JP2008175518A - Heat exchanger - Google Patents

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敏明 久和野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a heat exchanger provided in the midway of a route filling hydrogen gas into a hydrogen-fueled car or the like, and to provide the heat exchanger having a large heat transfer area. <P>SOLUTION: The heat exchanger is comprised by providing a vessel holding a coolant, and a block body 13 to be provided in the vessel and formed with a gas passage carrying high pressure gas in an interior. In the block body 13, a plurality of through holes 16 are formed so as to mutually intersect in a plate body 14 made of metal, one opening of the through holes 16 is used as a gas inlet 17, other opening is used as a gas outlet 18, other openings are sealed, and the through hole 16 is used as the gas passage. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、高圧ガス等のガスを冷却する熱交換器に関し、特に水素自動車に燃料となる水素ガスを充填する際に使用される熱交換器に関する。   The present invention relates to a heat exchanger that cools a gas such as a high-pressure gas, and more particularly to a heat exchanger that is used when hydrogen gas serving as a fuel is filled in a hydrogen automobile.

次世代の自動車として、水素ガスを燃料として用いる水素自動車（燃料電池自動車および水素エンジン自動車）の開発が進められている。水素自動車は、炭酸ガス、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の排出量がなく、水を排出するだけの環境にやさしい自動車とされている。
水素自動車は、燃料補給時には通常のガソリン自動車と同様に、その燃料である水素ガスを充填する燃料充填装置（ディスペンサー）を備えた供給基地まで走行し、この燃料充填装置から水素ガスを補給することになる。 As next-generation vehicles, development of hydrogen vehicles (fuel cell vehicles and hydrogen engine vehicles) using hydrogen gas as fuel is underway. Hydrogen automobiles are considered to be environmentally friendly automobiles that do not emit carbon dioxide, NOx, SOx, etc., and only discharge water.
A hydrogen vehicle travels to a supply base equipped with a fuel filling device (dispenser) for charging hydrogen gas as fuel, and replenishes hydrogen gas from the fuel filling device in the same manner as a normal gasoline vehicle when refueling. become.

一般に圧縮天然ガス、他の高圧ガス（窒素ガス、酸素ガス等）は、圧縮状態（例えば圧力３５ＭＰａ）から断熱膨張させると、ジュールトムソン効果によりガス温度が低下する。
しかしながら、水素ガスは、一般のガスと異なり、ジュールトムソン効果により温度が上昇する性質を有するガスである。そのため水素ガスは、弁などの機器などを通過する際に温度が上昇しやすい。
また、水素ガスを燃料タンクに充填する際には、短時間での充填が望まれており、燃料タンクへの急速充填に伴う断熱圧縮による温度上昇も起きることから、ガス温度が高くなりやすい問題がある。 In general, when compressed natural gas and other high-pressure gases (nitrogen gas, oxygen gas, etc.) are adiabatically expanded from a compressed state (for example, pressure of 35 MPa), the gas temperature is lowered by the Joule-Thompson effect.
However, unlike general gases, hydrogen gas is a gas that has the property of increasing temperature due to the Joule-Thompson effect. For this reason, the temperature of hydrogen gas tends to rise when passing through devices such as valves.
In addition, when filling a fuel tank with hydrogen gas, it is desired to fill the fuel tank in a short time, and the temperature rises due to adiabatic compression accompanying rapid filling of the fuel tank, so the gas temperature tends to rise. There is.

水素自動車の燃料タンクは、通常、軽量化のために繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製容器が使用されている。ＦＲＰからなる燃料タンクは、耐久性を考慮して使用温度の上限値が規定され、その設計値は一般に約８５℃である。
このようにＦＲＰからなる燃料タンクでは、使用温度に上限があるため、水素ガスの充填を行うに際しては厳重な温度管理が要求される。 A fuel tank of a hydrogen automobile usually uses a fiber reinforced plastic (FRP) container for weight reduction. In the fuel tank made of FRP, the upper limit value of the use temperature is defined in consideration of durability, and the design value is generally about 85 ° C.
As described above, in the fuel tank made of FRP, since there is an upper limit on the use temperature, strict temperature control is required when filling with hydrogen gas.

燃料タンクの設計温度を超えて水素ガスを充填することは厳禁であり、圧力監視により満充填を感知し、充填を終了させると充填後、燃料タンク内温度が下がった際にタンク内圧力が減少する。これは燃料タンクへの充填可能な最大充填量（重量）が見かけ上少なくなることを意味しており、水素自動車の一充填当たりの走行距離に大きく影響する。   It is strictly prohibited to fill with hydrogen gas beyond the design temperature of the fuel tank. When full filling is detected by pressure monitoring and the filling is finished, the tank pressure decreases when the fuel tank temperature drops after filling. To do. This means that the maximum filling amount (weight) that can be filled into the fuel tank is apparently reduced, which greatly affects the travel distance per filling of the hydrogen vehicle.

