【手続補正書】
【提出日】令和3年3月30日(2021.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層されて拡散接合された第１伝熱板および第２伝熱板を含むコアを備え、
前記第１伝熱板は、流路幅方向に並んで設けられた溝状の複数のチャネルを有し、高温流体を流通させる高温流路を含み、
前記第２伝熱板は、低温流体を流通させる低温流路を含み、
前記第１伝熱板の前記高温流路は、少なくとも前記第２伝熱板の流路入口から前記流路入口よりも下流側の位置までの所定範囲と積層方向に重なる範囲において、前記高温流体が複数の前記チャネル間に跨がって流動可能に構成された連結チャネル部を有し、
前記高温流路は、流路幅方向に複数並んだ線状の前記チャネルを含み、
前記連結チャネル部では、隣り合う前記チャネル間に跨がって前記チャネル同士を連通させる溝状の連結通路が複数形成されており、
複数の前記連結通路は、前記流路幅方向に隣り合う前記連結通路に対して、前記高温流体の流通方向における位置が互いにずれるように、千鳥状に配置されている、拡散接合型熱交換器。
【請求項２】
積層されて拡散接合された第１伝熱板および第２伝熱板を含むコアを備え、
前記第１伝熱板は、流路幅方向に並んで設けられた溝状の複数のチャネルを有し、高温流体を流通させる高温流路を含み、
前記第２伝熱板は、低温流体を流通させる低温流路を含み、
前記第１伝熱板の前記高温流路は、少なくとも前記第２伝熱板の流路入口から前記流路入口よりも下流側の位置までの所定範囲と積層方向に重なる範囲において、前記高温流体が複数の前記チャネル間に跨がって流動可能に構成された連結チャネル部を有し、
前記高温流路は、平面視において、前記第２伝熱板の前記低温流路と重複する重複領域と、少なくとも前記低温流路の流路入口側で前記重複領域よりも外側に設けられた非重複領域と、を含む、拡散接合型熱交換器。
【請求項３】
積層されて拡散接合された第１伝熱板および第２伝熱板を含むコアを備え、
前記第１伝熱板は、流路幅方向に並んで設けられた溝状の複数のチャネルを有し、高温流体を流通させる高温流路を含み、
前記第２伝熱板は、低温流体を流通させる低温流路を含み、
前記第１伝熱板の前記高温流路は、少なくとも前記第２伝熱板の流路入口から前記流路入口よりも下流側の位置までの所定範囲と積層方向に重なる範囲において、前記高温流体が複数の前記チャネル間に跨がって流動可能に構成された連結チャネル部を有し、
前記低温流路は、前記第２伝熱板の前記所定範囲に設けられた第１部分と、前記第１部分よりも下流側の第２部分とを含み、
前記第１部分は、前記第２部分よりも伝熱性能が低くなるように構成されている、拡散接合型熱交換器。
【請求項４】
前記連結チャネル部は、前記第１伝熱板において前記高温流路の略全体に亘って形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の拡散接合型熱交換器。
【請求項５】
前記低温流路は、前記低温流体を流通させる溝状の複数のチャネルを含み、
前記第１部分の前記チャネルは、前記第２部分の前記チャネルよりも伝熱性能が低くなるように平面形状が異なっている、請求項３に記載の拡散接合型熱交換器。
【請求項６】
前記高温流路を流れる前記高温流体と、前記低温流路を流れる前記低温流体とが、互いに同じ方向に流れる並行流型の熱交換器である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の拡散接合型熱交換器。
【請求項７】
前記第１伝熱板および前記第２伝熱板は、一対の第１側端面と前記第１側端面に隣接する一対の第２側端面とを含み、
前記高温流路は、前記第１伝熱板の前記第１側端面に開口した流路入口から前記第２側端面に沿う方向に延びるように形成され、
