特許 6583987 流体昇温装置

(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】6583987

(24)【登録日】2019年9月13日

(45)【発行日】2019年10月2日

(54)【発明の名称】流体昇温装置

(51)【国際特許分類】

   F28F 1/32 20060101AFI20190919BHJP

   F28F 9/26 20060101ALI20190919BHJP

   F28D 1/047 20060101ALI20190919BHJP

   F28F 13/06 20060101ALI20190919BHJP

   F24D 5/00 20060101ALI20190919BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20190919BHJP

   F24D 5/12 20060101ALN20190919BHJP

【ＦＩ】

   F28F1/32 V

   F28F9/26

   F28D1/047 B

   F28F13/06

   F24D5/00 A

   F25B1/00 396D

   !F24D5/12

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-79171(P2015-79171)

(22)【出願日】2015年4月8日

(65)【公開番号】特開2016-200307(P2016-200307A)

(43)【公開日】2016年12月1日

【審査請求日】2018年3月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】516299338

【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000156938

【氏名又は名称】関西電力株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000213297

【氏名又は名称】中部電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(72)【発明者】

【氏名】青木 泰高

(72)【発明者】

【氏名】伊東 昭

(72)【発明者】

【氏名】吉川 徹馬

【審査官】 森山 拓哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１６２９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８１５５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｆ １／３２

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２８Ｄ １／０４７

Ｆ２８Ｆ ９／２６

Ｆ２８Ｆ １３／０６

Ｆ２４Ｄ ５／００

Ｆ２４Ｄ ５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体が流通するダクトと、
前記ダクト内に配されて、前記流体の流通方向に交差する方向に互いに間隔をあけて並んだ複数のフィンを有して該フィン同士の間を前記流体が流通するとともに、該フィンが前記流通方向に積層される熱交換部と、
前記熱交換部に前記流通方向の下流側から超臨界圧状態で流入して上流側から流出する冷媒が流通可能に、前記フィンに前記流通方向に交差する方向に貫通して設けられたチューブと、
を備え、
前記熱交換部は、前記流通方向の最下流側に配される高温部と、該高温部を流通した前記冷媒が流入して流通する中温部と、該中温部を流通した前記冷媒が流入して流通する低温部と、前記中温部での伝熱を促進させる伝熱促進構造とを備え、
前記伝熱促進構造は、前記中温部が前記低温部よりも前記流通方向の下流側に配置され、前記低温部を流通した後の前記流体が前記中温部を流通するとともに、前記中温部に前記低温部を流通しない前記流体を流入させるバイパス流路が設けられた構造を有する流体昇温装置。

【請求項2】

流体が流通するダクトと、
前記ダクト内に配されて、前記流体の流通方向に交差する方向に互いに間隔をあけて並んだ複数のフィンを有して該フィン同士の間を前記流体が流通するとともに、該フィンが前記流通方向に積層される熱交換部と、
前記熱交換部に前記流通方向の下流側から超臨界圧状態で流入して上流側から流出する冷媒が流通可能に、前記フィンに前記流通方向に交差する方向に貫通して設けられたチューブと、
を備え、
前記熱交換部は、前記流通方向の最下流側に配される高温部と、該高温部を流通した前記冷媒が流入して流通する中温部と、該中温部を流通した前記冷媒が流入して流通する低温部と、前記中温部での伝熱を促進させる伝熱促進構造とを備え、
前記伝熱促進構造は、前記中温部で、前記流通方向に交差する方向に並ぶ前記フィンの数量が前記高温部よりも多く、かつ、前記高温部と同じ間隔もしくは狭い間隔で前記フィンが並ぶ構造を有する流体昇温装置。

【請求項3】

前記伝熱促進構造は、前記中温部が前記低温部と並列に配置され、これら前記中温部と前記低温部とに並列で前記流体が流通する構造を有する請求項２に記載の流体昇温装置。

【請求項4】

前記伝熱促進構造は、前記中温部で、前記流通方向に交差する方向に並ぶ前記フィンにおける前記流通方向の長さ寸法が、前記高温部における前記フィンに比べて大きくなっている構造を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の流体昇温装置。