特に、水素ガスの充填圧力が７０ＭＰａになると、充填速度の制御だけでは急速充填と温度上昇のバランスを保つことは難しく、何らかの冷却装置が必要であった。
また、充填圧力が高圧になればなるほど配管や継ぎ手、バルブの肉厚が増すことにより熱容量が大きくなるため、充填開始後に充填ラインの冷却が開始されたのでは、冷却した水素ガスも配管や継ぎ手などにより暖められてしまい、燃料タンクへの充填に対して当初の目的を達成できない問題がある。 In particular, when the filling pressure of hydrogen gas is 70 MPa, it is difficult to maintain a balance between rapid filling and temperature rise only by controlling the filling speed, and some kind of cooling device is necessary.
In addition, the higher the filling pressure, the greater the heat capacity due to the increased wall thickness of pipes, joints, and valves. Therefore, if cooling of the filling line is started after filling has started, the cooled hydrogen gas is also removed from the pipes and fittings. There is a problem that the initial purpose cannot be achieved for filling the fuel tank.

図７は、従来の高圧水素ガスを冷却する熱交換器の要部を示すものである。この熱交換器は、図示しない筐体内に収容されており、二重配管構造を有するものである。
この熱交換器では、内部配管１に水素ガスを、内部配管１と外部配管２との間にブラインなどの冷却媒体を流し熱交換を行うようになっている。熱交換器としてはコンパクトであることが望まれるが、このためには、熱交換の伝熱面積を増やす必要があることから、筐体内で内部配管１を複数回屈曲させ、往復させる構造としている。 FIG. 7 shows a main part of a conventional heat exchanger for cooling high-pressure hydrogen gas. This heat exchanger is accommodated in a housing (not shown) and has a double piping structure.
In this heat exchanger, heat exchange is performed by flowing hydrogen gas through the internal pipe 1 and a cooling medium such as brine between the internal pipe 1 and the external pipe 2. Although it is desirable that the heat exchanger is compact, for this purpose, it is necessary to increase the heat transfer area for heat exchange, and therefore, the internal pipe 1 is bent a plurality of times in the housing and reciprocated. .

また、内部配管１には、高圧の水素ガスが流れるため、肉厚が厚いステンレス鋼管などが用いられているが、肉厚のステンレス鋼管などの管材の定尺が２ｍであるので、内部配管１にはこのような定尺直管をＵ字状の屈曲管で接続するか、あるいは図５に示すように、内部配管１となる定尺直管をエルボ４、４と短管５とで接続した往復構造としている。
接続方法としては、溶接やねじ込み等による方法が用いられる。
このような構造の熱交換器には必ず継ぎ目部が生じることになるが、内部配管１内に高圧水素ガスが流れるため、高圧ガス保安法上、継ぎ目部からのリークがないこと、また定期的な検査が必要である。 Moreover, since high-pressure hydrogen gas flows in the internal pipe 1, a thick stainless steel pipe or the like is used. In such a case, such a straight straight pipe is connected with a U-shaped bent pipe, or as shown in FIG. It has a reciprocating structure.
As a connection method, a method such as welding or screwing is used.
In the heat exchanger having such a structure, a seam is always generated. However, since high-pressure hydrogen gas flows in the internal pipe 1, there is no leakage from the seam under the high-pressure gas safety law. Inspection is necessary.

そのため、熱交換部の内部配管１には継ぎ目部がない１本の直管を使用し、この内部配管１の外部に外部配管２を設けて一体化した二重配管とし、二重配管と二重配管とを内部配管１のみからなる屈曲部を介して一体化することで継ぎ目部を大気開放状態とし、検査を容易に行うことができるようにしていた。
しかしながら、この継ぎ目部では冷媒との熱交換が行われず、効率が悪いと言う問題があった。 Therefore, a single straight pipe without a seam is used for the internal pipe 1 of the heat exchange section, and an external pipe 2 is provided outside the internal pipe 1 to form an integrated double pipe. By integrating the heavy piping with the bent portion consisting only of the internal piping 1, the joint portion is opened to the atmosphere so that the inspection can be easily performed.
However, there is a problem that heat is not exchanged with the refrigerant at the joint, and the efficiency is low.

