(57)【要約】【課題】熱交換効率の低下や製造コストの高騰を招くことなく小形化する。【解決手段】伝熱コイル５０ｏ，５０ｉと、各伝熱コイル５０ｏ，５０ｉが収容された容器体４０と、水素ガスの流路を複数の流路に分岐させる流体分岐部と、各流路を合流させる流体合流部とを備えると共に、各流路毎に伝熱コイル５０ｏ，５０ｉが配設され、各伝熱コイル５０ｏ，５０ｉは、管体巻回部５１ｏ，５１ｉの巻回軸方向が容器体４０の筒長方向に沿うようにして筒長方向に沿って並んで容器体４０内に収容されると共に、伝熱コイル５０ｏａにおける管体巻回部５１ｏの一部が伝熱コイル５０ｏｂにおける管体巻回部５１ｏに対して筒長方向で重ならない非重なり部や、伝熱コイル５０ｉｄにおける管体巻回部５１ｉの一部が伝熱コイル５０ｉｃにおける管体巻回部５１ｉに対して筒長方向で重ならない非重なり部が生じるように配置されている。【選択図】図９
2017125663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１熱交換対象流体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、第２熱交換対象流体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、前記第１熱交換対象流体と前記第２熱交換対象流体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、
前記第１熱交換対象流体の流路をＮ本（Ｎは、２以上の自然数）の流路に分岐させる流体分岐部と、前記Ｎ本の流路を合流させる流体合流部とを備えると共に、前記Ｎ本の流路毎に前記伝熱コイルがそれぞれ配設され、
前記各伝熱コイルは、前記管体巻回部の巻回軸方向が前記容器体の筒長方向にそれぞれ沿うようにして当該筒長方向に沿って並んで当該容器体内に収容されると共に、前記筒長方向において隣り合う２つの前記伝熱コイルの一方における前記管体巻回部の一部が当該隣り合う２つの伝熱コイルの他方における前記管体巻回部に対して当該筒長方向において重ならない非重なり部が少なくとも１箇所生じるように配置されている熱交換器。
【請求項２】
前記各伝熱コイルは、前記管体巻回部の巻形が互いに等しい非正円形で、かつ当該管体巻回部における最大径部の巻径が互いに等しくなるように構成されると共に、前記容器体の前記筒長方向に沿って見たときに、前記隣り合う２つの伝熱コイルの一方における前記管体巻回部の前記最大径部の径方向に沿った仮想線と、前記隣り合う２つの伝熱コイルの他方における前記管体巻回部の前記最大径部の径方向に沿った仮想線とが交差するように当該両伝熱コイルが配置されることで前記非重なり部が設けられている請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
Ｎ＝３個以上の前記伝熱コイルが前記筒長方向に沿って並んで前記容器体内に収容され、
前記非重なり部が設けられた前記隣り合う２つの伝熱コイルのうちの前記第２熱交換対象流体の移動方向における下流側の当該伝熱コイルの前記管体巻回部と、前記下流側の伝熱コイルのさらに下流側に並んで配置された前記伝熱コイルの前記管体巻回部とが前記筒長方向において重なって前記非重なり部が生じないように配置されている請求項１または２記載の熱交換器。
【請求項４】
Ｎ＝３個以上の前記伝熱コイルが前記筒長方向に沿って並んで前記容器体内に収容され、
前記非重なり部が設けられた前記隣り合う２つの伝熱コイルのうちの前記第２熱交換対象流体の移動方向における上流側の当該伝熱コイルの前記管体巻回部と、前記上流側の伝熱コイルのさらに上流側に並んで配置された前記伝熱コイルの前記管体巻回部とが前記筒長方向において重なって前記非重なり部が生じないように配置されている請求項１から３のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項５】
前記伝熱コイルとしての外側伝熱コイル、および当該外側伝熱コイルの内側に配置された前記伝熱コイルとしての内側伝熱コイルを前記Ｎ本の流路毎にそれぞれ備え、かつ前記非重なり部が少なくとも１箇所存在するように前記各外側伝熱コイルが配置されると共に、前記非重なり部が少なくとも１箇所存在するように前記各内側伝熱コイルが配置されている請求項１から４のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項６】
