特開 2024-151227 熱交換器及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024151227

(43)【公開日】2024-10-24

(54)【発明の名称】熱交換器及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/167 20060101AFI20241017BHJP

   F28D 9/00 20060101ALI20241017BHJP

   F28F 3/00 20060101ALI20241017BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20241017BHJP

   B23K 11/00 20060101ALI20241017BHJP

【ＦＩ】

B23K9/167 A

F28D9/00

F28F3/00 311

B23K26/21 N

B23K11/00 510

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023064458

(22)【出願日】2023-04-11

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】秋本 明人

(72)【発明者】

【氏名】寺沢 雅喜

(72)【発明者】

【氏名】松本 正之

(72)【発明者】

【氏名】横山 創

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 晴彦

(72)【発明者】

【氏名】大月 隆寛

【テーマコード（参考）】

3L103

4E001

4E168

【Ｆターム（参考）】

3L103AA01

3L103BB37

3L103CC21

3L103DD52

4E001AA03

4E001BB07

4E001CA03

4E168BA06

4E168BA86

(57)【要約】

【課題】溶接による変形を抑制することができる熱交換器及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】熱交換器１は、スペーサ３を介在させて積層された複数のプレート部材２と、流路４と、を備える。流路４は、一対のプレート部材２と、スペーサ３と、によって囲まれることにより形成されている。スペーサ３は、一対の被接合部３１と、一対の被接合部３１同士を接続する接続部３２と、を有する。一対の被接合部３１は、積層方向Ｚに互いに対向すると共に、積層方向Ｚにおいて互いに隣接する一対のプレート部材２にそれぞれ接合される。また、スペーサ３において、一対の被接合部３１は、外部に連通する対向空間３０を介して互いに対向している。プレート部材２の外周端部と被接合部３１の外周端部との溶接部である外周溶接部５１は、プレート部材２と被接合部３１との間を封止している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

スペーサ（３）を介在させて積層された複数のプレート部材（２）と、
該複数のプレート部材の積層方向（Ｚ）において互いに隣接する一対の上記プレート部材と、上記スペーサと、によって囲まれることにより形成されると共に、熱交換を行う流体が流れる流路（４）と、を備え、
上記スペーサは、上記積層方向において互いに隣接する一対の上記プレート部材の外周端部同士の間に配置されており、
上記スペーサは、上記積層方向に互いに対向すると共に、上記積層方向において互いに隣接する一対の上記プレート部材にそれぞれ接合される一対の被接合部（３１）と、該一対の被接合部同士を接続する接続部（３２）と、を有し、
上記スペーサにおいて、上記一対の被接合部は、外部に連通する対向空間（３０）を介して互いに対向しており、
上記プレート部材の外周端部と上記被接合部の外周端部とは、溶接によって互いに接合されており、
上記プレート部材の外周端部と上記被接合部の外周端部との溶接部である外周溶接部（５１）は、上記プレート部材と上記被接合部との間を封止している、熱交換器（１）。

【請求項2】

上記複数のプレート部材は、上記積層方向における外側に配置された一対の外側プレート（２１）と、該一対の外側プレート同士の間に配置された内側プレート（２２）と、を有し、上記外側プレートは、上記内側プレートよりも厚みが厚い、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

上記被接合部の厚み（Ｔ１）は、上記プレート部材の厚み（Ｔ２）以下である、請求項１又は２に記載の熱交換器。

【請求項4】

上記プレート部材と上記被接合部とは、上記外周溶接部よりも上記接続部側に形成されていると共に、上記プレート部材と上記被接合部との溶接によって形成された内側溶接部（５２）によっても、互いに接合されている、請求項１又は２に記載の熱交換器。

【請求項5】

上記スペーサにおいて、上記対向空間には、上記一対の被接合部のそれぞれと当接する介在部材（３３）が介在している、請求項１又は２に記載の熱交換器。

【請求項6】

スペーサ（３）を介在させて積層された複数のプレート部材（２）と、
該複数のプレート部材の積層方向（Ｚ）において互いに隣接する一対の上記プレート部材と、上記スペーサと、によって囲まれることにより形成されると共に、熱交換を行う流体が流れる流路（４）と、を備えた熱交換器（１）を製造する方法であって、
上記スペーサは、上記積層方向において互いに隣接する一対の上記プレート部材の外周端部同士の間に配置されており、上記スペーサは、上記積層方向に互いに対向すると共に、上記積層方向において互いに隣接する一対の上記プレート部材にそれぞれ接合される一対の被接合部（３１）と、該一対の被接合部同士を接続する接続部（３２）と、を有し、上記スペーサにおいて、上記一対の被接合部は、外部に連通する対向空間（３０）を介して互いに対向しており、
上記プレート部材と上記被接合部とを上記積層方向に互いに当接させた状態にて、上記プレート部材の外周端部と上記被接合部の外周端部とを外周側から互いに溶接して、外周溶接部（５１）を形成することにより、上記プレート部材と上記被接合部との間を封止する、外周溶接工程を有する、熱交換器の製造方法。

