特許 7730787 積層型熱交換器及び熱交換ユニット

(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】

(24)【登録日】2025-08-20

(45)【発行日】2025-08-28

(54)【発明の名称】積層型熱交換器及び熱交換ユニット

(51)【国際特許分類】

   F28F 23/02 20060101AFI20250821BHJP

   F28D 9/00 20060101ALI20250821BHJP

   F28D 21/00 20060101ALI20250821BHJP

   F25D 3/10 20060101ALN20250821BHJP

【ＦＩ】

F28F23/02 A

F28D9/00

F28D21/00 B

F25D3/10 F

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022082377

(22)【出願日】2022-05-19

(65)【公開番号】P2023170541

(43)【公開日】2023-12-01

【審査請求日】2024-09-02

(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】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100137143

【弁理士】

【氏名又は名称】玉串 幸久

(72)【発明者】

【氏名】久保 洋平

(72)【発明者】

【氏名】三輪 泰健

(72)【発明者】

【氏名】東 正高

(72)【発明者】

【氏名】野一色 公二

【審査官】柳本 幸雄

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１６６７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１１６１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０５１５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７８７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０２７４５００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平９－３１８２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９０８２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｆ ２３／０２

Ｆ１７Ｃ ９／０２－９／０４

Ｆ２５Ｄ ３／１０

Ｆ２８Ｄ ２１／００

Ｆ２８Ｄ ９／００－９／０４

Ｆ２８Ｆ ３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加温対象流体が導入される低温流路が形成された低温層と、
前記低温層に隣接して積層され、中間媒体が導入される第１高温流路を有する第１高温層と、
前記第１高温層と隣接して積層され、加温媒体が導入される第２高温流路を有する第２高温層とを備え、
前記中間媒体は、前記第１高温流路内において前記加温対象流体及び前記加温媒体と熱交換しても液状態を維持する－８０℃以下の凝固点を有するアルコール又はアルコール水溶液からなる、積層型熱交換器。

【請求項2】

前記加温媒体は、前記第２高温流路内において前記加温対象流体及び前記中間媒体と熱交換しても液状態を維持する－８０℃以下の凝固点を有するアルコール又はアルコール水溶液からなる、請求項１に記載の積層型熱交換器。

【請求項3】

前記中間媒体と前記加温媒体とは同じ種類の流体からなり、
前記第１高温流路と前記第２高温流路とを互いに連通させる折り返しヘッダを有する、請求項２に記載の積層型熱交換器。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の積層型熱交換器と、
前記積層型熱交換器から流出した中間媒体が流れる中間媒体流路と、
前記中間媒体流路を流れる中間媒体から直接的に又は間接的に前記中間媒体の冷熱を回収する熱交換器と、を備えている、熱交換ユニット。

【請求項5】

請求項２又は３に記載の積層型熱交換器と、
前記積層型熱交換器から前記中間媒体及び前記加温媒体として機能する流体を流出させる流体流路と、
前記流体流路を流れる流体から直接的に又は間接的に前記流体の冷熱を回収する熱交換器と、を備えている、熱交換ユニット。

【請求項6】

請求項１又は２に記載の積層型熱交換器と、
前記積層型熱交換器から流出した加温媒体が流れる加温媒体流路と、
前記積層型熱交換器から流出した中間媒体が流れる中間媒体流路と、
前記加温媒体流路を流れる加温媒体と前記中間媒体流路を流れる中間媒体との間で熱交換を行う加熱用熱交換器と、を備え、
前記加熱用熱交換器で加温媒体によって加熱された中間媒体が前記積層型熱交換器に導入される、熱交換ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層型熱交換器及び熱交換ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、液化天然ガス等の低温の加温対象流体を気化させる気化装置が知られている。この種の気化装置として、下記特許文献１に開示されているように、中間媒体を介して熱源媒体と加温対象流体との間で熱交換を行って加温対象流体を気化させる中間媒体式の気化装置がある。特許文献１に開示された気化装置では、プロパンからなる中間媒体がケーシング内に収容されており、ケーシング内の下部において、液状の中間媒体が温水等の熱源媒体の熱を受けて気化する。そして、この気化した中間媒体は、ケーシング内の上部において、加温対象流体を気化させて凝縮する。このように中間媒体はケーシング内において気化及び凝縮を繰り返す。中間媒体式の気化装置では、中間媒体の潜熱を利用した熱交換が行なわれるため、高い熱交換効率を有する。したがって、大量の加温対象流体を気化させることができる。また、中間媒体が用いられるため、温水等の熱源媒体が凍結することも抑制されている。さらに、特許文献１に開示された気化装置では、低温で液状の中間媒体の冷熱をケーシングの外部で利用するための循環流路が設けられているため、中間媒体に付与された加温対象流体の冷熱をケーシングの外部で利用することもできる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１０６８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された中間媒体式の気化装置では、熱源媒体の凍結を抑制しつつ、大量の加温対象流体を気化させることが可能である。その一方で、中間媒体の気化及び凝縮を繰り返させる必要があるため、ガス状の中間媒体を液状の中間媒体に凝縮させるための部位と、液状の中間媒体がガス状の中間媒体に気化させるための部位とが必要となる。したがって、中間媒体を介在させて熱源媒体と加温対象流体との間で熱交換を行うことによって熱源媒体の凍結を抑制するという技術を、低温層と高温層とを有する積層型熱交換器にそのまま適用することはできない。