また、冷却媒体を二重配管と二重配管とに連続的に流す必要があり、各外部配管２の一部に分岐部６を設け、この分岐部６間を接続する構造としている。外部配管２は、内部配管１より径が大きいため、曲がり部の半径は内部配管１の曲がり部の半径より大きくなる。またメンテナンス上、外部配管２と外部配管２との接続はフランジ７による接合である。従って外部配管２と外部配管２との間隔は広くなってしまい、熱交換器として大きなものとなる問題があった。
特開２００４−１１６６１９号公報 Further, it is necessary to continuously flow the cooling medium through the double pipe and the double pipe, and a branch portion 6 is provided in a part of each external pipe 2 and the branch portions 6 are connected to each other. Since the external pipe 2 has a larger diameter than the internal pipe 1, the radius of the bent portion is larger than the radius of the bent portion of the internal pipe 1. Further, for maintenance, the connection between the external pipe 2 and the external pipe 2 is joining by the flange 7. Therefore, the space | interval of the external piping 2 and the external piping 2 will become wide, and there existed a problem which became a big thing as a heat exchanger.
JP 2004-116619 A

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、水素自動車などに水素ガスを充填する経路の途中に設ける熱交換器を小型化するとともに、大きな伝熱面積を有する熱交換器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and provides a heat exchanger having a large heat transfer area while reducing the size of a heat exchanger provided in the middle of a path for filling hydrogen gas into a hydrogen vehicle or the like. For the purpose.

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、ガスを冷却するための熱交換器であって、
冷却媒体が溜められる容器と、この容器内に設けられ、ガスが流れるガス流路が内部に形成されたブロック体を具備してなり、
前記ブロック体が、金属体に複数の貫通孔を相互に交わるように形成し、これら貫通孔の開口のうちの１つをガス入口とし、他の１つの開口をガス出口とし、これ以外の開口を封止して、前記貫通孔を前記ガス流路としたものであることを特徴とする熱交換器である。 To solve this problem,
The invention according to claim 1 is a heat exchanger for cooling a gas,
A container in which a cooling medium is stored, and a block body provided in the container, in which a gas flow path through which gas flows is formed;
The block body is formed so that a plurality of through holes intersect each other in the metal body, one of the openings of these through holes is a gas inlet, the other one is a gas outlet, and the other openings The heat exchanger is characterized in that the through hole is used as the gas flow path.

請求項２にかかる発明は、前記金属体が、板体であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器である。
請求項３にかかる発明は、前記ブロック体の貫通孔の１つに温度センサーを取り付けたことを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器である。 The invention according to claim 2 is the heat exchanger according to claim 1, wherein the metal body is a plate body.
The invention according to claim 3 is the heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein a temperature sensor is attached to one of the through holes of the block body.

本発明の熱交換器にあっては、熱交換を行うブロック体を、複数の貫通孔を形成した金属体から構成したので、熱交換がブロック体全体でなされることになり、伝熱面積が大きくなり、熱交換効率が高いものとなり、小型とすることができる。このため、ブロック体を容器内に溜められた液体窒素等の極低温の冷却媒体に浸すことにより、効率よく水素ガス等を冷却することが可能となる。
また、構造が簡単であるので製造が容易で安価に提供できる。 In the heat exchanger of the present invention, since the block body that performs heat exchange is composed of a metal body having a plurality of through holes, heat exchange is performed on the entire block body, and the heat transfer area is increased. It becomes large, heat exchange efficiency becomes high, and it can be made small. For this reason, hydrogen gas etc. can be efficiently cooled by immersing the block body in a cryogenic cooling medium such as liquid nitrogen stored in the container.
In addition, since the structure is simple, manufacturing is easy and can be provided at low cost.

図１ないし図３は、本発明の熱交換器の一例を示すものである。
この例の熱交換器１１は、液体窒素等の冷却媒体を貯留する容器１２と、ガス流路を備えたブロック体１３とからなる。
前記容器１２は、前記ブロック体１３を内部に収容し、冷却媒体中に浸漬するためのもので、その形状は特に限定されることはないが、断熱性能が優れている真空二重容器であることが好ましい。この容器１２は、容器本体１２ａとこの容器本体１２ａの開口を塞ぐ蓋部１２ｂとから構成されている。 1 to 3 show an example of the heat exchanger of the present invention.
The heat exchanger 11 in this example includes a container 12 that stores a cooling medium such as liquid nitrogen, and a block body 13 that includes a gas flow path.
The container 12 accommodates the block body 13 therein and is immersed in a cooling medium. The shape of the container 12 is not particularly limited, but is a vacuum double container having excellent heat insulation performance. It is preferable. The container 12 includes a container body 12a and a lid portion 12b that closes the opening of the container body 12a.