【請求項7】

上記外周溶接工程は、ＴＩＧ溶接、またはレーザー溶接によって行う、請求項６に記載の熱交換器の製造方法。

【請求項8】

上記外周溶接工程よりも前に、上記プレート部材と上記被接合部とを上記積層方向に互いに当接させつつ、上記プレート部材及び上記被接合部における上記外周溶接部が形成される部位よりも上記接続部側の部位に対し抵抗溶接を行うことにより、上記プレート部材と上記被接合部とを互いに接合する内側溶接工程を行い、
該内側溶接工程は、上記対向空間にアース電極（１４２）を挿入すると共に、該アース電極と溶接電極（１４１）とによって、上記プレート部材及び上記被接合部を上記積層方向に挟持した状態にて行う、請求項６又は７に記載の熱交換器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換器及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１に開示されているように、流体が流れる流路を画成する複数のチューブエレメントを備えた熱交換器が知られている。特許文献１に記載の熱交換器において、チューブエレメントは、アッパープレートとロアプレートとを組み合わせることにより形成されている。また、特許文献１に記載の熱交換器は、アッパープレートとロアプレートの間にスペーサを介装させることによって、アッパープレートとロアプレートの間隔にバラツキが生じることを抑えようとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平６－３３１２９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の熱交換器において、スペーサ、アッパープレート、及びロアプレートは、互いにロウ付けにより固定される。また、特許文献１に記載の熱交換器は、各チューブエレメントをロウ付けする際、互いに積層された各チューブエレメントを炉に入れて加熱することにより、製造される。そのため、特許文献１に記載の熱交換器を製造するにあたっては、熱交換器の大きさが大きくなるほど、各チューブエレメントをロウ付けするための炉を大きくする必要があり、製造設備の大型化を招くおそれがある。一方、熱交換器の構成要素であるプレートとスペーサを溶接によって互いに接合する場合、ロウ付けを行う場合のように、炉を用いる必要はないものの、溶接の仕方によっては、溶接時に発生する熱によって、プレートが変形するおそれがある。

【0005】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、溶接による変形を抑制することができる熱交換器及びその製造方法を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、スペーサ（３）を介在させて積層された複数のプレート部材（２）と、
該複数のプレート部材の積層方向（Ｚ）において互いに隣接する一対の上記プレート部材と、上記スペーサと、によって囲まれることにより形成されると共に、熱交換を行う流体が流れる流路（４）と、を備え、
上記スペーサは、上記積層方向において互いに隣接する一対の上記プレート部材の外周端部同士の間に配置されており、
上記スペーサは、上記積層方向に互いに対向すると共に、上記積層方向において互いに隣接する一対の上記プレート部材にそれぞれ接合される一対の被接合部（３１）と、該一対の被接合部同士を接続する接続部（３２）と、を有し、
上記スペーサにおいて、上記一対の被接合部は、外部に連通する対向空間（３０）を介して互いに対向しており、
上記プレート部材の外周端部と上記被接合部の外周端部とは、溶接によって互いに接合されており、
上記プレート部材の外周端部と上記被接合部の外周端部との溶接部である外周溶接部（５１）は、上記プレート部材と上記被接合部との間を封止している、熱交換器（１）にある。

【0007】

本発明の他の態様は、スペーサ（３）を介在させて積層された複数のプレート部材（２）と、
該複数のプレート部材の積層方向（Ｚ）において互いに隣接する一対の上記プレート部材と、上記スペーサと、によって囲まれることにより形成されると共に、熱交換を行う流体が流れる流路（４）と、を備えた熱交換器（１）を製造する方法であって、
上記スペーサは、上記積層方向において互いに隣接する一対の上記プレート部材の外周端部同士の間に配置されており、上記スペーサは、上記積層方向に互いに対向すると共に、上記積層方向において互いに隣接する一対の上記プレート部材にそれぞれ接合される一対の被接合部（３１）と、該一対の被接合部同士を接続する接続部（３２）と、を有し、上記スペーサにおいて、上記一対の被接合部は、外部に連通する対向空間（３０）を介して互いに対向しており、
上記プレート部材と上記被接合部とを上記積層方向に互いに当接させた状態にて、上記プレート部材の外周端部と上記被接合部の外周端部とを外周側から互いに溶接して、外周溶接部（５１）を形成することにより、上記プレート部材と上記被接合部との間を封止する、外周溶接工程を有する、熱交換器の製造方法にある。

【発明の効果】

【0008】

上記熱交換器は、一対の被接合部を備えたスペーサを有する。それゆえ、溶接時における入熱量を抑えつつ、プレート部材とスペーサとを互いに接合することができる。その結果、溶接時の熱によって、プレート部材が変形することを抑制することができる。

【0009】

上記熱交換器の製造方法は、外周溶接工程を有する。それゆえ、溶接時における入熱量を抑えつつ、プレート部材とスペーサとを互いに接合することができる。その結果、溶接時の熱によって、プレート部材が変形することを抑制することができる。

【0010】

以上のごとく、上記態様によれば、溶接による変形を抑制することができる熱交換器及びその製造方法を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態１における、熱交換器の斜視図。

