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CN111051805A - 换热器 - Google Patents

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Publication number
CN111051805A
CN111051805A CN201780094474.9A CN201780094474A CN111051805A CN 111051805 A CN111051805 A CN 111051805A CN 201780094474 A CN201780094474 A CN 201780094474A CN 111051805 A CN111051805 A CN 111051805A
Authority
CN
China
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flow path
branching
refrigerant
fluid
section
Prior art date
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Pending
Application number
CN201780094474.9A
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English (en)
Inventor
铃木裕
斋藤隆
木村浩明
五十岚真吾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Power Engineering Co ltd
Original Assignee
Power Engineering Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Power Engineering Co ltd filed Critical Power Engineering Co ltd
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

本发明提供一种高效率且高耐压、并且小型而廉价的换热器。换热器(10)在氢与制冷剂之间进行换热。制冷剂流路和氢流路是进行换热的部分，且沿与流路方向正交的Z方向交替地呈层叠状设置。制冷剂流路具有在Y方向上并列的10个制冷剂上游窄通路(48)和10个制冷剂下游窄通路(50)以及在这些制冷剂上游窄通路(48)与制冷剂下游窄通路(50)之间设置的蜂窝部(52)。在蜂窝部(52)，第1分支合流部(54)和第2分支合流部(56)交替地设置。在第1分支合流部(54)，在前面紧挨着该第1分支合流部(54)的流路分支为两个分流通路(60、60)，并且相邻的分流通路(60、60)彼此汇合而形成接下来的流路。在第2分支合流部(56)，也同样是，在前面紧挨着该第2分支合流部(56)的流路分支为两个分流通路(62、62)，并且相邻的分流通路(62、62)彼此汇合。氢流路也具有相同的蜂窝部(52)。

Description

换热器
技术领域
本发明涉及一种在多个流路中流动的流体之间进行换热的换热器。
背景技术
作为面向环境负荷较小的燃料电池车的普及的社会基础设施的扩充，正在推进向燃料电池车供给氢的氢供给站的开发。在向燃料电池车的储氢罐供给氢时，储氢罐的残存气体被隔热压缩而导致温度上升，因此优选所供给的氢为充分低的低温。另外，为了实现填充时间的缩短和罐的小型化，期望为充分高的高压。
因此，在从作为氢供给站的供给源的储氢罐向燃料电池车供给氢的管路的中途设置高耐压型的换热器而对氢进行冷却(例如参照专利文献1)。在氢供给站，有时进行多级式的压缩，在该多级式的压缩中，使氢依次通过多台压缩机，从而将由压缩机一度压缩了的氢利用下一级的压缩机进一步压缩。在该情况下，若用1台多管式的换热器对各压力阶段的氢进行冷却，则很方便(例如参照专利文献2)。
另外，除了氢供给站用途以外，还谋求高效率、高耐压的换热器，提出了使用有微通道的换热器(例如参照专利文献3)、谋求流体的均等分配而对集管流路进行了设计的换热器(例如参照专利文献4)
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2015/098158号
专利文献2：日本特开2013－155971号公报
专利文献3：日本特开2015－114080号公报
