JP2009030872A - 積層型流路要素の製造方法及び積層型流路要素 - Google Patents

Abstract

【課題】積層された複数の流路形成部材の積層方向との直交方向を向く端面に被接合部材を効率良く接合することができる積層型流路要素の製造方法、及び積層型流路要素を得る。
【解決手段】熱交換装置１０の製造方法は、積層された第１伝熱プレート２４と第２伝熱プレート２８のうち積層方向に隣り合う部材間を接合して形成されたプレート積層型熱交換器１２の製造方法であって、プレート積層型熱交換器１２に付加した荷重を該プレート積層型熱交換器１２の積層方向及び積層方向との直交方向にそれぞれ作用させることで、積層方向に隣り合う第１伝熱プレート２４と第２伝熱プレート２８とを接合すると共に、該プレート積層型熱交換器１２の積層方向との直交方向を向く端面である第１流体入口１２Ａ〜第２流体出口１２Ｄを第１流体入口ヘッダ１４〜第２流体出口ヘッダ２０に接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の流路形成部材を積層して成る積層型流路要素の製造方法、及び積層型流路要素に関する。

複数の伝熱プレートを層間に隙間が形成されるように積層してプレート式熱交換器を構成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２６２４８９号公報

しかしながら、上記の如き従来の技術では、直交流方熱交換器を成す上記プレート式熱交換器の各流路に対し流体を導入、排出するためのマニホルドの取り付け構造について考慮されていなかった。

本発明は、上記事実を考慮して、積層された複数の流路形成部材の積層方向との直交方向を向く端面に被接合部材を効率良く接合することができる積層型流路要素の製造方法、及び積層型流路要素を得ることが目的である。

請求項１記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、積層された複数の流路形成部材における積層方向に隣り合う前記流路形成部材間をそれぞれ接合して一体化された積層型流路要素の製造方法であって、積層された前記複数の流路形成部材に付与した荷重を、該積層された複数の流路形成部材によって積層方向及び該積層方向との直交方向に作用させることで、前記積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を被接合部材に接合する。

請求項１記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された流路形成部材に荷重を作用させると、この荷重は、該積層された流路形成部材によって、積層方向及び該積層方向との直交方向に作用される。これら積層方向及び該積層方向との直交方向に作用する荷重を接合荷重として、複数の流路形成部材が積層方向に接合されると共に、複数の接合部材における積層方途の直交方向を向く端面が被接合部材に接合される。

このように、請求項１記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された複数の流路形成部材の積層方向との直交方向を向く端面に被接合部材を効率良く接合することができる。

請求項２記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項１記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層方向における前記複数の流路形成部材の接合、及び積層方向との直交方向における前記流路形成部材と前記被接合部材の接合の少なくとも一方は、ロウ材によるロウ付けである。

請求項２記載の積層型流路要素の製造方法では、積層方向における複数の流路形成部材の接合、及び積層方向との直交方向における積層された流路形成部材と被接合部材の接合の少なくとも一方がロウ付けであるため、積層された流路形成部材に付与する荷重を軽減することができる。すなわち、比較的小さい荷重を付与しつつ接合部の接合安定性を確保することができる。

請求項３記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項１又は請求項２記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層方向における前記複数の流路形成部材の接合、及び積層方向との直交方向における前記流路形成部材と前記被接合部材の接合の少なくとも一方は、拡散接合である。

請求項３記載の積層型流路要素の製造方法では、積層方向における複数の流路形成部材の接合、及び積層方向との直交方向における積層された流路形成部材と被接合部材の接合の少なくとも一方が拡散接合であるため、比較的大きな荷重を付与して接合部の接合安定性を確保することができる。

請求項４記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項１〜請求項３の何れか１項記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層された複数の流路形成部材に積層方向に荷重を付加して該積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該荷重付与に伴い前記積層された複数の流路形成部材が積層方向との直交方向に変形しようとする力を利用して、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を前記被接合部材に接合する。

請求項４記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された流路形成部材に対し積層方向に荷重を付与する。この荷重により、積層された流路形成部材は、積層方向との交差方向に位置ずれ等することなく該積層方向に接合される。この際、積層された流路形成部材は、積層方向に圧縮されながら、該積層方向との直交方向に変形（膨張）しようとする。この膨張しようとする力を積層された流路形成部材と被接合部材との間に作用させることで、この荷重により積層された流路形成部材と被接合部材とが接合される。これにより、積層された流路形成部材に作用させた荷重を、縦ひずみと横ひずみとの変換により積層方向及びその直交方向に効率的に作用させることができ、接合安定性が確保される。

