TW202601042A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

熱交換器(1)具備：被供給至擴散接合型的各層疊型熱交換部(11)的高溫流體所流動的高溫供給主配管(40)；從各層疊型熱交換部(11)排出的高溫流體所流動的高溫排出主配管(50)；被供給至各層疊型熱交換部(11)的低溫流體所流動的低溫供給主配管(20)；從各層疊型熱交換部(11)排出的低溫流體所流動的低溫排出主配管(30)；將高溫供給主配管(50)與各高溫側供給頭(14)相連接的複數個第一連接管(41)；將高溫排出主配管(50)與各高溫側排出頭(15)相連接的複數個第二連接管(51)；將低溫供給主配管(20)與各低溫側供給頭(12)相連接的複數個第三連接管(21)；以及將低溫排出主配管(30)與各低溫側排出頭(13)相連接的複數個第四連接管(31)。

Description

熱交換器

本發明是關於熱交換器。

以往，具備層疊型熱交換部之熱交換器係為已知(例如參照專利文獻1)。該層疊型熱交換部是具有：低溫層，具有作為加溫對象之低溫流體流動的低溫流路；以及高溫層，被層疊至該低溫層，具有作為加溫媒介的高溫流體流動的高溫流路。

在前述熱交換器中，低溫層與高溫層是分別藉由金屬板構成，鄰接之層彼此係藉由擴散接合而被接合。在前述複數個層疊型熱交換部中，被設置有：低溫側供給頭，將前述低溫流體供給至前述低溫流路；低溫側集合頭(低溫側排出頭)，將通過前述低溫流路後的低溫流體排出；高溫側供給頭，將前述高溫流體供給至前述高溫流路；以及高溫側集合頭(高溫側排出頭)，將通過前述高溫流路後的高溫流體排出。然後，在層疊型熱交換部中，在流經低溫流路之低溫流體與流經高溫流路之高溫流體之間，進行熱交換。

另外，專利文獻1所示之擴散接合型的熱交換器中，考量到用於使熱交換能力增加之層疊型熱交換部的尺寸為大型化。

然而，由於層疊型熱交換部的尺寸是受到其製造時使用的擴散接合爐的尺寸的制約，因此用一個區塊(能進入擴散接合爐的大小的一區塊)來構成符合大型化之要求的層疊型熱交換部，是困難者。相對於此，可考慮將擴散接合爐大型化，但在此情況下，存在有必要新的設備投資、且招致成本增加的問題。

因此，可考慮準備複數個能由既有之擴散接合爐來製作的尺寸的層疊型熱交換部，將該複數個層疊型熱交換部並列地配置，藉由相互地熔接將鄰接之表面的外周接合。

然而在此情況，在複數個層疊型熱交換部之中的一部分中，作為熱源的作動流體之凍結產生時，與沒有凍結產生的其他層疊型熱交換部相比，前述一部分的層疊型熱交換部之溫度將降低，其熱收縮量將變大。其結果是，熱交換器之規定部位(例如將層疊型熱交換部相互接合之熔接部分)處，有產生過大之熱應力之虞。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特許第6757150號公報

本發明是目的在於，複數個層疊型熱交換部之中的一部分產生了作動流體之凍結的情況下，減低該凍結所引起產生的熱應力。

根據本發明之熱交換器為：一種熱交換器，具備被相互並列地配置的複數個層疊型熱交換部；其中，前述複數個層疊型熱交換部是分別具備：低溫層，具有低溫流體流動的低溫流路；以及高溫層，被層疊至該低溫層，具有高溫流體流動的高溫流路；其中，鄰接的層彼此係藉由擴散接合而被接合；其中，在前述複數個層疊型熱交換部，分別地被設置有：低溫側供給頭，將前述低溫流體供給至前述低溫流路；低溫側排出頭，將通過前述低溫流路後的低溫流體排出；高溫側供給頭，將前述高溫流體供給至前述高溫流路；以及高溫側排出頭，將通過前述高溫流路後的高溫流體排出；其中，前述熱交換器更具備：被供給至前述各層疊型熱交換部的高溫流體所流動的高溫供給主配管；從前述各層疊型熱交換部排出的高溫流體所流動的高溫排出主配管；被供給至前述各層疊型熱交換部的低溫流體所流動的低溫供給主配管；從前述各層疊型熱交換部排出的低溫流體所流動的低溫排出主配管；將前述高溫供給主配管與前述各層疊型熱交換部的前述高溫側供給頭相連接的複數個第一連接管；將前述高溫排出主配管與前述各層疊型熱交換部的前述高溫側排出頭相連接的複數個第二連接管；將前述低溫供給主配管與前述各層疊型熱交換部的前述低溫側供給頭相連接的複數個第三連接管；以及將前述低溫排出主配管與前述各層疊型熱交換部的前述低溫側排出頭相連接的複數個第四連接管。

以下，基於圖式，詳細地說明本發明的實施方式。

(實施方式1) 　　參照圖1及圖2，說明熱交換器1之整體構成。圖1是表示實施方式1中的熱交換器1的概略構成的側視圖，圖2為圖1的II方向的箭頭視圖。以下之說明中，前後左右是根據各圖中所記載的方向軸之定義，但這些方向定義是為了便於進行熱交換器1之說明的方向定義，並沒有對本發明之構成有任何限定。

前述熱交換器1是透過在作為低溫流體的一示例的液化天然氣(以下，稱為LNG)與作為高溫流體的一示例的氣體的二氧化碳之間進行熱交換，將LNG氣化、並且將二氧化碳液化。

