CN103225974B

CN103225974B - 层叠型热交换器及热交换系统

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Publication number: CN103225974B
Application number: CN201310035194.4A
Authority: CN
Inventors: 野一色公二; 三轮泰健; 伴浩之
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2033-01-30
Also published as: CN103225974A; US20130192806A1; EP2623910B1; EP2623910A3; JP5943619B2; EP2623910A2; JP2013155971A; KR20130088803A

Abstract

本发明的层叠型热交换器中，层叠进行从多个压缩机送出的流体的热交换的多个热交换单元。各热交换单元具有层叠多个流路板及冷却用板的构造。在流路板以及冷却用板上将形成于表面的凹状的槽作为流体的流路形成。这些流路板以及冷却用板为金属制而借助化学蚀刻形成流路，层叠的金属制的流路板以及冷却用板相互借助扩散接合而接合。进而，令各热交换单元与各压缩机一一对应。

Description

层叠型热交换器及热交换系统

技术领域

本发明涉及层叠流路板而形成的层叠型热交换器以及使用该层叠型热交换器的热交换系统。

背景技术

有时将被压缩机压缩而变为高温的气体导入热交换器而进行冷却，将冷却后的高压气体向容器及泵填充。此时使用的热交换器中具有被称为翅片型及板型的热交换器，例如在日本特开2000-283668号中被公开。该板型热交换器为借助分隔壁将内部区划为多个单元的具有一体构造的板式热交换器，其中在上述被区划的多个单元中，至少一个单元具有多个流体的入口或者出口，并且该多个单元为，与上述入口和出口连接的至少一方形成多个不同的加热流路或者被加热流路。根据该板式热交换器，配管变得容易且能够实现小型轻量化。

发明所要解决的课题

气体的压缩不仅限定于利用1台压缩机仅压缩1次的所谓一级式的压缩，有时进行令气体顺次通过多台压缩机从而对已经利用压缩机被暂时压缩过的气体利用下一级的压缩机再进行压缩的多级式的压缩。

多级式的压缩的情况下，每次利用压缩机压缩时气体的温度上升，所以被压缩的气体在被供给至下一级的压缩机之前通过热交换器而被冷却。即，需要准备与压缩机的台数相同台数的热交换器而构筑与多台压缩机相同地将多台热交换器交互地串联地连接的多级式的压缩系统。

在将上述那样的以往的热交换器用于这样的多级式的压缩系统时，产生为了配置多台压缩机和热交换器需要很大的设置面积的问题、及压缩机以及热交换器的台数如果增加则配管变得复杂而需要更大的设置面积的问题。

进而，以往的热交换器耐压性低，所以不适于用于利用多级式的压缩而变为非常高压的气体，耐压性高的热交换器的开发也是重要的课题。

发明内容

因此，本发明鉴于上述的问题以及课题，其目的在于提供一种耐压性高且紧凑的层叠型热交换器，以及使用该层叠型热交换器的热交换系统。

用于解决课题的手段

为了实现上述的目的，本发明中采用了以下的技术手段。

本发明的层叠型热交换器为，将进行从多个设备送出的流体的热交换的多个热交换单元层叠，上述热交换单元具有层叠多个流路板的构造，上述流路板具有形成于表面的凹状的槽作为上述流体的流路。

在此，上述多个热交换单元可以与上述多个设备分别成对，换言之，上述多个热交换单元的各自可以与上述多个设备的各自一一对应。

进而，在上述多个热交换单元中分别设置有向热交换单元供给流体的供给孔、和将上述供给的流体排出的排出孔，设置于各热交换单元的供给孔以及排出孔形成为沿着热交换单元的层叠方向直接与外部连通的长度，优选形成为俯视下的配置位置相互不重合。

此外，也可以上述流路板为金属制，上述流路板的流路由化学蚀刻形成。

此外，上述层叠的金属制的流路板优选相互借助扩散接合而接合。

在此，本发明的热交换系统具有：令流体发生热量的变化的多个设备、层叠进行由于上述多个设备而热量发生了变化的流体的热交换的热交换单元而成的层叠型热交换器，上述层叠型热交换器是上述的层叠型热交换器。

根据本发明，能够得到耐压性高且紧凑的热交换器以及热交换系统。

附图说明

图1是表示多级式的热交换系统的构成的示意图，（a）是表示以往的热交换系统的构成的示意图，（b）是表示本发明的第1实施方式的热交换系统的构成的示意图。

图2是表示第1实施方式的层叠型热交换器的截面构造的图。

图3是表示第1实施方式的层叠型热交换器的截面构造的图。

图4是表示构成第1实施方式的层叠型热交换器的全部的板的构成的俯视示意图。

图5是表示构成第1实施方式的层叠型热交换器的板的构成的俯视图，（a）是表示流路板的构成的俯视图，（b）是表示冷却用板的构成的俯视图。

图6是说明向第1实施方式的层叠型热交换器的各热交换单元供给的流体的差压的图。

图7是表示在本发明的第2实施方式的层叠型热交换器中使用的冷却用板的构成的俯视图。

图8是表示第2实施方式的层叠型热交换器的截面构造的图。

图9是表示第2实施方式的层叠型热交换器的截面构造的图。

具体实施方式

以下基于附图说明本发明的各实施方式。

[第1实施方式]