【0005】

そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、積層型熱交換器において、中間媒体を介在させて加温対象流体と加温媒体との間で熱交換できるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記の目的を達成するため、本発明に係る積層型熱交換器は、加温対象流体が導入される低温流路が形成された低温層と、前記低温層に隣接して積層され、中間媒体が導入される第１高温流路を有する第１高温層と、前記第１高温層と隣接して積層され、加温媒体が導入される第２高温流路を有する第２高温層とを備える。前記中間媒体は、前記第１高温流路内において前記加温対象流体及び前記加温媒体と熱交換しても液状態を維持する－８０℃以下の凝固点を有するアルコール又はアルコール水溶液からなる。

【0007】

本発明に係る積層型熱交換器では、中間媒体として、加温対象流体及び加温媒体と熱交換しても液状態を維持する－８０℃以下の凝固点を有するアルコール又はアルコール水溶液が採用されているため、ガス状の中間媒体を液状の中間媒体に凝縮させるための部位も、液状の中間媒体をガス状の中間媒体に気化させるための部位も不要である。しかも、中間媒体が流れる第１高温層が低温層と第２高温層との間に位置しているため、加温対象流体と加温媒体との間で熱交換が行われる際に、第２高温層を流れる加温媒体の凍結を抑制することができる。したがって、積層型熱交換器において、中間媒体を介在させながら加温対象流体と加温媒体との間で熱交換を行うことができる。また、中間媒体の気化及び凝縮を伴いながら熱交換を行う従来の中間媒体式の気化装置のように、中間媒体の気化及び凝縮が行われるようにするための装置設計も必要ない。アルコール又はその水溶液としては、－８０℃以下の凝固点を有するアルコール又はその水溶液が採用される。より好ましくは－１００℃以下の凝固点を有するアルコール又はその水溶液を採用することができる。これらの凝固点を有する中間媒体ならば、低温においても粘性が低いため，ポンプ動力の削減が期待できる。

【0008】

前記加温媒体は、前記第２高温流路内において前記加温対象流体及び前記中間媒体と熱交換しても液状態を維持する－８０℃以下の凝固点を有するアルコール又はアルコール水溶液からなるものでもよい。この態様では、加温媒体が第２高温流路内で液状体を維持するため、加温媒体の凍結を回避できる。

【0009】

前記中間媒体と前記加温媒体とは同じ種類の流体でもよい。この場合、前記積層型熱交換器は、前記第１高温流路と前記第２高温流路とを互いに連通させる折り返しヘッダを有してもよい。

【0010】

この態様では、加温媒体と中間媒体が同じ流体によって構成されるため、加温媒体のための設備（例えば加温媒体を循環させるための設備、加温媒体を供給するための設備等）及び中間媒体のための設備（例えば中間媒体を循環させるための設備、中間媒体を供給するための設備等）のそれぞれを別個に備える必要がなく、共通化できる。また、第１高温流路と第２高温流路とに別々の供給源から流体を供給しなくて済むため、加温媒体及び中間媒体としての流体供給量を全体として減らすことができる。

【0011】

本発明に係る熱交換ユニットは、前記積層型熱交換器と、前記積層型熱交換器から流出した中間媒体が流れる中間媒体流路と、前記中間媒体流路を流れる中間媒体から直接的に又は間接的に前記中間媒体の冷熱を回収する熱交換器と、を備えている。この態様では、加温対象流体によって冷却された中間媒体の冷熱を、熱交換器において回収することができる。

