(57)【要約】【課題】水素供給路と冷媒供給路の圧力を同程度の高圧にし、伝熱効果を高め、小型化した水素充填システムの水素用熱交換器を作る。【解決手段】  蓄圧器５から高圧化された水素を水素燃料電池自動車７の水素タンク８へ充填する水素充填システムにおいて、充填する水素を冷却させるプレクール装置１１の熱交換器１２の構成を、水素供給路２２と冷媒供給路２３の供給圧力を同程度の高圧にした。これにより、両供給路の境界の管壁の厚さを従来に比し薄く構成した。このため、熱交換器の伝熱抵抗、水素圧力損失が低減し、伝熱効果を高め装置が小型化した。【選択図】  図３
2011080495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を高圧貯蔵した圧力容器（５）と、
前記圧力容器と相対的に移動可能に設けられ、前記圧力容器から前記水素を充填される可搬用圧力容器（８）と、
前記圧力容器側に設けられ、前記圧力容器から前記可搬用圧力容器に前記水素を充填するための水素充填装置（６）と、
前記水素充填装置に付随して設けられ前記水素を冷却するため熱交換器（１２）を有する冷却装置（１１）と
からなる水素充填システムにおいて、
前記冷却装置の熱交換器（１２）は、
前記圧力容器から前記水素充填装置へ高圧水素を供給する水素供給路（１３）を有する水素供給路（２２）と、
前記水素供給体の外周又は内部に設けられ前記水素と略同圧力の冷媒とを昇圧装置（１９）を介して供給する冷媒供給路（１４）を有する冷媒供給路（２３）と
で構成される水素充填システムの水素用熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載された水素充填システムの水素用熱交換器において、
前記水素供給路（１３）と前記冷媒供給路（１４）の境界部分の供給路を形成する肉厚は、前記水素供給路（２２）又は前記冷媒供給路（２３）の肉厚よりも相対的に薄い肉厚構成になっていることを特徴とする水素充填システムの水素用熱交換器。
【請求項３】
請求項１に記載された水素充填システムの水素用熱交換器において、
前記可搬用圧力容器（８）は、車両（７）に搭載されるものであることを特徴とする水素充填システムの水素用熱交換器。
【請求項４】
請求項１に記載された水素充填システムの水素用熱交換器において、
前記冷却装置（１１）の熱交換器（１２）は、二重管構成で前記水素供給路（２２）が前記冷媒供給路（２３）内に埋設された構成になっていることを特徴とする水素充填システムの水素用熱交換器。
【請求項５】
請求項１に記載された水素充填システムの水素用熱交換器において、
前記冷却装置（１１）の熱交換器（１２）は、二重管構成で前記冷媒供給路（２３）が前記水素供給路（２３）内に埋設された構成になっていることを特徴とする水素充填システムの水素用熱交換器。
【請求項６】
請求項１に記載された水素充填システムの水素用熱交換器において、
前記水素供給路（２２）内の水素及び前記冷媒供給体（２３）内の冷媒の圧力は、７０ＭＰａであることを特徴とする水素充填システムの水素用熱交換器。
【請求項７】
請求項１に記載された水素充填システムの水素用熱交換器において、
前記水素供給路（２２）内の水素及び前記冷媒供給体（２３）内の冷媒は、供給方向が相互に逆方向に供給される構成であることを特徴とする水素充填システムの水素用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素充填システムの水素用熱交換器に関する。更に詳しくは、例えば水素燃料電池車に搭載された水素タンクに水素を冷却して供給するための水素充填システムの水素用熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素を燃料とする自動車は、二酸化炭素を発生させない究極のエコカーとして知られている。自動車に搭載されている水素タンクに水素を充填するために、既存のガソリンエンジン車用のガソリンスタンドのように、必要な場所に水素ステーションを設置する必要がある。水素ステーションから自動車の水素タンクに水素を充填させるシステムは、種々の構成のものが提案されている。
