(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023066530
(43)【公開日】2023-05-16
(54)【発明の名称】熱交換器
(51)【国際特許分類】
F28D 15/02 20060101AFI20230509BHJP
F28D 15/04 20060101ALI20230509BHJP
【ＦＩ】
F28D15/02 Z
F28D15/04 B
F28D15/04 D
F28D15/04 C
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021177180
(22)【出願日】2021-10-29
(71)【出願人】
【識別番号】000151346
【氏名又は名称】株式会社タツノ
(74)【代理人】
【識別番号】110000431
【氏名又は名称】弁理士法人高橋特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大滝 勉
(57)【要約】
【課題】ブラインが充填された容器内に浸漬された水素用熱交換器の外殻を含む領域と、当該水素用熱交換器の中央の領域の温度差を解消することが出来る熱交換器の提供。
【解決手段】本発明の熱交換器（２）は、ブラインが充填された容器（１）内に浸漬されて内蔵され、中央の領域と外殻を含む領域（外殻近傍の領域）とで熱伝導を行う機能を有する熱伝導部材（４：ヒートパイプ）を有し、当該熱伝導部材（４）は熱伝導性を有する材料で管状に構成され、内部に伝熱流体（例えば純水）が内蔵されており、毛細管現象を生じる領域（４Ａ）と中空の領域（４Ｂ）を有しており、毛細管現象を生じる領域（４Ａ）は液相の伝熱流体を外殻を含む領域から中央の領域まで移動する機能を有しており、中空の領域（４Ｂ）は中央の領域で気化して体積が膨張した気相の伝熱流体を外殻を含む領域まで通過させる機能を有している。
【選択図】図４
【解決手段】本発明の熱交換器（２）は、ブラインが充填された容器（１）内に浸漬されて内蔵され、中央の領域と外殻を含む領域（外殻近傍の領域）とで熱伝導を行う機能を有する熱伝導部材（４：ヒートパイプ）を有し、当該熱伝導部材（４）は熱伝導性を有する材料で管状に構成され、内部に伝熱流体（例えば純水）が内蔵されており、毛細管現象を生じる領域（４Ａ）と中空の領域（４Ｂ）を有しており、毛細管現象を生じる領域（４Ａ）は液相の伝熱流体を外殻を含む領域から中央の領域まで移動する機能を有しており、中空の領域（４Ｂ）は中央の領域で気化して体積が膨張した気相の伝熱流体を外殻を含む領域まで通過させる機能を有している。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ブラインが充填された容器内に浸漬されて内蔵され、
中央の領域と外殻を含む領域とで熱伝導を行う機能を有する熱伝導部材を有し、
当該熱伝導部材は熱伝導性を有する材料で構成され、内部に伝熱流体が内蔵されており、毛細管現象を生じる領域と中空の領域を有しており、毛細管現象を生じる領域は液相の伝熱流体を外殻を含む領域から中央の領域まで移動する機能を有しており、中空の領域は中央の領域で気化して体積が膨張した気相の伝熱流体を外殻を含む領域まで通過させる機能を有していることを特徴とする熱交換器。
中央の領域と外殻を含む領域とで熱伝導を行う機能を有する熱伝導部材を有し、
当該熱伝導部材は熱伝導性を有する材料で構成され、内部に伝熱流体が内蔵されており、毛細管現象を生じる領域と中空の領域を有しており、毛細管現象を生じる領域は液相の伝熱流体を外殻を含む領域から中央の領域まで移動する機能を有しており、中空の領域は中央の領域で気化して体積が膨張した気相の伝熱流体を外殻を含む領域まで通過させる機能を有していることを特徴とする熱交換器。
【請求項2】
熱伝導部材の前記毛細管現象を生じる領域は複数の溝で構成されている請求項１の熱交換器。
【請求項3】
前記熱伝導部材は熱伝導性を有する材料に形成された貫通孔と、当該貫通孔内部に相通された中実の線状部材を有し、前記貫通孔の内壁と中実の線状部材の間に形成された隙間により前記毛細管現象を生じる領域が構成されている請求項１の熱交換器。
【請求項4】
前記毛細管現象を生じる領域は、ウィック又はメッシュで構成されている請求項１の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は水素を冷却する技術に関し、特に、燃料電池を搭載した車両（燃料電池自動車：ＦＣＶ）等に水素を充填する施設である水素ステーションにおける水素充填装置で、水素を冷却するのに好適に用いられる技術に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、燃料電池を搭載した車両（燃料電池自動車：ＦＣＶ）の開発・普及に伴い、水素ステーションを増加することが重要視されている。
水素ステーションには水素充填装置が設けられており、水素充填装置により、水素ステーションに到着した前記車両の車載タンク内に所定の圧力で水素を充填する。その際に、水素の充填を安全且つ効率的に行うため、水素充填装置から供給される水素の温度が低温（例えば、－３５℃）となる様に冷却される。
水素ステーションには水素充填装置が設けられており、水素充填装置により、水素ステーションに到着した前記車両の車載タンク内に所定の圧力で水素を充填する。その際に、水素の充填を安全且つ効率的に行うため、水素充填装置から供給される水素の温度が低温（例えば、－３５℃）となる様に冷却される。
【0003】
しかし、従来の水素冷却システムでは、１次側の冷却設備と２次側の冷却設備を具備しているので、冷却システム全体が大きくなり、レイアウトの自由度が制限される等の問題を有している。
また、充填時に常に水素が所定の温度（例えば－３５℃）まで冷却されるようにするためには、少なくとも２次側の冷却設備（例えば循環ポンプ）を連続して（例えば、いわゆる「２４時間体制」で）運転する必要があり、水素冷却システムが消費するエネルギーが多大であるという問題も存在する。
さらに、被冷却物である水素を所定の温度（例えば－３５℃）に冷却し続けることが困難である。
また、充填時に常に水素が所定の温度（例えば－３５℃）まで冷却されるようにするためには、少なくとも２次側の冷却設備（例えば循環ポンプ）を連続して（例えば、いわゆる「２４時間体制」で）運転する必要があり、水素冷却システムが消費するエネルギーが多大であるという問題も存在する。
さらに、被冷却物である水素を所定の温度（例えば－３５℃）に冷却し続けることが困難である。
【0004】
これに対して出願人は、断熱性に優れ且つブラインを充填した容器と、当該容器に内蔵されてブラインと水素で熱交換する水素用熱交換器と、ブラインを冷却する冷凍機を含み、当該冷凍機は、凝固したブラインが溶融する際に吸収する溶融熱で水素を冷却し以て冷却された水素温度を一定にするため、容器に充填されるブラインが冷媒により凝固される様に冷媒を冷却する機能を有する水素冷却システムを提供した（特許文献１参照）。この従来技術（特許文献１）によれば、上述した問題を解決することが出来る。
しかし、発明者による更なる研究の結果、水素用熱交換器はブラインが充填された容器内に浸漬されて内蔵されるため、水素用熱交換器の外殻近傍を流れる水素はブラインと熱交換し易いが、水素用熱交換器の中央領域を流れる水素はブラインと熱交換することが困難である。そのため、水素用熱交換器の外殻近傍の領域は低温に維持されるが、中央領域は（外殻近傍の領域に比較して）高温となり、両者間に温度差或いは温度勾配が存在して、水素の冷却効率が低下するという問題が存在することが判明した。
