JP7181271B2 - プレート式熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、複数の伝熱プレートが重ね合わされたプレート積層部に流体を流入させ又はプレート積層部から流体を流出させるノズルを備えたプレート式熱交換器に関する。

従来から、複数の伝熱プレートが重ね合わされたプレート積層部と、隣り合う二つの伝熱プレートのプレート間を流れる流体をプレート積層部に流入させ又はプレート積層部から流出させる筒状のノズルと、を備えたプレート式熱交換器が知られている。このような熱交換器において、強度や腐食等の観点から、例えば、伝熱プレート及びノズルがステンレスによって形成されている場合がある。

一般に、ステンレスと銅とのような異種金属同士の溶接やろう付は困難であるため、この熱交換器のノズルに銅製の配管（銅配管）が接続されるときには、ノズルの表面（ろう付面）に銅被膜を形成した上で、この銅被膜が形成された部位と、銅配管とがりん銅ろう等のろう材を用いてろう付されていた（特許文献１参照）。

特開２０００－１０５０９０号公報

しかし、ステンレスに対する銅の固溶率が低いため、ステンレスの表面における溶けた銅の流動性が高く、これにより、ノズルの表面（ろう付面）に銅を被覆する際に該表面において液化した銅の流れを制御することが困難であるため、銅がノズルの表面から流れ落ちてしまうなど、ノズル表面（ステンレス）が露出した領域が無いように被覆面（ろう付面）全体に一様に広がる銅被覆を安定して行うことは困難であった。

ろう付面（被覆面）においてノズルの表面（ステンレス）の露出した領域が生じると、ノズルと銅配管をろう付したときに、ろう付面（被覆面）においてステンレスの露出がない場合に比べて、ステンレスの強固な酸化被膜の影響でろうがのらず、ろう付部の気密性や強度が確保されない。

このように、ノズルの表面を銅被覆したステンレス製のノズルを備えたプレート式熱交換器において、安定してろう付することが困難であり、ろう付部の強度や気密性が低下する問題があった。

そこで、本発明は、銅配管をノズルに容易且つ安定してろう付でき、ろう付部の強度が十分な状態で接続可能なプレート式熱交換器を提供することを課題とする。

本発明のプレート式熱交換器は、
重ね合わされた複数の伝熱プレートを有するプレート積層部と、
隣り合う二つの伝熱プレートのプレート間を流れる流体を前記プレート積層部に流入させ又は前記プレート積層部から流出させる筒状のノズルと、を備え、
前記ノズルは、
前記プレート積層部から延びる筒状の第一筒状部と、
前記第一筒状部の内周面又は外周面に対して固定されている筒状の第二筒状部と、
前記第二筒状部における前記第一筒状部が位置する側と反対側の周面である内周面又は外周面を覆うことで該ノズルの内周面又は外周面の少なくとも一部を構成する筒状の第三筒状部と、を有し、
前記第三筒状部は、銅又は第一の銅合金によって構成され、
前記第二筒状部は、前記第三筒状部より融点の高い第二の銅合金によって構成されている。

かかる構成によれば、プレート積層部から延びる第一筒状部が銅配管を接続し難い素材によって形成されていても、ろう付面であるノズルの内周面又は外周面が第三筒状部（即ち、銅又は銅合金）によって構成されているため、ノズルと銅配管とは、りん銅ろう等のろう材を用いたろう付を容易且つ安定してでき、これにより、ろう付部の気密性や強度が十分な状態で接続できる。

前記プレート式熱交換器では、
前記第一筒状部は、前記第二筒状部より引張強さの大きい素材によって構成されてもよい。

かかる構成によれば、第二筒状部の厚さ寸法を抑えても、第一筒状部によってノズルの強度を確保することができる、即ち、ノズルの強度を確保しつつ該ノズルの肉厚を抑えることができる。

また、前記プレート式熱交換器では、
前記第三筒状部は、前記第一筒状部の延びる方向である延伸方向において、前記第二筒状部の内周面又は外周面における少なくとも先端側の端部を含む領域を覆うと共に、前記第三筒状部における前記延伸方向の先端側の端面を覆ってもよい。

かかる構成によれば、延伸方向において第三筒状部が第二筒状部の内周面又は外周面における先端側の端部を含む領域を覆っているため、ノズル内に銅配管を挿入した状態又はノズルを銅配管内に挿入した状態でノズルの先端側から該ノズルと銅配管との間にろう材が流れ込むようにろう付することで、第三筒状部と銅配管とのろう付面積が確保され易く、これにより、ノズルと銅配管とのろう付によるろう付部の気密性や強度が確保し易くなる。

しかも、延伸方向における第二筒状部の先端面も第三筒状部で覆われていることで、該部位もノズルと銅配管とのろう付に利用できるため（例えば、図６参照）、ノズルにおける銅配管とのろう付面の面積が増大し、これにより、ノズルと銅配管とのろう付でのろう付部の気密性や強度がより向上する。

