特許 5943619 積層型熱交換器及び熱交換システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5943619

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】積層型熱交換器及び熱交換システム

(51)【国際特許分類】

   F28D 9/02 20060101AFI20160621BHJP

   B23K 20/00 20060101ALI20160621BHJP

   F28F 3/00 20060101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   F28D9/02

   B23K20/00 310L

   F28F3/00 301Z

【請求項の数】4

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-18128(P2012-18128)

(22)【出願日】2012年1月31日

(65)【公開番号】特開2013-155971(P2013-155971A)

(43)【公開日】2013年8月15日

【審査請求日】2014年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100061745

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100120341

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】野一色 公二

(72)【発明者】

【氏名】三輪 泰健

(72)【発明者】

【氏名】伴 浩之

【審査官】 河内 誠

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１７１１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４１０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０３０８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３２２６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５０６９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１３９４２５（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ９／００−９／０４

Ｆ２５Ｂ １／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の機械から送出された流体の熱交換を行う複数の熱交換ユニットが積層されてなる積層型熱交換器であって、
前記熱交換ユニットは、前記流体の流路が形成された複数の流路板と、冷却用の媒体の流路が形成された複数の流路板とがあって、前記流体の流路が形成された流路板と前記冷却用の媒体の流路が形成された流路板とが交互に積層されたものが１つまたは複数積層された構造を有し、
前記流体の流路が形成された複数の流路板のそれぞれは、表面に形成された凹状の溝を前記流体の流路として有すると共に、前記冷却用の媒体の流路が形成された複数の流路板のそれぞれは、表面に形成された凹状の溝を前記冷却用の流体の流路として有しており、
前記流体の流路が形成された複数の流路板、及び前記冷却用の媒体の流路が形成された複数の流路板には、最上層の熱交換ユニットから最下層の熱交換ユニットまでを貫通し、前記冷却用の媒体の流路が形成されたそれぞれの流路板に前記冷却用の媒体を供給するＩＮの貫通孔と、前記最上層の熱交換ユニットから最下層の熱交換ユニットまでを貫通し、前記冷却用の媒体の流路が形成されたそれぞれの流路板から前記冷却用の媒体を排出するＯＵＴの貫通孔と、が形成されている
ことを特徴とする積層型熱交換器。

【請求項2】

前記複数の熱交換ユニットの各々が前記複数の機械の各々と対になっていることを特徴とする請求項１に記載の積層型熱交換器。

【請求項3】

前記複数の熱交換ユニットのそれぞれには、熱交換ユニットに流体を供給する供給孔と、前記供給された流体を排出する排出孔とが設けられており、
各熱交換ユニットに設けられた供給孔及び排出孔は、熱交換ユニットの積層方向に沿って直接外部に連通する長さに形成されていて、平面視での配置位置が互いに重ならないように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の積層型熱交換器。

【請求項4】

流体に対して熱量の変化を起こさせる複数の機械と、前記複数の機械によって熱量が変化した流体の熱交換を行う熱交換ユニットが積層されてなる積層型熱交換器と、を有する熱交換システムにおいて、
前記積層型熱交換器が、請求項１〜３のいずれかに記載された積層型熱交換器であることを特徴とする熱交換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流路板を積層して形成された積層型熱交換器及びこの積層型熱交換器を用いた熱交換システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

加圧及び圧縮によって気体（ガス）を高圧ガス又は液化ガスに変化させて、タンクやボンベなどに充填するシステムは、ガスの製造プラントや供給ステーションなどで広く採用されている。近年では、例えば水素ガスの需要拡大が続いており、水素ガスの製造プラントや供給ステーションにおいて、効率よく水素ガスを充填するシステムの開発が望まれている。

【0003】

ガス供給ステーションなどでガスを充填する場合には、当該ガスをコンプレッサで高圧に圧縮してその体積を小さくし、タンクやボンベに充填する。しかし、ガスは高圧に圧縮されると発熱するので、圧縮されたガスを充填する前に冷却する必要がある。そこで、ガスの供給ステーションなどでは、コンプレッサで圧縮されて高温になったガスを熱交換器へ導いて冷却し、冷却された高圧ガスをタンクやボンベに充填している。

【0004】

このとき用いられる熱交換器には、フィン型やプレート型と呼ばれる熱交換器があり、例えば、特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示のプレート型熱交換器は、隔壁により内部を複数のユニットに区分された一体構造を有するプレート式熱交換器において、前記区分された複数のユニットには、少なくとも一つのユニットが複数の流体の入口又は出口を有すると共に、該複数のユニットは、前記入口と出口に接続する少なくとも一方が複数の異なった加熱流路又は被加熱流路を形成することを特徴とするものである。

【0005】

特許文献１は、このプレート式熱交換器によって、配管が容易となって小型軽量化が可能になるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０００−２８３６６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述したように、コンプレッサで高圧に圧縮されて温度が上昇したガスは、タンクやボンベへ充填する前に熱交換器で冷却される。しかし、ガスの圧縮は、１台のコンプレッサで１度だけ圧縮されるという、いわゆる一段式の圧縮だけに限らず、ガスを複数台のコンプレッサに順に通過させることで、コンプレッサで一旦圧縮されたガスを次段のコンプレッサでさらに圧縮する多段式の圧縮が行われることがある。

【0008】

多段式の圧縮の場合、コンプレッサで圧縮するたびにガスの温度が上昇するので、圧縮されたガスは、次段のコンプレッサに供給される前に熱交換器に通されて冷却される。つまり、コンプレッサの台数と同じ台数の熱交換器を用意して、複数台のコンプレッサと同じく複数台の熱交換器とを交互に直列に接続した多段式の圧縮システムを構築する必要がある。

【0009】

特許文献１に開示されるような従来の熱交換器をこのような多段式の圧縮システムに用いた場合、複数台のコンプレッサと熱交換器を配置するために広大な設置面積が必要になるという問題や、コンプレッサ及び熱交換器の台数が増えれば配管が複雑になってさらに広大な設置面積が必要になるという問題が生じる。
さらに、従来の熱交換器は耐圧性が低いので、多段式の圧縮によって非常に高圧となったガスを扱うには不向きであり、耐圧性の高い熱交換器の開発も重要な課題である。

【0010】

そこで、本発明は、上述した問題及び課題に鑑み、耐圧性が高くコンパクトな積層型熱交換器、及びその積層型熱交換器を用いた熱交換システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る積層型熱交換器は、複数の機械から送出された流体の熱交換を行う複数の熱交換ユニットが積層されてなる積層型熱交換器であって、前記熱交換ユニットは、前記流体の流路が形成された複数の流路板と、冷却用の媒体の流路が形成された複数の流路板とがあって、前記流体の流路が形成された流路板と前記冷却用の媒体の流路が形成された流路板とが交互に積層されたものが１つまたは複数積層された構造を有し、前記流体の流路が形成された複数の流路板のそれぞれは、表面に形成された凹状の溝を前記流体の流路として有すると共に、前記冷却用の媒体の流路が形成された複数の流路板のそれぞれは、表面に形成された凹状の溝を前記冷却用の流体の流路として有しており、前記流体の流路が形成された複数の流路板、及び前記冷却用の媒体の流路が形成された複数の流路板には、最上層の熱交換ユニットから最下層の熱交換ユニットまでを貫通し、前記冷却用の媒体の流路が形成されたそれぞれの流路板に前記冷却用の媒体を供給するＩＮの貫通孔と、前記最上層の熱交換ユニットから最下層の熱交換ユニットまでを貫通し、前記冷却用の媒体の流路が形成されたそれぞれの流路板から前記冷却用の媒体を排出するＯＵＴの貫通孔と、が形成されていることを特徴とする。