【０００３】
例えば、高圧ガス貯蔵タンクの水素ガスをボルテックスチューブに導入して、高温ガスと低温ガスに分離し、分離した高温ガスを熱交換器で冷却する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。又、水素供給タンクから車載タンクへ水素を供給する経路上に熱交換器を内蔵し、冷却させる接続ユニットが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
貯蔵タンク内の高圧ガスをこれより低い他の充填タンクに充填するとき、充填された水素ガスは後から入ってくる水素ガスにより、充填タンク内で断熱圧縮されるために、充填タンク内で温度が上昇し発熱すること知られている。このことは、高圧水素ガスを充填する際、温度が上昇し、充填タンク構造物の耐熱温度（一般的には８５℃)以上となる恐れが生じるとともに、水素ガスの充填量が不足することを意味する。このために温度上昇を抑制しなければならない。
【０００５】
このようなことから、これらの水素ステーションにおいて、温度を低くして体積を小さくして、一定時間当たりの水素充填速度を早くするために、ディスペンサーの部分にプレクーラーを設置して、水素を予冷する必要がある。このために70MPa級の水素ステーションではプレクーラーに水素を冷却する熱交換器を備えている。この熱交換器は、種々のものが提案されており、例えば充填する側の液体水素槽の冷熱を冷媒として利用するものも提案されている。
【０００６】
これらの例として、前述した特許文献以外に、例えば、液化水素貯蔵空間内で加圧されている水素ガスを冷却するために、加圧水素ガスを冷却する熱交換器を設けた水素ガス供給設備を使用し、この水素ガス供給設備を介して水素ガスを供給する構成のものが知られている（例えば、特許文献３参照）。又、熱交換器に関わる技術として、水素自動車に水素ガスを供給する経路に筐体の熱交換器を設け冷却する構成のものが知られている（例えば、特許文献4参照）。更に、水素燃料電池自動車に適用したもので、水素タンク又は水素供給経路に二重管構成で冷媒管を設け、水素を冷却させる構成のものも知られている（例えば、特許文献３、５参照）。
【０００７】
このような熱交換器では、例えば、７０ＭＰａ仕様の水素ステーションの場合、３ｋｇ−Ｈ２／ｍｉｎの水素充填速度を達成するために、ディスペンサーの部分にプレクーラーを設置して、水素を−３０℃程度まで予冷している。プレクール熱交換器の配管を７０ＭＰａの耐圧にするために、管内径に対し肉厚が太くなり伝熱性能が悪くなる。このために、熱交換器の伝熱効率を高めるため、管を長くして伝熱面積を大きくせざるをえず、装置の大型化と圧力損失が増大するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３０９３７５号公報
【特許文献２】特開２００５−６９３３０号公報
【特許文献３】特開２００９−１２７８１３号公報
【特許文献４】特開２００８−１６４１７７号公報
【特許文献５】特開２００６−１４２９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
水素の冷却技術は、前述のように多くの提案がなされているが、冷却装置は一定の冷却温度に水素を下げる必要があることから、熱交換器である管の長さを長くせざるを得ない等の制約がある。従って、従来提案されている冷却装置はこの点で小型化するには限界があった。前述の公知技術には、本発明に構造が似たような二重管構成の交換器の例もあるが、冷却の効率化を行うための具体的な構造は示されていない。
【００１０】
又、適用する自動車は移動体であるので、冷却装置は極力軽量化されることが望ましい。このため、冷却装置等の設備は自動車側に搭載されるのではなく、固定されたスタンド等、例えばディスペンサー等に付随して設置されることが望ましい。更に、供給される水素は短時間で効率よく冷却され、安定した状態で自動車の水素タンクに短時間で充填されることが望まれている。