专利文献4：日本特开2016－90157号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，换热器的开发不断进展，但实际上尚未实现足够高的效率的换热器，因此实际情况是满足在氢供给站中使用的要求规格的换热机为大型且昂贵。因此，为了使氢供给站进一步普及，或者为了供于其他各种用途，谋求一种不但高效率、高耐压，而且小型而廉价的换热器。
本发明是鉴于上述课题而做出的，其目的在于，提供一种更高效率且高耐压、并且小型而廉价的换热器。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题并达到目的，本发明提供一种换热器，该换热器在多个流路中流动的流体之间进行换热，该换热器的特征在于，所述流路具有：第1流路，其供第1流体流动；以及第2流路，其供与所述第1流体温度不同的第2流体流动，所述第1流路和所述第2流路设为在与流路方向正交的层叠方向上交替地层叠，所述第1流路和所述第2流路均具有：多个上游部和多个下游部，该多个上游部在与所述流路方向和所述层叠方向正交的方向上并列，该多个下游部在与所述流路方向和所述层叠方向正交的方向上并列；以及分支合流部，其位于所述上游部与所述下游部之间，在该分支合流部，在前面紧挨着该分支合流部的多个流路分别分支为两个分流通路，且相邻的所述分流通路彼此汇合而形成接下来的多个流路，所述分支合流部在所述上游部与所述下游部之间设有多级。
通过设置这样的分支合流部，从而在第1流路和第2流路中的一者的流路中流动的流体反复进行如下移动：在流路壁附近流动而从该流路壁受热从而温度上升较大的部分向中央部移动，相反地，在中央部流动而自流路壁的受热较少从而温度上升较小的部分向流路壁侧移动。另外，在另一者的流路中流动的流体反复进行如下移动：在流路壁附近流动并向该流路壁散热而温度降低较大的部分向中央部移动，相反地，在中央部流动而向流路壁的散热较少从而温度降低较小的部分向流路壁侧移动。由此，能够增大流体与流路壁的温度差，散热和受热的效率变高。
也可以是，所述分支合流部被分为第1分支合流部和第2分支合流部，在该第1分支合流部，在前面紧挨着该第1分支合流部的N个流路分别分支为两个所述分流通路，并且，除了外侧的两个所述分流通路以外，使相邻的所述分流通路彼此汇合而形成接下来的N+1个流路，在该第2分支合流部，在前面紧挨着该第2分支合流部的N+1个流路中的、除了外侧的两个所述流路以外的N－1个流路分别分支为两个所述分流通路，并且，包含外侧的两个流路在内，使相邻的所述分流通路彼此汇合而形成接下来的N个流路，所述第1分支合流部和所述第2分支合流部在所述上游部与所述下游部之间交替地设有多级。
由此，最初为N个的流路反复进行N+1个、N个这样的相差1个流路的流路个数的增减，从而流路个数未过度地增减，能够适当地抑制流路面积，并且能够形成无效空间较少的流路，每单位体积的换热效率提高。
在所述流路方向上相邻的两个所述分支合流部之间，具有与所述流路方向平行的直线流路，此时，能够使流体稳定地流动，容易维持层流。
在所述分支合流部分支或汇合的两个所述分流通路以流路方向为基准构成对称，分支的顶部的角度为180°以下，此时，容易在维持层流状态的情况下进行分流。
也可以是，在进行换热的部分，第1板和第2板层叠，所述第1流路形成为所述第1板的表面与所述第2板的背面之间的槽，所述第2流路形成为所述第2板的表面与所述第1板的背面之间的槽，所述第1板与所述第2板之间进行扩散接合。
由此，能够将第1流路和第2流路作为所谓的微通道而构成为许多细径通路，使流路壁面积增大，且能够将第1流路和第2流路接近配置，换热效率提高。另外，通过扩散接合的高强度接合，能够实现高耐压化。
从氢供给站的用途等方面考虑，优选的是，所述第2流体是温度比所述第1流体的温度低的低温的制冷剂，所述第1流体是温度比所述第2流体的温度高的高温的氢气。
从换热性能和耐压性能的观点出发，优选的是，所述第2流体是温度比所述第1流体的温度低的低温的制冷剂，所述第1流体是温度比所述第2流体的温度高的高温的流体，所述第1流路中的所述分流通路形成得比所述第2流路中的所述分流通路窄。
也可以是，所述流路包含所述第1流路和所述第2流路地具有3个以上的流路，各个所述流路在所述层叠方向上呈层叠状设置，且具有所述上游部、所述下游部、所述分支合流部。
发明的效果