また、前記プレート式熱交換器では、
前記第二の銅合金は、銅ニッケル合金であり、
前記第三筒状部は、前記銅によって構成され且つ前記第二筒状部より薄くてもよい。

かかる構成によれば、第二筒状部の内周面又は外周面に第三筒状部が形成又は取り付けされる際等の熱によって第二筒状部のニッケルが第三筒状部に拡散していたとしても、第三筒状部が第二筒状部より薄いことで第三筒状部に拡散するニッケルの量が抑えられ、これにより、第二筒状部が含有するニッケルの低下に起因する第二筒状部の融点の低下が抑えられ、その結果、第二筒状部の内周面又は外周面に第三筒状部が形成又は取り付けられる際等の熱に起因する第二筒状部の変形等が防がれる。

また、前記プレート式熱交換器では、
前記第一筒状部と前記第二筒状部と前記第三筒状部とのそれぞれは、円筒形であり、
前記第一筒状部は、
該第一筒状部の延びる方向である延伸方向において、該第一筒状部の内周面又は外周面における前記第二筒状部の基端位置より基端側の位置に配置される第一部位と、
該第一部位に対して前記延伸方向の基端側に隣接する第二部位と、を有し、
前記第一部位は、前記第一筒状部の内周面側に位置する前記第二筒状部の内径より大きな内径、又は前記第一筒状部の外周面側に位置する前記第二筒状部の外径より小さな外径を有し、
前記第二部位は、前記第一筒状部の内周面側に位置する前記第二筒状部の内径より小さな内径、又は前記第一筒状部の外周面側に位置する前記第二筒状部の外径より大きな外径を有してもよい。

かかる構成によれば、ろう付の際に、ノズル内に銅配管を挿入した状態又はノズルを銅配管内に挿入した状態でノズルの先端側から該ノズル（第三筒状部）と銅配管との間に流れ込んだろう材のうちの余ったものが、ノズルの内周面又は外周面に形成された凹部（延伸方向における第一部位と対応する部位）に流れ込むことで（例えば、図６参照）、プレート積層部内に流れ込むのを防ぐことができる。

また、ノズル内に銅配管を挿入した状態又はノズルを銅配管内に挿入した状態で銅配管の先端をノズルの内周面又は外周面に形成された凸部や段差面（第二部位）等に当接させることで（例えば、図６参照）、ろう付の際のノズルに対する銅配管の延伸方向の位置決めが容易になる。

また、本発明のプレート式熱交換器は、
重ね合わされた複数の伝熱プレートを有するプレート積層部と、
隣り合う二つの伝熱プレートのプレート間を流れる流体を前記プレート積層部に流入させ又は前記プレート積層部から流出させる筒状のノズルと、を備え、
前記ノズルは、
前記プレート積層部から延びる筒状の第一筒状部と、
前記第一筒状部の内周面又は外周面に対して固定されている筒状の第二筒状部と、
前記第二筒状部における前記第一筒状部が位置する側と反対側の周面である内周面又は外周面を覆うことで該ノズルの内周面又は外周面の少なくとも一部を構成する筒状の第三筒状部と、を有し、
前記第二筒状部は、銅ニッケル合金によって構成され、
前記第三筒状部は、銅によって構成されている。

かかる構成によれば、プレート積層部から延びるノズル本体が銅配管を接続し難い素材によって形成されていても、ろう付面であるノズルの内周面又は外周面が銅によって構成されているため、ノズルと銅配管とは、りん銅ろう等のろう材を用いたろう付を容易且つ安定してでき、これにより、ろう付部の気密性や強度が十分な状態で接続できる。

以上より、本発明によれば、銅配管をノズルに容易且つ安定してろう付でき、ろう付部の強度が十分な状態で接続可能なプレート式熱交換器を提供することができる。

図１は、本実施形態に係るプレート式熱交換器の斜視図である。 図２は、前記プレート式熱交換器の正面図である。 図３は、前記プレート式熱交換器の分解斜視図である。 図４は、図２のＩＶ－ＩＶ位置におけるノズルの断面図である。 図５は、図４における第一筒状部の基端部及びその周辺の拡大図である。 図６は、前記ノズルと銅配管との接続方法を説明するための模式図である。 図７は、他実施形態に係るノズルの断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１～図６を参照しつつ説明する。

本実施形態に係るプレート式熱交換器（以下、単に「熱交換器」とも称する。）は、図１～図３に示すように、複数の伝熱プレート３を有するプレート積層部２と、流体Ａ、Ｂをプレート積層部２に流入させ又はプレート積層部２から流出させる筒状のノズル５と、を備える。この熱交換器１は、複数（本実施形態の例では、四つ）のノズル５を備える。

プレート積層部２は、所定方向に重ね合わされた複数の伝熱プレート３と、複数の伝熱プレート３を前記所定方向の外側から挟み込む一対のフレームプレート４と、を有する。このプレート積層部２では、重ね合わされた複数の伝熱プレート３のうちの隣り合う二つの伝熱プレート３のプレート間のそれぞれに、流体Ａ、Ｂの流通可能な流路Ｒａ、Ｒｂが形成されている。即ち、プレート積層部２は、流体Ａ、Ｂの流通可能な複数の流路Ｒａ、Ｒｂを有する。