【0012】

本発明に係る熱交換ユニットは、前記積層型熱交換器と、前記積層型熱交換器から前記中間媒体及び前記加温媒体として機能する流体を流出させる流体流路と、前記流体流路を流れる流体から直接的に又は間接的に前記流体の冷熱を回収する熱交換器と、を備えている。この態様では、加温対象流体によって冷却された中間媒体として機能する流体の冷熱を、熱交換器において回収することができる。

【0013】

本発明に係る熱交換ユニットは、前記積層型熱交換器と、前記積層型熱交換器から流出した加温媒体が流れる加温媒体流路と、前記積層型熱交換器から流出した中間媒体が流れる中間媒体流路と、前記加温媒体流路を流れる加温媒体と前記中間媒体流路を流れる中間媒体との間で熱交換を行う加熱用熱交換器と、を備え、前記加熱用熱交換器で加温媒体によって加熱された中間媒体が前記積層型熱交換器に導入される。

【0014】

この態様では、加熱用熱交換器において、加温媒体によって中間媒体を加熱し、この加熱された中間媒体が積層型熱交換器に導入される。したがって、積層型熱交換器内での中間媒体の温度が高くなるため、積層型熱交換器内での加温媒体の凍結リスクをさらに低減できる。

【発明の効果】

【0015】

以上説明したように、本発明によれば、積層型熱交換器において、中間媒体を介在させて加温対象流体と加温媒体との間で熱交換させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態に係る熱交換ユニットの概略図である。

【図2】前記熱交換ユニットに設けられた積層型熱交換器の概略図である。

【図3】前記積層型熱交換器の中の積層体の構成を説明するための図である。

【図4】第１実施形態の変形例に係る熱交換ユニットの概略図である。

【図5】第１実施形態の変形例に係る熱交換ユニットの概略図である。

【図6】第２実施形態に係る熱交換ユニットの概略図である。

【図7】第２実施形態に係る積層型熱交換器の中の積層体の構成を説明するための図である。

【図8】第２実施形態の変形例に係る熱交換ユニットの概略図である。

【図9】第２実施形態の変形例に係る熱交換ユニットの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【0018】

（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態に係る熱交換ユニット１０は、積層型熱交換器１２と、積層型熱交換器１２に接続され、加温対象流体が流れる加温対象流体流路１４と、積層型熱交換器１２に接続され、加温媒体が流れる加温媒体流路１６と、積層型熱交換器１２に接続され、中間媒体が流れる中間媒体流路１８と、を備えている。積層型熱交換器１２は、後述するように、中間媒体を介在させつつ加温媒体と加温対象流体との間で熱交換させるように構成されている。

【0019】

加温対象流体流路１４は、積層型熱交換器１２に加温対象流体を流入させる流入流路１４ａと、積層型熱交換器１２から熱交換後の加温対象流体を流出させる流出流路１４ｂと、を含む。

【0020】

加温媒体流路１６は、積層型熱交換器１２に加温媒体を流入させる流入流路１６ａと、積層型熱交換器１２から熱交換後の加温媒体を流出させる流出流路１６ｂと、を含む。加温媒体流路１６には、加温媒体を流通させるためのポンプ２０が配置されている。なお、加温媒体流路１６が後述するように閉ループを構成する場合には、ポンプ２０は、流入流路１６ａ及び流出流路１６ｂの少なくとも一方に設けられていればよい。

【0021】

加温媒体流路１６の流入流路１６ａ及び流出流路１６ｂが加温媒体の貯留部（加温媒体貯留部２２）に接続されて、加温媒体流路１６が加温媒体貯留部２２と積層型熱交換器１２との間で加温媒体を循環させる閉ループを構成していてもよい。ただし、加温媒体流路１６は、閉ループを構成していなくてもよい。つまり、流入流路１６ａ及び流出流路１６ｂが互いに連通していなくてもよい。