根据本发明的换热器，通过设置分支合流部，从而在第1流路和第2流路中的一者的流路中流动的流体反复进行如下移动：在流路壁附近流动而从该流路壁受热从而温度上升较大的部分向中央部移动，相反地，在中央部流动而自流路壁的受热较少从而温度上升较小的部分向流路壁侧移动。另外，在另一者的流路中流动的流体反复进行如下移动：在流路壁附近流动并向该流路壁散热而温度降低较大的部分向中央部移动，相反地，在中央部流动而向流路壁的散热较少从而温度降低较小的部分向流路壁侧移动。由此，能够增大流体与流路壁的温度差，散热和受热的效率变高。
附图说明
图1是第1实施方式的换热器的立体图。
图2是第1实施方式的换热器的分解立体图。
图3是上端板的俯视图。
图4是下端板的仰视图。
图5是第1板和下端板的俯视图。
图6是制冷剂窄槽组的局部放大图。
图7是第2板和上端板的仰视图。
图8是板层叠部的局部放大截面侧视图。
图9是第1板的仰视图。
图10－1是第1板上表面的制冷剂流路上的第1分支合流部的放大图。
图10－2是第1板下表面的氢流路上的第1分支合流部的放大图。
图11是第2板的俯视图。
图12是用于说明蜂窝部的作用的示意图。
图13是第2实施方式的换热器的立体图。
图14是第2实施方式的换热器的分解立体图。
图15是第2实施方式中的上端板的俯视图。
图16是第2实施方式中的第1板的俯视图。
图17是第2实施方式中的第2板的俯视图。
图18是第2实施方式中的第3板的俯视图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的换热器的实施例进行详细说明。此外，本发明并不限定于该实施例。另外，为了容易理解方向，在附图中适当地示出了正交的箭头X、Y、Z，它们在各图中所示方向一致。
如图1所示，第1实施方式的换热器10为箱型，具有氢流入口12、氢流出口14、制冷剂流入口16以及制冷剂流出口18。在制冷剂流入口16与制冷剂流出口18之间形成制冷剂流路(第2流路)，在氢流入口12与氢流出口14之间形成氢流路(第1流路)，在这些流路中流动的制冷剂(第2流体)与氢(第1流体)之间进行换热。
换热器10例如在氢供给站中从氢储存罐向燃料电池车的燃料罐填充氢时设于氢储存罐与车辆侧燃料罐之间的供给管路，能够将100MPa的氢以气体形态冷却至－40℃左右。作为制冷剂，例如使用盐水的FP－40等。FP－40的热性能良好，导热系数较高，粘性较低，从成本、卫生方面等观点出发是优选的。
换热器10具有上部集管20、下部集管22以及设于它们之间的板层叠部24。在上部集管20的上表面的Y方向上的进深侧设有氢流入口12，在上部集管20的上表面的Y方向上的近前侧设有氢流出口14，在上部集管20的Y方向近前侧的右侧面设有制冷剂流入口16，在上部集管20的Y方向进深侧的左侧面设有制冷剂流出口18，这些出入口能够分别连接接头。氢流入口12和氢流出口14沿Z方向贯通上部集管20。制冷剂流入口16和制冷剂流出口18分别在上部集管20的内部沿X方向稍微前进之后弯曲并向下方开口。本申请发明人确认了换热器10能够构成为小型，例如也存在搭载于氢供给站的分配器(相当于加油站的计量仪)的可行性。
板层叠部24是在氢与制冷剂之间进行换热的部分，该部分的进深方向(Y方向)成为流路方向，氢从进深侧向近前侧流动，制冷剂相反地从近前侧向进深侧流动。
如图2所示，板层叠部24通过将4种板沿作为高度方向的Z方向(层叠方向)层叠而构成。即，是在上部集管20的正下方配置1张的上端板28、在下部集管22的正上方配置1张的下端板30、以及在它们之间交替配置多张的第1板32和第2板34。第1板32和第2板34例如分别层叠92张。这些上部集管20、下部集管22、上端板28、下端板30、第1板32及第2板34分别为不锈钢材料、例如SUS316L材料，通过扩散接合而接合起来。若使用不锈钢材料，则流路壁和整体构造成为高强度，导热性、耐腐蚀性也优异，就算对于制冷剂的盐水也不会造成腐蚀。除了不锈钢材料以外，还可以利用导热系数较高的铜材、钢材或铝材等，还可以根据部位而使用不同的材质。另外，根据扩散接合，板之间被牢固地接合，成为高耐压规格。
上端板28、下端板30、第1板32以及第2板34的厚度例如为1.2mm，且在侧面上的不同位置分别设有未图示的识别缺口。此外，在图1中，在图示表现的关系上，较少地示出了第1板32和第2板34。另外，在图2中，进一步较少地示出了第1板32和第2板34，将第1板32和第2板34的一部分以能够体现层叠状态的方式重叠地示出。
如图3所示，上端板28在俯视时在纸面的上边附近具有沿X方向延伸的氢供给孔36、在纸面的下边附近具有沿X方向延伸的氢排出孔38、在纸面下方的右边附近具有沿Y方向延伸的制冷剂供给孔40、在纸面上方的左边附近具有沿Y方向延伸的制冷剂排出孔42。氢供给孔36、氢排出孔38、制冷剂供给孔40以及制冷剂排出孔42为纵长矩形形状，这些孔分别设于上端板28、第1板32、第2板34以及下端板30，且贯通板层叠部24，在下部集管22(参照图2)的上表面的与这些孔相对应的位置设有槽35。