本実施形態のプレート積層部２は、三つ以上の矩形状の伝熱プレート３を備え、これら三つ以上の伝熱プレート３は、二種類の伝熱プレート３ａ、３ｂを含む。プレート積層部２では、これら二種類の伝熱プレート３ａ、３ｂが交互に重ね合わされている。以下の説明では、伝熱プレート３が重ね合わされる方向（所定方向）を直交座標系のＸ軸方向とし、伝熱プレート３の短辺方向を直交座標系のＹ軸方向とし、伝熱プレート３の長辺方向を直交座標系のＺ軸方向とする。

複数の伝熱プレート３のそれぞれは、Ｘ軸方向（伝熱プレート３の重ね合わせ方向）と直交する方向に広がり且つＸ軸方向に厚みを有する板状の伝熱部３１と、伝熱部３１の外周縁の全域から該伝熱部３１と面交差する方向に延出する環状の嵌合部３２と、を備える。伝熱プレート３は、例えば、ステンレス、チタン、アルミニウム等の金属プレート（薄板）がプレス成型されることによって形成されており、本実施形態の伝熱プレート３は、ステンレス製である。

伝熱部３１は、Ｘ軸方向から見てＺ軸方向に長尺な矩形状であり、両面にそれぞれ配置される複数の凹部及び複数の凸部と、複数の開口部を有する。本実施形態の伝熱部３１は、四隅のそれぞれに開口部（第一開口部３１１、第二開口部３１２、第三開口部３１３、及び第四開口部３１４）を有する（図３参照）。

以上のように構成される複数の伝熱プレート３のそれぞれは、Ｘ軸方向に隣り合う二つの伝熱プレート３のうちの一方の伝熱プレート３ａ、３ｂの嵌合部３２が、他方の伝熱プレート３ｂ、３ａの嵌合部３２に外嵌されるようにＸ軸方向に重ね合わされることで、伝熱プレート群を構成する。この伝熱プレート群では、外嵌された嵌合部３２同士が、例えば、銅ろう等のろう材によってろう付されており、隣り合う二つの伝熱プレート３のプレート間は、開口部３１１、３１２、３１３、３１４を除いて密封されている。これにより、プレート積層部２では、第一流体ＡをＺ軸方向に流通させる第一流路Ｒａが、隣り合う二つの伝熱プレート３ｂ、３ａのプレート間に形成され、第二流体ＢをＺ軸方向に流通させる第二流路Ｒｂが、隣り合う二つの伝熱プレート３ａ、３ｂのプレート間に形成される。また、プレート積層部２において、対応する（Ｘ軸方向から見て重なる位置の）開口部３１１、３１２、３１３、３１４同士がＸ軸方向に連なることで、それぞれがＸ軸方向に延びる第一流入路Ｐａ１、第一流出路Ｐａ２、第二流入路Ｐｂ１、及び第二流出路Ｐｂ２が形成されている。

第一流入路Ｐａ１は、プレート積層部２の各流路Ｒａ、Ｒｂのうちの第一流路Ｒａのみと連通し、プレート積層部２の外部から供給された第一流体Ａを各第一流路Ｒａに流入させる。また、第一流出路Ｐａ２は、プレート積層部２の各流路Ｒａ、Ｒｂのうちの第一流路Ｒａのみと連通し、各第一流路Ｒａを流れた第一流体Ａをプレート積層部２の外部に流出させる。また、第二流入路Ｐｂ１は、プレート積層部２の各流路Ｒａ、Ｒｂのうちの第二流路Ｒｂのみと連通し、プレート積層部２の外部から供給された第二流体Ｂを各第二流路Ｒｂに流入させる。また、第二流出路Ｐｂ２は、プレート積層部２の各流路Ｒａ、Ｒｂのうちの第二流路Ｒｂのみと連通し、各第二流路Ｒｂを流れた第二流体Ｂをプレート積層部２の外部に流出させる。

一対のフレームプレート４のそれぞれは、伝熱プレート３より厚く、プレート積層部２の強度を確保している。具体的に、一対のフレームプレート４のうちの一方のフレームプレート４Ａは、Ｘ軸方向と直交する方向に広がる厚板状のプレート本体４１Ａと、プレート本体４１Ａの外周縁の全域から該プレート本体４１Ａと面交差する方向に延出するフレーム嵌合部４２Ａと、各流路Ｒａ１、Ｒａ２、Ｒｂ１、Ｒｂ２と対応する位置に設けられた複数の貫通孔４３Ａと、を有する。また、一対のフレームプレート４のうちの他方のフレームプレート４Ｂは、Ｘ軸方向と直交する方向に広がる厚板状のプレート本体４１Ｂと、プレート本体４１Ｂの外周縁の全域から該プレート本体４１Ｂと面交差する方向に延出するフレーム嵌合部４２Ｂと、を有する。これら各フレームプレート４Ａ、４Ｂは、ステンレス、チタン、アルミニウム等によって構成されており、本実施形態のフレームプレート４Ａ、４Ｂは、ステンレス製である。