前記Ｎ本の流路は、流路長が互いに等しくなるように構成されている請求項１から５のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項７】
前記容器体内に前記第２熱交換対象流体を導入する流体導入部にエゼクターが取り付けられている請求項１から６のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項８】
前記第１熱交換対象流体としての水素ガスと、前記第２熱交換対象流体としての熱媒液とを相互に熱交換可能に構成されている請求項１から７のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項９】
請求項８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、第１熱交換対象流体と第２熱交換対象流体との熱交換が可能に構成された熱交換器、およびそのような熱交換器を備えて第１熱交換対象流体としての水素ガスと第２熱交換対象流体としての熱媒液とを相互に熱交換させて水素ガスを冷却可能に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、水素ガス冷却用の熱交換器の発明が下記の特許文献に開示されている。この熱交換器は、ブラインが充填される有底円筒状の容器と、容器の上部開口を塞ぐ円板状の蓋と、蓋の中心を貫通させられて容器の軸線方向に沿って配置された回転軸と、回転軸に取り付けられた軸流式の複数のプロペラと、上下２段に配設された螺旋状の第１水素ガス冷却管および第２水素ガス冷却管と、両水素ガス冷却管の周囲（外側）に容器の軸線方向に沿って配設された複数のブライン冷却用の冷媒管とを備え、各冷媒管内の冷媒と容器内のブラインとの熱交換によってブラインを冷却すると共に、両水素ガス冷却管内の水素ガスと両水素ガス冷却管の周囲（容器内）の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。
【０００３】
この場合、この熱交換器を使用した水素ガスの冷却に際しては、まず、エアーモータによって回転軸を回転させてプロペラを回転させることにより、容器内においてブラインを流動させる。この際には、容器内のブラインが第１水素ガス冷却管および第２水素ガス冷却管の内側を通って容器内を上昇させられ、第１水素ガス冷却管の上方から冷媒管の外側を通って容器内を下降させられた後に、第２水素ガス冷却管の下方から第２水素ガス冷却管の内側に再び流入させられることにより、容器内においてブラインが循環させられる。次いで、容器内におけるブラインの循環を継続させつつ、上記のブライン冷却用の冷媒管を冷凍サイクルの蒸発器として機能させて冷媒管内に冷媒を供給することにより、容器内のブラインを冷却する。
【０００４】
一方、自動車の燃料タンクに水素ガスを充填する際には、第１水素ガス冷却管および第２水素ガス冷却管に水素ガス供給源からの水素ガスを供給する。この際には、供給された水素ガスが、第１水素ガス冷却管および第２水素ガス冷却管内を上昇しながら両水素ガス冷却管の周囲のブラインと熱交換させられることで冷却される。これにより、温度低下した水素ガスが充填用配管を介して燃料タンクに供給されて充填される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５８０９２６８号公報（第４−６頁、第１−３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記の特許文献に開示されている熱交換器には、以下のような問題点が存在する。すなわち、上記の熱交換器では、第１水素ガス冷却管および第２水素ガス冷却管内を通過させられる水素ガスと、プロペラの回転によって両水素ガス冷却管の周囲（管体が螺旋状に巻回されている管体巻回部の内周側）を上昇させられるブラインとの熱交換によって水素ガスが冷却される構成が採用されている。このため、上記の特許文献に開示されている熱交換器では、容器内でブラインを流動させるためのプロペラ、およびプロペラを回転させるための回転軸が必須となっており、これらの存在に起因して熱交換器の小形化が困難となっているだけでなく、プロペラや回転軸の部品コストおよび組立てコストに起因して熱交換器の製造コストが高騰しているという問題点がある。
【０００７】
