(57)【要約】  この熱交換器（１００）は、第１流体（７）を流通させる第１流路（１０）と、第２流体（８）を流通させる第２流路（２０）と、互いに隣接する第１流路（１０）と第２流路（２０）との間に配置され、第１流路（１０）と第２流路（２０）との間の熱交換量を調整する調整層（３０）とを備える。調整層（３０）は、第１部分（３１）と、第１部分（３１）よりも伝熱性能が低い第２部分（３２）とを含み、調整層（３０）内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成されている。
2018066128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体を流通させる第１流路と、
第２流体を流通させる第２流路と、
互いに隣接する前記第１流路と前記第２流路との間に配置され、前記第１流路と前記第２流路との間の熱交換量を調整する調整層とを備え、
前記調整層は、第１部分と、前記第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを含み、前記調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成されている、熱交換器。
【請求項２】
前記第２部分は、前記調整層のうち、前記第２流路の入口または出口の近傍と重なる部分を含む所定範囲に設けられている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第２流路は、内表面温度が前記第１流体の温度に最も近付くリスク領域を含んでおり、
前記第２部分は、前記調整層のうち、前記第２流路の前記リスク領域と重なる部分を含む所定範囲に配置されている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記調整層は、隣接する前記第１流路と前記第２流路との間を接続する熱伝導部を含み、
前記第１部分および前記第２部分は、それぞれ、異なる伝熱性能を有する前記熱伝導部を含んでいる、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記熱伝導部は、前記調整層における単位面積当たりの密度が異なることにより、異なる伝熱性能を有する、請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第１流路、前記第２流路および前記調整層は、それぞれ、平面状の流路層により構成されるとともに内部に伝熱フィンを有し、
前記熱伝導部は、前記調整層内に配置された前記伝熱フィンにより構成され、前記伝熱フィンの各々のフィン部間の間隔、または前記フィン部の厚みの少なくとも一方が異なることにより、異なる伝熱性能を有する、請求項４に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記調整層は、前記第１流路と前記第２流路との間に配置され、熱交換時以外で内部に流体を流通させることが可能な中空の流路構造を有する、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記第１流体は、前記第１流路内で蒸発される低温の液化ガスであり、
前記第２流体は、液化ガスにより冷却される液状の熱媒である、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記第１部分は、前記調整層のうち、前記第１流路を流れる前記第１流体の気相領域と重なる範囲に配置されており、
前記第２部分は、前記調整層のうち、前記第１流路を流れる前記第１流体の気液混相領域と重なる範囲に配置されている、請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記調整層は、前記第２流路中の前記第２流体に凍結が発生した場合に、熱交換時以外で前記第２流体の凍結を解消するための熱媒が供給されるように構成されている、請求項７に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱交換器に関し、特に、第１流体と第２流体との間で熱交換を行う熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、第１流体と第２流体との間で熱交換を行う熱交換器が知られている。このような熱交換器は、たとえば、特開２０１０−１０１６１７号公報に開示されている。【０００３】
上記特開２０１０−１０１６１７号公報には、第１流体を流す第１通路と、第２流体を流す第２通路とが交互に配置されて構成された熱交換通路パッケージの間に、流体を流さない層を設けたプレートフィン型の熱交換器が開示されている。第１流体と第２流体との間で熱交換を行う際、温度勾配が大きくなると熱応力が大きくなることから、上記特開２０１０−１０１６１７号公報では、流体を流さない層を熱交換通路パッケージの間に配置することによって、温度勾配を抑制して熱応力を低減している。上記特開２０１０−１０１６１７号公報の熱交換器は、流体間の温度差の大きい天然ガスの液化または気化などの用途に特に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０１６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、たとえば低温側の第１流体が極低温の液化ガスで、高温側の第２流体が水や不凍液などの場合、凝固（凍結）して通路が閉塞してしまう可能性がある。【０００６】
上記特開２０１０−１０１６１７号公報の熱交換器によれば、流体を流さない層を設けて流路間で熱が伝わりすぎるのを抑制することによって熱応力を低減することが可能である一方、流路の凍結発生リスクについては何ら考慮されておらず、凍結発生による流路閉塞の可能性があるという問題点がある。また、単純に流路間に流体を流さない層を設けるだけでは熱交換性能が低下するため、流路長さを大きくするなどによって熱交換器が大型化してしまうという問題点がある。【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、温度差の大きい流体間で熱交換を行う場合でも、流体の凍結を抑制しつつ、大型化を抑制することが可能な熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明による熱交換器は、第１流体を流通させる第１流路と、第２流体を流通させる第２流路と、互いに隣接する第１流路と第２流路との間に配置され、第１流路と第２流路との間の熱交換量を調整する調整層とを備え、調整層は、第１部分と、第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを含み、調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成されている。【０００９】
本発明による熱交換器では、上記のように、互いに隣接する第１流路と第２流路との間に配置され、第１流路と第２流路との間の熱交換量を調整する調整層を設ける。これにより、第１流路と第２流路との間の調整層によって、第１流路と第２流路との間で熱が伝わりすぎるのを抑制することができる。その結果、温度差の大きい流体間で熱交換を行う場合でも、流体の凍結を抑制することができる。そして、調整層に、第１部分と、第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを設け、調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように調整層を構成することによって、流路中で凍結が発生しやすい箇所に第２部分を配置して伝熱性能を十分に低くし、凍結が発生し難い箇所には第１部分を配置して伝熱性能を相対的に高くして、高い熱交換性能を確保することができる。これにより、所望の熱交換量を実現するために必要な流路長さが大きくなるのを抑制することができる。以上により、温度差の大きい流体間で熱交換を行う場合でも、流体の凍結を抑制しつつ、熱交換器の大型化を抑制することができる。【００１０】
なお、上記構成を備える本発明によれば、熱交換により流体の沸騰が発生する可能性がある場合にも、これを抑制することが可能である。流路中での意図しない沸騰の発生は、熱交換器の強度上の負荷が大きくなる可能性があるとともに、熱交換器の仕様上、許容し得ない場合がある。本発明では、流路中で沸騰が発生しやすい箇所に第２部分を配置して伝熱性能を十分に低くし、沸騰が発生し難い箇所には第１部分を配置して伝熱性能を相対的に高くすることができる。これにより、所望の熱交換量を実現するために必要な流路長さが大きくなるのを抑制することができる。その結果、流体の意図しない沸騰を抑制しつつ、熱交換器の大型化を抑制することが可能である。【００１１】
上記発明による熱交換器において、好ましくは、第２部分は、調整層のうち、第２流体の入口または出口の近傍と重なる部分を含む所定範囲に設けられている。このように構成すれば、たとえば第２流路に沿って第２流体の温度が単調低下する場合に、凍結の発生する可能性が高い第２流体の出口近傍と重なる部分を含むように第２部分を設けることによって、凍結の発生を効果的に抑制することができる。また、たとえば並行流型の熱交換器で第２流体の入口近傍での第１流体の温度が極低温になり、第２流路の内表面温度が凍結温度に近くなるような場合に、凍結の発生する可能性が高い第２流体の入口近傍と重なる部分を含むように第２部分を設けることによって、凍結の発生を効果的に抑制することができる。【００１２】
上記発明による熱交換器において、好ましくは、第２流路は、内表面温度が第１流体の温度に最も近付くリスク領域を含んでおり、第２部分は、調整層のうち、第２流路のリスク領域と重なる部分を含む所定範囲に配置されている。このように構成すれば、第２部分をリスク領域に重ねて配置することによって、より確実に、凍結の発生を抑制することができる。なお、リスク領域は、たとえば調整層を設けない場合（第１流路と第２流路とが直接隣接する場合）での第２流路の内表面の温度分布を計算し、内表面温度が第１流体の温度に最も近付く領域として設定することができる。【００１３】