プレート積層部２において、一方のフレームプレート４Ａのフレーム嵌合部４２Ａは、伝熱プレート群における該フレームプレート４Ａと隣り合う伝熱プレート３ｂの嵌合部３２に外嵌されるようにＸ軸方向に重ね合わされ、他方のフレームプレート４Ｂのフレーム嵌合部４２Ｂは、伝熱プレート群における該フレームプレート４Ｂと隣り合う伝熱プレート３ａの嵌合部３２が外嵌されるようにＸ軸方向に重ね合わされている。これら外嵌しているフレーム嵌合部４２Ａ、４２Ｂと伝熱プレート３の嵌合部３２とは、伝熱プレート群での嵌合部３２同士のろう付と同様に、例えば、りん銅ろう等のろう材によってろう付されている。

複数のノズル５は、プレート積層部２の各流路（第一流入路Ｐａ１、第一流出路Ｐａ２、第二流入路Ｐｂ１、第二流出路Ｐｂ２）と対応する位置に配置される。各ノズル５は、Ｘ軸方向に延びる中空部Ｓを囲む筒状であり、該中空部Ｓは、対応する流路（第一流入路Ｐａ１、第一流出路Ｐａ２、第二流入路Ｐｂ１、第二流出路Ｐｂ２）と連通する。これら複数のノズル５は、それぞれ同じ構成を有するため、以下では、一つのノズル（第一流入路Ｐａ１と対応する位置のノズル）５の構成について詳細に説明する。

ノズル５は、図４及び図５にも示すように、プレート積層部２（詳しくは、フレームプレート４Ａ）から延びる筒状の第一筒状部５０と、第一筒状部５０の内周面５０ａに対して固定されている筒状の第二筒状部５１と、第二筒状部５１の内周面５１ａを覆うことで該ノズル５の内周面５ａの少なくとも一部を構成する筒状の第三筒状部５２と、を有する。本実施形態のノズル５は、円筒状である。

第一筒状部５０は、Ｘ軸方向に延びる仮想中心線Ｃを中心にして該仮想中心線Ｃを囲む円筒状の筒部５０１と、筒部５０１の基端部（プレート積層部２側の端部）から径方向外側に広がる鍔部５０２と、を有する。この第一筒状部５０は、ステンレス製である。筒部５０１の外径φ０は、Ｘ軸方向の各位置において一定である。

この第一筒状部５０（筒部５０１）の内周面５０ａは、第二筒状部５１が固定される固定部５０１ａと、固定部５０１ａより内径の小さな第一段差部５０２ａと、第一段差部５０２ａより内径の小さな第二段差部５０３ａと、を含む。これら固定部５０１ａと第一段差部５０２ａと第二段差部５０３ａとは、第一筒状部５０の先端から基端に向けて順に並んでいる。

固定部５０１ａのＸ軸方向の各位置における内径φ１は、一定である。この固定部５０１ａのＸ軸方向の寸法α２は、筒部５０１のＸ軸方向の寸法α１の１／２より大きい。

第一段差部５０２ａは、Ｘ軸方向の各位置における内径φ２が一定で且つ固定部５０１ａの内径φ１より小さな内径φ２の第一部位５０２１ａと、第一部位５０２１ａと固定部５０１ａとを接続する第一段差面５０２２ａと、を有する。この第一段差面５０２２ａは、Ｘ軸方向と直交する方向に広がる面である。

第二段差部５０３ａは、Ｘ軸方向の各位置における内径φ３が一定で且つ第一部位５０２１ａより内径φ２より小さな内径φ３の第二部位５０３１ａと、第二部位５０３１ａと第一部位５０２１ａとを接続する第二段差面５０３２ａと、を有する。この第二段差面５０３２ａは、Ｘ軸方向と直交する方向に広がる面である。

第二筒状部５１は、第三筒状部５２より融点の高い銅合金（第二の銅合金）によって構成されている。本実施形態の第二筒状部５１は、銅ニッケル合金によって構成されている。具体的に、第二筒状部５１は、ニッケル含有率が５～４０％の銅ニッケル合金によって構成され、本実施形態の第二筒状部５１は、ニッケル含有率が２９～３３％のキュプロニッケル（白銅）によって構成されている。

この第二筒状部５１は、第一筒状部５０の内周面５０ａにおける固定部５０１ａに沿って（覆うように）配置されている。具体的に、第二筒状部５１は、Ｘ軸方向の各位置における外径φ４が同じで且つ厚さＴ１が一定の円筒形の部材である。この第二筒状部５１の外径φ４は、第一筒状部５０の固定部５０１ａの内径φ１と同じ若しくは僅かに小さい。即ち、第二筒状部５１は、第一筒状部５０の固定部５０１ａに挿入可能な外径φ４を有する。また、第二筒状部５１の先端は、Ｘ軸方向において第一筒状部５０（筒部５０１）の先端と同じ位置であり、第二筒状部５１の基端は、第一筒状部５０の第一段差面５０２２ａと当接又は近接している。

