特許 6296306 熱交換器および水素ガス冷却装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6296306

(24)【登録日】2018年3月2日

(45)【発行日】2018年3月20日

(54)【発明の名称】熱交換器および水素ガス冷却装置

(51)【国際特許分類】

   F28D 1/06 20060101AFI20180312BHJP

   F17C 13/00 20060101ALI20180312BHJP

   F28D 1/047 20060101ALI20180312BHJP

   F28D 7/02 20060101ALI20180312BHJP

   F28D 7/08 20060101ALI20180312BHJP

【ＦＩ】

   F28D1/06 A

   F17C13/00 301Z

   F28D1/047 A

   F28D7/02

   F28D7/08

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-161607(P2016-161607)

(22)【出願日】2016年8月22日

(65)【公開番号】特開2018-31482(P2018-31482A)

(43)【公開日】2018年3月1日

【審査請求日】2017年3月27日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000103921

【氏名又は名称】オリオン機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104787

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 伸司

(72)【発明者】

【氏名】中根 孝浩

(72)【発明者】

【氏名】丸山 真也

(72)【発明者】

【氏名】荒川 伸慎

(72)【発明者】

【氏名】太田 浩一

【審査官】 伊藤 紀史

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５８０９２６８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００５−０８３５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０１１２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１６８９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１８０３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０９００４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２１４９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−０９８２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２１５６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ １／００−１３／００

Ｆ２８Ｆ ９／１８

Ｂ２３Ｋ １１／０２

Ｂ２３Ｋ １１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素ガスの通過が可能な管体が螺旋状に巻回された管体巻回部を有する伝熱コイルと、熱媒液の通過が可能に筒状に形成されると共に前記伝熱コイルが収容された容器体とを備え、前記水素ガスと前記熱媒液とが前記容器体内において相互に熱交換可能に構成された熱交換器であって、
前記管体で構成された連結部を介して複数の前記伝熱コイルが連結されて前記水素ガスの通過が可能な水素ガス流路が構成されると共に、当該水素ガス流路における一端部から他端部までの間が端面溶接によって相互に連結された複数の前記管体で一体的に構成され、かつ当該水素ガス流路を構成する当該各管体における当該端面溶接による連結部位が直線状に形成されている熱交換器。

【請求項2】

前記伝熱コイルは、前記管体巻回部の巻形が多角形状に形成されている請求項１記載の熱交換器。

【請求項3】

請求項１または２記載の熱交換器と、前記熱媒液を冷却する冷凍回路とを備え、
前記冷凍回路によって冷却された熱媒液と前記水素ガスとを前記熱交換器内において相互に熱交換させることで当該水素ガスを冷却可能に構成されている水素ガス冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水素ガスの通過が可能な管体が螺旋状に巻回された管体巻回部を有する複数の伝熱コイルと、熱媒液の通過が可能に筒状に形成されて各伝熱コイルが収容された容器体とを備えて構成された水素ガス冷却用の熱交換器、およびそのような熱交換器を備えて構成された水素ガス冷却装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

この種の熱交換器として、出願人は、水素ガス冷却用熱交換器および水素ガス冷却装置（以下、単に「熱交換器」および「冷却装置」ともいう）の発明を下記の先行出願に開示している。この場合、出願人が開示している冷却装置の熱交換器は、水素ガスが通過可能な４つの外側伝熱コイルおよび４つの内側伝熱コイルが円筒状の容器体内に収容されると共に、ガスタンクからディスペンサーを介して給気対象に向かって流動させられる水素ガスを容器体内のブライン（熱媒液）との熱交換によって冷却することができるように構成されている。この熱交換器では、ディスペンサーから水素ガス導入部に導入される水素ガスが４本の水素ガス流路に分岐された状態でブラインと熱交換させられ、その後に１本に合流させられて水素ガス排出部から給気対象に給気される構成が採用されている。

【0003】

この場合、各水素ガス流路は、水素ガス導入部（ディスペンサーに接続された部位）から、水素ガス配管（接続用の管体および分岐用の接続金具で構成された配管）、外側コイル接続部（継手：接続金具）、外側伝熱コイル、外側コイル接続部（継手：接続金具）、水素ガス配管（接続用配管）、内側コイル接続部（継手：接続金具）、内側伝熱コイル、内側コイル接続部（継手：接続金具）および水素ガス配管（接続用の管体および合流用の接続金具で構成された配管）を介して水素ガス排出部（給気対象に接続された部位）に至るようにそれぞれ構成されている。

【0004】

この熱交換器を備えた冷却装置では、給気対象への水素ガスの充填（給気）に際して冷凍回路によって冷却したブラインを容器体内に導入することにより、ディスペンサーから給気対象に向かって流動させられる水素ガスをブラインと熱交換させて冷却する。これにより、この冷却装置では、ジュールトムソン効果によって温度上昇する水素ガスを十分に温度低下させることができる結果、給気対象への水素ガスの充填効率を十分に向上させることが可能となっている。

【先行出願１】

【0005】

特願２０１６−５８１７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところが、出願人が開示している熱交換器、およびその熱交換器を備えた冷却装置には、以下のような改善すべき課題が存在する。すなわち、出願人が開示している熱交換器では、外側伝熱コイル、接続用配管および内側伝熱コイルを継手（接続金具）によって相互に連結することによって冷却対象の水素ガスを通過させる水素ガス流路が構成されている。