請求項５記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項４記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束して、該積層された複数の流路形成部材に積層方向に荷重を付加することで、該積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を前記被接合部材に接合する。

請求項５記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された流路形成部材の積層方向との直交方向の端面を接合後の寸法で拘束する。この拘束状態から、積層された流路形成部材に対し積層方向に荷重を付与すると、積層された流路形成部材が積層方向との直交方向に変形（膨張）しようとする力が、積層された流路形成部材と被接合部材との間で積層方向との直交方向に作用し、該積層された流路形成部材と被接合部材とが効率的に接合される。

請求項６記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項５記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束する拘束条件として、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向の位置規制を行うと共に、前記積層方向の荷重付与前の拘束力を０とした。

請求項６記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された流路形成部材の積層方向に直交する方向を向く端面を位置拘束する際の拘束力が、積層方向の荷重を付与する前に０であるため、該積層された流路形成部材の積層方向への荷重付与による積層方向の変形、変位が担保される。これにより、積層方向の接合安定性を確保しつつ積層された流路形成部材と被接合部材とを効率的に接合することができる。特に、本方法は、積層方向の流路形成部材間の接合をロウ付けにて行う場合に有効である。

請求項７記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項５記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束する拘束条件として、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向の端面に、前記積層方向に付与される荷重の８０％以下の荷重を付与する。

請求項７記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された流路形成部材の積層方向に直交する方向を向く端面を位置拘束する際の拘束力が、積層方向の荷重の８０％を上限として付与されている。これにより、積層された流路形成部材と被接合部材との間に作用する荷重を補助することができ、該積層された流路形成部材と被接合部材とを確実に接合することができる。例えば、積層された流路形成部材と被接合部材とを拡散接合等の十分な初期加圧が要求される方法で接合する場合に有効である。一方、上記の拘束力によって、積層された流路形成部材の積層方向の変位、変形を規制する方向の力が作用するが、この初期拘束力の上限を積層方向荷重の８０％としているため、複数の流路形成部材を積層方向に接合する際の接合安定性が確保される。

請求項８記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項５記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束する拘束条件として、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向の端面に、前記積層方向に付与される荷重の５０％以下の荷重を付与する。

請求項８記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された流路形成部材の積層方向に直交する方向を向く端面を位置拘束する際の拘束力が、積層方向の荷重の５０％を上限として付与されている。これにより、積層された流路形成部材と被接合部材との間に作用する荷重を補助することができ、該積層された流路形成部材と被接合部材とを確実に接合することができる。一方、上記の拘束力によって、積層された流路形成部材の積層方向の変位、変形を規制する方向の力が作用するが、この初期拘束力の上限を積層方向荷重の５０％としているため、複数の流路形成部材を積層方向に接合する際の接合安定性が良好に確保される。

請求項９記載の発明に係る積層型流路要素の製造方法は、請求項５記載の積層型流路要素の製造方法において、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束する拘束条件として、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向の端面に、前記積層方向に付与される荷重の１０％以下の荷重を付与する。

請求項９記載の積層型流路要素の製造方法では、積層された流路形成部材の積層方向に直交する方向を向く端面を位置拘束する際の拘束力が、積層方向の荷重の１０％を上限として付与されている。これにより、積層された流路形成部材と被接合部材との間に作用する荷重を補助することができ、該積層された流路形成部材と被接合部材とを確実に接合することができる。一方、上記の拘束力によって、積層された流路形成部材の積層方向の変位、変形を規制する方向の力が作用するが、この初期拘束力の上限を積層方向荷重の１０％としているため、複数の流路形成部材を積層方向に接合する際の接合安定性が一層良好に確保される。

請求項１０記載の発明に係る積層型流路要素は、積層された複数の流路形成部材における積層方向に隣り合う前記流路形成部材間をそれぞれ接合して一体化された積層型流路要素であって、積層された前記複数の流路形成部材に付与した荷重を、該積層された複数の流路形成部材によって積層方向及び該積層方向との直交方向に作用させることで、前記積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を被接合部材に接合させて構成された。

請求項１０記載の積層型流路要素では、積層された流路形成部材に付与した荷重を、該積層された流路形成部材によって積層方向及び該積層方向との直交方向のそれぞれに作用させることで、複数の流路形成部材が積層方向に接合されると共に、複数の接合部材における積層方途の直交方向を向く端面が被接合部材に接合されて構成されている。これにより、複数回の接合工程を経た場合と比較して母材や接合材等に与える影響を減らしながら、積層された流路形成部材の積層方向の接合部、積層された接合部材における積層方途の直交方向を向く端面と被接合部材との接合部が得られる。