【0022】

中間媒体流路１８は、積層型熱交換器１２に中間媒体を流入させる流入流路１８ａと、積層型熱交換器１２から熱交換後の中間媒体を流出させる流出流路１８ｂと、を含む。

【0023】

中間媒体流路１８の流入流路１８ａ及び流出流路１８ｂが中間媒体の貯留部（中間媒体貯留部２６）に接続されて、中間媒体流路１８が中間媒体貯留部２６と積層型熱交換器１２との間で中間媒体を循環させる閉ループを構成していてもよい。中間媒体流路１８には、中間媒体を流通させるためのポンプ２４が配置されている。なお、中間媒体流路１８が閉ループとなっているため、ポンプ２４は、流入流路１８ａ及び流出流路１８ｂの少なくても一方に配置されていればよい。ただし、中間媒体流路１８は、閉ループを構成せずに、流入流路１８ａ及び流出流路１８ｂが互いに連通しない構成としてもよい。

【0024】

加温対象流体としては、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化窒素（ＬＮ２）、液体アンモニア、液体水素（ＬＨ２）等の極低温の液化ガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガス等の低温ガスを例示できる。加温媒体としては、水蒸気、温水等を例示できる。中間媒体は、メタノール、エタノール、１－プロパノール、２－プロパノールまたはブタノール等のアルコール又はその水溶液を例示できる。アルコール又はその水溶液としては、－８０℃以下の凝固点を有するアルコール又はその水溶液が採用される。なお、－１００℃以下の凝固点を有するアルコール又はその水溶液を採用することもできる。これらのアルコールはグリコールよりも粘性が低いため、グリコールを用いる場合に比べ、圧力損失を低減（ポンプ動力の削減）できる。

【0025】

熱交換ユニット１０には、中間媒体の冷熱を回収する熱交換器３０が設けられている。熱交換器３０は、中間媒体貯留部２６に両端部が接続された回収路３２に接続されている。回収路３２には、ポンプ３４が設けられている。ポンプ３４が作動すると、中間媒体貯留部２６に貯留された中間媒体は、回収路３２を流れ、熱交換器３０において、他の流体と熱交換する。これにより、中間媒体の冷熱により他の媒体が冷却される。すなわち、熱交換器３０は、中間媒体流路１８を流れる中間媒体から間接的に中間媒体の冷熱を回収する。熱交換器３０を通過した中間媒体は中間媒体貯留部２６に戻される。他の媒体は、例えば、室内を冷却するための空気であってもよい。

【0026】

積層型熱交換器１２は、いわゆるマイクロチャネル熱交換器によって構成されている。すなわち、積層型熱交換器１２は、図２及び図３に示すように、低温層３７と第１高温層３８と第２高温層３９とを含む積層体３６と、積層体３６に固定されたヘッダ４１～４６とを備えている。低温層３７には、加温対象流体が導入される複数の低温流路３７ａが形成されている。第１高温層３８には、中間媒体が導入される複数の第１高温流路３８ａが形成されている。第２高温層３９には、加温媒体が導入される複数の第２高温流路３９ａが形成されている。

【0027】

ヘッダ４１～４６には、複数の低温流路３７ａに加温対象媒体を分配する低温供給ヘッダ４１と、複数の第１高温流路３８ａに中間媒体を分配する第１供給ヘッダ４２と、複数の第２高温流路３９ａに加温媒体を分配する第２供給ヘッダ４３と、複数の低温流路３７ａを流れた加温対象媒体を合流させる低温集合ヘッダ４４と、複数の第１高温流路３８ａを流れた中間媒体を合流させる第１集合ヘッダ４５と、複数の第２高温流路３９ａを流れた加温媒体を合流させる第２集合ヘッダ４６と、が含まれている。低温供給ヘッダ４１は、加温対象流体流路１４における流入流路１４ａに接続され、低温集合ヘッダ４４は、加温対象流体流路１４における流出流路１４ｂに接続されている。第１供給ヘッダ４２は、中間媒体流路１８における流入流路１８ａに接続され、第１集合ヘッダ４５は、中間媒体流路１８における流出流路１８ｂに接続されている。第２供給ヘッダ４３は、加温媒体流路１６における流入流路１６ａに接続され、第２集合ヘッダ４６は、加温媒体流路１６における流出流路１６ｂに接続されている。

【0028】

積層体３６は、熱伝導性の高い金属材で構成されている。図３に示すように、積層体３６においては、低温層３７に第１高温層３８が隣接し、第１高温層３８に第２高温層３９が隣接し、第２高温層３９に別の第１高温層３８が隣接し、この別の第１高温層３８に別の低温層３７が隣接し、この別の低温層３７にさらに別の第１高温層３８が隣接している。つまり、第１高温層３８が低温層３７と第２高温層３９とによって挟まれるように、低温層３７、第１高温層３８及び第２高温層３９が積層されている。