【0007】

この場合、出願人が開示している熱交換器では、各伝熱コイルや接続用配管の製作に際して管体の端部に傷付きや変形が生じることのないように作業を行い、かつ組立てに際しても、接続部位（管体の端部および継手）への異物の付着や傷付きの発生を回避しつつ、継手の締め付けトルクを厳格に管理することにより、接続部位から水素ガスが漏出するのを確実に防止している。しかしながら、冷却装置の設置現場において想定を超える振動や衝撃が熱交換器に対して加えられたときに、継手（接続金具）と管体との間に隙間が生じて水素ガスが漏出する可能性がある。このため、この点を改善するのが好ましい。

【0008】

また、水素ガス冷却装置の構成部品のうち、水素ガス等の高圧の流体に接する部品については、その安全性が確保されているか否かの試験や、規格を満たす部品を使用していることを提示する申請を行う必要がある。このため、水素ガス冷却用の熱交換器に使用可能な継手（水素ガス流路の一部を構成する継手）は非常に高価となっている。したがって、出願人が開示している熱交換器では、継手の部品コストに起因して製造コストの低減が困難となっている現状があるため、この点を改善するのが好ましい。

【0009】

さらに、出願人が開示している熱交換器では、長尺の管体を曲げ加工することで外側伝熱コイルおよび内側伝熱コイルがそれぞれ製作されている。この場合、管体の巻数が多数の管体巻回部を有する伝熱コイルや、巻径が大径の管体巻回部を有する伝熱コイルを製作する際には十分な長さの管体が必要となる。

【0010】

一方、長尺の管体は、その保管時や搬送時の占有スペースを省スペース化するために、巻物の状態で市場に流通している。したがって、長尺の管体を使用して伝熱コイルを製作する際には、管体を所望の形状に曲げ加工するのに先立ち、巻物状態の管体を直線状に曲げ戻してから加熱処理することで巻物状態に復帰しようとする内部応力を除去する前処理が必要となっている。この結果、曲げ加工に先立って実行する前処理の分だけ製造工数が増加しており、また、前処理用の設備も必要となるため、その製造コストの低減が困難となっているため、この点を改善するのが好ましい。

【0011】

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、製造コストの低減を図りつつ、水素ガスの漏出を確実に回避し得る熱交換器および水素ガス冷却装置を提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成すべく、請求項１記載の熱交換器は、水素ガスの通過が可能な管体が螺旋状に巻回された管体巻回部を有する伝熱コイルと、熱媒液の通過が可能に筒状に形成されると共に前記伝熱コイルが収容された容器体とを備え、前記水素ガスと前記熱媒液とが前記容器体内において相互に熱交換可能に構成された熱交換器であって、前記管体で構成された連結部を介して複数の前記伝熱コイルが連結されて前記水素ガスの通過が可能な水素ガス流路が構成されると共に、当該水素ガス流路における一端部から他端部までの間が端面溶接によって相互に連結された複数の前記管体で一体的に構成され、かつ当該水素ガス流路を構成する当該各管体における当該端面溶接による連結部位が直線状に形成されている。

【0014】

請求項２記載の熱交換器は、請求項１記載の熱交換器において、前記伝熱コイルは、前記管体巻回部の巻形が多角形状に形成されている。

【0015】

請求項３記載の水素ガス冷却装置は、請求項１または２記載の熱交換器と、前記熱媒液を冷却する冷凍回路とを備え、前記冷凍回路によって冷却された熱媒液と前記水素ガスとを前記熱交換器内において相互に熱交換させることで当該水素ガスを冷却可能に構成されている。

【発明の効果】

【0016】

請求項１記載の熱交換器では、連結部を介して複数の伝熱コイルが連結されて水素ガス流路が構成されると共に、水素ガス流路における一端部から他端部までの間が端面溶接によって相互に連結された複数の管体で一体的に構成されている。また、請求項３記載の水素ガス冷却装置では、上記の熱交換器と、熱媒液を冷却する冷凍回路とを備えて水素ガスを冷却可能に構成されている。

【0017】

したがって、請求項１記載の熱交換器、および請求項３記載の水素ガス冷却装置によれば、振動や衝撃に起因して両伝熱コイルと連結部との連結部位から水素ガスが漏出する状態となるのを好適に回避できるだけでなく、継手（接続金具）を使用せずに水素ガス流路を構成した分だけ、その製造コストを十分に低減することができる。また、巻物状態で市場に流通している長尺の管体を使用せずに、短尺の管体を使用して水素ガス流路を製作することができるため、曲げ加工に先立って行う前処理が不要となる分だけ、その製造コストを一層低減することができる。

【0018】

また、水素ガス流路を構成する各管体における端面溶接による連結部位を直線状に形成したことにより、端面溶接によって連結した連結部位に不要な外力（曲げ加工時に加えられる力）が加わっていないため、振動や衝撃に起因して連結部位から水素ガスが漏出する状態となるのを一層好適に回避できる。

【0019】

請求項２記載の熱交換器、およびそのような熱交換器を備えた水素ガス冷却装置によれば、伝熱コイルの管体巻回部の巻形を多角形状としたことにより、管体巻回部に直線状の部位が多数存在するため、管体巻回部を複数の管体で構成する必要があるときに、この直線状の部位において各管体を端面溶接によって連結することで連結部位に不要な外力（曲げ加工時に加えられる力）が加わっていない管体巻回部を製作することができる結果、振動や衝撃に起因して連結部位から水素ガスが漏出する状態となるのを好適に回避できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施の形態に係る水素ガス給気システム１００の構成を示す構成図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る水素ガス冷却用熱交換器３０の垂直断面図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る水素ガス冷却用熱交換器３０の水平断面図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る水素ガス冷却用熱交換器３０における内側伝熱コイル６０ｉおよび外側伝熱コイル６０ｏの側面図である。