【請求項5】

流体が流通するダクトと、
前記ダクト内に配されて、前記流体の流通方向に交差する方向に互いに間隔をあけて並んだ複数のフィンを有して該フィン同士の間を前記流体が流通するとともに、該フィンが前記流通方向に積層される熱交換部と、
前記熱交換部に前記流通方向の下流側から超臨界圧状態で流入して上流側から流出する冷媒が流通可能に、前記フィンに前記流通方向に交差する方向に貫通して設けられたチューブと、
を備え、
前記熱交換部は、前記流通方向の最下流側に配される高温部と、該高温部を流通した前記冷媒が流入して流通する中温部と、該中温部を流通した前記冷媒が流入して流通する低温部と、前記中温部での伝熱を促進させる伝熱促進構造とを備え、
前記低温部で、前記流通方向に交差する方向に並ぶ前記フィンの数量が前記中温部と同じかもしくは少なく、かつ、前記中温部と同じ間隔もしくは広い間隔で前記フィンが並ぶ流体昇温装置。

【請求項6】

流体が流通するダクトと、
前記ダクト内に配されて、前記流体の流通方向に交差する方向に互いに間隔をあけて並んだ複数のフィンを有して該フィン同士の間を前記流体が流通するとともに、該フィンが前記流通方向に積層される熱交換部と、
前記熱交換部に前記流通方向の下流側から超臨界圧状態で流入して上流側から流出する冷媒が流通可能に、前記フィンに前記流通方向に交差する方向に貫通して設けられたチューブと、
を備え、
前記熱交換部は、前記流通方向の最下流側に配される高温部と、該高温部を流通した前記冷媒が流入して流通する中温部と、該中温部を流通した前記冷媒が流入して流通する低温部と、前記中温部での伝熱を促進させる伝熱促進構造とを備え、
前記低温部で、前記流通方向に交差する方向に並ぶ前記フィンにおける前記流通方向の長さ寸法が、前記中温部における前記フィンに比べて同じかもしくは小さくなっている流体昇温装置。

【請求項7】

流体が流通するダクトと、
前記ダクト内に配されて、前記流体の流通方向に交差する方向に互いに間隔をあけて並んだ複数のフィンを有して該フィン同士の間を前記流体が流通するとともに、該フィンが前記流通方向に積層される熱交換部と、
前記熱交換部に前記流通方向の下流側から超臨界圧状態で流入して上流側から流出する冷媒が流通可能に、前記フィンに前記流通方向に交差する方向に貫通して設けられたチューブと、
を備え、
前記熱交換部は、前記流通方向の最下流側に配される高温部と、該高温部を流通した前記冷媒が流入して流通する中温部と、該中温部を流通した前記冷媒が流入して流通する低温部と、前記中温部での伝熱を促進させる伝熱促進構造とを備え、
前記伝熱促進構造は、前記中温部及び前記低温部が前記高温部よりも上流側に配置され、前記中温部が前記低温部と並列に配置され、これら前記中温部と前記低温部とに並列で前記流体が流通する構造を有する流体昇温装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体を超臨界圧状態の冷媒によって昇温する流体昇温装置に関する。

【背景技術】

【0002】

流体の昇温を行う流体昇温装置として、ヒートポンプ式の熱風発生装置が知られている。この熱風発生装置では、超臨界圧状態にされた高温の二酸化炭素等の冷媒を熱交換器（ガスクーラ）に導入し、冷媒と空気との間で熱交換を行うことで空気を昇温して熱風を発生させる。熱風は例えば乾燥機等で使用される。

