(57)【要約】  媒体を加熱しかつ／または冷却するための装置であって、該装置が周辺空気熱交換器を有しており、該周辺空気熱交換器を介して媒体が、１つまたは複数の熱交換管内で周辺空気に対して加熱されかつ／または冷却される形式の装置が記載される。本発明によれば、周辺空気熱交換器が、前記１つの熱交換管（２）に沿った、または前記複数の熱交換管（２）のうちの少なくとも１つの熱交換管（２）に沿った周辺空気のコントロールされた案内および／または流れのための手段を有しており、周辺空気のコントロールされた案内および／または流れのための手段は、該手段が周辺空気の流速、流れ方向および／または流れ強さに可変にもしくは制御可能に影響を与えることを可能にするように構成されている。
2013506808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体を加熱しかつ／または冷却するための装置であって、該装置が周辺空気熱交換器を有しており、該周辺空気熱交換器を介して媒体が、１つまたは複数の熱交換管内で周辺空気に対して加熱されかつ／または冷却される形式の装置において、周辺空気熱交換器が、前記１つの熱交換管（２）に沿った、または前記複数の熱交換管（２）のうちの少なくとも１つの熱交換管（２）に沿った周辺空気のコントロールされた案内および／または流れのための手段を有しており、周辺空気のコントロールされた案内および／または流れのための手段は、該手段が周辺空気の流速、流れ方向および／または流れ強さに可変にもしくは制御可能に影響を与えることを可能にするように構成されていることを特徴とする、媒体を加熱しかつ／または冷却するための装置。
【請求項２】
周辺空気のコントロールされた案内および／または流れのための手段が、少なくとも１つの制御可能なファン（Ｖ，Ｍ）として構成されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記熱交換管が、空気案内金属薄板により形成された１つまたは複数の通路内に配置されており、周辺空気のコントロールされた案内および／または流れのための手段が、前記１つの通路または前記複数の通路のうちの少なくとも１つの通路に対応配置された、該通路の部分的な閉鎖または完全な閉鎖を可能にする少なくとも１つのフラップ（８）として構成されている、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記熱交換管（２）が、１０００バールまでの圧力に耐えられるように構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記熱交換管（２）が、少なくとも部分的に特殊鋼材料から成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記熱交換管（２）に沿って案内された周辺空気流への少なくとも１つの媒体流のコントロールされた供給のための手段が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体を加熱しかつ／または冷却するための装置であって、該装置が周辺空気熱交換器を有しており、該周辺空気熱交換器を介して媒体が、１つまたは複数の熱交換管内で周辺空気と熱交換されて加熱されかつ／または冷却される形式の装置に関する。
【０００２】
このような形式の、周辺空気熱交換器を有する、媒体を加熱しかつ／または冷却するための装置は、公知先行技術に基づいて十分に知られている。この装置は多数の使用事例において、加熱もしくは冷却したい媒体、たとえば液化された窒素または液化された酸素のような液化されたガスを加熱しかつ／または冷却するために働く。この場合、周辺空気がエネルギ供与体として働くので、媒体のこのような加熱方法および／または冷却方法は、エネルギ的に極めて好都合な方法である。
【０００３】
本発明の根底を成す課題ならびに続いて説明する解決手段を、以下において、媒体を加熱しかつ／または冷却するための冒頭で述べた形式の装置の、水素スタンドもしくは水素燃料補給プロセスにおける使用につき説明する。ただし念のため付言しておくと、以下に説明する本発明による装置は当然ながら別の多数の使用事例においても使用され得る。
【０００４】
水素スタンド（水素充填ステーション）は通常、液化された水素のためのリザーバタンクを有している。このリザーバタンクから引き出された液状の水素はクライオポンプによって最大９００バールの送出圧もしくは中間貯蔵圧にまで圧縮される。このクライオポンプの出口では、圧縮された水素が５０〜６０Ｋの温度を有している。しかし、水素車両への燃料補給のためには、圧縮された水素が、約−４０℃の温度下で提供されなければならない。圧縮された水素の必要となる加熱は、公知先行技術に挙げられる方法、たとえば本願の出願時では公開されていなかったドイツ連邦共和国特許出願第１０２００９０１９２７５号明細書に記載されている方法においては、サーモブロック（Thermoblock）によって行われる。サーモブロックは寒冷循環路および／または熱循環路によって冷却され、かつ／または加熱される。これに対して択一的に、サーモブロックを電気的に加熱することもできる。
