JP2017166775A - 積層型流体加温器及び積層型流体加温器による流体の加温方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加温媒体が凝固することがあるとしても、流体加温器の運転停止をすることなく、加温媒体による加温対象媒体の加温を継続できるようにする。【解決手段】積層型流体加温器は、加温対象媒体が導入される複数の低温側流路２７ａが形成された第１低温層２７と、加温対象媒体を加温するための加温媒体が導入される複数の高温側流路３１ａが形成された第１高温層３１と、加温媒体が導入される複数の高温側流路３２ａが形成された第２高温層３２と、を備える。低温側流路２７ａに導入される加温対象媒体の温度は、加温媒体の凝固点よりも低い。複数の高温側流路３１ａには、第１高温層３１を構成する金属材を介して互いに隣り合う高温側流路３１ａが含まれている。第１高温層３１の複数の高温側流路３１ａと第２高温層３２の複数の高温側流路３２ａとは、第２高温層３２を構成する金属材を介して、互いに隣り合っている。【選択図】図２

Description

本発明は、積層型流体加温器及び積層型流体加温器による流体の加温方法に関するものである。

従来、例えば特許文献１に開示されているように、液化天然ガス等の極低温の流体を加温する流体加温器が知られている。特許文献１に開示された流体加温器は、加温媒体（温水）が供給されるシェルと、シェル内に配置され、気化対象媒体である液化天然ガス等の極低温の液状流体が供給される複数列の伝熱管とを備えている。すなわち、流体加温器はいわゆるシェルアンドチューブ式の熱交換器によって構成されている。この流体加温器では、伝熱管内を流れる極低温の液状流体が、伝熱管周囲の加温媒体によって加熱されて気化する。

特開２０１０−３８３３０号公報

特許文献１に開示された流体加温器のように、複数列の伝熱管を備えた構成の場合、伝熱管周囲の加温媒体が、伝熱管内を流れる極低温の液状流体によって冷却されて凝固することがある。加温媒体が一旦凝固し始めると、伝熱管周囲に加温媒体が流れにくくなるため、凝固が成長し易くなり、やがては隣り合う伝熱管同士の間隙を閉塞してしまう。そうなると、加温媒体による加温対象媒体の加温ができなくなってしまうため、凝固した加温媒体を融解させる必要がある。しかしながら、シェルアンドチューブ式の熱交換器の場合、凝固した加温媒体を融解させるには、流体加温器の運転を停止しなければならないという問題がある。

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、加温媒体が凝固することがあるとしても、流体加温器の運転停止をすることなく、加温媒体による加温対象媒体の加温を継続できるようにすることにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、加温対象媒体が導入される複数の低温側流路が形成された第１低温層と、前記第１低温層に隣接し、前記加温対象媒体を加温するための加温媒体が導入される複数の高温側流路が形成された第１高温層と、を備え、前記複数の低温側流路に導入される前記加温対象媒体の温度が前記加温媒体の凝固点よりも低く、前記複数の高温側流路には、前記第１高温層を構成する部材を介して互いに隣り合う高温側流路が含まれている、積層型流体加温器である。

本発明では、第１高温層の複数の高温側流路には、第１高温層を構成する部材を介して互いに隣り合う高温側流路が含まれている。このため、ある高温側流路を流れる加温媒体の熱が、その隣の高温側流路を流れる加温媒体に第１高温層を構成する部材を通じて伝わる。つまり、第１高温層を構成する部材における高温側流路間の部位は、高温に維持されやすい。このため、加温対象媒体の温度が加温媒体の凝固点よりも低いとしても、加温媒体の温度を凝固点以上に維持し易くすることができる。仮に、ある高温側流路を流れる加温媒体の一部が凍り出したとしても、その隣の高温側流路を流れる加温媒体の熱により、凝固し出した加温媒体を融解させることができる。したがって、加温流体の一部が凝固することがあったとしても、積層型流体加温器の運転を継続することが可能となる。

前記第１高温層には、前記加温媒体と同じ流体からなる加温媒体が導入される複数の高温側流路が形成された第２高温層が隣接していてもよい。この場合、前記第１高温層の複数の高温側流路と前記第２高温層の複数の高温側流路とは、前記第１高温層を構成する部材及び前記第２高温層を構成する部材の少なくとも一方を介して、互いに隣り合っていてもよい。

この態様では、第１高温層を構成する部材及び第２高温層を構成する部材の少なくとも一方を介して、第２高温層の高温側流路を流れる加温媒体の熱が、その隣の第１高温層の高温側流路を流れる加温媒体に伝わる。換言すれば、第１高温層の高温側流路と第２高温層の高温側流路との間の部位は、加熱対象媒体によって冷却され難いため、高温に維持され易い。このため、第１高温層の高温側流路を流れる加温媒体が低温側流路の加温対象媒体によって冷却されるとしても、高温側流路間の高温に維持される部位によって、加温媒体が加温されるため、加温媒体が凍ることをより抑制することができる。

前記第２高温層には、前記加温対象媒体と同じ流体からなる加温対象媒体が導入される複数の低温側流路が形成された第２低温層が隣接していてもよい。この態様では、第２高温層の高温側流路を流れる加温媒体が第２低温層の低温側流路の加温対象媒体によって冷却される。しかしながら、第１高温層の高温側流路と第２高温層の高温側流路との間の部位が高温に維持されるため、第２高温層の高温側流路を流れる加温媒体が凝固することを抑制することができる。