【0003】

ここで、特許文献１には、熱風発生装置の一例が開示されている。この装置では、冷媒と空気との熱交換に温水を介在させないことで、省スペース化を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２８１５５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、流体昇温装置については、さらなる小型化による省スペース化や軽量化が望まれている。ここで、流体昇温装置の冷媒は超臨界圧の状態で用いられる。超臨界圧流体は、臨界圧に近く過度に高い圧力でなければ、ある温度で定圧比熱が極大値をもつ。この温度を擬臨界温度といい、擬臨界温度付近では定圧比熱が大きいために、空気との間で熱交換が行われても冷媒の温度変化が小さい。冷媒が二酸化炭素の場合、圧力が１０ＭＰａ〜１２ＭＰａ程度とすると、擬臨界温度は４５℃〜７０℃程度となる。例えば、２０℃の空気を１２０℃程度まで昇温させる場合、二酸化炭素はおおよそ１３０℃から４０℃まで変化することになるが、その中間領域に擬臨界温度を含むことになる。
そのため、特許文献１のような熱交換器の構成の場合には、空気流れ方向の中間部において擬臨界温度付近の冷媒と熱交換することになるが、空気が冷媒温度に近づく一方、冷媒は温度変化が小さいために、空気と冷媒の温度差が小さくなる領域が表れ、熱交換を効率的に行わせることが難しい。このため必要な熱交換量を確保するためには、伝熱面積を大きくすることが必要となり、熱交換器が大型化してしまうという課題がある。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、効率的に熱交換を行って、小型化が可能な流体昇温装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第一の態様に係る流体昇温装置は、流体が流通するダクトと、前記ダクト内に配されて、前記流体の流通方向に交差する方向に互いに間隔をあけて並んだ複数のフィンを有して該フィン同士の間を前記流体が流通するとともに、該フィンが前記流通方向に積層される熱交換部と、前記熱交換部に前記流通方向の下流側から超臨界圧状態で流入して上流側から流出する冷媒が流通可能に、前記フィンに前記流通方向に交差する方向に貫通して設けられたチューブと、を備え、前記熱交換部は、前記流通方向の最下流側に配される高温部と、該高温部を流通した前記冷媒が流入して流通する中温部と、該中温部を流通した前記冷媒が流入して流通する低温部と、前記中温部での伝熱を促進させる伝熱促進構造とを備え、前記伝熱促進構造は、前記中温部が前記低温部よりも前記流通方向の下流側に配置され、前記低温部を流通した後の前記流体が前記中温部を流通するとともに、前記中温部に前記低温部を流通しない前記流体を流入させるバイパス流路が設けられた構造を有している。

【0008】

このような流体昇温装置によると、ダクトを流通する流体が冷媒によって昇温される。この際、熱交換部の中温部には、超臨界圧状態で、高温部で熱交換を行った後の冷媒が流入する。このため、中温部に流入する冷媒の温度は、擬臨界温度付近となることがあり、この状態では流体と冷媒の温度差が小さくなって熱交換効率が低くなってしまう。ここで、熱交換部に中温部での伝熱を促進させる伝熱促進構造が設けられていることで、中温部での伝熱を促進し、熱交換効率を向上することができ、熱交換部を小型化することも可能となる。
また、このように伝熱促進構造としてバイパス流路が設けられていることで、中温部には、バイパス流路からの温度の低い流体と、低温部を通過することで低温部で冷媒と熱交換されて昇温された流体とが混合した流体が流入する。即ち、低温部を通過して昇温された流体より低い温度の流体が中温部に流入することになるため、中温部での流体と冷媒との温度差を大きくすることができ、熱交換効率を向上することができる。

【0009】

また、本発明の第二の態様に係る流体昇温装置は、流体が流通するダクトと、前記ダクト内に配されて、前記流体の流通方向に交差する方向に互いに間隔をあけて並んだ複数のフィンを有して該フィン同士の間を前記流体が流通するとともに、該フィンが前記流通方向に積層される熱交換部と、前記熱交換部に前記流通方向の下流側から超臨界圧状態で流入して上流側から流出する冷媒が流通可能に、前記フィンに前記流通方向に交差する方向に貫通して設けられたチューブと、を備え、前記熱交換部は、前記流通方向の最下流側に配される高温部と、該高温部を流通した前記冷媒が流入して流通する中温部と、該中温部を流通した前記冷媒が流入して流通する低温部と、前記中温部での伝熱を促進させる伝熱促進構造とを備え、前記伝熱促進構造は、前記中温部で、前記流通方向に交差する方向に並ぶ前記フィンの数量が前記高温部よりも多く、かつ、前記高温部と同じ間隔もしくは狭い間隔で前記フィンが並ぶ構造を有している。

【0010】

このような流体昇温装置によると、熱交換部における中温部に流入する冷媒の温度は、擬臨界温度付近となっており、この状態では流体と冷媒の温度差が小さくなり熱交換効率が低くなってしまう。ここで、中温部における流通方向に交差する方向のフィンの数量が多い（高温部フィンの数量が少ない）ことで、中温部で流体と冷媒の接触面積を大きくできる。従って、流体と冷媒との温度差が小さい中温部での伝熱を促進して熱交換効率を向上することができ、流通方向の熱交換部の長さ寸法を小さくでき、小型化を図ることが可能となる。
さらに、高温部で、流通方向に交差する方向のフィンの数量が少なくなっていることで、高温部へ冷媒が流入する時点での冷媒の温度を低くしたとしても、高温部を通過した後の流体の平均温度を高い状態に保つことができる。即ち、高温部を通過した後の流体において、流通方向に交差する方向の一方側と他方側での温度差を小さくできる。換言すると、流体昇温装置を通過して吹出される流体の温度を所定の温度に維持しつつ、高温部に流入する冷媒の温度を低くすることができる。従って、冷媒を超臨界圧状態とするために用いられる圧縮機からの冷媒の吐出温度を低くすることができ、圧縮機を含むシステム全体の信頼性の向上、及び、システム全体のＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）の向上につながる。