本実施形態の第二筒状部５１と第一筒状部５０の内周面５０ａ（詳しくは、固定部５０１ａ及び第一段差面５０２２ａ）との間には、銅の薄膜（銅の層）５３が形成されており、これにより、第一筒状部５０の内周面５０ａに対して第二筒状部５１が固定（接続）されている。この銅の薄膜５３は、第二筒状部５１の内周面５１ａに第三筒状部５２を形成する際に形成される。また、銅の薄膜５３が形成されていることで、第二筒状部５１の基端は、第一筒状部５０の第一段差面５０２２ａと該薄膜５３を介して当接し、第二筒状部５１の外周面５１ｂは、第一筒状部５０の固定部５０１ａと銅の薄膜５３を介して当接する。

尚、第一段差部５０２ａの第一部位５０２１ａにも、銅の膜（銅の層）５４が形成されており、この銅の膜５４は、第二筒状部５１と第一筒状部５０の内周面５０ａとの間に形成された銅の薄膜５３と、一体である（繋がっている）。

第二筒状部５１において、外径φ４は、第一段差部５０２ａの第一部位５０２１ａの内径φ２より大きく、且つ、内径φ５は、第一段差部５０２ａの第一部位５０２１ａの内径φ２より小さい。また、内径φ５は、第二段差部５０３ａの第二部位５０３１ａの内径φ３より大きい。

第二筒状部５１が上記の各寸法を有することで、ノズル５の内周面５ａには、第一筒状部５０の内周面５０ａにおける第二筒状部５１の基端位置より基端側の位置に、周方向に延びる凹部（第一部位５０２１ａと対応する（又は含む）部位）５５が形成され、該凹部５５に対してＸ軸方向の基端側に隣接する位置に、周方向に延びる凸部（第二部位５０３１ａと対応する（又は含む）部位）５６が形成される。

第三筒状部５２は、第二筒状部５１より融点の低い銅合金（第一の銅合金：例えば、ニッケル、スズ、銀等）によって構成されている。本実施形態の第三筒状部５２は、銅によって構成されている。尚、本実施形態の第三筒状部５２は、後述するように、第二筒状部５１の内周面５１ａに配置（形成）される際に、第二筒状部５１から拡散したニッケルを僅かに含んでいる。

この第三筒状部５２は、Ｘ軸方向（延伸方向）において、第二筒状部５１の内周面５１ａにおける少なくとも先端側の端部を含む領域を覆うと共に、第二筒状部５１におけるＸ軸方向の先端側の端面（先端面）５１ｃを覆っている。本実施形態の第三筒状部５２は、第一筒状部５０の先端面５０ｃも覆っている。

また、第三筒状部５２は、第二筒状部５１より薄い。本実施形態の第三筒状部５２は、Ｘ軸方向（延伸方向）における第二筒状部５１の内周面５１ａの全域、及び、第二筒状部５１の先端面５１ｃを覆う銅被膜（銅の薄膜）によって構成されている。

以上のように構成されるノズル５は、例えば、以下のようにして形成される。

先ず、第一筒状部５０の先端側の端面（先端面）５０ｃが、上方を向くように、第一筒状部５０が配置される。このとき、第一筒状部５０は、プレート積層部２（詳しくは、フレームプレート４Ａ）の各流入路Ｐａ１、Ｐｂ１及び各流出路Ｐａ２、Ｐｂ２と対応する位置に、溶接等によって固定された状態でもよく、第一筒状部５０のみ（単体）であってもよい。

次に、第二筒状部５１が第一筒状部５０の内周面５０ａ（詳しくは、固定部５０１ａ）に沿って挿入又は圧入される。このとき、第二筒状部５１の基端が第一段差面５０２２ａに当接するまで、第二筒状部５１が第一筒状部５０に挿入又は圧入される。本実施形態のノズル５では、第二筒状部５１の基端が第一段差面５０２２ａに当接したときに、第二筒状部５１の先端がＸ軸方向において第一筒状部５０の先端と同じ位置となる。

続いて、第三筒状部５２が第二筒状部５１の内周面５１ａを覆うように配置される。本実施形態のノズル５の製造方法では、第二筒状部５１の内周面５１ａ及び先端面５１ｃに銅被膜が形成され、この銅被膜が第三筒状部５２を構成する。具体的には、加熱により液化した銅（純銅）が第二筒状部５１の内周面５１ａ及び先端面５１ｃに沿って流れることで銅被膜（第三筒状部５２）が形成される。

