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公開番号2023149895
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-10-16
出願番号2022058692
出願日2022-03-31
発明の名称熱交換システム
出願人住友精密工業株式会社
代理人個人,個人
主分類F28D 21/00 20060101AFI20231005BHJP(熱交換一般)
要約【課題】低温流体と液体の高温流体との間において熱交換を行う際に、高温流体の凍結を抑制することが可能な熱交換システムを提供する。
【解決手段】この熱交換システム100は、低温流体80と高温流体81との間における熱交換を行う第1熱交換部3と、低温流体80間における熱交換を行う第2熱交換部4とを備え、第2熱交換部4は、低温流体80が流入する第1入口4aと、第1入口4aと連通する第1出口4bと、低温流体80が流入する第2入口4cと、第2入口4cと連通する第2出口4dとを含み、第1入口4aから流入した低温流体80と第2入口4cから流入した低温流体80とを熱交換するように構成され、第2入口4cに流入前の低温流体80を加熱する加熱部を備え、第2出口4dは第1熱交換部3と連通しており、第2熱交換部4によって熱交換され第2出口4dから流出した低温流体80は、第1熱交換部3に流入され高温流体81と熱交換される。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
低温の流体である低温流体と前記低温流体よりも高温である高温流体との間における熱交換を行う第１熱交換部と、
前記低温流体間における熱交換を行う第２熱交換部と、を備え、
前記第２熱交換部は、前記低温流体が流入する第１入口と、前記第１入口と連通し熱交換後の前記第１入口から流入した前記低温流体が流出する第１出口と、前記第１出口から流出した前記低温流体が流入する第２入口と、前記第２入口と連通し熱交換後の前記第２入口から流入した前記低温流体が流出する第２出口とを含み、前記第１入口から流入した前記低温流体と前記第２入口から流入した前記低温流体とを熱交換するように構成され、
前記第１出口と前記第２入口の間に設けられ、前記第１出口から流出後、前記第２入口に流入前の前記低温流体を加熱する加熱部を備え、
前記第２出口は、前記第１熱交換部と連通しており、
前記第２熱交換部によって熱交換され、前記第２出口から流出した前記低温流体は、前記第１熱交換部に流入され、前記高温流体と熱交換される、熱交換システム。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第１熱交換部は、前記加熱部を兼ねており、
前記第１熱交換部は、前記低温流体が流入する第１低温側入口と、前記第１低温側入口と連通する第１低温側出口とを含み、
前記第２熱交換部の前記第１出口は、前記第１熱交換部の前記第１低温側入口と連通しており、
前記第１出口から流出した前記低温流体は、前記第１低温側入口から前記第１熱交換部に流入され、前記高温流体と熱交換された後、前記第２入口から前記第２熱交換部に戻すように流入される、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項３】
前記第１熱交換部は、前記第２熱交換部の前記第２出口と連通する第２低温側入口と、前記第２低温側入口と連通する第２低温側出口とをさらに含み、
前記第２熱交換部の前記第２出口から流出した前記低温流体は、前記第１熱交換部の前記第２低温側入口から前記第１熱交換部に流入され、前記高温流体と熱交換される、請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項４】
前記第１熱交換部は、前記高温流体と前記第１熱交換部の前記第１低温側入口から流入した前記低温流体との間における熱交換、および、前記高温流体と前記第１熱交換部の前記第２低温側入口から流入した前記低温流体との間における熱交換を行うように構成されている、請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項５】
前記第１熱交換部および前記第２熱交換部は、それぞれ異なる第１熱交換器および第２熱交換器に設けられている、請求項３または４に記載の熱交換システム。
【請求項６】
液体の前記低温流体を貯蔵する低温流体タンクと、
前記低温流体タンクに貯蔵された前記低温流体を、前記低温流体を流通させる低温流路に流通させる低温流体ポンプと、
前記第１熱交換部によって加熱され、気化した前記低温流体を貯留する低温流体貯留部と、
前記低温流体貯留部に接続され、供給対象に対して気化した前記低温流体を供給する供給部と、
前記低温流路から分岐して前記供給部に接続し、前記低温流体を流通させる分岐流路と、をさらに備え、
前記供給部は、前記低温流体貯留部から流入する前記低温流体と、前記分岐流路から流入し、前記低温流体貯留部に貯留された前記低温流体よりも低温の前記低温流体とを混合するように構成されている、請求項５に記載の熱交換システム。
【請求項７】
前記低温流体は液体水素であり、