【0012】

ここで、前記複数の熱交換ユニットの各々が前記複数の機械の各々と対になっているとよい。言い換えれば、前記複数の熱交換ユニットの各々が前記複数の機械の各々と一対一に対応しているとよい。
さらに、前記複数の熱交換ユニットのそれぞれには、熱交換ユニットに流体を供給する供給孔と、前記供給された流体を排出する排出孔とが設けられており、各熱交換ユニットに設けられた供給孔及び排出孔は、熱交換ユニットの積層方向に沿って直接外部に連通する長さに形成されていて、平面視での配置位置が互いに重ならないように形成されていると好ましい。

【0013】

ここで、本発明に係る熱交換システムは、流体に対して熱量の変化を起こさせる複数の機械と、前記複数の機械によって熱量が変化した流体の熱交換を行う熱交換ユニットが積層されてなる積層型熱交換器と、を有する熱交換システムにおいて、前記積層型熱交換器が、上述の積層型熱交換器であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、耐圧性が高くコンパクトな熱交換器及び熱交換システムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】多段式の熱交換システムの構成を示す概念図であり、（ａ）は従来の熱交換システムの構成を示す概念図、（ｂ）は本発明の第１実施形態による熱交換システムの構成を示す概念図である。

【図2】第１実施形態による積層型熱交換器の断面構造を示す図である。

【図3】第１実施形態による積層型熱交換器の断面構造を示す図である。

【図4】第１実施形態による積層型熱交換器を構成する全てのプレートの構成を示す平面概念図である。

【図5】第１実施形態による積層型熱交換器を構成するプレートの構成を示す平面図であり、（ａ）は流路プレートの構成を示す平面図、（ｂ）は冷却用プレートの構成を示す平面図である。

【図6】第１実施形態による積層型熱交換器の各熱交換ユニットに供給される流体の差圧について説明する図である。

【図7】本発明の第２実施形態による積層型熱交換器で用いられる冷却用プレートの構成を示す平面図である。

【図8】第２実施形態による積層型熱交換器の断面構造を示す図である。

【図9】第２実施形態による積層型熱交換器の断面構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の各実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
（熱交換システムの概略）
図を参照しながら、本発明の第１実施形態による熱交換システムを説明する。
図１は、複数台の機械であるコンプレッサと複数台の熱交換器を用いた多段式の熱交換システムの構成を示す概念図である。図１（ａ）は、従来の熱交換器を用いた熱交換システムの構成を示す概念図であり、図１（ｂ）は、本実施形態による積層型熱交換器２ａを用いた熱交換システム１ａの構成を示す概念図である。

【0017】

本実施形態で説明する熱交換システム１ａは、複数台のコンプレッサを直列に接続する
ことで気体（ガス）を順次加圧及び圧縮して高圧ガスに変化させる多段式の圧縮工程において、各コンプレッサの後段に熱交換器を備えたものである。
（従来の熱交換システム）
図１（ａ）に示す熱交換システムは、従来の熱交換器を用いた場合の構成を示している。図１（ａ）の熱交換システムは、1st-comp〜4th-compとして示される第１コンプレッサ〜第４コンプレッサの４台のコンプレッサと、1st-ex〜4th-exとして示される第１熱交換器〜第４熱交換器の４台の熱交換器とによって構成されている。

【0018】

この各４台ずつのコンプレッサ及び熱交換器において、まず第１コンプレッサの吐出口と第１熱交換器の吸込口がパイプで接続され、第１熱交換器の吐出口と第２コンプレッサの吸込口がパイプで接続される。このように、従来の熱交換システムは、コンプレッサの吐出口と熱交換器の吸込口を接続しつつ、図１（ａ）に示すように構成されている。
（本願の熱交換システム）
これに対し、図１（ｂ）に示す熱交換システム１ａは、1st-comp〜4th-compとして示される第１コンプレッサＣ１〜第４コンプレッサＣ４の４台の機械であるコンプレッサと、1st-unit〜4th-unitとして示される第１熱交換ユニットＵ１〜第４熱交換ユニットＵ４の４つの熱交換ユニットが積層されて一体化された積層型熱交換器２ａとによって構成されている。

【0019】

図１（ｂ）に示す積層型熱交換器２ａの第１熱交換ユニットＵ１〜第４熱交換ユニットＵ４は、図１（ａ）に示す従来の第１熱交換器〜第４熱交換器に対応した働きをなすものであって、第１熱交換ユニットＵ１は第１コンプレッサＣ１から吐出されて高温となった流体の熱交換（冷却）を行い、第２熱交換ユニットＵ２は第２コンプレッサＣ２から吐出されて高温となった流体の熱交換（冷却）を行う。第３熱交換ユニットＵ３は第３コンプレッサＣ３から吐出されて高温となった流体の熱交換を（冷却）を行い、第４熱交換ユニットＵ４は第４コンプレッサＣ４から吐出されて高温となった流体の熱交換（冷却）を行う。

【0020】

このように本実施形態による熱交換システム１ａは、流体（例えば、水素ガス）に対して熱量の変化を起こさせる複数の機械（例えば、第１コンプレッサＣ１〜第４コンプレッサＣ４）と、これら複数の機械によって熱量が変化した流体の熱交換を行う熱交換ユニット（例えば、第１熱交換ユニットＵ１〜第４熱交換ユニットＵ４）が積層されてなる積層型熱交換器２ａと、を有するものである。

【0021】

本実施形態では、流体に熱量の変化を生じさせる複数の機械が直列に接続されていて１本の流路を形成している状態を、複数の機械が多段に接続されている状態と呼ぶ。本実施形態のように、複数のコンプレッサＣ１〜Ｃ４が多段に接続されていれば、流体である水素ガスは、この多段のコンプレッサＣ１〜Ｃ４によって形成された１本の流路を、第１コンプレッサＣ１、第２コンプレッサＣ２、第３コンプレッサＣ３、第４コンプレッサＣ４の順に流れる。しかし、水素ガスは、コンプレッサＣ１〜Ｃ４を通過するたびに熱量が変化して温度が上昇するので、第１コンプレッサＣ１〜第４コンプレッサＣ４から吐出された水素ガスは、コンプレッサＣ１〜Ｃ４を通過するたびに対応する第１熱交換ユニットＵ１〜第４熱交換ユニットＵ４に流入して熱交換が行われ、次段のコンプレッサに吸入される。