上記発明による熱交換器において、好ましくは、調整層は、隣接する第１流路と第２流路との間を接続する熱伝導部を含み、第１部分および第２部分は、それぞれ、異なる伝熱性能を有する熱伝導部を含んでいる。このように構成すれば、調整層自体の形状や寸法を調整するのではなく、熱伝導部の数や大きさ、材質などを変えることにより、容易に、第１部分および第２部分における伝熱性能の分布を調整することができる。その結果、調整層において、流体の凍結の発生リスクに応じた適切な伝熱性能の分布を容易に実現することができる。【００１４】
この場合、好ましくは、熱伝導部は、調整層における単位面積当たりの密度が異なることにより、異なる伝熱性能を有する。このように構成すれば、たとえば材質の異なる複数種類の熱伝導部を設ける場合と異なり、単位面積当たりの熱伝導部の数を変えたり、大きさの異なる複数の熱伝導部を等ピッチで配列するなどにより、容易に、熱伝導部の伝熱性能を異ならせることができる。【００１５】
上記調整層が熱伝導部を含む構成において、好ましくは、第１流路、第２流路および調整層は、それぞれ、平面状の流路層により構成されるとともに内部に伝熱フィンを有し、熱伝導部は、調整層内に配置された伝熱フィンにより構成され、伝熱フィンの各々のフィン部間の間隔、またはフィン部の厚みの少なくとも一方が異なることにより、異なる伝熱性能を有する。このように構成すれば、第１流路、第２流路および調整層の基本構造を共通化して、いわゆるプレートフィン型の熱交換器の各流路層として構成することができる。その結果、調整層に特殊な構造を採用する場合と異なり、調整層を設ける場合でも容易に熱交換器として構成することができる。また、各々のフィン部間の間隔やフィン部の厚みを異ならせるだけの簡単な構成で、調整層の伝熱性能を異ならせることができる。【００１６】
上記発明による熱交換器において、好ましくは、調整層は、第１流路と第２流路との間に配置され、熱交換時以外で内部に流体を流通させることが可能な中空の流路構造を有する。このように構成すれば、中空構造によって容易に調整層の伝熱性能を低下させることができるので、凍結の発生を効果的に抑制することができる。また、調整層が熱交換時以外で内部に流体を流通させることが可能な流路構造を有することによって、万が一流体の凍結が発生した場合の対策として、第１流体と第２流体との熱交換時以外で調整層に凍結温度よりも高温の熱媒を流通させて凍結を迅速に解消することが可能となる。【００１７】
上記発明による熱交換器において、好ましくは、第１流体は、第１流路内で蒸発される低温の液化ガスであり、第２流体は、液化ガスにより冷却される液状の熱媒である。このように構成する場合、極低温の第１流体と第２流体との間の熱交換によって、第２流体側に凍結の可能性が生じる。その場合でも、第１部分および第２部分を設けて調整層の伝熱性能を異ならせることにより、第２流体の凍結を抑制することが可能な範囲内で、伝熱効率を極力高くすることができるので、熱交換器の大型化を効果的に抑制することができる。【００１８】
この場合、好ましくは、第１部分は、調整層のうち、第１流路を流れる第１流体の気相領域と重なる範囲に配置されており、第２部分は、調整層のうち、第１流路を流れる第１流体の気液混相領域と重なる範囲に配置されている。このように構成すれば、第１流体の熱伝達率が大きい気液混相領域では、伝熱性能の低い第２部分によって第２流体の凍結を抑制し、第１流体の熱伝達率が低下する気相領域では伝熱性能の高い第１部分によって効率的に熱交換を行うことができる。その結果、第２流体の凍結を抑制しつつ、熱交換器を極力コンパクトに構成することが可能となる。【００１９】
上記調整層が熱交換時以外で内部に流体を流通させることが可能な中空の流路構造を有する構成において、好ましくは、調整層は、第２流路中の第２流体に凍結が発生した場合に、熱交換時以外で第２流体の凍結を解消するための熱媒が供給されるように構成されている。このように構成すれば、第２流路中で凍結が発生した場合でも、熱交換（第１流体および第２流体の供給）を停止した後で、凍結を解消するための熱媒を調整層に供給することによって、容易かつ迅速に、凍結を解消することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、上記のように、温度差の大きい流体間で熱交換を行う場合でも、流体の凍結を抑制しつつ、大型化を抑制することが可能な熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態による熱交換器を示した斜視図である。
【図２】第１流路、第２流路および調整層を示した熱交換器の模式的な縦断面図である。
【図３】第１流路の構造を示した模式的な水平断面図である。
【図４】第２流路の構造を示した模式的な水平断面図である。
【図５】調整層の構造を示した模式的な水平断面図である。
【図６】調整層の第１部分の構造を示した模式的な断面図（Ａ）および第２部分の構造を示した模式的な断面図（Ｂ）である。
【図７】本実施形態による熱交換器における流体の温度変化のシミュレーション結果を示した図である。
【図８】比較例１による熱交換器における流体の温度変化のシミュレーション結果を示した図である。
【図９】比較例２による熱交換器における流体の温度変化のシミュレーション結果を示した図である。
【図１０】比較例３による熱交換器における流体の温度変化のシミュレーション結果を示した図である。
【図１１】本実施形態の熱交換器の変形例を示した模式図（Ａ）、変形例による熱交換器の上流側の断面図（Ｂ）および下流側の断面図（Ｃ）である。
【図１２】本実施形態の調整層の変形例を示した模式的な水平断面図である。
【図１３】調整層の変形例を説明するための熱交換器の模式的な縦断面図である。
【図１４】直交流型の熱交換器における調整層の構成例を示した模式図である。
【図１５】第１流体が相変化をしない場合の第１の例（第１流体が低温側）を示した図である。
【図１６】第１流体が相変化をしない場合の第２の例（第１流体が高温側）を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
まず、図１〜図６を参照して、本実施形態による熱交換器１００の構成について説明する。
【００２４】
（熱交換器の全体構成）
図１に示す熱交換器１００は、低温の液化ガスと熱媒との熱交換により、液化ガスの冷熱を利用して熱媒を冷却するための装置（熱交換器）である。
【００２５】
液化ガスは、たとえば、水素、酸素、窒素または天然ガスなどである。液化ガス蒸発器に用いられる熱媒は、様々であるが、入手の容易性（低コスト性）などの観点から、水または海水、不凍液などの液体や、空気などが用いられる。これらの液体や、空気（空気中の水分）は、液化ガスの供給温度よりも高い温度で凍結する性質を有する。
【００２６】
第１実施形態では、熱交換器１００は、プレートフィン型のコア１を備えている。プレートフィン型のコア１は、平面状の流路層２が複数積層された積層構造を有する熱交換部である。以下では、便宜的に、流路層２の積層方向をＺ方向（または上下方向）といい、Ｚ方向と直交する水平面内で、コア１の一辺に沿った長手方向をＸ方向、他の一辺に沿った短手方向をＹ方向とする。
【００２７】
コア１を構成する流路層２は、伝熱フィン３と、伝熱フィン３の外周壁を構成するサイドバー４とを含む平面状（平板状）の構造を有する。また、各流路層２が、積層方向側の隔壁であるチューブプレート５によって仕切られている。伝熱フィン３は、波板形状のコルゲートフィンからなり、波状部分のピーク部分で上下のチューブプレート５と接触している。波板形状の伝熱フィン３は、流路層２内を仕切って複数の流路（チャンネル）を構成する。チューブプレート５および伝熱フィン３は、コア１内で熱を伝達する伝熱面として機能する。コア１は、積層した流路層２の積層体を一対のサイドプレート６により挟み込み、ろう付けなどにより結合することにより、全体として矩形箱状（直方体形状）に形成されている。コア１は、たとえば、ステンレス鋼などの材料によって構成されている。
【００２８】
コア１は、第１流体７を流通させる第１流路１０と、第２流体８を流通させる第２流路２０とを含む。本実施形態では、第１流体７が低温側流体であり、第２流体８が高温側流体である。すなわち、第１流体７は、第１流路１０内で蒸発される低温の液化ガスであり、第２流体８は、液化ガスにより冷却される液状の熱媒である。第１流体７および第２流体８は、一方が他方との熱交換によって凍結する可能性がある流体であるとする。本実施形態では、第１流体７および第２流体８のうち、第２流体８が、流路中における凍結の発生リスクがある流体である。本実施形態における一例として、液化ガスは、たとえば液体水素であり、熱媒は、たとえば不凍液である。不凍液は、主として水と凝固点降下剤（たとえばエチレングリコールなど）とを含んだ液体である。第１流体７は、特許請求の範囲の「液化ガス」の一例である。第２流体８は、特許請求の範囲の「熱媒」の一例である。
【００２９】
本実施形態では、コア１は、さらに、互いに隣接する第１流路１０と第２流路２０との間に配置され、第１流路１０と第２流路２０との間の熱交換量を調整する調整層３０を備えている。調整層３０は、全ての第１流路１０と第２流路２０との間に配置されている。つまり、コア１では、第１流路１０、調整層３０、第２流路２０、調整層３０、・・・、という順で各流路層が積層されている。そのため、本実施形態では、第１流路１０と第２流路２０とが直接（チューブプレート５を挟んで）隣接することがない。
【００３０】
図２に示すように、コア１は、第１流路１０を流通する低温側の第１流体７と、第２流路２０を流れる高温側の第２流体８との間で、調整層３０を介して熱交換をさせる。第１実施形態では、コア１は、第１流路１０を流通する第１流体７（液体水素）との熱交換によって、第２流路２０を流通する第２流体８（不凍液）を冷却するように構成されている。熱交換器１００は、熱交換の結果、液状の第２流体８を所定温度まで冷却して、液相のまま外部に供給（排出）する。熱交換器１００は、熱交換の結果、液相の第１流体７を蒸発させ、気相状態のガス７ａにして外部に供給（排出）する。
【００３１】
（流路層の構造）
次に、図３〜図５を参照して、個々の流路層２（第１流路１０、第２流路２０、調整層３０）の構造について説明する。なお、複数の第１流路１０同士、複数の第２流路２０同士、複数の調整層３０同士は、それぞれ、同一形状を有している。図１から分かるように、第１流路１０、第２流路２０および調整層３０（各流路層２）は、流体の入口や出口の位置が異なるのみで、平面形状（ＸＹ方向の形状）は略共通である。第１流路１０、第２流路２０および調整層３０は、共に、幅Ｗ１、長さＬ１（図３〜図５参照）を有している。一方、図２に示したように、第１流路１０の高さＨ１、第２流路２０の高さＨ２、調整層３０の高さＨ３は、互いに一致していてもよいし、互いに異なっていてもよい。上記の通り、第１流路１０、第２流路２０および調整層３０は、それぞれ、平面状の流路層２により構成されるとともに内部に伝熱フィン３（後述する伝熱フィン１３、２３、３４）を有している。