具體而言，熱交換器1是具有：四個熱交換單元10、低溫供給主配管20、低溫排出主配管30、高溫供給主配管40、高溫排出主配管50、四個低溫供給連接管21、四個低溫排出連接管31、四個高溫供給連接管41、與四個高溫排出連接管51。

四個熱交換單元10是在前後方向上，相互地空出間隔而被並列地配置。

低溫供給主配管20是接收來自被設置於熱交換器1之外部的LNG供給源所供給的LNG，並經由四個低溫供給連接管21供給至各熱交換單元10。

低溫排出主配管30是經由四個低溫排出連接管31，接收由在各熱交換單元10處所氣化的液化天然氣(以下，稱為NG)，使其合流後排出至熱交換器1的外部。

高溫供給主配管40是接收來自被設置於熱交換器1之外部的CO₂供給源所供給的氣體之二氧化碳，並經由四個高溫供給連接管41供給至各熱交換單元10。

高溫排出主配管50是經由四個高溫排出連接管51，接收由在各熱交換單元10處所液化的二氧化碳，使其合流後排出至熱交換器1的外部。

[各熱交換單元的構成] 　　各熱交換單元10是藉由層疊型之微通道(micro channel)熱交換器來構成。

具體而言，各熱交換單元10是具備：擴散接合型的層疊型熱交換部11，為低溫層111與高溫層112(參照後述之圖3A～圖3C)相互地鄰接而被交互地層疊；以及被固定至該層疊型熱交換部11的頭部(header)12、13、14、15。本示例中，低溫層111及高溫層112是在前後方向上交互地重疊而被層疊(參照後述之圖3C)。

做為頭部，被設置有：將LNG分配至複數個低溫流路111a的低溫側供給頭12、將氣體的二氧化碳分配至複數個高溫流路112a的高溫側供給頭14、使流經複數個低溫流路111a的LNG合流而排出的低溫側排出頭13、以及使流經複數個高溫流路112a的二氧化碳合流而排出的高溫側排出頭15。

低溫側供給頭12是由中空殼體構成，其被配置為覆蓋層疊型熱交換部11之下端面。在低溫側供給頭12的下端部之中心部，被形成有接收LNG的接收口12a。

低溫側排出頭13是由中空殼體構成，其被配置為覆蓋層疊型熱交換部11之上端面。在低溫側排出頭13的上端部之中心部，被形成有排出NG的排出口13a。

高溫側供給頭14是由半圓筒狀之中空殼體構成，其被配置為：在層疊型熱交換部11的上端部之左側面，於前後方向(圖1的紙面垂直方向)上進行延伸。在高溫側供給頭14的上下方向的中央位置處、且前後方向的中央部中，被形成有接收氣體之二氧化碳的接收口14a。

高溫側排出頭15是由半圓筒狀之中空殼體構成，其被配置為：在層疊型熱交換部11的下端部之右側面，於前後方向(圖1的紙面垂直方向)上進行延伸。在高溫側排出頭15的上下方向的中央位置處、且前後方向的中央部中，被形成有排出液化後之二氧化碳的排出口15a。

圖3A是從前側觀看前述高溫層112的圖，圖3B是從前側觀看前述低溫層111的圖，圖3C是表示高溫層112與低溫層111的層疊構造的縱剖視圖。

低溫層111中，被設置有導入LNG之複數個低溫流路111a。複數個低溫流路111a是在左右方向上鄰接而排列，並且在上下方向上直線狀地延伸。然後，位於低溫流路111a之下部的流入口111b是在低溫側供給頭12之內部空間中開口，而位於低溫流路111a之上端部的流出口111c是在低溫側排出頭13之內部空間中開口。因此，低溫側供給頭12內的LNG是流入低溫流路111a。然後，LNG是在流過該低溫流路111a間，與流過高溫流路112a的二氧化碳之間進行熱交換，藉此氣化而為NG，並流入至低溫側排出頭13內。流入至低溫側排出頭13內的NG是從低溫側排出頭13之排出口13a排出至低溫排出連接管31內。並且，低溫流路111a的形狀並不限定於直線狀，也可以採用鋸齒狀或波形狀等的各種形狀。再者，流入口111b及流出口111c未必有必要在上下方向上開口，例如也可使流入口111b及流出口111c之兩者或任一者在左右方向上開口。

另一方面，高溫層112中，被設置有導入氣體之二氧化碳的複數個高溫流路112a。高溫流路112a為鋸齒狀流路，其整體上將二氧化碳從上側朝向下側、並一邊左右地往復、一邊流通。位於高溫流路112a之上端部的流入口112b是在高溫側供給頭14之內部空間中開口，而位於高溫流路112a之下端部的流出口112c是在高溫側排出頭15之內部空間中開口。因此，高溫側供給頭14內的LNG是流入高溫流路112a。然後，LNG是在流過該高溫流路112a間，與流過低溫流路111a的LNG之間進行熱交換，藉此被液化，並流入至高溫側排出頭15內。流入至高溫側排出頭15內的液狀之二氧化碳是從高溫側排出頭15之排出口15a排出至高溫排出連接管51內。高溫流路112a的形狀並不限定於鋸齒狀，也可以採用直條狀或波形狀等的各種形狀。再者，流入口112b及流出口112c未必有必要在左右方向上開口，例如也可使流入口112b及流出口112c之兩者或任一者在上下方向上開口。