【0022】

つまり、第１コンプレッサＣ１で圧縮（加圧）されて高温となった水素ガスは、積層型熱交換器２ａの第１熱交換ユニットＵ１に流入して冷却され、次段の第２コンプレッサＣ２に吸入される。吸入された水素ガスは、第２コンプレッサＣ２でさらに圧縮されて高温となり、積層型熱交換器２ａに戻されて第２熱交換ユニットＵ２に流入し冷却される。このような循環を、水素ガスが第４コンプレッサＣ４〜第４熱交換ユニットＵ４を通過するまで繰り返すことで、水素ガスは非常に高圧なガスとなる。

【0023】

このように、第１コンプレッサＣ１から吐出された流体は第１熱交換ユニットＵ１に流入し、第２コンプレッサＣ２から吐出された流体は第２熱交換ユニットＵ２に流入しているので、第１コンプレッサＣ１と第１熱交換ユニットＵ１とは、互いに対になっており、第２コンプレッサＣ２と第２熱交換ユニットＵ２とも、互いに対になっているといえる。
同様に、第３コンプレッサＣ３は第３熱交換ユニットＵ３と対に、第４コンプレッサＣ４は第４熱交換ユニットＵ４と対になっているといえる。
このとき、冷却水は、積層方法によって各ユニットごとに流量管理し冷却することや、全ユニットを一括し冷却することも可能である。

【0024】

本実施形態による積層型熱交換器２ａは、従来の熱交換システムにおける複数の熱交換器の機能を、一体化された流路構造体によって実現するものである。本実施形態による積層型熱交換器２ａは、従来の熱交換器よりも小型にすることができるとともに、コンプレッサとの配管を簡素かつ容易にすることができる。さらに、コンプレッサも含んだ熱交換システムの設置に必要な設置場所の面積を減らすことができる。

【0025】

（積層型熱交換器の構成）
図２及び図３を参照して、本実施形態による積層型熱交換器２ａの構成を説明する。
図２は、積層型熱交換器２ａの構造を示す図であって、積層型熱交換器２ａのＡＡ断面とＣＣ断面を示している。図３は、積層型熱交換器２ａのＢＢ断面を示す図である。
積層型熱交換器２ａは、１ｓｔ〜４ｔｈで示される第１熱交換ユニットＵ１〜第４熱交換ユニットＵ４を積層し、その積層体の上面に上面板（上エンドプレート）３を積層し、下面に下面板（下エンドプレート）４を積層することで構成されたものである。第１熱交換ユニットＵ１〜第４熱交換ユニットＵ４のそれぞれは、流体である水素ガスの流路が形成された平板状の流路板（流路プレート）と冷却用の媒体である冷却水の流路が形成された平板状の流路板（冷却用プレート）を交互に複数枚積層して構成されたものである。

【0026】

このとき、求められる熱交換器性能によっては、水素側の流路プレートの両面側を冷却用プレートで挟むように配置して積層しても良い。
従って、第１熱交換ユニットＵ１〜第４熱交換ユニットＵ４のそれぞれの外観は、平板状の流体用プレートと冷却用プレートを積層した直方体形状となる。このような直方体形状の第１熱交換ユニットＵ１〜第４熱交換ユニットＵ４を積層するので、積層型熱交換器２ａは、第１熱交換ユニットＵ１〜第４熱交換ユニットＵ４の積層方向に高い直方体形状となる。

【0027】

図４及び図５を参照しながら、積層型熱交換器２ａ内における流体及び冷却水の流れを説明する前に、第１熱交換ユニットＵ１〜第４熱交換ユニットＵ４に用いられる第１流路プレートＰ１〜第４流路プレートＰ４と、冷却用プレートＣＰ１の構成を説明し、積層型熱交換器２ａの構成を詳細に説明する。
図４は、積層型熱交換器２ａを構成する全てのプレートを示す図である。図４の上段左には第１熱交換ユニットＵ１を構成する第１流路プレート（1st用プレート）Ｐ１が示されており、右に向かって順に、第３流路プレート（3rd用プレート）Ｐ３、第４流路プレート（4th用プレート）Ｐ４、第２流路プレート（2nd用プレート）Ｐ２が示されている。流路プレートＰ１〜Ｐ４を、左から順に1st用、3rd用、4th用、2nd用の順序で図示しているのは、図２及び図３において、第１熱交換ユニットＵ１〜第４熱交換ユニットＵ４が、上から順に第１、第３、第４、第２の順で積層されていることに基づいている。

【0028】

図４の下段左には積層型熱交換器の上面に積層される上面板（上エンドプレート）３が示されており、右に向かって順に、各流路プレート間に積層される冷却用プレートＣＰ１、積層型熱交換器の下面に積層される下面板（下エンドプレート）４が示されている。
図４に示す各プレートは、積層型熱交換器２ａを上面側から見た、つまり上エンドプレート３の上方から下エンドプレート４に向かう方向に沿って見たときの構成を示している。

【0029】

（第１熱交換ユニット）
まず、積層型熱交換器２ａにおける第１熱交換ユニット（1st熱交換ユニット）Ｕ１は、第１流路プレート（1st用プレート）Ｐ１と冷却用プレートＣＰ１を交互に積層することで構成されている。
（第１流路プレート）
図４に示すように、第１流路プレートＰ１は、例えばステンレスやアルミなどの金属からなる厚さ数ミリメートルの長方形の平板である。図４に示す第１流路プレートＰ１の長
手方向の両端部において、図面に向かって上端部の左側には、第１コンプレッサＣ１から供給された水素ガスが第１流路プレートＰ１に流れ込むための流体供給孔１ＩＮが穿たれて貫通孔が形成されている。また、下端部の右側には、水素ガスが第１流路プレートＰ１から流れ出すための流体排出孔１ＯＵＴが穿たれて貫通孔が形成されている。つまり、流体供給孔１ＩＮと流体排出孔１ＯＵＴは、第１流路プレートＰ１の対角方向に形成されている。

【0030】

流体供給孔１ＩＮと流体排出孔１ＯＵＴが形成された第１流路プレートＰ１の一方の面であって図４に描かれる上面には、水素ガスの流路が、流体供給孔１ＩＮと流体排出孔１ＯＵＴをつなぐように形成されている。この流路によって、流体供給孔１ＩＮから流入した水素ガスは、形成された流路に沿って流れ、流体排出孔１ＯＵＴから第１流路プレート外へ流出する。

【0031】

図５（ａ）は、図４に示した第１流路プレートＰ１の構成を詳細に示した図である。第１流路プレートＰ１に形成された流路は、第１流路プレートＰ１の幅方向に蛇行するように複数本形成されて、流体供給孔１ＩＮと流体排出孔１ＯＵＴをつないでいる。この複数本の流路は、互いにほぼ平行となるように形成されており、互いに交わることはない。従って、流体供給孔１ＩＮから流入した水素ガスは、流入した１本の流路だけを通って流体排出孔１ＯＵＴに達する。