【図5】本発明の実施の形態に係る水素ガス冷却用熱交換器３０における貫通金具４６近傍の垂直断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、添付図面を参照して、熱交換器および水素ガス冷却装置の実施の形態について説明する。

【0022】

最初に、水素ガス冷却用熱交換器３０および水素ガス冷却装置１の構成について、添付図面を参照して説明する。

【0023】

図１に示す水素ガス給気システム１００は、水素ガス燃料電池自動車等の給気対象Ｘに水素ガスを給気する水素ガスステーション用の設備であって、水素ガス冷却装置１、ガスタンク２およびディスペンサー３などを備えて構成されている。なお、同図では、水素ガス冷却装置１に関する理解を容易とするために、水素ガス給気システム１００における水素ガス冷却装置１以外の構成要素に関して、ガスタンク２およびディスペンサー３や、水素ガス配管４ａ〜４ｃだけを図示し、その他の構成要素についての図示を省略している。

【0024】

水素ガス冷却装置１は、「水素ガス冷却装置」の一例であって、冷凍回路１１、ブラインタンク１２、ブライン配管１３ａ〜１３ｄ、液送ポンプ１４ａ，１４ｂ、制御部１５および水素ガス冷却用熱交換器３０を備え、「熱媒液」の一例であるブラインを冷却すると共に、冷却したブラインを水素ガス冷却用熱交換器３０に供給することにより、水素ガスとブラインとの熱交換によって水素ガスを冷却することができるように構成されている。

【0025】

冷凍回路１１は、「冷凍回路」の一例である一元冷凍回路であって、圧縮機２１、凝縮器２２、膨張弁２３および蒸発器２４を備え、後述するように、「冷媒」としてのフロンと「熱媒液」としてのブラインとの熱交換によってブラインを冷却することができるように構成されている。なお、実際の冷凍回路１１には、回路内の冷媒圧力や冷媒温度を検出するためのセンサ、各種の冷媒バイパス回路、再熱回路、および圧縮機２１からフロンと共に排出された潤滑油を圧縮機２１に戻す潤滑油配管等の各種の構成要素が配設されているが、水素ガス冷却装置１についての理解を容易とするために、これらの構成要素についての図示および説明を省略する。

【0026】

ブラインタンク１２は、後述するように冷凍回路１１（蒸発器２４）によって冷却されて水素ガス冷却用熱交換器３０に供給されるブラインを貯留可能に構成されている。ブライン配管１３ａ，１３ｂは、冷凍回路１１の蒸発器２４とブラインタンク１２とを相互に接続する。この場合、本例の水素ガス冷却装置１では、ブラインタンク１２内のブラインがブライン配管１３ａを介して蒸発器２４に供給されて冷却された後に、ブライン配管１３ｂを介してブラインタンク１２に案内されることにより、ブラインタンク１２と蒸発器２４との間をブラインが循環させられる構成が採用されている。

【0027】

ブライン配管１３ｃ，１３ｄは、ブラインタンク１２と水素ガス冷却用熱交換器３０とを相互に接続する。この場合、本例の水素ガス冷却装置１では、ブラインタンク１２内のブラインがブライン配管１３ｃを介して水素ガス冷却用熱交換器３０に供給されて水素と熱交換させられた後に、ブライン配管１３ｄを介してブラインタンク１２に案内されることにより、ブラインタンク１２と水素ガス冷却用熱交換器３０との間をブラインが循環させられる構成が採用されている。

【0028】

液送ポンプ１４ａは、制御部１５の制御に従ってブラインタンク１２内のブラインを蒸発器２４に向けて圧送する。この場合、本例の水素ガス冷却装置１では、液送ポンプ１４ａがブラインタンク１２内のブラインを蒸発器２４に圧送することにより、蒸発器２４内のブライン（蒸発器２４において冷却されたブライン）がブラインタンク１２に案内される構成が採用されている。

【0029】

液送ポンプ１４ｂは、制御部１５の制御に従ってブラインタンク１２内のブラインを水素ガス冷却用熱交換器３０に向けて圧送する。この場合、本例の水素ガス冷却装置１では、液送ポンプ１４ｂがブラインタンク１２内のブラインを水素ガス冷却用熱交換器３０に圧送することにより、水素ガス冷却用熱交換器３０内のブラインがブラインタンク１２に案内される構成が採用されている。

【0030】

なお、上記の水素ガス冷却装置１の構成に代えて、例えば、「貯液槽（ブラインタンク）」内のブラインを冷凍回路１１（蒸発器２４）に供給して冷却した後に水素ガス冷却用熱交換器３０に直接供給して水素ガスを冷却すると共に、水素ガスの冷却によって温度上昇したブラインを「貯液槽」に回収するように「貯液槽」を配設することもできる（図示せず）。また、大量の水素ガスを連続して冷却する可能性がない環境下、すなわち、大量のブラインを備えている必要がない環境下で使用するときには、「貯液槽（ブラインタンク）」を不要として冷凍回路１１（蒸発器２４）と水素ガス冷却用熱交換器３０との間でブラインを直接循環させる構成を採用することもできる（図示せず）。

【0031】

制御部１５は、水素ガス冷却装置１を総括的に制御する。具体的には、制御部１５は、冷凍回路１１（蒸発器２４）によってブラインを冷却するブライン冷却処理の実行時に、冷凍回路１１の圧縮機２１を制御してブラインの冷却に必要かつ十分な量の冷媒を圧縮させると共に、膨張弁２３を制御してブラインの冷却に必要かつ十分な量の冷媒を蒸発器２４に供給させる。