係る問題は上述した従来技術（特許文献１）について判明したものであり、解消手段については提案されていない。
しかし、発明者による更なる研究の結果、水素用熱交換器はブラインが充填された容器内に浸漬されて内蔵されるため、水素用熱交換器の外殻近傍を流れる水素はブラインと熱交換し易いが、水素用熱交換器の中央領域を流れる水素はブラインと熱交換することが困難である。そのため、水素用熱交換器の外殻近傍の領域は低温に維持されるが、中央領域は（外殻近傍の領域に比較して）高温となり、両者間に温度差或いは温度勾配が存在して、水素の冷却効率が低下するという問題が存在することが判明した。
係る問題は上述した従来技術（特許文献１）について判明したものであり、解消手段については提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第６８６０８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ブラインが充填された容器内に浸漬された水素用熱交換器の外殻を含む領域と、当該水素用熱交換器の中央の領域の温度差を解消することが出来る熱交換器（例えば水素用熱交換器）の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の熱交換器（２：例えば水素用熱交換器）は、ブラインが充填された容器（１）内（でブライン）に浸漬されて内蔵され、
中央の領域と外殻を含む領域（外殻近傍の領域）とで熱伝導を行う機能を有する熱伝導部材（４：ヒートパイプ）を有し、
当該熱伝導部材（４）は熱伝導性を有する材料で（例えば管状に）構成され、内部に伝熱流体（例えば純水）が内蔵されており、毛細管現象を生じる領域（４Ａ）と中空の領域（４Ｂ）を有しており、毛細管現象を生じる領域（４Ａ）は液相の伝熱流体を外殻を含む領域（外殻近傍）から中央の領域まで移動する機能を有しており、中空の領域（４Ｂ）は中央の領域で気化して体積が膨張した気相の伝熱流体を外殻を含む領域（外殻近傍）まで通過させる機能を有していることを特徴としている。
中央の領域と外殻を含む領域（外殻近傍の領域）とで熱伝導を行う機能を有する熱伝導部材（４：ヒートパイプ）を有し、
当該熱伝導部材（４）は熱伝導性を有する材料で（例えば管状に）構成され、内部に伝熱流体（例えば純水）が内蔵されており、毛細管現象を生じる領域（４Ａ）と中空の領域（４Ｂ）を有しており、毛細管現象を生じる領域（４Ａ）は液相の伝熱流体を外殻を含む領域（外殻近傍）から中央の領域まで移動する機能を有しており、中空の領域（４Ｂ）は中央の領域で気化して体積が膨張した気相の伝熱流体を外殻を含む領域（外殻近傍）まで通過させる機能を有していることを特徴としている。
【0008】
本発明において、熱伝導部材（４－１）の前記毛細管現象を生じる領域（４Ａ－１）は複数の溝（４Ｅ）で構成されているのが好ましい。
或いは本発明において、前記熱伝導部材（４－２）は熱伝導性を有する材料に形成された貫通孔（４Ｉ）と、当該貫通孔（４Ｉ）内部に相通された中実の線状部材（４Ｊ）を有し、前記貫通孔（４Ｉ）の内壁と中実の線状部材（４Ｊ）の間に形成された隙間（４Ｋ、４Ｌ）により前記毛細管現象を生じる領域（４Ａ－２）が構成されているのが好ましい。
さらに本発明において、前記毛細管現象を生じる領域（４Ａ）は、ウィック或いはメッシュで構成されているのが好ましい。
或いは本発明において、前記熱伝導部材（４－２）は熱伝導性を有する材料に形成された貫通孔（４Ｉ）と、当該貫通孔（４Ｉ）内部に相通された中実の線状部材（４Ｊ）を有し、前記貫通孔（４Ｉ）の内壁と中実の線状部材（４Ｊ）の間に形成された隙間（４Ｋ、４Ｌ）により前記毛細管現象を生じる領域（４Ａ－２）が構成されているのが好ましい。
さらに本発明において、前記毛細管現象を生じる領域（４Ａ）は、ウィック或いはメッシュで構成されているのが好ましい。
【0009】
本発明は、
断熱性に優れ且つブラインを充填した容器（１）と、当該容器（１）に内蔵されてブラインと水素で熱交換する水素用熱交換器（２）と、ブラインを冷却する冷凍機（１１）を含み、
冷凍機（１１）は、凝固したブラインが溶融する際に吸収する溶融熱で水素を冷却し以て冷却された水素温度を一定にするため、容器（１）に充填されるブラインが冷媒により凝固される様に冷媒を冷却する機能を有し、
冷凍機（１１）で冷却された冷媒は容器（１）内のブラインを凝固するため容器内（１）に配置された冷媒循環配管（１３Ａ）を流れる水素冷却システム（１００）の水素用熱交換器（２）として用いられることが好ましい。
その場合、前記水素用熱交換器（２）は複数の板状部材を積層して構成され、板状部材には水素通路（３）が形成されているのが好ましい。
断熱性に優れ且つブラインを充填した容器（１）と、当該容器（１）に内蔵されてブラインと水素で熱交換する水素用熱交換器（２）と、ブラインを冷却する冷凍機（１１）を含み、
冷凍機（１１）は、凝固したブラインが溶融する際に吸収する溶融熱で水素を冷却し以て冷却された水素温度を一定にするため、容器（１）に充填されるブラインが冷媒により凝固される様に冷媒を冷却する機能を有し、
冷凍機（１１）で冷却された冷媒は容器（１）内のブラインを凝固するため容器内（１）に配置された冷媒循環配管（１３Ａ）を流れる水素冷却システム（１００）の水素用熱交換器（２）として用いられることが好ましい。
その場合、前記水素用熱交換器（２）は複数の板状部材を積層して構成され、板状部材には水素通路（３）が形成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【0010】
上述の構成を具備する本発明の熱交換器（２：例えば水素用熱交換器）によれば、中央の領域と外殻を含む領域（外殻近傍）とで熱伝導を行う機能を有する熱伝導部材（４：ヒートパイプ）を有しているので、中央の領域と外殻を含む領域（外殻近傍）で温度差が存在すれば、熱伝導部材（４）により熱量が高温部から低温部に伝達されて、直ちに均一の温度となる。
そのため、熱交換器（２）全体が均一の温度となり、ブラインと冷却するべき流体（水素）との熱交換が効率的に行われる。
そのため、熱交換器（２）全体が均一の温度となり、ブラインと冷却するべき流体（水素）との熱交換が効率的に行われる。
【0011】
熱交換器（２）は、ブラインが充填された容器（１）内のブラインに浸漬されて内蔵されるので、ブラインに近接している外殻を含む領域は低温となり、ブラインから離隔している中央部は高温となる傾向が存在する。
本発明によれば、高温の中央部で加熱され気化した伝熱流体は、伝導部材中（４）の中空部（４Ｂ）を通過して低温の外殻を含む領域（外殻近傍）に移動し、外殻近傍で冷却されて凝縮し、潜熱である気化熱を外殻近傍に投入して液相の伝熱流体となる。気化熱を投入することにより、外殻近傍は昇温する。
液相の伝熱流体は、毛細管現象を生じる領域（４Ａ）内を移動して、高温の中央部に供給され、潜熱である気化熱を奪って気化し、気相の伝熱流体となる。気化熱を奪うことにより、高温の中央部は降温する。
これにより、伝熱流体は伝導部材（４）内を高温の中央部と低温の外殻を含む領域との間で循環し、高温の中央部の熱量を低温の外殻を含む領域に投入し続ける。