氢供给孔36与氢流入口12(参照图2)的下方开口连通，氢排出孔38与氢流出口14的下方开口连通。制冷剂供给孔40与制冷剂流入口16的下方开口连通，制冷剂排出孔42与制冷剂流出口42的下方开口连通。
氢供给孔36和氢排出孔38上下左右对称地配置。制冷剂供给孔40和制冷剂排出孔42以第1板32的中心点为基准呈中心对称地配置。另外，该上端板28的下表面(背面)与后述的第2板34的下表面(参照图7)为相同形状。
如图4所示，下端板30的下表面与图3所示的上端板28的上表面呈左右镜像对称。因此，氢供给孔36、氢排出孔38、制冷剂供给孔40以及制冷剂排出孔42(以下统称为贯通要素。)分别在组装后的产品状态下在从上表面的透视观察时无偏移地重合。另外，如后所述，这些贯通要素在第1板32和第2板34上也重合。此外，该下端板30的上表面为与以下所示的第1板32的上表面(参照图5)相同的形状。
接下来，关于板层叠部24的流路，参照图5～图8主要说明制冷剂流路，参照图9～图11主要说明氢流路。
如图5所示，第1板32的上表面的贯通要素成为与上端板28(参照图3)的上表面的贯通要素相同的配置。第1板32的上表面还具有将制冷剂供给孔40与制冷剂排出孔42连通的制冷剂窄槽组46。
制冷剂窄槽组46具有与制冷剂供给孔40连通的70个(N个)制冷剂上游窄通路(上游部)48、与制冷剂排出孔42连通的70个制冷剂下游窄通路(下游部)50、以及在制冷剂上游窄通路48与制冷剂下游窄通路50之间反复进行分支和汇合而形成多级的扁平六边形的蜂窝部52。70个制冷剂上游窄通路48和70个制冷剂下游窄通路50除了最接近制冷剂供给孔40和制冷剂排出孔42的弯曲部以外，具有在与流路方向(Y方向)和层叠方向(Z方向)正交的进深方向即X方向上并列的部分，在制冷剂上游窄通路48与制冷剂下游窄通路50之间设置有蜂窝部52。
制冷剂上游窄通路48分别从制冷剂供给孔40向左方前进，向上侧弯曲90°而与蜂窝部52相连。制冷剂下游窄通路50从制冷剂排出孔42向右方前进，向下侧弯曲90°而到达制冷剂排出孔42。蜂窝部52在氢供给孔36与氢排出孔38之间的部分沿Y方向延伸。
对于制冷剂窄槽组46中的靠图5的右侧的部分，与制冷剂排出孔42连通的制冷剂下游窄通路50较长，与制冷剂供给孔40连通的制冷剂上游窄通路48较短。与此相对，对于制冷剂窄槽组46中的靠图5的左侧的部分，与制冷剂排出孔42连通的制冷剂下游窄通路50较短，与制冷剂供给孔40连通的制冷剂上游窄通路48较长。因而，在制冷剂窄槽组46中，在左右任一侧，制冷剂供给孔40与制冷剂排出孔42之间的距离都大致相等。制冷剂窄槽组46还与图5呈左右镜像对称地设于第2板34(参照图7)的下表面或上端板28的下表面，上下重合而构成细径的微通道，从而形成制冷剂的流路。
如图6所示，蜂窝部52具有第1分支合流部54、第2分支合流部56、以及在这些第1分支合流部54和第2分支合流部56之间形成的直线流路部58，它们分别设有多级。直线流路部58在第1分支合流部54的下游侧形成有71个平行且等间隔的中间直线窄通路(直线流路)59，直线流路部58在第2分支合流部56的下游侧形成有70个平行且等间隔的中间直线窄通路59。中间直线窄通路59形成为适度地较长，能够有效利用流体的成长部而容易得到层流，压力损失变小。
在第1分支合流部54，在前面紧挨着该第1分支合流部54的70个(N个)制冷剂上游窄通路48或70个(N个)中间直线窄通路59分别分支为两个分流通路60、60，并且除了外侧的两个分流通路以外，相邻的分流通路60、60彼此汇合而形成接下来的71个(N+1个)中间直线窄通路59。在第2分支合流部56，在前面紧挨着该第2分支合流部56的71个流路中的除了外侧的两个流路以外的69个(N－1个)流路分别分支为两个分流通路62、62，并且包含外侧的两个流路在内使相邻的分流通路62、62彼此汇合而形成接下来的70个中间直线窄通路59或70个制冷剂下游窄通路50。
第1分支合流部54和第2分支合流部56在制冷剂上游窄通路48与制冷剂下游窄通路50之间交替且等间隔地分别各设有7级(参照图5)。因此，流路为71个且宽度稍宽的部分为7处，在该部分彼此之间形成6处流路为70个且宽度稍窄的部分。