【0029】

低温層３７は、扁平な領域であり、複数の低温流路３７ａが並ぶように形成されている。第１高温層３８も扁平な領域であり、複数の第１高温流路３８ａが並ぶように形成されている。第２高温層３９も扁平な領域であり、複数の第２高温流路３９ａが並ぶように形成されている。

【0030】

積層型熱交換器１２では、加温対象流体が低温供給ヘッダ４１を通して各低温流路３７ａに流入し、中間媒体が第１供給ヘッダ４２を通して各第１高温流路３８ａに流入し、加温媒体が第２供給ヘッダ４３を通して各第２高温流路３９ａに流入する。そして、積層体３６において、低温流路３７ａを流れる液状の加温対象流体が、第２高温流路３９ａを流れる加温媒体の熱を受けて加熱される。このとき、加温対象流体が液状であれば気化するが、加温媒体と加温対象流体との熱交換が中間媒体を介して行われることになるため、加温媒体が凝固することが抑制されている。また、中間媒体は、加温対象流体によって冷却されるが、凝固せず、また、加温媒体によって加熱されるが、蒸発しない。したがって、中間媒体は、液状のまま第１高温流路３８ａを流れる。

【0031】

各低温流路３７ａを流れた加温対象流体は、低温集合ヘッダ４４を通して合流し、加温対象流体流路１４における流出流路１４ｂに排出される。各第１高温流路３８ａを流れた中間媒体は、第１集合ヘッダ４５を通して合流し、中間媒体流路１８における流出流路１８ｂに排出される。各第２高温流路３９ａを流れた加温媒体は、第２集合ヘッダ４６を通して合流し、加温媒体流路１６における流出流路１６ｂに排出される。

【0032】

なお、加温媒体貯留部２２に貯留される加温媒体の温度、加温媒体流路１６における流出流路１６ｂを流れる加温媒体の温度及び加温媒体流路１６における加温媒体の流量を測定してもよい。この場合において、加温媒体の温度が低下した場合、すなわち凍結リスクが高くなったときに、加温媒体を加熱する、又は加温媒体の流量を増やすなどの制御を付加してもよい。この場合、加温媒体の凍結リスクをより一層低減することができる。

【0033】

また、中間媒体貯留部２６に貯留される中間媒体の温度、中間媒体流路１８における流出流路１８ｂを流れる中間媒体の温度、中間媒体流路１８における中間媒体の流量を測定してもよい。この場合において、中間媒体の温度が低下した場合，すなわち凍結リスクが高くなったときには、中間媒体を加熱する（例えば，熱交換器３０おいて他の媒体と熱交換する）、又は中間媒体の流量を増やすなどの制御を付加してもよい。

【0034】

以上説明したように、本実施形態の積層型熱交換器１２では、中間媒体として、加温対象流体及び加温媒体と熱交換しても液状態を維持する－８０℃以下の凝固点を有するアルコール又はアルコール水溶液が採用されている。このため、ガス状の中間媒体を液状の中間媒体に凝縮させるための部位も、液状の中間媒体をガス状の中間媒体に気化させるための部位も不要である。しかも、中間媒体が流れる第１高温層３８が低温層３７と第２高温層３９との間に位置しているため、加温対象流体と加温媒体との間で熱交換が行われる際に、第２高温層３９を流れる加温媒体の凍結を抑制することができる。したがって、積層型熱交換器１２において、中間媒体を介在させながら加温対象流体と加温媒体との間で熱交換を行うことができる。また、中間媒体の気化及び凝縮を伴いながら熱交換を行う従来の中間媒体式の気化装置のように、中間媒体の気化及び凝縮が行われるようにするための装置設計も必要ない。

【0035】

なお、本実施形態では、中間媒体を貯留する中間媒体貯留部２６は、図１に示すように１つのタンクで構成されているが、これに限られない。例えば、中間媒体貯留部２６は、中間媒体流路１８の流入流路１８ａに設けられた第１タンクと、中間媒体流路１８の流出流路１８ｂに設けられた第２タンクと分けられてもよい。この場合、回収路３２における上流端が第１タンクに接続され、回収路３２における下流端が第２タンクに接続される。つまり、第１タンクには、積層型熱交換器１２から流出し、熱交換器３０において他の媒体と熱交換する前の低温の中間媒体が貯留され、第２タンクには、熱交換器３０において他の媒体と熱交換した後の中間媒体が貯留される。