本発明によれば、高温の中央部で加熱され気化した伝熱流体は、伝導部材中（４）の中空部（４Ｂ）を通過して低温の外殻を含む領域（外殻近傍）に移動し、外殻近傍で冷却されて凝縮し、潜熱である気化熱を外殻近傍に投入して液相の伝熱流体となる。気化熱を投入することにより、外殻近傍は昇温する。
液相の伝熱流体は、毛細管現象を生じる領域（４Ａ）内を移動して、高温の中央部に供給され、潜熱である気化熱を奪って気化し、気相の伝熱流体となる。気化熱を奪うことにより、高温の中央部は降温する。
これにより、伝熱流体は伝導部材（４）内を高温の中央部と低温の外殻を含む領域との間で循環し、高温の中央部の熱量を低温の外殻を含む領域に投入し続ける。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態に係る熱交換器を用いた水素冷却システム及び水素充填装置のブロック図である。
【図3】実施形態に係る水素用熱交換器の説明図である。
【図5】実施形態におけるヒートチューブの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図示の実施形態では水素冷却について説明している。そして、熱交換器は水素用熱交換器として説明する。
最初に図１、図２を参照して、本発明が適用される水素冷却システムについて説明する。
図１において、全体を符号１００で示す水素冷却システムは、水素充填装置本体４０に設けられた熱交換装置１０と、ブライン（水素冷却用冷媒）を冷却する冷凍機１１を有している。ここで、熱交換装置１０は、真空断熱容器１（図２参照）と、水素用熱交換器２（水素プレクーラ：図２参照）を含んで構成されている。水素用熱交換器２は真空断熱容器１に内蔵されており、水素冷却用冷媒（ブライン）と水素で熱交換せしめている。なお図１において、符号４１は水素充填ノズルを示す。
真空断熱容器１は断熱性に優れた材料で構成され、内部にブラインが充填されており、蓄冷槽として機能する。
最初に図１、図２を参照して、本発明が適用される水素冷却システムについて説明する。
図１において、全体を符号１００で示す水素冷却システムは、水素充填装置本体４０に設けられた熱交換装置１０と、ブライン（水素冷却用冷媒）を冷却する冷凍機１１を有している。ここで、熱交換装置１０は、真空断熱容器１（図２参照）と、水素用熱交換器２（水素プレクーラ：図２参照）を含んで構成されている。水素用熱交換器２は真空断熱容器１に内蔵されており、水素冷却用冷媒（ブライン）と水素で熱交換せしめている。なお図１において、符号４１は水素充填ノズルを示す。
真空断熱容器１は断熱性に優れた材料で構成され、内部にブラインが充填されており、蓄冷槽として機能する。
【0014】
熱交換装置１０の真空断熱容器１と冷凍機１１は、冷媒循環配管１３により接続される。冷凍機１１で冷却された冷媒、例えばフロン或いは二酸化炭素（ＣＯ２）は、冷媒循環配管１３を介して、直接、熱交換装置１０の真空断熱容器１に供給され、冷媒が保有する冷熱により、真空断熱容器１内に充填されたブラインを冷却する。
図１において、冷凍機１１は冷却配管１４によりクーリングタワー１２に連通しており、冷凍機１１で発生した熱を排出している。冷凍機１１を空冷式として構成した場合には、クーリングタワー１２及び冷却配管１４を省略することが出来る。
図１に示す実施形態の水素冷却システム１００では、従来技術に係る水素冷却システムにおけるブライン循環系統（２次側冷媒の循環系統）が省略されている。
図１において、冷凍機１１は冷却配管１４によりクーリングタワー１２に連通しており、冷凍機１１で発生した熱を排出している。冷凍機１１を空冷式として構成した場合には、クーリングタワー１２及び冷却配管１４を省略することが出来る。
図１に示す実施形態の水素冷却システム１００では、従来技術に係る水素冷却システムにおけるブライン循環系統（２次側冷媒の循環系統）が省略されている。
【0015】
次に、熱交換装置１０について説明する。
図２で示す様に、熱交換装置１０の真空断熱容器１には水素用熱交換器２（水素プレクーラ）が内蔵され、ブラインＢに浸漬されている。冷却するべき水素は、水素プレクーラ２（水素用熱交換器）の周囲に充填されたブラインＢと熱交換を行い、ブラインＢが保有する冷熱により冷却される。
冷凍機１１で冷却された冷媒（ブライン冷却用冷媒：フロン或いは液化ＣＯ２）が熱交換装置１０の真空断熱容器１内に直接供給され、水素プレクーラ２の周囲に充填されたブラインＢと熱交換を行うことにより、当該ブラインＢが冷却される。
ここで、冷凍機１１で冷却されたブライン冷却用冷媒は、水素充填時或いは真空断熱容器１内に充填されているブラインＢが完全に融解した場合に、真空断熱容器１内に供給される。そのため、冷凍機１１は断続的に冷媒を冷却すれば良く、従来技術の様に、冷凍機を２４時間連続して運転する必要が無い。
発明者の実験では、空冷冷凍機１１を数分間程度運転すれば、冷凍機１１で冷却された冷媒（フロン或いは液化ＣＯ２）で真空断熱容器１内のブラインＢを－４０℃に冷却することが出来た。換言すれば、従来技術に比較して、冷凍機１１（図１）の作動時間を大幅に短縮することができた。
図２で示す様に、熱交換装置１０の真空断熱容器１には水素用熱交換器２（水素プレクーラ）が内蔵され、ブラインＢに浸漬されている。冷却するべき水素は、水素プレクーラ２（水素用熱交換器）の周囲に充填されたブラインＢと熱交換を行い、ブラインＢが保有する冷熱により冷却される。
冷凍機１１で冷却された冷媒（ブライン冷却用冷媒：フロン或いは液化ＣＯ２）が熱交換装置１０の真空断熱容器１内に直接供給され、水素プレクーラ２の周囲に充填されたブラインＢと熱交換を行うことにより、当該ブラインＢが冷却される。
ここで、冷凍機１１で冷却されたブライン冷却用冷媒は、水素充填時或いは真空断熱容器１内に充填されているブラインＢが完全に融解した場合に、真空断熱容器１内に供給される。そのため、冷凍機１１は断続的に冷媒を冷却すれば良く、従来技術の様に、冷凍機を２４時間連続して運転する必要が無い。
発明者の実験では、空冷冷凍機１１を数分間程度運転すれば、冷凍機１１で冷却された冷媒（フロン或いは液化ＣＯ２）で真空断熱容器１内のブラインＢを－４０℃に冷却することが出来た。換言すれば、従来技術に比較して、冷凍機１１（図１）の作動時間を大幅に短縮することができた。
【0016】
水素を冷却するブラインＢは、熱交換装置１０の真空断熱容器１内に、固相或いは固液二相の状態で充填されている。真空断熱容器１内のブラインＢが全て融解しない限り（完全に液相の状態にならない限り）、ブラインＢの温度は一定であり、一定温度のブラインＢにより水素が一定温度に冷却される。
ここでブラインＢの融解温度は、ブラインＢの種類、成分毎に一定であり、ブラインＢの成分調整により適宜調節することが可能である。したがって、水素を冷却するべき温度に対応して、ブラインＢを成分調整すれば、真空断熱容器１内のブラインＢを一定の所定温度に保持することが出来る。例えば、供給するべき水素の温度を－３５℃とする場合は、ブラインＢの融解温度が例えば－４０℃となる様に、ブラインＢの成分調整を行う。ブラインＢの融解温度を－４０℃に成分調整すれば、真空断熱容器１内のブラインＢの温度は常に－４０℃に保持される。
ここでブラインＢの融解温度は、ブラインＢの種類、成分毎に一定であり、ブラインＢの成分調整により適宜調節することが可能である。したがって、水素を冷却するべき温度に対応して、ブラインＢを成分調整すれば、真空断熱容器１内のブラインＢを一定の所定温度に保持することが出来る。例えば、供給するべき水素の温度を－３５℃とする場合は、ブラインＢの融解温度が例えば－４０℃となる様に、ブラインＢの成分調整を行う。ブラインＢの融解温度を－４０℃に成分調整すれば、真空断熱容器１内のブラインＢの温度は常に－４０℃に保持される。