（热交换系统的概略）

参照附图说明本发明的第1实施方式的热交换系统。

图1是表示使用了多台作为设备的压缩机和多台热交换器的多级式的热交换系统的构成的示意图。图1（a）是表示使用以往的热交换器的热交换系统的构成的示意图，图1（b）是表示使用本实施方式的层叠型热交换器2a热交换系统1a的构成的示意图。

本实施方式中说明的热交换系统1a为，在将多台压缩机串联地连接从而顺次对气体（ガス）进行加压以及压缩而令其变化为高压气体的多级式的压缩工序中，在各压缩机的后级配备热交换器。

（以往的热交换系统）

图1（a）所示的热交换系统表示使用以往的热交换器时的构成。图1（a）的热交换系统包括：作为ist-comp～4th-comp而示出的第1压缩机～第4压缩机的4台的压缩机、和作为ist-ex～4th-ex而示出的第1热交换器～第4热交换器的4台的热交换器。

在该各4台的压缩机以及热交换器中，首先通过管连接第1压缩机的排出口和第1热交换器的吸入口，通过管连接第1热交换器的排出口和第2压缩机的吸入口。这样一来，以往的热交换系统将压缩机的排出口和热交换器的吸入口连接而如图1（a）所示地构成。

（本申请的热交换系统）

相对于此，图1（b）所示的热交换系统1a包括：作为ist-comp～4th-comp而示出的第1压缩机C1～第4压缩机C4的4台的作为设备的压缩机、和作为ist-unit～4th-unit而示出的第1热交换单元U1～第4热交换单元U4的四个热交换单元层叠并一体化而成的层叠型热交换器2a。

图1（b）所示的层叠型热交换器2a的第1热交换单元U1～第4热交换单元U4进行与图1（a）所示的以往的第1热交换器～第4热交换器对应的工作，第1热交换单元U1进行从第1压缩机C1排出而变为高温的流体的热交换（冷却），第2热交换单元U2进行从第2压缩机C2排出而变为高温的流体的热交换（冷却）。第3热交换单元U3进行从第3压缩机C3排出而变为高温的流体的热交换（冷却），第4热交换单元U4进行从第4压缩机C4排出而变为高温的流体的热交换（冷却）。

这样的本实施方式的热交换系统1a具有令流体（例如氢气）产生热量的变化的多个设备（例如第1压缩机C1～第4压缩机C4）、和层叠进行由于这些多个设备而热量发生了变化的流体的热交换的热交换单元（例如第1热交换单元U1～第4热交换单元U4）而成的层叠型热交换器2a。

在本实施方式中，将令流体产生热量的变化的多个设备串联地连接而形成一个流路的状态称为多个设备多级地连接的状态。如本实施方式那样，如果多个压缩机C1～C4多级地连接，则作为流体的氢气在由该多级的压缩机C1～C4形成的一个流路中以第1压缩机C1、第2压缩机C2、第3压缩机C3、第4压缩机C4的顺序流动。但是，氢气每次通过压缩机C1～C4则热量变化而温度上升，所以从第1压缩机C1～第4压缩机C4排出的氢气每次通过压缩机C1～C4都流入对应的第1热交换单元U1～第4热交换单元U4而进行热交换，被吸入下一级的压缩机。

即，在第1压缩机C1中被压缩（加压）而变为高温的氢气流入层叠型热交换器2a的第1热交换单元U1而被冷却，被吸入下一级的第2压缩机C2。被吸入的氢气被第2压缩机C2进一步压缩而变为高温，返回层叠型热交换器2a而流入第2热交换单元U2而被冷却。在氢气通过第4压缩机C4～第4热交换单元U4之前反复进行这样的循环从而令氢气变为非常高压的气体。

这样地从第1压缩机C1排出的流体流入第1热交换单元U1，从第2压缩机C2排出的流体流入第2热交换单元U2，所以可以说第1压缩机C1和第1热交换单元U1相互成为一对，第2压缩机C2和第2热交换单元U2也相互成为一对。同样地，可以说第3压缩机C3与第3热交换单元U3成为一对，第4压缩机C4与第4热交换单元U4成为一对。

此时，冷却水能够根据层叠方法而对各单元的每一个进行流量管理而冷却、也可以对整个单元总体地进行冷却。

本实施方式的层叠型热交换器2a能够借助一体化的流路构造体实现以往的热交换系统中的多个热交换器的功能。本实施方式的层叠型热交换器2a能够比以往的热交换器更为小型，并且能够令与压缩机的配管更为简洁且容易。进而，能够令也包含压缩机的热交换系统的设置所需要的设置场所的面积减小。