【0011】

また、本発明の第三の態様に係る流体昇温装置では、上記第二の態様における前記伝熱促進構造は、前記中温部が前記低温部と並列に配置され、これら前記中温部と前記低温部とに並列で前記流体が流通する構造を有していてもよい。

【0012】

このように中温部と低温部とが並列に設けられていることで、中温部に、低温部の冷媒との熱交換を行う前の、より温度の低い流体を流入させることができる。このため、中温部で冷媒と流体との温度差を大きくすることが可能となり、中温部での伝熱を促進し、熱交換効率を向上することができ、熱交換部を小型化することが可能となる。

【0015】

また、本発明の第四の態様に係る流体昇温装置では、上記第一から第三のいずれかの態様における前記伝熱促進構造は、前記中温部で、前記流通方向に交差する方向に並ぶ前記フィンにおける前記流通方向の長さ寸法が、前記高温部における前記フィンに比べて大きくなっている構造を有していてもよい。

【0016】

このようにすることで、冷媒と流体との温度差が小さい熱交換部の中温部で、伝熱面積を大きくすることができ、この領域での熱交換効率を向上することができる。

【0017】

また、本発明の第五の態様に係る流体昇温装置は、流体が流通するダクトと、前記ダクト内に配されて、前記流体の流通方向に交差する方向に互いに間隔をあけて並んだ複数のフィンを有して該フィン同士の間を前記流体が流通するとともに、該フィンが前記流通方向に積層される熱交換部と、前記熱交換部に前記流通方向の下流側から超臨界圧状態で流入して上流側から流出する冷媒が流通可能に、前記フィンに前記流通方向に交差する方向に貫通して設けられたチューブと、を備え、前記熱交換部は、前記流通方向の最下流側に配される高温部と、該高温部を流通した前記冷媒が流入して流通する中温部と、該中温部を流通した前記冷媒が流入して流通する低温部と、前記中温部での伝熱を促進させる伝熱促進構造とを備え、前記低温部で、前記流通方向に交差する方向に並ぶ前記フィンの数量が前記中温部と同じかもしくは少なく、かつ、前記中温部と同じ間隔もしくは広い間隔で前記フィンが並んでいる。

【0018】

また、本発明の第六の態様に係る流体昇温装置は、流体が流通するダクトと、前記ダクト内に配されて、前記流体の流通方向に交差する方向に互いに間隔をあけて並んだ複数のフィンを有して該フィン同士の間を前記流体が流通するとともに、該フィンが前記流通方向に積層される熱交換部と、前記熱交換部に前記流通方向の下流側から超臨界圧状態で流入して上流側から流出する冷媒が流通可能に、前記フィンに前記流通方向に交差する方向に貫通して設けられたチューブと、を備え、前記熱交換部は、前記流通方向の最下流側に配される高温部と、該高温部を流通した前記冷媒が流入して流通する中温部と、該中温部を流通した前記冷媒が流入して流通する低温部と、前記中温部での伝熱を促進させる伝熱促進構造とを備え、前記低温部で、前記流通方向に交差する方向に並ぶ前記フィンにおける前記流通方向の長さ寸法が、前記中温部における前記フィンに比べて同じかもしくは小さくなっている。
また、本発明の第七の態様に係る流体昇温装置は、流体が流通するダクトと、前記ダクト内に配されて、前記流体の流通方向に交差する方向に互いに間隔をあけて並んだ複数のフィンを有して該フィン同士の間を前記流体が流通するとともに、該フィンが前記流通方向に積層される熱交換部と、前記熱交換部に前記流通方向の下流側から超臨界圧状態で流入して上流側から流出する冷媒が流通可能に、前記フィンに前記流通方向に交差する方向に貫通して設けられたチューブと、を備え、前記熱交換部は、前記流通方向の最下流側に配される高温部と、該高温部を流通した前記冷媒が流入して流通する中温部と、該中温部を流通した前記冷媒が流入して流通する低温部と、前記中温部での伝熱を促進させる伝熱促進構造とを備え、前記伝熱促進構造は、前記中温部及び前記低温部が前記高温部よりも上流側に配置され、前記中温部が前記低温部と並列に配置され、これら前記中温部と前記低温部とに並列で前記流体が流通する構造を有している。