【0017】
図２において、熱交換装置１０は真空断熱容器１を有しており、真空断熱容器１の内壁面に螺旋状の冷媒循環配管１３Ａが配置されている。明確には図示されていないが、冷媒循環配管１３Ａは、熱交換装置１０の外部においては冷媒循環配管１３（図１）として冷凍機１１に連通している。冷媒循環配管１３Ａ内には、冷凍機１１で冷却されたブライン冷却用冷媒が流れている。冷凍機１１で冷却されたブライン冷却用冷媒は、矢印ＩＲで示す様に真空断熱容器１に供給され、ブラインＢを冷却して、矢印ＯＲで示す様に真空断熱容器１から排出されて冷凍機１１に戻る。
真空断熱容器１内に充填されたブラインＢは、水素の冷却するべき温度（例えば－３５℃）に対応した融解温度（例えば－４０℃）となる様に成分調整されている。そして、ブラインＢを充填した真空断熱容器１は蓄冷槽として作用する。
真空断熱容器１内に充填されたブラインＢは、水素の冷却するべき温度（例えば－３５℃）に対応した融解温度（例えば－４０℃）となる様に成分調整されている。そして、ブラインＢを充填した真空断熱容器１は蓄冷槽として作用する。
【0018】
真空断熱容器１に充填されたブラインＢ内には、水素用熱交換器２（水素プレクーラ）が浸漬されており、図２では、真空断熱容器１及び水素用熱交換器２は円柱形状で表現されている。しかし、真空断熱容器１、水素用熱交換器２を円柱形状以外の形状に構成しても良い。例えば、図３、図４で示す真空断熱容器１、水素用熱交換器２は、角柱形状に表示されている。
図２において、水素用熱交換器２内を通過する水素の顕熱とブラインＢの潜熱（溶解熱）とが熱交換され、水素が所定の温度（例えば－３５℃）に冷却される。水素を冷却する際に、水素は矢印ＩＨで示す様に水素充填装置本体４０側（図１）から水素用熱交換器２内に供給される。冷却された水素は、矢印ＯＨで示す様に水素用熱交換器２から出て水素充填装置本体４０に戻る。そして、充填ノズル４１（図１）を介して、図示しない燃料電池自動車の車載タンク内に充填される。
真空断熱容器１内にブラインＢを充填し、ブラインＢの中に水素用熱交換器２（水素プレクーラ）を浸漬することにより、ブラインＢ及び水素用熱交換器２は外部から断熱され、外部からの熱により真空断熱容器１内の温度が上昇することが防止される。
図２において、水素用熱交換器２内を通過する水素の顕熱とブラインＢの潜熱（溶解熱）とが熱交換され、水素が所定の温度（例えば－３５℃）に冷却される。水素を冷却する際に、水素は矢印ＩＨで示す様に水素充填装置本体４０側（図１）から水素用熱交換器２内に供給される。冷却された水素は、矢印ＯＨで示す様に水素用熱交換器２から出て水素充填装置本体４０に戻る。そして、充填ノズル４１（図１）を介して、図示しない燃料電池自動車の車載タンク内に充填される。
真空断熱容器１内にブラインＢを充填し、ブラインＢの中に水素用熱交換器２（水素プレクーラ）を浸漬することにより、ブラインＢ及び水素用熱交換器２は外部から断熱され、外部からの熱により真空断熱容器１内の温度が上昇することが防止される。
【0019】
熱交換装置１０或いは真空断熱容器１は蓄冷槽として作用し、ブラインＢの溶解潜熱を蓄冷する。そしてブラインＢの溶解潜熱は水素の顕熱に比較して遥かに熱量が大きいので、冷凍に関する機器（冷凍機１１、冷媒循環配管１３、クーリングタワー１２等）を小型化して、設置スペースを小さくしても、水素を所定の温度まで確実に冷却することが出来る。
上述した様に、熱交換装置１０のブラインＢが完全に融解して液相となるまで、ブラインＢの温度は一定温度すなわち融解温度（例えば－４０℃）に保たれる。したがって、ブラインＢの温度管理が簡単で、且つ、ブラインＢの定温性（例えば－４０℃）も向上する。
そして、熱交換装置１０はブラインＢの溶解潜熱を蓄熱する蓄冷槽として作用するため、真空断熱容器１内のブラインＢが完全に融解した場合や、水素充填時に冷却が必要な場合でなければ、冷凍機１１を作動させる必要はなく、冷凍機１１の作動エネルギーを節約することが出来る。
上述した様に、熱交換装置１０のブラインＢが完全に融解して液相となるまで、ブラインＢの温度は一定温度すなわち融解温度（例えば－４０℃）に保たれる。したがって、ブラインＢの温度管理が簡単で、且つ、ブラインＢの定温性（例えば－４０℃）も向上する。
そして、熱交換装置１０はブラインＢの溶解潜熱を蓄熱する蓄冷槽として作用するため、真空断熱容器１内のブラインＢが完全に融解した場合や、水素充填時に冷却が必要な場合でなければ、冷凍機１１を作動させる必要はなく、冷凍機１１の作動エネルギーを節約することが出来る。
【0020】
図示の実施形態で用いられる水素用熱交換器２について、図３、図４を参照してさらに説明する。
上述した様に、水素用熱交換器２の外殻近傍の領域はブラインＢと接触する近傍であるため、低温のブラインと熱交換され易く、冷却され易い。一方、水素用熱交換器２の中央の領域は、ブラインＢと接触している外殻から離隔しているため、低温のブラインと熱交換され難く、冷却され難い。そのため、水素用熱交換器２の外殻近傍の領域と中央の領域にかけて温度差、温度勾配が生じる。
水素用熱交換器２の外殻近傍の領域と中央の領域の温度の不均一を解消して、温度差、温度勾配を解消するため、図示の実施形態に係る水素用熱交換器２では、水素用熱交換器２の外殻近傍の領域と水素用熱交換器２の中央の領域をヒートパイプ４（熱伝導部材）で接続している。
中央の領域と外殻を含む領域（外殻近傍の領域）とで熱伝導を行う機能を有するヒートパイプ４で接続することにより、水素用熱交換器２の中央の領域の熱量を、水素用熱交換器２の外殻近傍の領域に伝達して、温度差、温度勾配を解消することが出来る。
上述した様に、水素用熱交換器２の外殻近傍の領域はブラインＢと接触する近傍であるため、低温のブラインと熱交換され易く、冷却され易い。一方、水素用熱交換器２の中央の領域は、ブラインＢと接触している外殻から離隔しているため、低温のブラインと熱交換され難く、冷却され難い。そのため、水素用熱交換器２の外殻近傍の領域と中央の領域にかけて温度差、温度勾配が生じる。
水素用熱交換器２の外殻近傍の領域と中央の領域の温度の不均一を解消して、温度差、温度勾配を解消するため、図示の実施形態に係る水素用熱交換器２では、水素用熱交換器２の外殻近傍の領域と水素用熱交換器２の中央の領域をヒートパイプ４（熱伝導部材）で接続している。
中央の領域と外殻を含む領域（外殻近傍の領域）とで熱伝導を行う機能を有するヒートパイプ４で接続することにより、水素用熱交換器２の中央の領域の熱量を、水素用熱交換器２の外殻近傍の領域に伝達して、温度差、温度勾配を解消することが出来る。
【0021】
図３において、真空断熱容器１内にブラインＢが充填されており、ブラインＢの中に水素用熱交換器２が浸漬されている。真空断熱容器１の内壁面近傍には冷媒循環配管１３Ａが螺旋状（角柱形状の真空断熱容器１の内壁面に沿う様な角柱状の螺旋形状）に配置されており、冷媒循環配管１３Ａ内にはブライン冷却用冷媒（例えばフロン或いは液化ＣＯ２）が流れている。図示の簡略化のため、図３では、螺旋状の冷媒循環配管１３Ａは真空断熱容器１の右側の内壁面に沿った部分のみを示している。
図３において、冷媒循環配管１３Ａは真空断熱容器１の内壁面に近接しており、水素用熱交換器２の外側面とは隔離する様に配置されている。冷媒循環配管１３Ａを流れる冷媒によりブラインＢのみを冷却し、水素用熱交換器２内を流れる水素が冷媒循環配管１３Ａを流れる冷媒と熱交換をしない様にするためである。