【0032】

第１流路プレートＰ１の流路が第１流路プレートＰ１の幅方向に蛇行しているのは、第１流路プレートＰ１の限られた面積内で可能な限り流路を長くとるためであり、その目的のためには、流路は、図４及び図５に示した蛇行以外の軌跡を辿っても構わない。
このような流路は、本発明の技術分野においてマイクロチャネルと呼ばれるものであり、幅１ミリ前後の細い流路である。このマイクロチャネルと呼ばれる流路は、例えばケミカルエッチングなどのエッチング技術を用いて形成されるものである。エッチングは等方加工であるため流路の深さは流路幅の０．５倍に近づくが、本実施形態では、その深さを、流路幅の０．４〜０．６倍程度とする。

【0033】

加えて、第１流路プレートＰ１の長手方向の両端部において、図面に向かって上端部の右側には、第３コンプレッサＣ３から供給された水素ガスが後述する第３流路プレートＰ３に流れ込むための貫通孔である流体供給孔３ＩＮが穿たれている。また、下端部の左側には、水素ガスが第３流路プレートＰ３から流れ出すための貫通孔である流体排出孔３ＯＵＴが穿たれている。これら流体供給孔３ＩＮと流体排出孔３ＯＵＴは、第１流路プレートＰ１の流路にはつながっていない。

【0034】

また、流体排出孔１ＯＵＴと流体排出孔３ＯＵＴに通じる貫通孔との間には、後述する冷却用プレートＣＰ１に冷却水が流れ込むための貫通孔である冷却水ＩＮが穿たれ、流体供給孔１ＩＮと流体供給孔３ＩＮに通じる貫通孔との間には、後述する冷却用プレートＣＰ１から冷却水が流れ出すための貫通孔である冷却水ＯＵＴが穿たれている。これら流体供給孔３ＩＮと流体排出孔３ＯＵＴは、第１流路プレートＰ１の流路にはつながっていない。

【0035】

このような第１流路プレートＰ１の他方の面、つまり流路が形成されておらず図面に示されていない下面は、平滑な面となっている。
（冷却用プレート）
冷却用プレートＣＰ１は、第１流路プレートＰ１とほぼ同様の構成を有しており、第１流路プレートＰ１と同じ材質で、長手方向の両端部において、上端部には、第１流路プレートＰ１と同じ位置に、流体供給孔１ＩＮ、冷却水ＯＵＴ，流体供給孔３ＩＮが形成されており、下端部には、同じく第１流路プレートＰ１と同じ位置に、流体排出孔１ＯＵＴ、冷却水ＩＮ，流体排出孔３ＯＵＴが形成されている。

【0036】

図５（ｂ）は、図４に示した冷却用プレートＣＰ１の構成を詳細に示した図である。冷却用プレートＣＰ１に形成された流路も、第１流路プレートＰ１と同様に幅方向に蛇行するように複数本形成されて冷却水ＩＮと冷却水ＯＵＴをつないでいる。この複数の流路も、第１流路プレートＰ１と同様に互いにほぼ平行となるように形成されており、互いに交わることはない。従って、冷却水ＩＮから流入した冷却水は、流入した１本の流路だけを通って冷却水ＯＵＴに達する。

【0037】

このような冷却用プレートＣＰ１の他方の面、つまり流路が形成されておらず図面に示されていない下面は、平滑な面となっている。
第１熱交換ユニットＵ１は、以上に説明した第１流路プレートＰ１と冷却用プレートＣＰ１を交互に積層することで構成される。まず、第１熱交換ユニットＵ１の最下層として冷却用プレートＣＰ１を用い、その上に第１流路プレートＰ１を積層して、さらにその上に冷却用プレートＣＰ１を積層するというように、最下層の冷却用プレートＣＰ１の上に、第１流路プレートＰ１と冷却用プレートＣＰ１を交互に何層にも積層し最上層を冷却プレートＣＰ１とする。

【0038】

ここで、積層する第１流路プレートＰ１の枚数は任意であるが、第１流路プレートＰ１の枚数を変更することによって、第１熱交換ユニットＵ１の容量を変更することができる。このことは、後述する第２熱交換ユニットＵ２〜第４熱交換ユニットＵ４にもあてはまるが、本実施形態では、第１熱交換ユニットＵ１〜第４熱交換ユニットＵ４の各容量が同じとなるように構成される。

【0039】

このように何層にも積層した第１流路プレートＰ１と冷却用プレートＣＰ１を所定温度下で加圧して、第１流路プレートＰ１と冷却用プレートＣＰ１の接合面を互いに拡散接合させると、複数のプレートが一体となった第１熱交換ユニットＵ１が得られる。つまり、冷却用プレートＣＰ１の上に拡散接合された第１流路プレートＰ１の平滑な下面は、冷却用プレートＣＰ１の流路の蓋となり、第１流路プレートＰ１の上に拡散接合された冷却用プレートＣＰ１の平滑な下面は、第１流路プレートＰ１の流路の蓋となる。

【0040】

この拡散接合によって第１流路プレートＰ１と冷却用プレートＣＰ１は強固に接合されるので、第１熱交換ユニットＵ１は、供給される流体に対して非常に高い耐圧性を備えることとなる。
直上層の下面が蓋となるように拡散接合された第１熱交換ユニットＵ１において、流体供給孔１ＩＮから水素ガスが供給されると、流体供給孔１ＩＮは、第１流路プレートＰ１の流路につながっているので水素ガスが流入するが、冷却用プレートＣＰ１の流路とは冷却用プレートの上面と第１流路プレートの下面との接合によって隔絶されるので、水素ガスが冷却用プレートＣＰ１の流路に流入することはない。

【0041】

同じく冷却水ＩＮから冷却水が供給されると、冷却水ＩＮは、冷却用プレートＣＰ１の流路につながっているので冷却水が流入するが、第１流路プレートＰ１の流路とは第１流路プレートＰ１の上面と冷却用プレートＣＰ１の下面との接合によって隔絶されるので、冷却水が第１流路プレートＰ１の流路に流入することはない。
（第３熱交換ユニット）
第３熱交換ユニットＵ３は、第１熱交換ユニットＵ１の直下に配置される熱交換ユニットである。第３熱交換ユニットＵ３に用いられる第３流路プレートＰ３は、第１流路プレートＰ１とほぼ同じ材質で大きさの部材であって、第１流路プレートＰ１と同様の流路が形成されている。

【0042】

（第３流路プレート）
第３流路プレートＰ３では、第１流路プレートＰ１に形成されていた流体供給孔１ＩＮと流体排出孔１ＯＵＴがなく、流体供給孔３ＩＮと流体排出孔３ＯＵＴ、及び冷却水ＩＮと冷却水ＯＵＴが形成されている。第３流路プレートＰ３の一方の面であって図４に描かれる上面にはマイクロチャネルである流路が形成されており、この流路によって流体供給孔３ＩＮと流体排出孔３ＯＵＴがつながれる。

【0043】

この第３流路プレートＰ３と冷却用プレートＣＰ１を、第１熱交換ユニットＵ１と同様に積層して各プレート間を拡散接合すると、第３熱交換ユニットＵ３が得られる。第３熱交換ユニットＵ３において、流体供給孔３ＩＮから水素ガスが供給されると、流体供給孔３ＩＮは、第３流路プレートＰ３の流路につながっているので水素ガスが流入するが、冷却用プレートＣＰ１の流路とは冷却用プレートＣＰ１の上面と第３流路プレートＰ３の下面との接合によって隔絶されるので、水素ガスが冷却用プレートＣＰ１の流路に流入することはない。