在流路方向上相邻的第1分支合流部54与第2分支合流部56之间形成有与流路方向平行的中间直线窄通路59。在第1分支合流部54和第2分支合流部56分支的两个分流通路60、60或62、62以流路方向为基准构成对称，分支部或汇合部的顶部为锐角状(例如45°)。较佳的是，顶部的角度为180°以下。该顶部也可以是R形状。另外，从图6可知，在第1分支合流部54和第2分支合流部56，分支部与汇合部接近并大致同时进行分支和汇合。
通过这样的结构，在蜂窝部52，通过第1分支合流部54、第2分支合流部56以及直线流路部58，许多扁平六边形的沙洲部66形成为上下左右的多级层结构，构成一种蜂窝形状。
对于制冷剂上游窄通路48、制冷剂下游窄通路50、中间直线窄通路59的各槽的尺寸，例如，是各流路宽度为0.5mm、深度为0.25mm的截面半圆形形状，Y方向间距分别为1.0mm。这些流路是槽形状，通过蚀刻加工、激光加工或机械加工而高精度地形成。
如图7所示，第2板34的下表面与图5所示的第1板32的上表面成为左右镜像对称。因而，如图8所示，这样的各槽部通过第1板32的上表面与第2板34的下表面相互抵接而形成上表面壁和下表面壁，因此高度方向尺寸为0.5mm(0.25mm×2)。各槽部所形成的流路成为直径0.5mm的截面圆形形状，流动容易稳定。如此，作为氢流路的第1流路和作为制冷剂流路的第2流路在Z方向上并列而形成为层叠状。在图8的一部分中，为了容易理解，示意性地用箭头示出从高温侧的氢流路向低温侧的制冷剂流路的热流动。从该示意性的箭头可知，换热(即散热和受热)不仅在薄板的厚度方向(Z方向)上进行，而且从左右的壁方向(X方向)上也以相当程度进行。如后所述，在换热器10和换热器10a中，从该壁方向进行的换热效率尤其得到提高。
接下来，参照图9～图11主要说明氢流路。
如图9所示，在第1板32的下表面，贯通要素当然与上表面(参照图5)成为左右镜像对称，与下端板30的下表面(参照图4)和第2板34的下表面(参照图7)成为相同配置。另外，设有将上侧的氢供给孔36和下侧的氢排出孔38呈直线状连通的氢窄槽组64。各氢窄槽组64上下左右对称。氢窄槽组64也同样地设于第2板34的上表面(参照图11)，上下重合而构成细径的微通道，从而形成氢的流路。
氢流路形成为第1板32的上表面与第2板34的下表面之间的槽，制冷剂流路形成为第2板34的上表面与第1板32的下表面之间的槽，由此，能够将氢流路和制冷剂流路作为所谓的微通道而构成为许多细径通路，使流路壁面积增大，且能够将氢流路和制冷剂流路接近配置，换热效率提高。另外，通过扩散接合的高强度接合，能够实现高耐压化。并且，与在表面和背面的任一面形成槽的情况相比，张数为一半，清洗工序为一半，层叠时间为一半，具有制造上的优点。
氢窄槽组64具有蜂窝部52。该蜂窝部52与制冷剂窄槽组46(参照图5)中的蜂窝部基本为相同形状，氢窄槽组64形成有与氢供给孔36连通的10个氢上游窄通路(上游部)68、与氢排出孔38连通的10个氢下游窄通路(下游部)70、以及在氢上游窄通路68与氢下游窄通路70之间反复进行分支和汇合而形成多级的扁平六边形的蜂窝部52。
70个氢上游窄通路68和70个氢下游窄通路70分别与上表面侧的制冷剂下游窄通路50(参照图5)的X方向直线部分和制冷剂上游窄通路48的X方向直线部分为相同形状、相同配置，且在俯视透过观察时彼此重合。另外，对于氢流路上的蜂窝部52，其也与设于上表面侧的制冷剂流路上的蜂窝部52基本为相同形状、相同配置，且在俯视透过观察时彼此重合。
关于蜂窝部52，在第1板32的上表面侧(即制冷剂流路)和下表面侧(即氢流路)，蜂窝部52的分流通路60、62的部分仅是宽度不同。
即，如图10－1所示，在第1板32的上表面侧的第1分支合流部54，制冷剂上游窄通路48、中间直线窄通路59的各流路及分流通路60分别为相同宽度的W1。另一方面，如图10－2所示，在第1板32的下表面侧，氢上游窄通路68、中间直线窄通路59的各流路的宽度为W1，但该部分的分流通路60a设定为比W1小的W2，例如W1＝0.5mm、W2＝0.25mm。对于第2分支合流部56中的分流通路也是同样的。
将氢流路侧的W2设定得较窄是为了确保换热性能和耐压性能。在换热器10中，为了提高换热的效率，期望使流路成为细径而增大单位体积的表面积。对于分流通路和汇合部也是同样的，但若设为细径，则压力损失会上升，需要获得平衡。由于气体的氢的压力损失较小，因此能够较窄地设定为W2＝0.25mm，与设为0.5mm的情况相比，换热性能和耐压性能提高。另一方面，若液体的制冷剂侧为细径，则压力损失增加，因此设为W1＝0.5mm。