【発明の効果】

【0019】

上記の流体昇温装置によれば、熱交換部に伝熱促進部を設けることで、効率的に熱交換を行って、小型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第一実施形態に係る昇温装置における熱交換部の高温部、中温部、及び低温部のそれぞれを示す全体斜視図である。

【図2】本発明の第一実施形態に係る昇温装置を模式的に示す全体上面図である。

【図3】本発明の第二実施形態に係る昇温装置を模式的に示す全体上面図である。

【図4】本発明の第三実施形態に係る昇温装置を模式的に示す全体上面図である。

【図5】本発明の第三実施形態の第一変形例に係る昇温装置を模式的に示す全体上面図である。

【図6】本発明の第三実施形態の第二変形例に係る昇温装置を模式的に示す全体上面図である。

【図7】本発明の第三実施形態の第三変形例に係る昇温装置を模式的に示す全体上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態に係る昇温装置１（流体昇温装置）について説明する。
〔第一実施形態〕
昇温装置１は、いわゆる熱風発生装置であって、圧縮機１００で高温かつ超臨界圧状態とされた二酸化炭素Ｃ（冷媒）によって、空気Ａ（流体）の昇温を行って、乾燥器等で用いる熱風を発生させる。熱風は、例えば８０℃〜１２０℃程度の温度で昇温装置１から吹出される。

【0022】

図１及び図２に示すように、この昇温装置１は、空気Ａが流通するダクト５と、ダクト５内に配された熱交換器６とを備えている。

【0023】

ダクト５は、空気Ａとして例えば外気や、他の装置からの排気を取り込んで流通させる流路を形成している。
ここで、ダクト５を流通する空気Ａの流れる方向を流通方向Ｄ１とする。

【0024】

熱交換器６は、空気Ａを昇温する熱交換部７と、熱交換部７へ二酸化炭素Ｃを流入させるチューブ８とを有している。

【0025】

熱交換部７は、ダクト５内に配されて、流通方向Ｄ１に交差する方向（以下、単に交差方向Ｄ２とする）に互いに等間隔で並んだ同一形状・同じ大きさのフィン１１を複数有している。そしてこれら交差方向Ｄ２に一列に並ぶ複数のフィン１１を有するフィン群１０が、流通方向Ｄ１に複数積層されて構成されている。
各フィン１１は、アルミニウムなどの金属材料によって同じ寸法に形成され、交差方向Ｄ２に隣り合うフィン１１同士の間の空間を、空気Ａが流通するようになっている。

【0026】

図２に示すように、熱交換部７は三つに分割されて構成されている。即ち、熱交換部７は、圧縮機１００からの二酸化炭素Ｃが流入する高温部１５と、高温部１５を流通した後の二酸化炭素Ｃが流入する中温部１６と、中温部１６を流通した後の二酸化炭素Ｃが流入する低温部１７を備えている。

【0027】

高温部１５は、流通方向Ｄ１の最下流側に配置されている。

【0028】

中温部１６は、高温部１５の上流側に隣接して配置され、高温部１５で空気Ａと熱交換を行って、より低温となった二酸化炭素Ｃが流入して流通し、空気Ａとの熱交換を行う。
なお、本実施形態では中温部１６を流通する二酸化炭素Ｃは、擬臨界温度付近の状態となっており、熱交換を行っても、二酸化炭素Ｃの温度変化が小さい状態となっている。

【0029】

低温部１７は、中温部１６と流通方向Ｄ１におけるおおよそ同じ位置で、中温部１６と並列に、中温部１６及び高温部１５と隣接して配置されている。そして中温部１６で空気Ａと熱交換を行ってより低温となった二酸化炭素Ｃが流入して流通し、空気Ａとの熱交換を行う。

【0030】

このように、本実施形態の熱交換部７では、中温部１６が低温部１７と並列に配置され、これら中温部１６と低温部１７とに並列で空気Ａが流通する。この並列構造は、二酸化炭素Ｃと熱交換を行う前のより低い温度の空気Ａが、擬臨界温度付近の二酸化炭素Ｃとの温度差を大きく保った状態で中温部１６に流入することで熱交換量を増大可能な伝熱促進構造１９となっている。即ち、熱交換部７は、中温部１６での伝熱を促進させる伝熱促進構造１９を備えて構成されている。