また、上記の熱交換器では、水素ガスを冷却する処理の実行中に、プロペラ（回転軸）を回転させるためのエアーモータに対して圧縮空気を継続的に供給する必要があることから、圧縮空気生成装置（エアーコンプレッサ）によって消費される電力の分だけ、そのランニングコストが高騰しているという問題点がある。この場合、エアーモータに変えて電動モータを採用した場合においても、同様の問題が生じる。さらに、上記の熱交換器では、回転軸と蓋との隙間からブラインが流出することのないようにシーリング部材を配設する必要があり、その部品コストに起因して熱交換器の製造コストが一層高騰すると共に、ブラインに常時接した状態のシーリング部材が劣化してブラインが漏出する前にこれを定期的に交換する必要があり、そのランニングコストが一層高騰しているという問題点がある。
【０００８】
さらに、上記の熱交換器では、容器内に貯留したブラインによって水素ガスを冷却する処理と並行して、容器内のブラインを容器内において冷却する処理を実行する構成が採用されている。このため、上記の熱交換器では、大量の水素ガスを冷却する際に、容器内に貯留されているブラインが継続的に温度上昇させられるため、このブラインの温度を、冷却対象の水素ガスのすべてを好適に冷却し得る十分に低い温度に維持するのが困難となるおそれがある。
【０００９】
これらの問題点に鑑みて、出願人は、上記の特許文献に開示されている熱交換器を用いた水素ガス冷却用の設備の構成を改良した水素ガス冷却装置を試作した。出願人が試作した水素ガス冷却装置では、プロペラおよび回転軸や、ブライン冷却用の冷媒管を熱交換器から除外すると共に、熱交換器とは別体に構成した冷却装置によって冷却したブラインを熱交換器における容器の底部から容器内に導入し、このブラインとの熱交換によって両水素ガス冷却管内の水素ガスを冷却する構成が採用されている。この場合、出願人が試作した水素ガス冷却装置では、水素ガスとの熱交換によって温度上昇したブラインが、熱交換器（容器）内に順次導入されるブラインに押し上げられるようにして容器内を上昇し、容器の上部に設けられた排出口から排出されて冷却装置に戻されて再び冷却される構成が採用されている。
【００１０】
このような構成の水素ガス冷却装置（熱交換器）によれば、プロペラ、回転軸および冷媒管などの収容が不要となる分だけ小さな容器体で熱交換器を構成することができる結果、水素ガス冷却装置を小形化することが可能となる。また、部品コストや組立てコストの低減によって熱交換器の製造コストを十分に低減することができると共に、シーリング部材の交換作業も不要となり、しかも、動作時に圧縮空気等を供給する必要もなくなることから、ランニングコストも十分に低減することが可能となる。この場合、出願人が試作した熱交換器では、上記の特許文献に開示されている熱交換器と同様にして、両水素ガス冷却管の管体巻回部（コイル部）が、互いに等しい巻径となるように平面視円形の螺旋状に形成されている。また、出願人が試作した熱交換器では、上記の特許文献に開示されている熱交換器と同様にして、両水素ガス冷却管の管体巻回部の全体が、平面視において重なった状態となるように配置されている。
【００１１】
したがって、この熱交換器では、水素ガスの冷却に際して容器の底部から容器の上方に向かって移動させられるブラインが、下方に配置されている第２水素ガス冷却管の管体巻回部における最下部の管体に対して移動方向（上向き）で当接する結果、第２水素ガス冷却管の管体巻回部における最下部においては、ブラインと水素ガスとが好適に熱交換させられる。しかしながら、第２水素ガス冷却管（管体巻回部）の最下部よりも上方に移動したブラインは、容器内に順次導入されるブラインに押し上げられるようにして容器内を上方に向かって直進しようとするため、第２水素ガス冷却管の管体巻回部における最下部の管体以外の管体や、第２水素ガス冷却管の管体巻回部の管体に当接することなく、両管体巻回部の内側を素通りして容器の最上部に到達してしまうおそれがある。
【００１２】
このため、出願人が試作した熱交換器では、上記の特許文献に開示されている熱交換器のようにプロペラの回転によってブラインを旋回させつつ移動させる熱交換器よりも、ブラインと水素ガスとの熱交換効率が低下するおそれがあり、水素ガスを十分に冷却することができるように、水素ガスおよびブラインの流路長を十分に長くする（熱交換可能な有効面積を十分に広くする）必要が生じている。この結果、出願人が試作した熱交換器には、水素ガスの冷却効率を低下させることなく熱交換器を一層小形化するのが困難となっているという現状があり、これを改善するのが好ましい。
