圧力が不足するとシール性確保の信頼性が低下しかねない。このため、煩雑な押圧力制御が求められているのが実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、流路を層状に備える熱交換器についての上記した問題点を解決するためになされ、層状とされた各流路のシール性確保と積層済みプレート接合の際の押圧の簡便化との両立を図ることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
【０００８】
[適用１：プレート積層体の製造方法]
溝を有するプレートを複数枚積層し、重なり合うプレートと前記溝とにより形成された流路を備えるプレート積層体の製造方法であって、
複数枚の前記プレートを積層する積層工程と、
該積層された積層済みプレートの端部を複数枚のプレートに亘って積層方向に沿うように側壁を配置する配置工程と、
前記積層済みプレートを前記積層方向に押圧して、重なり合うプレートを接合する押圧接合工程とを備え、
前記側壁は、前記押圧が所定量以上進むことを抑制するストッパを備える
ことを要旨とする。
【０００９】
この場合、前記側壁を、前記積層済みプレートの端部の側の壁面に凸とされたプレート側凸部を前記ストッパとして備えるものとできる。
【００１０】
[適用２：プレート積層体]
溝を有するプレートを複数枚積層して重なり合うプレートを接合固定し、該接合したプレートの間で前記溝を閉鎖して流路を形成するプレート積層体であって、
前記プレート積層体の側面に複数枚のプレートに亘って積層方向に沿って対面する側壁を備え、
該側壁は、前記プレート積層体の側の壁面に凸のプレート側凸部を備え、該プレート側凸部を前記プレート積層体における一端側プレートと他端側プレートとに干渉するストッパとする
ことを要旨とする。
【００１１】
上記したプレート積層体では、溝を有するプレートを複数枚積層した積層済みプレートにおける重なり合ったプレートと溝とにより流路を形成するに当たり、積層済みプレートを積層方向に押圧して、重なり合うプレートを接合し、溝を閉鎖された流路とする。そして、こうしたプレートの押圧に際しては、側壁を積層済みプレートの端部に配置して、この側壁を複数枚のプレートに亘って積層済みプレート端部に積層方向に沿わせるので、側壁は積層済みプレートの端部（側面）に対面する。この側壁は、押圧が所定量以上進むことを抑制するストッパを備えるので、無負荷の積層済みプレートの積層寸法が縮むよう押圧したとしても、この積層寸法の縮みは上記したようにストッパで制限される。よって、押圧を受ける積層済みプレートは、仮に押圧力が過大であったとしても、側壁が有するストッパで制限された分の積層寸法の縮みを起こした状態で接合固定されることになる。つまりは、プレート押圧をストッパにより抑制されるまで進めれば足りることになる。この結果、接合固定による流路のシール性を確保できると共に、プレート押圧も簡便となる。
【００１２】
上記したプレート積層体を熱交換器として適用する際には、熱交換器では流路を層状に有することがあることから、多列の溝を有するプレートを積層して、前記多列の溝を形成する凸条の頂上面を対向するプレートに接合させ、この積層済みプレートを押圧して凸条頂上面をプレートに接合固定することになる。これにより、多列の溝がそれぞれ閉鎖されて流路となり、流路が層状に形成される。
【００１３】
また、側壁がストッパとして既述したプレート側凸部を備えるものとすれば、この前記プレート側凸部は、前記積層方向に沿った前記押圧に伴って前記積層済みプレートにおける一端側プレートと他端側プレートとが前記積層方向に接近する際に前記一端側プレートと前記他端側プレートに干渉する。この一端側プレートと他端側プレートは、それぞれ単一のプレートとできるほか、両端側における複数枚のプレートであってもよい。
【００１４】
このように、プレート積層体では、側壁を積層済みプレートの側面と対面させた上で、プレート側凸部はストッパとして一端側プレートと他端側プレートとに干渉する。このため、積層済みプレートを、前記多列の溝を形成する凸条の頂上面とプレートとを接合させた上でその接合固定のために積層方向に沿って押圧するに当たり、無負荷の積層済みプレートの積層寸法が縮むよう押圧したとしても、この積層寸法の縮みは上記したようにストッパとして機能するプレート側凸部で制限される。よって、押圧を受ける積層済みプレートは、仮に押圧力が過大であったとしても、側壁が有するこのプレート側凸部で制限された分の積層寸法の縮みを起こした状態で接合固定されることになる。つまりは、一端側プレートと他端側プレートとがプレート側凸部に干渉するまで押圧すれば足りることになる。この結果、接合固定による流路のシール性を確保できると共に、プレート押圧も簡便となる。
【００１５】
上記したプレート積層体は、次のような態様とすることができる。例えば、前記プレート側凸部を側壁から積層済みプレートの側に凸とするに当たり、このプレート側凸部を前記プレート積層方向に沿って前記側壁の一端側から他端側にかけて延在するようにできる。こうすれば、側壁の一端側と他端側において、側壁エッジを切り欠くだけで、側壁の一端側から他端側にかけて凸のプレート側凸部を容易に形成できる。しかも、このプレート側凸部は、側壁の一端側から他端側にかけて延在して連続していると共に、積層済みプレートに対しては側壁と同じような対面幅となることから、積層プレートの押圧力に確実に抗することができ、ストッパとしての信頼性が高まる。つまりは、押圧力が過大である場合の積層済みプレートの積層寸法の不用意な縮み回避の実効性が高まる。
【００１６】
また、このプレート側凸部を、前記側壁の一端側から他端側にかけて形成された複数筋の凸条とすることもできる。それぞれの凸条は側壁の一端側から他端側にかけて連続していることから、この態様では複数筋の凸条で積層プレートの押圧力に抗することができる。また、複数筋の凸条とした分、側壁の軽量化が可能である。
【００１７】
このように複数筋の凸条を形成する場合、前記積層済みプレートを取り囲んで対向する前記側壁の一方の前記側壁は、前記プレート側凸部としての前記凸条を二筋備え、前記対向する他方の前記側壁は、前記プレート側凸部としての前記凸条を一筋備えるようにすることもできる。こうすれば、一端側プレートと他端側プレートは、一方の側壁における二筋の凸条と他方の側壁における一筋の凸条の３カ所で支えられることから、押圧時において両端側プレートを不用意に傾斜させたりすることがない。特に、前記他方の前記側壁の前記一筋の前記凸条を、前記一方の前記側壁が有する前記二筋の前記凸条の間に位置するようにすれば、一端側プレートと他端側プレートをバランスよく３カ所の凸条で支えることができ、好ましい。
【００１８】
また、このように複数筋の凸条を形成する場合、前記一端側プレートと前記他端側プレートとで挟まれた複数のプレートを、前記プレート側凸部として形成された前記凸条が入り込む凹所をプレートの積層方向に沿って備えるものとする。そして、重なり合うプレートの接合固定にロウ材を用いるようにすれば、用いられたロウ材は、プレートの接合箇所からはみ出して空隙に達してフィレットを形成し、このフィレットは、プレートの積層方向に沿って連続するようになる。このため、プレート端部側の溝が閉鎖されて形成された流路において、流体が通過する際の流体の漏れを抑制できる。
【００１９】
また、前記プレート側凸部を前記積層済みプレートの側に凸とするに当たり、その凸の程度を、前記プレート側凸部を含む前記側壁としての厚みの１０％以下の突出高さとすれば、積層済みプレートをその積層方向に沿って押圧する際の押圧力がプレート側凸部を経て側壁に作用する面積を小さくできるので、この押圧力による側壁自体の変形を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の実施例としての熱交換器１００の概略構成を示す斜視図、図２はこの熱交換器１００を分解して説明するための説明図である。
【００２１】
図示するように、熱交換器１００は、プレートユニット１１０の両側にサイドプレート１３０、１４０を備える。プレートユニット１１０は、プレートの積層体であり、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５との間に、中間プレート１１６を複数枚積層して備える。そして、この熱交換器１００は、プレートユニット１１０において重なり合った上下のプレートの間に流路１５０を多列に形成し、この多列の流路１５０を層状に有する。