【００１１】
本発明は、前述のような技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。本発明の目的は、冷媒側の供給路圧力を水素側の供給路圧力と同程度まで昇圧することにより、水素の供給路と冷媒の供給路の境界の伝熱管の肉厚を薄くすることで伝熱効果を高め、小型化した水素充填システムの水素用熱交換器を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、冷媒側の圧力を水素側と同程度まで昇圧することにより、伝熱管の肉厚を薄くすることで流路の長さを短くし伝熱速度を早くし、水素圧力損失を低減した水素充填システムの水素用熱交換器を提供することにある。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、冷媒側の圧力を水素側と同程度まで昇圧することにより、伝熱管の肉厚を薄くすることで熱交換時の伝熱抵抗を低減し、冷却時間を短縮し、冷却効果を高めた水素充填システムの水素用熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
本発明１の水素充填システムの水素用熱交換器は、水素を高圧貯蔵した圧力容器と、前記圧力容器と相対的に移動可能に設けられ、前記圧力容器から前記水素を充填される可搬用圧力容器と、前記圧力容器側に設けられ、前記圧力容器から前記可搬用圧力容器に前記水素を充填するための水素充填装置と、前記水素充填装置に付随して設けられ前記水素を冷却するため熱交換器を有する冷却装置とからなる水素充填システムにおいて、前記冷却装置の熱交換器は、前記圧力容器から前記水素充填装置へ高圧水素を供給する水素供給路を有する水素供給路と、前記水素供給体の外周又は内部に設けられ前記水素と略同圧力の冷媒を昇圧装置を介して供給する冷媒供給路を有する冷媒供給路とで構成される。
【００１５】
本発明２の水素充填システムの水素用熱交換器は、本発明１において、前記水素供給路と前記冷媒供給路の境界部分の供給路体の肉厚は、前記水素供給路又は前記冷媒供給路の外管の肉厚よりも相対的に薄い肉厚構成になっていることを特徴とする。
【００１６】
本発明３の水素充填システムの水素用熱交換器は、本発明１において、前記可搬用圧力容器は、車両に搭載されるものであることを特徴とする。
本発明４の水素充填システムの水素用熱交換器は、本発明１において、前記冷却装置の熱交換器は、二重管構成で前記水素供給路が前記冷媒供給路内に埋設された構成になっていることを特徴とする。
【００１７】
本発明５の水素充填システムの水素用熱交換器は、本発明１において、前記冷却装置の熱交換器は、二重管構成で前記冷媒供給路が前記水素供給路内に埋設された構成になっていることを特徴とする。
【００１８】
本発明６の水素充填システムの水素用熱交換器は、本発明１において、前記水素供給路内の水素及び前記冷媒供給路内の冷媒の圧力は、７０ＭＰａであることを特徴とする。
【００１９】
本発明７の水素充填システムの水素用熱交換器は、本発明１において、前記水素供給路内の水素及び前記冷媒供給路内の冷媒は、供給方向が相互に逆方向に供給される構成であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、水素の供給路側の圧力と、冷媒の供給路側の圧力とを同程度に昇圧させた高圧の供給路の構成とした。このことにより、水素側と冷媒側の供給路の境界の管壁肉厚を薄くできるようになり、供給路の長さを短くすることができ、伝熱抵抗を低減し、水素圧力損失も低減した。この結果、熱交換時の伝熱効果の向上した装置となり、冷却時間が短縮され冷却効果を高め、装置を小型化することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の水素充填システムの全体構成を示す実施の形態の構成図である。