【００１３】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、製造コストおよびランニングコストの高騰や熱交換効率の低下を招くことなく小形化を図り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】
【００１４】
上記目的を達成すべく、請求項１記載の熱交換器は、第１熱交換対象流体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、第２熱交換対象流体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、前記第１熱交換対象流体と前記第２熱交換対象流体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、前記第１熱交換対象流体の流路をＮ本（Ｎは、２以上の自然数）の流路に分岐させる流体分岐部と、前記Ｎ本の流路を合流させる流体合流部とを備えると共に、前記Ｎ本の流路毎に前記伝熱コイルがそれぞれ配設され、前記各伝熱コイルは、前記管体巻回部の巻回軸方向が前記容器体の筒長方向にそれぞれ沿うようにして当該筒長方向に沿って並んで当該容器体内に収容されると共に、前記筒長方向において隣り合う２つの前記伝熱コイルの一方における前記管体巻回部の一部が当該隣り合う２つの伝熱コイルの他方における前記管体巻回部に対して当該筒長方向において重ならない非重なり部が少なくとも１箇所生じるように配置されている。
【００１５】
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、前記各伝熱コイルは、前記管体巻回部の巻形が互いに等しい非正円形で、かつ当該管体巻回部における最大径部の巻径が互いに等しくなるように構成されると共に、前記容器体の前記筒長方向に沿って見たときに、前記隣り合う２つの伝熱コイルの一方における前記管体巻回部の前記最大径部の径方向に沿った仮想線と、前記隣り合う２つの伝熱コイルの他方における前記管体巻回部の前記最大径部の径方向に沿った仮想線とが交差するように当該両伝熱コイルが配置されることで前記非重なり部が設けられている。
【００１６】
請求項３記載の熱交換器は、請求項１または２記載の熱交換器において、Ｎ＝３個以上の前記伝熱コイルが前記筒長方向に沿って並んで前記容器体内に収容され、前記非重なり部が設けられた前記隣り合う２つの伝熱コイルのうちの前記第２熱交換対象流体の移動方向における下流側の当該伝熱コイルの前記管体巻回部と、前記下流側の伝熱コイルのさらに下流側に並んで配置された前記伝熱コイルの前記管体巻回部とが前記筒長方向において重なって前記非重なり部が生じないように配置されている。
【００１７】
請求項４記載の熱交換器は、請求項１から３のいずれかに記載の熱交換器において、Ｎ＝３個以上の前記伝熱コイルが前記筒長方向に沿って並んで前記容器体内に収容され、前記非重なり部が設けられた前記隣り合う２つの伝熱コイルのうちの前記第２熱交換対象流体の移動方向における上流側の当該伝熱コイルの前記管体巻回部と、前記上流側の伝熱コイルのさらに上流側に並んで配置された前記伝熱コイルの前記管体巻回部とが前記筒長方向において重なって前記非重なり部が生じないように配置されている。
【００１８】
請求項５記載の熱交換器は、請求項１から４のいずれかに記載の熱交換器において、前記伝熱コイルとしての外側伝熱コイル、および当該外側伝熱コイルの内側に配置された前記伝熱コイルとしての内側伝熱コイルを前記Ｎ本の流路毎にそれぞれ備え、かつ前記非重なり部が少なくとも１箇所存在するように前記各外側伝熱コイルが配置されると共に、前記非重なり部が少なくとも１箇所存在するように前記各内側伝熱コイルが配置されている。
【００１９】
請求項６記載の熱交換器は、請求項１から５のいずれかに記載の熱交換器において、前記Ｎ本の流路は、流路長が互いに等しくなるように構成されている。
【００２０】
請求項７記載の熱交換器は、請求項１から６のいずれかに記載の熱交換器において、前記容器体内に前記第２熱交換対象流体を導入する流体導入部にエゼクターが取り付けられている。
【００２１】