【００２２】
図２に示すように、最上層プレート１１２は、多列の溝１１３を備え、これら溝を形成するため、両サイドには凸条１１４ｓを、溝間には凸条１１４ｃを備える。中間プレート１１６のそれぞれは、多列の溝１１７を備え、これら溝を形成するため、両サイドと溝間にほぼ同じ形状の凸条１１８を備える。この場合、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５は、中間プレート１１６より幅広とされており、その分、最上層プレート１１２の両サイドの凸条１１４ｓは溝間の凸条１１４ｃより凸幅が広くなっている。そして、最下層プレート１１５とその上の中間プレート１１６の上下のプレートで、上下の中間プレート１１６同士で、最上層プレート１１２とその下の中間プレート１１６の上下のプレートで、中間プレート１１６が有する溝１１７と最上層プレート１１２が有する溝１１３を閉鎖して既述した流路１５０とする。こうした流路形成に際しては、それぞれのプレートにおける上記の凸条の頂上面は、対向するプレートに後述するように接合固定される。
【００２３】
このプレートユニット１１０の一方のサイドプレート１３０は、他方側のサイドプレート１４０と共に、プレートユニット１１０をプレート積層方向に沿って取り囲み、このプレートユニット１１０の側面と対面する。サイドプレート１３０とサイドプレート１４０は、左右の違いはあるものの同一の構成であるので、以下、サイドプレート１３０について説明する。
【００２４】
サイドプレート１３０は、プレートユニット１１０の側の上下端に切欠１３１を備え、プレートユニット１１０の側の壁面を、凸のプレート側凸部１３２としている。このプレート側凸部１３２は、図２に示すように、プレートユニット１１０のプレート積層方向に沿ってサイドプレート１３０の上端側から下端側にかけて切欠１３１により形成されている。そして、このプレート側凸部１３２は、その上下の切欠１３１に最上層プレート１１２の凸条１１４ｓと最下層プレート１１５が係合することで、プレートユニット１１０における最上層プレート１１２と最下層プレート１１５とに干渉するストッパとして機能している。
【００２５】
本実施例では、図２に示すように、プレート側凸部１３２の突出高さＷａを、このプレート側凸部１３２を含むサイドプレート１３０全体の厚みＷｂの１０％以下、好ましくは３〜１０％とした。また、プレート側凸部１３２の高さ寸法ｈは、最上層プレート１１２と所定枚数の中間プレート１１６と最下層プレート１１５とを積層しただけで無負荷の状態のプレートユニット１１０における中間プレート１１６の積層高さ寸法より、小さくされている。しかも、このプレート側凸部１３２の高さ寸法ｈは、これらプレートを後述するように押圧しつつ接合固定する場合にその接合固定の機能（シール機能）が十分発揮できるまでプレート押圧を実施する際のプレートの積層寸法の縮みを考慮して、定められている。換言すれば、上記したようにプレート側凸部１３２が最上層プレート１１２と最下層プレート１１５とに干渉してストッパとして機能するまでプレート押圧を行えば、その押圧の間に実施される接合処理手法（本実施例では、銀ロウ付け）で得られた接合固定で十分なシール性を発揮できることになる。
【００２６】
上記した熱交換器１００は、多列の流路１５０が層状に上下に重なったその上下の層の一方の層の多列の流路１５０に高温流体を流し、他方の層の多列の流路１５０に低温流体を流すことで、上下の層の流路を通過する流体の熱交換を行う。つまり、溝１１３を有する最上層プレート１１２や、溝１１７を有する中間プレート１１６を、熱交換の伝熱プレートとする。本実施例では、伝熱性および耐久性を考慮して、上記の各伝熱プレートを金属製プレート、詳しくはステンレス製のプレートとした。
【００２７】
次に、上記した熱交換器１００の製造工程について説明する。図３は熱交換器１００の製造工程を示す工程図、図４は熱交換器製造工程におけるプレート積層の様子を示す説明図、図５は熱交換器製造工程におけるプレート押圧の様子を示す説明図、図６は熱交換器製造工程を経た熱交換器１００を端面視して示す説明図である。
【００２８】
図３に示すように、まず、伝熱プレートを準備する（ステップＳ１００）。具体的には、溝１１３を有する最上層プレート１１２と、溝１１７を有する所定枚数の中間プレート１１６と、最下層プレート１１５とを準備する。次に、準備した上記の各伝熱プレートを、図４に示すように、離間するよう退避位置にあるサイドプレート１３０とサイドプレート１４０との間において、最下層プレート１１５、中間プレート１１６および最上層プレート１１２の順に順次積層する（ステップＳ１１０）。このプレート積層に際しては、上下のプレートにおいて接合し合う箇所、具体的には、最上層プレート１１２における凸条１１４ｓと凸条１１４ｃの頂上面、中間プレート１１６における凸条１１８の頂上面に銀ロウが予め塗布される。或いは、ステップＳ１００において、凸条頂上面に銀ロウ塗布済みの上記各伝熱プレートを準備して、これを積層する。このステップＳ１１０のプレート積層を経ると、積層された上下のプレートにおいて、上側のプレート（最上層プレート１１２または中間プレート１１６）の凸条、具体的には凸条１１４ｓと凸条１１４ｃおよび凸条１１８の頂上面は、これに対向する下側のプレート（中間プレート１１６または最下層プレート１１５）に接合する。この場合、各凸条は、塗布済みの銀ロウを介在させた状態で、プレートに接合する。
【００２９】
次いで、サイドプレート１３０とサイドプレート１４０とをプレート積層済みのプレートユニット１１０の側に図示しないプレート保持ジグにより前進させる（ステップＳ１２０）。これにより、上記の両サイドプレートは、プレート積層済みのプレートユニット１１０を取り囲んで、プレート側凸部１３２およびプレート側凸部１４２の前面をプレートユニット１１０の側面と対面させる。本実施例では、プレート側凸部１３２およびプレート側凸部１４２の前面とプレートユニット１１０の側面とが接触するまで、上記の両サイドプレートを前進させた。
【００３０】
次に、図５に示すように、両サイドプレートで上記のように取り囲んだ状態のプレートユニット１１０を、その上下面から押圧しつつ塗布済みの銀ロウが溶融する温度環境下に置く接合処理に処する（ステップＳ１３０）。この接合処理におけるプレート押圧によって、プレートユニット１１０を構成する各プレート、即ち、溝を有する最上層プレート１１２と中間プレート１１６は、それぞれの凸条にて支えられていることから、この凸条の高さが縮むよう寸法縮みを起こすので、プレートユニット１１０としてもその積層寸法の縮みを起こす。このプレートユニット１１０としての積層寸法縮みは、凸条で支えられた最上層プレート１１２と中間プレート１１６の各プレートでの凸条の高さ寸法の縮の総和となる。
【００３１】
こうして押圧に伴う積層寸法縮みが起きると、図６に示すように、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５とは、サイドプレート１３０とサイドプレート１４０が有するプレート側凸部１３２およびプレート側凸部１４２の上下端に当接して干渉する。よって、この両プレート側凸部がストッパとして機能するので、プレートユニット１１０の積層寸法の縮みは制限される。そして、こうしてプレートユニット１１０の積層寸法の縮みが制限されて押圧された状態で、プレートユニット１１０の各伝熱プレート、具体的には、最上層プレート１１２とその下方の中間プレート１１６は、最上層プレート１１２が有する凸条１１４ｃの頂上面と凸条１１４ｓの頂上面とで接合し、この頂上面に塗布済みの銀ロウの溶融およびその後の冷却工程（ステップＳ１４０）を経て接合固定される。上下に重なった中間プレート１１６同士と最下層プレート１１５とその上方の中間プレート１１６では、上側の中間プレート１１６が有する凸条１１８の頂上面で接合し、この頂上面に塗布済みの銀ロウの溶融およびその後の冷却工程（ステップＳ１４０）を経て接合固定される。
【００３２】
上記のステップＳ１３０の接合処理後の冷却工程（ステップＳ１４０）では、プレートユニット１１０を、押圧したままの状態で銀ロウが固化するまで冷却する。そして、銀ロウ冷却後には、それまでサイドプレート１３０とサイドプレート１４０を前進させていた図示しないプレート保持ジグを退避させる。これにより熱交換器１００の製造工程を終了する。
【００３３】