【0032】

また、制御部１５は、冷凍回路１１によるブライン冷却処理と並行して液送ポンプ１４ａを制御することにより、ブラインタンク１２と蒸発器２４との間でブラインを循環させてブラインタンク１２内のブラインの温度を規定温度（水素ガスの冷却に適した温度）に維持させる。さらに、制御部１５は、液送ポンプ１４ｂを制御してブラインタンク１２と水素ガス冷却用熱交換器３０との間でブラインを循環させることにより、ガスタンク２からディスペンサー３に向かって移動させられている水素ガスを、水素ガス冷却用熱交換器３０においてブラインと熱交換させて冷却させる。

【0033】

一方、水素ガス冷却用熱交換器３０は、「熱交換器」の一例であって、図２に示すように、容器体４０および水素ガス配管５０を備え、水素ガス配管４ｂを介してディスペンサー３に接続され、かつ水素ガス配管４ｃを介して給気対象Ｘに接続されると共に、ブライン配管１３ｃ，１３ｄを介してブラインタンク１２に接続されている。この水素ガス冷却用熱交換器３０は、ガスタンク２から水素ガス配管４ａおよびディスペンサー３を通過して給気対象Ｘに向かって流動させられる水素ガスをブラインとの熱交換によって予め規定された温度（一例として、−３３℃〜−４０℃の温度範囲内の温度）まで冷却する。なお、本例では、水素ガス冷却用熱交換器３０を水素ガス冷却装置１の構成要素として備えた例について説明するが、水素ガス冷却用熱交換器３０を外部機器として「水素ガス冷却装置」に接続して使用することもできる。

【0034】

容器体４０は、「容器体」に相当し、一例として、円筒状の筒状部４１と、筒状部４１の下端部を閉塞する蓋部４２ｂ、および筒状部４１の上端部を閉塞する蓋部４２ｔと、筒状部４１および蓋部４２ｂ，４２ｔによって形成される熱交換処理空間Ｓ内にブラインを導入するブライン導入部４３と、熱交換処理空間Ｓからブラインを排出するブライン排出部４４と、熱交換処理空間Ｓ内におけるブラインの流速を上昇させるための増速用シャフト４５とを備えている。また、蓋部４２ｔには、水素ガス配管５０を貫通させるための貫通金具４６，４６・・が取り付けられている。

【0035】

この場合、ブライン導入部４３は、ブライン配管１３ｃを介してブラインタンク１２のブライン排出口に接続されている。また、ブライン排出部４４は、ブライン配管１３ｄを介してブラインタンク１２のブライン流入口に接続されている。これにより、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、ブライン配管１３ｃを介して供給されるブラインが、ブライン導入部４３から熱交換処理空間Ｓ内に噴出され、容器体４０の熱交換処理空間Ｓ内を上向きに移動させられた後に、ブライン排出部４４からブライン配管１３ｄを介してブラインタンク１２に流入させられる。

【0036】

水素ガス配管５０は、「水素ガス流路」を構成する配管であって、内側伝熱コイル６０ｉおよび外側伝熱コイル６０ｏ（「複数の伝熱コイル」の一例）が連結部６０ｃ（「管体で構成された連結部」の一例）によって相互に連結されて、水素ガス冷却用熱交換器３０に対して冷却対象の水素ガスを導入する水素ガス導入部５１ａ（「水素ガス流路における一端部」の一例）から、冷却を完了した水素ガスを排出する水素ガス排出部５１ｂ（「水素ガス流路における他端部」の一例）まで水素ガスを流動させることができるように構成されていている（「連結部を介して複数の伝熱コイルが連結されて」との構成の一例）。この場合、水素ガス配管５０における水素ガス導入部５１ａには、接続金具Ｆ４を介して水素ガス配管４ｂが接続されると共に、水素ガス排出部５１ｂには、接続金具Ｆ４を介して水素ガス配管４ｃが接続されている。

【0037】

また、図２，４に示すように、内側伝熱コイル６０ｉは、一端部（上端部）が水素ガス導入部５１ａを構成する立下り直線状部６１ｉ、一端部（上端部）が立下り直線状部６１ｉの下端部に連結されている管体巻回部６２ｉ、および一端部（下端部）が管体巻回部６２ｉの下端部に連結されると共に他端部（上端部）が連結部６０ｃに連結されている立上り直線状部６３ｉを備えている。この場合、図３に示すように、管体巻回部６２ｉは、管体が螺旋状に巻回されて曲線状部６５ｃｉおよび直線状部６５ｓｉが交互に設けられ、その巻形が平面視四角形状（丸みを帯びた略四角形）に形成されている（「巻形が多角形状」との構成の一例）。

【0038】

さらに、図２，４に示すように、外側伝熱コイル６０ｏは、一端部（上端部）が連結部６０ｃに連結されている立下り直線状部６１ｏ、一端部（上端部）が立下り直線状部６１ｏの下端部に連結されている管体巻回部６２ｏ、および一端部（下端部）が管体巻回部６２ｏの下端部に連結されると共に他端部（上端部）が水素ガス排出部５１ｂを構成する立上り直線状部６３ｏを備えている。この場合、図３に示すように、管体巻回部６２ｏは、管体が螺旋状に巻回されて曲線状部６５ｃｏおよび直線状部６５ｓｏが交互に設けられ、その巻形が平面視四角形状（丸みを帯びた略四角形）に形成されている（「巻形が多角形状」との構成の一例）。

【0039】

なお、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、図２に示すように、管体巻回部６２ｉ，６２ｏの巻回軸方向が容器体４０の筒長方向に沿うようにして内側伝熱コイル６０ｉおよび外側伝熱コイル６０ｏが容器体４０内に収容されている。また、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、外側伝熱コイル６０ｏの管体巻回部６２ｏが内側伝熱コイル６０ｉの管体巻回部６２ｉよりも大径に形成されて外側伝熱コイル６０ｏにおける管体巻回部６２ｏの内側に内側伝熱コイル６０ｉにおける管体巻回部６２ｉが位置するように外側伝熱コイル６０ｏおよび内側伝熱コイル６０ｉが容器体４０内に収容されている。