この銅被膜（第三筒状部５２）の形成時において、液化した純銅と銅・ニッケル合金とでは相互に固溶率が大きいため、第二筒状部５１に含まれるニッケルの一部が液化した銅で拡散し、これにより、液化した銅の内周面５１ａでの流動性が低下することで、内周面５１ａから流れ落ち難くなる。このため、先端面５１ｃを上方に向けた姿勢で配置されている第二筒状部５１の内周面５１ａの全域を覆うように安定して銅被膜（第二筒状部）を形成し易くなる。

また、この銅被膜（第三筒状部５２）の形成時において、余剰分の銅は、第二筒状部５１の基端の直ぐ下側に形成されている凹部５５に流れ込む。この流れ込んだ銅（液化した銅）の一部は、毛細管現象によって、第一筒状部５０と第二筒状部５１との間（隙間）に流れ込み、第二筒状部５１と、第一筒状部５０の内周面５０ａ（詳しくは、固定部５０１ａ及び第一段差面５０２２ａ）との間に銅の薄膜（銅の層）５３が形成される。

このノズル５に対しては、図６に示すように、銅配管７の先端（ノズル５への挿入方向の端部）がノズル５の内周面５ａにおける凸部５６（詳しくは、第二段差面５０３２ａ）に当接するまで銅配管７がノズル５の中空部Ｓに挿入された状態で、トーチ９等による加熱によって溶けたろう材８が、ノズル５の先端側からノズル５と銅配管７との間に流し込まれることで、ノズル５と銅配管７とが接続される。尚、本実施形態では、ノズル５と銅配管７との接続に用いられるろう材は、プレート積層部２において伝熱プレート３の嵌合部３２同士をろう付する際に用いられたろう材と異なるが、同じものでもよい。

以上の熱交換器１によれば、プレート積層部２から延びる第一筒状部５０がステンレスのような銅配管を接続し難い素材によって形成されていても、ろう付面であるノズル５の内周面５ａが第三筒状部（即ち、銅）５２によって構成されているため、ノズル５と銅配管とは、りん銅ろう等のろう材を用いたろう付を容易且つ安定してでき、これにより、ろう付部の気密性や強度が十分な状態で接続できる。

本実施形態の熱交換器１では、第一筒状部５０が、第二筒状部５１より引張強さの大きい素材によって構成されている。具体的には、第一筒状部５０は、ステンレス製であり、第二筒状部５１は、銅ニッケル合金製である。このため、第二筒状部５１の厚さ寸法を抑えても、第一筒状部５０によってノズル５の強度を確保することができる、即ち、銅や銅合金といった金属としては比較的引張強度の小さい素材を第二筒状部５１に用いつつも、ノズル５の強度を確保しつつ肉厚を抑えることができる。このようにノズル５の肉厚が抑えられると、ノズル５と銅配管７とのろう付時に、加熱不足のリスクが低減され、安定してろう付を行うことができる。

また、本実施形態の熱交換器１では、第三筒状部５２が、Ｘ軸方向（第一筒状部５０の延びる方向である延伸方向）において、第二筒状部５１の内周面５１ａにおける少なくとも先端側の端部を含む領域を覆うと共に、第二筒状部５１の先端面５１ｃを覆っている。このように、Ｘ軸方向において第三筒状部５２が第二筒状部５１の内周面５１ａにおける先端側の端部を含む領域を覆っているため、ノズル５内に銅配管７を挿入した状態でノズル５の先端側から該ノズル５と銅配管７との間にろう材８が流れ込むようにろう付する（図６参照）ことで、第三筒状部５２と銅配管とのろう付面積が確保され易く、これにより、ノズル５と銅配管７とのろう付によるろう付部の気密性や強度が安定して確保し易くなる。

しかも、Ｘ軸方向における第二筒状部５１の先端面５１ｃも第三筒状部５２で覆われていることで、該部位もノズル５と銅配管７とのろう付に利用できるため（例えば、図６参照）、ノズル５における銅配管７とのろう付面の面積が増大し、これにより、ノズル５と銅配管７とのろう付部の気密性や強度がより向上する。

また、本実施形態の熱交換器１では、銅によって構成される第三筒状部５２が、銅ニッケル合金によって構成される第二筒状部５１より薄い。このため、第二筒状部５１の内周面５１ａに第三筒状部５２が形成又は取り付けされる際等の熱によって第二筒状部５１のニッケルが第三筒状部５２に拡散していたとしても、第三筒状部５２が第二筒状部５１より薄いことで第三筒状部５２に拡散するニッケルの量が抑えられる。このように第三筒状部５２の含有するニッケルが微量であるためりん銅ろう付性の低下に影響を及ぼさず、且つ、第二筒状部５１が含有するニッケルの低下に起因する第二筒状部５１の融点の低下が抑えられるため、第二筒状部５１の内周面５１ａに第三筒状部５２が形成又は取り付けされる際等の熱に起因する第二筒状部５１の変形等が防がれる。