このように、請求項１０記載の積層型流路要素では、積層された複数の流路形成部材の積層方向との直交方向を向く端面に被接合部材を効率良く接合することができる。

請求項１１記載の発明に係る積層型流路要素は、請求項１０記載の積層型流路要素において、前記積層方向における前記複数の流路形成部材の接合部位、及び積層方向との直交方向における前記流路形成部材と前記被接合部材の接合部位の少なくとも一方は、ロウ材によるロウ付けにより接合されている。

請求項１１記載の積層型流路要素では、積層方向における複数の流路形成部材間の接合部、及び積層方向との直交方向における積層された流路形成部材と被接合部材との接合部の少なくとも一方がロウ付けによる接合部である。例えば、これら２つの接合部を別個にロウ付けにて形成する場合、２度の熱履歴を経ることになるが、本積層型流路要素では、１度の熱履歴で２つの接合部が得られるので、各接合部が熱履歴の影響を受けることが抑制される。

請求項１２記載の発明に係る積層型流路要素は、請求項１０又は請求項１１記載の積層型流路要素において、前記積層方向における前記複数の流路形成部材の接合部位、及び積層方向との直交方向における前記流路形成部材と前記被接合部材の接合部位の少なくとも一方は、拡散接合により接合されている。

請求項１２記載の積層型流路要素では、積層方向における複数の流路形成部材間の接合部、及び積層方向との直交方向における積層された流路形成部材と被接合部材との接合部の少なくとも一方が拡散接合による接合部である。例えば、これら２つの接合部を別個に拡散接合にて形成する場合、２度の熱履歴を経ることになるが、本積層型流路要素では、１度の熱履歴で２つの接合部が得られるので、各接合部が熱履歴の影響を受けることが抑制される。

請求項１３記載の発明に係る積層型流路要素は、請求項１０〜請求項１２の何れか１項記載の積層型流路要素において、前記積層された複数の流路形成部材に積層方向に荷重を付加して該積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該荷重付与に伴い前記積層された複数の流路形成部材が積層方向との直交方向に変形しようとする力を利用して、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を前記被接合部材に接合して構成された。

請求項１３記載の積層型流路要素では、積層方向に付与された荷重により積層された流路形成部材間が接合されるので、複数の流路形成部材に積層方向との交差方向の位置ずれが生じていない構成が得られる。また、この積層方向の荷重により積層された流路形成部材が積層方向との直交方向に変形（膨張）しようとする力を用いて、換言すれば、積層方向の荷重を縦ひずみと横ひずみとの変換により該積層方向の直交方向に効率的に作用させることで、積層された流路形成部材と被接合部材とが良好に接合されている。

請求項１４記載の発明に係る積層型流路要素は、請求項１３記載の積層型流路要素において、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を、接合後の寸法形状で拘束して、該積層された複数の流路形成部材に積層方向に荷重を付加することで、該積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を前記被接合部材に接合して構成された。

請求項１４記載の積層型流路要素では、積層された流路形成部材の積層方向との直交方向の端面を接合後の寸法で拘束した状態から、積層された流路形成部材に積層方向に荷重を付与するので、積層方向の接合部及び積層方向との直交方向の接合部が一層良好に接合されている。

以上説明したように本発明に係る積層型流路要素の製造方法、及び積層型流路要素は、積層された複数の流路形成部材の積層方向との直交方向を向く端面に被接合部材を効率良く接合することができるという優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る積層型流路要素としての熱交換装置１０及びその製造方法について、図１〜図４に基づいて説明する。先ず熱交換装置１０の概略全体構成を説明し、次いで、熱交換装置１０の製造方法を説明することとする。

（熱交換装置の概略構成）
図３には、熱交換装置１０の概略全体構成が一部分解した斜視図にて模式的に示されている。この図３に示される如く、熱交換装置１０は、第１流体と第２流体との熱交換を行うプレート積層型熱交換器１２と、プレート積層型熱交換器１２に第１流体を導くための第１流体入口ヘッダ１４と、プレート積層型熱交換器１２から第１流体を排出するための第１流体出口ヘッダ１６と、プレート積層型熱交換器１２に第２流体を導くための第２流体入口ヘッダ１８と、プレート積層型熱交換器１２から第２流体を排出するための第２流体出口ヘッダ２０とを有して構成されている。