如图11所示，第2板34的上表面与第1板32(参照图9)的下表面成左右镜像对称，在层叠状态下，各槽上下重合而形成氢流路。
接下来，说明如此构成的换热器10的作用。在换热器10中，蜂窝部52中的微通道与X方向上的流路壁的换热效率尤其得到提高。
在第1板32和第2板34的接合面形成的很多制冷剂流路和氢流路分别为截面积较小的微通道，截面内的温度偏差较小，因此换热效率较高。然而，在以往的换热器中的微通道内存在微小的热梯度，存在与靠近流路壁的周边部分相比在远离流路壁的中央部分未进行高效的换热的倾向。若使流体的流动为紊流，则通过搅拌而使热梯度消失，但压力损失会增大。与此相对，在本实施方式的换热器10中，利用基于层流实现的压力损失降低的特征，且设置蜂窝部52，由此使热梯度降低并提高换热效率。
即，如图12所示，在蜂窝部52交替地配置有第1分支合流部54和第2分支合流部56，在流路中流动的制冷剂反复进行分支和汇合。此时，对于在图12中的左侧与沿X方向的上下侧的流路壁接触而受热从而温度较大程度地上升的流体层(示意性地以单向影线进行区别的层)，在第1分支合流部54中两相邻的流体层汇合，由此在接下来的中间直线窄通路59中形成中央层，自流路壁的受热变得比较少。另一方面，对于在远离流路壁的中央部流动而受热少从而温度上升比较小的流体层(以交叉影线区分的层)，其在第1分支合流部54中沿X方向分支成上下两层，由此在接下来的中间直线窄通路59中形成壁侧的流体层，自流路壁的受热变得比较大。
并且，在第2分支合流部56，在到达该第2分支合流部56之前与流路壁接触而受热的流体层在下游侧的接下来的流路中汇合成在中央部流动的流体层，在到达该第2分支合流部56之前在中央部流动而受热较少的流体层在下游侧的接下来的流路中分支成壁侧的流体层。在图12中，以制冷剂流路上的蜂窝部52为例，但在氢流路上的蜂窝部52中，仅通过使受热和散热相反，也会起到同样的作用。
如此，根据换热器10的蜂窝部52，通过交替地设置第1分支合流部54和第2分支合流部56，从而在制冷剂流路中流动的制冷剂反复进行如下移动：在流路壁附近流动而从该流路壁受热从而温度上升较大的部分向中央部移动，相反地，在中央部流动而自流路壁的受热较少从而温度上升较小的部分向流路壁侧移动。另外，在氢流路中流动的氢反复进行如下移动：在流路壁附近流动并向该流路壁散热而温度降低较大的部分向中央部移动，相反地，在中央部流动而向流路壁的散热较少从而温度降低较小的部分向流路壁侧移动。由此，能够增大流体与流路壁的温度差，而且流路截面中的温度的偏差得到抑制，散热和受热的效率变高。因而，与效率较高相应地，能够使为了得到期望的换热能力的换热器10构成为较小且廉价。
另外，在蜂窝部52中，交替地设有多个第1分支合流部54和多个第2分支合流部56，最初为70个的流路反复进行71个、70个这样的相差1个流路的流路个数的增减，从而流路个数未过度地增减。由此，能够适当地抑制流路面积，耐压未降低，而且能够形成无效空间较少的流路，每单位体积的换热效率提高。对此，例如，若参照图9，则可知浪费的区域非常少。
在第1分支合流部54和第2分支合流部56分支的两个分流通路60、60、62、62以流路方向为基准构成对称，分支的顶部为锐角状，容易在维持层流状态的情况下进行分流或汇合。如此，通过使流体以层流状态流动，从而压力损失较小，尤其是在许多微通道内流动时，其效果较大，能够减小驱动用的泵动力。
70个制冷剂上游窄通路48和70个制冷剂下游窄通路50凑在一起形成制冷剂窄槽组46，在这些制冷剂窄槽组46的彼此之间设有制冷剂供给孔40和制冷剂排出孔42。由此，能够对各制冷剂窄槽组46均匀地分配制冷剂，并且能够有效地利用各组之间的空间。尤其是，制冷剂供给孔40和制冷剂排出孔42在流路方向为扁平的长孔形状，能够缩短各制冷剂窄槽组46彼此之间的X方向上的分离距离。
蜂窝部52不一定限于图5和图9所示那样整齐地排列的形态，只要是反复进行分支、汇合的形态，就可以进行改变。
接下来，参照图13～图18对第2实施方式的换热器10a进行说明。在换热器10a中，对与上述换热器10相同的构成要素标注相同的附图标记并省略其详细的说明。换热器10a具有供第1流体流动的第1流路、供第2流体流动的第2流路、供第3流体流动的第3流路，第1流路、第2流路以及第3流路分别在Z方向上呈层叠状设置，且具有制冷剂上游窄通路48、制冷剂下游窄通路50、蜂窝部52、第1分支合流部54、第2分支合流部56、直线流路部58等。第1流体是要散热的氢气，第2流体是制冷剂，第3流体是与第1流体不同的散热流体。