【図2】実施形態１における、熱交換器の、積層方向に沿った断面図。

【図3】実施形態１における、プレート部材の厚み等を示す断面図。

【図4】実施形態１における、スペーサの斜視断面図。

【図5】実施形態１における、スペーサの外観図。

【図6】実施形態１における、スペーサの角部付近を積層方向から見た図。

【図7】実施形態１における、外周溶接工程において、プレート部材と被接合部とをＴＩＧ溶接する様子を示す断面図。

【図8】実施形態１における、内側溶接工程において、プレート部材と被接合部とを抵抗溶接する様子を示す斜視断面図。

【図9】実施形態１における、内側溶接工程において、アース電極と溶接電極とによって、プレート部材及び被接合部を挟持しながら溶接を行う様子を示す断面図。

【図10】実施形態１における、スペーサの製造装置の外観図。

【図11】実施形態２における、スペーサの角部付近を積層方向から見た図。

【図12】実施形態３における、スペーサの角部付近を積層方向から見た図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（実施形態１）
熱交換器及びその製造方法に係る実施形態について、図１～図１０を参照して説明する。
本形態の熱交換器１は、図１～図３に示すごとく、スペーサ３を介在させて積層された複数のプレート部材２と、熱交換を行う流体が流れる流路４と、を備える。流路４は、図２、図３に示すごとく、複数のプレート部材２の積層方向Ｚにおいて互いに隣接する一対のプレート部材２と、スペーサ３と、によって囲まれることにより形成されている。

【0013】

スペーサ３は、積層方向Ｚにおいて互いに隣接する一対のプレート部材２の外周端部同士の間に配置されている。スペーサ３は、図２～図４に示すごとく、一対の被接合部３１と、一対の被接合部３１同士を接続する接続部３２と、を有する。一対の被接合部３１は、図２、図３に示すごとく、積層方向Ｚに互いに対向すると共に、積層方向Ｚにおいて互いに隣接する一対のプレート部材２にそれぞれ接合される。また、スペーサ３において、一対の被接合部３１は、外部に連通する対向空間３０を介して互いに対向している。

【0014】

プレート部材２の外周端部と被接合部３１の外周端部とは、溶接によって互いに接合されている。プレート部材２の外周端部と被接合部３１の外周端部との溶接部である外周溶接部５１は、プレート部材２と被接合部３１との間を封止している。

【0015】

本形態の熱交換器１は、例えば、高温の水蒸気を電気分解して水素を生成するＳＯＥＣ（固体酸化物形電解セル、Solid Oxide Electrolysis Cell）における排熱を回収する手段として用いることができる。また、本形態の熱交換器１は、積層方向Ｚから見たとき（図示略）、角丸四角形状を有する。また、本明細書においては、積層方向Ｚにおける一方側を上側Ｚ１とし、他方側を下側Ｚ２という。

【0016】

本形態の熱交換器１は、ＳＯＥＣ（図示略）に供給する水蒸気及び空気を、ＳＯＥＣから排出される水素を含有するガス、及び酸素を含有するガスによって加熱する。本形態の熱交換器１は、複数の流路４を備える。具体的には、熱交換器１は、図２に示すごとく、４つの流路４を備える。本形態において、最も上側Ｚ１に形成された流路４である第１流路４１には、ＳＯＥＣから排出された酸素を含有するガスが流れる。つまり、第１流路４１を流れるガスは、ＳＯＥＣにおいて水蒸気が分解されることにより生成された酸素を含有する。また、第１流路４１の下側Ｚ２に形成された流路４である第２流路４２には、ＳＯＥＣに供給する空気が流れる。第２流路４２の下側Ｚ２に形成された流路４である第３流路４３には、ＳＯＥＣから排出された水素を含有するガスが流れる。つまり、第３流路４３を流れるガスは、ＳＯＥＣにおいて水蒸気が分解されることにより生成された水素を含有する。また、最も下側Ｚ２に形成された流路４である第４流路４４には、ＳＯＥＣに供給する水蒸気が流れる。熱交換器１は、プレート部材２を介して、ＳＯＥＣから排出された高温のガスから、ＳＯＥＣに供給する水蒸気及び空気へと熱を伝達させることにより、ＳＯＥＣにおける排熱を回収する。なお、それぞれの流路４に流れる流体は、目的に応じて、任意に選択することができる。

【0017】

また、熱交換器１には、図１に示すごとく、流路４に水蒸気等を流入、もしくは流路４から水蒸気等を流出させるためのパイプ６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８が設けられている。それぞれのパイプ６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８は、プレート部材２に対し、ＴＩＧ溶接又はレーザー溶接によって固定されていると共に、流路４に連通している。

【0018】

ＳＯＥＣから排出された酸素を含有するガスは、パイプ６１から第１流路４１に流入すると共に、パイプ６２を通って、第１流路４１から外部へと流出する。また、ＳＯＥＣに供給する空気は、パイプ６３から第２流路４２に流入すると共に、パイプ６４を通って、第２流路４２からＳＯＥＣへと流出する。また、ＳＯＥＣから排出された水素を含むガスは、パイプ６５から第３流路４３に流入すると共に、パイプ６６を通って、第３流路４３から外部へと流出する。また、ＳＯＥＣに供給する水蒸気は、パイプ６７から第４流路４４に流入すると共に、パイプ６８を通って、第４流路４４からＳＯＥＣへと流出する。第１流路４１及び第３流路４３に流入するＳＯＥＣから排出されたガスの温度は、例えば、７００℃程度とすることができる。また、第２流路４２に流入する空気の温度は、例えば、２０℃程度の常温とすることができ、第４流路４４に流入する水蒸気の温度は、例えば、１００℃以上とすることができる。