以上説明したように、本実施例では、熱交換器１００を製造する上で、プレートユニット１１０をサイドプレート１３０とサイドプレート１４０で取り囲み、両サイドプレートが有するプレート側凸部１３２とプレート側凸部１４２とを、プレート押圧の際のストッパとして機能させて、プレート押圧に伴うプレートユニット１１０の積層寸法の縮みを制限した。しかも、この積層縮みを制限する上記の両プレート側凸部の高さ寸法ｈを規定する際には、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５とが両プレート側凸部に干渉するまでプレートユニット１１０を押圧して接合処理（本実施例では、銀ロウ付け）を行えば、その接合固定で十分なシール性を発揮できるようにした。このため、プレートユニット１１０の押圧に際しては、そのプレート押圧を、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５とが両プレート側凸部に干渉するよう行えば足りるので、押圧力の特段の制御が不要となる。この結果、本実施例によれば、多列の流路１５０を層状に有する熱交換器１００における流路のシール性をプレート押圧下での銀ロウ付けという接合処理にて容易に確保できると共に、プレート押圧の簡便化も図ることができる。
【００３４】
また、サイドプレート１３０とサイドプレート１４０とにおいて、それぞれのプレート側凸部１３２とプレート側凸部１４２とを、プレートユニット１１０におけるプレート積層方向に沿って各サイドプレートの一端側から他端側（即ち上端側から下端側）にかけて延在するものとした。よって、図２に示すように、両サイドプレートの上下端に切欠１３１、１４１を形成するだけで、サイトプレートの上端から下端にかけて延在するプレート側凸部１３２、１４２を容易に形成できる。
【００３５】
しかも、このプレート側凸部１３２、１４２は、サイトプレートの上端から下端にかけて延在して連続していると共に、プレートユニット１１０に対してはサイドプレート１３０、１４０と同じ対面幅となることから、プレートユニット１１０を押圧する際の押圧力に確実に抗することができる。このため、プレート側凸部１３２、１４２のストッパとしての信頼性が高まるので、プレート押圧力が過大である場合のプレートユニット１１０の積層寸法の不用意な縮み高い実効性で回避できる。
【００３６】
更に、上記両サイドプレートのプレート側凸部１３２とプレート側凸部１４２は、その前面を、プレートユニット１１０の側面に接触させて対面させている。このため、プレートユニット１１０の押圧時においてその押圧力により中間プレート１１６に座屈が起きようとしても、このプレート座屈を高い実効性で抑制できる。
【００３７】
また、本実施例では、上記両サイドプレートにプレート側凸部１３２とプレート側凸部１４２を形成するに当たり、図２に示すように、その突出高さＷａを、プレート側凸部を含むサイドプレート全体の厚みＷｂの１０％以下（好ましくは３〜１０％）とした。このため、上記両プレート側凸部が既述したようにプレート押圧時のストッパとして機能する際にプレート側凸部１３２、１４２がプレート押圧力を受ける面積が狭くなるので、プレート押圧力によるプレート側凸部、延いてはこれを有するサイドプレート自体の変形を効果的に抑制できる。この結果、サイドプレート１３０とサイドプレート１４０とを含む熱交換器１００としての形状変形が起きないようにできる。
【００３８】
次に、他の実施例について説明する。図７は他の実施例の熱交換器１００Ａの概略構成を分解して説明するための説明図、図８は最上層プレート１１２を取り去った状態の熱交換器１００Ａを平面視して示す説明図である。図示するように、この熱交換器１００Ａは、プレート押圧時のストッパとして機能するプレート側凸部をプレート上端から下端にかけた複数筋の凸条とした点に特徴がある。
【００３９】
つまり、サイドプレート１３０Ａは、その上端から下端側にかけて凸の凸条１３３を二筋備える。図８に示すように、他方のサイドプレート１４０Ａも同様であり、両サイドプレートの二筋の凸条１３３と凸条１４３は向かい合うようにされている。つまり、プレートユニット１１０の最上層プレート１１２と最下層プレート１１５は、両サイドプレートの二筋の凸条１３３と凸条１４３により４カ所で係合する。そして、凸条の延在範囲において積層されることになる中間プレート１１６Ａは、凸条１３３、１４３が入り込む凹所１２０を備える。図９はサイドプレート１３０Ａと中間プレート１１６Ａの係合の様子を斜視にて示す説明図、図１０はサイドプレート１３０Ａと中間プレート１１６Ａの係合の様子を平面視と断面視にて示す説明図である。
【００４０】
中間プレート１１６Ａの凹所１２０は、その凹の幅が凸条より広くされ、凹の深さは凸条の突出高さと同じにされている。よって、サイドプレート１３０Ａとサイドプレート１４０Ａでプレートユニット１１０を取り囲んだ場合、図１０に示すように、凸条１３３の頂上面は凹所１２０の底面に当接し、凸条１３３の左右には空隙１２２が形成される。
【００４１】
上記したように、二筋の凸条１３３を有するサイドプレート１３０Ａと二筋の凸条１４３を有するサイドプレート１４０Ａにてプレートユニット１１０を既述したように取り囲み、その状態でプレートユニット１１０の押圧を行うことで、熱交換器１００が得られる。この実施例にあっても両サイドプレートが有する凸条１３３と凸条１４３は、既述したプレート側凸部１３２、１４２と同様、プレートユニット１１０の押圧時において、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５に干渉してストッパとして機能する。よって、熱交換器１００Ａにあっても、上記した効果（流路のシール性確保とプレート押圧の簡略化）を奏することができる。
【００４２】
また、サイドプレート１３０Ａ、１４０Ａは、凸条の凸条１３３、１４３をそれぞれ二筋有するに過ぎないので、サイドプレート、延いては熱交換器１００Ａの軽量化を図ることができる。
【００４３】
また、次のような利点もある。図１０に示すように、上下に重なり合う中間プレート１１６Ａにおいては、凹所１２０の形成側の凸条１１８の頂上面とプレートとの間は図中太線で示すように銀ロウ塗布箇所ＧＲとなる。この銀ロウ塗布箇所ＧＲの銀ロウは、押圧下での溶融により銀ロウ塗布箇所ＧＲから凸条１３３両側の空隙１２２にはみ出して流れ出る。こうして空隙１２２に流れ出た銀ロウは、溶融状態では空隙１２２のコーナ部に貯まるので、その後の冷却により図１０（Ａ）に黒塗りで示すように空隙コーナにフィレットを形成する。このフィレットは、図１０（Ａ）における紙面を貫く方向、即ちプレートの積層方向に繋がって連続するので、中間プレート１１６Ａの端部側の溝１１７が閉鎖された流路を流体が通過する際の漏れを抑制することができる。
【００４４】
次に、凸条を有するサイドプレートの変形例について説明する。図１１は図８相当図であり変形例のサイドプレートを用いた熱交換器１００Ａを平面視して示す説明図、図１２はまた別の変形例のサイドプレートを用いた熱交換器１００Ａを平面視して示す説明図である。図１１に示す熱交換器１００Ａのサイドプレート１３０Ａは、一筋の凸条１３３を備え、図１２ではサイドプレート１３０Ａは一筋の凸条１３３をサイドプレート１４０Ａが有する二筋の凸条１４３の間に位置させている。これら変形例では、プレートユニット１１０の最上層プレート１１２と最下層プレート１１５を、サイドプレート１３０Ａの側の一筋の凸条１３３とサイドプレート１４０Ａの側の二筋の凸条１４３の３カ所で支えられることから、プレート押圧時において上記両プレートを不用意に傾斜させたりすることがない。特に、図１２に示す変形例では、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５をバランスよく３カ所の凸条で支えることができ、好ましい。
【００４５】
なお、本発明は上記した実施例や変形例の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。例えば、プレートユニット１１０においては、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５とをその間の中間プレート１１６より幅広とし、この幅広の最上層プレート１１２と最下層プレート１１５とをプレート側凸部１３２にて支えるようにしたが、最上層プレート１１２の下方の中間プレート１１６を最上層プレート１１２と同じ幅広として、最上層プレート１１２とその下方の中間プレート１１６とをプレート側凸部１３２で支えるようにすることもできる。最下層プレート１１５とその上方の中間プレート１１６についても同様である。