【００３２】
〈第１流路〉
図３に示すように、第１流路１０は、Ｘ２側端面に設けられた入口（開口部）１１と、Ｘ１側端面に設けられた出口（開口部）１２とを含み、Ｘ方向に延びる直線状流路として形成されている。図３の構成例では、第１流体７は、入口１１から出口１２に向けてＸ１方向に流れる。
【００３３】
以下、第１流路１０に設けられた伝熱フィン３を、伝熱フィン１３とする。第１流路１０の伝熱フィン１３は、第１流路１０の入口１１から出口１２にわたって延びるように形成されている。なお、図３では、便宜的に第１流路１０の中央部のみ伝熱フィン１３を図示し、他の部分の図示を省略している。伝熱フィン１３は、第１流路１０の全体にわたって、所定のピッチＰ１を有する。ピッチは、伝熱フィン１３（伝熱フィン３）の縦板部（図６参照）の間隔である。
【００３４】
入口１１および出口１２には、それぞれ図示しないヘッダタンクなどが取り付けられる。ヘッダタンクを介して外部から入口１１に液相の第１流体７が供給され、出口１２からヘッダタンクを介して熱交換後（気化後）の第１流体７（ガス７ａ）が排出される。したがって、第１流路１０は、第１流路１０を流れる第１流体７の相変化に基づいて、入口１１側から出口１２側に向けて、液相領域（Ｌ）、気液混相領域（Ｌ＋Ｖ）、気相領域（Ｖ）を含んでいる。
【００３５】
〈第２流路〉
図４に示すように、第２流路２０は、Ｙ２側端面のＸ１側端部に設けられた入口（開口部）２１と、Ｙ１側端面のＸ２側端部に設けられた出口（開口部）２２とを含み、Ｘ方向に延びる直線状流路として形成されている。図４の構成例では、第２流体８は、入口２１から出口２２に向けてＸ２方向に流れる。したがって、本実施形態の熱交換器１００は、第１流体７の流通方向（Ｘ１方向）と、第２流体８の流通方向（Ｘ２方向）とが互いに反対方向になる対向流型の熱交換器である。
【００３６】
以下、第２流路２０に設けられた伝熱フィン３を、伝熱フィン２３とする。第２流路２０の伝熱フィン２３は、第２流路２０の入口２１から出口２２にわたって延びるように形成されている。なお、図４では、便宜的に第２流路２０の中央部のみ伝熱フィン２３を図示し、他の部分の図示を省略している。伝熱フィン２３は、入口２１および出口２２に設けられたディストリビュータ部２４を除く直線部２５の全体にわたって、所定のピッチＰ２を有する。本実施形態では、ピッチＰ２は、ピッチＰ１よりも小さい。つまり、単位幅当たりの縦板部の枚数が、伝熱フィン１３よりも伝熱フィン２３の方が多く、単位面積当たりの縦板部の密度が大きい。ディストリビュータ部２４では、直線部２５と入口２１または出口２２との間で第２流体８を分配（または集合）させるため、直線部２５とはピッチが異なっている。ディストリビュータ部２４と直線部２５とで、ピッチが同一であってもよい。
【００３７】
入口２１および出口２２には、それぞれ図示しないヘッダタンクなどが取り付けられる。ヘッダタンクを介して外部から入口２１に第２流体８が供給され、出口２２からヘッダタンクを介して熱交換後の第２流体８が排出される。
【００３８】
〈調整層〉
図５に示すように、本実施形態の調整層３０は、平面視で第１流路１０および第２流路２０と一致する形状を有する流路層２として構成されている。一方、本実施形態の調整層３０は、流体が流通しない層となっている。すなわち、図５の調整層３０は、全周がサイドバー４によって囲まれており、入口および出口が形成されていない。調整層３０は、中空構造を有する。なお、図５では調整層３０の内部が完全に閉じているように図示しているが、調整層３０は、真空状態（低圧状態）または所定の気体を充填した状態で気密封止されていてもよいし、一部が外部と連通して調整層３０の内外が同じ雰囲気になるように構成されてもよい。図２に示したように、調整層３０が設けられることにより、単純に第１流路１０と第２流路２０との間をチューブプレート５により仕切る場合と比べて、第１流路１０と第２流路２０との間の伝熱性能が低下する。つまり、調整層３０は、第１流路１０と第２流路２０との間で、（第１流路１０と第２流路２０とが直接隣接する場合と比べて）熱交換量を減少させるように調整する機能を有する。
【００３９】
図５に戻り、本実施形態では、調整層３０は、第１部分３１と、第１部分３１よりも伝熱性能が低い第２部分３２とを含み、調整層３０内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成されている。つまり、調整層３０は、第１流路１０および第２流路２０と平行な面内において、伝熱性能の高い部分（第１部分３１）と低い部分（第２部分３２）とが形成されており、調整層３０は伝熱性能の高低の分布を有している。
【００４０】
なお、本明細書において、調整層３０の伝熱性能とは、調整層３０を介して第１流路１０と第２流路２０との間で熱を移動させる際の熱の移動し易さを意味する。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考えてよい。
【００４１】
図５の構成例では、調整層３０は、１つの第１部分３１と１つの第２部分３２とによって構成されている。第２部分３２は、調整層３０のうち、第２流路２０の入口２１または出口２２近傍と重なる部分を含む所定範囲に設けられている。本実施形態では、第２部分３２は、第２流路２０の出口２２の近傍領域と隣接する（重なる）部分に設けられている。第１部分３１は、調整層３０のうち、第２部分３２が形成された所定範囲以外の領域に設けられている。この結果、調整層３０は、第２流路２０の下流側における伝熱性能が、第２流路２０の上流側における伝熱性能よりも低くなるように構成されている。
【００４２】
本実施形態では、第２部分３２は、調整層３０のうち、第２流路２０のリスク領域ＲＡと重なる部分を含む所定範囲に配置されている。リスク領域ＲＡは、第２流路２０のうちで、内表面温度が第１流体７の温度に最も近付く領域である。第２流路２０の内表面温度とは、第２流路２０を構成するチューブプレート５の表面温度である。第２流路２０の内表面温度は、低温側である第１流体７の温度および第１流路１０側の伝熱性能に影響されるため、第１部分３１および第２部分３２の位置および範囲は、第１流路１０を流れる第１流体７と第２流路２０を流れる第２流体８との関係によって設定される。
【００４３】
詳細には、図３および図５を参照して、第１部分３１は、調整層３０のうち、第１流路１０を流れる第１流体７の気相領域（Ｖ）と重なる範囲に配置されており、第２部分３２は、調整層３０のうち、第１流路１０を流れる第１流体７の気液混相領域（Ｌ＋Ｖ）と重なる範囲に配置されている。さらに、本実施形態では、第２部分３２は、気液混相領域（Ｌ＋Ｖ）に加えて、液相領域（Ｌ）と重なる範囲にも設けられている。
【００４４】
ここで、第１流路１０における伝熱性能は、第１流路１０を流れる液化ガスの相変化に伴って変化する。気液混相領域（Ｌ＋Ｖ）は、第１流体７の熱伝達率が最も高くなり、熱交換に伴って第２流路２０の内表面温度を第１流体７の温度に最も近づける領域である。つまり、第２流路２０における第２流体８の凍結発生リスクが最も高くなるリスク領域ＲＡは、第１流路１０の気液混相領域（Ｌ＋Ｖ）と重なる領域である。また、第２流路２０において、第１流路１０の液相領域（Ｌ）と重なる領域は、リスク領域ＲＡの下流側（出口２２側）であるため、気液混相領域（Ｌ＋Ｖ）に次いで凍結発生リスクが高くなる。一方、気相領域（Ｖ）は、第１流路１０内において第１流体７の温度が高くなる領域であるとともに、第１流体７の熱伝達率が最も低く、他の領域と比較して第２流路２０の内表面温度を低下させない。そのため、気相領域（Ｖ）と重なる領域は、凍結発生リスクが低く、伝熱性能の高い第１部分３１を配置可能な領域である。
【００４５】
第１流路１０における液相領域（Ｌ）、気液混相領域（Ｌ＋Ｖ）、気相領域（Ｖ）は、流体の種類、流量、入口温度および出口温度、使用圧力、各流路の構造等の設計情報に基づいて、解析的に求めることが可能である。
【００４６】
図３〜図５の構成例では、液相領域（Ｌ）および気液混相領域（Ｌ＋Ｖ）は、第１流路１０の入口１１からの距離Ｄ１（位置Ｓ）までの範囲である。そのため、調整層３０の第２部分３２は、Ｘ２側端部から距離Ｄ１の範囲に設定されている。気相領域（Ｖ）は、第１流路１０において位置Ｓから下流側（出口１２側）の距離Ｄ２の範囲である。調整層３０の第１部分３１は、位置Ｓから下流側の距離Ｄ２の範囲に設定されている。
【００４７】
本実施形態では、調整層３０は、隣接する第１流路１０と第２流路２０との間を接続する熱伝導部３３を含む。熱伝導部３３は、調整層３０と第１流路１０とを仕切るチューブプレート５（図２参照）と接するとともに、調整層３０と第２流路２０とを仕切るチューブプレート５と接するように設けられ、主として内部の熱伝導によって熱を移動させる。
【００４８】
調整層３０は、流体が流れない中空構造を有しているので、熱伝導部３３を通る熱伝導による熱の移動が大部分となり、熱伝達（対流熱伝達）および熱放射による熱の移動が、熱伝導と比較すると僅かとなるように構成されている。そのため、調整層３０では、熱伝導部３３の構造、配置や数によって、伝熱性能を異ならせることが可能である。
【００４９】
熱伝導部３３は、第１流路１０と第２流路２０との間（チューブプレート５の間）を接続する構造であれば、特に限定されない。熱伝導部３３は、たとえば、柱状またはブロック状の部材であってよいし、板状や格子状の部材であってもよい。本実施形態では、熱伝導部３３は、調整層３０内に配置された伝熱フィン３４（伝熱フィン３）により構成されている。伝熱フィン３４は、他の流路層２の伝熱フィン１３、２３と同様のコルゲートフィンからなる。この場合、図６に示すように、熱伝導部３３は、伝熱フィン３４のうち、チューブプレート５の間を接続する縦板部３５により構成されている。そのため、熱伝導部３３は、図５に示すように、第１流体７の流通方向（Ｘ方向）に沿って延びるとともに、所定のピッチで間隔を隔てて複数配置されている。
【００５０】