前述低溫層111為包含前述複數個低溫流路111a之扁平層，而高溫層112為包含前述複數個高溫流路112a之扁平層。低溫層111及高溫層112在本示例中分別在一片金屬板的表面上，分別形成凹狀槽，其構成低溫流路111a及高溫流路112a。構成低溫層111的金屬板與構成高溫層112的金屬板是在相互層疊之狀態下，被擴散接合而為一體化。

在此，擴散接合是指，使金屬板彼此相互地密接，在構成金屬板的素材的熔點以下的溫度條件下，並且加壓到盡可能不產生塑性變形的程度，利用在接合面間所產生的原子之擴散，接合金屬板彼此的方法。

再者，本實施方式中，低溫層111及高溫層112是皆可藉由任一片金屬板來構成，但是並不限定於此，例如也可藉由將複數個金屬板進行擴散接合而構成。也就是，例如等同將低溫層111以兩片金屬板來構成，將高溫層112以三片金屬板來構成。

[配管構造的詳細] 　　接著，參照圖1及圖2，說明在熱交換器1中被設置有配管類之連接構造。

如上述般，被設置於熱交換器1的配管類是包含：低溫供給主配管20、低溫排出主配管30、高溫供給主配管40、高溫排出主配管50、四個低溫供給連接管21、四個低溫排出連接管31、四個高溫供給連接管41、與四個高溫排出連接管51。高溫供給連接管41係相當於第一連接管，高溫排出連接管51係相當於第二連接管，低溫供給連接管21係相當於第三連接管，而低溫排出連接管31係相當於第四連接管。

前述低溫供給主配管20是位於四個熱交換單元10之各低溫側供給頭12的正下方，並在前後方向上水平地延伸設置。低溫供給主配管20中，與各低溫側供給頭12的相對向部位處，分別形成有連接孔20a。

前述四個低溫供給連接管21是分別由在上下方向上延伸之直管構成。各低溫供給連接管21是具有：被連接至各低溫側供給頭12的接收口12a的上端部、以及被連接至前述低溫供給主配管20的各連接孔20a的下端部。

前述低溫排出主配管30是位於四個熱交換單元10之各低溫側排出頭13的正上方，並在前後方向上水平地延伸設置。低溫排出主配管30中，與各低溫側排出頭13的相對向部位處，分別形成有連接孔30a。

前述四個低溫排出連接管31是分別由在上下方向上延伸之直管構成。各低溫排出連接管31是具有：被連接至前述低溫排出主配管30的各連接孔30a的上端部、以及被連接至各低溫側排出頭13的排出口13a的下端部。

高溫供給主配管40是位於四個熱交換單元10之各高溫側供給頭14的左側，並在前後方向上水平地延伸設置。高溫供給主配管40中，與各高溫側供給頭14的相對向部位處，分別形成有連接孔40a。

四個高溫供給連接管41是分別由在左右方向(圖2之紙面垂直方向)上延伸之直管構成。各高溫供給連接管41是具有：被連接至高溫供給主配管40的各連接孔40a的左端部、以及被連接至各高溫側供給頭14的接收口14a的右端部(參照圖1)。

高溫排出主配管50是位於四個熱交換單元10之各高溫側排出頭15的右側，並在前後方向上水平地延伸設置。高溫排出主配管50中，與各高溫側排出頭15的相對向部位處，分別形成有連接孔50a。

四個高溫排出連接管51是由在左右方向上延伸之直管構成。高溫排出連接管51是具有：被連接至各高溫側排出頭15的排出口15a的左端部、以及被連接至高溫排出主配管50的各連接孔50a的右端部(參照圖1)。

[比較例的說明及作用效果] 　　關於以上般構成之熱交換器1達成的作用效果，將基於圖4A及圖4B所示的比較例之比較來進行說明。圖4A及圖4B所示之比較例中，與本實施方式的熱交換器1為相同構成要素，使用加算300之參照符號，且其詳細說明將適當省略。

圖4A是從前側觀看表示比較例中的熱交換器301的側視圖，圖4B是從右側觀看的熱交換器301之中、除去高溫流體出口頭315的整體的概略圖。

比較例的熱交換器301中，四個層疊型熱交換部311係在前後方向上鄰接而被排列配置。該熱交換器301中，相鄰之層疊型熱交換部311係藉由熔接而被連接。圖4B的粗線部是表示沿著該相鄰的層疊型熱交換部311的邊界部所形成的熔接部分W(所謂的焊珠部)。並且，圖中的符號312為低溫側供給頭，符號313為低溫側排出頭，符號314為高溫側供給頭，而符號315為高溫側排出頭。

如該比較例般，在四個層疊型熱交換部311相互地熔接而由一個區塊(block)構成的熱交換器301中，在四個層疊型熱交換部311之中的一部分中之作動流體(例如二氧化碳)產生凍結的情況下，該一部分的層疊型熱交換部311與其他層疊型熱交換部311之間的熱收縮量產生較大的差異，因此有熔接部分W產生過大的熱應力之虞。

作為一示例，在圖4B中，考量到從右側起第二個層疊型熱交換部311的高溫流路112a內的二氧化碳之凍結係產生了的情況。造成該二氧化碳之凍結要因有各種，例如高溫流路112a之出口部的壁面溫度因LNG的冷熱而降為二氧化碳的固化溫度以下等。當高溫流路112a內的二氧化碳凍結時，高溫流路112a內的二氧化碳的流通係被遮斷，因此該凍結產生的層疊型熱交換部311的溫度是大致等於流經低溫流路111a的LNG(例如-150°C~160°C)的溫度。因此，產生凍結的層疊型熱交換部311的溫度是與其他三個層疊型熱交換部311相比顯著地降低，其結果是，產生凍結的層疊型熱交換部311係如圖4B的粗箭頭所示，在上下方向上熱收縮。然後，由於該熱收縮，將產生此等問題，即過大之熱應力係作用於該熱交換部311與其左右的層疊型熱交換部311之熔接部分W。假設，由於過大的熱應力的重複所致的熱疲勞的原因，被頭部312、313覆蓋的熔接部分W破損了的情況下，有必要在拆卸該頭部312、313後，重新將破損的熔接部分W熔接。此結果是，有必要使包含熱交換器301的設備(plant)整體之運轉長時間停止，從而進行修復作業，有產生時間及成本的損失之虞。