（层叠型热交换器的构成）

参照图2以及图3说明本实施方式的层叠型热交换器2a的构成。

图2是表示层叠型热交换器2a的构造的图，表示层叠型热交换器2a的AA截面和CC截面。图3是表示层叠型热交换器2a的BB截面的图。

层叠型热交换器2a层叠以1st～4th示出的第1热交换单元U1～第4热交换单元U4且在该层叠体的上表面上层叠上面板（上端板）3、并在下表面上层叠下面板（下端板）4而构成。第1热交换单元U1～第4热交换单元U4的各自构成为交互地层叠多个形成有作为流体的氢气的流路的平板状的流路板（流路板）和形成有作为冷却用的介质的冷却水的流路的平板状的流路板（冷却用板）。

此时，根据要求的热交换器性能，也可以配置为利用冷却用板夹持氢侧的流路板的两面侧地层叠。

因而，第1热交换单元U1～第4热交换单元U4的各自的外观为层叠了平板状的流体用板和冷却用板而成的长方体形状。层叠这样的长方体形状的第1热交换单元U1～第4热交换单元U4，所以层叠型热交换器2a为沿第1热交换单元U1～第4热交换单元U4的层叠方向高的长方体形状。

为了参照图4以及图5而说明层叠型热交换器2a的构成，说明第1热交换单元U1～第4热交换单元U4中使用的第1流路板P1～第4流路板P4和冷却用板CP1的构成。

图4是表示构成层叠型热交换器2a的全部的板的图。图4的上层左方示出构成第1热交换单元U1的第1流路板（1st用板）P1，按照向右的顺序示出第3流路板（3rd用板）P3、第4流路板（4th用板）P4、第2流路板（2nd用板）P2。流路板P1～P4从左方开始顺次以1st用、3rd用、4th用、2nd用的顺序图示是基于在图2以及图3中，第1热交换单元U1～第4热交换单元U4以从上方开始顺次以第1、第3、第4、第2的顺序层叠。

在图4的下层左侧示出层叠在层叠型热交换器的上表面的层叠上面板（上端板）3，按照向右的顺序示出层叠在各流路板间的冷却用板CP1、层叠在层叠型热交换器的下表面的下面板（下端板）4。

图4所示的各板表示从上表面侧看层叠型热交换器2a的、即沿从上端板3的上方朝向下端板4的方向看时的构成。

（第1热交换单元）

首先，层叠型热交换器2a中的第1热交换单元（1st热交换单元）U1是通过将第1流路板（1st用板）P1和冷却用板CP1交互地层叠而构成的。

（第1流路板）

如图4所示，第1流路板P1为例如不锈钢及氧化铝等的金属构成的厚度数毫米的长方形的平板。在图4所示的第1流路板P1的长度方向的两端部，在朝向图面的上端部的左侧穿设用于令从第1压缩机C1供给的氢气流入第1流路板P1的流体供给孔1IN而形成贯通孔。此外，在下端部的右侧，穿设用于令氢气从第1流路板P1流出的流体排出孔1OUT而形成贯通孔。即，流体供给孔1IN和流体排出孔1OUT形成在第1流路板P1的对角方向。

在形成有流体供给孔1IN和流体排出孔1OUT的第1流路板P1的一方的面即图4中的上表面上，氢气的流路形成为连接流体供给孔1IN和流体排出孔1OUT。借助该流路，从流体供给孔1IN流入的氢气沿着形成的流路流动，从流体排出孔1OUT向第1流路板外流出。

图5（a）是详细表示图4所示的第1流路板P1的构成的图。形成于第1流路板P1的流路以沿第1流路板P1的宽度方向弯折的方式形成多根，连接流体供给孔1IN和流体排出孔1OUT。该多根的流路形成为相互大致平行，相互不相交。从而，从流体供给孔1IN流入的氢气仅通过流入的一个流路而到达流体排出孔1OUT。

第1流路板P1的流路在第1流路板P1的宽度方向上弯折是为了能够在第1流路板P1的有限的面积内尽可能地加长流路，为了该目的，流路也可以为图4以及图5所示的弯折以外的轨迹。

这样的流路在本发明的技术领域中被称为微通道，为宽度1毫米左后的细流路。该被称为微通道的流路使用例如化学蚀刻等的蚀刻技术而形成。蚀刻为各向同性加工，所以流路的深度接近流路宽度的0.5倍，在本实施方式中，令该深度为流路宽度的0.4～0.6倍左右。

此外，在第1流路板P1的长度方向的两端部，朝向图面在上端部的右侧，穿设有作为用于令从第3压缩机C3供给的氢气向后述的第3流路板P3流入的贯通孔的流体供给孔3IN。此外，在下端部的左侧，穿设有作为用于令氢气从第3流路板P3流出的贯通孔的流体排出孔3OUT。这些流体供给孔3IN和流体排出孔3OUT不与第1流路板P1的流路相连。

此外，在与流体排出孔1OUT和流体排出孔3OUT相通的贯通孔之间，穿设作为令冷却水流入后述的冷却用板CP1的贯通孔的冷却水供给口，在与流体供给孔1IN和流体供给孔3IN相通的贯通孔之间，穿设有作为令冷水从后述的冷却用板CP1流出的贯通孔的冷却水排出口。这些冷却水IN和冷却水OUT不与第1流路板P1的流路相连。