【0031】

ここで、本実施形態の熱交換部７では、交差方向Ｄ２の寸法は、中温部１６＞高温部１５＞低温部１７となっている。即ち、交差方向Ｄ２に並ぶフィン１１の枚数（各フィン群１０におけるフィン１１の枚数）は、中温部１６＞高温部１５＞低温部１７となっている。なお、流通方向Ｄ１の寸法は、本実施形態では中温部１６、高温部１５、低温部１７ともに略同一寸法である。

【0032】

チューブ８は、熱交換部７における各フィン１１を交差方向Ｄ２に貫通するようにして熱交換部７に設けられている。より具体的には、チューブ８は、高温部１５、中温部１６、及び低温部１７でそれぞれ、一のフィン群１０におけるフィン１１を交差方向Ｄ２の一方側から他方側に向かって貫通して挿通されるとともに、他方側で流通方向Ｄ１の上流側に隣接するフィン群１０のフィン１１に貫通して挿通され、交差方向Ｄ２の一方側に向かって延びている。

【0033】

そしてチューブ８は、流通方向Ｄ１に隣接するフィン群１０を次々に貫通しており、高温部１５、中温部１６、及び低温部１７の各々において最も下流側のフィン群１０における交差方向Ｄ２の一方側の端部を入口とし、最も上流側のフィン群１０における交差方向Ｄ２の他方側の端部を出口として、入口から二酸化炭素Ｃを流入させ、出口から流出させる。

【0034】

さらに、本実施形態では、このチューブ８は、高温部１５の出口と中温部１６の入口、中温部１６の出口と低温部１７の入口とを接続し、高温部１５の入口には圧縮機１００の出口が接続されている。このようにして、圧縮機１００で生成された高温かつ超臨界圧状態の二酸化炭素Ｃを流通方向Ｄ１の熱交換部７の下流側から流入させ、空気Ａと熱交換を行った後に上流側から流出させる。

【0035】

このような昇温装置１によると、ダクト５を流通する空気Ａが二酸化炭素Ｃとの熱交換によって昇温される。この際、熱交換部７の中温部１６には、超臨界圧状態で高温部１５で熱交換を行った後、擬臨界温度付近となった二酸化炭素Ｃが流入する。

【0036】

ここで、熱交換部７において中温部１６と低温部１７とが並列に配置された伝熱促進構造１９が設けられていることで、二酸化炭素Ｃが擬臨界温度付近となっているために熱交換効率が低くなる中温部１６に、二酸化炭素Ｃとの熱交換を行う前のより温度の低い空気Ａを流入させることができる。

【0037】

このため、中温部１６で二酸化炭素Ｃと空気Ａとの温度差を大きくすることが可能となり、中温部１６での伝熱を促進し、熱交換効率を向上することができる。従って、所定の熱交換能力を得ようとした場合に、熱交換部７を小型化することも可能となる。そしてこのように熱交換部７が小型化されることによって、流通方向Ｄ１に積層されるフィン群１０の数を減らすことが可能となり、重量およびコストを抑えることが可能となる。

【0038】

本実施形態の昇温装置１によると、伝熱促進構造１９を設けたことで、効率的に熱交換を行って熱風を発生させるとともに、装置全体の小型化が可能となる。

【0039】

〔第二実施形態〕
次に、図３を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。
第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態の昇温装置２１は、熱交換部２７に設けられた伝熱促進構造２９が第一実施形態と異なっている。

【0040】

熱交換部２７では、流通方向Ｄ１の下流側から上流側に向かって、互いに流通方向Ｄ１に離間して、高温部１５、中温部２６、及び低温部１７が設けられ、圧縮機１００からの二酸化炭素Ｃが高温部１５に流入して熱交換を行った後に、中温部２６に流入して熱交換が行なわれ、さらに低温部１７に流入する。即ち、第一実施形態と異なり、中温部２６は、低温部１７よりも下流側に配置されている。

【0041】

そして、熱交換部２７には、伝熱促進構造２９としてバイパス流路２８が設けられている。
バイパス流路２８は、ダクト５を流通する空気Ａの一部を、低温部１７を経由させずに中温部２６に流入させる流路である。バイパス流路２８を流通しない残りの空気Ａは、低温部１７に流入して流通する。

【0042】

本実施形態では、中温部２６の交差方向Ｄ２の寸法が最も大きく、低温部１７及び高温部１５が中温部２６に比べて小さくなっている。即ち、中温部２６における各フィン群１０のフィン１１の枚数が最も多くなっている。このような構成によって、低温部１７とダクト５の壁面との間には隙間が形成されており、この隙間がバイパス流路２８となっている。