前記低温流路は、前記第２伝熱板の一対の前記第２側端面にそれぞれ開口した前記流路入口からそれぞれ延びた後屈曲して、前記第２側端面に沿う方向に延びるように形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の拡散接合型熱交換器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、第１の発明による拡散接合型熱交換器は、積層されて拡散接合された第１伝熱板および第２伝熱板を含むコアを備え、第１伝熱板は、流路幅方向に並んで設けられた溝状の複数のチャネルを有し、高温流体を流通させる高温流路を含み、第２伝熱板は、低温流体を流通させる低温流路を含み、第１伝熱板の高温流路は、少なくとも第２伝熱板の流路入口から流路入口よりも下流側の位置までの所定範囲と積層方向に重なる範囲において、高温流体が複数のチャネル間に跨がって流動可能に構成された連結チャネル部を有し、高温流路は、流路幅方向に複数並んだ線状のチャネルを含み、連結チャネル部では、隣り合うチャネル間に跨がってチャネル同士を連通させる溝状の連結通路が複数形成されており、複数の連結通路は、流路幅方向に隣り合う連結通路に対して、高温流体の流通方向における位置が互いにずれるように、千鳥状に配置されている。
また、第２の発明による拡散接合型熱交換器は、積層されて拡散接合された第１伝熱板および第２伝熱板を含むコアを備え、第１伝熱板は、流路幅方向に並んで設けられた溝状の複数のチャネルを有し、高温流体を流通させる高温流路を含み、第２伝熱板は、低温流体を流通させる低温流路を含み、第１伝熱板の高温流路は、少なくとも第２伝熱板の流路入口から流路入口よりも下流側の位置までの所定範囲と積層方向に重なる範囲において、高温流体が複数のチャネル間に跨がって流動可能に構成された連結チャネル部を有し、高温流路は、平面視において、第２伝熱板の低温流路と重複する重複領域と、少なくとも低温流路の流路入口側で重複領域よりも外側に設けられた非重複領域と、を含む。
また、第３の発明による拡散接合型熱交換器は、積層されて拡散接合された第１伝熱板および第２伝熱板を含むコアを備え、第１伝熱板は、流路幅方向に並んで設けられた溝状の複数のチャネルを有し、高温流体を流通させる高温流路を含み、第２伝熱板は、低温流体を流通させる低温流路を含み、第１伝熱板の高温流路は、少なくとも第２伝熱板の流路入口から流路入口よりも下流側の位置までの所定範囲と積層方向に重なる範囲において、高温流体が複数のチャネル間に跨がって流動可能に構成された連結チャネル部を有し、低温流路は、第２伝熱板の所定範囲に設けられた第１部分と、第１部分よりも下流側の第２部分とを含み、第１部分は、第２部分よりも伝熱性能が低くなるように構成されている。
なお、本明細書において、「高温流体」および「低温流体」は、両者の間での相対的な温度の違いを表したものであり、絶対値としての特定の温度にあることを意味するものではない。また、本明細書において、「チャネル」とは、流体の流通方向と直交する流路幅方向において、流路内を区画する隔壁によって仕切られた個々の通路部分を意味する。上記構成によれば、複数のチャネルが少なくとも連結チャネル部において相互に連通するため、各々のチャネルは、流路入口から流路出口に至るまで独立した１本の通路ではない。つまり、各々のチャネルは、流路入口から流路出口に至るまでに分岐したり別のチャネルと合流したりしてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第１〜第３の発明による拡散接合型熱交換器では、上記のように、少なくとも第２伝熱板の流路入口から流路入口よりも下流側の位置までの所定範囲（低温流路の入口付近）と重なる高温流路の範囲に、高温流体が複数のチャネル間に跨がって流動可能に構成された連結チャネル部を設ける。これにより、高温流路のうち、最も低温となる所定範囲と重なる範囲では、各チャネルが独立した構成と比較して、伝熱面積（チャネル内表面積）を増大させるとともに、チャネル間を跨がる流れによって乱流に近い流れが発生するため、連結チャネル部における熱伝達率を向上させることができる。その結果、高温流路が形成された第１伝熱板への入熱量が増大して高温流路の内表面の温度を高くすることができるので、高温流路における凍結の発生を抑制することができる。