また、前記ブロック体１３は、図２に示すように、金属からなる板体１４と、この板体１４を容器本体１２ａ内で立設して支える２個の脚部１５、１５を備えたものである。
板体１４を構成する金属としては、熱伝導率がよく、水素ガスを冷却するものでは低温脆性、水素脆性が起きにくいステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、錫、錫合金、鉄、鋼などが好ましい。
なお、前記ブロック体１３の板体１４を構成する材料については、この例のように、板状のものに限られることはなく、何ら加工が施されていない金属からなる直方体、立方体などの塊であればよい。しかし、伝熱効率を勘案すると薄い板状のものが好ましく、また板体１４は複数個設けても良い。 Further, as shown in FIG. 2, the block body 13 is provided with a plate body 14 made of metal and two leg portions 15 and 15 which stand and support the plate body 14 in the container body 12a. It is.
Stainless steel, aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, tin, tin alloy, iron, which has good thermal conductivity and is less susceptible to low-temperature embrittlement and hydrogen embrittlement when cooling hydrogen gas. Steel and the like are preferable.
The material constituting the plate body 14 of the block body 13 is not limited to a plate-like material as in this example, but is a cuboid made of metal that has not been processed at all, or a lump such as a cube. If it is. However, considering the heat transfer efficiency, a thin plate is preferable, and a plurality of plate bodies 14 may be provided.

そして、板体１４の内部には、図３に示すように、板体１４の厚さ方向に直交する方向で、かつ縦方向と横方向に多数の貫通孔１６、１６・・が相互に直交し交差部において相互に連通するように穿設されている。   As shown in FIG. 3, a large number of through holes 16, 16... Are orthogonal to each other in the vertical direction and the horizontal direction in the plate body 14 in the direction orthogonal to the thickness direction of the plate body 14. And it is drilled so as to communicate with each other at the intersection.

貫通孔１６は、丸孔、角孔などの種々の断面形状であってよく、その径は、板体１４の強度を保つために許される最大とすることが望ましく、板体１４の厚さの１０〜８０％程度とされる。
板体１４にこのような貫通孔１６、１６・・を多数形成することで、１個の貫通孔１６に対して２個の開口が生じ、板体１４には多数の開口が形成されるが、これら開口の内の１個がガス入口１７として、他の１個がガス出口１８として残されており、これ以外のすべての開口はプラグ１９、１９・・によって液密、かつ気密状態で封止されている。プラグ１９の取付は溶接あるいはねじ込みによって行われる。 The through-hole 16 may have various cross-sectional shapes such as a round hole and a square hole, and the diameter is desirably the maximum allowed in order to maintain the strength of the plate body 14. About 10 to 80%.
By forming a large number of such through holes 16, 16... In the plate body 14, two openings are formed for one through hole 16, and a large number of openings are formed in the plate body 14. One of these openings is left as a gas inlet 17 and the other one is left as a gas outlet 18. All other openings are sealed in a liquid-tight and air-tight state by plugs 19, 19,. It has been stopped. The plug 19 is attached by welding or screwing.

ガス入口１７とガス出口１８とは、互いに最も離れた位置の開口になるようになっており、この例では、板体１４のほぼ対角線上に位置している。
かかる構造により、板体１４内の多数の貫通孔１６、１６・・は、ガス入口１７とガス出口１８を有する１つのガス流路を形成することになる。 The gas inlet 17 and the gas outlet 18 are openings that are farthest from each other. In this example, the gas inlet 17 and the gas outlet 18 are located substantially on the diagonal line of the plate body 14.
With this structure, the large number of through holes 16, 16... In the plate body 14 form one gas flow path having a gas inlet 17 and a gas outlet 18.

また、この例では、板体１４の温度を測定することでガス流路を流れるガスの温度を測定するための温度センサーとしての熱電対２０が板体１４に埋め込まれており、この熱電対２０を避けるように貫通孔１６、１６・・が形成されている。熱電対２０は、必ずしも貫通孔１６を避ける必要はなく、貫通孔１６内に配置してもよい。
そして、多数の貫通孔１６、１６・・で形成されたガス流路の体積は、板体１４の強度が維持できる最大限とすることが望ましく、板体１４の体積の１０〜８０％程度とされる。 In this example, a thermocouple 20 is embedded in the plate 14 as a temperature sensor for measuring the temperature of the gas flowing through the gas flow path by measuring the temperature of the plate 14. Through-holes 16, 16,. The thermocouple 20 does not necessarily need to avoid the through hole 16 and may be disposed in the through hole 16.
And it is desirable that the volume of the gas flow path formed by the large number of through holes 16, 16... Be as high as possible to maintain the strength of the plate body 14, and about 10 to 80% of the volume of the plate body 14. Is done.