【００４６】
また、プレート側凸部１３２や凸条１３３をプレートユニット１１０のプレート積層方向に延在するようにしたが、次のようにすることもできる。図１３はまた別の変形例の熱交換器１００Ｂを説明するための説明図である。図示するように、この熱交換器１００Ｂでは、サイドプレート１３０Ｂは、その上下端側に、凸条１３５をプレートユニット１１０Ｂのプレート積層方向と交差する方向に有する。上下の凸条１３５は、プレートユニット１１０Ｂの側に凸であることから、既述したプレート側凸部１３２や凸条１３３と同様に、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５をプレート押圧時に支えるストッパとして機能する。よって、この変形例にあっても既述した効果を奏することができる。この場合、上下の凸条１３５の形成に当たっては、サイドプレート上端側の凸条１３５の上端面とプレート下端側の凸条１３５の下端面との間隔が、既述したプレート側凸部１３２の高さ寸法ｈとなるようにされている。また、凸条１３５の凸幅は、プレートを押圧に抗して支えるストッパとして機能が発揮できる幅とされている。
【００４７】
更に、図７では、二筋の凸条１３３を有するサイドプレート１３０Ａについて説明したが、凸条１３３を三筋以上有するようにすることもできる。
【００４８】
また、上記した実施例ではプレートの積層方向を上下方向としたが、プレートを水平方向に積層して用いる熱交換器についても適用できる。この他、プレートの接合固定に用いるロウ材として銀ロウ以外に種々のものが使用できると共に、拡散接合手法にて重なり合うプレート、詳しくは凸条頂上面とプレートとの接合固定を行うようにすることもできる。
【００４９】
また、上記した実施例では、熱交換器としての適用例について説明したが、熱交換器以外の用途に用いられるプレート積層体とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施例の熱交換器１００の概略構成を示す斜視図である。
【図２】熱交換器１００を分解して説明するための説明図である。
【図３】熱交換器１００の製造工程を示す工程図である。
【図４】熱交換器製造工程におけるプレート積層の様子を示す説明図である。
【図５】熱交換器製造工程におけるプレート押圧の様子を示す説明図である。
【図６】熱交換器製造工程を経た熱交換器１００を端面視して示す説明図である。
【図７】他の実施例の熱交換器１００Ａの概略構成を分解して説明するための説明図である。
【図８】最上層プレート１１２を取り去った状態の熱交換器１００Ａを平面視して示す説明図である。
【図９】サイドプレート１３０Ａと中間プレート１１６Ａの係合の様子を斜視にて示す説明図である。
【図１０】サイドプレート１３０Ａと中間プレート１１６Ａの係合の様子を平面視と断面視にて示す説明図である。
【図１１】図８相当図であり変形例のサイドプレートを用いた熱交換器１００Ａを平面視して示す説明図である。
【図１２】また別の変形例のサイドプレートを用いた熱交換器１００Ａを平面視して示す説明図である。
【図１３】変形例の熱交換器１００Ｂを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００、１００Ａ、１００Ｂ…熱交換器
１１０…プレートユニット
１１０Ｂ…プレートユニット
１１２…最上層プレート
１１３…溝
１１４ｃ…凸条
１１４ｓ…凸条
１１５…最下層プレート
１１６…中間プレート
１１６Ａ…中間プレート
１１７…溝
１１８…凸条
１２０…凹所
１２２…空隙
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ…サイドプレート
１３１…切欠
１３２…プレート側凸部
１３３…凸条
１３５…凸条
１４０、１４０Ａ…サイドプレート
１４２…プレート側凸部
１４３…凸条
１５０…流路
ＧＲ…銀ロウ塗布箇所
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溝を有するプレートを複数枚積層して溝を閉鎖した流路を備えるプレート積層体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
こうしたプレート積層体は、熱交換する熱交換器として多用され、こうした熱交換器は、重なり合ったプレート（例えば上下のプレート）で閉鎖された溝を流路としてそれぞれのプレートにおいて多列の流路を形成する。熱交換器は、ある層の流路に高温流体を流し、当該ある層の上下の層の流路に低温流体を流すことで、上下の層の流路を通過する流体の熱交換を行う（例えば、特許文献１等）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６２４８９号公報
【特許文献２】特開２００７−１５８７２号公報
【０００４】
これら特許文献で提案された熱交換器はもとより、一般的な熱交換器にあっては、流路のシール性に積層済みプレート同士の接合固定が大きな影響を与える。その上、流路は多列であることから、プレート同士の接合固定は、プレート端部のみならず、プレートの中央領域においても必要とされる。その一方、複数のプレートを一枚ずつ接合固定しながら積層するのでは、生産性に欠ける。こうした理由から、熱交換器の製造に際しては、予めプレートを積層し、その積層した状態でプレートの接合固定、具体的には、接合箇所に銀ロウを付けた上でプレートを積層し、その積層方向に押圧した上で、銀ロウを溶融させたり、積層済みのプレートを押圧した上でプレート相互の接合箇所を拡散接合させるといった接合処理が取られている。
【０００５】
積層済みプレートにこうした接合処理を施す場合、重なり合うプレート同士の接合箇所のシール性を確保するため、無負荷の積層済みプレートの積層寸法が縮むよう押圧されている。ところが、この押圧力が不用意に過大となると、溝を多列に有するプレートにおいて溝間の凸条の座屈や変形を招きかねない。その一方、押圧力が不足するとシール性確保の信頼性が低下しかねない。このため、煩雑な押圧力制御が求められているのが実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、流路を層状に備える熱交換器についての上記した問題点を解決するためになされ、層状とされた各流路のシール性確保と積層済みプレート接合の際の押圧の簡便化との両立を図ることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
【０００８】
[適用１：プレート積層体の製造方法]
溝を有するプレートを複数枚積層し、重なり合うプレートと前記溝とにより形成された流路を備えるプレート積層体の製造方法であって、
複数枚の前記プレートを積層する積層工程と、
該積層された積層済みプレートの端部を複数枚のプレートに亘って積層方向に沿うように側壁を配置する配置工程と、
前記積層済みプレートを前記積層方向に押圧して、重なり合うプレートを接合する押圧接合工程とを備え、
前記側壁は、前記押圧が所定量以上進むことを抑制するストッパを備える
ことを要旨とする。
【０００９】
この場合、前記側壁を、前記積層済みプレートの端部の側の壁面に凸とされたプレート側凸部を前記ストッパとして備えるものとできる。
【００１０】
[適用２：プレート積層体]
溝を有するプレートを複数枚積層して重なり合うプレートを接合固定し、該接合したプレートの間で前記溝を閉鎖して流路を形成するプレート積層体であって、
前記プレート積層体の側面に複数枚のプレートに亘って積層方向に沿って対面する側壁を備え、
該側壁は、前記プレート積層体の側の壁面に凸のプレート側凸部を備え、該プレート側凸部を前記プレート積層体における一端側プレートと他端側プレートとに干渉するストッパとする
ことを要旨とする。
【００１１】
上記したプレート積層体では、溝を有するプレートを複数枚積層した積層済みプレートにおける重なり合ったプレートと溝とにより流路を形成するに当たり、積層済みプレートを積層方向に押圧して、重なり合うプレートを接合し、溝を閉鎖された流路とする。そして、こうしたプレートの押圧に際しては、側壁を積層済みプレートの端部に配置して、この側壁を複数枚のプレートに亘って積層済みプレート端部に積層方向に沿わせるので、側壁は積層済みプレートの端部（側面）に対面する。この側壁は、押圧が所定量以上進むことを抑制するストッパを備えるので、無負荷の積層済みプレートの積層寸法が縮むよう押圧したとしても、この積層寸法の縮みは上記したようにストッパで制限される。よって、押圧を受ける積層済みプレートは、仮に押圧力が過大であったとしても、側壁が有するストッパで制限された分の積層寸法の縮みを起こした状態で接合固定されることになる。つまりは、プレート押圧をストッパにより抑制されるまで進めれば足りることになる。この結果、接合固定による流路のシール性を確保できると共に、プレート押圧も簡便となる。