这样的第1流路板P1的另一方的面即没有形成流路的未图示的下表面为平滑的面。

（冷却用板）

冷却用板CP1具有与第1流路板P1大致相同的构成，为与第1流路板P1相同的材质，在长度方向的两端部，在上端部在与第1流路板P1相同的位置形成有流体供给孔1IN、冷却水排出口、流体供给孔3IN，在下端部同样地在与第1流路板P1相同的位置形成流体排出孔1OUT、冷却水供给口、流体排出孔3OUT。

图5（b）是详细表示图4所示的冷却用板CP1的构成的图。形成于冷却用板CP1的流路也与第1流路板P1同样地在宽度方向上弯折地形成多根而连接冷却水供给口和冷却水排出口。该多个流路也与第1流路板P1同样地形成为相互大致平行，相互不相交。因而，从冷却水供给口流入的冷却水仅通过流入的一个流路而到达冷却水排出口。

这样的冷却用板CP1的另一方的面即没有形成流路的未图示的下表面为平滑的面。

第1热交换单元U1通过交互地层叠以上说明的第1流路板P1和冷却用板CP1而构成。首先，作为第1热交换单元U1的最下层使用冷却用板CP1，在其上层叠第1流路板P1，进而在其上层叠冷却用板CP1，以这样的方式在最下层的冷却用板CP1上交互地层叠数层第1流路板P1和冷却用板CP1而令最上层为冷却板CP1。

在此，层叠的第一流路板P1的张数为任意张，通过改变第1流路板P1的张数能够改变第1热交换单元U1的容量。这对于后述的第2热交换单元U2～第4热交换单元U4也适用，在本实施方式中，构成为第1热交换单元U1～第4热交换单元U4的各容量相同。

将这样地层叠了数层的第1流路板P1和冷却用板CP1在既定温度下加压，令第1流路板P1和冷却用板CP1的接合面相互扩散接合，则能够得到多个板变为一体的第1热交换单元U1。即，在冷却用板CP1上扩散接合的第1流路板P1的平滑的下表面变为冷却用板CP1的流路的盖，在第1流路板P1上扩散接合的冷却用板CP1的平滑的下表面变为第1流路板P1的流路的盖。

由于利用该扩散接合能够牢固地接合第1流路板P1和冷却用板CP1，所以第1热交换单元U1相对于供给的流体具有非常高的耐压性。

在以最接近的上层的下表面成为盖的方式扩散接合的第1热交换单元U1中，如果从流体供给孔1IN供给氢气，则流体供给孔1IN由于与第1流路板P1的流路相连所以氢气流入，与冷却用板CP1的流路由于冷却用板的上表面和第1流路板的下表面的接合而被隔绝，所以氢气不会流入冷却用板CP1的流路。

同样地，如果从冷却水供给口供给冷却水，则冷却水供给口由于与冷却用板CP1的流路相连，所以冷却水流入，但与第1流路板P1的流路由于第1流路板P1的上表面和冷却用板CP1的下表面的接合而被隔绝，所以冷却水不会流入第1流路板P1的流路。

（第3热交换单元）

第3热交换单元U3是配置在第1热交换单元U1的最接近的下方的热交换单元。用于第3热交换单元U3的第3流路板P3与第1流路板P1为大致相同的材质和大小的部件，形成有与第1流路板P1相同的流路。

（第3流路板）

在第3流路板P3中，没有形成于第1流路板P1的流体供给孔1IN和流体排出孔1OUT，形成有流体供给孔3IN和流体排出孔3OUT以及冷却水供给口和冷却水排出口。在作为第3流路板P3的一方的面的图4所示的上表面中形成有作为微通道的流路，利用该流路连接流体供给孔3IN和流体排出孔3OUT。

如果将该第3流路板P3和冷却用板CP1与第1热交换单元U1同样地层叠而在各板间进行扩散接合，则能够得到第3热交换单元U3。在第3热交换单元U3中，如果从流体供给孔3IN供给氢气，则流体供给孔3IN由于与第3流路板P3的流路相连而氢气流入，但与冷却用板CP1的流路由于冷却用板CP1的上表面和第3流路板P3的下表面的接合而被隔绝，所以氢气不会流入冷却用板CP1的流路。

同样地，如果从冷却水供给口供给冷却水，则冷却水供给口由于与冷却用板CP1的流路相连而冷却水流入，但与第3流路板P3的流路由于第3流路板P3的上表面和冷却用板CP1的下表面的接合而被隔绝，所以冷却水不会流入第3流路板P3的流路。

（第4热交换单元）

第4热交换单元U4是配置在第3热交换单元U3的最接近的下方的热交换单元。用于第4热交换单元U4的第4流路板P4为与第1流路板P1以及第3流路板P3为大致相同材质及大小的部件，形成有与第1流路板P1以及第3流路板P3相同的流路。

（第4流路板）

如图4所示，第4流路板P4具有令第3流路板P4的构成左右反转的构成，在对角线上形成的贯通孔是流体供给孔4IN和流体排出孔4OUT。第4流路板P4上也形成有冷却水供给口和冷却水排出口。在第4流路板P4的一方的面即图4所示的上表面上形成有作为微通道的流路，利用该流路连接流体供给孔4IN和流体排出孔4OUT。