このように構成された熱交換器１１にあっては、ブロック体１３を容器本体１２ａ内の冷却媒体内に沈め、ガス入口１７からガス出口１８に向けてガス流路に冷却すべきガスを流すことで、ガスがガス流路を流れる際に冷却されることになる。
このため、ガス流路全体が熱交換に関与することになって、伝熱面積が広くなり、小型としても高い熱交換効率を発揮する。また、簡単な構造であるので、容易に低コストで製造することができる。 In the heat exchanger 11 configured as described above, the block body 13 is submerged in the cooling medium in the container main body 12a, and the gas to be cooled flows through the gas flow path from the gas inlet 17 toward the gas outlet 18. Thus, the gas is cooled when it flows through the gas flow path.
For this reason, the entire gas flow path is involved in the heat exchange, the heat transfer area is widened, and high heat exchange efficiency is exhibited even if it is small. Further, since it has a simple structure, it can be easily manufactured at low cost.

次に、このような熱交換器を用いて高圧水素ガスを冷却して所定の温度として水素自動車の燃料タンクなどの供給、充填する方法について説明する。
図４は、このような供給、充填方法を実施するための供給充填装置の一例を示すものである。
この供給充填装置は、常温の高圧水素ガスを貯える複数の水素容器２１・・・と、前記熱交換器１１と、冷却媒体としての液体窒素を貯える極低温貯槽２２から概略構成されている。 Next, a method for cooling and supplying high-pressure hydrogen gas to a predetermined temperature using such a heat exchanger, such as a fuel tank of a hydrogen automobile, will be described.
FIG. 4 shows an example of a supply and filling apparatus for carrying out such a supply and filling method.
This supply and filling apparatus is generally composed of a plurality of hydrogen containers 21... For storing high-temperature hydrogen gas at room temperature, the heat exchanger 11, and a cryogenic storage tank 22 for storing liquid nitrogen as a cooling medium.

水素容器２１からの高圧水素は、開閉弁２３、流量計２４、流量調整弁２５を介して高圧配管２６を流れ、熱交換器１１のブロック体１３のガス入口１７に供給されるようになっている。
熱交換器１１の容器１２内には、極低温貯槽２２からの液体窒素が流量調整弁２７を介して管３７から供給され、容器１２内のブロック体１３を冷却するように構成されている。熱交換器１１のブロック体１３内のガス流路を流れた水素は、ここで冷却され、ブロック体１３のガス出口１８から弁を介して低温配管２８を通り、水素自動車などに供給され、その燃料タンク等に充填されるようになっている。 High-pressure hydrogen from the hydrogen container 21 flows through the high-pressure pipe 26 via the on-off valve 23, the flow meter 24, and the flow rate adjustment valve 25, and is supplied to the gas inlet 17 of the block body 13 of the heat exchanger 11. Yes.
In the container 12 of the heat exchanger 11, liquid nitrogen from the cryogenic storage tank 22 is supplied from a pipe 37 via a flow rate adjustment valve 27, and the block body 13 in the container 12 is cooled. The hydrogen that has flowed through the gas flow path in the block body 13 of the heat exchanger 11 is cooled here, and is supplied from the gas outlet 18 of the block body 13 through the low-temperature pipe 28 through a valve to a hydrogen automobile or the like. A fuel tank or the like is filled.

高圧配管２６を流れる高圧水素の一部は、流量調整弁２５の上流側で分岐され、バイパス管２９を流れ、流量調整弁３０を経て、低温配管２８に合流するようにもなっている。
熱交換器１１の容器１２には、液体窒素の量を調整する弁３１、気化した窒素ガスを抜く弁３２、安全弁３３等が設けられている。
また、熱交換器１１のブロック体１３に温度センサー２０が設けられ、低温配管２８のバイパス配管２９との合流点の下流側のガス温度を測定する温度センサー３４が設けられ、さらに高圧配管２６を流れる水素ガスの温度を測定する温度センサー３５が設けられている。 A part of the high-pressure hydrogen flowing through the high-pressure pipe 26 is branched upstream of the flow rate adjustment valve 25, flows through the bypass pipe 29, and joins the low-temperature pipe 28 via the flow rate adjustment valve 30.
The container 12 of the heat exchanger 11 is provided with a valve 31 for adjusting the amount of liquid nitrogen, a valve 32 for removing vaporized nitrogen gas, a safety valve 33, and the like.
Further, a temperature sensor 20 is provided in the block body 13 of the heat exchanger 11, a temperature sensor 34 for measuring a gas temperature downstream of the junction with the bypass pipe 29 of the low-temperature pipe 28 is provided, and the high-pressure pipe 26 is further connected. A temperature sensor 35 for measuring the temperature of the flowing hydrogen gas is provided.