供要散热的流体流动的高温流体的流路与供要受热的制冷剂流动的制冷剂流路交替层叠，具体而言，按照第1流路(散热侧)、第2流路(受热侧)、第3流路(散热侧)、第2流路(受热侧)、第1流路(散热侧)…的顺序层叠。由此，散热侧的流路的上下被受热侧的流路夹持而能高效地进行换热。
如图13所示，换热器10a具有与上述换热器10大致相同的形状。在换热器10a的上部设有相当于上述上部集管20的上部集管20a。在上部集管20a，不仅设有氢流入口12、氢流出口14、制冷剂流入口16、制冷剂流出口18，而且在Y方向近前侧的左侧面设有高温流体流入口80，在Y方向进深侧的右侧面设有高温流体流出口82，这些出入口能够分别连接接头。高温流体流入口80与高温流体流出口82之间形成高温流体流路(第3流路)，在制冷剂与高温流体(第3流体)之间进行换热。该高温流体是与在第1流路中流动的氢气不同的散热侧流体(例如是与第1流体的压力不同的氢气)，具有比在第2流路中流动的制冷剂的温度高的高温。
如图14所示，换热器10a中的板层叠部24是通过将5种板在作为高度方向的Z方向上层叠而构成的。即，是在上部集管20a的正下方配置1张的上端板28a、在下部集管22a的正上方配置1张的下端板30a、在它们之间按顺序且交替地配置多张的第1板84、第2板86及第3板88。
如图15所示，在俯视时，上端板28a不仅具有氢供给孔36、氢排出孔38、制冷剂排出孔42、制冷剂供给孔40，而且还具有在纸面下方的左边附近沿Y方向延伸的高温流体供给孔90和在纸面上方的右边附近沿Y方向延伸的高温流体排出孔92。
即，上端板28a成为对上述上端板28附加了高温流体供给孔90和高温流体排出孔92而成的形状。在换热器10a中，将上述各孔称为贯通要素。作为贯通要素的各孔为纵长矩形，分别设于上端板28a、第1板84、第2板86、第3板88以及下端板30a而贯通板层叠部24，在下部集管22a的上表面的与这些孔对应的位置设有槽35。另外，下端板30a的下侧面与上端板28a的上表面成为左右镜像对称，形状上相同，因此省略图示和说明。
图16所示，第1板84的上表面成为对上述第1板32的上表面(参照图5)附加了高温流体供给孔90和高温流体排出孔92而成的形状。此外，第3板88的下表面与第1板84的上表面呈左右镜像对称，因此省略图示和说明。
如图17所示，第2板86的上表面成为对上述第2板32的上表面(参照图11)附加了高温流体供给孔90和高温流体排出孔92而成的形状。另外，第1板84的下表面与第2板86的上表面呈左右镜像对称，形状上相同，因此省略图示和说明。
如图18所示，在第3板88的上表面设有将高温流体供给孔90与高温流体排出孔92连通的窄槽组94。窄槽组94与制冷剂窄槽组46为左右镜像对称，高温流体从高温流体供给孔90通过窄槽组94向高温流体排出口92流动。另外，第2板86的下表面与第3板88的上表面呈左右镜像对称，因此省略图示和说明。
在如此形成的板层叠部24中，供氢流动的第1流路形成于第1板84的下表面与第2板86的上表面之间。供制冷剂流动的第2流路形成于上端板28a的下表面与第1板84的上表面之间、以及第3板88的下表面与下端板30a之间。供高温流体流动的第3流路形成于第2板86的下表面与第3板88的上表面之间。
由此，如上所述，散热侧的流路和受热侧的流路交替层叠而进行高效的换热，但散热侧流路和受热侧流路并非一定交替地层叠配置。另外，换热器10a中使用的第1流体、第2流体、第3流体也可以是两种制冷剂和一种高温流体的组合。
另外，换热器10a层叠有针对3个流体的第1流路、第2流路以及第3流路，但也可以是，通过适当地分配配置流体的供给孔和排出孔，从而层叠针对4个以上的流体的流路。在该情况下，较佳的是，使散热侧的流路和受热侧的流路交替层叠，但未必限定于此，也可以根据设计条件、各流体的特性而设为例如以下那样的顺序的层叠配置。
即，作为第1例，也可以设为制冷剂流路、第1高温流路、制冷剂流路、第2高温流路、第2高温流路、制冷剂流路、第1高温流路、制冷剂流路、第2高温流路、第2高温流路、制冷剂流路、...。另外，作为第2例，也可以设为制冷剂流路、第1高温流路、第2高温流路、第1高温流路、制冷剂流路、第1高温流路、第2高温流路、第1高温流路、制冷剂流路、...。并且，作为第3例，也可以设为第1制冷剂流路、第1高温流路、第1制冷剂流路、第2制冷剂流路、第2高温流路、第2制冷剂流路、第1制冷剂流路、第1高温流路、第1制冷剂流路、...。
此外，上述说明中的右侧、左侧、上部、下部、上端、下端、上表面以及下表面等表达方式是为了便于识别方向而记载的，载置换热器10的朝向并不限定于此。换热器10、10a用于氢供给站的氢供给用途，但用途并不限定于此，作为对象的流体也不限于气态氢和液体制冷剂。