【図２】図２は、図１の実施の形態の冷却装置の構成を示す構成図である。
【図３】図３は、図２の熱交換器部分を拡大表示した部分断面図である。
【図４】図４は、熱交換器の構成を従来の構成と対比して示す説明図である。
【図５】図５は、熱交換器の他の実施例を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の改善効果を実証する熱交換器長さの計算例を表示した図である。
【図７】図７は、本発明の改善効果を実証する圧力損失の計算例を表示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、水素充填システム１の概要を示す構成図である。水素は公知の水素製造装置２によって製造され、水素貯蔵タンクであるバッファタンク３に貯蔵される。このバッファタンク３の水素は、配管、バルブ等を介して圧縮機４に供給され、この圧縮機４により圧縮され高圧化される。高圧に圧縮された水素は、蓄圧器５内に貯蔵される。蓄圧器５は、複数のボンベからなり、このボンベのバルブを順次切り替えることにより、必要とされる量の水素を連続的に取り出すことができる。各ボンベ内の容量、圧力、水素の流量等は、水素充填システムに設けられた表示装置（図示せず）に表示される。
【００２３】
通常、水素製造装置２により製造された水素は、水素輸送車により輸送され水素ステーションの水素貯蔵タンクに貯蔵される。水素製造装置２は、本発明の要旨とするものではないが、一般的に水素は化石燃料、バイオマス、自然エネルギー、原子力エネルギー等から触媒法、電気分解法等の製造方法により製造される。製造された水素は、配管による直接的な供給、専用の水素タンク車、又はボンベに充填された状態で運搬され、水素ステーション内の備蓄タンクに貯蔵されるか、又はそのまま備蓄用ボンベと同じボンベで貯蔵される。
【００２４】
このボンベ内の高圧の水素は、水素充填装置のディスペンサー６を介して、水素燃料電池自動車７に搭載の水素タンク８に充填される。ディスペンサー６は、固定的に特定の場所に設置された水素ステーションに配置されている。この水素ステーションは、ガソリンスタンドと同様に道路等に隣接して設けられ、水素燃料電池自動車７に水素を充填させるための設備である。
【００２５】
水素充填装置のディスペンサー６は、蓄圧器５に貯蔵されている高圧の水素を燃料電池自動車７の水素タンク８に充填させるための装置である。本例の水素燃料電池自動車７は、水素と酸素の電気化学反応を利用して発電する燃料電池によって、モータを駆動するものである。通常燃料として水素ガスは、水素タンク８に高圧で貯蔵され、その水素タンク８は燃料電池の近傍に搭載され設置され、水素燃料電池自動車７の移動と共にする。
【００２６】
この水素タンク８内の水素量が低下すると、水素を充填する必要が生じ、特定の場所に配置されている水素ステーションまで移動する。水素ステーションのディスペンサー６から、ノズル体９を充填口に差し込むことにより高圧の水素を水素タンク８へ充填する。一般に、この水素タンク８は複数個搭載されており、水素量が不足すると水素タンク８は、他の水素タンク８のバルブを開けて使用される。水素タンク８の水素の残量は、運転席の表示盤で確認することができる。
【００２７】
水素充填装置には、ディスペンサー６に付随して、充填水素を冷却するためのプレクール装置１１が、即ち冷却装置が配置されている。この冷却装置は、水素の供給量の効率化、即ち単位時間当たり充填量の増大を図ると同時に、水素燃料電池自動車７の温度上昇を抑制する効果も有している。ディスペンサー６は、高圧の、例えば７０ＭＰａの高圧水素ガスを、安全かつ容易な操作で水素燃料電池自動車７の水素タンク８へ充填するための装置である。
【００２８】
水素充填装置には図示していないが、流量計、カップリング、温度、圧力等の表示装置、制御装置、バルブ等が付随して設けられている。冷却された水素は、ディスペンサー６に設けられたノズル体９に導かれ、水素燃料電池自動車７側の充填口に供給される。この充填口にノズル９が接続されたとき、水素がこのカプラー形式のノズル体９を介して燃料電池自動車に供給される。