熱交換器１１の容器１２内の液体窒素は、水素ガスを冷却することでその一部は気化し、弁３２を経て蒸発器３６を通り系外に排出されるようになっている。
さらに、前記温度センサー２０、３４、３５からの温度信号に基づき、前記流量調整弁２５、２７、３０の開度を制御する制御部３７が設けられている。 A part of the liquid nitrogen in the container 12 of the heat exchanger 11 is vaporized by cooling the hydrogen gas, passes through the evaporator 36 via the valve 32, and is discharged out of the system.
Furthermore, a control unit 37 is provided for controlling the opening degree of the flow rate adjusting valves 25, 27, 30 based on the temperature signals from the temperature sensors 20, 34, 35.

水素容器２１内の常温の高圧水素ガスは、高圧配管２６を介して、熱交換器１１のブロック体１３に流れ、容器１２内の液体窒素と熱交換により冷却され、低温配管２８を通り、水素自動車の燃料タンクなどに供給される。
この際、水素自動車の燃料タンクには所定の温度（例えば−４０℃）で供給することが要求されているため、所定の温度に制御する必要がある。そのため常温の水素ガスの一部をバイパス配管２９に流し、熱交換器１１を介さずに、直接低温配管２８に流し、冷却された水素ガスに混合すことにより温度調整を行う。 The normal-temperature high-pressure hydrogen gas in the hydrogen container 21 flows to the block body 13 of the heat exchanger 11 via the high-pressure pipe 26, is cooled by heat exchange with the liquid nitrogen in the container 12, passes through the low-temperature pipe 28, Supplied to automobile fuel tanks.
At this time, since the fuel tank of the hydrogen vehicle is required to be supplied at a predetermined temperature (for example, −40 ° C.), it is necessary to control the fuel tank to the predetermined temperature. Therefore, a part of normal temperature hydrogen gas is allowed to flow through the bypass pipe 29, directly to the low temperature pipe 28 without passing through the heat exchanger 11, and temperature adjustment is performed by mixing with the cooled hydrogen gas.

具体的には温度センサー２０によるブロック体１３の温度と、温度センサー３４によって低温配管２８内のバイパス配管２９以降の水素ガスの温度とを測定し、所定の温度よりも低い場合には流量調整弁３０の開度を大きく、流量調整弁２５の開度を小さくする制御を行う。
逆に、所定の温度よりも高い場合には流量調整弁３０の開度を小さく、流量調整弁２５の開度を大きくする制御を行う。
これにより、高圧水素ガスを所定の温度に保って水素自動車等の燃料タンクなどに充填できる。 Specifically, the temperature of the block body 13 by the temperature sensor 20 and the temperature of the hydrogen gas after the bypass pipe 29 in the low-temperature pipe 28 are measured by the temperature sensor 34. If the temperature is lower than the predetermined temperature, the flow control valve Control is performed to increase the opening of 30 and decrease the opening of the flow rate adjustment valve 25.
Conversely, when the temperature is higher than the predetermined temperature, control is performed to reduce the opening degree of the flow rate adjustment valve 30 and increase the opening degree of the flow rate adjustment valve 25.
As a result, the high-pressure hydrogen gas can be maintained at a predetermined temperature and filled in a fuel tank such as a hydrogen automobile.

図５は、高圧水素ガスの供給、充填方法を実施するための供給充填装置の他の例を示すもので、この例では熱交換器の冷却媒体として、液化水素を用い、熱交換によって生成した水素ガスを回収して水素ガスの供給充填に利用するものである。なお、図４に示した装置と同一構成部材には同一符号を付してその説明を省略する。   FIG. 5 shows another example of a supply and filling apparatus for carrying out a method for supplying and filling high-pressure hydrogen gas. In this example, liquid hydrogen was used as a cooling medium for the heat exchanger, and it was generated by heat exchange. The hydrogen gas is recovered and used to supply and fill the hydrogen gas. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as the apparatus shown in FIG. 4, and the description is abbreviate | omitted.

水素容器２１からの高圧水素は、開閉弁２３、流量計２４，流量調整弁２５を介して高圧配管２６を流れ、熱交換器１１のブロック体１３のガス入口１７に供給される。
熱交換器１１の容器１２内には液体水素貯槽４１からの液体水素が冷却媒体として流量調整弁４２を介して、管４３から供給され、ブロック体１３を冷却する。 High-pressure hydrogen from the hydrogen container 21 flows through the high-pressure pipe 26 via the on-off valve 23, the flow meter 24, and the flow rate adjustment valve 25, and is supplied to the gas inlet 17 of the block body 13 of the heat exchanger 11.
In the container 12 of the heat exchanger 11, liquid hydrogen from the liquid hydrogen storage tank 41 is supplied as a cooling medium from the pipe 43 through the flow rate adjustment valve 42, and the block body 13 is cooled.