【0019】

それぞれの流路４は、図２、図３に示すごとく、積層方向Ｚに互いに隣接する一対のプレート部材２によって、上側Ｚ１及び下側Ｚ２から覆われている。本形態の熱交換器１は、５つのプレート部材２を有する。それぞれのプレート部材２は、平板状を呈すると共に、上面及び下面が積層方向Ｚに直交するように形成されている。また、それぞれのプレート部材２は、プレート部材２の厚み方向に積層していると共に、互いに平行となるように設けられている。プレート部材２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料からなるものとすることができる。

【0020】

複数のプレート部材２は、積層方向Ｚにおける外側に配置された一対の外側プレート２１と、一対の外側プレート２１同士の間に配置された内側プレート２２と、を有する。外側プレート２１は、内側プレート２２よりも厚みが厚い。本形態において、図３に示す外側プレート２１の厚みＴ２１は、内側プレート２２の厚みＴ２２の２倍以上である。また、本形態においては、３つの内側プレート２２を有する。

【0021】

それぞれのプレート部材２は、積層方向Ｚから見たとき（図示略）、角丸四角形状を有する。積層方向Ｚから見たときのプレート部材２の面積は、例えば、３０００ｃｍ^２以上とすることができる。また、本形態の熱交換器１は、内側プレート２２に、熱交換用のフィンを設けることなく、内側プレート２２を介して、各流路４を流れる流体同士の熱交換を行うよう構成されている。

【0022】

また、積層方向Ｚにおいて、外側プレート２１と内側プレート２２との間、及び内側プレート２２同士の間には、スペーサ３が介在している。スペーサ３は、熱交換器１の外周部の全周にわたって、プレート部材２同士の間に介在している。スペーサ３は、図２～図４に示すごとく、その延設方向に直交する断面形状がＵ字形状となっている。また、スペーサ３は、図５に示すごとく、環状に形成されており、図５、図６に示すごとく、直線状に形成された４つのストレート部３６と、曲線状に形成された４つの角部３４を有する。スペーサ３は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料からなるものとすることができる。

【0023】

本形態において、スペーサ３は、図３に示すごとく、幅Ｗ１が、積層方向Ｚの高さＨ１よりも大きい。本形態において、幅Ｗ１は、高さＨ１の２倍以上である。高さＨ１は、例えば、流路４の容積の設計値等に応じて、適宜調整することができる。また、幅Ｗ１は、例えば、後述する内側溶接工程を確実に実施しやすい大きさとすることができる。

【0024】

スペーサ３の接続部３２は、流路４の外周側を覆っている。本形態において、接続部３２は、流路４側に凸となるよう湾曲した凸曲面形状を呈していると共に、環状に形成されている。また、接続部３２の上端部及び下端部から、それぞれ被接合部３１が延設されている。スペーサ３において、それぞれの被接合部３１は、接続部３２から、積層方向Ｚに直交する方向かつ外周側へ向かって突出するように形成されている。本形態において、それぞれの被接合部３１は、平板状を呈すると共に、環状に形成されている。

【0025】

また、被接合部３１の厚みＴ１は、プレート部材２の厚みＴ２以下である。具体的には、厚みＴ１は、内側プレート２２の厚みＴ２２と同等の厚みとなっている。また、厚みＴ１は、外側プレート２１の厚みＴ２１よりも薄い。厚みＴ２２は、例えば、１ｍｍ以下とすることができる。

【0026】

図２に示すごとく、スペーサ３において、対向空間３０には、一対の被接合部３１のそれぞれと当接する介在部材３３が介在している。介在部材３３の積層方向Ｚにおける最大の高さは、対向空間３０の積層方向Ｚの高さと同等の高さとなっている。また、介在部材３３は、その全体が対向空間３０の内側に収まるように、配置されている。本形態において、介在部材３３は、板状を呈していると共に、スペーサ３に対し、溶接によって固定されている。また、本形態において、介在部材３３は、熱交換器１の外周部の全周にわたって、一対の被接合部３１同士の間に配置されている。つまり、介在部材３３は、環状に設けられている。介在部材３３は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料からなるものとすることができる。

【0027】

また、外側プレート２１と被接合部３１とを互いに接合する外周溶接部５１は、図２、図３に示すごとく、１つの外側プレート２１と１つの被接合部３１とを互いに接合している。また、内側プレート２２と被接合部３１とを互いに接合する外周溶接部５１は、１つの内側プレート２２と、２つの被接合部３１とを互いに接合している。つまり、それぞれの内側プレート２２は、外周溶接部５１によって、内側プレート２２を積層方向Ｚに挟持する２つの被接合部３１に接合している。本形態においては、５つの外周溶接部５１が形成されている。それぞれの外周溶接部５１は、外周方向に沿って環状に形成されている。また、外周方向とは、熱交換器１の外周に沿った方向を意味する。

【0028】

また、プレート部材２と被接合部３１とは、内側溶接部５２によっても、互いに接合されている。内側溶接部５２は、外周溶接部５１よりも接続部３２側に形成されていると共に、プレート部材２と被接合部３１との溶接によって形成される。