【００２９】
ノズル９は、ディスペンサー６にチューブを介して連結されているので、水素燃料電池自動車７がノズル９の近傍に設置されると、周知のガソリン車の場合と同様に、作業者が手動操作でノズル９を水素燃料電池自動車７の水素充填口に接続することができる。水素は、蓄圧器５から配管を介してバルブ１０の調整により供給される際、昇温された水素ガスとなってディスペンサー６に導かれる。
【００３０】
この昇温された水素ガスをスムースに水素燃料電池自動車７の水素タンク８へ供給するためには、前述した断熱圧縮により充填タンク８内で温度が上昇するので、冷却する必要がある。このためにディスペンサー６に付随してプレクール装置１１が設けられている。冷却装置のプレクール装置１１は、昇温した水素ガスを冷却するための熱交換器１２を有している。本例では、このプレクール装置１１の熱交換器１２の部分を小型化し、伝熱効率を高めた構成にしたものである。
【００３１】
次に、このプレクール装置１１の熱交換器１２の具体的な構造を説明する。図２は、熱交換器１２の構成を示す構成図であり、図３は図２のＡ部の部分拡大図である。この熱交換器１２は、供給される水素を冷却するために流路となる管路体の一部を、螺旋状に形成したステンレス製のコイル管にしたものである。このコイル管は、水素の供給路１３とこの水素を冷却するための冷媒の供給路１４の二重管構造により、水素と冷媒の供給路を形成している。
【００３２】
図２において、蓄圧器５からの水素ガスは、管路１５を介してこの熱交換器１２の水素供給口１６に導かれ、コイル管の内部管に供給される。供給された水素は、水素排出口１７より排出され、ディスペンサー６に導かれるようになっている。一方、図３に示すように、二重管構成で埋設された状態の水素の供給路１３の外側の管内の空間部は、前述したとおり冷媒の供給路１４となっている。冷媒は、冷凍機１８により冷却された後、昇圧用ポンプ１９により加圧して冷媒供給口２０から供給され、冷媒排出口２１から排出される。
【００３３】
本実施の形態でいう冷媒は、フロン、ＨＣＦＣ、ＨＦＣ、二酸化炭素、アンモニア、プロパン等の一般的に冷媒として使用されているものである。冷媒が気体状態の場合は、圧縮機で圧縮されるが、本例においては、液体の状態として説明する。冷媒供給口２０は、水素排出口１７の近傍に、又、冷媒排出口２１は水素供給口１６の近傍に設けられている。従って、水素の供給方向と冷媒の供給方向とは逆の向きの流れになっている。この様に、この熱交換器１２の主要部は、水素と冷媒の供給路の二重管構成となっている。
【００３４】
即ち、水素供給路２２が、冷媒供給路２３内に埋設された状態の二重管構造の管体となっている。この管体は前述のとおりコイル状に構成されている。この水素充填システム１には、図示していないが適宜必要な位置に温度センサー等が配置され、そこに流れる流体の温度を測定しており、又、圧縮機、ポンプ等の運転制御のため、或いは温度制御、圧力制御のための制御装置が設けられている。
【００３５】
水素燃料電池自動車７には、可搬用圧力容器である水素タンク８が搭載されており、水素燃料電池自動車７の移動とともに移動する構成になっている。水素燃料電池自動車７側の水素タンク８の機能は公知であるので、詳細な説明は省略するが、この水素タンク８は燃料電池に隣接して設けられ、燃料電池のアノード電極（燃料極）側に水素ガスを供給するためのものである。
【００３６】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本構成と従来例との比較を示した部分断面図で、熱交換器の説明図である。図４（ａ）は、従来の熱交換器構成を示し、図４（ｂ）は、本実施の形態の熱交換器の構成を示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、管体を直角に交差する矢印は、圧力方向、伝熱方向を示す。従来の熱交換器の二重管構造は、水素供給路５０の伝熱管の管壁の肉厚は厚い管であった。