與此相對，在本實施方式中，未有將四個層疊型熱交換部11相互地熔接而構成一個區塊，而是藉由上述的配管構造，在相互分離的狀態下經由配管而連接。

具體而言，本實施方式中，熱交換器1是被構成為具備：被供給至各層疊型熱交換部11的氣體之二氧化碳所流動的高溫供給主配管40；被從各層疊型熱交換部11排出的液化後之二氧化碳所流動的高溫排出主配管50；被供給至各層疊型熱交換部11的LNG所流動的低溫供給主配管20；從各層疊型熱交換部11排出的NG所流動的低溫排出主配管；將高溫供給主配管40與各層疊型熱交換部11的高溫側供給頭14相連接的四個高溫供給連接管41(第一連接管之一示例)；將高溫排出主配管50與各層疊型熱交換部11的高溫側排出頭15相連接的四個高溫排出連接管51(第二連接管之一示例)；將低溫供給主配管20與各層疊型熱交換部11的低溫側供給頭12相連接的四個低溫供給連接管21(第三連接管之一示例)；將低溫排出主配管30與各層疊型熱交換部11的低溫側排出頭13相連接的四個低溫排出連接管31(第四連接管之一示例)。

根據此構成，使用前述主配管20、30、40、50與作為其分歧管的連接管21、31、41、51來連接四個層疊型熱交換部11，藉此，就算一部分的層疊型熱交換部11中產生了凍結，也能透過各主配管20、30、40、50及各連接管21、31、41、51的變形，來釋放由此產生的熱應力。因此，能廢除如比較例般之沿著相鄰的層疊型熱交換部11的邊界部所形成的熔接部分W(焊珠部)，從而防止過大的熱應力之產生。

再者，如前述實施方式般地採用了擴散接合型的層疊型熱交換部11的情況下，層疊型熱交換部11的大小受到製造時使用的擴散接合爐的尺寸限制，因此難以在一個區塊中實現大型化(也就是，熱交換能力的提高)。因此，本實施方式的構成是有用的，即期望將複數個層疊型熱交換部11並列地配置以謀求熱交換能力之提高，且在這樣的熱交換器1中，一部分之層疊型熱交換部11中凍結產生之情況下，與其他層疊型熱交換部11的溫度差所引起產生的熱應力可進行釋放。

前述實施方式的熱交換器1中，低溫流體是設為LNG，而高溫流體是設為二氧化碳。

這種熱交換器1中，高溫流路112a內的二氧化碳之凍結(固化)容易產生，因此對於減低熱交換器1的熱應力而言，上述之配管構造係特別地有用。也就是，熱交換器1中用於冷卻二氧化碳而使用的LNG的溫度例如為 -150℃～-160℃，遠低於一般之儲藏及運送時的壓力(0.52Mpa～3Mpa)中的二氧化碳之固化溫度(大致為-56℃)。因此，熱交換器1中的流經高溫流路112a之二氧化碳容易由於LNG之冷熱而凍結(固化)。當高溫流路112a被封閉時，具有該高溫流路112a的層疊型熱交換部11之溫度是變為接近流經低溫流路111a的LNG之溫度，由於與其他的層疊型熱交換部11之間的溫度差，將產生較大的熱應力。因此，可以釋放這種較大的熱應力之本實施方式的構成，是特別地有用。

(實施方式2) 　　圖5是表示根據實施方式2的相當於圖1的圖。該實施方式中，低溫供給連接管21、低溫排出連接管31、高溫供給連接管41及高溫排出連接管51之形狀係與前述實施方式1為不同。並且，圖5中，對與圖1為相同的構成要素，是給予相同符號，並省略其詳細說明。

也就是，本實施方式中，低溫供給連接管21、低溫排出連接管31、高溫供給連接管41及高溫排出連接管51是分別為：管路長度方向之中間部係彎曲而被構成之。再者，隨著各連接管21、31、41、51之形狀與實施方式1為不同，主配管20、30、40、50之配置位置也與前述實施方式1為不同。

[各主配管的配置構成] 　　首先，參照圖5，順序說明各主配管20、30、40、50之配置構成。

低溫供給主配管20是被配置於比低溫側供給頭12之接收口12a的正下方還向左側偏移之位置。低溫排出主配管30是被配置於比低溫側排出頭13之排出口13a還向右側偏移之位置。該低溫供給主配管20之偏移量與前述低溫側排出頭13之偏移量是被相等地設定，但並不限定於此。

高溫供給主配管40是被配置於比高溫側供給頭14之接收口14a的正橫向位置還向上側偏移之位置。高溫排出主配管50是被配置於比高溫側排出頭15之排出口15a的正橫向位置方還向下側偏移之位置。該高溫供給主配管40之偏移量與前述高溫排出主配管50之偏移量是被相等地設定，但並不限定於此。

[各連接管的配置構成] 　　圖6是圖5中的VI部的擴大立體圖。該圖中，作為一示例，將高溫排出連接管51抽取出而擴大表示，但關於其他之低溫供給連接管21、低溫排出連接管31及高溫供給連接管41，也是同樣的連接構造。