如果将该第4流路板P4和冷却用板CP1与第1热交换单元U1以及第3热交换单元U3同样地层叠而将各板间扩散接合，则能够得到第4热交换单元U4。在第4热交换单元U4中，如果从流体供给孔4IN供给氢气，则流体供给孔4IN由于与第4流路板P4的流路相连所以氢气流入，但与冷却用板CP1的流路由于冷却用板CP1的上表面和第4流路板P4的下表面的接合而被隔绝，所以氢气不会流入冷却用板CP1的流路。

同样地，如果从冷却水供给口供给冷却水，则由于与第1热交换单元U1以及第3热交换单元U3相同的理由，冷却水不会流入第4流路板P4的流路。

（第2热交换单元）

第2热交换单元U2是配置在第4热交换单元U4的最接近的下方的热交换单元。用于第2热交换单元U2的第2流路板P2是与第1流路板P1、第3流路板P3、以及第4流路板P4为大致相同的材质及大小的部件，形成有与这些流路板同样的流路。

（第2流路板）

如图4所示，第2流路板P2具有令第1流路板P1的构成左右反转的构成，在与连结流体供给孔4IN和流体排出孔4OUT的对角线不同的另一方的对角线上形成的贯通孔是流体供给孔2和流体排出孔20UT。第2流路板P2上也形成有冷却水供给口和冷却水排出口。在第2流路板P2的一方的面即图4所示的上表面上形成有作为微通道的流路，利用该流路连接流体供给孔2IN和流体排出孔20UT。

如果将该第2流路板P2和冷却用板CP1与第1热交换单元U1、第3热交换单元U3、以及第4热交换单元U4同样地层叠而将各板间扩散接合，则能够得到第2热交换单元U2。在第2热交换单元U2中，如果从流体供给孔2IN供给氢气，则流体供给孔2IN由于与第2流路板P2的流路相连而氢气流入，但与冷却用板CP1的流路由于冷却用板CP1的上表面和第2流路板P2的下表面的接合而被隔绝，所以氢气不会流入冷却用板CP1的流路。

同样地，如果从冷却水供给口供给冷却水，则由于与第1热交换单元U1、第3热交换单元U3、以及第4热交换单元U4相同的理由，冷却水不会流入第2流路板P2。

将如上所述地得到的热交换单元U1～U4从上开始顺次地按照第1热交换单元U1、第3热交换单元U3、第4热交换单元U4、第2热交换单元U2的顺序层叠，进而将上端板3层叠在第1热交换单元U1的上表面、将下端板4层叠在第2热交换单元U2的下表面、借助扩散接合将热交换单元U1～U4以及上下端板3、4接合。

从而形成本实施方式的层叠型热交换器2a。在上端板3上与第1流路板P1同样地开设有流体供给孔1IN和流体排出孔1OUT、流体供给孔3IN和流体排出孔3OUT、以及冷却水供给口和冷却水排出口。在下端板4上开设有流体供给孔2IN和流体排出孔2OUT、以及流体供给孔4IN和流体排出孔4OUT。

在此，返回图2而参照层叠型热交换器2a的AA截面以及CC截面。

AA截面是包含上端板3中的流体供给孔1IN以及流体排出孔3OUT、下端板4中的流体供给孔4IN以及流体排出孔2OUT的面，是将层叠型热交换器2a沿层叠方向切断时的截面图。

此外，CC截面是包含上端板3中的流体供给孔3IN以及流体排出孔1OUT、及下端板4中的流体供给孔2IN以及流体排出孔4OUT的面，是将层叠型热交换器2a沿层叠方向切断时的截面图。

在上端板3中，流体供给孔1IN以及流体排出孔1OUT形成在一方的对角线上，流体供给孔3IN以及流体排出孔3OUT形成在另一方的对角线上。因而，AA截面中示出的流体供给孔1IN以及与流体供给孔1IN对应的CC截面中示出的流体排出孔1OUT形成为在各截面中令第1热交换单元U1内沿各热交换单元的层叠方向直接与外部连通。此外，CC截面中示出的流体供给孔3IN以及与流体供给孔3IN对应的AA截面中示出的流体排出孔3OUT形成为在各截面中贯通第1热交换单元U1而令第3热交换单元U3内沿着各热交换单元的层叠方向直接与外部连通。

此外，在下端板4中，流体供给孔4IN和流体排出孔4OUT形成在一方的对角线上，流体供给孔2IN和流体排出孔2OUT形成在另一方的对角线上。因而，AA截面中示出的流体供给孔4IN以及与流体供给孔4IN对应的CC截面中示出的流体排出孔4OUT形成为在各截面中贯通第2热交换单元U2而令第4热交换单元U4内沿着各热交换单元的层叠方向直接与外部连通。进而，CC截面中示出的流体供给孔2IN以及与流体供给孔2IN对应的AA截面中示出的流体排出孔2OUT形成为在各截面中令第2热交换单元U2内沿着各热交换单元的层叠方向直接与外部连通。