前記第２高温層には、前記加温媒体と同じ流体からなる加温媒体が導入される複数の高温側流路が形成された第３高温層が隣接していてもよい。この場合、前記第２高温層の複数の高温側流路と前記第３高温層の複数の高温側流路とは、前記第２高温層を構成する部材及び前記第３高温層を構成する部材の少なくとも一方を介して、互いに隣り合っていてもよい。

この態様では、第２高温層には第３高温層が積層されている。すなわち、第２高温層は、第１高温層と第３高温層とによって挟まれており、低温層には隣接していない。このため、第２高温層の高温側流路を流れる加温媒体は、第１高温層の高温側流路を流れる加温媒体を加温するとともに、第３高温層の高温側流路を流れる加温媒体を加温する。したがって、第１高温層の高温側流路を流れる加温媒体及び第３高温層の高温側流路を流れる加温媒体が凝固することをより抑制することができる。

前記第３高温層には、前記加温対象媒体と同じ流体からなる加温対象媒体が導入される複数の低温側流路が形成された第２低温層が積層されていてもよい。

この態様では、第３高温層の高温側流路を流れる加温媒体が第２低温層の低温側流路の加温対象媒体によって冷却される。しかしながら、第２高温層の高温側流路と第３高温層の高温側流路との間の部位が高温に維持されるため、第３高温層の高温側流路を流れる加温媒体が凝固することを抑制することができる。

前記積層型流体加温器は、前記第１高温層の前記複数の高温側流路に導入される加温媒体と、前記第２高温層の前記複数の高温側流路とに導入される加温媒体とを供給する高温側供給ヘッダを備えていてもよい。

この態様では、例えば、第１高温層の高温側流路を流れる加温媒体の一部が凝固した場合、当該高温側流路の流路抵抗が高くなる。このため、高温側供給ヘッダから供給される加温媒体は、第２高温層の高温側流路により流れ易くなる。したがって、第２高温層の高温側流路を流れる加温媒体によって、第１高温層の高温側流路を流れる加温流体をより加温することができる。したがって、高温側流路への加温媒体の供給流量を調整する手段を新たに設けなくても、供給流量を自動的に調整することができる。

前記積層型流体加温器は、前記第１高温層の前記複数の高温側流路に加温媒体を供給する第１高温側供給ヘッダと、前記第２高温層の前記複数の高温側流路に加温媒体を供給する第２高温側供給ヘッダと、前記第１高温側供給ヘッダ及び前記第２高温側供給ヘッダへの供給割合を調整する調整部と、を備えていてもよい。

この態様では、調整部によって、第１高温層の高温側流路に供給される加温媒体の流量と、第２高温層の高温側流路に供給される加温媒体の流量を調整することができる。したがって、例えば、高温側流路の圧力損失等に基づいて、高温側流路への供給量を調整することにより、加温媒体の一部が凝固した場合においても、積層型流体加温器の運転を継続することができる。

前記複数の低温側流路に導入される前記加温対象媒体の温度が−４０℃以下であってもよい。

本発明は、第１低温層と、前記第１低温層に隣接した第１高温層とを備えた積層型流体加温器を用い、前記積層型流体加温器の前記第１低温層に形成された複数の低温側流路に加温対象媒体を導入し、前記第１高温層を構成する部材を介して互いに隣り合う高温側流路が含まれているように前記第１高温層に形成された複数の高温側流路に加温媒体を導入して、前記加温媒体によって前記低温側流路を流れる前記加温対象媒体を加温し、前記複数の低温側流路に導入される前記加温対象媒体の温度が前記加温媒体の凝固点よりも低い、積層型流体加温器による流体の加温方法である。

前記積層型流体加温器による流体の加温方法において、前記第１高温層を構成する部材及び第２高温層を構成する部材の少なくとも一方を介して、前記第１高温層の複数の高温側流路に隣り合うように前記積層型流体加温器の前記第２高温層に形成された複数の高温側流路にも加温媒体を導入してもよい。

この加温方法では、第２高温層の高温側流路を流れる加温媒体によって、第１高温層の高温側流路を流れる加温媒体を加温することができる。この第１高温層の高温側流路を流れる加温媒体によって、低温側流路を流れる加温対象媒体を加温することができる。

前記積層型流体加温器による流体の加温方法において、前記第２高温層を構成する部材及び第３高温層を構成する部材の少なくとも一方を介して、前記第２高温層の複数の高温側流路に隣り合うように前記積層型流体加温器の前記第３高温層に形成された複数の高温側流路にも加温媒体を導入してもよい。

この加温方法では、第２高温層の高温側流路と第３高温層の高温側流体とは、第２高温層を構成する部材及び第３高温層を構成する部材を介して、隣り合っているため、第２高温層の高温側流路を流れる加温媒体は冷却されにくい。この第２高温層の高温側流路を流れる加温媒体によって、第１高温層の高温側流路を流れる加温媒体を加温することができる。そして、この第１高温層の高温側流路を流れる加温媒体によって、低温側流路を流れる加温対象媒体を加温することができる。

前記積層型流体加温器による流体の加温方法において、前記第１高温層の前記複数の高温側流路と、前記第２高温層の前記複数の高温側流路とに、同じ供給ヘッダから加温媒体を供給してもよい。

この加温方法では、例えば、第１高温層の高温側流路を流れる加温媒体の一部が凝固した場合、当該高温側流路における加温媒体の流動抵抗が高くなる。このため、供給ヘッダから供給される加温媒体は、第２高温層の高温側流路により流れ易くなる。したがって、第２高温層の高温側流路を流れる加温媒体によって、第１高温層の高温側流路を流れる加温流体をより加温することができる。したがって、高温側流路への加温媒体の供給流量を調整する手段を新たに設けなくても、供給流量を自動的に調整することができる。