熱交換器１１のブロック体１３内のガス流路を流れる高圧水素は、ここで冷却され、ブロック体１３のガス出口１８から弁を経て低温配管２８を通り、水素自動車等に供給され、その燃料タンク等に充填される。
高圧配管２６を流れる高圧水素の一部は、流量調整弁２５の上流側で分岐され、バイパス管２９を流れ、流量調整弁３０を経て、低温配管２８に合流する。 The high-pressure hydrogen flowing through the gas flow path in the block body 13 of the heat exchanger 11 is cooled here, and is supplied from the gas outlet 18 of the block body 13 through a valve to the low-temperature pipe 28 to be supplied to a hydrogen vehicle or the like. Filled into a tank or the like.
Part of the high-pressure hydrogen flowing through the high-pressure pipe 26 is branched upstream of the flow rate adjustment valve 25, flows through the bypass pipe 29, and joins the low-temperature pipe 28 via the flow rate adjustment valve 30.

熱交換器１１の容器１２には、液体水素の量を調整する弁３１、気化した水素ガスを抜く弁３２、安全弁３３等が設けられている。
また、熱交換器１１のブロック体１３に温度センサー２０が設けられ、低温配管２８のバイパス配管２９との合流点の下流側のガス温度を測定する温度センサー３４が設けられ、さらに高圧配管２６を流れる水素ガスの温度を測定する温度センサー３５が設けられている。
さらに、前記温度センサー２０、３４、３５からの温度信号に基づき、前記流量調整弁２５、３０、４２の開度を制御する制御部３７が設けられている。 The container 12 of the heat exchanger 11 is provided with a valve 31 for adjusting the amount of liquid hydrogen, a valve 32 for extracting vaporized hydrogen gas, a safety valve 33, and the like.
Further, a temperature sensor 20 is provided in the block body 13 of the heat exchanger 11, a temperature sensor 34 for measuring a gas temperature downstream of the junction with the bypass pipe 29 of the low-temperature pipe 28 is provided, and the high-pressure pipe 26 is further connected. A temperature sensor 35 for measuring the temperature of the flowing hydrogen gas is provided.
Furthermore, a control unit 37 is provided for controlling the opening degree of the flow rate adjusting valves 25, 30, 42 based on temperature signals from the temperature sensors 20, 34, 35.

熱交換器１１の容器１２内の液体水素は、水素ガスを冷却することでその一部は気化し、この水素ガスは同伴される少量の液体水素ととも弁３２を経て、弁３１から流出した液体水素と合流して管４４、蒸発器４５に送られ、ここで同伴された液体水素が気化し、水素ガスとして水素ガス貯槽４６に送られ、ここで一時的に貯留される。
水素ガス貯槽４６内の水素ガスは、管４７を通り、コンプレッサー４８に送られて加圧され、管４９、弁５０を経て水素容器２１に送られ、ここに貯えられて再利用される。 The liquid hydrogen in the container 12 of the heat exchanger 11 is partially vaporized by cooling the hydrogen gas, and this hydrogen gas flows out of the valve 31 through the valve 32 together with a small amount of liquid hydrogen accompanied. It joins with liquid hydrogen and is sent to the pipe 44 and the evaporator 45 where the liquid hydrogen entrained here is vaporized and sent as hydrogen gas to the hydrogen gas storage tank 46 where it is temporarily stored.
The hydrogen gas in the hydrogen gas storage tank 46 passes through the pipe 47, is sent to the compressor 48, is pressurized, is sent to the hydrogen container 21 through the pipe 49 and the valve 50, is stored here, and is reused.

図６は、図５に示した水素ガスの供給充填装置の変形例であり、この例では、熱交換器１１の冷却媒体を溜める容器１２を液体水素貯槽４１に代え、この液体水素貯槽４１内の液体水素によってブロック体１３を冷却してブロック体１３内のガス流路を流れる高圧水素ガスを冷却するもので、換言すれば、液体水素貯槽４１内の液体水素中にブロック体１３を漬けた状態としたものでもある。   FIG. 6 is a modification of the hydrogen gas supply and filling apparatus shown in FIG. 5. In this example, the container 12 for storing the cooling medium of the heat exchanger 11 is replaced with the liquid hydrogen storage tank 41, and the liquid hydrogen storage tank 41 The high-pressure hydrogen gas flowing in the gas flow path in the block body 13 is cooled by cooling the block body 13 with the liquid hydrogen. In other words, the block body 13 is immersed in the liquid hydrogen in the liquid hydrogen storage tank 41. It is also a state.