請求項８記載の熱交換器は、請求項１から７のいずれかに記載の熱交換器において、前記第１熱交換対象流体としての水素ガスと、前記第２熱交換対象流体としての熱媒液とを相互に熱交換可能に構成されている。
【００２２】
請求項９記載の水素ガス冷却装置は、請求項８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】
【００２３】
請求項１記載の熱交換器では、管体巻回部の巻回軸方向が容器体の筒長方向にそれぞれ沿うようにして各伝熱コイルが筒長方向に沿って並んで容器体内に収容されると共に、筒長方向において隣り合う２つの伝熱コイルの一方における管体巻回部の一部が他方の伝熱コイルにおける管体巻回部に対して筒長方向において重ならない非重なり部が少なくとも１箇所生じるように各伝熱コイルが配置されている。
【００２４】
したがって、請求項１記載の熱交換器によれば、容器体の筒長方向に沿って直進しようとする第２熱交換対象流体が非重なり部に当接することで、この非重なり部内の第１熱交換対象流体と好適に熱交換させることができるだけでなく、非重なり部に当接することで第２熱交換対象流体の移動方向が容器体の筒長方向から反らされて乱流が生じる結果、管体巻回部における最上流部の管体だけでなく、最上流部の管体よりも下流側の各管体に対しても第２熱交換対象流体を好適に当接させることができ、管体巻回部内の第１熱交換対象流体と好適に熱交換させることができるため、管体巻回部内の第１熱交換対象流体と一層好適に熱交換させることができる。これにより、部品コストや組立てコストの高騰を招いたり、大きな容器体を必要としたりするプロペラ等を備えることなく、第１熱交換対象流体と第２熱交換対象流体との熱交換効率を十分に向上させることができるため、その製造コストを十分に低減することができると共に、十分に小形化することができる。また、プロペラを回転させるための動力源が不要となるため、そのランニングコストも十分に低減することができる。
【００２５】
また、請求項２記載の熱交換器では、管体巻回部の巻形が互いに等しい非正円形で、かつ管体巻回部における最大径部の巻径が互いに等しくなるように各伝熱コイルが構成されると共に、容器体の筒長方向に沿って見たときに、隣り合う２つの伝熱コイルの一方における管体巻回部の最大径部の径方向に沿った仮想線と、他方の伝熱コイルにおける管体巻回部の最大径部の径方向に沿った仮想線とが交差するように両伝熱コイルが配置されて非重なり部が設けられている。
【００２６】
したがって、請求項２記載の熱交換器によれば、管体巻回部の巻形や巻径が同様の伝熱コイルを使用し、それらの配置角度を異ならせるだけで非重なり部を生じさせることができため、管体巻回部の巻形や巻径が相違する複数種類の伝熱コイルを製作して非重なり部を生じさせる構成と比較して、その製造コストを一層低減することができる。
【００２７】
さらに、請求項３記載の熱交換器では、非重なり部が設けられた２つの伝熱コイルのうちの第２熱交換対象流体の移動方向における下流側の伝熱コイルの管体巻回部と、その下流側の伝熱コイルのさらに下流側に並んで配置された伝熱コイルの管体巻回部とが筒長方向において重なって非重なり部が生じないように各伝熱コイルが配置されている。
【００２８】
したがって、請求項３記載の熱交換器によれば、上流側に設けられている非重なり部において低下した第２熱交換対象流体の流速を十分に上昇させることができ、これにより、単位時間当りに第１熱交換対象流体と熱交換させられる第２熱交換対象流体の量を十分に増加させることができるため、下流側の伝熱コイルの管体巻回部において第１熱交換対象流体と第２熱交換対象流体との熱交換効率が低下する事態を好適に回避することができる。
【００２９】
さらに、請求項４記載の熱交換器では、非重なり部が設けられた２つの伝熱コイルのうちの第２熱交換対象流体の移動方向における上流側の伝熱コイルの管体巻回部と、その上流側の伝熱コイルのさらに上流側に並んで配置された伝熱コイルの管体巻回部とが筒長方向において重なって非重なり部が生じないように各伝熱コイルが配置されている。
【００３０】
したがって、請求項４記載の熱交換器によれば、非重なり部の存在に起因して流速が低下する伝熱コイルの管体巻回部に対して十分な流速で第２熱交換対象流体を流入させることができるため、上流側の伝熱コイルの管体巻回部において第１熱交換対象流体と第２熱交換対象流体との熱交換効率が低下する事態を好適に回避することができる。
【００３１】