また、たとえ連結チャネル部において高温流体の凍結（凝固）が生じて一部のチャネルが閉塞した場合でも、別のチャネルを流れる高温流体がチャネル間を跨いで閉塞したチャネルの下流側へ回り込むことができる。その結果、凍結部分の周囲での高温流体の流れが抑制される事に起因する凍結部位の拡大を抑制できる。さらに、一部のチャネルが凍結により閉塞すると、その分だけ高温流路の流路断面積が減少し、凍結していないチャネルでは高温流体の流速が上昇する。その結果、凍結していないチャネルにおける熱伝達率が向上して第１伝熱板への入熱量が増大するので、高温流体の凍結部位の拡大が抑制される。以上により、極低温の流体を扱う場合に、高温流体側の流路に凍結が発生することを抑制でき、凍結が発生した場合でも凍結領域が拡大することを抑制することができる。
さらに、上記第１の発明による拡散接合型熱交換器では、線状溝からなるチャネル同士を接続するように溝状の連結通路を形成するだけで、容易に連結チャネル部を構成できる。特に、第１伝熱板に対してエッチングなどにより高温流路を形成する場合には、線状のチャネルと連結通路とを構成する溝構造を一括して形成できるので、連結チャネル部を設ける場合でも製造工程が複雑化することを抑制できる。そして、たとえば連結通路が流路幅方向に直線状に並んでいる場合と比較して、より効率よく高温流体を流路幅方向に移動させることができる。この結果、連結チャネル部の伝熱効率の向上および連結チャネル部における凍結部位の周囲への高温流体の回り込みを促進することができる。なお、本明細書において、「千鳥状」とは互い違いになることを意味し、たとえば流路幅方向において奇数番目の連結通路の位置と、偶数番目の連結通路の位置とが、流通方向において互い違いになっていることである。
また、上記第２の発明による拡散接合型熱交換器において、非重複領域では、低温流路側で低温流体が流通しない部分と重複するので、非重複領域を流れる高温流体は、高温流体と低温流体との熱交換にそれほど寄与せず、余剰の高温流体となる。そこで、この非重複領域を低温流路の流路入口側に配置することによって、高温流体の温度が低下する部位（低温流路の流路入口付近の所定範囲と重複する部位）に余剰の高温流体の流れを形成することができる。このため、非重複領域を流れる余剰の高温流体の分だけ高温流体の熱容量を増大させることができる。また、たとえ非重複領域が凍結しても、高温流体の回り込みにより凍結部位よりも下流側に高温流体の流れを形成することができる。その結果、凍結が発生しやすい領域の周辺および下流側に余剰の高温流体の流れを形成できるので、低温流路の流路入口付近の所定範囲と重複する部位での高温流路内の凍結の発生および凍結部位の拡大を、効果的に抑制することができる。
また、上記第３の発明による拡散接合型熱交換器において、低温流路の流路入口から流路入口よりも下流側の位置までの所定範囲（最も低温となる低温流路の入口付近）では、第１部分によって低温流路の伝熱性能が抑制されるので、その分、所定範囲と重複する高温流路側の表面温度を上昇させることができる。その結果、低温流路の流路入口付近の所定範囲と重複する部位での高温流路内の凍結の発生を、効果的に抑制することができる。なお、本明細書において、伝熱性能は、熱伝導、熱伝達（対流熱伝達）、熱放射の各々による熱の移動を含む総合的な性能とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記第１〜第３のいずれかの発明による拡散接合型熱交換器において、好ましくは、連結チャネル部は、第１伝熱板において高温流路の略全体に亘って形成されている。このように構成すれば、上記連結チャネル部によって得られる効果を、所定範囲（低温流路の入口付近）のみならず高温流路全体に亘って実現することができる。高温流路内で凍結が発生する可能性が高い所定範囲は、設計仕様において定められた運転条件下での実験またはシミュレーションにより予め確定することができるが、実際の運転中には、予め把握できない各種の変動要因が存在し、凍結部位が想定よりも大きくなる事もあり得る。そのような場合に、上記構成では高温流路全体に連結チャネル部が形成されていることにより、想定と異なる凍結部位が発生した場合でも凍結の発生および凍結部位の拡大を確実に抑制できる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