また、図１に示される如く、熱交換装置１０のプレート積層型熱交換器１２は、第１流体が流通する第１流路２２を形成するための複数の第１伝熱プレート２４と、第２流体が流通する第２流路２６を形成する複数の第２伝熱プレート２８とがそれぞれ厚み方向に積層して構成されている。これにより、プレート積層型熱交換器１２は、第１流路２２と第２流路２６とが、それぞれ積層方向（矢印Ｌ方向参照）に離間して複数形成されている。

具体的には、図４に一部分解して示される如く、複数の第１伝熱プレート２４は、それぞれ略矩形平板状の平板部３０と、平板部３０における第１流体の流れ方向（矢印Ｆ１参照）に沿う縁部から立設された一対の流路外壁３２と、一対の流路外壁３２間で該流路外壁３２と平行を成すように平板部３０から立設され立設された流路隔壁３４とを主要部として構成されている。流路隔壁３４は、複数並列して設けられ、第１流路２２を複数の分割流路（マイクロチャンネル）に分割している。

複数の第２伝熱プレート２８は、それぞれ第１伝熱プレート２４を平板部３０の片方向に沿って９０°回転させた如く構成されている。すなわち、各第２伝熱プレート２８は、それぞれ略矩形平板状の平板部３５と、平板部３５における第２流体の流れ方向（矢印Ｆ２参照）に沿う縁部から立設された一対の流路外壁３６と、一対の流路外壁３６間で該流路外壁３６と平行を成すように平板部３５から立設され立設された流路隔壁３８とを主要部として構成されている。流路隔壁３８は、複数並列して設けられ、第２流路２６を複数の分割流路（マイクロチャンネル）に分割している。

プレート積層型熱交換器１２は、流路外壁３２と流路外壁３６とが平面視で直角を成すように、第１伝熱プレート２４と第２伝熱プレート２８とが交互に積層されて構成されており、第１流路２２と第２流路２６とが積層方向に交互に設けられている。したがって、この実施形態では、プレート積層型熱交換器１２は、第１流体と第２流体とが平面視で直交方向に流れながら熱交換を行う直交流型の熱交換器とされている。なお、図３に示される如く、最上層に配置された第１伝熱プレート２４には、平板状のカバープレート４０が接合されている。

これにより、プレート積層型熱交換器１２は、第１流体入口ヘッダ１４が連通される第１流体入口１２Ａと、第１流体出口ヘッダ１６が連通される第１流体出口１２Ｂと、第２流体入口ヘッダ１８が連通される第２流体入口１２Ｃと、第２流体出口ヘッダ２０が連通される第２流体出口１２Ｄとが平面視で四角形の異なる辺に形成されている。換言すれば、第１流体入口１２Ａ、第１流体出口１２Ｂ、第２流体入口１２Ｃ、第２流体出口１２Ｄは、それぞれ第１伝熱プレート２４、第２伝熱プレート２８の積層方向Ｌとの直交面に沿って該直交方向を向いて配置されている。

そして、図３に示される如く、第１流体入口ヘッダ１４は、略矩形筒状に形成されており、プレート積層型熱交換器１２の第１流体入口１２Ａに下流端面１４Ａを突き当てて接合されるようになっている。すなわち、プレート積層型熱交換器１２は、第１流体入口１２Ａの周縁を成す最下層の第２伝熱プレート２８の平板部３５と、最上層のカバープレート４０と、一対の流路外壁３２及びこれらの間を埋める一対の流路外壁３６の両端部とで、第１流体入口ヘッダ１４の下流端面１４Ａが突き当てられる略矩形枠状部分が、上記積層方向Ｌとの直交方向を向いて形成されている。

同様に、第１流体出口ヘッダ１６、第２流体入口ヘッダ１８、第２流体出口ヘッダ２０は、第１流体入口ヘッダ１４と同じ略矩形状に形成されている。第１流体出口ヘッダ１６は、その上流端面１６Ａをプレート積層型熱交換器１２の第１流体出口１２Ｂに突き当てて接合され、第２流体入口ヘッダ１８は、その下流端面１８Ａを第２流体入口１２Ｃに突き当てて接合され、第２流体出口ヘッダ２０は、その上流端面２０Ａを第２流体出口１２Ｄに突き当てて接合されるようになっている。

そして、熱交換装置１０は、交互に積層された第１伝熱プレート２４、第２伝熱プレート２８が接合されてプレート積層型熱交換器１２を構成するのに伴って、該プレート積層型熱交換器１２に対し、それぞれ本発明における被接合部材としての第１流体入口ヘッダ１４、第１流体出口ヘッダ１６、第２流体入口ヘッダ１８、第２流体出口ヘッダ２０が接合されて構成されている。以下、この接合方法について説明する。