本実施形態では、第１部分３１および第２部分３２は、それぞれ、異なる伝熱性能を有する熱伝導部３３を含んでいる。具体的には、熱伝導部３３は、調整層３０における単位面積当たりの密度が異なることにより、異なる伝熱性能を有する。熱伝導部３３が伝熱フィン３４により構成される本実施形態では、熱伝導部３３は、伝熱フィン３４の各々の縦板部３５間の間隔を異ならせることにより異なる伝熱性能を有する。つまり、熱伝導部３３（伝熱フィン３４の縦板部３５）のピッチが、第１部分３１と第２部分３２とで異なっている。縦板部３５は、特許請求の範囲の「フィン部」の一例である。
【００５１】
すなわち、図６（Ｂ）に示すように、調整層３０の第２部分３２には、ピッチＰ３の伝熱フィン３４ａが設けられ、図６（Ａ）に示すように、調整層３０の第１部分３１には、ピッチＰ４の伝熱フィン３４ｂが設けられている。ピッチＰ３は、ピッチＰ４よりも大きい（Ｐ３＞Ｐ４）。言い換えると、単位幅における熱伝導部３３（伝熱フィンの縦板部３５）の数が、第２部分３２の方が第１部分３１よりも少ない。そのため、単位面積当たりの熱伝導部３３の密度が、第１流体７の流通方向（Ｘ方向）に沿って、第２部分３２では相対的に疎（低密度）となり、第１部分３１では相対的に密（高密度）となっている。ピッチＰ３およびピッチＰ４は、特許請求の範囲の「フィン部間の間隔」の一例である。
【００５２】
たとえば、図６（Ａ）および図６（Ｂ）の構成例では、ピッチＰ３の伝熱フィン３４ａには、単位幅（１インチ）当たり１０枚の縦板部３５（熱伝導部３３）が設けられ、ピッチＰ４の伝熱フィン３４ｂには、単位幅当たり１４枚の縦板部３５（熱伝導部３３）が設けられている例を示している。
【００５３】
また、第１部分３１と第２部分３２とで、縦板部３５の厚みを異ならせてもよい。すなわち、第２部分３２の伝熱フィン３４ａの厚みｔ１と、第１部分３１の伝熱フィン３４ｂの厚みｔ２とを、互いに異ならせることにより、異なる伝熱性能を有する熱伝導部３３を構成してもよい。第１部分３１と第２部分３２とで、縦板部３５のピッチおよび厚みの両方を互いに異ならせてもよい。この場合、単位面積当たりの縦板部３５の密度を、第２部分３２で相対的に低く、第１部分３１で相対的に高くなるようにすればよい。
【００５４】
このような構成により、調整層３０の第２部分３２では、伝熱性能が相対的に低くなっている。その結果、第２部分３２は、極低温の第１流体７が第１流路１０の入口１１から流入した場合でも、第２流路２０の第２流体８が凍結することを抑制する。
【００５５】
一方、調整層３０の第１部分３１では、伝熱性能が相対的に高くなっている。その結果、第１部分３１は、第２部分３２と比較して第１流路１０と第２流路２０との間の熱交換を促進する。
【００５６】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００５７】
本実施形態では、上記のように、互いに隣接する第１流路１０と第２流路２０との間に配置され、第１流路１０と第２流路２０との間の熱交換量を調整する調整層３０を設ける。これにより、第１流路１０と第２流路２０との間の調整層３０によって、第１流路１０と第２流路２０との間で熱が伝わりすぎるのを抑制することができる。その結果、温度差の大きい流体間で熱交換を行う場合でも、流体の凍結を抑制することができる。そして、調整層３０に、第１部分３１と、第１部分３１よりも伝熱性能が低い第２部分３２とを設け、調整層３０内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように調整層３０を構成することによって、流路中で凍結が発生しやすい箇所に第２部分３２を配置して伝熱性能を十分に低くし、凍結が発生し難い箇所には第１部分３１を配置して伝熱性能を相対的に高くして、高い熱交換性能を確保することができる。これにより、所望の熱交換量を実現するために必要な流路長さが大きくなるのを抑制することができる。以上により、温度差の大きい流体間で熱交換を行う場合でも、流体の凍結を抑制しつつ、熱交換器１００の大型化を抑制することができる。
【００５８】
また、本実施形態では、上記のように、第２部分３２を、調整層３０のうち、第２流体８の入口２１または出口２２の近傍と重なる部分を含む所定範囲（距離Ｄ１の範囲）に設ける。これにより、たとえば第２流路２０に沿って第２流体８の温度が単調低下する場合に、凍結の発生する可能性が高い第２流体８の出口２２近傍と重なる部分を含むように第２部分３２を設けることによって、凍結の発生を効果的に抑制することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、上記のように、第２部分３２を、調整層３０のうち、第２流路２０のリスク領域ＲＡ（第２流路２０の内表面温度が第１流体７の温度に最も近付く領域）と重なる部分を含む所定範囲（距離Ｄ１の範囲）に配置されている。これにより、第２部分３２をリスク領域ＲＡに重ねて配置することによって、より確実に、凍結の発生を抑制することができる。
【００６０】
また、本実施形態では、上記のように、調整層３０に、隣接する第１流路１０と第２流路２０との間を接続する熱伝導部３３を設け、第１部分３１および第２部分３２に、それぞれ、異なる伝熱性能を有する熱伝導部３３を設ける。これにより、調整層３０自体の形状や寸法を調整するのではなく、熱伝導部３３の数や大きさ、材質などを変えることにより、容易に、第１部分３１および第２部分３２における伝熱性能の分布を調整することができる。その結果、調整層３０において、流体の凍結の発生リスクに応じた適切な伝熱性能の分布を容易に実現することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、上記のように、熱伝導部３３の調整層３０における単位面積当たりの密度（縦板部３５のピッチ）を異ならせることにより、異なる伝熱性能を有するように熱伝導部３３を構成する。これにより、たとえば材質の異なる複数種類の熱伝導部３３を設ける場合と異なり、容易に、熱伝導部３３の伝熱性能を流通方向の位置に応じて異ならせることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、上記のように、第１流路１０、第２流路２０および調整層３０は、それぞれ、平面状の流路層２により構成する。そして、熱伝導部３３を、調整層３０内に配置された伝熱フィン３４（伝熱フィン３）により構成し、伝熱フィン３４（３４ａ、３４ｂ）の各々の縦板部３５間のピッチ（Ｐ３、Ｐ４）、または縦板部３５の厚み（ｔ１、ｔ２）の少なくとも一方を異ならせることにより、異なる伝熱性能を有するように構成する。これにより、第１流路１０、第２流路２０および調整層３０の基本構造を共通化して、プレートフィン型の熱交換器１００の各流路層２として構成することができる。その結果、調整層３０に特殊な構造を採用する場合と異なり、調整層３０を設ける場合でも容易に熱交換器１００として構成することができる。また、各々の縦板部３５間のピッチや厚みを異ならせるだけの簡単な構成で、調整層３０の伝熱性能を異ならせることができる。
【００６３】
また、本実施形態では、上記のように、第１流体７は、第１流路１０内で蒸発される低温の液化ガスであり、第２流体８は、液化ガスにより冷却される液状の熱媒である。このように構成する場合、極低温の第１流体７と第２流体８との間の熱交換によって、第２流体８側に凍結の可能性が生じる。その場合でも、第１部分３１および第２部分３２を設けて調整層３０の伝熱性能を異ならせることにより、第２流体８の凍結を抑制することが可能な範囲内で、伝熱効率を極力高くすることができるので、熱交換器１００の大型化を効果的に抑制することができる。
【００６４】
また、本実施形態では、上記のように、第１部分３１を、調整層３０のうち、第１流路１０を流れる第１流体７の気相領域（Ｖ）と重なる範囲に配置し、第２部分３２を、調整層３０のうち、第１流路１０を流れる第１流体７の気液混相領域（Ｌ＋Ｖ）と重なる範囲に配置する。これにより、第１流体７の熱伝達率が大きい気液混相領域（Ｌ＋Ｖ）では、伝熱性能の低い第２部分３２によって第２流体８の凍結を抑制し、第１流体７の熱伝達率が低下する気相領域（Ｖ）では伝熱性能の高い第１部分３１によって効率的に熱交換を行うことができる。その結果、第２流体８の凍結を抑制しつつ、熱交換器１００を極力コンパクトに構成することが可能となる。
【００６５】
（シミュレーション結果の説明）
次に、図７〜図１０を参照して、本実施形態による熱交換器１００の効果についてシミュレーション結果を用いて説明する。シミュレーションでは、熱交換器を通過する間の第１流体７および第２流体８の温度変化を算出し、流体が所定の目標温度に達するまで（所定の熱交換量が得られるまで）に必要となる流路長さを求めた。
【００６６】
シミュレーションは、上述した本実施形態の熱交換器１００に加えて、調整層３０を設けない場合（チューブプレート５によって第１流路１０と第２流路２０とが仕切られる場合）の比較例１、調整層３０の全体に低密度の伝熱フィン３４ａのみを設けた場合（調整層３０の全体を第２部分３２の伝熱性能とする場合）の比較例２、調整層３０の全体に高密度の伝熱フィン３４ｂのみを設けた場合（調整層３０の全体を第１部分３１の伝熱性能とする場合）の比較例３、の各々について行った。
【００６７】
シミュレーションでは、第１流体７として水素（液体水素）、第２流体８として不凍液を採用し、流量や圧力などの条件を共通にして計算した。シミュレーション条件として、液体水素の入口温度が−２５３℃、沸点が−２４２．５℃、出口温度は−５０℃である。不凍液は凝固点が−５０℃、入口温度が−３９℃であり、水素による冷却後の出口温度（目標温度）を−４３℃とした。シミュレーションでは、第２流路２０と調整層３０との間のチューブプレート５の表面温度（第２流路２０側の表面温度、図２参照）の平均を算出した。表面温度が−５０℃に達する場合、第２流路２０内で第２流体８の凍結が発生すると考えられる。
【００６８】
図７が本実施形態の熱交換器１００、図８が比較例１、図９が比較例２、図１０が比較例３のシミュレーション結果を示している。図７〜図１０では、縦軸に温度［℃］、横軸に熱交換量［ｋｃａｌ／ｈ］をとった。熱交換量の総量は全てのシミュレーション結果で共通であるが、出口温度に到達させるために必要な流路長さが異なっている。シミュレーションでは、第１〜第３比較例の流路長さを、本実施形態の熱交換器１００の流路長さを１（基準）とした比の値により算出した。