前記積層型流体加温器による流体の加温方法において、前記第１高温層の前記複数の高温側流路と、前記第２高温層の前記複数の高温側流路とに、異なる供給ヘッダから加温媒体を供給し、これらの供給ヘッダへの加温媒体の供給割合を調整してもよい。

この加温方法では、第１高温層の高温側流路に供給される加温媒体の流量と、第２高温層の高温側流路に供給される加温媒体の流量を調整することができる。したがって、例えば、高温側流路の圧力損失等に基づいて、高温側流路への供給量を調整することにより、加温媒体の一部が凝固した場合においても、積層型流体加温器の運転を継続することができる。また、各流路に供給される加熱媒体の温度の個別管理も可能であり、効率良く加温が可能である。

以上説明したように、本発明によれば、加温媒体が凝固することがあるとしても、流体加温器の運転停止をすることなく、加温媒体による加温対象媒体の加温を継続することができる。

本発明の第１実施形態に係る積層型流体加温器を概略的に示す図である。 前記積層型流体加温器に設けられた積層体の要部断面図である。 （ａ）第１低温層を形成するための金属板の構成を示す図であり、（ｂ）第１高温層を形成するための金属板の構成を示す図であり、（ｃ）第２高温層を形成するための金属板の構成を示す図である。 加温媒体の一部が凝固した状態を示す図２相当の図である。 積層体内の温度分布を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る積層型流体加温器を概略的に示す図である。 （ａ）本発明の第２実施形態における第１低温層を形成するための金属板の構成を示す図であり、（ｂ）本発明の第２実施形態における第１高温層を形成するための金属板の構成を示す図であり、（ｃ）本発明の第２実施形態における第２高温層を形成するための金属板の構成を示す図である。 本発明のその他の実施形態における積層体の要部断面図である。 本発明のその他の実施形態における積層体の要部断面図である。

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。

（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態に係る積層型流体加温器１０は、低温層（低温領域）と高温層（高温領域）とが互いに隣接する構造の積層体１２と、積層体１２に固定されたヘッダ２１，２２，２３，２４とを備えている。図２に示すように、低温層には、第１低温層（第１低温領域）２７及び第２低温層（第２低温領域）２８が含まれている。これら第１低温層２７及び第２低温層２８には、加温対象媒体が導入される複数の低温側流路２７ａ，２８ａが設けられている。高温層には、第１高温層（第１高温領域）３１、第２高温層（第２高温領域）３２及び第３高温層（第３高温領域）３３が含まれている。これら各層３１，３２，３３には、加温対象媒体を加温するための加温媒体が導入される複数の高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａが形成されている。加温対象媒体としては、例えば、液化天然ガス、液化窒素、液化水素等の極低温の液化ガスや、メタンガス、エタンガス、プロパンガス等の低温のガスを例示することができる。加温媒体としては、温水、海水、エチレングリコール等の液状の流体を例示することができる。ただし、加温対象媒体及び加温媒体は、加温対象媒体の温度が加温媒体の凝固点よりも低くなる関係となっている。このため、加温媒体が加温対象媒体によって冷却されることによって、加温媒体が部分的に凝固することがあり得る。積層体１２内に導入される前の加温対象媒体の温度は、例えばグリコール水（５０重量％）の凝固点となる−４０℃以下であってもよい。また、−１００℃以下であってもよい。あるいは、加温対象媒体は、−４０℃以上であっても、例えば超臨界状態となった流体であってもよい。

ヘッダとしては、複数の低温側流路２７ａ，２８ａに加温対象媒体を分配する低温側供給ヘッダ２１と、複数の高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａに加温媒体を分配する高温側供給ヘッダ２２と、複数の低温側流路２７ａ，２８ａを流れた加温対象媒体を合流させる低温側集合ヘッダ２３と、複数の高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａを流れた加温媒体を合流させる高温側集合ヘッダ２４とが設けられている。

積層型流体加温器１０は、以下説明するように、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。

低温層には、第１低温層２７及び第２低温層２８が含まれている。第１低温層２７及び第２低温層２８は、それぞれ熱伝導性の高い材質の金属材によって構成されている。第１低温層２７及び第２低温層２８には、それぞれ複数の低温側流路２７ａ，２８ａが形成されている。言い換えると、第１低温層２７は、複数の低温側流路２７ａを含む偏平な領域として形成されている。また、第２低温層２８は、複数の低温側流路２８ａを含む偏平な領域として形成されている。

後述するように、第１低温層２７及び第２低温層２８は何れも、金属板同士を拡散接合することによって形成されたものである。また、各低温側流路２７ａ，２８ａは、拡散接合前の金属板の一方の面に互いに間隔をおいて溝を配置することによって形成されたものである。このため、各低温側流路２７ａは、湾曲状に形成された内周面と、この内周面の両端同士を繋ぐ平坦な内周面とを有する。そして、各低温側流路２７ａは、平坦な内周面によって一平面が構成されるように並んでいる。第２低温層２８の低温側流路２８ａも同様である。

高温層には、第１高温層３１、第２高温層３２及び第３高温層３３が含まれている。第１高温層３１、第２高温層３２及び第３高温層３３は、それぞれ熱伝導性の高い材質の金属材によって構成されている。第１高温層３１、第２高温層３２及び第３高温層３３には、それぞれ複数の高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａが形成されている。言い換えると、第１高温層３１は、複数の高温側流路３１ａを含む偏平な領域として形成されている。また、第２高温層３２は、複数の高温側流路３２ａを含む偏平は領域として形成されている。また、第３高温層３３は、複数の高温側流路３３ａを含む偏平な領域として形成されている。