【0029】

内側溶接部５２は、抵抗溶接を行うことによって形成されている。本形態において、内側溶接部５２は、外側プレート２１と被接合部３１とを互いに接合している。内側溶接部５２は、外周溶接部５１から離れた位置に形成されている。内側溶接部５２から流路４までの距離は、外周溶接部５１から流路４までの距離よりも短い。

【0030】

内側溶接部５２は、所定の間隔をおいて、外周方向に沿って複数形成されている。また、抵抗溶接によって、内側溶接部５２を形成したことにより、図８に示すごとく、第１流路４１を上側Ｚ１から覆う外側プレート２１の上面と、第４流路４４を下側Ｚ２から覆う外側プレート２１の下面（図示略）には、それぞれ複数の溶接痕５２１が形成されている。互いに隣接する溶接痕５２１の中心同士の間隔は、例えば、２０～３０ｍｍとすることができる。

【0031】

次に、本形態の熱交換器１の製造方法について説明する。
本形態の熱交換器１の製造方法は、外周溶接工程を有する。外周溶接工程では、図７に示すごとく、プレート部材２と被接合部３１とを積層方向Ｚに互いに当接させた状態にて、プレート部材２の外周端部と被接合部３１の外周端部とを外周側から互いに溶接して、図２、図３に示すごとく、外周溶接部５１を形成する。そして、外周溶接工程では、外周溶接部５１を形成することにより、プレート部材２と被接合部３１との間を封止する。本形態において、外周溶接工程は、ＴＩＧ溶接、またはレーザー溶接によって行う。

【0032】

また、本形態の熱交換器１の製造方法においては、外周溶接工程よりも前に、内側溶接工程を行う。内側溶接工程では、図８、図９に示すごとく、プレート部材２と被接合部３１とを積層方向Ｚに互いに当接させつつ、プレート部材２及び被接合部３１における外周溶接部５１が形成される部位よりも接続部３２側の部位に対し抵抗溶接を行う。内側溶接工程では、この抵抗溶接を行うことにより、プレート部材２と被接合部３１とを互いに接合する。また、内側溶接工程は、図９に示すごとく、対向空間３０にアース電極１４２を挿入すると共に、アース電極１４２と溶接電極１４１とによって、プレート部材２及び被接合部３１を積層方向Ｚに挟持した状態にて行う。

【0033】

次に、本形態の熱交換器１の製造方法について、詳細に説明する。
本形態の熱交換器１を製造するにあたっては、まず、プレート部材２と被接合部３１とを、内側溶接工程によって互いに接合する。内側溶接工程においては、外側プレート２１と被接合部３１とを、抵抗溶接によって互いに接合することにより、図８、図９に示すごとく、スペーサ３が固定された外側プレート２１を製造する。また、内側溶接工程においては、外周方向に沿って、所定の間隔をおいて、複数の内側溶接部５２が形成されるように、複数回、抵抗溶接を行う。また、本形態においては、スペーサ３が固定された外側プレート２１を、２つ製造する。

【0034】

次に、図７に示すごとく、３つの内側プレート２２と２つのスペーサ３とを積層方向Ｚに交互に配置し、さらに、スペーサ３が固定された２つの外側プレート２１によって、この３つの内側プレート２２と２つのスペーサ３を積層方向Ｚに挟持する。これにより、積層方向Ｚにおいて、５つのプレート部材２と４つのスペーサ３とを交互に配置させる。そして、プレート部材２と被接合部３１とを積層方向Ｚに互いに当接させた状態にて、外周溶接工程を行う。

【0035】

また、第２流路４２の上側Ｚ１を覆う内側プレート２２には、２つの連通孔（図示略）が形成されており、この内側プレート２２における２つの連通孔の周囲には、パイプ６３、６４が接合されている。また、第３流路４３の下側Ｚ２を覆う内側プレート２２にも、２つの連通孔（図示略）が形成されており、この内側プレート２２における２つの連通孔の周囲には、パイプ６５、６６が接合されている。また、上側Ｚ１の外側プレート２１にも、２つの連通孔（図示略）が形成されており、この外側プレート２１における２つの連通孔の周囲には、パイプ６１、６２が接合されている。また、上側Ｚ１の外側プレート２１には、パイプ６３、６４を挿通させる挿通孔（図示略）が形成されている。また、下側Ｚ２の外側プレート２１にも、２つの連通孔（図示略）が形成されており、この外側プレート２１における２つの連通孔（図示略）の周囲には、パイプ６７、６８が接合されている。また、下側Ｚ２の外側プレート２１には、パイプ６５、６６を挿通させる挿通孔（図示略）が形成されている。そして、外周溶接工程を行う際には、上側Ｚ１の外側プレート２１の挿通孔に、パイプ６３、６４を挿通させると共に、下側Ｚ２の外側プレート２１の挿通孔にパイプ６５、６６を挿通させた状態にて、プレート部材２と被接合部３１とを積層方向Ｚに互いに当接させる。

【0036】

本形態において、外周溶接工程は、ＴＩＧ溶接によって行う。具体的には、外側プレート２１と被接合部３１との接合は、図７に示すごとく、外側プレート２１と被接合部３１との互いの当接部付近と、ＴＩＧ溶接トーチ１３の電極との間にアーク（図示略）を発生させることにより、外周側から溶接を行う。このとき、ＴＩＧ溶接トーチ１３を、熱交換器１に対し、外周方向に沿って相対的に移動させることにより、全周にわたって溶接を行う。これにより、環状の外周溶接部５１が形成される。また、この外周溶接工程を行うことにより、外側プレート２１から被接合部３１までにわたって外周溶接部５１が形成されると共に、外側プレート２１と被接合部３１との間が封止される。