液体水素貯槽４１内で熱交換によりガス化した水素ガスは、同伴される少量の液体水素ととも弁３２を経て管４４、蒸発器４５を通り、水素ガスとして水素ガス貯槽４６に送られ、ここで一時的に貯留され、さらにコンプレッサー４８に送られて加圧されたのち、水素容器２１に送られる点は、図５に示した装置と同様である。
また、温度センサー２０、３４、３５からの温度信号に基づき流量調整弁２５、３０の開度を制御する制御部３７が同様に設けられている。 The hydrogen gas gasified by heat exchange in the liquid hydrogen storage tank 41 is sent to the hydrogen gas storage tank 46 through the valve 32 and the pipe 44 and the evaporator 45 together with a small amount of liquid hydrogen accompanied by the hydrogen gas. 5 is the same as the apparatus shown in FIG. 5 in that it is temporarily stored, further sent to the compressor 48 and pressurized, and then sent to the hydrogen container 21.
In addition, a control unit 37 that similarly controls the opening degree of the flow rate adjusting valves 25 and 30 based on temperature signals from the temperature sensors 20, 34, and 35 is provided.

本発明の熱交換器の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the heat exchanger of this invention. 本発明でのブロック体の一例の外観を示す図面である。It is drawing which shows the external appearance of an example of the block body in this invention. 本発明でのブロック体の一例の内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of an example of the block body in this invention. 本発明の熱交換器を用いた高圧水素充填のための装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the apparatus for high pressure hydrogen filling using the heat exchanger of this invention. 本発明の熱交換器を用いた高圧水素充填のための装置の他の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other example of the apparatus for high pressure hydrogen filling using the heat exchanger of this invention. 本発明の熱交換器を用いた高圧水素充填のための装置の他の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other example of the apparatus for high pressure hydrogen filling using the heat exchanger of this invention. 従来の水素ガス用熱交換器の要部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principal part of the conventional heat exchanger for hydrogen gas.

符号の説明Explanation of symbols

１１：熱交換器、１２：容器、１３：ブロック体、１６：貫通孔、１７：ガス入口、１８：ガス出口 11: Heat exchanger, 12: Container, 13: Block body, 16: Through hole, 17: Gas inlet, 18: Gas outlet

Claims (3)

ガスを冷却するための熱交換器であって、
冷却媒体が溜められる容器と、この容器内に設けられ、ガスが流れるガス流路が内部に形成されたブロック体を具備してなり、
前記ブロック体が、金属体に複数の貫通孔を相互に交わるように形成し、これら貫通孔の開口のうちの１つをガス入口とし、他の１つの開口をガス出口とし、これ以外の開口を封止して、前記貫通孔を前記ガス流路としたものであることを特徴とする熱交換器。 A heat exchanger for cooling the gas,
A container in which a cooling medium is stored, and a block body provided in the container, in which a gas flow path through which a gas flows is formed;
The block body is formed so that a plurality of through holes intersect each other in the metal body, one of the openings of these through holes is a gas inlet, the other one is a gas outlet, and the other openings And the through hole is used as the gas flow path. 前記金属体が、板体であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。   The heat exchanger according to claim 1, wherein the metal body is a plate body. 前記ブロック体の貫通孔の１つに温度センサーを取り付けたことを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。   The heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein a temperature sensor is attached to one of the through holes of the block body.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02133565A (en) * 1988-07-28 1990-05-22 Nippon Steel Corp Multilayered ceramic coated metal sheet and production thereof
JPH05264182A (en) * 1992-01-14 1993-10-12 Sun Microsyst Inc Integrated heat pipe, assembly for heat exchanger and clamping as well as obtaining method thereof
JP2001324179A (en) * 2000-05-16 2001-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Supercooled water producing device
JP2004293816A (en) * 2003-03-25 2004-10-21 Osaka Gas Co Ltd Processing device accompanied by hot-water supply together
JP2004332991A (en) * 2003-05-06 2004-11-25 Ebara Refrigeration Equipment & Systems Co Ltd Absorption refrigerating machine having exhaust heat recovering heat exchanger

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02133565A (en) * 1988-07-28 1990-05-22 Nippon Steel Corp Multilayered ceramic coated metal sheet and production thereof
JPH05264182A (en) * 1992-01-14 1993-10-12 Sun Microsyst Inc Integrated heat pipe, assembly for heat exchanger and clamping as well as obtaining method thereof
JP2001324179A (en) * 2000-05-16 2001-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Supercooled water producing device
JP2004293816A (en) * 2003-03-25 2004-10-21 Osaka Gas Co Ltd Processing device accompanied by hot-water supply together
JP2004332991A (en) * 2003-05-06 2004-11-25 Ebara Refrigeration Equipment & Systems Co Ltd Absorption refrigerating machine having exhaust heat recovering heat exchanger

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