（熱交換装置の製造方法）
図２及び図４に示される如く、各第１伝熱プレート２４は、最上層のものを除き流路外壁３２、流路隔壁３４が第２伝熱プレート２８の平板部３５に接合されている。最上層の第１伝熱プレート２４は、流路外壁３２、流路隔壁３４が平板状のカバープレート４０に接合されている。一方、各第２伝熱プレート２８は、流路外壁３６、流路隔壁３８が第１伝熱プレート２４の３０に接合されている。これらの接合は、図示しないロウ材によるロウ付けとされている。

また、プレート積層型熱交換器１２の第１流体入口１２Ａ、第１流体出口１２Ｂ、第２流体入口１２Ｃ、第２流体出口１２Ｄの各矩形枠状の周縁部と、第１流体入口ヘッダ１４、第１流体出口ヘッダ１６、第２流体入口ヘッダ１８、第２流体出口ヘッダ２０との接合は、図示しないロウ材によるロウ付けとされている。

そして、本実施形態に係る製造方法では、上記した積層方向Ｌの第１伝熱プレート２４と第２伝熱プレート２８とのロウ付けと、積層方向Ｌとの直交方向における第１流体入口１２Ａ〜第２流体出口１２Ｄと第１流体入口ヘッダ１４〜第２流体出口ヘッダ２０とのロウ付けとが１工程で行われるようになっている。

具体的には、図１（Ａ）に模式的に示される如く、先ず、第１伝熱プレート２４と第２伝熱プレート２８とが図示しないロウ材を介在させつつ交互に積層されたプレート積層型熱交換器１２の第１流体入口１２Ａ、第１流体出口１２Ｂ、第２流体入口１２Ｃ、第２流体出口１２Ｄに対し、第１流体入口ヘッダ１４、第１流体出口ヘッダ１６、第２流体入口ヘッダ１８、第２流体出口ヘッダ２０を接合後の寸法形状で位置規制（拘束）しておく。この実施形態では、プレート積層型熱交換器１２への積層方向Ｌ方向の荷重付与前に、該積層方向Ｌとの直交方向（図１（Ａ）の矢印Ｃ参照）の拘束力が０となる設定とされている。

次いで、ロウ材を融点以上に加熱しつつ、図１（Ａ）及び図２（Ａ）に示される如く、プレート積層型熱交換器１２に積層方向Ｌの荷重Ｆｌを付与する。すると、プレート積層型熱交換器１２は、図２（Ｂ）に示される如く、主にロウ材の沈み込みに起因して積層方向Ｌに圧縮されつつ、同図に想像線にて示される如く矢印Ｃ方向に略樽状に膨張しようとする。

ところが、第１流体入口ヘッダ１４、第１流体出口ヘッダ１６が図１（Ａ）に示される如く位置規制されているので、プレート積層型熱交換器１２の膨張させようとする力が、矢印Ｃ方向の接合荷重Ｆｃとしてプレート積層型熱交換器１２の第１流体入口１２Ａ、第１流体出口１２Ｂと第１流体入口ヘッダ１４、第１流体出口ヘッダ１６との間に作用する。図示は省略するが、同様に、第２流体入口ヘッダ１８、第２流体出口ヘッダ２０が位置規制により拘束されているので、プレート積層型熱交換器１２の膨張させようとする力が、矢印Ｃ方向の接合荷重Ｆｃとしてプレート積層型熱交換器１２の第２流体入口１２Ｃ、第２流体出口１２Ｄと第２流体入口ヘッダ１８、第２流体出口ヘッダ２０との間に作用する。その後、ロウ材を冷却して固化させる。

以上により、熱交換装置１０では、積層された第１伝熱プレート２４、第２伝熱プレート２８が積層方向の荷重Ｆｌを受けて接合されるのに伴って、第１流体入口１２Ａ〜第２流体出口１２Ｄがそれぞれ矢印Ｃ方向の荷重を受けて第１流体入口ヘッダ１４〜第２流体出口ヘッダ２０に接合される。これにより、プレート積層型熱交換器１２に第１流体入口ヘッダ１４、第１流体出口ヘッダ１６、第２流体入口ヘッダ１８、第２流体出口ヘッダ２０が１工程で固定された熱交換装置１０の製造が終了する。

次に、本実施形態の作用を説明する。

上記構成の熱交換装置１０では、第１流体入口ヘッダ１４に導入された第１流体が第１流体入口部１２Ａから各層の第１流路２２に導入され第１流体出口１２Ｂを経由して第１流体出口ヘッダ１６に排出されると共に、第２流体入口ヘッダ１８に導入された第２流体が第２流体入口１２Ｃから各層の第２流路２６に導入され第２流体出口１２Ｄを経由して第２流体出口ヘッダ２０に排出される。第１流路２２を流れる第１流体と、第２流路２６を流れる第２流体とは、平板部３０を介して熱交換を行う。