也就是，如圖6所示，高溫排出連接管51是具有：從高溫排出主配管50的連接孔50a向上側鉛直地延伸的第一直線管部51a；從高溫側排出頭15的排出口15a向右側水平地延伸的第二直線管部51b；以及連接第一直線管部51a的上端部與第一直線管部51a的右側端部的彎曲管部51c。彎曲管部51c是藉由彎曲角為90°的肘(elbow)管來構成。並且，該彎曲角並不限定於90°，也可為任何角度。

如僅在圖5所示，低溫供給連接管21是具有：從低溫供給主配管20的連接孔20a向右側水平地延伸的第一直線管部21a；從低溫側供給頭12的接收口12a向下側鉛直地延伸的第二直線管部21b；以及連接第一直線管部21a的右側端部與第二直線管部21b的下端部的彎曲管部21c。彎曲管部21c是藉由彎曲角為90°的肘管來構成。並且，該彎曲角並不限定於90°，也可為任何角度。

如僅在圖5所示，低溫排出連接管31是具有：從低溫排出主配管30的連接孔30a向左側水平地延伸的第一直線管部31a；從低溫側排出頭13的排出口13a向上側鉛直地延伸的第二直線管部31b；以及連接第一直線管部31a的左側端部與第二直線管部31b的上端部的彎曲管部31c。彎曲管部31c是藉由彎曲角為90°的肘管來構成。並且，該彎曲角並不限定於90°，也可為任何角度。

如僅在圖5所示，高溫供給連接管41是具有：從高溫供給主配管40的連接孔40a向下側鉛直地延伸的第一直線管部41a；從高溫側供給頭14的接收口14a向左側水平地延伸的第二直線管部41b；以及連接第一直線管部41a的下端部與第二直線管部41b的左側端部的彎曲管部41c。彎曲管部41c是藉由彎曲角為90°的肘管來構成。並且，該彎曲角並不限定於90°，也可為任何角度。

(作用及效果) 　　如以上說明般，本實施方式中，低溫供給連接管21、低溫排出連接管31、高溫供給連接管41及高溫排出連接管51是分別具有彎曲管部21c、31c、41c、51c。

根據此構成，一部分的層疊型熱交換部11中產生凍結之情況的熱應力可以藉由各彎曲管部21c、31c、41c、51c的扭曲變形或彎曲變形等來釋放。換言之，彎曲管部21c、31c、41c、51c實現一種彈簧般的作用，藉此可以容許(吸收)熱應力所致的部件之變形。由此，可以緩和在與各連接管21、31、41、51中的主配管20、30、40、50的連接部處所產生之應力集中，從而減低各連接管21、31、41、51的熱應力。

(實施方式2的變形例) 　　圖7是表示根據實施方式2的變形例的相當於圖5的圖。該實施方式中，低溫供給連接管21、低溫排出連接管31、高溫供給連接管41及高溫排出連接管51係分別於管路長度方向之中間部處具有複數個彎曲管部，在此點上與前述實施方式2為不同。並且，圖7中，對與圖5為相同之構成要素，是給予相同符號，並省略其詳細說明。

也就是，本變形例中，各連接管21、31、41、51是分別地具有兩個彎曲管部而被構成。

圖8是圖7中的VIII部的擴大立體圖。該圖中，作為一示例，將高溫排出連接管51抽取出而擴大表示，但關於其他之低溫供給連接管21、低溫排出連接管31及高溫供給連接管41，也是具有同樣的連接構造。

在此為了容易理解，參照圖7及圖8，將詳細說明高溫排出連接管51，爾後，參照圖7，詳細說明低溫供給連接管21、低溫排出連接管31及高溫供給連接管41。

如圖7及圖8所示，高溫排出連接管51是具有：從高溫排出主配管50的連接孔50a向上側鉛直地延伸的第一直線管部51a；從高溫側排出頭15的排出口15a向右側水平地延伸的第二直線管部51b；第一彎曲管部51d；以及第二彎曲管部51e。第一彎曲管部51d是藉由彎曲角為90°的肘管來構成。第一彎曲管部51d之一端部是被連接至第一直線管部51a的上端部。第一彎曲管部51d的彎曲中心線C1是在左右方向上延伸。第二彎曲管部51e是藉由彎曲角度為90°的肘管來構成。第二彎曲管部51e是將第一彎曲管部51d的另一端部(後側端部)與第二直線管部51b的右側端部相連接。第二彎曲管部51e的彎曲中心線C2是在上下方向上延伸。也就是，第二彎曲管部51e的彎曲中心線C2之延伸方向與第一彎曲管部51d的彎曲中心線C1之延伸方向，是正交。各彎曲中心線C1、C2是分別為通過各彎曲管部51d、51e之流路中心線的曲率中心位置、且垂直於包含該流路中心線之平面的直線。也就是，第一彎曲管部51d是以彎曲中心線C1為中心而圓弧狀地彎曲，第二彎曲管部51e是以彎曲中心線C2為中心而圓弧狀地彎曲。以下之說明中，彎曲中心線的定義也為同樣。