前記高温流体は温水である、請求項１～６のいずれか１項に記載の熱交換システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱交換システムに関し、特に、低温の流体である低温流体と、高温の流体である高温流体との間で熱交換を行う熱交換システムに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、低温の流体である低温流体と、高温の流体である高温流体との間で熱交換を行う熱交換システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、低温の流体である低温流体と、高温の流体である高温流体との間で熱交換を行う熱交換器が開示されている。上記特許文献１に開示されている熱交換器は、第１流体を流す第１通路と、第２流体を流す第２通路とが交互に積層されて構成されたプレートフィン型の熱交換器である。上記特許文献１に開示されている熱交換器は、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、上記特許文献１に開示されている熱交換器（熱交換システム）では、第１通路と第２通路とが交互に積層されている。したがって、たとえば、低温側の第１流体（低温流体）が極低温の液化ガスで、高温側の第２流体（高温流体）が水や不凍液などの場合、低温流体と液体の高温流体との間において熱交換を行う際に、高温流体が凍結する可能性があるという問題点がある。
【０００６】
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、低温流体と液体の高温流体との間において熱交換を行う際に、高温流体の凍結を抑制することが可能な熱交換システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明による熱交換システムは、低温の流体である低温流と低温流体よりも高温の液体である高温流体との間における熱交換を行う第１熱交換部と、低温流体間における熱交換を行う第２熱交換部と、を備え、第２熱交換部は、低温流体が流入する第１入口と、第１入口と連通し熱交換後の前記第１入口から流入した低温流体が流出する第１出口と、第１出口から流出した低温流体が流入する第２入口と、第２入口と連通し熱交換後の前記第２入口から流入した低温流体が流出する第２出口とを含み、第１入口から流入した低温流体と第２入口から流入した低温流体とを熱交換するように構成され、第１出口と第２入口の間に設けられ、第１出口から流出後、第２入口に流入前の低温流体を加熱する加熱部を備え、第２出口は、第１熱交換部と連通しており、第２熱交換部によって熱交換され、第２出口から流出した低温流体は、第１熱交換部に流入され、高温流体と熱交換される。
【０００８】
この発明による熱交換システムでは、上記のように、低温流体と高温流体との間における熱交換を行う第１熱交換部と、低温流体間における熱交換を行う第２熱交換部と、第１出口から流出後、第２入口に流入前の低温流体を加熱する加熱部と、を備え、第２熱交換部によって熱交換された低温流体は、第１熱交換部に流入され、高温流体と熱交換される。これにより、低温流体が第１熱交換部に流入される前に、第２熱交換部によって低温流体が加熱されるので、第１熱交換部に流入される低温流体を予め加熱することができる。したがって、第２熱交換部を備えない構成と比較して、第１熱交換部に流入される低温流体と液体の高温流体との温度差を小さくすることができる。その結果、低温流体と液体の高温流体との間において熱交換を行う際に、高温流体の凍結を抑制することができる。
【０００９】
上記発明による熱交換システムにおいて、好ましくは、第１熱交換部は、加熱部を兼ねており、第１熱交換部は、低温流体が流入する第１低温側入口と、第１低温側入口と連通する第１低温側出口とを含み、第２熱交換部の第１出口は、第１熱交換部の第１低温側入口と連通しており、第１出口から流出した低温流体は、第１低温側入口から第１熱交換部に流入され、高温流体と熱交換された後、第２入口から第２熱交換部に戻すように流入される。このように構成すれば、第１出口から流出した低温流体を第１熱交換部によって加熱し、第２入口から第２熱交換部に戻すことができる。したがって、第１出口から流出した低温流体を加熱するためのヒーターなどを設けることなく、第２入口から流入する低温流体を加熱することができる。その結果、第１出口から流出した低温流体を加熱するためのヒーターなどを設ける構成と比較して、熱交換システムが大型化することを抑制することができる。
【００１０】
さらにこの場合、第１出口から流出した低温流体は、第１入口から流入する低温流体よりも高温であり、第２出口から流出した低温流体は第１入口から流入する低温流体よりも高温となる。つまり、第１出口から流出し、第１熱交換部に流入する低温流体、および、第２出口から流出し、第１熱交換部に流入する低温流体のいずれにおいても、第１入口から流入する低温流体よりも温度が高い状態で第１熱交換部に流入する。したがって、第２熱交換部を介さずに低温流体を直接第１熱交換部に流入させる構成と比較して、低温流体と高温流体との温度差を小さくすることができる。その結果、第２熱交換部を介さずに低温流体を直接第２熱交換部に流入させる構成と比較して、液体の高温流体が凍結することを抑制することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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