在此，参照图3所示的层叠型热交换器2a的BB截面。BB截面是包含上端板3中的冷却水供给口和冷却水排出口的面，是将层叠型热交换器2a沿层叠方向切断时的截面图。在上端板3中，冷却水供给口和冷却水0UT形成在沿着上端板3的长度方向的BB线上。因而，冷却水供给口和冷却水排出口在BB截面中都示出为形成在层叠型热交换器2a的全部的热交换单元U1～U4内。

这样一来，在本实施方式的层叠型热交换器2a中，多个热交换单元U1～U4的各自中设置有向各热交换单元供给流体的流体供给孔（供给孔）和将供给的流体排出的流体排出孔（排出孔）。设置于各热交换单元的供给孔以及排出孔形成为沿热交换单元U1～U4的层叠方向而直接与外部连通的长度，形成为在从上端板3以及下端板4看的平面视中的配置位置相互不重合。通过采用这样的构造，无需用于在各热交换器单元间保持压力的分隔壁等。

（热交换系统的动作）

接着参照图2以及图3说明层叠型热交换器2a和压缩机的连接。对于如上所述地形成有流体供给孔以及流体排出孔的层叠型热交换器2a的热交换单元U1～U4的各自，连接一一对应的各压缩机。即，将第1压缩机C1的排出口与上端板3的流体供给孔1IN连接，将上端板3的流体供给孔1OUT与第2压缩机C2的吸入口连接。接着，将第2压缩机C2的排出口与下端板4的流体供给孔2IN连接，将下端板4的流体供给孔2OUT与第3压缩机C3的吸入口连接。接着，将第3压缩机C3的排出口与上端板3的流体供给孔3IN连接，将上端板3的流体供给孔3OUT与第4压缩机C4的吸入口连接。最后，将第4压缩机C4的排出口与下端板4的流体供给孔4IN连接，将下端板4的流体供给孔4OUT与容器或者泵的填充口连接。

进而，将冷却水供给泵的冷却水排出口与上端板3的冷却水供给口连接，将冷却水排出口与排水管连接。利用该连接，构成从第1压缩机C1的吸入口到容器或者泵的填充口多级地压缩氢气并进行被压缩的氢气的热交换的热交换系统1a。

图3表示冷却水的流动。首先，令冷却水供给泵工作而从层叠型热交换器2a的上端板3的冷却水供给口连续地供给冷却水。供给的冷却水从自最上层的第1热交换单元U1贯通到最下层的第2热交换单元U2的冷却水供给口流入各热交换单元的冷却板的流路，充满流路并向从最上层的第1热交换单元U1贯通到最下层的第2热交换单元U2的冷却水排出口排出。由于借助冷却水供给泵持续地供给冷却水，所以在冷却板CP1的流路中流动并向冷却水排出口排出的冷却水从上端板3的冷却水排出口流出而被向排水管排出。这样一来，能够确保全部热交换单元U1～U4的冷却板CP1中的冷却水的流动。

此外，作为第一级的设备的第1压缩机C1压缩氢气，压力升高并且温度也上升的氢气被从第1压缩机C1的排出口向上端板3的流体供给孔1IN送出。

如图2的AA截面所示，向流体供给孔1IN供给的氢气作为氢气流（1）而流入第1热交换单元U1的第1流路板P1的流路。流入第1流路板P1的高温的氢气在第1流路板P1的流路中流动期间与在其上下层叠的冷却用板CP1中流动的冷却水热交换而被冷却。

如图2的CC截面所示，被第1热交换单元U1冷却后的氢气流（1）从第1流路板P1的流路向流体排出孔1OUT排出，从上端板3的流体排出孔1OUT流入作为第二级的设备的第2压缩机C2的吸入口。第2压缩机C2压缩氢气，而压力和温度上升了的氢气被从第2压缩机C2的排出口向下端板4的流体供给孔2IN送出。

如图2的CC截面所示，向流体供给孔2IN供给的氢气作为氢气流（2）而流入第2热交换单元U2的第2流路板P2的流路。流入第2流路板P2的高温的氢气在第2流路板P2的流路中流动期间与在其上下层叠的冷却用板CP1中流动的冷却水热交换而被冷却。

如图2的AA截面所示，在第2热交换单元U2中被冷却后的氢气流（2）从第2流路板P2的流路向流体排出孔20UT排出，从下端板4的流体排出孔2OUT流入作为第三级的设备的第3压缩机C3的吸入口。第3压缩机C3对被第1压缩机C1以及第2压缩机C2压缩的氢气进一步压缩，压力和温度上升了的氢气被从第3压缩机C3的排出口向上端板3的流体供给孔3IN送出。

如图2的CC截面所示，向流体供给孔3IN供给的氢气作为氢气流（3）流入第3热交换单元U3的第3流路板P3的流路。流入第3流路板P3的高温的氢气在第3流路板P3的流路中流动期间与在其上下层叠的冷却用板CP1中流动的冷却水热交换而被冷却。