【0040】

この場合、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、水素ガス配管５０の水素ガス導入部５１ａから水素ガス排出部５１ｂまでの間（内側伝熱コイル６０ｉ、連結部６０ｃおよび外側伝熱コイル６０ｏ）が端面溶接によって相互に連結された複数の管体で一体的に構成されている。また、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、水素ガス配管５０を構成する各管体における端面溶接による連結部位が直線状に形成されている。

【0041】

この水素ガス配管５０では、後述するように、内側伝熱コイル６０ｉ、外側伝熱コイル６０ｏおよび連結部６０ｃを別個に製作しておき、これらを端面溶接によって相互に連結されて一体化されている。また、本例では、一例として、２ｍ〜４ｍ程度の複数の短管を端面溶接によって連結することで１本の水素ガス配管５０が形成されている。

【0042】

次に、水素ガス冷却用熱交換器３０の製造方法について説明する。

【0043】

まず、内側伝熱コイル６０ｉ、外側伝熱コイル６０ｏおよび連結部６０ｃをそれぞれ製作する。この場合、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、内側伝熱コイル６０ｉおよび外側伝熱コイル６０ｏにおける管体巻回部６２ｉ，６２ｏの巻数が多数のため、１本の管体で内側伝熱コイル６０ｉを形成したり、１本の管体で外側伝熱コイル６０ｏを形成しようとしたりした場合には、長尺の管体が必要となる。

【0044】

したがって、内側伝熱コイル６０ｉの製作に際しては、一例として、立下り直線状部６１ｉと、管体巻回部６２ｉにおける上側巻回部６２ｉａ（図４参照）とを１本の管体で構成し、管体巻回部６２ｉにおける下側巻回部６２ｉｂ（図４参照）を他の１本の管体で構成し、かつ立上り直線状部６３ｉをさらに他の１本の管体で構成すると共に、これらを端面溶接によって相互に連結することで一体化する。

【0045】

具体的には、立下り直線状部６１ｉおよび上側巻回部６２ｉａを構成する管体を曲げ加工装置（パイプベンダー）にセットし、立下り直線状部６１ｉとする部位を確保して管体巻回部６２ｉの製作を開始させる。この際に、曲げ加工装置は、予め設定された加工情報に従い、曲線状部６５ｃｉおよび直線状部６５ｓｉを交互に形成することによって管体巻回部６２ｉにおける上側巻回部６２ｉａを製作する。また、管体の端部近傍まで加工が進んだときに、曲げ加工装置を停止させ、加工中の管体に、下側巻回部６２ｉｂを製作するための管体を端面溶接する。

【0046】

次いで、曲げ加工装置を再稼働させ、上側巻回部６２ｉａの未製作部位および下側巻回部６２ｉｂを順次製作させる。これにより、最初の管体（立下り直線状部６１ｉおよび上側巻回部６２ｉａを構成する管体）と、下側巻回部６２ｉｂを構成する管体とが、図４に示す溶接箇所Ｐ１ｉにおいて溶接された状態で管体巻回部６２ｉが製作される。この場合、上記の２本の管体は、管体巻回部６２ｉにおける直線状部６５ｓｉに溶接箇所Ｐ１ｉが位置するようにそれぞれの長さが予め調整されている。これにより、溶接箇所Ｐ１ｉを曲げ加工することなく管体巻回部６２ｉが製作されて、立下り直線状部６１ｉおよび管体巻回部６２ｉが連結された中間体が完成する。

【0047】

続いて、立上り直線状部６３ｉを構成する管体を上記の中間体における管体巻回部６２ｉに端面溶接する。これにより、上記の下側巻回部６２ｉｂを構成する管体と、立上り直線状部６３ｉを構成する管体とが、図４に示す溶接箇所Ｐ２ｉにおいて溶接された状態となる。この場合、上記の下側巻回部６２ｉｂを構成する管体は、水素ガス配管５０における直線状の部位（同図に示す破線Ｌ２ｉの範囲内）に立上り直線状部６３ｉとの溶接箇所Ｐ２ｉが位置するように長さが予め調整されている。これにより、溶接箇所Ｐ２ｉを曲げ加工することなく内側伝熱コイル６０ｉが製作される。

【0048】

また、外側伝熱コイル６０ｏの製作に際しては、一例として、立下り直線状部６１ｏと、管体巻回部６２ｏにおける上側巻回部６２ｏａ（図４参照）とを１本の管体で構成し、管体巻回部６２ｏにおける下側巻回部６２ｏｂ（図４参照）を他の１本の管体で構成し、かつ立上り直線状部６３ｏをさらに他の１本の管体で構成すると共に、これらを端面溶接によって相互に連結することで一体化する。なお、この外側伝熱コイル６０ｏの製作工程については、上記の内側伝熱コイル６０ｉの製作工程と同様のため、詳細な説明を省略する。

【0049】

この外側伝熱コイル６０ｏでは、最初の管体（立下り直線状部６１ｏおよび上側巻回部６２ｏａを構成する管体）と、下側巻回部６２ｏｂを構成する管体とが、図４に示す溶接箇所Ｐ１ｏにおいて溶接された状態で管体巻回部６２ｏが製作されている。この場合、上記の２本の管体は、管体巻回部６２ｏにおける直線状部６５ｓｏに溶接箇所Ｐ１ｏが位置するようにそれぞれの長さが予め調整されている。これにより、この外側伝熱コイル６０ｏでは、溶接箇所Ｐ１ｏを曲げ加工することなく管体巻回部６２ｏが製作されている。