上記第３の発明による拡散接合型熱交換器において、好ましくは、低温流路は、低温流体を流通させる溝状の複数のチャネルを含み、第１部分のチャネルは、第２部分のチャネルよりも伝熱性能が低くなるように平面形状が異なっている。このように構成すれば、たとえばチャネル内表面積を小さくしたり、チャネルの幅を大きくしたり、チャネルを直線形状にしたりするなど、低温流路を構成するチャネルの形状を異ならせるだけで、容易に第１部分の伝熱性能を第２部分の伝熱性能よりも低くすることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
上記第１〜第３のいずれかの発明による拡散接合型熱交換器において、好ましくは、高温流路を流れる高温流体と、低温流路を流れる低温流体とが、互いに同じ方向に流れる並行流型の熱交換器である。このように構成すれば、高温流路の流路入口と、低温流路の流路入口とが流路の同じ側に設けられることになる。そのため、高温流路において低温流路の入口付近と重なる位置では、最も高温の状態の高温流体が流通することになるので、高温流体の凍結の発生を効果的に抑制できる。また、実際の熱交換器の運転中には、予め把握できない各種の変動要因によって、高温流体および低温流体の出口温度が想定よりも低温になることもあるが、入口温度についてはそのような変動要因の影響を受けにくい。そのため、各種の変動要因の影響を抑制して安定した凍結の抑制効果を得ることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
上記第１〜第３のいずれかの発明による拡散接合型熱交換器において、好ましくは、第１伝熱板および第２伝熱板は、一対の第１側端面と第１側端面に隣接する一対の第２側端面とを含み、高温流路は、第１伝熱板の第１側端面に開口した流路入口から第２側端面に沿う方向に延びるように形成され、低温流路は、第２伝熱板の一対の第２側端面にそれぞれ開口した流路入口からそれぞれ延びた後屈曲して、第２側端面に沿う方向に延びるように形成されている。このように構成すれば、第１側端面側の高温流体の流路入口に対して、左右の両側となる第２側端面に低温流体の流路入口をそれぞれ設ける事ができる。そのため、低温流体の流路入口を左右の片側に１つだけ設ける場合と比べて、個々の流路入口の開口面積を減少させることができるので、高温流路内で凍結が発生する可能性が高い領域を小さくしつつ、高温流路の左右両側に分散させることができる。これにより、凍結の発生を抑制し、凍結が発生する場合でも凍結部位を小さくすることができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
図４の例では、第２部分２１ｂの各チャネル２４ｂは、高温流路１１の連結チャネル部１１ａにおけるチャネル形状と同様に、（低温流路２１の折れ曲がり部分を除いて）直線状に形成され、連結通路２５によって隣り合うチャネル２４ｂ同士で接続されている。すなわち、チャネル形状の第２のパターンは、個々のチャネル２４ｂが主として直線により構成されつつ、千鳥状に配列された複数の連結通路２５により相互接続されたパターンである。第２部分２１ｂのチャネル２４ｂの形状パターンは、低温流路２１が途中で折れ曲がっている点を除いて、上記高温流路１１の連結チャネル部１１ａと同様である。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
第２実施形態では、低温流路１２１は、第２伝熱板１２０の一対の第２側端面２０ｂにそれぞれ開口した流路入口１２３ａからそれぞれ延びた後屈曲して、第２側端面２０ｂに沿う方向に延びるように形成されている。このように、第２実施形態では、第１伝熱板１０の第１側端面１０ａに流路入口１３ａが設けられた高温流路１１（図９参照）に対して、高温流路１１の左右両側となる一対の第２側端面２０ｂに、低温流路１２１の一対の流路入口１２３ａがそれぞれ設けられている。