如僅在圖7所示，低溫供給連接管21是具有：從低溫供給主配管20的連接孔20a向右側水平延伸的第一直線管部21a；從低溫側供給頭12的接收口12a向下側鉛直延伸的第二直線管部21b；第一彎曲管部21d；以及第二彎曲管部21e。第一彎曲管部21d是藉由彎曲角為90°的肘管來構成。第一彎曲管部21d之一端部是被連接至第一直線管部21a的右側端部。第一彎曲管部21d的彎曲中心線是在上下方向上延伸。第二彎曲管部21e是藉由彎曲角度為90°的肘管來構成。第二彎曲管部21e是將第一彎曲管部21d的另一端部與第二直線管部21b的下端部相連接。第二彎曲管部21e的彎曲中心線是在左右方向上延伸。也就是，第二彎曲管部21e的彎曲中心線之延伸方向與第一彎曲管部21d的彎曲中心線之延伸方向，是正交。

如僅在圖7所示，低溫排出連接管31是具有：從低溫排出主配管30的連接孔30a向左側水平地延伸的第一直線管部31a；從低溫側排出頭13的排出口13a向上側鉛直地延伸的第二直線管部31b；第一彎曲管部31d；以及第二彎曲管部31e。第一彎曲管部31c是藉由彎曲角為90°的肘管來構成。第一彎曲管部31d之一端部是被連接至第一直線管部31a的左側端部。第一彎曲管部31d的彎曲中心線是在前後方向(圖7之紙面垂直方向)上延伸。第二彎曲管部31e是藉由彎曲角度為90°的肘管來構成。第二彎曲管部31e是將第一彎曲管部51d的另一端部與第二直線管部31b的上端部相連接。第二彎曲管部31e的彎曲中心線是在左右方向上延伸。也就是，第二彎曲管部31e的彎曲中心線之延伸方向與第一彎曲管部31d的彎曲中心線之延伸方向，是正交。

如僅在圖7所示，高溫供給連接管41是具有：從高溫供給主配管40的連接孔40a向下側鉛直地延伸的第一直線管部41a；從高溫側供給頭14的接收口14a向左側水平地延伸的第二直線管部41b；第一彎曲管部41d：以及第二彎曲管部41e。第一彎曲管部41d是藉由彎曲角為90°的肘管來構成。第一彎曲管部41d之一端部是被連接至第一直線管部41a的下端部。第一彎曲管部41d的彎曲中心線是在左右方向上延伸。第二彎曲管部41e是藉由彎曲角度為90°的肘管來構成。第二彎曲管部41e是將第一彎曲管部41d的另一端部與第二直線管部41b的左側端部相連接。第二彎曲管部41e的彎曲中心線是在上下方向上延伸。也就是，第二彎曲管部41e的彎曲中心線之延伸方向與第一彎曲管部41d的彎曲中心線之延伸方向，是正交。

(作用及效果) 　　如以上說明般，本變形例的熱交換器1中，低溫供給連接管21、低溫排出連接管31、高溫供給連接管41及高溫排出連接管51是分別具有兩個彎曲管部。也就是，低溫供給連接管21是具有第一彎曲管部21d及第二彎曲管部21e，低溫排出連接管31是具有第一彎曲管部31d及第二彎曲管部31e，高溫供給連接管41是具有第一彎曲管部41d及第二彎曲管部41e，以及高溫排出連接管51是具有第一彎曲管部51d及第二彎曲管部51e。

根據此構成，各連接管21、31、41、51被分別設置有兩個彎曲管部，與僅設置一個彎曲管部之情況相比，可以提高各連接管21、31、41、51的彈性係數。因此，與實施方式2相比，能進一步確實地吸收熱應力所引起的部件變形，減低該熱交換器1的熱應力。

進而在本變形例中，低溫供給連接管21中的第一彎曲管部21d的彎曲中心線之延伸方向與第二彎曲管部21e的彎曲中心線，是相互正交。再者，低溫排出連接管31中的第一彎曲管部31d的彎曲中心線之延伸方向與第二彎曲管部31e的彎曲中心線，是相互正交。高溫供給連接管41中的第一彎曲管部41d的彎曲中心線之延伸方向與第二彎曲管部41e的彎曲中心線，是相互正交。高溫排出連接管51中的第一彎曲管部51d的彎曲中心線之延伸方向與第二彎曲管部51e的彎曲中心線，是相互正交。

根據此構成，兩個彎曲管部分21d、21e(或31d、31e或41d、41e或51d、51e)的彎曲中心線的延伸方向相互地正交，因此可提高由於前述熱應力所引起的在各連接管21、31、41、51上作用的扭轉力矩的吸收自由度。

(其他實施方式) 　　以上，說明了關於根據本發明的實施方式的熱交換器1，但本發明並不限定於此，例如也可採用以下的實施方式。

(1)前述各實施方式及變形例中，以層疊型熱交換部11之數量為四個為示例來說明，但並不限定於此。也就是，層疊型熱交換部11之數量若為兩個以上時，幾個都可以。

(2)前述各實施方式及變形例中，各層疊型熱交換部11是分別有複數個高溫層112與複數個低溫層111相互鄰接而被交互地層疊，從而被構成之，但是並不限定於此，高溫層112及低溫層111也能夠以1:2、1:3、2:1、3:1之方式的任何層疊比來被設置。

(3)前述各實施方式及變形例中，作為低溫流體之一示例舉出了LNG而進行說明，但並不限定於此，例如也可為液態氫等。再者，作為高溫流體之一示例舉出了二氧化碳來進行說明，但並不限定於此，只要是固化溫度高於低溫流體入口的流體，就能為任何流體。