【0050】

また、この外側伝熱コイル６０ｏでは、下側巻回部６２ｏｂを構成する管体と、立上り直線状部６３ｏを構成する管体とが、図４に示す溶接箇所Ｐ２ｏにおいて溶接された状態となっている。この場合、上記の下側巻回部６２ｏｂを構成する管体は、水素ガス配管５０における直線状の部位（同図に示す破線Ｌ２ｏの範囲内）に立上り直線状部６３ｏとの溶接箇所Ｐ２ｏが位置するように長さが予め調整されている。これにより、この外側伝熱コイル６０ｏでは、溶接箇所Ｐ２ｏを曲げ加工することなく製作されている。

【0051】

次いで、内側伝熱コイル６０ｉおよび外側伝熱コイル６０ｏを連結部６０ｃによって連結する。具体的には、容器体４０の蓋部４２ｔに貫通金具４６を取り付け、取り付けた貫通金具４６を貫通させるようにして内側伝熱コイル６０ｉおよび外側伝熱コイル６０ｏを蓋部４２ｔに組み付ける。

【0052】

この場合、図５に示すように、貫通金具４６は、管体挿通用金具であって、基部７１、締込み部７２およびシール材７３を備えて構成されている。また、基部７１には、貫通（挿通）対象の管体（本例では、水素ガス配管５０を構成している上記の管体）の外径よりも僅かに大径の挿通孔Ｈ７１ａと、締込み部７２をねじ込み可能なねじ孔Ｈ７１ｂとが連通形成されると共に、蓋部４２ｔに形成された挿通孔Ｈ４２にねじ込み可能なねじ山が外周面に形成されている。

【0053】

さらに、締込み部７２には、貫通（挿通）対象の管体（本例では、水素ガス配管５０を構成している上記の管体）の外径よりも僅かに大径で上記の挿通孔Ｈ７１ａと同径の挿通孔Ｈ７２が形成されると共に、基部７１のねじ孔Ｈ７１ｂにねじ込み可能なねじ山が外周面に形成されている。また、シール材７３は、基部７１（ねじ孔Ｈ７１ｂ）に対して締込み部７２をねじ込むことで圧縮変形可能な耐腐食性材料で環状に形成されている。

【0054】

蓋部４２ｔへの内側伝熱コイル６０ｉおよび外側伝熱コイル６０ｏの組付けに際しては、まず、内側伝熱コイル６０ｉおよび外側伝熱コイル６０ｏの立下り直線状部６１ｉ，６１ｏおよび立上り直線状部６３ｉ，６３ｏを貫通させるべき位置に形成されている４つの挿通孔Ｈ４２に貫通金具４６の基部７１をねじ込む。次いで、蓋部４２ｔの裏面側（後に熱交換処理空間Ｓとなる側）から各基部７１の挿通孔Ｈ７１ａおよびねじ孔Ｈ７１ｂに、立下り直線状部６１ｉ，６１ｏおよび立上り直線状部６３ｉ，６３ｏをそれぞれ挿通させ、その先端部を蓋部４２ｔの表面側（上面側）に大きく突出させる。

【0055】

続いて、突出させた立下り直線状部６１ｉ，６１ｏおよび立上り直線状部６３ｉ，６３ｏにシール材７３および締込み部７２をこの順でそれぞれ装着し、シール材７３をねじ孔Ｈ７１ｂ内に嵌め込んだ後に、嵌め込んだシール材７３が変形しない程度に締込み部７２をねじ孔Ｈ７１ｂに軽くねじ込む。この際には、立下り直線状部６１ｉ，６１ｏおよび立上り直線状部６３ｉ，６３ｏが蓋部４２ｔ（貫通金具４６）に対して矢印Ｕ，Ｄの向きでスライド可能な状態となっている。

【0056】

次いで、立下り直線状部６１ｉおよび立上り直線状部６３ｏに接続金具Ｆ４をそれぞれ装着する。なお、この接続金具Ｆ４の装着作業については、以下に説明する内側伝熱コイル６０ｉおよび外側伝熱コイル６０ｏの連結作業の完了後に行うこともできる。

【0057】

続いて、立上り直線状部６３ｉおよび立下り直線状部６１ｏを連結部６０ｃによって連結する。具体的には、連結部６０ｃを構成する管体の一端部を立上り直線状部６３ｉに端面溶接すると共に、連結部６０ｃを構成する管体の他端部を立下り直線状部６１ｏに端面溶接する。これにより、内側伝熱コイル６０ｉ（立上り直線状部６３ｉ）と連結部６０ｃとが図２に示す溶接箇所Ｐ１ａにおいて溶接された状態になると共に、外側伝熱コイル６０ｏ（立下り直線状部６１ｏ）と連結部６０ｃとが図２に示す溶接箇所Ｐ１ｂにおいて溶接された状態になる。

【0058】

この場合、連結部６０ｃは、予めＵ字状に曲げ加工されている。また、上記の立上り直線状部６３ｉを構成する管体は、水素ガス配管５０における直線状の部位（同図に示す破線Ｌ１ｉの範囲内）に溶接箇所Ｐ１ａが位置するように長さが予め調整されている。さらに、上記の立下り直線状部６１ｏを構成する管体は、水素ガス配管５０における直線状の部位（同図に示す破線Ｌ１ｏの範囲内）に溶接箇所Ｐ１ｂが位置するように長さが予め調整されている。これにより、溶接箇所Ｐ１ａ，Ｐ１ｂを曲げ加工することなく、内側伝熱コイル６０ｉおよび外側伝熱コイル６０ｏを連結部６０ｃによって相互に連結して一体化させることが可能となっている。