【００３７】
即ち、水素供給路５１の管壁の肉厚が図４（ａ）に示すように、水素供給圧力である、例えば７０ＭＰａの高圧に耐えられる厚さとしている。これに対して、冷媒供給路５２の圧力は大気圧としており、冷媒供給路５３の外管も大気圧に接している。この従来の構成は、水素の供給圧のみが高圧であり、冷媒の供給圧は大気圧程度で低圧であった。このため相互の圧力差が大きいので、水素供給路５０の管壁の肉厚の厚さを高圧に耐えうるように厚く構成していた。
【００３８】
これに対し、本構成は図４（ｂ）に示すように、冷媒の供給圧を水素の供給圧と同程度の圧力で供給するような構成にした。即ち、水素供給路１３の水素圧力と冷媒供給路１４の冷媒圧力を７０ＭＰａと同じにする。冷媒の供給圧は昇圧ポンプ１９により昇圧させる。冷媒は液体を加圧して昇圧させるので、このための動力はそれほど必要としない。これにより、水素供給路１３と冷媒供給路１４の圧力が同じになり圧力差は無くなるので、水素供給路２２と冷媒供給路２３の境界の管の肉厚は薄くすることができる。
【００３９】
この肉厚を薄くすることにより熱が伝播しやすくなり、伝熱効率は向上する。この結果、伝熱抵抗が従来に比し大幅に低減し、熱交換器は熱交換部分の長さを短くすることができ、装置を小型化することができる。この小型化は、短尺にすることで装置を従来に比し１／２〜１／３に小さくすることが可能である。更に水素と冷媒との圧力差が大きいことに伴って生じる変形、振動等に伴う圧力の損失も従来の構成に比し低減されることになる。
【００４０】
この水素側の圧力損失も従来に比し、１／２〜１／３に低減することが可能である。冷媒供給路２３の外側の管壁の肉厚は、高圧に耐えられる厚さとする。この構成は、二重管構成の内管路を水素の供給路として説明したが、必ずしもこの構成に限定されることはなく、図５に示すように管構成において、内管の供給路を冷媒供給管３１により、この内孔に冷媒供給路３０を形成し、又、外周の供給路を水素供給管３３とし、この内孔と冷媒供給管３１の外周面との間を水素供給路３２としている。なお、この冷媒供給路３０に水素を流し、水素供給路３２に冷媒を流すように、逆の構成にしてもよい。この場合であっても内管である冷媒供給管（この場合は、水素供給管となる。）３１の肉厚は薄くでき、実質的な伝熱効果は前述の場合と全く同じである。
【００４１】
水素燃料自動車７の水素タンク８に充填された水素が使用済みになった後は、図１の点線経路で示すように残った水素はバッファタンク３に回収される。実際は水素タンク８を水素燃料自動車７から取り出し、運搬し、低圧になった水素タンク８内の水素をバッファタンク３に移し再利用する。
【００４２】
［計算例］
次に、内管の肉厚を変えてシュミレーションした伝熱関係の計算例を示す。計算条件及び各符号の定義は、次のとおりである。
固定パラメータは、内管直径：ｄｉ＝１０mm、水素の充填速度：ｍｈ＝３kg/min、水素入口温度：Ｔｈｉ＝３０℃，水素出口温度：Ｔｈｏ＝−３５℃，冷媒入口温度：Ｔｃｉ＝−５０℃，冷媒出口温度：Ｔｃｏ＝−３０℃とする。
【００４３】
水素の物性値は、定圧比熱：ｃｐｈ＝１５０５２Ｊ/(kg・K)，密度：ρｈ＝４８．９２kg/m3，粘性係数：μｈ＝１１．３×１０−６Pa・s，熱伝導率：λｈ＝０．２７０６W/(m・K)，熱拡散率：αｈ＝λｈ／ρｈｃｐｈ＝３．６７５×１０−７ｍ２／ｓ，動粘性係数：νｈ＝μｈ／ρｈ＝２．３１×１０−７ｍ２／ｓ，プラントル数：Ｐｒｈ＝νｈ／αｈ＝０６２９
【００４４】
ステンレス管の物性値は、熱伝導率：λｔ＝２０W/(m・K)とする。
熱計算は次のとおりである。上記で与えられた水素及び冷媒の出入り口温度を用いて対数平均温度ΔＴlmを計算する。
【００４５】
【数１】
2011080495.tif 000003
【００４６】
熱交換器における熱交換量Ｑｃｏｏｌは、水素の質量流量から次式で計算される。
【００４７】
【数２】
2011080495.tif 000004
【００４８】
水素側の対流熱伝達率ｈｈを、Ｄｉｔｔｕｓ−Ｂｏｅｌｔｅｒの式により計算する。