ここで、熱交換装置１０及びその製造方法では、プレート積層型熱交換器１２に積層方向の荷重Ｆｌを作用させることで、積層された第１伝熱プレート２４、第２伝熱プレート２８が積層方向の荷重Ｆｌを受けて接合されるのに伴って、第１流体入口１２Ａ〜第２流体出口１２Ｄがそれぞれ矢印Ｃ方向の荷重を受けて第１流体入口ヘッダ１４〜第２流体出口ヘッダ２０に接合されるので、第１伝熱プレート２４と第２伝熱プレート２８との積層方向の接合と、第１流体入口１２Ａ〜第２流体出口１２Ｄと第１流体入口ヘッダ１４〜第２流体出口ヘッダ２０との矢印Ｃ方向の接合とを、１工程で行うことができる。

そして、熱交換装置１０及びその製造方法では、１工程で積層方向Ｌ及びその直交方向Ｃの接合が成されるため、ロウ材の溶融、固化のために熱履歴を伴うロウ付けを１回行うだけで、熱交換装置１０を製造することができる。これにより、熱履歴の影響が少ない高品質の熱交換装置１０を効率的に得ることができる。

また、熱交換装置１０及びその製造方法では、プレート積層型熱交換器１２に積層方向Ｌの荷重Ｆｌを作用させるのに伴うプレート積層型熱交換器１２の矢印Ｃ方向への変形力を接合荷重Ｆｃとして用いるため、すなわちプレート積層型熱交換器１２の荷重Ｆｌによる縦ひずみが横ひずみに変換させることを拘束することで矢印Ｃ方向の接合荷重Ｆｃを得るため、付与荷重を多方向に分力として作用させる場合と比較して大きな接合荷重Ｆｃを得ることができる。これにより、ロウ付けに要求される接合荷重が得られるので、良好な接合安定性が確保される。

さらに、この実施形態では、積層方向の荷重Ｆｌを付与する前にプレート積層型熱交換器１２に作用する矢印Ｃ方向の拘束力（初期拘束力）が０となるように、該プレート積層型熱交換器１２の第１流体入口１２Ａ〜第２流体出口１２Ｄを位置拘束したため、該プレート積層型熱交換器１２の積層方向Ｌの沈み込みが阻害されるがなく、該積層方向Ｌにおいても良好な接合安定性が確保される。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る熱交換装置１０の製造方法を説明する。

図５に示される如く、第２の実施形態に係る熱交換装置１０の製造方法は、積層方向Ｌの荷重Ｆｌと共に、該積層方向Ｌとの直交方向Ｃの補助荷重（初期拘束力）Ｆｃ０（≠０）を付与する点で、初期拘束力が０となるようにプレート積層型熱交換器１２の第１流体入口１２Ａ〜第２流体出口１２Ｄ（第１流体入口ヘッダ１４〜第２流体出口ヘッダ２０）の位置規制のみ行う第１の実施形態に係る熱交換装置１０の製造方法とは異なる。

そして、補助荷重Ｆｃ０の大きさは、プレート積層型熱交換器１２に積層方に付与する荷重Ｆｌの大きさを基準に設定されている。補助荷重Ｆｃ０の大きさは、積層方向の荷重Ｆｌの大きさの８０％以下に設定されており、荷重Ｆｌの大きさの５０％以下とすることが好ましく、荷重Ｆｌの大きさの１０％以下とすることがより好ましい。この実施形態では、補助荷重Ｆｃ０の大きさは、０＜Ｆｃ０≦０．１×Ｆｌの範囲に設定されている。

以上説明した熱交換装置１０の製造方法では、補助荷重Ｆｃ０を矢印Ｃ方向に付与しながら荷重Ｆｌを積層方向Ｌに付与することで、１工程で積層方向Ｌ及びその直交方向Ｃの接合が成される。すなわち、第１の実施形態と同様に荷重Ｆｌによってプレート積層型熱交換器１２における積層方向に隣り合う第１伝熱プレート２４と第２伝熱プレート２８とが良好に接合されると共に、この実施形態では、接合荷重Ｆｃ及びＦｃ０によって第１流体入口１２Ａ〜第２流体出口１２Ｄが第１流体入口ヘッダ１４〜第２流体出口ヘッダ２０に接合される。