【0037】

また、外周溶接工程においては、内側プレート２２と、内側プレート２２を積層方向Ｚの両側から挟む２つの被接合部３１とを、互いに溶接する。本形態においては、内側プレート２２と２つの被接合部３１とを、同時に溶接すると共に、全周にわたって溶接する。これにより、環状の外周溶接部５１が形成される。また、この外周溶接工程を行うことにより、図３に示すごとく、内側プレート２２を積層方向Ｚに挟む一方の被接合部３１から他方の被接合部３１までにわたって外周溶接部５１が形成されると共に、内側プレート２２と被接合部３１との間が封止される。

【0038】

次に、外周溶接工程の後、対向空間３０に介在部材３３を配置する。そして、介在部材３３をスペーサ３に対し溶接によって固定する。また、外側プレート２１の挿通孔に挿通されたパイプ６３、６４、６５、６６と外側プレート２１とを、環状の接続部材６０（図１参照）を用いて、溶接によって互いに固定し、パイプ６３、６４、６５、６６と外側プレート２１との間の隙間を封止する。これにより、本形態の熱交換器１が製造される。

【0039】

次に、スペーサ３の製造方法について説明する。
本形態において、スペーサ３は、図１０に示す製造装置１５によって製造される。製造装置１５は、平板状であって、かつ長尺の金属部材３００を屈曲させることにより、スペーサ３を製造する。

【0040】

製造装置１５は、被接合部を形成する第１形成部１５１と第２形成部１５２とを有する。第１形成部１５１は、一対のローラー１５５、１５６を備える。また、第２形成部１５２も、一対のローラー１５７、１５８を備える。スペーサ３を製造するにあたっては、まず、第１形成部１５１におけるローラー１５６の外周部と、外周に沿って凹部（図示略）が形成されたローラー１５５の外周部との間に、金属部材３００を通過させる。これにより、ローラー１５５、１５６によって金属部材３００を屈曲させて、２つの被接合部を形成する。具体的には、ローラー１５６の外周部の一部をローラー１５５の凹部の内側に配置させた状態にてローラー１５５、１５６を回転させつつ、ローラー１５６の外周部とローラー１５５の凹部との間の隙間に金属部材３００を通過させることにより、被接合部を形成する。第１形成部１５１は、形成された２つの被接合部のなす角度が略４５°となるように、金属部材３００を屈曲させる。次に、第１形成部１５１によって屈曲された金属部材３００を、さらに、第２形成部１５２の一対のローラー１５７、１５８同士の間に通過させることにより、２つの被接合部が互いに略平行となるように、金属部材３００を屈曲させる。具体的には、第１形成部１５１と同様に、ローラー１５８の外周部の一部をローラー１５７の凹部（図示略）の内側に配置させた状態にてローラー１５７、１５８を回転させつつ、ローラー１５８の外周部と、ローラー１５７の凹部との間の隙間に金属部材３００を通過させる。これにより、２つの被接合部が互いに近づくように、金属部材３００を屈曲させる。

【0041】

次に、第２形成部１５２によって屈曲された金属部材３００は、調整部１５３を通過する。調整部１５３においては、スプリングバックによって互いに離れる方向に広がった一対の被接合部が互いに近づくように金属部材３００を屈曲させ、一対の被接合部が互いに平行となるように調整する。次に、調整部１５３によって調整された金属部材３００は、屈曲部１５４によって曲線状に屈曲され、角部３４が形成される。その後、所定の部位にて金属部材３００を切断し、金属部材３００の端部同士をＴＩＧ溶接又はレーザー溶接によって接合することにより、図５に示すスペーサ溶接部３５を形成する。これにより、スペーサ３が製造される。本形態において、スペーサ３は、１つのスペーサ溶接部３５を有する。また、スペーサ溶接部３５は、スペーサ３のストレート部３６に形成されている。つまり、接合前のスペーサ３のストレート部３６にある２つの端部同士を互いに溶接することにより、スペーサ溶接部３５が形成される。

【0042】

次に、本形態の作用効果につき説明する。
上記熱交換器１は、一対の被接合部３１を備えたスペーサ３を有する。それゆえ、溶接時における入熱量を抑えつつ、プレート部材２とスペーサ３とを互いに接合することができる。その結果、溶接時の熱によって、プレート部材２が変形することを抑制することができる。

【0043】

仮に、被接合部を有さないスペーサを備えた熱交換器を想定する。具体的には、積層方向の厚みが、積層方向における流路の高さと同じスペーサを備えた熱交換器を想定する。この場合、スペーサの厚みが厚過ぎるため、プレート部材とスペーサとの溶接を行う際、溶接の出力が高くなることや、溶接を行う時間が長くなること等により、プレート部材に供給する入熱量が多くなりやすい。そのため、例えば、プレート部材の中央部が外側へ向かって膨らむなど、溶接時の熱によって、プレート部材が変形するおそれがある。そして、プレート部材の変形により、流路の容積が設計時の値から変化し、流路の内圧の低下や熱交換性能の低下を引き起こすおそれがある。そこで、本形態の熱交換器１は、一対の被接合部３１を備えたスペーサ３を有する。それゆえ、スペーサ３によって、所望の高さの流路４を形成しつつ、プレート部材２に固定する被接合部３１の厚みを薄くしやすい。これにより、比較的厚みが薄いプレート部材２と被接合部３１とを互いに接合することができる。そのため、溶接の出力を抑えることや、溶接を行う時間を短くすることが可能となり、プレート部材２に供給する入熱量を抑えつつ、プレート部材２と被接合部３１とを接合することができる。その結果、溶接時の熱によって、プレート部材２が変形することを抑制することができる。