【0044】

同じく冷却水ＩＮから冷却水が供給されると、冷却水ＩＮは、冷却用プレートＣＰ１の流路につながっているので冷却水が流入するが、第３流路プレートＰ３の流路とは第３流路プレートＰ３の上面と冷却用プレートＣＰ１の下面との接合によって隔絶されるので、冷却水が第３流路プレートＰ３の流路に流入することはない。
（第４熱交換ユニット）
第４熱交換ユニットＵ４は、第３熱交換ユニットＵ２の直下に配置される熱交換ユニットである。第４熱交換ユニットＵ４に用いられる第４流路プレートＰ４は、第１流路プレートＰ１及び第３流路プレートＰ３とほぼ同じ材質で大きさの部材であって、第１流路プレートＰ１及び第３流路プレートＰ３と同様の流路が形成されている。

【0045】

（第４流路プレート）
図４に示すように、第４流路プレートＰ４は、第３流路プレートＰ４の構成を左右反転させた構成を有しており、対角線上に形成された貫通孔は流体供給孔４ＩＮと流体排出孔４ＯＵＴである。第４流路プレートＰ４には、冷却水ＩＮと冷却水ＯＵＴも形成されている。第４流路プレートＰ４の一方の面であって図４に描かれる上面にはマイクロチャネルである流路が形成されており、この流路によって、流体供給孔４ＩＮと流体排出孔４ＯＵＴがつながれる。

【0046】

この第４流路プレートＰ４と冷却用プレートＣＰ１を、第１熱交換ユニットＵ１及び第３熱交換ユニットＵ３と同様に積層して各プレート間を拡散接合すると、第４熱交換ユニットＵ４が得られる。第４熱交換ユニットＵ４において、流体供給孔４ＩＮから水素ガスが供給されると、流体供給孔４ＩＮは、第４流路プレートＰ４の流路につながっているので水素ガスが流入するが、冷却用プレートＣＰ１の流路とは冷却用プレートＣＰ１の上面と第４流路プレートＰ４の下面との接合によって隔絶されるので、水素ガスが冷却用プレートＣＰ１の流路に流入することはない。

【0047】

同じく冷却水ＩＮから冷却水が供給されると、第１熱交換ユニットＵ１及び第３熱交換ユニットＵ３と同様の理由によって、冷却水が第４流路プレートＰ４の流路に流入することはない。
（第２熱交換ユニット）
第２熱交換ユニットＵ２は、第４熱交換ユニットＵ４の直下に配置される熱交換ユニットである。第２熱交換ユニットＵ２に用いられる第２流路プレートＰ２は、第１流路プレートＰ１、第３流路プレートＰ３、及び第４流路プレートＰ４とほぼ同じ材質で大きさの部材であって、それら流路プレートと同様の流路が形成されている。

【0048】

（第２流路プレート）
図４に示すように、第２流路プレートＰ２は、第１流路プレートＰ１の構成を左右反転させた構成を有しており、流体供給孔４ＩＮと流体排出孔４ＯＵＴを結ぶ対角線とは別のもう一方の対角線上に形成された貫通孔は、流体供給孔２ＩＮと流体排出孔２ＯＵＴである。第２流路プレートＰ２には、冷却水ＩＮと冷却水ＯＵＴも形成されている。第２流路プレートＰ２の一方の面であって図４に描かれる上面にはマイクロチャネルである流路が形成されており、この流路によって流体供給孔２ＩＮと流体排出孔２ＯＵＴがつながれる。

【0049】

この第２流路プレートＰ２と冷却用プレートＣＰ１を、第１熱交換ユニットＵ１、第３熱交換ユニットＵ３、及び第４熱交換ユニットＵ４と同様に積層して各プレート間を拡散接合すると、第２熱交換ユニットＵ２が得られる。第２熱交換ユニットＵ２において、流体供給孔２ＩＮから水素ガスが供給されると、流体供給孔２ＩＮは、第２流路プレートＰ２の流路につながっているので水素ガスが流入するが、冷却用プレートＣＰ１の流路とは冷却用プレートＣＰ１の上面と第２流路プレートＰ２の下面との接合によって隔絶されるので、水素ガスが冷却用プレートＣＰ１の流路に流入することはない。

【0050】

同じく冷却水ＩＮから冷却水が供給されると、第１熱交換ユニットＵ１、第３熱交換ユニットＵ３、及び第４熱交換ユニットＵ４と同様の理由によって、冷却水が第２流路プレートＰ２に流入することはない。
上述のように得られた熱交換ユニットＵ１〜Ｕ４を、上から順に第１熱交換ユニットＵ
１、第３熱交換ユニットＵ３、第４熱交換ユニットＵ４、第２熱交換ユニットＵ２の順となるように積層し、さらに、第１熱交換ユニットＵ１の上面に上エンドプレート３を重ね、第２熱交換ユニットＵ２の下面に下エンドプレート４を重ねて、熱交換ユニットＵ１〜Ｕ４及び上下エンドプレート３，４を拡散接合によって接合する。

【0051】

これによって、本実施形態による積層型熱交換器２ａが形成される。上エンドプレート３には第１流路プレートＰ１と同じく、流体供給孔１ＩＮと流体排出孔１ＯＵＴ、流体供給孔３ＩＮと流体排出孔３ＯＵＴ、及び冷却水ＩＮと冷却水ＯＵＴが開口している。下エンドプレート４には、流体供給孔２ＩＮと流体排出孔２ＯＵＴ、及び流体供給孔４ＩＮと流体排出孔４ＯＵＴが開口している。

【0052】

ここで、図２に戻って、積層型熱交換器２ａのＡＡ断面及びＣＣ断面を参照する。
ＡＡ断面は、上エンドプレート３における流体供給孔１ＩＮ及び流体排出孔３ＯＵＴと、下エンドプレート４における流体供給孔４ＩＮ及び流体排出孔２ＯＵＴとを含む面で、積層型熱交換器２ａを積層方向に切断したときの断面図である。
また、ＣＣ断面は、上エンドプレート３における流体供給孔３ＩＮ及び流体排出孔１ＯＵＴと、下エンドプレート４における流体供給孔２ＩＮ及び流体排出孔４ＯＵＴとを含む面で、積層型熱交換器２ａを積層方向に切断したときの断面図である。

【0053】

上エンドプレート３において、流体供給孔１ＩＮ及び流体排出孔１ＯＵＴは一方の対角線上に形成されており、流体供給孔３ＩＮ及び流体排出孔３ＯＵＴは他方の対角線上に形成されている。したがって、ＡＡ断面で示された流体供給孔１ＩＮ、及び流体供給孔１ＩＮに対応するＣＣ断面で示された流体排出孔１ＯＵＴは、各断面において第１熱交換ユニットＵ１内を各熱交換ユニットの積層方向に沿って直接外部に連通させるように形成される。また、ＣＣ断面で示された流体供給孔３ＩＮ、及び流体供給孔３ＩＮに対応するＡＡ断面で示された流体排出孔３ＯＵＴは、各断面において第１熱交換ユニットＵ１を貫いて第３熱交換ユニットＵ３内を各熱交換ユニットの積層方向に沿って直接外部に連通させるように形成される。