【０００５】
圧縮された水素を周辺空気熱交換器によって加熱することは、これまでは検討の対象とされていなかった。なぜならば、周辺空気熱交換器の流出部に生ぜしめられる媒体温度が、実質的に目下の周辺温度に依存するからである。しかし、この周辺温度はヨーロッパ内では年間を通じて約−３０と４０℃との間を変動する。さらに、熱交換プロセスの開始時に比較的良好な熱伝達が行われることが不都合となる。熱交換プロセスの開始時に比較的良好な熱伝達が行われる理由は、管路もしくは管路に取り付けられたフィンがまだ霜で覆われていないことにある。しかし、熱交換プロセスの時間が増大するにつれて、管路もしくはフィンは徐々に霜で覆われていき、その結果、熱伝達の著しい悪化が生じる恐れがある。
【０００６】
さらに、周辺空気熱交換器が比較的多くのスペースを必要とすることも不都合となる。なぜならば、管路もしくはフィンを介した空気の自然対流に基づき、個々の管路の間に所定の最小間隔が設定されなければならないからである。
【０００７】
したがって、このような形式の周辺空気熱交換器は、前で挙げた理由から、そして約−４０℃の所望の媒体流出温度が最大１０℃の変動を持って維持されなければならないという理由から、水素スタンドもしくは水素燃料補給プロセスにおいては使用されていない。同じ考えは、ほぼ一定の媒体流出温度を維持することが重要となる別の多数の使用事例についても云える。
【０００８】
本発明の課題は、前で説明した方法に付随した不都合が回避されるような、媒体を加熱しかつ／または冷却するための装置を提供することである。
【０００９】
この課題を解決するために本発明によれば、媒体を加熱しかつ／または冷却するための装置であって、該装置が周辺空気熱交換器を有しており、該周辺空気熱交換器を介して媒体が、１つまたは複数の熱交換管内で周辺空気と熱交換されて加熱されかつ／または冷却される形式の装置において、周辺空気熱交換器が、前記１つの熱交換管に沿った、または前記複数の熱交換管のうちの少なくとも１つの熱交換管に沿った周辺空気のコントロールされた案内および／または流れのための手段を有しており、周辺空気のコントロールされた案内および／または流れのための手段は、該手段が周辺空気の流速、流れ方向および／または流れ強さに可変にもしくは制御可能に影響を与えることを可能にするように構成されていることを特徴とする、媒体を加熱しかつ／または冷却するための装置が提案される。
【００１０】
本発明によれば、周辺空気と、加熱しかつ／または冷却したい媒体との間の熱伝達の強さに影響を与えることができるので、所望の加熱もしくは冷却に関連して、周辺空気のコントロールされた案内および／または流れのための前記手段の援助なしに行われる熱伝達に比べて、熱伝達が良好化されるか、または悪化される。しかし、熱伝達のこのような良好化もしくは悪化は、付加的な器械手間に結びつき、ひいては付加的な投資コストおよび運転コストに結びついている。
【００１１】
媒体を加熱しかつ／または冷却するための本発明による装置の別の有利な構成は、
−周辺空気のコントロールされた案内および／または流れのための手段が、少なくとも１つの閉ループ式制御可能なファンとして構成されており、
−前記熱交換管が、空気案内金属薄板により形成された１つまたは複数の通路内に配置されている場合には、周辺空気のコントロールされた案内および／または流れのための手段が、前記１つの通路または前記複数の通路のうちの少なくとも１つの通路に対応配置された、該通路の部分的な閉鎖または完全な閉鎖を可能にする少なくとも１つのフラップとして構成されており、
−前記熱交換管が、１０００バールまでの圧力に耐えられるように構成されており、
−前記熱交換管が、少なくとも部分的に特殊鋼材料から成っており、
−前記熱交換管に沿って案内された周辺空気流への少なくとも１つの媒体流のコントロールされた供給のための手段が設けられている
ことにより特徴付けられている。
【００１２】
以下に、媒体を加熱しかつ／または冷却するための本発明による装置を実施する形態を図１および図２につき詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の側方断面図である。
【図２】図１の一点鎖線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００１４】