これにより、積層方向Ｌとの直交方向Ｃに十分な荷重を付与してプレート積層型熱交換器１２の第１流体入口１２Ａ、第１流体出口１２Ｂ、第２流体入口１２Ｃ、第２流体出口１２Ｄに、第１流体入口ヘッダ１４、第１流体出口ヘッダ１６、第２流体入口ヘッダ１８、第２流体出口ヘッダ２０を接合することができる。換言すれば、これら第１流体入口１２Ａ〜第２流体出口１２Ｄを第１流体入口ヘッダ１４〜第２流体出口ヘッダ２０に接合する適正な荷重を得るために積層方向Ｌの荷重Ｆｌを調整する必要がなくなり、積層方向Ｌ及びその直交方向Ｃをそれぞれより適正な荷重で接合することが可能になる。

また、この実施形態では、補助荷重Ｆｃ０の大きさが積層方向Ｌの荷重Ｆｌの大きさの８０％以下とされているため、荷重Ｆｌによるプレート積層型熱交換器１２の圧縮（沈み込み）が阻害されることがない。すなわち、出願人は、過大な補助荷重Ｆｃ０を付与した場合、プレート積層型熱交換器１２の積層方向Ｌの圧縮（積層方向Ｌの接合安定性の確保）が阻害され、このようなプレート積層型熱交換器１２の圧縮を阻害しない補助荷重Ｆｃ０の大きさの上限が荷重Ｆｌの大きさの８０％であるとの知見を得、この知見に基づいて補助荷重Ｆｃ０の大きさを積層方向Ｌの荷重Ｆｌの大きさの８０％以下としている。

このため、第２の実施形態に係る熱交換装置１０の製造方法において、積層方向Ｌ及びその直交方向Ｃの接合安定性をそれぞれ確保することができる。特に、この実施形態では、補助荷重Ｆｃ０の大きさを積層方向Ｌの荷重Ｆｌの大きさの５０％以下としているため、積層方向Ｌ方向の接合安定性を一層良好に確保することができ、さらに補助荷重Ｆｃ０の大きさを積層方向Ｌの荷重Ｆｌの大きさの１０％以下としているため積層方向Ｌ方向の接合安定性を一層良好に確保することができる。なお、補助荷重Ｆｃ０の大きさを積層方向Ｌの荷重Ｆｌの大きさの１０％以下とすることが、プレート積層型熱交換器１２の積層方向Ｌ方向の接合安定性（熱交換装置１０の寸法精度、リーク性能の確保）に最も良好な条件であることは実験的に確かめられている。

なお、上記の各実施形態では、プレート積層型熱交換器１２を構成する第１伝熱プレート２４と第２伝熱プレート２８との接合部、及びプレート積層型熱交換器１２の第１流体入口１２Ａ〜第２流体出口１２Ｄとが第１流体入口ヘッダ１４〜第２流体出口ヘッダ２０との接合部がそれぞれロウ付けにより接合された例を示したが、本発明はこれに限定されず、上企画接合部の一方又は双方を拡散接合等の他の接合方法で接合しても良い。拡散接合を用いる場合、比較的大きな加圧力が要求されることから、補助荷重Ｆｃ０を付与することが望ましい。

また、上記の各実施形態では、直交流型のプレート積層型熱交換器１２を備えた熱交換装置１０及びその製造方法を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、並行流型や対向流型のプレート積層型熱交換器に本発明を適用しても良い。

さらに、上記した実施形態では、本発明に係る積層型流路要素がプレート積層型熱交換器１２を備えた熱交換装置１０に適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、炭化水素原料を改質する改質流路と該改質流路に熱を供給するための燃焼流路とを含む熱交換型改質装置、アノード流路とカソード流路とを有する燃料電池等の反応器に本発明に係る積層型流路要素を適用しても良く、また例えば、第１流体の熱で液状の第２流体を気化させるための蒸発器に本発明に係る積層型流路要素を適用しても良く、さらに例えば、２種類以上の流体を混合する混合器（の整流部分）に本発明に係る積層型流路要素を適用しても良い。混合器に適用する構成では、例えば第１伝熱プレート５４、第２伝熱プレート５６の下流端が共通の混合用ヘッダに連通されるように、全体として略Ｙ字状に構成することができる。さらにまた例えば、単一の流体流路を多数の分割する用途に本発明に係る積層型流路要素を適用しても良い。このような用途として、例えば排気ガスを浄化するための触媒コンバータ等を挙げることができる。