【0054】

また、下エンドプレート４において、流体供給孔４ＩＮと流体排出孔４ＯＵＴとは一方の対角線上に形成されており、流体供給孔２ＩＮと流体排出孔２ＯＵＴとは他方の対角線上に形成されている。したがって、ＡＡ断面で示された流体供給孔４ＩＮ、及び流体供給孔４ＩＮに対応するＣＣ断面で示された流体排出孔４ＯＵＴは、各断面において第２熱交換ユニットＵ２を貫いて第４熱交換ユニットＵ４内を各熱交換ユニットの積層方向に沿って直接外部に連通させるように形成される。さらに、ＣＣ断面で示された流体供給孔２ＩＮ、及び流体供給孔２ＩＮに対応するＡＡ断面で示された流体排出孔２ＯＵＴは、各断面において第２熱交換ユニットＵ２内を各熱交換ユニットの積層方向に沿って直接外部に連通させるように形成される。

【0055】

ここで、図３に示す、積層型熱交換器２ａのＢＢ断面を参照する。ＢＢ断面は、上エンドプレート３における冷却水ＩＮと冷却水ＯＵＴとを含む面で、積層型熱交換器２ａを積層方向に切断したときの断面図である。上エンドプレート３において冷却水ＩＮと冷却水ＯＵＴとは、上エンドプレート３の長手方向に沿ったＢＢ線上に形成されている。したがって、冷却水ＩＮと冷却水ＯＵＴとは、ともにＢＢ断面において積層型熱交換器２ａの全ての熱交換ユニットＵ１〜Ｕ４内に形成されるように現れる。

【0056】

このように、本実施形態による積層型熱交換器２ａでは、複数の熱交換ユニットＵ１〜Ｕ４のそれぞれには、各熱交換ユニットに流体を供給する流体供給孔（供給孔）と、供給された流体を排出する流体排出孔（排出孔）とが設けられている。各熱交換ユニットに設けられた供給孔及び排出孔は、熱交換ユニットＵ１〜Ｕ４の積層方向に沿って直接外部に連通する長さに形成されていて、上エンドプレート３及び下エンドプレート４から見た平面視での配置位置が互いに重ならないように形成されているといえる。このような構造を採用することによって、各熱交換器ユニット間で圧力を保持するための隔壁などは必要としない。

【0057】

（熱交換システムの動作）
次に、図２及び図３を参照しながら、このように流体供給孔及び流体排出孔が形成され
た積層型熱交換器２ａの熱交換ユニットＵ１〜Ｕ４のそれぞれに対して、一対一に対応する各コンプレッサを接続する。つまり、第１コンプレッサＣ１の吐出口を上エンドプレート３の流体供給孔１ＩＮに接続し、上エンドプレート３の流体供給孔１ＯＵＴを第２コンプレッサＣ２の吸入口に接続する。次に、第２コンプレッサＣ２の吐出口を下エンドプレート４の流体供給孔２ＩＮに接続し、下エンドプレート４の流体供給孔２ＯＵＴを第３コンプレッサＣ３の吸入口に接続する。続いて、第３コンプレッサＣ３の吐出口を上エンドプレート３の流体供給孔３ＩＮに接続し、上エンドプレート３の流体供給孔３ＯＵＴを第４コンプレッサＣ４の吸入口に接続する。最後に、第４コンプレッサＣ４の吐出口を下エンドプレート４の流体供給孔４ＩＮに接続し、下エンドプレート４の流体供給孔４ＯＵＴをタンク又はボンベの充填口に接続する。

【0058】

さらに、冷却水供給ポンプの冷却水吐出口を、上エンドプレート３の冷却水ＩＮに接続し、冷却水ＯＵＴに排水管を接続する。この接続によって、第１コンプレッサＣ１の吸入口からタンク又はボンベの充填口まで、水素ガスを多段に圧縮しつつ圧縮された水素ガスの熱交換を行う熱交換システム１ａが構成される。
図３に示すように、まず、冷却水供給ポンプを作動させて積層型熱交換器２ａの上エンドプレート３の冷却水ＩＮから冷却水を連続的に供給する。供給された冷却水は、最上層の第１熱交換ユニットＵ１から最下層の第２熱交換ユニットＵ２まで貫通する冷却水ＩＮから、各熱交換ユニットの冷却プレートの流路に流れ込み、流路を満たしつつ最上層の第１熱交換ユニットＵ１から最下層の第２熱交換ユニットＵ２まで貫通する冷却水ＯＵＴに排出される。冷却水供給ポンプによって冷却水が次々と供給されるので、冷却プレートＣＰ１の流路を流れて冷却水ＯＵＴに排出された冷却水は、上エンドプレート３の冷却水ＯＵＴから出て排水管へと排出される。こうして、熱交換ユニットＵ１〜Ｕ４の全ての冷却プレートＣＰ１における冷却水の流れが確保される。

【0059】

そのうえで、第一段目の機械である第１コンプレッサＣ１は水素ガスを圧縮し、圧力が高まるとともに温度も上昇した水素ガスが、第１コンプレッサＣ１の吐出口から上エンドプレート３の流体供給孔１ＩＮへ送出される。
図２のＡＡ断面に示されるように、流体供給孔１ＩＮへ供給された水素ガスは、水素ガス流（１）として第１熱交換ユニットＵ１の第１流路プレートＰ１の流路に流入する。第１流路プレートＰ１に流入した高温の水素ガスは、第１流路プレートＰ１の流路を流れる間に、その上下に積層された冷却用プレートＣＰ１を流れる冷却水と熱交換をして冷却される。

【0060】

図２のＣＣ断面に示されるように、第１熱交換ユニットＵ１で冷却された水素ガス流（１）は、第１流路プレートＰ１の流路から流体排出孔１ＯＵＴへ排出され、上エンドプレート３の流体排出孔１ＯＵＴから、第二段目の機械である第２コンプレッサＣ２の吸入口に流入する。第２コンプレッサＣ２は水素ガスを圧縮し、圧力と温度の上昇した水素ガスが、第２コンプレッサＣ２の吐出口から下エンドプレート４の流体供給孔２ＩＮへ送出される。

【0061】

図２のＣＣ断面に示されるように、流体供給孔２ＩＮへ供給された水素ガスは、水素ガス流（２）として第２熱交換ユニットＵ２の第２流路プレートＰ２の流路に流入する。第２流路プレートＰ２に流入した高温の水素ガスは、第２流路プレートＰ２の流路を流れる間に、その上下に積層された冷却用プレートＣＰ１を流れる冷却水と熱交換をして冷却される。

【0062】

図２のＡＡ断面に示されるように、第２熱交換ユニットＵ２で冷却された水素ガス流（２）は、第２流路プレートＰ２の流路から流体排出孔２ＯＵＴへ排出され、下エンドプレート４の流体排出孔２ＯＵＴから、第三段目の機械である第３コンプレッサＣ３の吸入口に流入する。第３コンプレッサＣ３は、第１コンプレッサＣ１及び第２コンプレッサＣ２で圧縮された水素ガスをさらに圧縮し、圧力と温度の上昇した水素ガスが、第３コンプレッサＣ３の吐出口から上エンドプレート３の流体供給孔３ＩＮへ送出される。