如图2的AA截面所示，在第3热交换单元U3中被冷却后的氢气流（3）从第3流路板P3的流路向流体排出孔3OUT排出，从上端板3的流体排出孔3OUT流入作为最终级的第4级的设备的第4压缩机C4的吸入口。第4压缩机C4将直到第3压缩机C3被压缩的氢气进一步压缩到目标压力，压力和温度上升了的氢气被从第4压缩机C4的排出口向下端板4的流体供给孔4IN送出。

如图2的CC截面所示，向流体供给孔4IN供给的氢气作为氢气流（4）流入第4热交换单元U4的第4流路板P4的流路。流入第4流路板P4的高温的氢气在第4流路板P14的流路中流动期间与在其上下层叠的冷却用板CP1中流动的冷却水热交换而被冷却。

如图2的AA截面所示，在第4热交换单元U4中被冷却的氢气流（4）从第4流路板P4的流路向流体排出孔4OUT排出，从下端板4的流体排出孔4OUT供给填充至容器或者泵的填充口。

这样一来，基于本实施方式的热交换系统1a使用层叠多个热交换单元U1～U4而成为一体的层叠型热交换器2a，对于被多个压缩机C1～C4多级地压缩的流体，在每次被各级压缩机压缩时在对应的热交换单元中进行热交换。

图6的AA截面图中表示本实施方式的上端板3和第1热交换单元U1的差压、邻接的热交换单元间的差压、第2热交换单元U2和下端板4的差压（△P）。上端板3和第1热交换单元U1的差压为5MPa，第1热交换单元U1和第3热交换单元U3的差压为20MPa，第3热交换单元U3和第4热交换单元U4的差压为30MPa，第4热交换单元U4和第2热交换单元U2的差压为40MPa，第2热交换单元U2和下端板4的差压为10MPa。

在热交换系统1a的构成中，以防止由于层叠型热交换器2a的运转变动导致的设备的损伤为目的，期望确定各级压缩机和各热交换单元的对应关系以令层叠型热交换器2a的各差压的合计变为最小。在本实施方式中，第1热交换单元U1与第1压缩机C1一一对应，但也可以构成为与第1压缩机C1以外的第2压缩机C2～第4压缩机U4的任意某个对应。

例如，考虑令第1热交换单元U1与第3压缩机C3对应，令第2热交换单元U2与第1压缩机对应，令第3热交换单元U3与第4压缩机C4对应，令第4热交换单元U4与第2压缩机C2对应的情况。此时，氢气以第1压缩机C1、第2热交换单元U2、第2压缩机C2、第4热交换单元U4、第3压缩机C3、第1热交换单元U1、第4压缩机C4、第3热交换单元U3的顺序通过而被供给并被填充至容器或者泵的填充口。

[第2实施方式]

参照图7～图9说明本发明的第2实施方式的热交换系统1b。

本实施方式的热交换系统1b进行将六台压缩机C1～C6和6个热交换单元U1～U6串联地连接的六级压缩。即，层叠六个热交换单元U1～U6的层叠型热交换器2b的构成与第1实施方式的层叠型热交换器2a的构成不同，所以以下进行详细说明。

本实施方式的层叠型热交换器2b与第1实施方式的层叠型热交换器2a的不同点在于，冷却板CP2的构成与第1实施方式的层叠型热交换器2a的冷却板CP1不同、以及增加了第5热交换单元U5和第6热交换单元U6。第1流路板P1～第4流路板P4以及上下端板3、4的构成与第1实施方式相同。

图7表示本实施方式的层叠型热交换器2b中使用的冷却用板CP2的构成。图7所示的冷却用板CP2是在沿着冷却用板CP2的长度方向的一方的长边侧作为冷却水供给口而流路开放、在另一方的长边侧作为冷却水排出口而流路开放的板。冷却水供给口和冷却水排出口形成在大致沿着冷却板CP2的对角方向的位置。形成于冷却板CP2的流路在冷却板CP2的宽度方向上弯折地形成多根而连接冷却水供给口和冷却水排出口。

冷却板CP2在长度方向的两端侧具有能够与流体供给孔1IN～4IN、流体排出孔1OUT～40UT、后述的流体供给孔5IN、6IN、以及流体5OUT、6OUT对应的贯通孔。

使用这样的冷却板CP2而与第1实施方式同样地层叠第1流路板P1而构成第1热交换单元U1，层叠第2流路板P2而构成第2热交换单元U2。进而，层叠第3流路板P3而构成第3热交换单元U3，层叠第4流路板P4而构成第4热交换单元U4。

第5流路板P5以及第6流路板P6为与第1实施方式的冷却用板CP1大致相同的构成，第1实施方式的冷却用板CP1中的冷却水排出口在第5流路板P5中作为5IN工作，冷却水供给口作为5OUT工作。同样地，第6流路板P6具有贯通孔6IN和贯通孔6OUT。

因而，如图8以及图9所示，在上端板3中，在与第6流路板P6的6IN、6OUT对应的位置形成有贯通孔6IN、6OUT，在下端板4中，在与第5流路板P5的5IN、5OUT对应的位置形成有贯通孔5IN、5OUT。