【0043】

本実施形態の昇温装置２１によると、伝熱促進構造２９としてバイパス流路２８が設けられていることで、熱交換部２７における中温部２６に、バイパス流路２８からの二酸化炭素Ｃとの間で熱交換される前の空気Ａと、低温部１７を通過することで低温部１７で二酸化炭素Ｃと熱交換されて昇温された空気Ａとが混合した空気Ａが流入する。即ち、低温部１７を通過して昇温された流体より低い温度の空気Ａが中温部２６に流入するため、中温部２６での空気Ａと二酸化炭素Ｃとの温度差を大きくすることができる。従って、中温部２６で、空気Ａと、擬臨界温度付近となった二酸化炭素Ｃとの熱交換効率を向上することができる。

【0044】

ここで、本実施形態のバイパス流路２８は、上述したようなダクト５の壁面と低温部１７との間に形成された流路でなくともよい。即ち、低温部１７を経由しない空気Ａを取り込んで中温部２６に流入可能とする配管等を中温部２６に接続することで、別途、バイパス流路を形成してもよい。

【0045】

〔第三実施形態〕
次に、図４を参照して、本発明の第三実施形態について説明する。
第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態の昇温装置５１は、熱交換部５８に設けられた伝熱促進構造５９が第一実施形態及び第二実施形態と異なっている。

【0046】

熱交換部５８は、圧縮機１００からの二酸化炭素Ｃが流入する高温部５５と、高温部５５を流通した後の二酸化炭素Ｃが流入する中温部５６と、中温部５６を流通した後の二酸化炭素Ｃが流入する低温部５７とを備えている。

【0047】

高温部５５は、流通方向Ｄ１の最下流側に配置されている。

【0048】

中温部５６は、高温部５５の上流側に隣接して配置され、高温部５５で空気Ａと熱交換を行って、より低温となった二酸化炭素Ｃが中温部５６に流入して流通し、空気Ａとの間で熱交換を行う。
なお、本実施形態では中温部５６を流通する二酸化炭素Ｃは擬臨界温度付近となっており、熱交換を行っても、二酸化炭素Ｃの温度変化が小さい状態となっている。

【0049】

また、中温部５６では、高温部５５よりも交差方向Ｄ２に並ぶ各フィン群１０におけるフィン１１の数量が多く、かつ、高温部５５と同じ間隔、もしくは狭い間隔をあけてフィン１１が並んでいる。このような中温部５６の構成が、伝熱促進構造５９となっている。

【0050】

低温部５７は、本実施形態では高温部５５と同一の大きさとなって、同じ数量のフィン１１を交差方向Ｄ２に同じ間隔で有している。そして低温部５７は、中温部５６の上流側に中温部５６に隣接して配置され、中温部５６で空気Ａと熱交換を行って、より低温となった二酸化炭素Ｃを流入させて流通させ、空気Ａとの熱交換を行う。
なお、低温部５７では、交差方向Ｄ２に並ぶフィン１１の数量が、中温部５６より少なくともよいし、中温部５６よりも広い間隔で前記フィンが並んでいてもよい。

【0051】

本実施形態の昇温装置５１によると、熱交換部５８における中温部５６に流入する二酸化炭素Ｃの温度は、擬臨界温度付近となっており、この状態では空気Ａと二酸化炭素Ｃとの温度差が小さくなり、熱交換効率が低くなってしまう。ここで、中温部５６でフィン１１の数量が多く、中温部５６での交差方向Ｄ２の方向の長さ寸法が高温部５５に比べて大きくなって、幅広となっていることで、中温部５６で、空気Ａと二酸化炭素Ｃとの接触面積を大きくできる。

【0052】

従って、空気Ａと二酸化炭素Ｃとの温度差が小さい中温部５６での伝熱を促進し、熱交換効率を向上することができ、流通方向Ｄ１の熱交換部５８の長さ寸法を小さくでき、小型化を図ることが可能となる。

【0053】

さらに、高温部５５で、交差方向Ｄ２のフィン１１の数量が少なくなっていることで、高温部５５へ二酸化炭素Ｃが流入する時点での二酸化炭素Ｃの温度を低くしたとしても、高温部５５を通過した後の空気Ａの平均温度を高い状態に保つことができる。
即ち、高温部５５を通過した後の空気Ａにおいて、交差方向Ｄ２の一方側と他方側での温度差を小さくできる。換言すると、昇温装置５１を通過した後の空気Ａの温度を所定の温度に維持しつつ、圧縮機１００から高温部５５に導入する二酸化炭素Ｃの温度を低くすることができる。