並且，在上述的具體實施方式中，主要地包含具有以下之構成的發明。

根據第一發明之熱交換器為：一種熱交換器，具備被相互並列地配置的複數個層疊型熱交換部；其中，前述複數個層疊型熱交換部是分別具備：低溫層，具有低溫流體流動的低溫流路；以及高溫層，被層疊至該低溫層，具有高溫流體流動的高溫流路；其中，鄰接的層彼此係藉由擴散接合而被接合；其中，在前述複數個層疊型熱交換部，分別地被設置有：低溫側供給頭，將前述低溫流體供給至前述低溫流路；低溫側排出頭，將通過前述低溫流路後的低溫流體排出；高溫側供給頭，將前述高溫流體供給至前述高溫流路；以及高溫側排出頭，將通過前述高溫流路後的高溫流體排出；其中，前述熱交換器更具備：被供給至前述各層疊型熱交換部的高溫流體所流動的高溫供給主配管；從前述各層疊型熱交換部排出的高溫流體所流動的高溫排出主配管；被供給至前述各層疊型熱交換部的低溫流體所流動的低溫供給主配管；從前述各層疊型熱交換部排出的低溫流體所流動的低溫排出主配管；將前述高溫供給主配管與前述各層疊型熱交換部的前述高溫側供給頭相連接的複數個第一連接管；將前述高溫排出主配管與前述各層疊型熱交換部的前述高溫側排出頭相連接的複數個第二連接管；將前述低溫供給主配管與前述各層疊型熱交換部的前述低溫側供給頭相連接的複數個第三連接管；以及將前述低溫排出主配管與前述各層疊型熱交換部的前述低溫側排出頭相連接的複數個第四連接管。

根據此構成，將複數個層疊型熱交換部不相互地熔接，而是經由前述各主配管及各連接管來連接，藉此，在一部分之層疊型熱交換部中產生凍結之情況下，所產生之該一部分的層疊型熱交換部與其他層疊型熱交換部之間的熱收縮量之差異可由前述各主配管及各連接管的變形來吸收。因此，例如與相鄰之層疊型熱交換部藉由相互熔接而連接之情況下所產生的熔接部分之熱應力相比，可以減低在前述主配管或連接配管所產生之熱應力。並且，所謂層疊型熱交換部的凍結，例如可舉出在高溫流路內流動的高溫流體由於在低溫流路內流動的低溫流體之冷熱而固化的情況，但並不限定於此。

再者，如前述構成般，採用了擴散接合型的層疊型熱交換部的情況下，層疊型熱交換部的大小受到製造時使用的擴散接合爐的尺寸限制，因此難以在一個區塊中實現大型化(也就是，熱交換能力的提高)。因此，將複數個層疊型熱交換部並列地配置以謀求熱交換能力之提高係為必要者，則在此種熱交換器中，本發明之構成為有用者。

第二發明為，在第一發明中，也可：較佳地，前述第一至第四連接管是分別地具有至少一個彎曲管部。

根據此構成，由於第一至第四連接管中至少一個彎曲管部係被設置，在一部分之層疊型熱交換部中產生凍結之情況下，所產生之該一部分的層疊型熱交換部與其他層疊型熱交換部之間的熱收縮量之差異可由彎曲管部的扭曲變形或彎曲變形等來吸收。換言之，彎曲管部實現一種彈簧般的作用，藉此可以容許(吸收)熱收縮所致的部件之變形。由此，比起第一發明，可以更緩和在與各連接管中的主配管的連接部處所產生之熱應力。

第三發明為，在第二發明中，也可：較佳地，前述彎曲管部的數量為兩個以上。

根據此構成，透過在各連接管上設置兩個以上的彎曲管部，能進一步確實地得到與第二發明同樣的作用效果。

第四發明為，在第二發明中，也可：較佳地，前述彎曲管部的數量為一個。

根據此構成，可將彎曲管部之數量給極力減少，從而可將各連接管之構成簡單化。因此，能夠使熱交換器的配管構造簡單化，提高經濟性。

第五發明為，在第二或第三發明中，也可：較佳地，前述彎曲管部的數量為兩個，兩個前述彎曲管部之彎曲中心線的延伸方向為相互地正交。

根據此構成，兩個彎曲管部分的彎曲中心線相互地正交，因此可提高由於前述熱應力所引起的在各連接管上作用的扭轉力矩的吸收自由度。在此，彎曲中心線為通過各彎曲管部之流路中心線的曲率中心位置、且垂直於包含該流路中心線之平面的直線。

第六發明為，在第一至第五發明之中的任一個中，也可：較佳地，流入至前述低溫流路的低溫流體為液態氫或液化天然氣，流入至前述高溫流路的高溫流體為氣體之二氧化碳。

如此，透過採用液態氫或液化天然氣作為低溫流體、並採用氣體之二氧化碳作為高溫流體，可同時地實現液化天然氣的氣化與二氧化碳的液化之兩個功能。另一方面，這種熱交換器中，高溫流路內的二氧化碳之凍結(固化)容易產生，因此本發明(第一發明)之構成係特別地有用。也就是，熱交換器中用於冷卻二氧化碳而使用的液化天然氣的溫度例如為-150℃～-160℃，液態氫之溫度例如為-250℃，遠低於一般之儲藏及運送時的壓力(0.52Mpa～3Mpa)中的二氧化碳之固化溫度(大致為-56℃)。因此，熱交換器中的流經高溫流路之二氧化碳容易由於低溫流體之冷熱而凍結(固化)。當高溫流路被封閉時，具有該高溫流路的層疊型熱交換部之溫度是變為接近流經低溫流路的低溫流體之溫度。其結果是，該層疊型熱交換部、和鄰接於該層疊型熱交換部的其他層疊型熱交換部之間，有產生較大的熱收縮量之差異。在這種狀況下，例如在將複數個層疊型熱交換部的鄰接表面的外周相互地熔接而連接的情況下，由於未有能吸收鄰接的區塊(層疊型熱交換部)之熱收縮量之差異者，因此在熔接部將產生較大的熱應力。因此，可以吸收這種較大的熱收縮量之差異、釋放熱應力之本發明(第一發明)的構成，係特別地有用。