本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置の製造方法を説明するための図であって、（Ａ）は製造過程の正面図、（Ｂ）は完成状態の正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置を構成するプレート積層型熱交換器を示す図であって、（Ａ）は積層方向の荷重付加初期の正面図、（Ｂ）は積層方向の荷重による圧縮状態の正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置を一部分解して示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置を構成するプレート積層型熱交換器を一部分解して示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱交換装置の製造方法を説明するための正面図である。

符号の説明

１０ 熱交換装置（積層された流路形成部材）
１２ プレート積層型熱交換器（積層された流路形成部材）
１４ 流体入口ヘッダ（被接合部材）
１６ 流体出口ヘッダ（被接合部材）
１８ 流体入口ヘッダ（被接合部材）
２０ 流体出口ヘッダ（被接合部材）
２４ 第１伝熱プレート
２８ 第２伝熱プレート
５０ 熱交換装置（積層された流路形成部材）
５２ プレート積層型熱交換器（積層された流路形成部材）

Claims (14)

1. 積層された複数の流路形成部材における積層方向に隣り合う前記流路形成部材間をそれぞれ接合して一体化された積層型流路要素の製造方法であって、
   積層された前記複数の流路形成部材に付与した荷重を、該積層された複数の流路形成部材によって積層方向及び該積層方向との直交方向に作用させることで、前記積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を被接合部材に接合する積層型流路要素の製造方法。
2. 前記積層方向における前記複数の流路形成部材の接合、及び積層方向との直交方向における前記流路形成部材と前記被接合部材の接合の少なくとも一方は、ロウ材によるロウ付けである請求項１記載の積層型流路要素の製造方法。
3. 前記積層方向における前記複数の流路形成部材の接合、及び積層方向との直交方向における前記流路形成部材と前記被接合部材の接合の少なくとも一方は、拡散接合である請求項１又は請求項２記載の積層型流路要素の製造方法。
4. 前記積層された複数の流路形成部材に積層方向に荷重を付加して該積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該荷重付与に伴い前記積層された複数の流路形成部材が積層方向との直交方向に変形しようとする力を利用して、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を前記被接合部材に接合する請求項１〜請求項３の何れか１項記載の積層型流路要素の製造方法。
5. 前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束して、該積層された複数の流路形成部材に積層方向に荷重を付加することで、該積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を前記被接合部材に接合する請求項４記載の積層型流路要素の製造方法。
6. 前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束する拘束条件として、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向の位置規制を行うと共に、前記積層方向の荷重付与前の拘束力を０とした請求項５記載の積層型流路要素の製造方法。
7. 前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束する拘束条件として、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向の端面に、前記積層方向に付与される荷重の８０％以下の荷重を付与する請求項５記載の積層型流路要素の製造方法。
8. 前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束する拘束条件として、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向の端面に、前記積層方向に付与される荷重の５０％以下の荷重を付与する請求項５記載の積層型流路要素の製造方法。
9. 前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を接合後の寸法形状で拘束する拘束条件として、前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向の端面に、前記積層方向に付与される荷重の１０％以下の荷重を付与する請求項５記載の積層型流路要素の製造方法。
10. 積層された複数の流路形成部材における積層方向に隣り合う前記流路形成部材間をそれぞれ接合して一体化された積層型流路要素であって、
    積層された前記複数の流路形成部材に付与した荷重を、該積層された複数の流路形成部材によって積層方向及び該積層方向との直交方向に作用させることで、前記積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を被接合部材に接合させて構成された積層型流路要素。
11. 前記積層方向における前記複数の流路形成部材の接合部位、及び積層方向との直交方向における前記流路形成部材と前記被接合部材の接合部位の少なくとも一方は、ロウ材によるロウ付けにより接合されている請求項１０記載の積層型流路要素。
12. 前記積層方向における前記複数の流路形成部材の接合部位、及び積層方向との直交方向における前記流路形成部材と前記被接合部材の接合部位の少なくとも一方は、拡散接合により接合されている請求項１０又は請求項１１記載の積層型流路要素。
13. 前記積層された複数の流路形成部材に積層方向に荷重を付加して該積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該荷重付与に伴い前記積層された複数の流路形成部材が積層方向との直交方向に変形しようとする力を利用して、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を前記被接合部材に接合して構成された請求項１０〜請求項１２の何れか１項記載の積層型流路要素。
14. 前記積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を、接合後の寸法形状で拘束して、該積層された複数の流路形成部材に積層方向に荷重を付加することで、該積層された複数の流路形成部材を積層方向に接合すると共に、該積層された複数の流路形成部材における前記積層方向との直交方向を向く端面を前記被接合部材に接合して構成された請求項１３記載の積層型流路要素。

Images