図１には、本実施形態の側方の断面図が示されており、図２には、図１の一点鎖線Ａ−Ａに沿った断面図が示されている。
【００１５】
図１に示したように、本発明による装置によって冷却しかつ／または加熱したい媒体は管路１を介して周辺空気熱交換器に供給される。この周辺空気熱交換器は、メアンダ状（蛇行状）に配置された熱交換管２の形に構成されている。熱交換管２を通って、媒体は、管路３を介して本発明による装置から取り出される前に、周辺空気熱交換器を通って案内される。実際の使用時では、通常、図２に図示されているように、多数の熱交換管２が設けられる。しかし、基本的には、本発明による装置もしくは周辺空気熱交換器は唯一つの熱交換管しか有していなくてもよい。
【００１６】
特に、本発明による装置が、高度に圧縮された媒体、たとえば最大９００バールの圧力下にあるガス状の水素によって通流される場合、熱交換管２は少なくとも部分的に特殊鋼材料から成っていると有利である。
【００１７】
図示の実施形態では、熱交換管２のメアンダ状もしくは蛇行状に形成された範囲が、円筒状の周壁もしくは外套４によって取り囲まれている。この外套４の内部には複数の空気案内金属薄板５が配置されており、この場合、これらの空気案内金属薄板５は、周辺空気が熱交換管２に対してほぼ平行に流れるように配置されている。空気案内金属薄板５を設けることは特に、互いに間隔を置いて配置された熱交換管２の相互間隔が小さすぎる場合における、前で述べたような不都合な影響を及ぼす妨害因子を回避し、かつ熱交換管２に沿った空気流の個別制御を可能にするために役立つ。
【００１８】
空気流を表す矢印から判るように、外套４と空気案内金属薄板５とにより形成されたこれらの通路は、周辺空気によって有利には上方から下方へ向かって通流される。有利には閉ループ式制御可能な電気モータＭにより駆動される少なくとも１つのファンもしくは通風機Ｖによって、外套４内部の空気流の強さもしくは空気案内金属薄板５により形成された通路内部の空気流の強さを変えることができる。図１に示した実施形態に対して択一的に、有利には個々の通路に対応する複数のファンを設けることもできる。付加的にまたは択一的に、空気案内金属薄板５により形成された全ての通路または個々の通路をフラップ８によって部分的にかつ／または完全に閉鎖することができる。
【００１９】
さらに、ファンＶによって、少なくとも一時的に、流速を調節することができる。流速により、熱交換管２もしくはそのフィンに付着した凍結物（Ausfrierung）を空気流によって剥離し、かつ連行することが可能となる。こうして、熱交換管２もしくはフィンの自己清浄化効果もしくはセルフクリーニング効果を実現することができる。
【００２０】
本発明による装置の図１に示した実施形態では、熱交換管２に沿って案内された周辺空気が、外套４の下側の範囲６もしくは外套４の下方で、外側に向かって案内されて、環状通路を介して上方へ向かって引き出される。この環状通路は、最初に挙げた円筒状の周壁４を取り囲む別の円筒状の周壁７によって形成される。この構成は、霧形成の原因となり得る極めて冷たい周辺空気をスムーズに流出させないようにするために役立つ。なぜならば、霧形成の原因となり得る極めて冷たい周辺空気がスムーズに流出してしまうことは、近くにいる人間の視界を妨げ、ひいては危険におとしめる恐れがあるからである。したがって、冷たい空気流は相応する案内金属薄板によって１８０゜変向されてから、円筒状の周壁７の上端部において、確実な高さで周辺環境へ放出される。
【００２１】
媒体を加熱しかつ／または冷却するための本発明による装置の１改良形では、１つまたは複数の熱交換管に沿って案内された周辺空気流への少なくとも１つの媒体流のコントロールされた供給のための手段が設けられていることが提案される。この構成によって、供給された周辺空気流には、たとえば水素スタンドもしくは水素燃料補給プロセスの別の冷却装置の排熱からの付加的な熱または寒冷を供給することができる。これにより冷却プロセスおよび／または加熱プロセスを支援することができる。
【００２２】
媒体を加熱しかつ／または冷却するための本発明による装置は、媒体、特に、たとえば水素スタンドにおいてスタンドのリザーバタンクから取り出され、かつ引き続きクライオポンプによって圧縮された後に生じる、圧縮された水素を加熱しかつ／または冷却するための、構造的に比較的単純でかつ廉価な方法を提供する。
【図１】
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【図２】
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