【００６９】
〈凍結発生リスク〉
図７〜図１０の共通の傾向として、液体水素は、液相で入口に流入した後、沸点（−２４２．５℃）で気液混相となり、潜熱分だけ温度一定の状態が継続した後、気相状態で再度温度上昇する。チューブプレート５の表面温度は、水素が気液混相の状態で最も低くなった。つまり、第２流路２０の内、気液混相領域（Ｌ＋Ｖ）と重なる位置にある部分で、不凍液（第２流体８）の凍結発生リスクが最も高まる。
【００７０】
本実施形態の熱交換器１００（図７参照）では、チューブプレート５の表面温度（第２流路２０の内表面温度）が、気液混相領域（Ｌ＋Ｖ）で最低温度−４９．８℃となった。比較例１（図８参照）では、チューブプレート５の表面温度が最低温度−５７．３℃となった。比較例２（図９参照）では、チューブプレート５の表面温度が最低温度−４９．８℃となった。比較例３（図１０参照）では、チューブプレート５の表面温度が最低温度−５０．９℃となった。
【００７１】
本実施形態の熱交換器１００および比較例２では、表面温度が−５０℃以上のため、不凍液の凍結は略発生しないことが分かる。一方、比較例１および比較例３では、表面温度が−５０℃を下回るため、不凍液の凍結が発生することが分かる。
【００７２】
〈流路長さ〉
本実施形態の熱交換器１００の流路長さを１とした場合、比較例１では０．３８、比較例２では１．１８、比較例３では０．９９となった。つまり、同じ熱量を移動させるために必要な流路長さは、比較例１＜比較例３＜本実施形態＜比較例２の順となる。
【００７３】
シミュレーション結果を総合すると、調整層３０を設けない比較例１や、調整層３０に高密度の伝熱フィン３４ｂのみを設けた比較例３では、伝熱性能が高く流路長さは短縮できるものの、第２流路２０に凍結が発生するため、流路の閉塞のリスクがある。一方、調整層３０に低密度の伝熱フィン３４ｂのみを設けた比較例２では、第２流路２０での凍結を回避することが可能な一方、流路長さが本実施形態の１．１８倍となり、熱交換器が大型化することが分かる。
【００７４】
これに対して、本実施形態の熱交換器１００では、比較例３と同様に第２流路２０での凍結を回避可能でありながら、比較例２と同等の流路長さで液体水素を目標温度まで上昇させることが可能であることが分かる。したがって、本実施形態の熱交換器１００では、流体の凍結を抑制しつつ、大型化を抑制することが可能であることが確認された。
【００７５】
なお、熱交換器１００におけるリスク領域ＲＡの設定、調整層３０の第２部分３２の位置および範囲の設定にあたっては、図８に示した比較例１（調整層３０を設けない場合）の温度分布に基づいて行うことが可能である。すなわち、まず、第１流路１０および第２流路２０の構造を決定し、比較例１のように調整層３０を設けない場合の温度分布を求める。計算結果から、図８の例では、気液混相領域（Ｌ＋Ｖ）にリスク領域ＲＡが存在することが分かる。そこで、リスク領域ＲＡ（気液混相領域（Ｌ＋Ｖ））と、安全を見込んで下流側の液相領域（Ｌ）とに第２部分３２が配置されるように調整層３０を設けつつ、第２部分３２以外の領域に、伝熱性能の高い第１部分３１を配置することにより、第２部分３２の位置および範囲が設定できる。
【００７６】
［変形例］
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。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００７７】
たとえば、上記実施形態では、低温の液化ガスを第１流体７とし、液化ガスを気化させるための液状の熱媒を第２流体８とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１流体７が燃焼後または反応後の排ガスなどの高温ガスで、第２流体８が高温ガスを冷却するための液状の冷媒（水など）であってもよい。つまり、第１流路１０が高温側流路で、第２流路２０が低温側流路であってもよい。この場合、熱交換により、第２流路２０において第２流体８の沸騰が発生する可能性がある。流路中での意図しない沸騰の発生は、熱交換器の強度上の負荷が大きくなる可能性があるとともに、熱交換器の仕様上、許容し得ない場合がある。本発明では、流体の沸騰の可能性がある場合にも、調整層３０によって、第２流路２０中での第２流体８の沸騰を抑制することが可能である。さらに調整層３０が異なる伝熱性能を有する第１部分３１と第２部分３２とを含むことによって高い熱交換性能が確保できるので、熱交換器の大型化を抑制することが可能である。
【００７８】
また、上記実施形態では、プレートフィン型の熱交換器１００を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、プレートフィン型以外の熱交換器であってもよい。
【００７９】
たとえば図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示す変形例のように、多重管式の熱交換器２００に本発明を適用してもよい。熱交換器２００では、同心状に配置された３つの円筒状の流路層１０２が設けられている。たとえば、最内周の流路層１０２により、第１流路１０が構成され、最外周の流路層１０２により、第２流路２０が構成される。第１流路１０と第２流路との間の中間の流路層１０２により、調整層３０が構成される。この変形例も、上記実施形態と同様に、第１流体７の流通方向（Ｘ方向）に沿って、たとえば上流側の位置Ｓ１と下流側の位置Ｓ２とで、調整層３０の伝熱性能が異なっている。具体的には、位置Ｓ１の断面を示す図１１（Ｂ）と、位置Ｓ２の断面を示す図１１（Ｃ）とに示すように、調整層３０に熱伝導部３３を配置して、熱伝導部３３の密度（枚数）を異ならせればよい。
【００８０】
この他、本発明の熱交換器は、表裏に流路が一体形成された波形の金属板を積層して、シールあるいは溶接などにより各流路層を接合して金属板間に流路層を構成するプレート型の熱交換器であってもよい。また、熱交換器は、溝加工により流路を形成した金属板を積層して、拡散接合などにより一体化することにより、金属板間に流路層を構成した拡散接合型の熱交換器であってもよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、第１流路１０、調整層３０、第２流路２０、調整層３０、・・・、という順で各流路層が１層ずつ交互に積層される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、同一の流路層が複数連続して積層される構成であってもよい。すなわち、第１流路１０、第１流路１０、調整層３０、第２流路２０、調整層３０、第１流路１０、第１流路１０、・・・、というように、複数の第１流路１０が連続して積層されてもよい。また、第１流路１０、調整層３０、調整層３０、第２流路２０、調整層３０、調整層３０、・・・、というように、複数の調整層３０が連続して積層されてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、調整層３０を、流体が流通しない層として構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１２の変形例に示すように、流体が流通可能な調整層１３０を設けてもよい。図１２の調整層１３０は、第１流路１０と第２流路２０との間に配置され、熱交換時以外で内部に流体を流通させることが可能な中空の流路構造を有する。具体的には、調整層１３０は、Ｙ２側端面のＸ２側端部に設けられた入口（開口部）１３１と、Ｙ１側端面のＸ１側端部に設けられた出口（開口部）１３２とを含み、Ｘ方向に延びる直線状流路として形成されている。図示しないヘッダタンクを介して外部から入口１３１に流体が供給され、出口１３２からヘッダタンクを介して流体が排出される。この場合、第１流体７と第２流体８との熱交換の際には、調整層１３０には流体を流さず空気で満たすことによって、上記実施形態の調整層３０と同様の効果が得られる。
【００８３】
上記のように熱交換時以外で内部に流体を流通させることが可能な中空の流路構造を有する調整層１３０を設ける場合、中空構造によって容易に調整層１３０の伝熱性能を低下させることができるので、凍結や沸騰の発生を効果的に抑制することができる。また、万が一、流体の凍結が発生した場合の対策として、第１流体７と第２流体８との熱交換時以外で調整層１３０に凍結温度よりも高温の熱媒を流通させて凍結を迅速に解消することが可能となる。
【００８４】
すなわち、調整層１３０は、第２流路２０中の第２流体８に凍結が発生した場合に、熱交換時以外で第２流体８の凍結を解消するための熱媒が供給されるように構成されている。これにより、熱交換の後で第２流路２０内に局所的に凍結が発生した場合でも、熱交換（第１流体７および第２流体８の供給）を停止した後で、凍結を解消するための熱媒を調整層１３０に供給することによって、容易かつ迅速に、凍結を解消することができる。
【００８５】
また、上記実施形態では、調整層３０を、第１流路１０および第２流路２０と共通の流路層２により構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、調整層を流路層によって構成する必要はなく、流路層以外の層構造によって調整層を構成してもよい。たとえば図１３に示す変形例のように、調整層３０として、断熱部２３１を備えた板部材２３０を設けてもよい。板部材２３０は、第１流路１０と第２流路２０との間を仕切るチューブプレートである。板部材２３０は、内部に設けられた中空の断熱部２３１によって伝熱性能が低くなっており、第１流路１０と第２流路２０との間の熱交換量を調整している。板部材２３０には、たとえば断熱部２３１が複数設けられ、隔壁部２３２によって仕切られている。隣接する第１流路１０と第２流路２０との間を接続する熱伝導部３３が、隔壁部２３２により構成されている。この変形例では、隔壁部２３２の密度（すなわち、断熱部２３１の密度）を異ならせることにより、第１部分３１および第２部分３２の伝熱性能を異ならせることが可能である。
【００８６】