【００１２】
上記したプレート積層体を熱交換器として適用する際には、熱交換器では流路を層状に有することがあることから、多列の溝を有するプレートを積層して、前記多列の溝を形成する凸条の頂上面を対向するプレートに接合させ、この積層済みプレートを押圧して凸条頂上面をプレートに接合固定することになる。これにより、多列の溝がそれぞれ閉鎖されて流路となり、流路が層状に形成される。
【００１３】
また、側壁がストッパとして既述したプレート側凸部を備えるものとすれば、この前記プレート側凸部は、前記積層方向に沿った前記押圧に伴って前記積層済みプレートにおける一端側プレートと他端側プレートとが前記積層方向に接近する際に前記一端側プレートと前記他端側プレートに干渉する。この一端側プレートと他端側プレートは、それぞれ単一のプレートとできるほか、両端側における複数枚のプレートであってもよい。
【００１４】
このように、プレート積層体では、側壁を積層済みプレートの側面と対面させた上で、プレート側凸部はストッパとして一端側プレートと他端側プレートとに干渉する。このため、積層済みプレートを、前記多列の溝を形成する凸条の頂上面とプレートとを接合させた上でその接合固定のために積層方向に沿って押圧するに当たり、無負荷の積層済みプレートの積層寸法が縮むよう押圧したとしても、この積層寸法の縮みは上記したようにストッパとして機能するプレート側凸部で制限される。よって、押圧を受ける積層済みプレートは、仮に押圧力が過大であったとしても、側壁が有するこのプレート側凸部で制限された分の積層寸法の縮みを起こした状態で接合固定されることになる。つまりは、一端側プレートと他端側プレートとがプレート側凸部に干渉するまで押圧すれば足りることになる。この結果、接合固定による流路のシール性を確保できると共に、プレート押圧も簡便となる。
【００１５】
上記したプレート積層体は、次のような態様とすることができる。例えば、前記プレート側凸部を側壁から積層済みプレートの側に凸とするに当たり、このプレート側凸部を前記プレート積層方向に沿って前記側壁の一端側から他端側にかけて延在するようにできる。こうすれば、側壁の一端側と他端側において、側壁エッジを切り欠くだけで、側壁の一端側から他端側にかけて凸のプレート側凸部を容易に形成できる。しかも、このプレート側凸部は、側壁の一端側から他端側にかけて延在して連続していると共に、積層済みプレートに対しては側壁と同じような対面幅となることから、積層プレートの押圧力に確実に抗することができ、ストッパとしての信頼性が高まる。つまりは、押圧力が過大である場合の積層済みプレートの積層寸法の不用意な縮み回避の実効性が高まる。
【００１６】
また、このプレート側凸部を、前記側壁の一端側から他端側にかけて形成された複数筋の凸条とすることもできる。それぞれの凸条は側壁の一端側から他端側にかけて連続していることから、この態様では複数筋の凸条で積層プレートの押圧力に抗することができる。また、複数筋の凸条とした分、側壁の軽量化が可能である。
【００１７】
このように複数筋の凸条を形成する場合、前記積層済みプレートを取り囲んで対向する前記側壁の一方の前記側壁は、前記プレート側凸部としての前記凸条を二筋備え、前記対向する他方の前記側壁は、前記プレート側凸部としての前記凸条を一筋備えるようにすることもできる。こうすれば、一端側プレートと他端側プレートは、一方の側壁における二筋の凸条と他方の側壁における一筋の凸条の３カ所で支えられることから、押圧時において両端側プレートを不用意に傾斜させたりすることがない。特に、前記他方の前記側壁の前記一筋の前記凸条を、前記一方の前記側壁が有する前記二筋の前記凸条の間に位置するようにすれば、一端側プレートと他端側プレートをバランスよく３カ所の凸条で支えることができ、好ましい。
【００１８】
また、このように複数筋の凸条を形成する場合、前記一端側プレートと前記他端側プレートとで挟まれた複数のプレートを、前記プレート側凸部として形成された前記凸条が入り込む凹所をプレートの積層方向に沿って備えるものとする。そして、重なり合うプレートの接合固定にロウ材を用いるようにすれば、用いられたロウ材は、プレートの接合箇所からはみ出して空隙に達してフィレットを形成し、このフィレットは、プレートの積層方向に沿って連続するようになる。このため、プレート端部側の溝が閉鎖されて形成された流路において、流体が通過する際の流体の漏れを抑制できる。
【００１９】
また、前記プレート側凸部を前記積層済みプレートの側に凸とするに当たり、その凸の程度を、前記プレート側凸部を含む前記側壁としての厚みの１０％以下の突出高さとすれば、積層済みプレートをその積層方向に沿って押圧する際の押圧力がプレート側凸部を経て側壁に作用する面積を小さくできるので、この押圧力による側壁自体の変形を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の実施例としての熱交換器１００の概略構成を示す斜視図、図２はこの熱交換器１００を分解して説明するための説明図である。
【００２１】
図示するように、熱交換器１００は、プレートユニット１１０の両側にサイドプレート１３０、１４０を備える。プレートユニット１１０は、プレートの積層体であり、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５との間に、中間プレート１１６を複数枚積層して備える。そして、この熱交換器１００は、プレートユニット１１０において重なり合った上下のプレートの間に流路１５０を多列に形成し、この多列の流路１５０を層状に有する。
【００２２】
図２に示すように、最上層プレート１１２は、多列の溝１１３を備え、これら溝を形成するため、両サイドには凸条１１４ｓを、溝間には凸条１１４ｃを備える。中間プレート１１６のそれぞれは、多列の溝１１７を備え、これら溝を形成するため、両サイドと溝間にほぼ同じ形状の凸条１１８を備える。この場合、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５は、中間プレート１１６より幅広とされており、その分、最上層プレート１１２の両サイドの凸条１１４ｓは溝間の凸条１１４ｃより凸幅が広くなっている。そして、最下層プレート１１５とその上の中間プレート１１６の上下のプレートで、上下の中間プレート１１６同士で、最上層プレート１１２とその下の中間プレート１１６の上下のプレートで、中間プレート１１６が有する溝１１７と最上層プレート１１２が有する溝１１３を閉鎖して既述した流路１５０とする。こうした流路形成に際しては、それぞれのプレートにおける上記の凸条の頂上面は、対向するプレートに後述するように接合固定される。
【００２３】
このプレートユニット１１０の一方のサイドプレート１３０は、他方側のサイドプレート１４０と共に、プレートユニット１１０をプレート積層方向に沿って取り囲み、このプレートユニット１１０の側面と対面する。サイドプレート１３０とサイドプレート１４０は、左右の違いはあるものの同一の構成であるので、以下、サイドプレート１３０について説明する。
【００２４】
サイドプレート１３０は、プレートユニット１１０の側の上下端に切欠１３１を備え、プレートユニット１１０の側の壁面を、凸のプレート側凸部１３２としている。このプレート側凸部１３２は、図２に示すように、プレートユニット１１０のプレート積層方向に沿ってサイドプレート１３０の上端側から下端側にかけて切欠１３１により形成されている。そして、このプレート側凸部１３２は、その上下の切欠１３１に最上層プレート１１２の凸条１１４ｓと最下層プレート１１５が係合することで、プレートユニット１１０における最上層プレート１１２と最下層プレート１１５とに干渉するストッパとして機能している。
【００２５】