【0036】

中間媒体貯留部２６が第１タンクと第２タンクに分けられる場合には、運用の自由度を上げることができる。したがって、冷熱の需給変動が大きく、起動停止が多いような用途に好適である。なお、第１タンクの容量と第２タンクの容量は必ずしも一致しなくてもよい。

【0037】

図１に示す構成では、熱交換器３０が回収路３２に接続されているがこの構成に限られない。例えば、図４に示すように、熱交換器３０は、中間媒体流路１８の流出流路１８ｂに接続されていてもよい。この場合の熱交換器３０は、中間媒体流路１８を流れる中間媒体から直接的に中間媒体の冷熱を回収する。

【0038】

この場合、積層型熱交換器１２において冷熱を受け取った中間媒体から中間媒体貯留部２６に戻る前に冷熱を回収できる。このため、中間媒体貯留部２６において、熱交換器３０における熱交換後の中間媒体との混合による温度上昇前に冷熱を回収できるため、より低い温度の冷熱を回収することができる。

【0039】

図１の熱交換ユニット１０には、中間媒体から冷熱を回収するための熱交換器３０が設けられているが、冷熱需要がない場合には、この熱交換器３０を省略することができる。一方で、図５に示すように、中間媒体を加熱するための加熱用熱交換器５０を設けることが可能である。加熱用熱交換器５０は、中間媒体流路１８の流出流路１８ｂと、加温媒体流路１６の流出流路１６ｂとに接続されており、加熱用熱交換器５０において、加温媒体によって中間媒体を加熱する。これにより、中間媒体貯留部２６に貯留される中間媒体及び積層型熱交換器１２に導入される中間媒体の温度を高めることができる。すなわち、加熱用熱交換器５０では、加温対象流体が存在しない状態で加温媒体と中間媒体との間で熱交換が行われるため、温度域の高い状態での熱交換となり、また、相変化を伴わない熱交換である。このため、中間媒体を効果的に昇温させることができる。したがって、積層型熱交換器１２内での中間媒体の温度も高くなるため、積層型熱交換器１２内での加温媒体の凍結リスクをさらに低減できる。なお、加熱用熱交換器５０は、積層型熱交換器１２と一体的に形成されていてもよい。

【0040】

（第２実施形態）
図６は第２実施形態を示す。尚、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0041】

図６に示すように、第２実施形態の熱交換ユニット１０では、加温媒体流路１６が省略されており、積層型熱交換器１２には、加温対象流体流路１４と中間媒体流路１８が接続されている。一方で、積層型熱交換器１２の積層体３６は、第１実施形態と同様に、低温層３７と第１高温層３８と第２高温層３９とを有する。

【0042】

低温層３７の複数の低温流路３７ａには、加温対象流体が加温対象流体流路１４の流入流路１４ａから流入する。複数の低温流路３７ａを流れた加温対象流体は、加温対象流体流路１４の流出流路１４ｂに流出する。

【0043】

第２高温層３９の複数の第２高温流路３９ａには、中間媒体が中間媒体流路１８の流入流路１８ａから流入する。第１高温層３８の複数の第１高温流路３８ａには、図７に示すように、第２高温流路３９ａを流れた中間媒体が折り返しヘッダ５２を経由して流入する。折り返しヘッダ５２は、複数の第２高温流路３９ａと複数の第１高温流路３８ａとを互いに連通させるように設けられたヘッダである。複数の第１高温流路３８ａを流れた中間媒体は、中間媒体流路１８の流出流路１８ｂに流出する。すなわち、中間媒体流路１８の流出流路１８ｂは、積層型熱交換器１２から中間媒体及び加温媒体として機能する流体を流出させる流体流路として機能する。したがって、第２実施形態の積層型熱交換器１２では、第２高温流路３９ａを流れる中間媒体が加温媒体としての役割を果たしている。この形態では、第１実施形態に比べ、第２高温層３９を流れる流体の温度が低くなるが、第２高温流路３９ａにおける凍結を抑制できる。