【００４９】
【数３】
2011080495.tif 000005
【００５０】
【数４】
2011080495.tif 000006
【００５１】
【数５】
2011080495.tif 000007
【００５２】
これにより、水素側の熱伝達率ｈｈは、次のようになる。
【００５３】
【数６】
2011080495.tif 000008
【００５４】
一方、冷媒側は、液体であるので、水素側よりも熱伝達率は大きい。ここでは、水素側の約２倍の熱伝達率ｈｃを、用いる。
【００５５】
【数７】
2011080495.tif 000009
【００５６】
以下、この式にもとづき、伝熱管の外径を３０ｍｍとした場合と１４ｍｍにした場合で、必要な熱交換長さを計算した結果である。
（ａ）管の外径：ｄ０＝３０ｍｍの場合（管の内径１０ｍｍで、肉厚は１０ｍｍ）
【００５７】
熱通過率（外管基準）ｋｔは、次のようになる。
【００５８】
【数８】
2011080495.tif 000010
【００５９】
これにもとづき、必要な熱交換長さＬＨＥＸを、計算すると次のようになる。
【００６０】
【数９】
2011080495.tif 000011
【００６１】
圧力損失は、Ｎｉｋｕｒａｄｓｅの式で管摩擦係数ｆを、計算した結果から次のように計算される。
【００６２】
【数１０】
2011080495.tif 000012
【００６３】
【数１１】
2011080495.tif 000013
【００６４】
（ｂ）管の外径：ｄ０＝１４ｍｍの場合（管の内径１０ｍｍで、肉厚は２ｍｍ）
熱通過率（外管基準）ｋｉは、次のようになる。
【００６５】
【数１２】
2011080495.tif 000014
【００６６】
これにもとづき、必要な熱交換長さＬＨＥＸを、計算すると次のようになる。
【００６７】
【数１３】
2011080495.tif 000015
【００６８】
圧力損失は、Ｎｉｋｕｒａｄｓｅの式で管摩擦係数を計算した結果から次のように計算される。管摩擦係数は、前述した(a)の場合と同じである。圧力損失Δｐｈは、次のようになる。
【００６９】
【数１４】
2011080495.tif 000016
【００７０】
この計算結果は、従来と同じ条件で計算すると、伝熱効率は優れているので、本構成の方の伝熱効率は従来のものよりよく、管路長さが短くなり、圧力損失も小さくなることが裏付けられた。図６は、この計算式にもとづき、熱交換長さを管外径の変化に応じシミュレーションして算出した結果をグラフ表示したものである。
【００７１】
図７は、図６と同様に、前述の計算式にもとづき、圧力損失を管外径の変化に応じシミュレーションして算出した結果をグラフ表示したものである。この図６、図７において、管内径他の固定パラメータは、前述の数値どおりである。この図６及び図７の計算例で示したように、例えば、管径を３０ｍｍから１４ｍｍにすることで、伝熱面積は約４０％になることが確認できる。
【００７２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されない。例えば、本発明の水素供給路と冷媒供給路を管体として説明したが、その形状に限定されず他の形状であってもよい。又、車両は、自動車として説明したが、トラック等であってもよい。本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能なことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７３】
１…水素充填システム
２…水素製造装置
３…バッファタンク
４…圧縮機
５…蓄圧器
６…ディスペンサー
７…水素燃料電池自動車
８…水素タンク
１１…プレクール装置
１２…熱交換器
２２…水素供給路
２３…冷媒供給路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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