1:熱交換器 10:熱交換單元 11:層疊型熱交換部 12:低溫側供給頭 12a:接收口 13:低溫側排出頭 13a:排出口 14:高溫側供給頭 14a:接收口 15:高溫側排出頭 15a:排出口 20:低溫供給主配管 20a:連接孔 21:低溫供給連接管 21a:第一直線管部 21b:第二直線管部 21c:彎曲管部 21d:第一彎曲管部 21e:第二彎曲管部 30:低溫排出主配管 30a:連接孔 31:低溫排出連接管 31a:第一直線管部 31b:第二直線管部 31c:彎曲管部 31d:第一彎曲管部 31e:第二彎曲管部 40:高溫供給主配管 40a:連接孔 41:高溫供給連接管 41a:第一直線管部 41b:第二直線管部 41c:彎曲管部 41d:第一彎曲管部 41e:第二彎曲管部 50:高溫排出主配管 50a:連接孔 51:高溫排出連接管 51a:第一直線管部 51b:第二直線管部 51c:彎曲管部 51d:第一彎曲管部 51e:第二彎曲管部 111:低溫層 111a:低溫流路 111b:流入口 111c:流出口 112:高溫層 112a:高溫流路 112b:流入口 112c:流出口 301:熱交換器 311:層疊型熱交換部 312:低溫側供給頭 313:低溫側排出頭 314:高溫側供給頭 315:高溫側排出頭 W:熔接部分

[圖1]是表示根據實施方式1中的熱交換器之概略構成的側視圖。 　　[圖2]是圖1的II方向的箭頭視圖。 　　[圖3A]是從前側觀看高溫層的圖。 　　[圖3B]是從前側觀看低溫層的圖。 　　[圖3C]是表示高溫層與低溫層的層疊構造的縱剖視圖。 　　[圖4A]是從前側觀看表示比較例中的熱交換器的側視圖。 　　[圖4B]是從右側觀看的熱交換器之中除去高溫流體出口頭的整體的概略圖。 　　[圖5]是表示根據實施方式2的相當於圖1的圖。 　　[圖6]是圖5中的VI部的擴大立體圖。 　　[圖7]是表示根據實施方式2的變形例的相當於圖5的圖。 　　[圖8]是圖7中的VIII部的擴大立體圖。

1:熱交換器

10:熱交換單元

11:層疊型熱交換部

12:低溫側供給頭

12a:接收口

13:低溫側排出頭

13a:排出口

14:高溫側供給頭

15:高溫側排出頭

20:低溫供給主配管

20a:連接孔

21:低溫供給連接管

30:低溫排出主配管

30a:連接孔

31:低溫排出連接管

40:高溫供給主配管

40a:連接孔

41:高溫供給連接管

50:高溫排出主配管

50a:連接孔

51:高溫排出連接管

Claims (6)

1. 一種熱交換器，具備被相互並列地配置的複數個層疊型熱交換部； 　　其中，前述複數個層疊型熱交換部是分別具備：低溫層，具有低溫流體流動的低溫流路；以及高溫層，被層疊至該低溫層，具有高溫流體流動的高溫流路；其中，鄰接的層彼此係藉由擴散接合而被接合； 　　其中，在前述複數個層疊型熱交換部，分別地被設置有：低溫側供給頭，將前述低溫流體供給至前述低溫流路；低溫側排出頭，將通過前述低溫流路後的低溫流體排出；高溫側供給頭，將前述高溫流體供給至前述高溫流路；以及高溫側排出頭，將通過前述高溫流路後的高溫流體排出； 　　其中，前述熱交換器更具備： 　　被供給至前述各層疊型熱交換部的高溫流體所流動的高溫供給主配管； 　　從前述各層疊型熱交換部排出的高溫流體所流動的高溫排出主配管； 　　被供給至前述各層疊型熱交換部的低溫流體所流動的低溫供給主配管； 　　從前述各層疊型熱交換部排出的低溫流體所流動的低溫排出主配管； 　　將前述高溫供給主配管與前述各層疊型熱交換部的前述高溫側供給頭相連接的複數個第一連接管； 　　將前述高溫排出主配管與前述各層疊型熱交換部的前述高溫側排出頭相連接的複數個第二連接管； 　　將前述低溫供給主配管與前述各層疊型熱交換部的前述低溫側供給頭相連接的複數個第三連接管；以及 　　將前述低溫排出主配管與前述各層疊型熱交換部的前述低溫側排出頭相連接的複數個第四連接管。
2. 如請求項1所記載之熱交換器，其中： 　　前述第一至第四連接管是分別地具有至少一個彎曲管部。
3. 如請求項2所記載之熱交換器，其中： 　　前述彎曲管部的數量為兩個以上。
4. 如請求項2所記載之熱交換器，其中： 　　前述彎曲管部的數量為一個。
5. 如請求項2所記載之熱交換器，其中： 　　前述彎曲管部的數量為兩個； 　　兩個前述彎曲管部的彎曲中心線之延伸方向是相互地正交。
6. 如請求項1至5任一者所記載之熱交換器，其中： 　　流入至前述低溫流路的低溫流體為液態氫或液化天然氣； 　　流入至前述高溫流路的高溫流體為氣體之二氧化碳。