本実施例では、図２に示すように、プレート側凸部１３２の突出高さＷａを、このプレート側凸部１３２を含むサイドプレート１３０全体の厚みＷｂの１０％以下、好ましくは３〜１０％とした。また、プレート側凸部１３２の高さ寸法ｈは、最上層プレート１１２と所定枚数の中間プレート１１６と最下層プレート１１５とを積層しただけで無負荷の状態のプレートユニット１１０における中間プレート１１６の積層高さ寸法より、小さくされている。しかも、このプレート側凸部１３２の高さ寸法ｈは、これらプレートを後述するように押圧しつつ接合固定する場合にその接合固定の機能（シール機能）が十分発揮できるまでプレート押圧を実施する際のプレートの積層寸法の縮みを考慮して、定められている。換言すれば、上記したようにプレート側凸部１３２が最上層プレート１１２と最下層プレート１１５とに干渉してストッパとして機能するまでプレート押圧を行えば、その押圧の間に実施される接合処理手法（本実施例では、銀ロウ付け）で得られた接合固定で十分なシール性を発揮できることになる。
【００２６】
上記した熱交換器１００は、多列の流路１５０が層状に上下に重なったその上下の層の一方の層の多列の流路１５０に高温流体を流し、他方の層の多列の流路１５０に低温流体を流すことで、上下の層の流路を通過する流体の熱交換を行う。つまり、溝１１３を有する最上層プレート１１２や、溝１１７を有する中間プレート１１６を、熱交換の伝熱プレートとする。本実施例では、伝熱性および耐久性を考慮して、上記の各伝熱プレートを金属製プレート、詳しくはステンレス製のプレートとした。
【００２７】
次に、上記した熱交換器１００の製造工程について説明する。図３は熱交換器１００の製造工程を示す工程図、図４は熱交換器製造工程におけるプレート積層の様子を示す説明図、図５は熱交換器製造工程におけるプレート押圧の様子を示す説明図、図６は熱交換器製造工程を経た熱交換器１００を端面視して示す説明図である。
【００２８】
図３に示すように、まず、伝熱プレートを準備する（ステップＳ１００）。具体的には、溝１１３を有する最上層プレート１１２と、溝１１７を有する所定枚数の中間プレート１１６と、最下層プレート１１５とを準備する。次に、準備した上記の各伝熱プレートを、図４に示すように、離間するよう退避位置にあるサイドプレート１３０とサイドプレート１４０との間において、最下層プレート１１５、中間プレート１１６および最上層プレート１１２の順に順次積層する（ステップＳ１１０）。このプレート積層に際しては、上下のプレートにおいて接合し合う箇所、具体的には、最上層プレート１１２における凸条１１４ｓと凸条１１４ｃの頂上面、中間プレート１１６における凸条１１８の頂上面に銀ロウが予め塗布される。或いは、ステップＳ１００において、凸条頂上面に銀ロウ塗布済みの上記各伝熱プレートを準備して、これを積層する。このステップＳ１１０のプレート積層を経ると、積層された上下のプレートにおいて、上側のプレート（最上層プレート１１２または中間プレート１１６）の凸条、具体的には凸条１１４ｓと凸条１１４ｃおよび凸条１１８の頂上面は、これに対向する下側のプレート（中間プレート１１６または最下層プレート１１５）に接合する。この場合、各凸条は、塗布済みの銀ロウを介在させた状態で、プレートに接合する。
【００２９】
次いで、サイドプレート１３０とサイドプレート１４０とをプレート積層済みのプレートユニット１１０の側に図示しないプレート保持ジグにより前進させる（ステップＳ１２０）。これにより、上記の両サイドプレートは、プレート積層済みのプレートユニット１１０を取り囲んで、プレート側凸部１３２およびプレート側凸部１４２の前面をプレートユニット１１０の側面と対面させる。本実施例では、プレート側凸部１３２およびプレート側凸部１４２の前面とプレートユニット１１０の側面とが接触するまで、上記の両サイドプレートを前進させた。
【００３０】
次に、図５に示すように、両サイドプレートで上記のように取り囲んだ状態のプレートユニット１１０を、その上下面から押圧しつつ塗布済みの銀ロウが溶融する温度環境下に置く接合処理に処する（ステップＳ１３０）。この接合処理におけるプレート押圧によって、プレートユニット１１０を構成する各プレート、即ち、溝を有する最上層プレート１１２と中間プレート１１６は、それぞれの凸条にて支えられていることから、この凸条の高さが縮むよう寸法縮みを起こすので、プレートユニット１１０としてもその積層寸法の縮みを起こす。このプレートユニット１１０としての積層寸法縮みは、凸条で支えられた最上層プレート１１２と中間プレート１１６の各プレートでの凸条の高さ寸法の縮の総和となる。
【００３１】
こうして押圧に伴う積層寸法縮みが起きると、図６に示すように、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５とは、サイドプレート１３０とサイドプレート１４０が有するプレート側凸部１３２およびプレート側凸部１４２の上下端に当接して干渉する。よって、この両プレート側凸部がストッパとして機能するので、プレートユニット１１０の積層寸法の縮みは制限される。そして、こうしてプレートユニット１１０の積層寸法の縮みが制限されて押圧された状態で、プレートユニット１１０の各伝熱プレート、具体的には、最上層プレート１１２とその下方の中間プレート１１６は、最上層プレート１１２が有する凸条１１４ｃの頂上面と凸条１１４ｓの頂上面とで接合し、この頂上面に塗布済みの銀ロウの溶融およびその後の冷却工程（ステップＳ１４０）を経て接合固定される。上下に重なった中間プレート１１６同士と最下層プレート１１５とその上方の中間プレート１１６では、上側の中間プレート１１６が有する凸条１１８の頂上面で接合し、この頂上面に塗布済みの銀ロウの溶融およびその後の冷却工程（ステップＳ１４０）を経て接合固定される。
【００３２】
上記のステップＳ１３０の接合処理後の冷却工程（ステップＳ１４０）では、プレートユニット１１０を、押圧したままの状態で銀ロウが固化するまで冷却する。そして、銀ロウ冷却後には、それまでサイドプレート１３０とサイドプレート１４０を前進させていた図示しないプレート保持ジグを退避させる。これにより熱交換器１００の製造工程を終了する。
【００３３】
以上説明したように、本実施例では、熱交換器１００を製造する上で、プレートユニット１１０をサイドプレート１３０とサイドプレート１４０で取り囲み、両サイドプレートが有するプレート側凸部１３２とプレート側凸部１４２とを、プレート押圧の際のストッパとして機能させて、プレート押圧に伴うプレートユニット１１０の積層寸法の縮みを制限した。しかも、この積層縮みを制限する上記の両プレート側凸部の高さ寸法ｈを規定する際には、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５とが両プレート側凸部に干渉するまでプレートユニット１１０を押圧して接合処理（本実施例では、銀ロウ付け）を行えば、その接合固定で十分なシール性を発揮できるようにした。このため、プレートユニット１１０の押圧に際しては、そのプレート押圧を、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５とが両プレート側凸部に干渉するよう行えば足りるので、押圧力の特段の制御が不要となる。この結果、本実施例によれば、多列の流路１５０を層状に有する熱交換器１００における流路のシール性をプレート押圧下での銀ロウ付けという接合処理にて容易に確保できると共に、プレート押圧の簡便化も図ることができる。
【００３４】
また、サイドプレート１３０とサイドプレート１４０とにおいて、それぞれのプレート側凸部１３２とプレート側凸部１４２とを、プレートユニット１１０におけるプレート積層方向に沿って各サイドプレートの一端側から他端側（即ち上端側から下端側）にかけて延在するものとした。よって、図２に示すように、両サイドプレートの上下端に切欠１３１、１４１を形成するだけで、サイトプレートの上端から下端にかけて延在するプレート側凸部１３２、１４２を容易に形成できる。
【００３５】
しかも、このプレート側凸部１３２、１４２は、サイトプレートの上端から下端にかけて延在して連続していると共に、プレートユニット１１０に対してはサイドプレート１３０、１４０と同じ対面幅となることから、プレートユニット１１０を押圧する際の押圧力に確実に抗することができる。このため、プレート側凸部１３２、１４２のストッパとしての信頼性が高まるので、プレート押圧力が過大である場合のプレートユニット１１０の積層寸法の不用意な縮み高い実効性で回避できる。
【００３６】
更に、上記両サイドプレートのプレート側凸部１３２とプレート側凸部１４２は、その前面を、プレートユニット１１０の側面に接触させて対面させている。このため、プレートユニット１１０の押圧時においてその押圧力により中間プレート１１６に座屈が起きようとしても、このプレート座屈を高い実効性で抑制できる。