与第1热交换单元U1～第4热交换单元U4同样地，使用冷却用板CP2和第5流路板P5构成第5热交换单元U5，使用冷却用板CP2和第6流路板P6而构成第6热交换单元U6。

将如上所述地得到的热交换单元U1～U6从上顺次地以第1热交换单元U1、第3热交换单元U3、第6热交换单元U6、第4热交换单元U4、第5热交换单元U5、第2热交换单元U2的顺序层叠，进而在第1热交换单元U1的上表面上层叠上端板3，在第2热交换单元U2的下表面层叠下端板4，将热交换单元U1～U6以及上下端板3、4利用扩散接合而接合。

由此，形成本实施方式的层叠型热交换器2b。在上端板3上与第1流路板P1同样地开设有流体供给孔1IN和流体排出孔1OUT、流体供给孔3IN和流体排出孔3OUT、以及6IN和6OUT。在下端板4上，开口有流体供给孔2IN和流体排出孔2OUT、流体供给孔4IN和流体排出孔4OUT、以及5IN和5OUT。在此，在第4流路板P4中也可以没有与流体供给孔5IN、6IN、以及流体5OUT、6OUT对应的贯通孔。

通过层叠第1热交换单元U1～第6热交换单元U6，在层叠型热交换器2b的侧方，沿层叠型热交换器2b的上下的高度方向开口有冷却用板CP2的冷却水供给口和冷却水排出口。在这些冷却水供给口和冷却水排出口上安装集水箱5，其沿层叠型热交换器2b的上下的高度方向向冷却水供给口和冷却水排出口的各自形成公用的流路。从而，供给到冷却水供给口侧的集水箱5的冷却水从层叠的各冷却用板CP2的冷却水供给口流入流路，从各冷却用板CP2的冷却水供给口流出的冷却水通过冷却水供给口侧的集水箱5而被排出。通过该集水箱5的安装而完成本实施方式的层叠型热交换器2b。

在本实施方式中，在层叠型热交换器2b的多个热交换单元U1～U6的各自中，设置有向各热交换单元供给流体的流体供给孔（供给孔）、和将供给的流体排出的流体排出孔（排出孔）。设置于各热交换单元的供给孔以及排出孔形成为沿着热交换单元U1～U6的层叠方向直接与外部连通的长度，形成为从上端板3以及下端板4看的平面视中的配置位置相互不重合。

在本实施方式中，使用上述的层叠型热交换器2b和六台压缩机C1～C6而对氢气进行六级压缩。与以第1热交换单元U1和第1压缩机C1、第2热交换单元U2和第2压缩机C2、……第5热交换单元U5和第5压缩机C5、以及第6热交换单元U6和第6压缩机C6的顺序对应，构成六台压缩机C1～C6经由层叠型热交换器2b串联地连接的六级热交换系统1b。

如图8以及图9所示，氢气在该热交换系统1b中作为氢气流（1）～氢气流（6）通过，则氢气一边被六级地压缩一边被加压为目标压力。此时，热交换系统1b优选构成为邻接的热交换单元的差压的合计最小。

本次示出的实施方式的所有要点仅为例示，并不应该认为用于限定。特别地，在本次公开的实施方式中，没有明确地公开的事项例如动作条件及测定条件、各种参数、构成物的尺寸、重量、体积等没有脱离本领域技术人员通常实施的范围，只要为通常的从业者，采用能够容易地想到的值。

例如，在第1实施方式中，说明了将4台压缩机C1～C4和四个热交换单元U1～U4串联地连接而构成的四级压缩，但也可以是将两台压缩机和两个热交换单元串联地连接而构成的两级压缩两个并列地排列的构成。当然，也可以是将一级的压缩和三级的压缩并列地排列的构成。

在第2实施方式中，说明了将六台压缩机C1～C6和六个热交换单元U1～U6串联地连接而构成的六级的压缩，但也可以构成为将一级的压缩和五级的压缩并列地、将两级的压缩和四级的压缩并列地、将三级的压缩和三级的压缩并列地排列。

此外，作为热交换系统1a、1b的流体例示了氢气，但作为流体，不限定于氢气，也能够采用其他的气体及液体。此时，供给至冷却用板CP1、CP2的冷却介质能够根据供给的流体的种类而适宜地变更。此外，本发明也涉及热交换系统，也可以通过令加热介质流过而将冷却用板用作加热用板而对流体加热。

Claims

1.一种热交换系统，具有：串联地连接的多级式压缩机中的各压缩机，令流体发生热量的变化；层叠型热交换器，层叠热交换单元而成，所述热交换单元进行由于上述串联地连接的多级式压缩机中的各压缩机而热量发生了变化的流体的热交换，

上述层叠型热交换器为，

将进行从串联地连接的多级式压缩机中的各压缩机送出的流体的热交换的多个热交换单元层叠，

上述热交换单元具有层叠多个流路板的构造，

上述流路板具有形成于表面的凹状的槽作为上述流体的流路，

上述流路板为平板。