図３において、冷媒循環配管１３Ａは真空断熱容器１の内壁面に近接しており、水素用熱交換器２の外側面とは隔離する様に配置されている。冷媒循環配管１３Ａを流れる冷媒によりブラインＢのみを冷却し、水素用熱交換器２内を流れる水素が冷媒循環配管１３Ａを流れる冷媒と熱交換をしない様にするためである。
【0022】
図３において、水素用熱交換器２は、図示しない複数の板状部材を上下方向に積層して構成されており、水素用熱交換器２のそれぞれの板状部材には水素通路３が形成されている。
図４を参照して後述するが、水素通路３は、水素用熱交換器２の上下方向（図３の上下方向、図４では紙面に垂直な方向）に形成された上下方向水素通路３Ａ（図４参照：図３では図示せず）と、水平方向（図３では紙面に垂直な方向、図４では左右方向）に形成された水平方向水素通路３Ｂを含み、上下方向水素通路３Ａと水平方向水素通路３Ｂは接続されている。
図３において、水平方向水素通路３Ｂは、同一高さ位置において複数本（例えば１２本、図４参照）が配置され、水素用熱交換器２の高さ方向全体に亘って（水素用熱交換器２の上方内壁面の近傍から水素用熱交換器２の下方内壁面の近傍に亘って）配置されている。
図３では、図示の煩雑を回避するため、同一高さ位置において複数本（例えば１２本、図４参照）配置される水平方向水素通路３Ｂの一部のみを示す。すなわち、同一の高さ位置において、水平方向水素通路３Ｂは１本或いは２本表示されている。なお、水平方向水素通路３Ｂが２本表示されているのは、水素用熱交換器２の最上方高さ位置及び最下方高さ位置である。
図３では明確には示されないが、それぞれの水平方向水素通路３Ｂは、図４で示す様に、水素用熱交換器２の一方の側面の内壁面近傍から対面する他方の内壁面近傍まで延設されている。図３では、水平方向水素通路３Ｂは、水素用熱交換器２の一方の側面の内壁面近傍に位置する（水平方向水素通路３Ｂの）頭部のみが表示されている。
図４を参照して後述するが、水素通路３は、水素用熱交換器２の上下方向（図３の上下方向、図４では紙面に垂直な方向）に形成された上下方向水素通路３Ａ（図４参照：図３では図示せず）と、水平方向（図３では紙面に垂直な方向、図４では左右方向）に形成された水平方向水素通路３Ｂを含み、上下方向水素通路３Ａと水平方向水素通路３Ｂは接続されている。
図３において、水平方向水素通路３Ｂは、同一高さ位置において複数本（例えば１２本、図４参照）が配置され、水素用熱交換器２の高さ方向全体に亘って（水素用熱交換器２の上方内壁面の近傍から水素用熱交換器２の下方内壁面の近傍に亘って）配置されている。
図３では、図示の煩雑を回避するため、同一高さ位置において複数本（例えば１２本、図４参照）配置される水平方向水素通路３Ｂの一部のみを示す。すなわち、同一の高さ位置において、水平方向水素通路３Ｂは１本或いは２本表示されている。なお、水平方向水素通路３Ｂが２本表示されているのは、水素用熱交換器２の最上方高さ位置及び最下方高さ位置である。
図３では明確には示されないが、それぞれの水平方向水素通路３Ｂは、図４で示す様に、水素用熱交換器２の一方の側面の内壁面近傍から対面する他方の内壁面近傍まで延設されている。図３では、水平方向水素通路３Ｂは、水素用熱交換器２の一方の側面の内壁面近傍に位置する（水平方向水素通路３Ｂの）頭部のみが表示されている。
【0023】
図３において、水素用熱交換器２の中央の領域と外殻を含む領域（外殻近傍の領域）とを接続するヒートパイプ４（熱伝導部材）が設けられている。図３には明確には示されないが、ヒートパイプ４は水素用熱交換器２の一方の側面の内壁面近傍から対面する他方の内壁面近傍まで延設されている。ヒートパイプ４の延設状態についての詳細は、図４に示されている。
そして、ヒートパイプ４は、同一高さ位置において複数本（図４では１１本のヒートパイプ４が表示）が配置され、水素用熱交換器２の高さ方向全体に亘って設けられている。ヒートパイプ４の延設される方向は、上述した水平方向水素通路３Ｂの方向と直交しており、ヒートパイプ４と水平方向水素通路３Ｂは高さ方向位置が異なっている（図４を参照して後述）。
上述した様に、ヒートパイプ４は、水素用熱交換器２の中央の領域と外殻を含む領域（外殻近傍）とで熱伝導を行う機能を有しており、その機能を有効に発揮するためヒートパイプ４は熱伝導性を有する材料で構成されている。ヒートパイプ４の具体的な構成は、図５～図８を参照して後述する。
そして、ヒートパイプ４は、同一高さ位置において複数本（図４では１１本のヒートパイプ４が表示）が配置され、水素用熱交換器２の高さ方向全体に亘って設けられている。ヒートパイプ４の延設される方向は、上述した水平方向水素通路３Ｂの方向と直交しており、ヒートパイプ４と水平方向水素通路３Ｂは高さ方向位置が異なっている（図４を参照して後述）。
上述した様に、ヒートパイプ４は、水素用熱交換器２の中央の領域と外殻を含む領域（外殻近傍）とで熱伝導を行う機能を有しており、その機能を有効に発揮するためヒートパイプ４は熱伝導性を有する材料で構成されている。ヒートパイプ４の具体的な構成は、図５～図８を参照して後述する。
【0024】
図３の水素用熱交換器２は、水素通路３及びヒートパイプ４が複数層に積層された態様で構成されている。図４は係る積層された構造の１層を示す。
上述した様に、水素通路３は、上下方向水素通路３Ａ（３Ａ１～３Ａ４）と水平方向水素通路３Ｂ（３Ｂ、３ＢＡ、３ＢＢ）により構成されている。図４で示す様に、単一の層（図３における同一の高さ位置）において、水平方向水素通路３Ｂは、複数本（例えば１２本）が配置されている。
水素用熱交換器２の高さ方向（図４で紙面に垂直な方向）の全域に亘って（図３の水素用熱交換器２の上方内壁面の近傍から水素用熱交換器２の下方内壁面の近傍に亘って）、水平方向水素通路３Ｂが配置されている。
それぞれの水平方向水素通路３Ｂは、水素用熱交換器２の一側面の内壁面（図４の右側の内壁面）近傍に配置された連結用水平方向水素通路３ＢＡとの接続部から、対面する他方の内壁面（図４の左側の内壁面）近傍に配置された連結用水平方向水素通路３ＢＢとの接続部まで延設している。ここで、水素は、図４の右側から左側に向かって、矢印Ｆ１方向に流れる。
上述した様に、水素通路３は、上下方向水素通路３Ａ（３Ａ１～３Ａ４）と水平方向水素通路３Ｂ（３Ｂ、３ＢＡ、３ＢＢ）により構成されている。図４で示す様に、単一の層（図３における同一の高さ位置）において、水平方向水素通路３Ｂは、複数本（例えば１２本）が配置されている。
水素用熱交換器２の高さ方向（図４で紙面に垂直な方向）の全域に亘って（図３の水素用熱交換器２の上方内壁面の近傍から水素用熱交換器２の下方内壁面の近傍に亘って）、水平方向水素通路３Ｂが配置されている。
それぞれの水平方向水素通路３Ｂは、水素用熱交換器２の一側面の内壁面（図４の右側の内壁面）近傍に配置された連結用水平方向水素通路３ＢＡとの接続部から、対面する他方の内壁面（図４の左側の内壁面）近傍に配置された連結用水平方向水素通路３ＢＢとの接続部まで延設している。ここで、水素は、図４の右側から左側に向かって、矢印Ｆ１方向に流れる。
【0025】
図４において、上下方向水素通路３Ａ（３Ａ１～３Ａ４）は紙面に垂直な方向に延在しており、水素用熱交換器２の上下方向に形成された水素通路である。上下方向水素通路３Ａ１～３Ａ４は、図４において、水素用熱交換器２の内壁面近傍の四隅に設けられている。