後述するように、第１高温層３１、第２高温層３２及び第３高温層３３は何れも、金属板同士を拡散接合することによって形成されたものである。また、各高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａは、拡散接合前の金属板の一方の面に互いに間隔をおいて溝を配置することによって形成されたものである。このため、各高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａは、湾曲状に形成された内周面と、この内周面の端部同士を繋ぐ平坦な内周面とを有する。そして、各高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａは、平坦な内周面によって一平面が構成されるように並んでいる。そして、第１高温層３１の高温側流路３１ａには、第１高温層３１を構成する部材を介して互いに隣り合う高温側流路３１ａが含まれている。また、第２高温層３２の高温側流路３２ａ及び第３高温層３３の高温側流路３３ａについても同様である。

第１低温層２７の一方側（図２における上側）には、第１高温層３１、第２高温層３２、第３高温層３３及び第２低温層２８がこの順に隣接している。つまり、第１低温層２７と第２低温層２８との間に第１高温層３１、第２高温層３２及び第３高温層３３が配置されている。各層２７，３１，３２，３３，２８を形成するための金属板同士は、拡散接合によって互いに接合される。このため、隣り合う層同士の間の境界が残っているわけではない。すなわち、積層体１２は、複数の低温側流路２７ａが並ぶように配置された領域からなる第１低温層２７と、複数の高温側流路３１ａが並ぶように配置された領域からなる第１高温層３１とが、明確に境界を介することなく、互いに隣接した構成となっている。その他の層についても同様となっている。

ここで、拡散接合とは、金属板同士を互いに密着させ、金属板を構成する素材の融点以下の温度条件で、かつ塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧して、接合面間に生じる原子の拡散を利用して金属板同士を接合する方法である。このため、隣接する層間の境界が明確に現れているわけではない。なお、各層は、拡散接合によって接合されるものに限られない。この場合、層同士の境界が現れていてもよい。

第１高温層３１は、第１低温層２７を構成する金属板における低温側流路２７ａが形成された面（低温側流路２７ａの平坦な内周面を含む仮想的な平面）に対向している。そして、第１高温層３１の高温側流路３１ａは、第１高温層３１を構成する金属板における第１低温層２７とは反対側を向く面に形成されている。すなわち、高温側流路３１ａは、第１高温層３１内における第１低温層２７よりも第２高温層３２に近い側に位置している。このため、第１高温層３１の高温側流路３１ａを流れる加温媒体の熱は、第１高温層３１を構成する金属材を介して第１低温層２７の低温側流路２７ａを流れる加温対象媒体に伝わる。言い換えると、第１高温層３１を流れる加温媒体は、第１高温層３１を構成する金属材を介して、第１低温層２７の低温側流路２７ａを流れる加温対象媒体によって冷却される。

第２高温層３２は、第１高温層３１を構成する金属板における高温側流路３１ａが形成された面（高温側流路３１ａの平坦な内周面を含む仮想的な平面）に対向している。そして、第２高温層３２の高温側流路３２ａは、第２高温層３２を構成する金属板における第１高温層３１とは反対側を向く面に形成されている。すなわち、高温側流路３２ａは、第２高温層３２内における第１高温層３１よりも第３高温層３３に近い側に位置している。このため、第１高温層３１の複数の高温側流路３１ａと第２高温層３２の複数の高温側流路３２ａとは、第２高温層３２を構成する金属材を介して、互いに隣り合っている。したがって、第２高温層３２の高温側流路３２ａを流れる加温媒体の熱は、第２高温層３２を構成する金属材を介して、第１高温層３１の高温側流路３１ａを流れる加温媒体に伝わる。

第３高温層３３は、第２高温層３２を構成する金属板における高温側流路３２ａが形成された面（高温側流路３２ａの平坦な内周面を含む仮想的な平面）に対向している。また、第３高温層３３は、第２低温層２８を構成する金属板における低温側流路２８ａが形成された面とは反対側の面に対向している。

第３高温層３３の高温側流路３３ａは、第３高温層３３を構成する金属板における第２高温層３２とは反対側を向く面、すなわち第３高温層３３を構成する金属板における第２低温層２８に対向する面に形成されている。すなわち、高温側流路３３ａは、第３高温層３３内における第２高温層３２よりも第２低温層２８に近い側に位置している。このため、第２高温層３２の複数の高温側流路３２ａと第３高温層３３の複数の高温側流路３３ａとは、第３高温層３３を構成する金属材を介して、互いに隣り合っている。したがって、第２高温層３２を流れる加温媒体の熱は、第３高温層３３を構成する金属材を介して、第３高温層３３の高温側流路３３ａを流れる加温部材にも伝わる。

第２低温層２８の低温側流路２８ａは、第２低温層２８を構成する金属板における第３高温層３３とは反対側を向く面に形成されている。すなわち、低温側流路２８ａは、第２低温層２８内における第３高温層３３よりも第１高温層３１に近い側に位置している。このため、第３高温層３３の複数の高温側流路３３ａと第２低温層２８の複数の低温側流路２８ａとは、第２低温層２８を構成する金属材を介して、互いに隣り合っている。したがって、第３高温層３３の高温側流路３３ａを流れる加温媒体の熱は、第２低温層２８を構成する金属材を介して第２低温層２８の低温側流路２８ａを流れる加温対象媒体に伝わる。言い換えると、第３高温層３３を流れる加温媒体は、第２低温層２８を構成する金属材を介して、第２低温層２８の低温側流路２８ａを流れる加温対象媒体によって冷却される。