【0044】

また、外側プレート２１は、内側プレート２２よりも厚みが厚い。それゆえ、流路４の内圧により、外側プレート２１が変形することを確実に抑制することができる。つまり、内側プレート２２は、２つの流路４の間に配置されているため、外側プレート２１と比較し、流路４の内圧による変形が生じにくい。一方、外側プレート２１は、積層方向Ｚにおける一方側のみに流路４が隣接しているため、内側プレート２２と比較し、流路４の内圧によって変形しやすい。そこで、本形態においては、外側プレート２１の厚みＴ２１を内側プレート２２の厚みＴ２２よりも厚くしている。そのため、外側プレート２１の剛性が高くなることにより、流路４の内圧によって外側プレート２１が変形することを確実に抑制することができる。その結果、流路４の容積が変化することを確実に抑制することができる。また、厚みＴ２１を厚くすることにより、熱交換器１の保温性を上昇させやすい。それゆえ、流路４を流れる流体同士の熱交換を一層効率的に行いやすい。

【0045】

本形態において、厚みＴ２１は、厚みＴ２２の２倍以上である。それゆえ、外側プレート２１の変形を一層確実に抑制することができると共に、流路４を流れる流体同士の熱交換を、より一層効率的に行いやすい。

【0046】

また、被接合部３１の厚みＴ１は、プレート部材２の厚みＴ２以下である。それゆえ、プレート部材２と被接合部３１との溶接を行う際、溶接時における入熱量を一層抑えやすい。その結果、溶接時の熱によって、プレート部材２が変形することを一層抑制することができる。

【0047】

プレート部材２と被接合部３１とは、内側溶接部５２によっても、互いに接合されている。また、内側溶接部５２は、外周溶接部５１よりも接続部３２側に形成されている。それゆえ、プレート部材２と被接合部３１とを、確実に強固に接合させることができる。それゆえ、流路４の内圧が比較的高い場合であっても、外周溶接部５１に負荷がかかることを抑えることができ、流路４の気密性を確実に確保することができる。

【0048】

また、スペーサ３において、対向空間３０には、介在部材３３が介在している。それゆえ、スペーサ３の厚みを薄くしたとしても、積層方向Ｚの圧力に対する熱交換器１の剛性を確実に確保することができる。つまり、対向空間３０に介在部材３３を介在させることにより、熱交換器１が積層方向Ｚに加圧されたとしても、熱交換器１が積層方向Ｚに潰れて流路４の容積が小さくなることを確実に抑制することができる。それゆえ、流路４の内圧の上昇や、流路４を流れる流体の流量が少なくなることによる熱交換性能の低下を確実に抑制することができる。

【0049】

上記熱交換器１の製造方法は、外周溶接工程を有する。それゆえ、溶接時における入熱量を抑えつつ、プレート部材２とスペーサ３とを互いに接合することができる。その結果、溶接時の熱によって、プレート部材２が変形することを抑制することができる。

【0050】

本形態において、外周溶接工程は、ＴＩＧ溶接、またはレーザー溶接によって行う。それゆえ、プレート部材２と被接合部３１との間を確実に封止させることができる。

【0051】

また、本形態の熱交換器１の製造方法においては、外周溶接工程よりも前に、内側溶接工程を行う。また、内側溶接工程は、対向空間３０にアース電極１４２を挿入すると共に、アース電極１４２と溶接電極１４１とによって、プレート部材２及び被接合部３１を積層方向Ｚに挟持した状態にて行う。それゆえ、プレート部材２と被接合部３１とを、確実に強固に接合させることができる。それゆえ、流路４の内圧が比較的高い場合であっても、外周溶接部５１に負荷がかかることを抑えることができ、流路４の気密性を確実に確保することができる。

【0052】

また、スペーサ３は、対向空間３０を有する。それゆえ、内側溶接工程を行う際、アース電極１４２を対向空間３０に挿入することが可能となり、アース電極１４２と溶接電極１４１とによって、プレート部材２及び被接合部３１を積層方向Ｚに挟持しやすい。その結果、内側溶接部５２を確実かつ容易に形成することができる。

【0053】

本形態において、スペーサ溶接部３５は、ストレート部３６に形成されている。それゆえ、スペーサ３を容易に製造することができる。つまり、接合前のスペーサ３は、ストレート部３６に端部を有するため、端部同士を溶接しやすい。その結果、生産性を向上させることができる。