また、上記実施形態では、第１流体７の流通方向と、第２流体８の流通方向とが互いに反対方向になる対向流型の熱交換器１００の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、対向流型以外の並行流型の熱交換器であってもよい。並行流型にすれば、第１流路１０の入口１１と第２流路２０の入口１１とが同じ側に配置される。そのため、第２流体８の凍結リスクが高い場合、第１流体７の温度が最も低い入口付近の領域で、第２流体８の温度を高くすることができるので、凍結リスクをさらに抑制できる。一方、第１流路１０の出口付近における第１流体７と第２流体８との温度差が大きい場合には、対向流型にする方が熱交換効率が高くなり、小型化できるので好ましい。この他、熱交換器は、第１流体７の流通方向と、第２流体８の流通方向とが互いに直交する直交流型であってもよい。
【００８７】
図１４に直交流型の熱交換器３００における調整層３０の構成例（第１部分３１および第２部分３２の配置例）を示す。図１４では、高温側流体である第１流体７が、図示しない第１流路をＹ１方向に向けて流れ、低温側流体である第２流体８が、図示しない第２流路をＸ１方向に向けて流れる場合の例を示している。この場合、第２流体８に沸騰発生リスクがあり、リスク領域ＲＡは、第２流路２０の出口近傍、かつ、第１流路１０の入口近傍の部分となる。そこで、図１４では、調整層３０の第２部分３２を、第２流路２０の出口近傍、かつ、第１流路１０の入口近傍の隅部と重なる三角形状の範囲に設定し、他の領域には第１部分３１を設定した例を示している。
【００８８】
また、上記実施形態では、複数の第１流路１０と複数の第２流路２０とを設けた熱交換器１００の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１流路および第２流路の数は特に限定されない。第１流路および第２流路がそれぞれ１つだけでもよいし、第１流路および第２流路が２つ以上のいくつ設けられていてもよい。
【００８９】
また、上記実施形態では、調整層３０を第１部分３１と第２部分３２との２領域に分け、第１部分３１と第２部分３２との伝熱性能を異ならせた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、調整層３０は、伝熱性能が異なる部分を３つ以上含んでいてもよい。たとえば、調整層のうち、液化ガスの液相領域（Ｌ）に隣接する部分と、気液混相領域（Ｌ＋Ｖ）に隣接する部分と、気相領域（Ｖ）に隣接する部分と、の３部分で、互いに伝熱性能を異ならせてもよい。また、調整層３０は、伝熱性能の異なる複数領域を含むのではなく、伝熱性能が連続的に変化する構成であってもよい。たとえば、熱伝導部３３の密度を、第１流体の流通方向の上流側から下流側に向かって連続的に増大させてもよい。
【００９０】
また、上記実施形態では、中空構造の調整層３０を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、調整層３０の内部に流体や、粉体（粒状物質）または多孔性物質などの固体を充填してもよい。この場合、これらの充填物が熱伝導部として機能してもよい。充填物の材質（熱伝導率）や、粒径、気孔率などを異ならせることにより、伝熱性能を異ならせることが可能である。
【００９１】
また、上記実施形態では、第１流路１０中で第１流体７が相変化する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１５に示すように、低温側の第１流体７が液層または気相のまま相変化せずに第１流路１０を通過する構成であってもよい。相変化しない場合、第１流路１０側の伝熱性能は略一定と考えてよいので、第２流路２０におけるリスク領域ＲＡ（凍結発生リスク）は、第２流路２０の出口付近となる。また、図１６では、第２流体８が低温側流体で、第１流体７が高温側流体である例を示している。この場合も、第２流路２０におけるリスク領域ＲＡ（沸騰発生リスク）は、第２流路２０の出口付近となる。そのため、図１５や図１６の場合、第２流路２０の出口付近のリスク領域ＲＡに対応して、第２流体８の出口近傍と重なる部分を含むように調整層３０の第２部分３２を設定すればよい。
【符号の説明】
【００９２】
２、１０２  流路層
７  第１流体（液化ガス）
８  第２流体（熱媒）
１０  第１流路
２０  第２流路
３０、１３０  調整層
３１  第１部分
３２  第２部分
３３  熱伝導部
３４（３４ａ、３４ｂ）  伝熱フィン
３５  縦板部（フィン部）
５０  リスク領域
１００、２００、３００  熱交換器
Ｐ３、Ｐ４  縦板部間のピッチ（フィン部間の間隔）
ｔ１、ｔ２  縦板部の厚み
Ｘ  第１流体の流通方向
【図１】
2018066128.tif 000003
【図２】
2018066128.tif 000004
【図３】
2018066128.tif 000005
【図４】
2018066128.tif 000006
【図５】
2018066128.tif 000007
【図６】
2018066128.tif 000008
【図７】
2018066128.tif 000009
【図８】
2018066128.tif 000010
【図９】
2018066128.tif 000011
【図１０】
2018066128.tif 000012
【図１１】
2018066128.tif 000013
【図１２】
2018066128.tif 000014
【図１３】
2018066128.tif 000015
【図１４】
2018066128.tif 000016
【図１５】
2018066128.tif 000017
【図１６】
2018066128.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月24日(2017.1.24)
【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】
第１流体を流通させる第１流路と、
第２流体を流通させる第２流路と、
互いに隣接する前記第１流路と前記第２流路との間に配置され、前記第１流路と前記第２流路との間の熱交換量を調整する調整層とを備え、
前記第１流路、前記第２流路および前記調整層は、それぞれ、平面状の流路層により構成されるとともに互いに積層され、
前記調整層は、第１部分と、前記第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを含み、前記調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成されている、熱交換器。
【請求項２】
前記第２部分は、前記調整層のうち、前記第２流路の入口または出口の近傍と重なる部分を含む所定範囲に設けられている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第２流路は、内表面温度が前記第１流体の温度に最も近付くリスク領域を含んでおり、
前記第２部分は、前記調整層のうち、前記第２流路の前記リスク領域と重なる部分を含む所定範囲に配置されている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記調整層は、隣接する前記第１流路と前記第２流路との間を接続する熱伝導部を含み、
前記第１部分および前記第２部分は、それぞれ、異なる伝熱性能を有する前記熱伝導部を含んでいる、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記熱伝導部は、前記調整層における単位面積当たりの密度が異なることにより、異なる伝熱性能を有する、請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第１流路、前記第２流路および前記調整層は、それぞれ、内部に伝熱フィンを有し、
前記熱伝導部は、前記調整層内に配置された前記伝熱フィンにより構成され、前記伝熱フィンの各々のフィン部間の間隔、または前記フィン部の厚みの少なくとも一方が異なることにより、異なる伝熱性能を有する、請求項４に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記調整層は、前記第１流路と前記第２流路との間に配置され、熱交換時以外で内部に流体を流通させることが可能な中空の流路構造を有する、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記第１流体は、前記第１流路内で蒸発される低温の液化ガスであり、
前記第２流体は、液化ガスにより冷却される液状の熱媒である、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記第１部分は、前記調整層のうち、前記第１流路を流れる前記第１流体の気相領域と重なる範囲に配置されており、
前記第２部分は、前記調整層のうち、前記第１流路を流れる前記第１流体の気液混相領域と重なる範囲に配置されている、請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記調整層は、前記第２流路中の前記第２流体に凍結が発生した場合に、熱交換時以外で前記第２流体の凍結を解消するための熱媒が供給されるように構成されている、請求項７に記載の熱交換器。
【請求項１１】
第１流体を流通させる第１流路と、
第２流体を流通させる第２流路と、
前記第１流路および前記第２流路とは非連通の層であって、互いに隣接する前記第１流路と前記第２流路との間に配置され、前記第１流路と前記第２流路との間の熱交換量を調整する調整層とを備え、
前記第１流路、前記第２流路および前記調整層は、互いに同心状に配置された円筒状の多重管構造の流路層により構成され、