【００３７】
また、本実施例では、上記両サイドプレートにプレート側凸部１３２とプレート側凸部１４２を形成するに当たり、図２に示すように、その突出高さＷａを、プレート側凸部を含むサイドプレート全体の厚みＷｂの１０％以下（好ましくは３〜１０％）とした。このため、上記両プレート側凸部が既述したようにプレート押圧時のストッパとして機能する際にプレート側凸部１３２、１４２がプレート押圧力を受ける面積が狭くなるので、プレート押圧力によるプレート側凸部、延いてはこれを有するサイドプレート自体の変形を効果的に抑制できる。この結果、サイドプレート１３０とサイドプレート１４０とを含む熱交換器１００としての形状変形が起きないようにできる。
【００３８】
次に、他の実施例について説明する。図７は他の実施例の熱交換器１００Ａの概略構成を分解して説明するための説明図、図８は最上層プレート１１２を取り去った状態の熱交換器１００Ａを平面視して示す説明図である。図示するように、この熱交換器１００Ａは、プレート押圧時のストッパとして機能するプレート側凸部をプレート上端から下端にかけた複数筋の凸条とした点に特徴がある。
【００３９】
つまり、サイドプレート１３０Ａは、その上端から下端側にかけて凸の凸条１３３を二筋備える。図８に示すように、他方のサイドプレート１４０Ａも同様であり、両サイドプレートの二筋の凸条１３３と凸条１４３は向かい合うようにされている。つまり、プレートユニット１１０の最上層プレート１１２と最下層プレート１１５は、両サイドプレートの二筋の凸条１３３と凸条１４３により４カ所で係合する。そして、凸条の延在範囲において積層されることになる中間プレート１１６Ａは、凸条１３３、１４３が入り込む凹所１２０を備える。図９はサイドプレート１３０Ａと中間プレート１１６Ａの係合の様子を斜視にて示す説明図、図１０はサイドプレート１３０Ａと中間プレート１１６Ａの係合の様子を平面視と断面視にて示す説明図である。
【００４０】
中間プレート１１６Ａの凹所１２０は、その凹の幅が凸条より広くされ、凹の深さは凸条の突出高さと同じにされている。よって、サイドプレート１３０Ａとサイドプレート１４０Ａでプレートユニット１１０を取り囲んだ場合、図１０に示すように、凸条１３３の頂上面は凹所１２０の底面に当接し、凸条１３３の左右には空隙１２２が形成される。
【００４１】
上記したように、二筋の凸条１３３を有するサイドプレート１３０Ａと二筋の凸条１４３を有するサイドプレート１４０Ａにてプレートユニット１１０を既述したように取り囲み、その状態でプレートユニット１１０の押圧を行うことで、熱交換器１００が得られる。この実施例にあっても両サイドプレートが有する凸条１３３と凸条１４３は、既述したプレート側凸部１３２、１４２と同様、プレートユニット１１０の押圧時において、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５に干渉してストッパとして機能する。よって、熱交換器１００Ａにあっても、上記した効果（流路のシール性確保とプレート押圧の簡略化）を奏することができる。
【００４２】
また、サイドプレート１３０Ａ、１４０Ａは、凸条の凸条１３３、１４３をそれぞれ二筋有するに過ぎないので、サイドプレート、延いては熱交換器１００Ａの軽量化を図ることができる。
【００４３】
また、次のような利点もある。図１０に示すように、上下に重なり合う中間プレート１１６Ａにおいては、凹所１２０の形成側の凸条１１８の頂上面とプレートとの間は図中太線で示すように銀ロウ塗布箇所ＧＲとなる。この銀ロウ塗布箇所ＧＲの銀ロウは、押圧下での溶融により銀ロウ塗布箇所ＧＲから凸条１３３両側の空隙１２２にはみ出して流れ出る。こうして空隙１２２に流れ出た銀ロウは、溶融状態では空隙１２２のコーナ部に貯まるので、その後の冷却により図１０（Ａ）に黒塗りで示すように空隙コーナにフィレットを形成する。このフィレットは、図１０（Ａ）における紙面を貫く方向、即ちプレートの積層方向に繋がって連続するので、中間プレート１１６Ａの端部側の溝１１７が閉鎖された流路を流体が通過する際の漏れを抑制することができる。
【００４４】
次に、凸条を有するサイドプレートの変形例について説明する。図１１は図８相当図であり変形例のサイドプレートを用いた熱交換器１００Ａを平面視して示す説明図、図１２はまた別の変形例のサイドプレートを用いた熱交換器１００Ａを平面視して示す説明図である。図１１に示す熱交換器１００Ａのサイドプレート１３０Ａは、一筋の凸条１３３を備え、図１２ではサイドプレート１３０Ａは一筋の凸条１３３をサイドプレート１４０Ａが有する二筋の凸条１４３の間に位置させている。これら変形例では、プレートユニット１１０の最上層プレート１１２と最下層プレート１１５を、サイドプレート１３０Ａの側の一筋の凸条１３３とサイドプレート１４０Ａの側の二筋の凸条１４３の３カ所で支えられることから、プレート押圧時において上記両プレートを不用意に傾斜させたりすることがない。特に、図１２に示す変形例では、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５をバランスよく３カ所の凸条で支えることができ、好ましい。
【００４５】
なお、本発明は上記した実施例や変形例の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。例えば、プレートユニット１１０においては、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５とをその間の中間プレート１１６より幅広とし、この幅広の最上層プレート１１２と最下層プレート１１５とをプレート側凸部１３２にて支えるようにしたが、最上層プレート１１２の下方の中間プレート１１６を最上層プレート１１２と同じ幅広として、最上層プレート１１２とその下方の中間プレート１１６とをプレート側凸部１３２で支えるようにすることもできる。最下層プレート１１５とその上方の中間プレート１１６についても同様である。
【００４６】
また、プレート側凸部１３２や凸条１３３をプレートユニット１１０のプレート積層方向に延在するようにしたが、次のようにすることもできる。図１３はまた別の変形例の熱交換器１００Ｂを説明するための説明図である。図示するように、この熱交換器１００Ｂでは、サイドプレート１３０Ｂは、その上下端側に、凸条１３５をプレートユニット１１０Ｂのプレート積層方向と交差する方向に有する。上下の凸条１３５は、プレートユニット１１０Ｂの側に凸であることから、既述したプレート側凸部１３２や凸条１３３と同様に、最上層プレート１１２と最下層プレート１１５をプレート押圧時に支えるストッパとして機能する。よって、この変形例にあっても既述した効果を奏することができる。この場合、上下の凸条１３５の形成に当たっては、サイドプレート上端側の凸条１３５の上端面とプレート下端側の凸条１３５の下端面との間隔が、既述したプレート側凸部１３２の高さ寸法ｈとなるようにされている。また、凸条１３５の凸幅は、プレートを押圧に抗して支えるストッパとして機能が発揮できる幅とされている。
【００４７】
更に、図７では、二筋の凸条１３３を有するサイドプレート１３０Ａについて説明したが、凸条１３３を三筋以上有するようにすることもできる。
【００４８】
また、上記した実施例ではプレートの積層方向を上下方向としたが、プレートを水平方向に積層して用いる熱交換器についても適用できる。この他、プレートの接合固定に用いるロウ材として銀ロウ以外に種々のものが使用できると共に、拡散接合手法にて重なり合うプレート、詳しくは凸条頂上面とプレートとの接合固定を行うようにすることもできる。
【００４９】
また、上記した実施例では、熱交換器としての適用例について説明したが、熱交換器以外の用途に用いられるプレート積層体とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施例の熱交換器１００の概略構成を示す斜視図である。
【図２】熱交換器１００を分解して説明するための説明図である。
【図３】熱交換器１００の製造工程を示す工程図である。
【図４】熱交換器製造工程におけるプレート積層の様子を示す説明図である。
【図５】熱交換器製造工程におけるプレート押圧の様子を示す説明図である。
【図６】熱交換器製造工程を経た熱交換器１００を端面視して示す説明図である。
【図７】他の実施例の熱交換器１００Ａの概略構成を分解して説明するための説明図である。
【図８】最上層プレート１１２を取り去った状態の熱交換器１００Ａを平面視して示す説明図である。