第１高温層３１と第３高温層３３とは全く同一の構成である。第２高温層３２を構成する金属板は、第１高温層３１を構成する金属板よりも薄く形成されている。そして、第２高温層３２の高温側流路３２ａは、第１高温層３１の高温側流路３１ａの断面積よりも小さく形成されている。なお、金属板の厚みの関係及び流路断面積の関係はこれに限られるものではなく、この逆の関係となっていてもよい。

図示省略しているが、積層体１２における高温層及び低温層の積層方向における両端部にはそれぞれ端板が配置されており、端板間に積層体１２が挟み込まれた構成となっている。

図３（ａ）に示すように、第１低温層２７（第２低温層２８）の低温側流路２７ａ（２８ａ）は、ジグザグ状に形成されている。そして、低温側流路２７ａ（２８ａ）の流入口（一端部）２７ｂ（２８ｂ）は、低温側供給ヘッダ２１の内部空間に開口しており、低温側流路２７ａ（２８ａ）の流出口（他端部）２７ｃ（２８ｃ）は、低温側集合ヘッダ２３の内部空間に開口している。したがって、低温側供給ヘッダ２１内の加温対象媒体は、第１低温層２７及び第２低温層２８の低温側流路２７ａ，２８ａに流入する。そして、第１低温層２７及び第２低温層２８の低温側流路２７ａ，２８ａを流れた加温対象媒体は、いずれも低温側集合ヘッダ２３に流入する。なお、低温側流路２７ａ，２８ａの形状は、ジグザグ状に限られるものではなく、種々の形状が採用され得る。各流路の形状についても、ストレート流路や波形流路など種々の形状が採用され得る。

第１高温層３１（第３高温層３３）の高温側流路３１ａ（３３ａ）は、図３（ｂ）に示すように、直線状に形成されている。また、第２高温層３２の高温側流路３２ａも、図３（ｃ）に示すように、直線状に形成されている。そして、高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａの流入口（一端部）３１ｂ，３２ｂ，３３ｂは、いずれも高温側供給ヘッダ２２の内部空間に開口しており、高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａの流出口（他端部）３１ｃ，３２ｃ，３３ｃは、何れも高温側集合ヘッダ２４の内部空間に開口している。したがって、高温側供給ヘッダ２２内の加温媒体は、第１高温層３１から第３高温層３３の高温側流路３３ａに分かれて流入する。そして、第１高温層３１から第３高温層３３の高温側流路３３ａを流れた加温媒体は、いずれも高温側集合ヘッダ２４に流入する。なお、高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａの形状は、直線状に限られるものではなく、種々の形状が採用され得る。各流路の形状についても、ストレート流路や波形流路など種々の形状が採用され得る。

第１実施形態の積層型流体加温器１０では、高温側供給ヘッダ２２から第１高温層３１の高温側流路３１ａ、第２高温層３２の高温側流路３２ａ及び第３高温層３３の高温側流路３３ａに加温媒体が導入される。一方、低温側供給ヘッダ２１から第１低温層２７の低温側流路２７ａ及び第２低温層２８の低温側流路２８ａに加温対象媒体が導入される。そして、各高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａを流れる加温媒体は、低温側流路２７ａ，２８ａを流れる加温対象媒体を加温する。これにより、極低温の液化ガスは気化する。各低温側流路２７ａ，２８ａを流れた気化ガスは、低温側集合ヘッダ２３に集められる。一方、各高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａを流れた加温媒体は、高温側集合ヘッダ２４に集められる。

第１高温層３１の高温側流路３１ａでは、図４に示すように、第１低温層２７に近い側において、加温媒体の一部（符号Ｈで示している）が凝固する場合がある。また、第３高温層３３の高温側流路３３ａでは、第２低温層２８に接触するところにおいて、加温媒体の一部（符号Ｈで示している）が凝固する場合がある。この場合でも、第１高温層３１の加温媒体は、第２高温層３２の加温媒体によって加熱される。このため、第１高温層３１の高温側流路３１ａでは、第２高温層３２に近い側において、または第２高温層３２に接触するところにおいて、加温媒体は凝固しにくい。

すなわち、図５に示すように、第１高温層３１の高温側流路３１ａでは、第１低温層２７に近い側の温度ｔ１が、第２高温層３２に近い側の温度ｔ２よりも低くなっている。また、第３高温層３３の高温側流路３３ａでは、第２低温層２８に近い側の温度ｔ３が、第２高温層３２に近い側の温度ｔ４よりも低くなっている。このため、第１高温層３１では、第１低温層２７に近い側において、加温媒体の一部が凝固する場合がある。また、第３高温層３３では、第２低温層２８に近い側において、加温媒体の一部が凝固する場合がある。しかしながら、第１高温層３１の高温側流路３１ａに隣接する第２高温層３２側端面の部材（金属板）の温度ｔ２が、第１低温層２７側端面における部材（金属板）の温度ｔ５よりも高い。このため、第１高温層３１及び第３高温層３３の高温側流路３３ａ（ｈｏｔ１）を閉塞するように加温媒体が凝固することは起こり難い。

図４では、高温層３１，３２，３３の全ての高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａにおいて、加温媒体の凝固が生じている状態を示しているが、一部の高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａにおいて加温媒体の凝固が生ずる場合もある。この場合、凝固によって面積が小さくなった高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａほど流路抵抗が大きくなる。このため、凝固の生じていない高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａ又は凝固量の少ない高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａほど、加温媒体の流量が多くなる。このため、凝固量の少ない高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａによって、凝固量の多い高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａを加熱し易くなっている。