【0054】

より具体的には、高温部５５に流入する二酸化炭素Ｃの温度を１３５℃とし、最下流のフィン群１０を通過することによって熱交換した後の二酸化炭素Ｃの温度が１２５℃となる場合、吹出される空気Ａ（熱風）の温度は二酸化炭素Ｃの温度より１０℃低い温度となるとしたら、交差方向Ｄ２の一方側（図４の紙面に向かって下側）で高温部５５に流入して吹出される空気Ａ（熱風）の温度が１２５℃であり、交差方向Ｄ２の他方側（図４の紙面に向かって上側）で高温部５５から吹出される空気Ａ（熱風）の温度が１１５℃となり、交差方向Ｄ２で平均して１２０℃の空気Ａが吹出されることになる（図４の実線参照）。

【0055】

一方で、仮に、高温部５５における交差方向Ｄ２に並ぶフィン１１の数量と、中温部５６における交差方向Ｄ２に並ぶフィン１１の数量とが同じになっている場合、即ち、交差方向Ｄ２の寸法が高温部５５と中温部５６とで同じになっている場合、高温部５５から吹出される空気Ａの温度を１２０℃に保つ場合には、例えば、交差方向Ｄ２の一方側で吹出される空気Ａの温度を１３０℃とし、交差方向Ｄ２の他方側で吹出される空気Ａの温度を１１０℃とする必要がある（図４の破線参照）。

【0056】

即ち、高温部５５における交差方向Ｄ２の一方側で、二酸化炭素Ｃによって空気Ａの温度を１３０℃まで上昇させなければならない。このため、二酸化炭素Ｃを、より高温の１４０℃で高温部５５へ流入させる必要がある。

【0057】

この点、本実施形態では交差方向Ｄ２の一方側での空気Ａの温度を１２５℃に抑えることができるので、その分、二酸化炭素Ｃの温度は低くて済むことになる。

【0058】

従って、圧縮機１００からの二酸化炭素Ｃの吐出温度を低くすることができ、圧縮機１００を含むシステム全体の信頼性の向上、及び、システム全体のＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）の向上につながる。

【0059】

ここで、図５に示すように、中温部７６では、各フィン１１Ａの流通方向Ｄ１の長さ寸法が高温部５５におけるフィン１１に比べて大きくなっていてもよい。このようにすることで、二酸化炭素Ｃが擬臨界温度付近となっていることで、二酸化炭素Ｃと空気Ａとの温度差が小さくなっている中温部７６で伝熱面積を大きくすることができ、この領域での熱交換効率を向上することができる。

【0060】

また、図６に示すように、本実施形態の熱交換部５８は、図４に示す低温部５７と中温部５６とが一体となった部分６１を備えていてもよい。

【0061】

このような場合でも、空気Ａと二酸化炭素Ｃとの温度差が小さくなってしまう中温部５６での伝熱を促進し、流通方向Ｄ１の熱交換部５８の長さ寸法、即ち、フィン群１０の積層数量を小さくでき、小型化を図ることが可能となる。また、圧縮機１００からの二酸化炭素Ｃの吐出温度を低くすることができ、圧縮機１００を含むシステム全体の信頼性の向上、及び、システム全体のＣＯＰの向上につながる。
さらに、低温部５７と中温部５６とが一体になった構成（部分６１）を熱交換部５８に採用することで昇温装置５１が簡易な構造となり、昇温装置５１の製造が容易となる。

【0062】

さらに、同様に図７に示すように、熱交換部５８は、図５に示す低温部５７と中温部７６とが一体となった部分８１を備えていてもよい。

【0063】

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、冷媒として超臨界圧状態の二酸化炭素Ｃを用いたが、超臨界圧状態で用いられる他の物質を冷媒として用いることが可能である。

【0064】

また、流体として空気Ａを昇温する場合に限定されず、他の気体を昇温してもよい。

【0065】

また、上述の各実施形態の構成を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0066】

１、２１、５１…昇温装置（流体昇温装置）
５…ダクト
６…熱交換器
７、２７、５８…熱交換部
８…チューブ
１０…フィン群
１１、１１Ａ…フィン
１５、５５…高温部
１６、２６、５６、７６…中温部
１７、５７…低温部
１９、２９、５９…伝熱促進構造
２８…バイパス流路
６１、８１…一体となった部分
１００…圧縮機
Ｃ…二酸化炭素（冷媒）
Ａ…空気（流体）
Ｄ１…流通方向
Ｄ２…交差方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】