【0054】

プレート部材２及びスペーサ３は、ステンレス鋼からなる。それゆえ、熱交換器１の耐熱性を確実に確保することができる。

【0055】

以上のごとく、本形態によれば、溶接による変形を抑制することができる熱交換器１及びその製造方法を提供することができる。

【0056】

（実施形態２）
本形態は、図１１に示すごとく、実施形態１に対し、スペーサ３の形状を変更した形態である。

【0057】

本形態において、スペーサ３は、図１１に示すごとく、積層方向Ｚから見たとき、角部３４が面取り形状となっている。また、スペーサ３は、ストレート部３６を構成する金属部材と、角部３４を構成する金属部材とが、互いに異なる部材となっている。つまり、本形態において、スペーサ３は、ストレート部３６となる４つの棒状の金属部材と、角部３４となる４つの金属部材と、を互いに接合することにより、製造される。

【0058】

角部３４は、直線状に形成された直線部３４１を有する。積層方向Ｚから見たとき、角部３４の直線部３４１の延設方向は、隣接するストレート部３６の延設方向に対し４５°の角度で傾斜している。そして、ストレート部３６に接合される角部３４の両端部は、積層方向Ｚから見たとき、直線部３４１に対し４５°の角度で傾斜するように、曲線状に屈曲されている。

【0059】

本形態において、プレート部材（図示略）の角部は、積層方向Ｚから見たとき、スペーサ３と同様に、面取り形状となっている。
その他は、実施形態１と同様である。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

【0060】

本形態において、ストレート部３６に接合される角部３４の両端部は、積層方向Ｚから見たとき、直線部３４１に対し４５°の角度で傾斜するように、曲線状に屈曲されている。それゆえ、スペーサ３を容易に製造することができる。つまり、延設方向に直交する断面形状がＵ字形状となる棒状の金属部材を、比較的小さい角度である４５°の角度で屈曲させることにより、角部３４を形成することができるため、角部３４を容易に製造することができる。また、角部３４の端部とストレート部３６の端部とを互いに溶接しやすい。その結果、製造性を向上させることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

【0061】

（実施形態３）
本形態は、図１２に示すごとく、実施形態１に対し、スペーサ３の形状を変更した形態である。

【0062】

本形態の熱交換器は、積層方向Ｚから見たとき（図示略）、四角形状となるように形成されている。つまり、プレート部材（図示略）も、積層方向Ｚから見たとき、四角形状となるように形成されている。プレート部材の４つの角部のそれぞれは、積層方向Ｚから見たとき、直角となるように形成されている。また、スペーサ３の４つの角部３４のそれぞれも、図１２に示すごとく、積層方向Ｚから見たとき、直角となるように形成されている。

【0063】

本形態において、スペーサ３を製造するにあたっては、延設方向に直交する断面形状がＵ字形状となる棒状の金属部材を４つ準備する。また、この棒状の金属部材は、延設方向における両端部の端面が、延設方向に対し４５°の角度で傾斜するように、製造する。そして、それぞれの金属部材の端面同士を互いに当接させた状態にて溶接することにより、スペーサ３を製造することができる。つまり、本形態において、スペーサ３は、棒状の金属部材のみを用いて、製造することができる。
その他は、実施形態１と同様である。

【0064】

本形態において、スペーサ３は、延設方向に直交する断面形状がＵ字形状となる棒状の金属部材のみを用いて、製造される。つまり、棒状の金属部材を屈曲させることなく、スペーサ３を製造する。それゆえ、スペーサ３を容易に製造することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

【0065】

上記実施形態１～３において、熱交換器１は、４つの流路４を備える。ただし、熱交換器は、流路を、４つより少なくすることもでき、また、流路を４つより多くすることもできる。熱交換器は、例えば、流路を１つのみ有する構成とすることもできる。この場合、熱交換器は、例えば、熱交換の対象となる対象物と、プレート部材とを互いに当接することにより、熱交換を行う対象物と熱交換器との間で熱交換を行うことができる。

【0066】

また、上記実施形態１～３においては、外側プレート２１と被接合部３１とを、内側溶接工程において互いに接合している。ただし、内側プレート及び被接合部も、内側溶接工程において互いに接合することができる。

【0067】

また、上記実施形態１～３において、接続部３２は、流路４側に凸となるよう湾曲した凸曲面形状を呈している。ただし、接続部は、例えば、流路側に凸となるよう湾曲することなく、積層方向に沿って形成されたものとすることができる。

【0068】

また、上記実施形態１～３において、介在部材３３は、熱交換器１の外周部の全周にわたって、一対の被接合部３１の間に配置されている。ただし、熱交換器は、例えば、スペーサの角部の対向空間のみ、又はスペーサのストレート部の対向空間のみに、介在部材を配置した構成とすることもできる。

【0069】

また、上記実施形態１～３において、内側溶接部５２は、外周溶接部５１から離れた位置に形成されている。ただし、熱交換器は、内側溶接部と外周溶接部とが互いに接続された構成とすることもできる。

【0070】

また、上記実施形態１～３において、外側プレート２１と被接合部３１とは、外周溶接部５１及び内側溶接部５２によって、互いに接合している。ただし、熱交換器は、外側プレートと被接合部とが、外周溶接部のみによって互いに接合された構成とすることもできる。

【0071】

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

【符号の説明】

【0072】

１…熱交換器、２…プレート部材、３…スペーサ、４…流路、３０…対向空間、３１…被接合部、３２…接続部、５１…外周溶接部、Ｚ…積層方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】