以上説明したように、本実施形態では、第１高温層３１の複数の高温側流路３１ａには、第１高温層３１を構成する部材を介して互いに隣り合う高温側流路３１ａが含まれている。このため、ある高温側流路３１ａを流れる加温媒体の熱が、その隣の高温側流路３１ａを流れる加温媒体に第１高温層３１を構成する部材を通じて伝わる。つまり、第１高温層３１を構成する部材における高温側流路３１ａ間の部位は、高温に維持されやすい。このため、加温対象媒体の温度が加温媒体の凝固点よりも低いとしても、加温媒体の温度を凝固点以上に維持し易くすることができる。仮に、ある高温側流路３１ａを流れる加温媒体の一部が凝固し出したとしても、その隣の高温側流路３１ａを流れる加温媒体の熱により、凍り出した加温媒体を融解させることができる。したがって、加温流体の一部が凍ることがあったとしても、積層型流体加温器１０の運転を継続することが可能となる。

また本実施形態では、第２高温層３２を構成する部材を介して、第２高温層３２の高温側流路３２ａを流れる加温媒体の熱が、その隣の第１高温層３１の高温側流路３１ａを流れる加温媒体に伝わる。換言すれば、第１高温層３１の高温側流路３１ａと第２高温層３２の高温側流路３２ａとの間の部位は、加熱対象媒体によって冷却され難いため、高温に維持され易い。このため、第１高温層３１の高温側流路３１ａを流れる加温媒体が低温側流路２７ａ，２８ａの加温対象媒体によって冷却されるとしても、高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａ間の高温に維持される部位によって、加温媒体が加温されるため、加温媒体が凍ることをより抑制することができる。

また本実施形態では、第２高温層３２には第３高温層３３が隣接している。すなわち、第２高温層３２は、第１高温層３１と第３高温層３３とによって挟まれており、低温層２７，２８には隣接していない。このため、第２高温層３２の高温側流路３２ａを流れる加温媒体は、第３高温層３３の高温側流路３３ａを流れる加温媒体を加温するとともに、第３高温層３３の高温側流路３３ａを流れる加温媒体を加温する。したがって、第１高温層３１の高温側流路３１ａを流れる加温媒体及び第３高温層３３の高温側流路３３ａを流れる加温媒体が凝固することをより抑制することができる。

また本実施形態では、第３高温層３３の高温側流路３３ａを流れる加温媒体が第２低温層２８の低温側流路２８ａの加温対象媒体によって冷却される。しかしながら、第２高温層３２の高温側流路３２ａと第３高温層３３の高温側流路３３ａとの間の部位が高温に維持されるため、第３高温層３３の高温側流路３３ａを流れる加温媒体が凝固することを抑制することができる。

また本実施形態では、例えば、第１高温層３１の高温側流路３１ａを流れる加温媒体の一部が凝固した場合、当該高温側流路３１ａの流路抵抗が高くなる。このため、高温側供給ヘッダ２２から供給される加温媒体は、第２高温層３２の高温側流路３２ａにより流れ易くなる。したがって、第２高温層３２の高温側流路３２ａを流れる加温媒体によって、第１高温層３１の高温側流路３１ａを流れる加温流体をより加温することができる。したがって、高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａへの加温媒体の供給流量を調整する手段を新たに設けなくても、供給流量を自動的に調整することができる。

なお、第１実施形態では、高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａが各高温層３１，３２，３３における図２の上側に形成され、低温側流路２７ａ，２８ａが各低温層２７，２８における図２の上側に形成された構成となっているが、これに限られるものではない。高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａは各高温層３１，３２，３３における図２の下側に形成され、低温側流路２７ａ，２８ａが各低温層２７，２８における図２の下側に形成された構成であってもよい。この場合、第１高温層３１の複数の高温側流路３１ａと第２高温層３２の複数の高温側流路３２ａとは、第１高温層３１を構成する部材（金属材）を介して、互いに隣り合うことになる。また、第２高温層３２の複数の高温側流路３２ａと第３高温層３３の複数の高温側流路３３ａとは、第２高温層３２を構成する部材（金属材）を介して、互いに隣り合うことになる。

第１高温層３１の複数の高温側流路３１ａと第２高温層３２の複数の高温側流路３２ａとは、第１高温層３１を構成する部材及び第２高温層３２を構成する部材を介して、互いに隣り合う構成であってもよい。また、第２高温層３２の複数の高温側流路３２ａと第３高温層３３の複数の高温側流路３３ａとは、第２高温層３２を構成する部材及び第３高温層３３を構成する部材を介して、互いに隣り合う構成であってもよい。

（第２実施形態）
図６は本発明の第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。

第１実施形態では、第１高温層３１の高温側流路３１ａ及び第２高温層３２の高温側流路３２ａに加温媒体を供給する高温側供給ヘッダ２２が設けられている。これに対し、第２実施形態では、第１高温層３１（第３高温層３３）の高温側流路３１ａ（３３ａ）及び第２高温層３２の高温側流路３２ａに別個の高温側供給ヘッダ４１，４２から加温媒体が供給される構成となっている。

具体的には、第２実施形態に係る積層型流体加温器１０は、第１高温層３１の複数の高温側流路３１ａに加温媒体を供給する第１高温側供給ヘッダ４１と、第２高温層３２の複数の高温側流路３２ａに加温媒体を供給する第２高温側供給ヘッダ４２と、第１高温層３１の複数の高温側流路３１ａを流れた加温媒体を合流させる第１高温側集合ヘッダ４３と、第２高温層３２の複数の高温側流路３２ａを流れた加温媒体を合流させる第２高温側集合ヘッダ４４と、を備えている。なお、第１高温側供給ヘッダ４１は、第３高温層３３の複数の高温側流路３３ａにも加温媒体を供給し、第１高温側集合ヘッダ４３は、第３高温層３３の複数の高温側流路３３ａを流れた加温媒体をも合流させる。