【0063】

図２のＣＣ断面に示されるように、流体供給孔３ＩＮへ供給された水素ガスは、水素ガス流（３）として第３熱交換ユニットＵ３の第３流路プレートＰ３の流路に流入する。第
３流路プレートＰ３に流入した高温の水素ガスは、第３流路プレートＰ３の流路を流れる間に、その上下に積層された冷却用プレートＣＰ１を流れる冷却水と熱交換をして冷却される。

【0064】

図２のＡＡ断面に示されるように、第３熱交換ユニットＵ３で冷却された水素ガス流（３）は、第３流路プレートＰ３の流路から流体排出孔３ＯＵＴへ排出され、上エンドプレート３の流体排出孔３ＯＵＴから、最終段である第４段目の機械である第４コンプレッサＣ４の吸入口に流入する。第４コンプレッサＣ４は、第３コンプレッサＣ３までで圧縮された水素ガスをさらに目的の圧力にまで圧縮し、圧力と温度の上昇した水素ガスが、第４コンプレッサＣ４の吐出口から下エンドプレート４の流体供給孔４ＩＮへ送出される。

【0065】

図２のＣＣ断面に示されるように、流体供給孔４ＩＮへ供給された水素ガスは、水素ガス流（４）として第４熱交換ユニットＵ４の第４流路プレートＰ４の流路に流入する。第４流路プレートＰ４に流入した高温の水素ガスは、第４流路プレートＰ４の流路を流れる間に、その上下に積層された冷却用プレートＣＰ１を流れる冷却水と熱交換をして冷却される。

【0066】

図２のＡＡ断面に示されるように、第４熱交換ユニットＵ４で冷却された水素ガス流（４）は、第４流路プレートＰ４の流路から流体排出孔４ＯＵＴへ排出され、下エンドプレート４の流体排出孔４ＯＵＴからタンク又はボンベの充填口に供給されて充填される。
このように、本実施形態による熱交換システム１ａは、複数の熱交換ユニットＵ１〜Ｕ４が積層されて一体となった積層型熱交換器２ａを用いるものであって、複数のコンプレッサＣ１〜Ｃ４によって多段に圧縮された流体を、各段のコンプレッサで圧縮されるたびに対応する熱交換ユニットにおいて熱交換を行うものである。

【0067】

図６のＡＡ断面図には、本実施形態における、上エンドプレート３と第１熱交換ユニットＵ１との差圧、隣接する熱交換ユニット間の差圧、第２熱交換ユニットＵ２と下エンドプレート４との差圧（ΔＰ）が示されている。上エンドプレート３と第１熱交換ユニットＵ１との差圧は５ＭＰａ、第１熱交換ユニットＵ１と第３熱交換ユニットＵ３との差圧は２０ＭＰａ、第３熱交換ユニットＵ３と第４熱交換ユニットＵ４との差圧は３０ＭＰａ、第４熱交換ユニットＵ４と第２熱交換ユニットＵ２との差圧は４０ＭＰａ、第２熱交換ユニットＵ２と下エンドプレート４との差圧は１０ＭＰａである。

【0068】

熱交換システム１ａの構成にあたっては、積層型熱交換器２ａの運転変動による機器の損傷の予防を目的として、積層型熱交換器２ａの各差圧の合計が最小となるように各段のコンプレッサと各熱交換ユニットとの対応関係を決めることが望ましい。本実施形態において、第１熱交換ユニットＵ１は、第１コンプレッサＣ１と一対一に対応していたが、第１コンプレッサＣ１以外の第２コンプレッサＣ２〜第４コンプレッサＣ４のいずれかと対応していても構わない。

【0069】

例えば、第１熱交換ユニットＵ１を第３コンプレッサＣ３と対応させ、第２熱交換ユニットＵ２を第１コンプレッサＣ１と対応させ、第３熱交換ユニットＵ３を第４コンプレッサＣ４と対応させ、第４熱交換ユニットＵ４を第２コンプレッサＣ２と対応させた場合を考える。その場合、水素ガスは、第１コンプレッサＣ１、第２熱交換ユニットＵ２、第２コンプレッサＣ２、第４熱交換ユニットＵ４、第３コンプレッサＣ３、第１熱交換ユニットＵ１、第４コンプレッサＣ４、第３熱交換ユニットＵ３の順で通過してタンク又はボンベの充填口に供給されて充填される。

【0070】

［第２実施形態］
図７〜図９を参照しながら、本発明の第２実施形態による熱交換システム１ｂを説明する。
本実施形態による熱交換システム１ｂは、６台のコンプレッサＣ１〜Ｃ６と６つの熱交換ユニットＵ１〜Ｕ６を直列に接続した６段の圧縮を行う。つまり、６つの熱交換ユニットＵ１〜Ｕ６を積層した積層型熱交換器２ｂの構成が、第１実施形態による積層型熱交換器２ａの構成とは異なるので、以下に詳しく説明する。

【0071】

本実施形態による積層型熱交換器２ｂが、第１実施形態による積層型熱交換器２ａと異なる点は、冷却プレートＣＰ２の構成が第１実施形態による積層型熱交換器２ａの冷却プ
レートＣＰ１とは異なることと、第５熱交換ユニットＵ５と第６熱交換ユニットＵ６が加わることとにある。第１流路プレートＰ１〜第４流路プレートＰ４、及び上下エンドプレート３，４の構成は、第１実施形態と同様である。

【0072】

図７は、本実施形態による積層型熱交換器２ｂで用いる冷却用プレートＣＰ２の構成を示している。図７に示す冷却用プレートＣＰ２は、冷却用プレートＣＰ２の長手方向に沿った一方の長辺側において冷却水ＩＮとして流路が開放され、他方の長辺側において冷却水ＯＵＴとして流路が開放されたプレートである。冷却水ＩＮと冷却水ＯＵＴは、冷却プレートＣＰ２の対角方向にほぼ沿った位置に形成されている。冷却プレートＣＰ２に形成された流路は、冷却プレートＣＰ２の幅方向に蛇行するように複数本形成されて冷却水ＩＮと冷却水ＯＵＴをつないでいる。

【0073】

冷却用プレートＣＰ２は、長手方向における両端側に、流体供給孔１ＩＮ〜４ＩＮ、流体排出孔１ＯＵＴ〜４ＯＵＴ、後述する流体供給孔５ＩＮ，６ＩＮ、及び流体５ＯＵＴ，６ＯＵＴに対応可能な貫通孔を有している。
このような冷却プレートＣＰ２を用いて、第１実施形態と同様に第１流路プレートＰ１を積層して第１熱交換ユニットＵ１を構成し、第２流路プレートＰ２を積層して第２熱交換ユニットＵ２を構成する。さらに、第３流路プレートＰ３を積層して第３熱交換ユニットＵ３を構成し、第４流路プレートＰ４を積層して第４熱交換ユニットＵ４を構成する。