前記調整層は、第１部分と、前記第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを含み、前記第１流体または前記第２流体の流通方向における前記調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成されている、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】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の発明による熱交換器は、第１流体を流通させる第１流路と、第２流体を流通させる第２流路と、互いに隣接する第１流路と第２流路との間に配置され、第１流路と第２流路との間の熱交換量を調整する調整層とを備え、第１流路、第２流路および調整層は、それぞれ、平面状の流路層により構成されるとともに互いに積層され、調整層は、第１部分と、第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを含み、調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記調整層が熱伝導部を含む構成において、好ましくは、第１流路、第２流路および調整層は、それぞれ、内部に伝熱フィンを有し、熱伝導部は、調整層内に配置された伝熱フィンにより構成され、伝熱フィンの各々のフィン部間の間隔、またはフィン部の厚みの少なくとも一方が異なることにより、異なる伝熱性能を有する。このように構成すれば、第１流路、第２流路および調整層の基本構造を共通化して、いわゆるプレートフィン型の熱交換器の各流路層として構成することができる。その結果、調整層に特殊な構造を採用する場合と異なり、調整層を設ける場合でも容易に熱交換器として構成することができる。また、各々のフィン部間の間隔やフィン部の厚みを異ならせるだけの簡単な構成で、調整層の伝熱性能を異ならせることができる。
【手続補正４】
【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】
上記調整層が熱交換時以外で内部に流体を流通させることが可能な中空の流路構造を有する構成において、好ましくは、調整層は、第２流路中の第２流体に凍結が発生した場合に、熱交換時以外で第２流体の凍結を解消するための熱媒が供給されるように構成されている。このように構成すれば、第２流路中で凍結が発生した場合でも、熱交換（第１流体および第２流体の供給）を停止した後で、凍結を解消するための熱媒を調整層に供給することによって、容易かつ迅速に、凍結を解消することができる。
第２の発明による熱交換器は、第１流体を流通させる第１流路と、第２流体を流通させる第２流路と、第１流路および第２流路とは非連通の層であって、互いに隣接する第１流路と第２流路との間に配置され、第１流路と第２流路との間の熱交換量を調整する調整層とを備え、第１流路、第２流路および調整層は、互いに同心状に配置された円筒状の多重管構造の流路層により構成され、調整層は、第１部分と、第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを含み、第１流体または第２流体の流通方向における調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成されている。
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月28日(2017.2.28)
【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】
第１流体を流通させる第１流路と、
第２流体を流通させる第２流路と、
互いに隣接する前記第１流路と前記第２流路との間に配置され、前記第１流路と前記第２流路との間の熱交換量を調整する調整層とを備え、
前記第１流路、前記第２流路および前記調整層は、それぞれ、平面状の流路層により構成されるとともに互いに積層され、
前記調整層は、第１部分と、前記第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを含み、前記調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成され、
前記第１部分および前記第２部分には、それぞれ、隣接する前記第１流路と前記第２流路との間を接続するとともに、異なる伝熱性能を有する熱伝導構造が設けられている、熱交換器。
【請求項２】
前記第２部分は、前記調整層のうち、前記第２流路の入口または出口の近傍と重なる部分を含む所定範囲に設けられている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第２流路は、内表面温度が前記第１流体の温度に最も近付くリスク領域を含んでおり、
前記第２部分は、前記調整層のうち、前記第２流路の前記リスク領域と重なる部分を含む所定範囲に配置されている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記熱伝導構造は、前記調整層における単位面積当たりの密度が異なることにより、異なる伝熱性能を有する、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第１流路、前記第２流路および前記調整層は、それぞれ、内部に伝熱フィンを有し、
前記熱伝導構造は、前記調整層内に配置された前記伝熱フィンにより構成され、前記伝熱フィンの各々のフィン部間の間隔、または前記フィン部の厚みの少なくとも一方が異なることにより、異なる伝熱性能を有する、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記調整層は、前記第１流路と前記第２流路との間に配置され、熱交換時以外で内部に流体を流通させることが可能な中空の流路構造を有する、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項７】
第１流体を流通させる第１流路と、
第２流体を流通させる第２流路と、
互いに隣接する前記第１流路と前記第２流路との間に配置され、前記第１流路と前記第２流路との間の熱交換量を調整する調整層とを備え、
前記第１流路、前記第２流路および前記調整層は、それぞれ、平面状の流路層により構成されるとともに互いに積層され、
前記調整層は、第１部分と、前記第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを含み、前記調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成されており、
前記第１流体は、前記第１流路内で蒸発される低温の液化ガスであり、
前記第２流体は、液化ガスにより冷却される液状の熱媒である、熱交換器。
【請求項８】
前記第１部分は、前記調整層のうち、前記第１流路を流れる前記第１流体の気相領域と重なる範囲に配置されており、
前記第２部分は、前記調整層のうち、前記第１流路を流れる前記第１流体の気液混相領域と重なる範囲に配置されている、請求項７に記載の熱交換器。
【請求項９】
第１流体を流通させる第１流路と、
第２流体を流通させる第２流路と、
互いに隣接する前記第１流路と前記第２流路との間に配置され、前記第１流路と前記第２流路との間の熱交換量を調整する調整層とを備え、
前記第１流路、前記第２流路および前記調整層は、それぞれ、平面状の流路層により構成されるとともに互いに積層され、
前記調整層は、第１部分と、前記第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを含み、前記調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成され、
前記調整層は、熱交換時以外で内部に流体を流通させることが可能な中空の流路構造を有し、前記第２流路中の前記第２流体に凍結が発生した場合に、熱交換時以外で前記第２流体の凍結を解消するための熱媒が供給されるように構成されている、熱交換器。
【請求項１０】
第１流体を流通させる第１流路と、
第２流体を流通させる第２流路と、
前記第１流路および前記第２流路とは非連通の層であって、互いに隣接する前記第１流路と前記第２流路との間に配置され、前記第１流路と前記第２流路との間の熱交換量を調整する調整層とを備え、
前記第１流路、前記第２流路および前記調整層は、互いに同心状に配置された円筒状の多重管構造の流路層により構成され、
前記調整層は、第１部分と、前記第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを含み、前記第１流体または前記第２流体の流通方向における前記調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成され、
前記第１部分および前記第２部分には、それぞれ、隣接する前記第１流路と前記第２流路との間を接続するとともに、異なる伝熱性能を有する熱伝導構造が設けられている、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】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の発明による熱交換器は、第１流体を流通させる第１流路と、第２流体を流通させる第２流路と、互いに隣接する第１流路と第２流路との間に配置され、第１流路と第２流路との間の熱交換量を調整する調整層とを備え、第１流路、第２流路および調整層は、それぞれ、平面状の流路層により構成されるとともに互いに積層され、調整層は、第１部分と、第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを含み、調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成され、第１部分および第２部分には、それぞれ、隣接する第１流路と第２流路との間を接続するとともに、異なる伝熱性能を有する熱伝導構造が設けられている。
【手続補正３】
【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】
第１の発明による熱交換器では、上記のように、互いに隣接する第１流路と第２流路との間に配置され、第１流路と第２流路との間の熱交換量を調整する調整層を設ける。これにより、第１流路と第２流路との間の調整層によって、第１流路と第２流路との間で熱が伝わりすぎるのを抑制することができる。その結果、温度差の大きい流体間で熱交換を行う場合でも、流体の凍結を抑制することができる。そして、調整層に、第１部分と、第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを設け、調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように調整層を構成することによって、流路中で凍結が発生しやすい箇所に第２部分を配置して伝熱性能を十分に低くし、凍結が発生し難い箇所には第１部分を配置して伝熱性能を相対的に高くして、高い熱交換性能を確保することができる。これにより、所望の熱交換量を実現するために必要な流路長さが大きくなるのを抑制することができる。以上により、温度差の大きい流体間で熱交換を行う場合でも、流体の凍結を抑制しつつ、熱交換器の大型化を抑制することができる。