低温層の低温側流路２７ａ，２８ａの形態は、図７（ａ）に示すように、第１実施形態と同様の形態であってもよい。第１高温層３１の高温側流路３１ａの形態は、図７（ｂ）に示すように、第１実施形態と同様の形態であってもよい。この場合、第２高温層３２の高温側流路３２ａの形態が、第１実施形態と異なる。例えば、図７（ｃ）に示すように、第２高温層３２の高温側流路３２ａはジグザグ状に形成されていてもよい。そして、第２高温層３２における高温側流路３２ａの流入口３２ｂは、第１高温層３１（第３高温層３３）における高温側流路３１ａ（３３ａ）の流入口３１ｂ（３３ｂ）と異なる位置に設けられている。また、第２高温層３２における高温側流路３２ａの流出口３２ｃは、第１高温層３１（第３高温層３３）における高温側流路３１ａ（３３ａ）の流出口３１ｃ（３３ｃ）と異なる位置に設けられている。第１高温層３１（第３高温層３３）の高温側流路３１ａ（３３ａ）の流入口３１ｂ（３３ｂ）は、第１高温側供給ヘッダ４１の内部空間に開口し、流出口３１ｃ（３３ｃ）は、第１高温側集合ヘッダ４３の内部空間に開口している。第２高温層３２の高温側流路３２ａの流入口３２ｂは、第２高温側供給ヘッダ４２の内部空間に開口し、流出口３２ｃは、第２高温側集合ヘッダ４４の内部空間に開口している。

積層型流体加温器１０は、第１高温側供給ヘッダ４１及び第２高温側供給ヘッダ４２への供給割合を調整する調整部４６を備えている。調整部４６は、第１状態検出部４６ａと、第２状態検出部４６ｂと、流量調整部４６ｃとを含む。第１状態検出部４６ａは、第１高温側供給ヘッダ４１の内部での流体圧力と第１高温側集合ヘッダ４３の内部での流体圧力との差圧を検出するように構成されている。第２状態検出部４６ｂは、第２高温側供給ヘッダ４２の内部での流体圧力と第２高温側集合ヘッダ４４の内部での流体圧力との差圧を検出するように構成されている。第１状態検出部４６ａ及び第２状態検出部４６ｂとして、差圧計が用いられてもよく、あるいは２つの圧力計と両圧力計の検出値の差分を取る比較器との構成であってもよい。なお、第１状態検出部４６ａ及び第２状態検出部４６ｂは、圧力差を検出するものに限られず、例えば、第１高温側集合ヘッダ４３の内部の流体温度と第１高温側集合ヘッダ４３の内部の流体温度との温度差を検出するように構成されていてもよい。

流量調整部４６ｃは、第１状態検出部４６ａによる検出結果及び第２状態検出部４６ｂによる検出結果に応じて、第１高温側供給ヘッダ４１及び前記第２高温側供給ヘッダ４２への供給割合を調整するように構成されている。流量調整部４６ｃは、第１高温側供給ヘッダ４１に供給される加温媒体の流量を調節する第１流量調整弁４６ｄと、第２高温側供給ヘッダ４２に供給される加温媒体の流量を調節する第２流量調整弁４６ｅとを備えている。なお、流量調整部４６ｃは、２つの調整弁によって構成されるものに限られず、例えば三方弁によって構成されていてもよい。

本実施形態によれば、調整部４６によって、第１高温層３１の高温側流路３１ａに供給される加温媒体の流量と、第２高温層３２の高温側流路３２ａに供給される加温媒体の流量を調整することができる。したがって、例えば、高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａの圧力損失等に基づいて、高温側流路３１ａ，３２ａ，３３ａへの供給量を調整することにより、加温媒体の一部が凍った場合においても、積層型流体加温器１０の運転を継続することができる。

なお、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実施形態と同様である。

（その他の実施形態）
なお、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。例えば、第１実施形態では、第１低温層２７、第１高温層３１、第２高温層３２、第３高温層３３及び第２低温層２８が順に隣接する構成であるが、これに限られるものではない。例えば、図８に示すように、第１低温層２７、第１高温層３１、第２高温層３２及び第２低温層２８が順に隣接した構成であってもよい。図８の構成の場合、第１高温層３１の複数の高温側流路３１ａと第２高温層３２の複数の高温側流路３２ａとは、第２高温層３２を構成する金属材を介して、互いに隣り合っている。なお、第１高温層３１の複数の高温側流路３１ａと第２高温層３２の複数の高温側流路３２ａとは、第１高温層３１を構成する金属材及び第２高温層３２を構成する金属材の少なくとも一方を介して、互いに隣り合っていればよい。そうすれば、第２高温層３２の高温側流路３２ａを流れる加温媒体の熱が、その隣の第１高温層３１の高温側流路３１ａを流れる加温媒体に伝わる。換言すれば、第１高温層３１の高温側流路３１ａと第２高温層３２の高温側流路３２ａとの間の部位は、加熱対象媒体によって冷却され難いため、高温に維持され易い。このため、第１高温層３１の高温側流路３１ａを流れる加温媒体が低温側流路２７ａの加温対象媒体によって冷却されるとしても、高温側流路３１ａ，３２ａ間の高温に維持される部位によって、加温媒体が加温される。このため、加温媒体が凍ることを抑制することができる。