【0074】

第５流路プレートＰ５及び第６流路プレートＰ６は、第１実施形態による冷却用プレートＣＰ１とほぼ同様の構成であり、第１実施形態による冷却用プレートＣＰ１における冷却水ＯＵＴは、第５流路プレートＰ５において５ＩＮとして働き、冷却水ＩＮは５ＯＵＴとして働く。同様に第６流路プレートＰ６は、貫通孔６ＩＮと貫通孔６ＯＵＴを備えている。

【0075】

したがって、図８及び図９に示すように、上エンドプレート３において、第６流路プレートＰ６の６ＩＮ，６ＯＵＴに対応する位置には、貫通孔６ＩＮ，６ＯＵＴが形成され、下エンドプレート４において、第５流路プレートＰ５の５ＩＮ，５ＯＵＴに対応する位置には、貫通孔５ＩＮ，５ＯＵＴが形成されている。
第１熱交換ユニットＵ１〜第４熱交換ユニットＵ４と同様に、冷却用プレートＣＰ２と第５流路プレートＰ５を用いて第５熱交換ユニットＵ５を構成し、冷却用プレートＣＰ２と第６流路プレートＰ６を用いて第６熱交換ユニットＵ６を構成する。

【0076】

上述のように得られた熱交換ユニットＵ１〜Ｕ６を、上から順に第１熱交換ユニットＵ１、第３熱交換ユニットＵ３、第６熱交換ユニットＵ６、第４熱交換ユニットＵ４、第５熱交換ユニットＵ５、第２熱交換ユニットＵ２の順となるように積層し、さらに、第１熱交換ユニットＵ１の上面に上エンドプレート３を重ね、第２熱交換ユニットＵ２の下面に下エンドプレート４を重ねて、熱交換ユニットＵ１〜Ｕ６及び上下エンドプレート３，４を拡散接合によって接合する。

【0077】

これによって、本実施形態による積層型熱交換器２ｂが形成される。上エンドプレート３には第１流路プレートＰ１と同じく、流体供給孔１ＩＮと流体排出孔１ＯＵＴ、流体供給孔３ＩＮと流体排出孔３ＯＵＴ、及び６ＩＮと６ＯＵＴが開口している。下エンドプレート４には、流体供給孔２ＩＮと流体排出孔２ＯＵＴ、流体供給孔４ＩＮと流体排出孔４ＯＵＴ、及び５ＩＮと５ＯＵＴが開口している。ここで、第４流路プレートＰ４において、流体供給孔５ＩＮ，６ＩＮ、及び流体５ＯＵＴ，６ＯＵＴに対応する貫通孔はなくてもよい。

【0078】

第１熱交換ユニットＵ１〜第６熱交換ユニットＵ６を積層することで、積層型熱交換器２ｂの側方に積層型熱交換器２ｂの上下の高さ方向に沿って冷却用プレートＣＰ２の冷却水ＩＮと冷却水ＯＵＴが開口するようになる。これら冷却水ＩＮと冷却水ＯＵＴには、積層型熱交換器２ｂの上下の高さ方向に沿って冷却水ＩＮと冷却水ＯＵＴのそれぞれに共通の流路を形成するヘッダ５を取り付ける。従って、冷却水ＩＮ側のヘッダ５に供給された冷却水は、積層された各冷却用プレートＣＰ２の冷却水ＩＮから流路に流入し、各冷却用プレートＣＰ２の冷却水ＩＮから流出した冷却水は、冷却水ＩＮ側のヘッダ５を通って排出される。このヘッダ５の取り付けによって、本実施形態による積層型熱交換器２ｂが完
成する。

【0079】

本実施形態においても、積層型熱交換器２ｂの複数の熱交換ユニットＵ１〜Ｕ６のそれぞれには、各熱交換ユニットに流体を供給する流体供給孔（供給孔）と、供給された流体を排出する流体排出孔（排出孔）とが設けられている。各熱交換ユニットに設けられた供給孔及び排出孔は、熱交換ユニットＵ１〜Ｕ６の積層方向に沿って直接外部に連通する長さに形成されていて、上エンドプレート３及び下エンドプレート４から見た平面視での配置位置が互いに重ならないように形成されているといえる。

【0080】

本実施形態では、上述の積層型熱交換器２ｂと６台のコンプレッサＣ１〜Ｃ６を用いて、水素ガスを６段に圧縮する。第１熱交換ユニットＵ１と第１コンプレッサＣ１、第２熱交換ユニットＵ２と第２コンプレッサＣ２、・・・、第５熱交換ユニットＵ５と第５コンプレッサＣ５、及び第６熱交換ユニットＵ６と第６コンプレッサＣ６というように順に対応付け、６台のコンプレッサＣ１〜Ｃ６が積層型熱交換器２ｂを介して直列に接続された６段の熱交換システム１ｂを構成する。

【0081】

図８及び図９に示すように、水素ガスがこの熱交換システム１ｂを水素ガス流（１）〜水素ガス流（６）として通過すると、水素ガスは６段に圧縮を受けながら目的の圧力にまで加圧される。そのとき熱交換システム１ｂは、隣り合う熱交換ユニットの差圧の合計が最も小さくなるように構成されるのが好ましい。
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

【0082】

例えば、第１実施形態では、４台のコンプレッサＣ１〜Ｃ４と４つの熱交換ユニットＵ１〜Ｕ４を直列に接続して構成した４段の圧縮を説明したが、２台のコンプレッサと２つの熱交換ユニットを直列に接続して構成した２段の圧縮を２つ並列に並べた構成としてもよい。いうまでもなく、１段の圧縮と３段の圧縮を並列に並べた構成も可能である。
第２実施形態では、６台のコンプレッサＣ１〜Ｃ６と６つの熱交換ユニットＵ１〜Ｕ６を直列に接続して構成した６段の圧縮を説明したが、１段の圧縮と５段の圧縮を並列に、２段の圧縮と４段の圧縮を並列に、３段の圧縮と３段の圧縮を並列に並べた構成も可能である。

【0083】

また、熱交換システム１ａ，１ｂの流体として水素ガスを例示したが、流体として、水素ガスに限らず他の気体や液体を採用することができる。その場合、冷却用プレートＣＰ１，ＣＰ２に供給される冷却媒体は、供給される流体の種類に応じて適宜変更可能である。また、本発明は熱交換システムでもあるので、加熱媒体を流すことで冷却用プレートを加熱用プレートとして用いて、流体を加熱してもよい。

【符号の説明】

【0084】

１ａ，１ｂ 熱交換システム
２ａ，２ｂ 積層型熱交換器
３ 上エンドプレート
４ 下エンドプレート
５ ヘッダ
Ｃ１〜Ｃ６ 第１コンプレッサ〜第６コンプレッサ
Ｐ１〜Ｐ６ 第１流路プレート〜第６流路プレート
Ｕ１〜Ｕ６ 第１熱交換ユニット〜第６熱交換ユニット
ＣＰ１，ＣＰ２ 冷却用プレート

【図1】

【図3】

【図4】

【図5】

【図7】

【図9】

【図2】

【図6】

【図8】