また、本実施形態の熱交換器１では、第一筒状部５０は、Ｘ軸方向において、該第一筒状部５０の内周面５０ａにおける第二筒状部５１の基端位置より基端側の位置に配置される第一部位５０２１ａと、該第一部位５０２１ａに対してＸ軸方向における基端側に隣接する第二部位５０３１ａと、を有している。そして、第一部位５０２１ａは、第二筒状部５１の内径φ５より大きな内径φ２を有し、第二部位５０３１ａは、第二筒状部５１の内径φ５より小さな内径φ３を有している。これにより、ノズル５の内周面５ａにおいて、第二筒状部５１の基端より基端側の位置に、周方向に延びる凹部５５が形成され、該凹部５５に対してＸ軸方向において基端側に隣接する位置に、周方向に延びる凸部５６が形成される。このため、ろう付の際に、ノズル５内に銅配管７を挿入した状態でノズル５の先端側から該ノズル５（第三筒状部５２）と銅配管７との間に流れ込んだろう材のうちの余ったものが、表面張力等によってノズル５の内周面５ａに形成された凹部５５に流れ込むことで、該余ったろう材がプレート積層部２内に流れ込むのを防ぐことができる。また、ノズル５内に銅配管７を挿入した状態で銅配管７の先端をノズル５の内周面５ａに形成された第二段差面５０３２ａに当接させることで（図６参照）、ろう付の際のノズル５に対する銅配管７のＸ軸方向の位置決めが容易になる。

尚、本発明のプレート式熱交換器は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記実施形態の熱交換器１のノズル５には、銅配管７が内側（中空部Ｓ）に挿入された状態で接続されるが、この構成に限定されない。例えば図７に示すように、ノズル５が銅配管７の内側に挿入された状態、即ち、銅配管７がノズル５の外周面５ｂを囲った状態でノズル５に接続される構成でもよい。この場合、第二筒状部５１は、第一筒状部５０の外周面５０ｂに対して固定され、第三筒状部５２は、第二筒状部５１の外周面５１ｂを覆うことでノズル５の外周面５ｂの少なくとも一部を構成する。

この構成において、ノズル５の外周面５ｂには、上記実施形態のノズル５の内周面５ａに構成される凹部５５及び凸部５６と同様の効果が得られる凹部５７と凸部５８とが形成されていてもよい。この凹部５７は、ノズル５の外周面５ｂにおいて、第一筒状部５０の外周面５ｂにおける第一段差部５０２ｂの第一部位５０２１ｂと対応する（含む）部位であり、凸部５８は、ノズル５の外周面５ｂにおいて、第一筒状部５０の外周面５ｂにおける第二段差部５０３ｂの第二部位５０３１ｂと対応する（含む）部位である。この場合、第一筒状部５０外周面５０ｂにおける第一部位５０２１ｂは、第一筒状部５０の外周面側に位置する第二筒状部５１の外径より小さな外径を有し、第二部位５０３１ｂは、第一筒状部５０の外周面側に位置する第二筒状部５１の外径より大きな外径を有する。尚、図７に示す例では、銅配管７が、その先端を第一段差部５０２ｂの第一段差面５０２２ｂに当接させた状態でろう付され、凹部５７は、第二筒状部５１の下端と、第一部位５０２１ｂと、第二段差部５０３ｂの第二段差面５０３２ｂとによって構成されている。

また、ノズル５の内周面５ａ又は外周面５ｂに形成される凹部５５、５７及び凸部５６、５８の径方向に沿った断面形状は、限定されない。即ち、第一筒状部５０の内周面５０ａ又は外周面５０ｂの第一部位５０２１ａ、５０２１ｂや第二部位５０３１ａ、５０３１ｂのＸ軸方向の各位置における内径又は外径が同じでなくても（変化していても）よい。この場合、第一筒状部５０の内周面５０ａ又は外周面５０ｂにおいて、各段差面（第一段差面５０２２ａ、５０２２ｂ及び第二段差面５０３２ａ、５０３２ｂ）が無くてもよい。

また、上記実施形態の熱交換器１のノズル５では、Ｘ軸方向において、凹部５５、５７と凸部５６、５８とが隣接しているが、間隔をあけて配置されてもよい。また、ノズル５は、凹部５５、５７又は凸部５６、５８のない構成でもよい。

また、上記実施形態の熱交換器１のノズル５では、第三筒状部５２が、Ｘ軸方向において、第二筒状部５１の内周面５１ａ又は外周面５１ｂの全域を覆うように配置されているが、この構成に限定されない。第三筒状部５２は、Ｘ軸方向において、第二筒状部５１の内周面５１ａ又は外周面５１ｂの少なくとも先端側の端縁を含む領域を覆っていればよい。即ち、第三筒状部５２は、Ｘ軸方向において、第二筒状部５１の内周面５１ａ又は外周面５１ｂの基端を含む基端側の領域を覆っていなくてもよい。