【0044】

図７に示す積層体３６（積層型熱交換器１２）では、１つの第２高温層３９に含まれる複数の第２高温流路３９ａから、その両側に隣接する２つの第１高温層３８に含まれる複数の第１高温流路３８ａに中間媒体が導入される。この場合、各第２高温流路３９ａの断面積と各第１高温流路３８ａの断面積とが同じであれば、第２高温流路３９ａにおける中間媒体の流速が第１高温流路３８ａにおける中間媒体の流速の２倍になる。したがって、流速の増加による熱伝達率の上昇により凍結リスクが低減される一方で、圧力損失が増加する。この場合において、圧力損失に制限がある場合は，第２高温流路３９ａの本数を多くしたり、第２高温流路３９ａの断面積を大きくする等の対処をすればよい。なお、第１高温流路３８ａ内での中間媒体の凍結リスクが生じないように、第１高温流路３８ａにおける中間媒体の流速が低下しないようにすることが好ましい。

【0045】

なお、図７の形態では、中間媒体流路１８の流入流路１８ａから流入した中間媒体が複数の第２高温流路３９ａに流入し、その後折り返しヘッダ５２を通過する構成であるが、この構成に限られない。すなわち、中間媒体流路１８の流入流路１８ａから流入した中間媒体が複数の第１高温流路３８ａに流入し、第１高温流路３８ａを流れた中間媒体が、折り返しヘッダ５２を通して複数の第２高温流路３９ａに流入する接続構造としてもよい。この場合も、中間媒体流路１８の流出流路１８ｂが、積層型熱交換器１２から中間媒体及び加温媒体として機能する流体を流出させる流体流路として機能する。

【0046】

図６に戻る。同図に示すように、中間媒体流路１８の流出流路１８ｂには、他の媒体と中間媒体とを熱交換させ、中間媒体の冷熱を回収するための熱交換器３０が設けられている。すなわち、熱交換器３０は、中間媒体流路１８を流れる中間媒体から直接的に中間媒体の冷熱を回収する。

【0047】

この形態では、熱交換器３０における熱交換前の他の媒体の温度、熱交換器３０における熱交換後の他の媒体の温度、他の媒体の流量を測定し、他の媒体の温度が低下した場合、すなわち凍結リスクが高くなった場合に、他の媒体を加熱する、または他の媒体の流量を増やすなどの制御を付加してもよい。これにより、他の媒体の凍結リスクを低減できる。

【0048】

また、中間媒体貯留部２６の温度，熱交換器３０における熱交換前の中間媒体の温度、中間媒体の流量を測定し、中間媒体の温度が低下した場合、すなわち凍結リスクが高くなった場合に、中間媒体を加熱する（この場合、冷熱回収用の媒体と熱交換する）、または中間媒体の流量を増やすなどの制御を付加してもよい。これにより、中間媒体の凍結リスクを低減することができる。

【0049】

第２実施形態では、中間媒体が積層型熱交換器１２に導入される一方で、加温媒体は積層型熱交換器１２に導入されない。このため、図８に示すように、加温対象流体と熱交換した中間媒体を加熱する加熱器５４が設けられてもよい。例えば、中間媒体貯留部２６には、両端部が接続された回収路３２が設けられている。加熱器５４はこの回収路３２に設けられている。加熱器５４には、熱源媒体が流れる熱源媒体流路５６が接続されており、加熱器５４では、中間媒体と熱源媒体との間で熱交換が行われ、中間媒体が加熱される。すなわち、加熱器５４は、中間媒体流路１８を流れる中間媒体から間接的に中間媒体の冷熱を回収する熱交換器３０としても機能する。

【0050】

加熱器５４は、図９に示すように、中間媒体流路１８の流出流路１８ｂに設けられてもよい。この加熱器５４は、中間媒体流路１８を流れる中間媒体から直接的に中間媒体の冷熱を回収する熱交換器３０としても機能する。

【0051】

その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、前記第１実施形態の説明を第２実施形態に援用することができる。

【0052】

なお、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。本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。

【符号の説明】

【0053】

１０ ：熱交換ユニット
１２ ：積層型熱交換器
１６ ：加温媒体流路
１８ ：中間媒体流路
３０ ：熱交換器
３７ ：低温層
３７ａ ：低温流路
３８ ：第１高温層
３８ａ ：第１高温流路
３９ ：第２高温層
３９ａ ：第２高温流路
５０ ：加熱用熱交換器
５２ ：折り返しヘッダ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】