また、図９に示すように、第１低温層２７、第１高温層３１が順に隣接する構成であってもよい。この場合においても、第１高温層３１に形成された複数の高温側流路３１ａに、第１高温層３１を構成する金属材を介して互いに隣り合う高温側流路３１ａが含まれた構成となっている。このため、ある高温側流路３１ａを流れる加温媒体の熱が、その隣の高温側流路３１ａを流れる加温媒体に第１高温層３１を構成する金属材を通じて伝わる。つまり、第１高温層３１を構成する金属材における高温側流路３１ａ間の部位は、高温に維持されやすい。

１０ 積層型流体加温器
２１ 低温側供給ヘッダ
２２ 高温側供給ヘッダ
２３ 低温側集合ヘッダ
２４ 高温側集合ヘッダ
２７ 第１低温層
２７ａ 低温側流路
２８ 第２低温層
２８ａ 低温側流路
３１ 第１高温層
３１ａ 高温側流路
３２ 第２高温層
３２ａ 高温側流路
３３ 第３高温層
３３ａ 高温側流路
４１ 第１高温側供給ヘッダ
４２ 第２高温側供給ヘッダ
４３ 第１高温側集合ヘッダ
４４ 第２高温側集合ヘッダ
４６ 調整部
４６ａ 第１状態検出部
４６ｂ 第２状態検出部
４６ｃ 流量調整部

Claims (13)

1. 加温対象媒体が導入される複数の低温側流路が形成された第１低温層と、
   前記第１低温層に隣接し、前記加温対象媒体を加温するための加温媒体が導入される複数の高温側流路が形成された第１高温層と、を備え、
   前記複数の低温側流路に導入される前記加温対象媒体の温度が前記加温媒体の凝固点よりも低く、
   前記複数の高温側流路には、前記第１高温層を構成する部材を介して互いに隣り合う高温側流路が含まれている、積層型流体加温器。
2. 前記第１高温層には、前記加温媒体と同じ流体からなる加温媒体が導入される複数の高温側流路が形成された第２高温層が隣接しており、
   前記第１高温層の複数の高温側流路と前記第２高温層の複数の高温側流路とは、前記第１高温層を構成する部材及び前記第２高温層を構成する部材の少なくとも一方を介して、互いに隣り合っている、請求項１に記載の積層型流体加温器。
3. 前記第２高温層には、前記加温対象媒体と同じ流体からなる加温対象媒体が導入される複数の低温側流路が形成された第２低温層が積層されている、請求項２に記載の積層型流体加温器。
4. 前記第２高温層には、前記加温媒体と同じ流体からなる加温媒体が導入される複数の高温側流路が形成された第３高温層が隣接しており、
   前記第２高温層の複数の高温側流路と前記第３高温層の複数の高温側流路とは、前記第２高温層を構成する部材及び前記第３高温層を構成する部材の少なくとも一方を介して、互いに隣り合っている、請求項２に記載の積層型流体加温器。
5. 前記第３高温層には、前記加温対象媒体と同じ流体からなる加温対象媒体が導入される複数の低温側流路が形成された第２低温層が隣接している、請求項４に記載の積層型流体加温器。
6. 前記第１高温層の前記複数の高温側流路に導入される加温媒体と、前記第２高温層の前記複数の高温側流路とに導入される加温媒体とを供給する高温側供給ヘッダを備えている、請求項２から５の何れか１項に記載の積層型流体加温器。
7. 前記第１高温層の前記複数の高温側流路に加温媒体を供給する第１高温側供給ヘッダと、
   前記第２高温層の前記複数の高温側流路に加温媒体を供給する第２高温側供給ヘッダと、
   前記第１高温側供給ヘッダ及び前記第２高温側供給ヘッダへの供給割合を調整する調整部と、を備えている、請求項２から５の何れか１項に記載の積層型流体加温器。
8. 前記複数の低温側流路に導入される前記加温対象媒体の温度が−４０℃以下である請求項１から７の何れか１項に記載の積層型流体加温器。
9. 第１低温層と、前記第１低温層に隣接した第１高温層とを備えた積層型流体加温器を用い、
   前記積層型流体加温器の前記第１低温層に形成された複数の低温側流路に加温対象媒体を導入し、
   前記第１高温層を構成する部材を介して互いに隣り合う高温側流路が含まれているように前記第１高温層に形成された複数の高温側流路に加温媒体を導入して、前記加温媒体によって前記低温側流路を流れる前記加温対象媒体を加温し、
   前記複数の低温側流路に導入される前記加温対象媒体の温度が前記加温媒体の凝固点よりも低い、積層型流体加温器による流体の加温方法。
10. 前記第１高温層を構成する部材及び第２高温層を構成する部材の少なくとも一方を介して、前記第１高温層の複数の高温側流路に隣り合うように前記積層型流体加温器の前記第２高温層に形成された複数の高温側流路にも加温媒体を導入する、請求項９に記載の積層型流体加温器による流体の加温方法。
11. 前記第２高温層を構成する部材及び第３高温層を構成する部材の少なくとも一方を介して、前記第２高温層の複数の高温側流路に隣り合うように前記積層型流体加温器の前記第３高温層に形成された複数の高温側流路にも加温媒体を導入する、請求項１０に記載の積層型流体加温器による流体の加温方法。
12. 前記第１高温層の前記複数の高温側流路と、前記第２高温層の前記複数の高温側流路とに、同じ供給ヘッダから加温媒体を供給する、請求項１０又は１１に記載の積層型流体加温器による流体の加温方法。
13. 前記第１高温層の前記複数の高温側流路と、前記第２高温層の前記複数の高温側流路とに、異なる供給ヘッダから加温媒体を供給し、これらの供給ヘッダへの加温媒体の供給割合を調整する、請求項１０又は１１に記載の積層型流体加温器による流体の加温方法。

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