本发明并不限定于上述实施方式，当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内自由地变更。
附图标记说明
10、10a、换热器；12、氢流入口；14、氢流出口；16、制冷剂流入口；18、制冷剂流出口；20、20a、上部集管；22、22a、下部集管；24、板层叠部；28、28a、上端板；30、30a、下端板；32、84、第1板；34、86、第2板；36、氢供给孔；38、氢排出孔；40、制冷剂供给孔；42、制冷剂排出孔；46、制冷剂窄槽组；48、制冷剂上游窄通路(上游部)；50、制冷剂下游窄通路(下游部)；52、蜂窝部；54、第1分支合流部；56、第2分支合流部；58、直线流路部；59、中间直线窄通路；60、60a、62、分流通路；64、氢窄槽组；66、沙洲部；68、氢上游窄通路(上游部)；70、氢下游窄通路(下游部)；88、第3板；94、窄槽组。

Claims (8)

1.一种换热器，该换热器在多个流路中流动的流体之间进行换热，
该换热器的特征在于，
所述流路具有：
第1流路，其供第1流体流动；以及
第2流路，其供与所述第1流体温度不同的第2流体流动，
所述第1流路和所述第2流路设为在与流路方向正交的层叠方向上交替地层叠，
所述第1流路和所述第2流路均具有：
多个上游部和多个下游部，该多个上游部在与所述流路方向和所述层叠方向正交的方向上并列，该多个下游部在与所述流路方向和所述层叠方向正交的方向上并列；以及
分支合流部，其位于所述上游部与所述下游部之间，在该分支合流部，在前面紧挨着该分支合流部的多个流路分别分支为两个分流通路，且相邻的所述分流通路彼此汇合而形成接下来的多个流路，
所述分支合流部在所述上游部与所述下游部之间设有多级。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，
所述分支合流部被分为第1分支合流部和第2分支合流部，
在该第1分支合流部，在前面紧挨着该第1分支合流部的N个流路分别分支为两个所述分流通路，并且，除了外侧的两个所述分流通路以外，使相邻的所述分流通路彼此汇合而形成接下来的N+1个流路，
在该第2分支合流部，在前面紧挨着该第2分支合流部的N+1个流路中的、除了外侧的两个所述流路以外的N－1个流路分别分支为两个所述分流通路，并且，包含外侧的两个流路在内，使相邻的所述分流通路彼此汇合而形成接下来的N个流路，
所述第1分支合流部和所述第2分支合流部在所述上游部与所述下游部之间交替地设有多级。
3.根据权利要求1或2所述的换热器，其特征在于，
在所述流路方向上相邻的两个所述分支合流部之间，具有与所述流路方向平行的直线流路。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的换热器，其特征在于，
在所述分支合流部分支或汇合的两个所述分流通路以流路方向为基准构成对称，分支的顶部的角度为180°以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的换热器，其特征在于，
在进行换热的部分，第1板和第2板层叠，
所述第1流路形成为所述第1板的表面与所述第2板的背面之间的槽，
所述第2流路形成为所述第2板的表面与所述第1板的背面之间的槽，
所述第1板与所述第2板之间进行扩散接合。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的换热器，其特征在于，
所述第2流体是温度比所述第1流体的温度低的低温的制冷剂，所述第1流体是温度比所述第2流体的温度高的高温的氢气。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的换热器，其特征在于，
所述第2流体是温度比所述第1流体的温度低的低温的制冷剂，所述第1流体是温度比所述第2流体的温度高的高温的流体，
所述第1流路中的所述分流通路形成得比所述第2流路中的所述分流通路窄。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的换热器，其特征在于，
所述流路包含所述第1流路和所述第2流路地具有3个以上的流路，
各个所述流路在所述层叠方向上呈层叠状设置，且具有所述上游部、所述下游部、所述分支合流部。
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