【0059】

次いで、蓋部４２ｔに対して立下り直線状部６１ｉ，６１ｏおよび立上り直線状部６３ｉ，６３ｏをスライドさせることで蓋部４２ｔに対する管体巻回部６２ｉ，６２ｏの位置を調整した後に、各基部７１に対して締込み部７２をそれぞれ締め込む。この際には、基部７１に対する締込み部７２の締め込みによってシール材７３が変形し、これにより、立下り直線状部６１ｉ，６１ｏおよび立上り直線状部６３ｉ，６３ｏの外周面と、基部７１および締込み部７２の内周面とがシール材７３によってシーリングされ、かつ矢印Ｕ，Ｄへのスライドが規制されて、蓋部４２ｔに対する内側伝熱コイル６０ｉおよび外側伝熱コイル６０ｏの取付けが完了する。

【0060】

この後、筒状部４１の内側に内側伝熱コイル６０ｉおよび外側伝熱コイル６０ｏを位置させるように筒状部４１の上端部に蓋部４２ｔを固定する。なお、筒状部４１には、蓋部４２ｂ、ブライン導入部４３およびブライン排出部４４が予め固定され、蓋部４２ｔには、増速用シャフト４５が予め固定されている。これにより、図２に示すように、水素ガス冷却用熱交換器３０が完成する。

【0061】

この水素ガス冷却装置１では、給気対象Ｘへの充填（給気）に際して水素ガスを冷却する構成が採用されている。具体的には、水素ガスの充填に際して、一例として、水素ガス給気システム１００の主制御装置（図示せず）から水素ガス冷却装置１の制御部１５に給気開始信号が出力されたときに、制御部１５が、液送ポンプ１４ｂを制御してブラインタンク１２から水素ガス冷却用熱交換器３０にブラインを供給させる。これにより、冷凍回路１１によって予め冷却されてブラインタンク１２に貯留されている低温のブラインがブライン配管１３ｃを介して水素ガス冷却用熱交換器３０に供給される。

【0062】

この結果、ガスタンク２からディスペンサー３を通過して給気対象Ｘに向かって移動させられる水素ガスが水素ガス冷却用熱交換器３０の水素ガス配管５０の通過時に熱交換処理空間Ｓ内においてブラインと熱交換させられて冷却され、十分に温度低下した水素ガス（一例として、−３３℃〜−４０℃の温度範囲内の温度の水素ガス）が給気対象Ｘの燃料タンク（ガスタンク）内に充填される。これにより、給気対象Ｘへの水素ガスの充填効率を十分に向上させることができる。

【0063】

このように、この水素ガス冷却用熱交換器３０では、連結部６０ｃを介して内側伝熱コイル６０ｉおよび外側伝熱コイル６０ｏが連結されて「水素ガス流路（水素ガス配管５０）」が構成されると共に、「水素ガス流路」における水素ガス導入部５１ａから水素ガス排出部５１ｂまでの間が端面溶接によって相互に連結された複数の管体で一体的に構成されている。また、この水素ガス冷却装置１では、上記の水素ガス冷却用熱交換器３０と、「熱媒液」としてのブラインを冷却する冷凍回路１１とを備えて水素ガスを冷却可能に構成されている。

【0064】

したがって、この水素ガス冷却用熱交換器３０および水素ガス冷却装置１によれば、振動や衝撃に起因して内側伝熱コイル６０ｉ、外側伝熱コイル６０ｏおよび連結部６０ｃの連結部位から水素ガスが漏出する状態となるのを好適に回避できるだけでなく、継手（接続金具）を使用せずに水素ガス配管５０を構成した分だけ、その製造コストを十分に低減することができる。また、巻物状態で市場に流通している長尺の管体を使用せずに、短尺の管体を使用して水素ガス配管５０を製作することができるため、曲げ加工に先立って行う前処理が不要となる分だけ、その製造コストを一層低減することができる。

【0065】

また、この水素ガス冷却用熱交換器３０および水素ガス冷却装置１によれば、「水素ガス流路」を構成する各管体における端面溶接による連結部位を直線状に形成したことにより、端面溶接によって連結した連結部位に不要な外力（曲げ加工時に加えられる力）が加わっていないため、振動や衝撃に起因して連結部位から水素ガスが漏出する状態となるのを一層好適に回避できる。

【0066】

さらに、この水素ガス冷却用熱交換器３０および水素ガス冷却装置１によれば、内側伝熱コイル６０ｉおよび外側伝熱コイル６０ｏにおける管体巻回部６２ｉ，６２ｏの巻形を多角形状としたことにより、管体巻回部６２ｉ，６２ｏに直線状部６５ｓｉ，６５ｓｏが多数存在するため、管体巻回部６２ｉ，６２ｏを複数の管体で構成する必要があるときに、この直線状部６５ｓｉ，６５ｓｏにおいて各管体を端面溶接によって連結することで連結部位に不要な外力（曲げ加工時に加えられる力）が加わっていない管体巻回部６２ｉ，６２ｏを製作することができる結果、振動や衝撃に起因して連結部位から水素ガスが漏出する状態となるのを好適に回避できる。