１…熱交換器、２…プレート積層部、３、３ａ、３ｂ…伝熱プレート、３１…伝熱部、３１１…第一開口部、３１２…第二開口部、３１３…第三開口部、３１４…第四開口部、３２…嵌合部、４、４Ａ、４Ｂ…フレームプレート、４１Ａ、４１Ｂ…プレート本体、４２Ａ、４２Ｂ…フレーム嵌合部、４３Ａ…貫通孔、５…ノズル、５ａ…ノズルの内周面、５ｂ…ノズルの外周面、５０…第一筒状部、５０ａ…第一筒状部の内周面、５０ｂ…第一筒状部の外周面、５０ｃ…第一筒状部の先端面、５０１…筒部、５０２…鍔部、５０１ａ…固定部、５０２ａ、５０２ｂ…第一段差部、５０２１ａ、５０２１ｂ…第一部位、５０２２ａ、５０２２ｂ…第一段差面、５０３ａ…第二段差部、５０３１ａ、５０３１ｂ…第二部位、５０３２ａ、５０３２ｂ…第二段差面、５１…第二筒状部、５１ａ…第二筒状部の内周面、５１ｂ…第二筒状部の外周面、５１ｃ…第二筒状部の先端面、５２…第三筒状部、５３…銅の薄膜、５４…銅の膜、５５、５７…凹部、５６、５８…凸部、７…銅配管、８…ろう材、９…トーチ、Ａ…第一流体（流体）、Ｂ…第二流体（流体）、Ｃ…仮想中心線、Ｐａ１…第一流入路、Ｐａ２…第一流出路、Ｐｂ１…第二流入路、Ｐｂ２…第二流出路、Ｒａ…第一流路（流路）、Ｒｂ…第二流路（流路）、Ｓ…中空部、Ｔ１…第一筒状部の厚さ、α１…筒部のＸ軸方向の寸法、α２…固定部のＸ軸方向の寸法、φ０…筒部の外径、φ１…固定部の内径、φ２…第一部位の内径、φ３…第二部位の内径、φ４…第一筒状部の外径、φ５…第一筒状部の内径

Claims (6)

1. 重ね合わされた複数の伝熱プレートを有するプレート積層部と、
   隣り合う二つの伝熱プレートのプレート間を流れる流体を前記プレート積層部に流入させ又は前記プレート積層部から流出させる筒状のノズルと、を備え、
   前記ノズルは、
   前記プレート積層部から延びる筒状の第一筒状部と、
   前記第一筒状部の内周面又は外周面に対して固定されている筒状の第二筒状部と、
   前記第二筒状部における前記第一筒状部が位置する側と反対側の周面である内周面又は外周面を覆うことで該ノズルの内周面又は外周面の少なくとも一部を構成する筒状の第三筒状部と、を有し、
   前記第三筒状部は、銅又は第一の銅合金によって構成され、
   前記第二筒状部は、前記第三筒状部より融点の高い第二の銅合金によって構成されている、
   プレート式熱交換器。
2. 前記第一筒状部は、前記第二筒状部より引張強さの大きい素材によって構成されている、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 前記第三筒状部は、前記第一筒状部の延びる方向である延伸方向において、前記第二筒状部の内周面又は外周面における少なくとも先端側の端部を含む領域を覆うと共に、前記第二筒状部における前記延伸方向の先端側の端面を覆う、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
4. 前記第二の銅合金は、銅ニッケル合金であり、
   前記第三筒状部は、前記銅によって構成され且つ前記第二筒状部より薄い、請求項１～３のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。
5. 前記第一筒状部と前記第二筒状部と前記第三筒状部とのそれぞれは、円筒形であり、
   前記第一筒状部は、
   該第一筒状部の延びる方向である延伸方向において、該第一筒状部の内周面又は外周面における前記第二筒状部の基端位置より基端側の位置に配置される第一部位と、
   該第一部位に対して前記延伸方向の基端側に隣接する第二部位と、を有し、
   前記第一部位は、前記第一筒状部の内周面側に位置する前記第二筒状部の内径より大きな内径、又は前記第一筒状部の外周面側に位置する前記第二筒状部の外径より小さな外径を有し、
   前記第二部位は、前記第一筒状部の内周面側に位置する前記第二筒状部の内径より小さな内径、又は前記第一筒状部の外周面側に位置する前記第二筒状部の外径より大きな外径を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器。
6. 重ね合わされた複数の伝熱プレートを有するプレート積層部と、
   隣り合う二つの伝熱プレートのプレート間を流れる流体を前記プレート積層部に流入させ又は前記プレート積層部から流出させる筒状のノズルと、を備え、
   前記ノズルは、
   前記プレート積層部から延びる筒状の第一筒状部と、
   前記第一筒状部の内周面又は外周面に対して固定されている筒状の第二筒状部と、
   前記第二筒状部における前記第一筒状部が位置する側と反対側の周面である内周面又は外周面を覆うことで該ノズルの内周面又は外周面の少なくとも一部を構成する筒状の第三筒状部と、を有し、
   前記第二筒状部は、銅ニッケル合金によって構成され、
   前記第三筒状部は、銅によって構成されている、
   プレート式熱交換器。

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