上下水道水素通路３Ａ１、３Ａ２は図４の右側領域に配置され、水素供給側の通路であり、その上流側は水素充填装置４０本体（図１）と連通する。一方、上下水道水素通路３Ａ３、３Ａ４は図４の左側領域に配置され、水素戻り側の通路であり、その下流側は水素充填装置４０本体（図１）と連通する。そして上下方向水素通路３Ａ（３Ａ１～３Ａ４）は、水素用熱交換器２の高さ方向（図４の紙面に垂直な方向）の全体に亘って連続して延設されている。
供給側上下方向水素通路３Ａ１、３Ａ２は連結用水平方向水素通路３ＢＡにより連通し、戻り側上下方向水素通路３Ａ３、３Ａ４は連結用水平方向水素通路３ＢＢにより連通している。連結用水平方向水素通路３ＢＡ、３ＢＢは、積層構造の各層毎に設けられており、図４で示す様に、水素用熱交換器２の同一高さ位置における水平方向水素通路３Ｂと連通している。
すなわち、上下方向水素通路３Ａ（３Ａ１～３Ａ４）は連結用水平方向水素通路３ＢＡ、３ＢＢと連通し、連結用水平方向水素通路３ＢＡ、３ＢＢは水平方向水素通路３Ｂと連通している。
上下水道水素通路３Ａ１、３Ａ２は図４の右側領域に配置され、水素供給側の通路であり、その上流側は水素充填装置４０本体（図１）と連通する。一方、上下水道水素通路３Ａ３、３Ａ４は図４の左側領域に配置され、水素戻り側の通路であり、その下流側は水素充填装置４０本体（図１）と連通する。そして上下方向水素通路３Ａ（３Ａ１～３Ａ４）は、水素用熱交換器２の高さ方向（図４の紙面に垂直な方向）の全体に亘って連続して延設されている。
供給側上下方向水素通路３Ａ１、３Ａ２は連結用水平方向水素通路３ＢＡにより連通し、戻り側上下方向水素通路３Ａ３、３Ａ４は連結用水平方向水素通路３ＢＢにより連通している。連結用水平方向水素通路３ＢＡ、３ＢＢは、積層構造の各層毎に設けられており、図４で示す様に、水素用熱交換器２の同一高さ位置における水平方向水素通路３Ｂと連通している。
すなわち、上下方向水素通路３Ａ（３Ａ１～３Ａ４）は連結用水平方向水素通路３ＢＡ、３ＢＢと連通し、連結用水平方向水素通路３ＢＡ、３ＢＢは水平方向水素通路３Ｂと連通している。
【0026】
図４において、水素充填装置４０本体側（図１）から供給される水素は、図示しない水素供給配管を流れ、水素用熱交換器２において供給側の上下方向水素通路３Ａ１、３Ａ２に供給される。そして、連結用水平方向水素通路３ＢＡ、水平方向水素通路３Ｂ、連結用水平方向水素通路３ＢＢを流れて冷却され、冷却された水素は戻り側の上下方向水素通路３Ａ３、３Ａ４から図示しない水素戻り配管を介して、水素充填装置４０に戻る。そして充填ノズル４１（図１）を介して図示しないＦＣＶに供給される。
水素用熱交換器２の水素通路３Ａ（３Ａ１～３Ａ４）、３Ｂ、３ＢＡ、３ＢＢを流れる水素は、水素用熱交換器２の周囲に充填された図示しないブラインＢ（図３参照）と熱交換をして、所定の温度（例えば－３５℃）まで冷却される。
水素用熱交換器２の水素通路３Ａ（３Ａ１～３Ａ４）、３Ｂ、３ＢＡ、３ＢＢを流れる水素は、水素用熱交換器２の周囲に充填された図示しないブラインＢ（図３参照）と熱交換をして、所定の温度（例えば－３５℃）まで冷却される。
【0027】
図４において、ヒートパイプ４（熱伝導部材）は、図４で示す単一の層（水素用熱交換器２の同一高さ位置において）複数本（例えば１１本）が配置されている。それぞれのヒートパイプ４は、水素用熱交換器２の高さ方向全体（図４で紙面に垂直な方向の全域：水素用熱交換器２の上方内壁面の近傍から水素用熱交換器２の下方内壁面の近傍まで）に亘って配置されている。
それぞれのヒートパイプ４は、水素用熱交換器２の一方の側面の内壁面（図４で上側の内壁面）近傍から対面する他方の内壁面（図４で下側の内壁面）近傍まで延設されている。そして、ヒートパイプ４が延設される方向は、水平方向水素通路３Ｂが延設される方向と直交している。
また、ヒートパイプ４が配置される水素用熱交換器２の高さ方向位置は、水平方向水素通路３Ｂが配置される高さ方向位置とは異なっており、水平方向水素通路３Ｂとヒートパイプ４は上下方向位置において交互に配置されている。
図示の簡略化のため、図４において、右端に配置される２本のヒートパイプ４は水平方向水素通路３Ｂの上側に配置されているものが示されており、その他のヒートパイプ４は水平方向水素通路３Ｂより下側の高さ位置に配置されているものを表示している。
それぞれのヒートパイプ４は、水素用熱交換器２の一方の側面の内壁面（図４で上側の内壁面）近傍から対面する他方の内壁面（図４で下側の内壁面）近傍まで延設されている。そして、ヒートパイプ４が延設される方向は、水平方向水素通路３Ｂが延設される方向と直交している。
また、ヒートパイプ４が配置される水素用熱交換器２の高さ方向位置は、水平方向水素通路３Ｂが配置される高さ方向位置とは異なっており、水平方向水素通路３Ｂとヒートパイプ４は上下方向位置において交互に配置されている。
図示の簡略化のため、図４において、右端に配置される２本のヒートパイプ４は水平方向水素通路３Ｂの上側に配置されているものが示されており、その他のヒートパイプ４は水平方向水素通路３Ｂより下側の高さ位置に配置されているものを表示している。
【0028】
図４において、ヒートパイプ４の両端部近傍が配置される水素用熱交換器２の両側面の内壁面近傍の領域Ｅ１、Ｅ２（一点鎖線で示す領域）は、図示しないブライン（図３）と接触している外殻と近いため、その近傍の水素通路３（３Ａ、３Ｂ）を流れる水素は低温のブラインＢと熱交換され易く、冷却され易い。一方、ヒートパイプ４の中央部近傍が配置される近傍の水素用熱交換器２の中央の領域（一点鎖線Ｃで示す領域）は、ブラインＢと接触している外殻から離隔しているため、低温のブラインＢと熱交換され難く、冷却され難い。
図示の実施形態では、水素用熱交換器２の両側面の内壁面近傍の領域Ｅ１、Ｅ２（外殻近傍の領域）と水素用熱交換器２の中央の領域Ｃは、熱伝導の機能を有するヒートパイプ４が延在しているため、ヒートパイプ４を介して、水素用熱交換器２の中央の領域Ｃの熱量を、水素用熱交換器２の両側面の内壁面近傍の領域Ｅ１、Ｅ２（外殻近傍の領域）に伝達することが出来る。
図示の実施形態では、水素用熱交換器２の両側面の内壁面近傍の領域Ｅ１、Ｅ２（外殻近傍の領域）と水素用熱交換器２の中央の領域Ｃは、熱伝導の機能を有するヒートパイプ４が延在しているため、ヒートパイプ４を介して、水素用熱交換器２の中央の領域Ｃの熱量を、水素用熱交換器２の両側面の内壁面近傍の領域Ｅ１、Ｅ２（外殻近傍の領域）に伝達することが出来る。
【0029】
上述した様な熱伝導の機能を有するヒートパイプ４は、熱伝導性を有する材料で管状に構成され、内部に伝熱流体（例えば純水）が内蔵されており、毛細管現象を生じる領域４Ａ（図５～図８参照、図４では図示しない）と、中空の領域４Ｂ（図５～図８参照、図４では図示しない）を有している。ヒートパイプ４の具体的な構成、作用は、図５～図８を参照して後述する。
図４において、水素用熱交換器２の一方の側面（図４で上方の側面）の近傍、及び対面する他方の側面（図４で下方の側面）の近傍であって、真空断熱容器１の内壁面近傍には、ブライン冷却用冷媒の循環配管１３Ａが配置されている。矢印ＩＲは冷凍機１１（図１、図２）からブライン冷却用冷媒が供給される方向を示し、矢印ＯＲはブライン冷却用冷媒が冷凍機１１へ戻る方向を示す。
図４において、水素用熱交換器２の一方の側面（図４で上方の側面）の近傍、及び対面する他方の側面（図４で下方の側面）の近傍であって、真空断熱容器１の内壁面近傍には、ブライン冷却用冷媒の循環配管１３Ａが配置されている。矢印ＩＲは冷凍機１１（図１、図２）からブライン冷却用冷媒が供給される方向を示し、矢印ＯＲはブライン冷却用冷媒が冷凍機１１へ戻る方向を示す。