【0067】

なお、「熱交換器」および「水素ガス冷却装置」の構成は、上記の水素ガス冷却用熱交換器３０および水素ガス冷却装置１の構成の例に限定されない。例えば、水素ガス導入部５１ａから水素ガス排出部５１ｂまで１本の水素ガス配管５０で「水素ガス流路」を構成した例について説明したが、水素ガスの「導入部」に「分岐部」を設けると共に水素ガスの「排出部」に「合流部」を設けることにより、「導入部」と「排出部」との間に複数本の「水素ガス流路」を並列的に設けることもできる（図示せず）。このような構成を採用する場合においても、各「水素ガス流路」における一端部および他端部の間を構成する各管体を端面溶接によって連結することにより、上記の水素ガス冷却用熱交換器３０と同様の効果を奏することができる。

【0068】

また、平面視四角形状の管体巻回部６２ｉを備えた内側伝熱コイル６０ｉ、および平面視略四角形状の管体巻回部６２ｏを備えた外側伝熱コイル６０ｏを連結部６０ｃによって連結した水素ガス配管５０を備えた構成を例に挙げて説明したが、「管体巻回部」の巻形は、上記の四角形状に限定されず、任意の多角形状（三角形状、または五角形以上の任意の多角形状）とすることができる。また、「管体巻回部」を複数の管体で構成しない場合には、平面視円形状や平面視楕円形状に形成することもできる。さらに、「管体巻回部」を複数の管体で構成する場合においても管体の連結部位が直線状であれば、他の部位の巻形については多角形以外の任意の形状とすることができる。

【0069】

また、立下り直線状部６１ｉおよび上側巻回部６２ｉａを１本の管体で形成し、その管体に別の管体を端面溶接して下側巻回部６２ｉｂを形成し、下側巻回部６２ｉｂ（管体巻回部６２ｉ）に立上り直線状部６３ｉを端面溶接することで形成した内側伝熱コイル６０ｉや、立下り直線状部６１ｏおよび上側巻回部６２ｏａを１本の管体で形成し、その管体に別の管体を端面溶接して下側巻回部６２ｏｂを形成し、下側巻回部６２ｏｂ（管体巻回部６２ｏ）に立上り直線状部６３ｏを端面溶接することで形成した外側伝熱コイル６０ｏを備えた構成について説明したが、別個に形成した上側巻回部６２ｉａ（管体巻回部６２ｉ）に端面溶接によって立下り直線状部６１ｉを連結したり、別個に形成した上側巻回部６２ｏａ（管体巻回部６２ｏ）に端面溶接によって立下り直線状部６１ｏを連結したり、下側巻回部６２ｉｂおよび立上り直線状部６３ｉを１本の管体で形成したり、下側巻回部６２ｏｂおよび立上り直線状部６３ｏを１本の管体で形成したりすることもできる。

【0070】

さらに、外側伝熱コイル６０ｏにおける管体巻回部６２ｏの内側に内側伝熱コイル６０ｉにおける管体巻回部６２ｉを配置した構成を例に挙げて説明したが、２つ以上の「伝熱コイル」における「管体巻回部」を巻軸方向に沿って並べて配置することもできる。

【0071】

また、容器体４０における下方部位にブライン導入部４３を配設すると共に容器体４０における上方部位にブライン排出部４４を配設することで容器体４０内を下方から上方に向かってブラインを流動させる構成を例に挙げて説明したが、このような構成に代えて、「容器体」の上方から下方に向かって「熱媒液（ブライン）」を流動させる構成を採用することもできる（図示せず）。このような構成を採用する場合には、「伝熱コイル」における「管体巻回部」を下方から上方に向かって水素ガスを流動させる構成を採用することにより、上記の水素ガス冷却用熱交換器３０と同様にして、水素ガスと「熱媒液」とを対向する向きに流動させるのが好ましい。さらに、水素ガスや「熱媒液」が水平方向に移動するように「熱交換器」を横倒しにして使用する構成を採用することもできる（図示せず）。

【0072】

また、「一元冷凍回路」の一例である冷凍回路１１によって「熱媒液」の一例であるブラインを冷却する構成を例に挙げて説明したが、第１冷凍回路（高温側冷凍回路）の蒸発器によって第２冷凍回路（低温側冷凍回路）の凝縮器を冷却することで第２冷凍回路の凝縮器において十分な量の冷媒を短時間で凝縮させると共に、第２冷凍回路の蒸発器によって「熱媒液」を冷却することで、水素ガスの冷却に適した十分に低い温度まで「熱媒液」の温度を低下させ得る「二元冷凍回路」を採用することもできる（図示せず）。

【符号の説明】

【0073】

１００ 水素ガス給気システム
１ 水素ガス冷却装置
１１ 冷凍回路
１２ ブラインタンク
１３ａ〜１３ｄ ブライン配管
１４ａ，１４ｂ 液送ポンプ
１５ 制御部
３０ 水素ガス冷却用熱交換器
４０ 容器体
４１ 筒状部
４２ｂ，４２ｔ 蓋部
４３ ブライン導入部
４４ ブライン排出部
４５ 増速用シャフト
４６ 貫通金具
５０ 水素ガス配管
５１ａ 水素ガス導入部
５１ｂ 水素ガス排出部
６０ｉ 内側伝熱コイル
６０ｏ 外側伝熱コイル
６０ｃ 連結部
６１ｉ，６１ｏ 立下り直線状部
６２ｉ，６２ｏ 管体巻回部
６２ｉａ，６２ｏａ 上側巻回部
６２ｉｂ，６２ｏｂ 下側巻回部
６３ｉ，６３ｏ 立上り直線状部
６５ｓｉ，６５ｓｏ 直線状部
６５ｃｉ，６５ｃｏ 曲線状部
７１ 基部
７２ 締込み部
７３ シール材
Ｆ４ 接続金具
Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ｉ，Ｐ２ｏ，Ｐ１ｉ，Ｐ１ｏ 溶接箇所
Ｓ 熱交換処理空間
Ｘ 給気対象

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】