【図９】サイドプレート１３０Ａと中間プレート１１６Ａの係合の様子を斜視にて示す説明図である。
【図１０】サイドプレート１３０Ａと中間プレート１１６Ａの係合の様子を平面視と断面視にて示す説明図である。
【図１１】図８相当図であり変形例のサイドプレートを用いた熱交換器１００Ａを平面視して示す説明図である。
【図１２】また別の変形例のサイドプレートを用いた熱交換器１００Ａを平面視して示す説明図である。
【図１３】変形例の熱交換器１００Ｂを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００、１００Ａ、１００Ｂ…熱交換器
１１０…プレートユニット
１１０Ｂ…プレートユニット
１１２…最上層プレート
１１３…溝
１１４ｃ…凸条
１１４ｓ…凸条
１１５…最下層プレート
１１６…中間プレート
１１６Ａ…中間プレート
１１７…溝
１１８…凸条
１２０…凹所
１２２…空隙
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ…サイドプレート
１３１…切欠
１３２…プレート側凸部
１３３…凸条
１３５…凸条
１４０、１４０Ａ…サイドプレート
１４２…プレート側凸部
１４３…凸条
１５０…流路
ＧＲ…銀ロウ塗布箇所
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝を有するプレートを複数枚積層し、重なり合うプレートと前記溝とにより形成された流路を備えるプレート積層体の製造方法であって、
複数枚の前記プレートを積層する積層工程と、
該積層された積層済みプレートの端部を複数枚のプレートに亘って積層方向に沿うように側壁を配置する配置工程と、
前記積層済みプレートを前記積層方向に押圧して、重なり合うプレートを接合する押圧接合工程とを備え、
前記側壁は、前記押圧が所定量以上進むことを抑制するストッパを備える
ことを特徴とするプレート積層体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプレート積層体の製造方法であって、
前記側壁は、前記積層済みプレートの端部の側の壁面に凸とされたプレート側凸部を前記ストッパとして備え、前記プレート側凸部を、前記積層方向に沿った前記押圧に伴って前記積層済みプレートにおける一端側プレートと他端側プレートとが前記積層方向に接近する際に前記一端側プレートと前記他端側プレートに干渉させる
プレート積層体の製造方法。
【請求項３】
溝を有するプレートを複数枚積層して重なり合うプレートを接合固定し、該接合したプレートの間で前記溝を閉鎖して流路を形成するプレート積層体であって、
前記プレート積層体の側面に複数枚のプレートに亘って積層方向に沿って対面する側壁を備え、
該側壁は、前記プレート積層体の側の壁面に凸のプレート側凸部を備え、該プレート側凸部を前記プレート積層体における一端側プレートと他端側プレートとに干渉するストッパとする
プレート積層体。
【請求項４】
前記プレート側凸部は、前記プレート積層方向に沿って前記側壁の一端側から他端側にかけて延在するよう形成されている請求項３に記載のプレート積層体。
【請求項５】
前記プレート側凸部は、前記側壁の一端側から他端側にかけて形成された複数筋の凸条とされている請求項４に記載のプレート積層体。
【請求項６】
請求項５に記載のプレート積層体であって、
前記積層済みプレートを取り囲んで対向する前記側壁の一方の前記側壁は、前記プレート側凸部としての前記凸条を二筋備え、前記対向する他方の前記側壁は、前記プレート側凸部としての前記凸条を一筋備える
プレート積層体。
【請求項７】
請求項６に記載のプレート積層体であって、
前記他方の前記側壁は、前記一筋の前記凸条を、前記一方の前記側壁が有する前記二筋の前記凸条の間に位置するようにして備える
プレート積層体。
【請求項８】
請求項５ないし請求項７いずれかに記載のプレート積層体であって、
前記一端側プレートと前記他端側プレートとで挟まれた複数のプレートは、前記プレート側凸部として形成された前記凸条が入り込む凹所をプレートの積層方向に沿って備え、該凹所と前記凸条との空隙において、重なり合うプレートの接合固定に用いられたロウ材がプレートの接合箇所からはみ出したフィレットを、前記積層方向に沿って連続するように形成する
プレート積層体。
【請求項９】
請求項３ないし請求項８いずれかに記載のプレート積層体であって、
前記プレート側凸部は、前記プレート側凸部を含む前記側壁としての厚みの１０％以下の突出高さで前記積層済みプレートの側へ凸とされている
プレート積層体。
【請求項１】
溝を有するプレートを複数枚積層し、重なり合うプレートと前記溝とにより形成された流路を備えるプレート積層体の製造方法であって、
複数枚の前記プレートを積層する積層工程と、
該積層された積層済みプレートの端部を複数枚のプレートに亘って積層方向に沿うように側壁を配置する配置工程と、
前記積層済みプレートを前記積層方向に押圧して、重なり合うプレートを接合する押圧接合工程とを備え、
前記側壁は、前記押圧が所定量以上進むことを抑制するストッパを備える
ことを特徴とするプレート積層体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプレート積層体の製造方法であって、
前記側壁は、前記積層済みプレートの端部の側の壁面に凸とされたプレート側凸部を前記ストッパとして備え、前記プレート側凸部を、前記積層方向に沿った前記押圧に伴って前記積層済みプレートにおける一端側プレートと他端側プレートとが前記積層方向に接近する際に前記一端側プレートと前記他端側プレートに干渉させる
プレート積層体の製造方法。
【請求項３】
溝を有するプレートを複数枚積層して重なり合うプレートを接合固定し、該接合したプレートの間で前記溝を閉鎖して流路を形成するプレート積層体であって、
前記プレート積層体の側面に複数枚のプレートに亘って積層方向に沿って対面する側壁を備え、
該側壁は、前記プレート積層体の側の壁面に凸のプレート側凸部を備え、該プレート側凸部を前記プレート積層体における一端側プレートと他端側プレートとに干渉するストッパとする
プレート積層体。
【請求項４】
前記プレート側凸部は、前記プレート積層方向に沿って前記側壁の一端側から他端側にかけて延在するよう形成されている請求項３に記載のプレート積層体。
【請求項５】
前記プレート側凸部は、前記側壁の一端側から他端側にかけて形成された複数筋の凸条とされている請求項４に記載のプレート積層体。
【請求項６】
請求項５に記載のプレート積層体であって、
前記積層済みプレートを取り囲んで対向する前記側壁の一方の前記側壁は、前記プレート側凸部としての前記凸条を二筋備え、前記対向する他方の前記側壁は、前記プレート側凸部としての前記凸条を一筋備える
プレート積層体。
【請求項７】
請求項６に記載のプレート積層体であって、
前記他方の前記側壁は、前記一筋の前記凸条を、前記一方の前記側壁が有する前記二筋の前記凸条の間に位置するようにして備える
プレート積層体。
【請求項８】
請求項５ないし請求項７いずれかに記載のプレート積層体であって、
前記一端側プレートと前記他端側プレートとで挟まれた複数のプレートは、前記プレート側凸部として形成された前記凸条が入り込む凹所をプレートの積層方向に沿って備え、該凹所と前記凸条との空隙において、重なり合うプレートの接合固定に用いられたロウ材がプレートの接合箇所からはみ出したフィレットを、前記積層方向に沿って連続するように形成する
プレート積層体。
【請求項９】
請求項３ないし請求項８いずれかに記載のプレート積層体であって、
前記プレート側凸部は、前記プレート側凸部を含む前記側壁としての厚みの１０％以下の突出高さで前記積層済みプレートの側へ凸とされている
プレート積層体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−３０８９０（Ｐ２００９−３０８９０Ａ）
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９５８８０（Ｐ２００７−１９５８８０）
【出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（５９１１６０５１２）金属技研株式会社 (14)
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（５９１１６０５１２）金属技研株式会社 (14)
[ Back to top ]