【0030】
図５及び図５の断面Ａ－Ａを示す図６を参照して、ヒートパイプ４における熱伝達を説明する。
図５において、ヒートパイプ４における冷却部４１（低温部）は、ヒートパイプ４を配置した際に水素用熱交換器２の外殻近傍に位置する領域である。冷却部４１（低温部）に存在する（ヒートパイプ４内の）伝熱流体は、熱交換され易く、冷却され易い部分であり、低温のブラインにより冷却されている。冷却部４１は図４に示されるヒートパイプ４の両端部に存在する。図５ではヒートパイプ４の左側の冷却部のみを示している。
一方、ヒートパイプ４における加熱部４２（高温部）は、ヒートパイプ４を配置した際に水素用熱交換器２の中央に位置する部分である。加熱部４２（高温部）に存在する伝熱流体は低温のブラインとは熱交換され難く、冷却され難い領域であるため、高温である。加熱部４２は図４で示すヒートパイプ４の中央部に存在する。
図５において、ヒートパイプ４における冷却部４１（低温部）は、ヒートパイプ４を配置した際に水素用熱交換器２の外殻近傍に位置する領域である。冷却部４１（低温部）に存在する（ヒートパイプ４内の）伝熱流体は、熱交換され易く、冷却され易い部分であり、低温のブラインにより冷却されている。冷却部４１は図４に示されるヒートパイプ４の両端部に存在する。図５ではヒートパイプ４の左側の冷却部のみを示している。
一方、ヒートパイプ４における加熱部４２（高温部）は、ヒートパイプ４を配置した際に水素用熱交換器２の中央に位置する部分である。加熱部４２（高温部）に存在する伝熱流体は低温のブラインとは熱交換され難く、冷却され難い領域であるため、高温である。加熱部４２は図４で示すヒートパイプ４の中央部に存在する。
【0031】
図５、図６において、ヒートパイプ４は、熱伝導性の良い材料製の中空管で構成されており、当該中空管の内部には適量の伝熱流体（伝熱用の流体：例えば純水）が充填（内蔵）されている。ヒートパイプ４は、毛細管現象を生じる領域４Ａ（図６）と中空の領域４Ｂ（図６）を有している。
毛細管現象を生じる領域４Ａは充填された液相の伝熱流体（例えば純水）を、毛細管現象により、ヒートパイプ４の冷却部４１が位置する領域（水素用熱交換器２の外殻近傍の領域）からヒートパイプ４の加熱部４２が位置する領域（水素用熱交換器２の中央の領域）まで移動する機能を有している。
中空の領域４Ｂは、毛細管現象を生じる領域４Ａにより水素用熱交換器２の中央の領域に移動した液相の伝熱流体が、中央の領域で気化して気相の伝熱流体となり、体積が膨張した際に、当該気相の伝熱流体を外殻近傍の領域まで通過させる機能を有している。
ヒートパイプ４を構成する熱伝導性の良い材料製の中空管は曲げ扁平加工が可能な特性を備えており、図５に示す様に曲がり部４Ｍで折り曲げることが可能であり、以て、ヒートパイプ４の配策の自由度が確保されている。
毛細管現象を生じる領域４Ａは充填された液相の伝熱流体（例えば純水）を、毛細管現象により、ヒートパイプ４の冷却部４１が位置する領域（水素用熱交換器２の外殻近傍の領域）からヒートパイプ４の加熱部４２が位置する領域（水素用熱交換器２の中央の領域）まで移動する機能を有している。
中空の領域４Ｂは、毛細管現象を生じる領域４Ａにより水素用熱交換器２の中央の領域に移動した液相の伝熱流体が、中央の領域で気化して気相の伝熱流体となり、体積が膨張した際に、当該気相の伝熱流体を外殻近傍の領域まで通過させる機能を有している。
ヒートパイプ４を構成する熱伝導性の良い材料製の中空管は曲げ扁平加工が可能な特性を備えており、図５に示す様に曲がり部４Ｍで折り曲げることが可能であり、以て、ヒートパイプ４の配策の自由度が確保されている。
【0032】
図６において、ヒートパイプ４の管内の半径方向外方の領域にウィックが断面円環形状に配置されており、毛細管現象を生じる領域４Ａを構成している。毛細管現象を生じる領域４Ａは液相の熱伝導流体、すなわち液体が移動する部分である。そのため、毛細管現象を生じる領域４Ａは、本明細書においては液体移動部４Ａと記載される場合がある。
毛細管現象を生じる領域４Ａ（液体移動部）の半径方向内方の領域は中空であり、中空の領域４Ｂを構成している。中空の領域４Ｂは気相の熱伝導流体、すなわち期待が移動する部分である。そのため、本明細書では、中空の領域４Ｂを気体移動部と記載する場合がある。
毛細管現象を生じる領域４Ａ（液体移動部）の半径方向内方の領域は中空であり、中空の領域４Ｂを構成している。中空の領域４Ｂは気相の熱伝導流体、すなわち期待が移動する部分である。そのため、本明細書では、中空の領域４Ｂを気体移動部と記載する場合がある。
【0033】
図５、図６において、ヒートパイプ４の冷却部４１で凝縮した液相の伝熱流体（例えば純水）は毛管現象により液体移動部４Ａ（毛細管現象を生じる領域）内をヒートパイプ４の加熱部４２側に移動する。加熱部４２に到達した液相の伝熱流体は、加熱部４２で加熱されて気化熱を吸収して気化し、気相の伝熱流体（例えば水蒸気）に状態変化する。図５において、加熱部４２における気化熱の吸収を矢印Ｘで示す。気化して体積が増大した気相の伝熱流体は、気体移動部４Ｂ（中空の領域）を通過して、直ちに冷却部４１に到達し、気化熱を放出して凝縮し、液相の伝熱流体となる。冷却部４１における気化熱の放出を矢印Ｙで示す。
ここで、ウィックが断面円環形状の中空管形状に配置されている液体移動部４Ａには液相の伝熱流体が存在し、気相の伝熱流体は液体移動部４Ａを流過せず、（気相の伝熱流体の）全量が気体移動部４Ｂを流れる。
これにより、伝熱流体はヒートパイプ４内を加熱部４２（水素用熱交換器２の高温の中央部）と冷却部４１（外殻近傍の低温の領域）との間で循環し、加熱部４１における熱が冷却部４２に伝達され、その結果、水素用熱交換器２の中央の領域と外殻近傍の領域の温度の不均一が解消され、温度差或いは温度勾配が解消される。そして、水素用熱交換器２の全体が均一の温度となり、ブラインと冷却するべき流体（水素）との熱交換が効率的に行われる。
なお、ヒートパイプ４の管内の毛細管現象を生じる領域４Ａには、上述したウィックに代えてメッシュやその他の毛細管現象を生じさせる素材を配置しても良い。
ここで、ウィックが断面円環形状の中空管形状に配置されている液体移動部４Ａには液相の伝熱流体が存在し、気相の伝熱流体は液体移動部４Ａを流過せず、（気相の伝熱流体の）全量が気体移動部４Ｂを流れる。
これにより、伝熱流体はヒートパイプ４内を加熱部４２（水素用熱交換器２の高温の中央部）と冷却部４１（外殻近傍の低温の領域）との間で循環し、加熱部４１における熱が冷却部４２に伝達され、その結果、水素用熱交換器２の中央の領域と外殻近傍の領域の温度の不均一が解消され、温度差或いは温度勾配が解消される。そして、水素用熱交換器２の全体が均一の温度となり、ブラインと冷却するべき流体（水素）との熱交換が効率的に行われる。
なお、ヒートパイプ４の管内の毛細管現象を生じる領域４Ａには、上述したウィックに代えてメッシュやその他の毛細管現象を生じさせる素材を配置しても良い。
【0034】
ここで、図６で示す様に、ヒートパイプ４の管内でウィックやメッシュの様な毛細管現象を生じさせる構造を断面円環形状の中空管形状に配置することは技術的に難しく、そのためヒートパイプ４の製造コストが高騰してしまう恐れがある。
そのため、図示の実施形態では、ウィックを断面円環形状の中空管形状に配置すること（図５、図６で示す構造）に代えて、図７、図８で示す様な構造を採用することが可能である。