また、調整層自体の形状や寸法を調整するのではなく、熱伝導構造の数や大きさ、材質などを変えることにより、容易に、第１部分および第２部分における伝熱性能の分布を調整することができる。その結果、調整層において、流体の凍結の発生リスクに応じた適切な伝熱性能の分布を容易に実現することができる。
【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の発明による熱交換器において、好ましくは、第２部分は、調整層のうち、第２流体の入口または出口の近傍と重なる部分を含む所定範囲に設けられている。このように構成すれば、たとえば第２流路に沿って第２流体の温度が単調低下する場合に、凍結の発生する可能性が高い第２流体の出口近傍と重なる部分を含むように第２部分を設けることによって、凍結の発生を効果的に抑制することができる。また、たとえば並行流型の熱交換器で第２流体の入口近傍での第１流体の温度が極低温になり、第２流路の内表面温度が凍結温度に近くなるような場合に、凍結の発生する可能性が高い第２流体の入口近傍と重なる部分を含むように第２部分を設けることによって、凍結の発生を効果的に抑制することができる。
【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】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記第１の発明による熱交換器において、好ましくは、第２流路は、内表面温度が第１流体の温度に最も近付くリスク領域を含んでおり、第２部分は、調整層のうち、第２流路のリスク領域と重なる部分を含む所定範囲に配置されている。このように構成すれば、第２部分をリスク領域に重ねて配置することによって、より確実に、凍結の発生を抑制することができる。なお、リスク領域は、たとえば調整層を設けない場合（第１流路と第２流路とが直接隣接する場合）での第２流路の内表面の温度分布を計算し、内表面温度が第１流体の温度に最も近付く領域として設定することができる。
【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】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記第１の発明による熱交換器において、好ましくは、熱伝導構造は、調整層における単位面積当たりの密度が異なることにより、異なる伝熱性能を有する。このように構成すれば、たとえば材質の異なる複数種類の熱伝導構造を設ける場合と異なり、単位面積当たりの熱伝導構造の数を変えたり、大きさの異なる複数の熱伝導構造を等ピッチで配列するなどにより、容易に、熱伝導構造の伝熱性能を異ならせることができる。
【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】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記第１の発明による熱交換器において、好ましくは、第１流路、第２流路および調整層は、それぞれ、内部に伝熱フィンを有し、熱伝導構造は、調整層内に配置された伝熱フィンにより構成され、伝熱フィンの各々のフィン部間の間隔、またはフィン部の厚みの少なくとも一方が異なることにより、異なる伝熱性能を有する。このように構成すれば、第１流路、第２流路および調整層の基本構造を共通化して、いわゆるプレートフィン型の熱交換器の各流路層として構成することができる。その結果、調整層に特殊な構造を採用する場合と異なり、調整層を設ける場合でも容易に熱交換器として構成することができる。また、各々のフィン部間の間隔やフィン部の厚みを異ならせるだけの簡単な構成で、調整層の伝熱性能を異ならせることができる。
【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】変更
【補正の内容】
【００１６】
上記第１の発明による熱交換器において、好ましくは、調整層は、第１流路と第２流路との間に配置され、熱交換時以外で内部に流体を流通させることが可能な中空の流路構造を有する。このように構成すれば、中空構造によって容易に調整層の伝熱性能を低下させることができるので、凍結の発生を効果的に抑制することができる。また、調整層が熱交換時以外で内部に流体を流通させることが可能な流路構造を有することによって、万が一流体の凍結が発生した場合の対策として、第１流体と第２流体との熱交換時以外で調整層に凍結温度よりも高温の熱媒を流通させて凍結を迅速に解消することが可能となる。
【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】
第２の発明による熱交換器は、第１流体を流通させる第１流路と、第２流体を流通させる第２流路と、互いに隣接する第１流路と第２流路との間に配置され、第１流路と第２流路との間の熱交換量を調整する調整層とを備え、第１流路、第２流路および調整層は、それぞれ、平面状の流路層により構成されるとともに互いに積層され、調整層は、第１部分と、第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを含み、調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成されており、第１流体は、第１流路内で蒸発される低温の液化ガスであり、第２流体は、液化ガスにより冷却される液状の熱媒である。
このように構成する場合、極低温の第１流体と第２流体との間の熱交換によって、第２流体側に凍結の可能性が生じる。その場合でも、第１部分および第２部分を設けて調整層の伝熱性能を異ならせることにより、第２流体の凍結を抑制することが可能な範囲内で、伝熱効率を極力高くすることができるので、熱交換器の大型化を効果的に抑制することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
第３の発明による熱交換器は、第１流体を流通させる第１流路と、第２流体を流通させる第２流路と、互いに隣接する第１流路と第２流路との間に配置され、第１流路と第２流路との間の熱交換量を調整する調整層とを備え、第１流路、第２流路および調整層は、それぞれ、平面状の流路層により構成されるとともに互いに積層され、調整層は、第１部分と、第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを含み、調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成され、調整層は、熱交換時以外で内部に流体を流通させることが可能な中空の流路構造を有し、第２流路中の第２流体に凍結が発生した場合に、熱交換時以外で第２流体の凍結を解消するための熱媒が供給されるように構成されている。
これにより、中空構造によって容易に調整層の伝熱性能を低下させることができるので、凍結の発生を効果的に抑制することができる。また、第２流路中で凍結が発生した場合でも、熱交換（第１流体および第２流体の供給）を停止した後で、凍結を解消するための熱媒を調整層に供給することによって、容易かつ迅速に、凍結を解消することができる。
第４の発明による熱交換器は、第１流体を流通させる第１流路と、第２流体を流通させる第２流路と、第１流路および第２流路とは非連通の層であって、互いに隣接する第１流路と第２流路との間に配置され、第１流路と第２流路との間の熱交換量を調整する調整層とを備え、第１流路、第２流路および調整層は、互いに同心状に配置された円筒状の多重管構造の流路層により構成され、調整層は、第１部分と、第１部分よりも伝熱性能が低い第２部分とを含み、第１流体または第２流体の流通方向における調整層内の位置に応じて異なる伝熱性能を有するように構成され、第１部分および第２部分には、それぞれ、隣接する第１流路と第２流路との間を接続するとともに、異なる伝熱性能を有する熱伝導構造が設けられている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
本実施形態では、調整層３０は、隣接する第１流路１０と第２流路２０との間を接続する熱伝導部３３を含む。熱伝導部３３は、調整層３０と第１流路１０とを仕切るチューブプレート５（図２参照）と接するとともに、調整層３０と第２流路２０とを仕切るチューブプレート５と接するように設けられ、主として内部の熱伝導によって熱を移動させる。熱伝導部３３は、特許請求の範囲の「熱伝導構造」の一例である。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
また、上記実施形態では、第１流路１０中で第１流体７が相変化する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１５に示すように、低温側の第１流体７が液相または気相のまま相変化せずに第１流路１０を通過する構成であってもよい。相変化しない場合、第１流路１０側の伝熱性能は略一定と考えてよいので、第２流路２０におけるリスク領域ＲＡ（凍結発生リスク）は、第２流路２０の出口付近となる。また、図１６では、第２流体８が低温側流体で、第１流体７が高温側流体である例を示している。この場合も、第２流路２０におけるリスク領域ＲＡ（沸騰発生リスク）は、第２流路２０の出口付近となる。そのため、図１５や図１６の場合、第２流路２０の出口付近のリスク領域ＲＡに対応して、第２流体８の出口近傍と重なる部分を含むように調整層３０の第２部分３２を設定すればよい。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
２、１０２  流路層
７  第１流体（液化ガス）
８  第２流体（熱媒）
１０  第１流路
２０  第２流路
３０、１３０  調整層
３１  第１部分
３２  第２部分
３３  熱伝導部（熱伝導構造）
３４（３４ａ、３４ｂ）  伝熱フィン
３５  縦板部（フィン部）
５０  リスク領域
１００、２００、３００  熱交換器
Ｐ３、Ｐ４  縦板部間のピッチ（フィン部間の間隔）
ｔ１、ｔ２  縦板部の厚み
Ｘ  第１流体の流通方向
【国際調査報告】
2018066128.tif 000019
2018066128.tif 000020
2018066128.tif 000021
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