図７、図８で示す構造では、２枚の断面矩形状の板状部材（例えば銅製）により、ヒートパイプを構成する。
図７で示すヒートパイプ４－１は、２枚の板状部材４Ｃ、４Ｄを有しており、一方（図７の下側）の板状部材４Ｃには微細な溝４Ｅが複数形成されており、複数の微細な溝４Ｅは毛細管現象を生じる領域４Ａ－１を構成している。他方の板状部材４Ｄ（図７の上側）には、例えば断面半円形の中空部４Ｆ（中空の領域４Ｂ－１、図６の中空の領域４Ｂに相当）が形成されている。
そして、板状部材４Ｃの溝４Ｅを形成した側と、板状部材４Ｄの中空部４Ｆを形成した側とを接合して、ヒートパイプ４－１が構成されている。
そのため、図示の実施形態では、ウィックを断面円環形状の中空管形状に配置すること（図５、図６で示す構造）に代えて、図７、図８で示す様な構造を採用することが可能である。
図７、図８で示す構造では、２枚の断面矩形状の板状部材（例えば銅製）により、ヒートパイプを構成する。
図７で示すヒートパイプ４－１は、２枚の板状部材４Ｃ、４Ｄを有しており、一方（図７の下側）の板状部材４Ｃには微細な溝４Ｅが複数形成されており、複数の微細な溝４Ｅは毛細管現象を生じる領域４Ａ－１を構成している。他方の板状部材４Ｄ（図７の上側）には、例えば断面半円形の中空部４Ｆ（中空の領域４Ｂ－１、図６の中空の領域４Ｂに相当）が形成されている。
そして、板状部材４Ｃの溝４Ｅを形成した側と、板状部材４Ｄの中空部４Ｆを形成した側とを接合して、ヒートパイプ４－１が構成されている。
【0035】
図７において、板状部材４Ｃの微細な溝４Ｅで毛細管現象を生じる領域４Ａ－１が構成され、ヒートパイプ４－１の冷却部（図５参照）で凝縮した液相伝熱流体は、毛細管現象により微細な溝４Ｅ内を移動してヒートパイプ４－１の加熱部（図５参照）側に移動する。
断面半円形の中空部４Ｆは気相の伝熱流体が通過する部分を構成するので、加熱部で気化して膨張した気相伝熱流体は中空部４Ｆを流れ、ヒートパイプ４－１の冷却部に到達する。
そして、図７のヒートパイプ４－１により、図５、図６のヒートパイプ４と同様に、ヒートパイプ４－１における加熱部の熱が冷却部に伝達され、水素熱交換器２の中央の領域と外殻近傍の領域の温度の不均一が解消され、温度差或いは温度勾配が解消される。
断面半円形の中空部４Ｆは気相の伝熱流体が通過する部分を構成するので、加熱部で気化して膨張した気相伝熱流体は中空部４Ｆを流れ、ヒートパイプ４－１の冷却部に到達する。
そして、図７のヒートパイプ４－１により、図５、図６のヒートパイプ４と同様に、ヒートパイプ４－１における加熱部の熱が冷却部に伝達され、水素熱交換器２の中央の領域と外殻近傍の領域の温度の不均一が解消され、温度差或いは温度勾配が解消される。
【0036】
図８で示すヒートパイプ４－２では、２枚の板状部材４Ｇ、４Ｈのうち一方（図８の下側）の板状部材４Ｇには加工は施されておらず、他方（図８の上側）の板状部材４Ｈには、例えば断面半円形の中空部４Ｉが形成されており、中空部４Ｉには断面円形の線状中実材４Ｊが中空部４Ｉと平行に延在する様に相通されている。
線状中実材４Ｊと中空部４Ｉの天井部（図８で中空部４Ｉの上方内壁部）との間には微細な隙間４Ｋが形成されており、或いは、加工されていない板状部材４Ｇの上面（板状部材４Ｈとの境界）と線状中実材４Ｊとの間にも微細な隙間４Ｌが形成されている。
線状中実材４Ｊと中空部４Ｉの天井部との間に形成された微細な隙間４Ｋ或いは加工されていない板状部材４Ｇの上面（境界）と線状中実材４Ｊとの間に形成された微細な隙間４Ｌは、毛細管現象を生じる領域４Ａ－２を構成する。
線状中実材４Ｊと中空部４Ｉの天井部（図８で中空部４Ｉの上方内壁部）との間には微細な隙間４Ｋが形成されており、或いは、加工されていない板状部材４Ｇの上面（板状部材４Ｈとの境界）と線状中実材４Ｊとの間にも微細な隙間４Ｌが形成されている。
線状中実材４Ｊと中空部４Ｉの天井部との間に形成された微細な隙間４Ｋ或いは加工されていない板状部材４Ｇの上面（境界）と線状中実材４Ｊとの間に形成された微細な隙間４Ｌは、毛細管現象を生じる領域４Ａ－２を構成する。
【0037】
図８において、ヒートパイプ４－２の冷却部（図５参照）で凝縮した液相伝熱流体は、毛細管現象により前記微細な隙間４Ｋ或いは隙間４Ｌ内を移動して、ヒートパイプ４－１の加熱部側（図５参照）に移動する。
一方、加熱部（図５参照）で気化して膨張した気相伝熱流体は、断面半円形の中空部４Ｉの線状中実材４Ｊ及び前記微細な隙間４Ｋ、４Ｌ以外の空間４Ｂ－２を流れて、ヒートパイプ４－２の冷却部（図５参照）に到達する。換言すれば、空間４Ｂ－２は図６における中空部４Ｂと同様な機能、すなわち気化して膨張した気相伝熱流体が流れる機能を奏する。
そのため、図８のヒートパイプ４－２により、図５、図６のヒートパイプ４、図７のヒートパイプ４－１と同様に、加熱部の熱が冷却部に伝達され、水素用熱交換器２の中央の領域と外殻近傍の領域の温度の不均一が解消され、温度差或いは温度勾配が解消される。
一方、加熱部（図５参照）で気化して膨張した気相伝熱流体は、断面半円形の中空部４Ｉの線状中実材４Ｊ及び前記微細な隙間４Ｋ、４Ｌ以外の空間４Ｂ－２を流れて、ヒートパイプ４－２の冷却部（図５参照）に到達する。換言すれば、空間４Ｂ－２は図６における中空部４Ｂと同様な機能、すなわち気化して膨張した気相伝熱流体が流れる機能を奏する。
そのため、図８のヒートパイプ４－２により、図５、図６のヒートパイプ４、図７のヒートパイプ４－１と同様に、加熱部の熱が冷却部に伝達され、水素用熱交換器２の中央の領域と外殻近傍の領域の温度の不均一が解消され、温度差或いは温度勾配が解消される。
【0038】
ここで、単に伝熱するのであれば、図示の実施形態におけるヒートパイプ４に代えて銅線を配置することも可能である。しかし、銅線は熱伝導効率がヒートパイプ４に比較して遥かに低く、水素用熱交換器２の外殻近傍と中央の領域の温度の不均一を解消することが出来ない。
換言すれば、水素用熱交換器２の外殻側領域と中央領域における温度差或いは温度勾配を解消できる程度の熱伝導効率を有する部材であれば、ヒートチューブは限定する必要がない。
換言すれば、水素用熱交換器２の外殻側領域と中央領域における温度差或いは温度勾配を解消できる程度の熱伝導効率を有する部材であれば、ヒートチューブは限定する必要がない。
【0039】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
【符号の説明】
【0040】
１・・・真空断熱容器
２・・・水素用熱交換器（水素プレクーラ）
３・・・水素通路
４、４－１、４－２・・・ヒートパイプ（熱伝導部材）
４Ａ、４Ａ－１、４Ａ－２・・・毛細管現象を生じる領域
４Ｂ・・・中空の領域
４Ｅ・・・溝
４Ｉ・・・貫通孔
４Ｊ・・・中実の線状部材
４Ｋ、４Ｌ・・・隙間
１１・・・冷凍機
１３、１３Ａ・・・冷媒循環配管
１００・・・水素冷却システム
Ｂ・・・ブライン
２・・・水素用熱交換器（水素プレクーラ）
３・・・水素通路
４、４－１、４－２・・・ヒートパイプ（熱伝導部材）
４Ａ、４Ａ－１、４Ａ－２・・・毛細管現象を生じる領域
４Ｂ・・・中空の領域
４Ｅ・・・溝
４Ｉ・・・貫通孔
４Ｊ・・・中実の線状部材
４Ｋ、４Ｌ・・・隙間
１１・・・冷凍機
１３、１３Ａ・・・冷媒循環配管
１００・・・水素冷却システム
Ｂ・・・ブライン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】