また、請求項５記載の熱交換器によれば、外側伝熱コイルおよび内側伝熱コイルをＮ本の流路毎にそれぞれ備え、かつ非重なり部が少なくとも１箇所存在するように各外側伝熱コイルを配置すると共に、非重なり部が少なくとも１箇所存在するように各内側伝熱コイルを配置したことにより、各流路毎に外側伝熱コイルおよび内側伝熱コイルのいずれか一方だけを配設した構成と比較して、容器体内における第１熱交換対象流体の流路長が十分に長くなり、これにより、第２熱交換対象流体と第１熱交換対象流体との熱交換処理時間が十分に長くなるため、第１熱交換対象流体と第２熱交換対象流体とを一層好適に熱交換させることができる。
【００３２】
さらに、請求項６記載の熱交換器によれば、流路長が互いに等しくなるようにＮ本の流路を構成したことにより、各流路の流路長が互いに相違する構成では、第１熱交換対象流体が流体合流部に到達する時間に時間差が生じ、これに起因して、熱交換器からの第１熱交換対象流体の単位時間当りの排出量に変化が生じるのに対し、各流路の流路長を等しくしたことで、第１熱交換対象流体が各流路を通過して流体合流部に到達するまでの時間が等しくなるため、熱交換器から第１熱交換対象流体が排出され始めてから排出が完了するまで、その排出量を一定に保つことができる。
【００３３】
また、請求項７記載の熱交換器によれば、流体導入部にエゼクターを取り付けたことにより、攪拌用のプロペラや、プロペラを回転させるための動力源を備えることなく、容器体内に第２熱交換対象流体を噴出させるだけで乱流を生じさせることができるため、製造コストやランニングコストの高騰を招くことなく、伝熱コイルの周囲を第２熱交換対象流体が直進して管体巻回部を素通りする事態を好適に回避することができ、これにより、伝熱コイルにおいて第１熱交換対象流体と第２熱交換対象流体とを好適に熱交換させることができる。
【００３４】
また、請求項８記載の熱交換器では、第１熱交換対象流体としての水素ガスと、第２熱交換対象流体としての熱媒液とを相互に熱交換可能に構成されている。また、請求項９記載の水素ガス冷却装置では、請求項７記載の熱交換器と、熱媒液を冷却する冷凍回路とを備え、冷凍回路によって冷却された熱媒液と水素ガスとを熱交換器内において相互に熱交換させることで水素ガスを冷却可能に構成されている。したがって、請求項８記載の熱交換器、および請求項９記載の水素ガス冷却装置によれば、給気対象に対する水素ガスの給気コストを十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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の側面断面図である。
【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を上方から見た外観図である。
【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の上部を側方から見た外観図である。
【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における外側伝熱コイル５０ｏａ〜５０ｏｄおよび内側伝熱コイル５０ｉａ〜５０ｉｄの側面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る水素ガス冷却用熱交換器３０における外側伝熱コイル５０ｏａ〜５０ｏｄおよび内側伝熱コイル５０ｉａ〜５０ｉｄの平面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る水素ガス冷却用熱交換器３０における水素ガス流路Ｌ５０ａ〜Ｌ５０ｄについて説明するための説明図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る水素ガス冷却用熱交換器３０の容器体４０内における外側伝熱コイル５０ｏａ〜５０ｏｄおよび内側伝熱コイル５０ｉａ〜５０ｉｄの配置について説明するための説明図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る水素ガス冷却用熱交換器３０の外側伝熱コイル５０ｏｂおよび内側伝熱コイル５０ｉｃと外側伝熱コイル５０ｏａおよび内側伝熱コイル５０ｉｄとの位置関係について説明するための説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る水素ガス冷却用熱交換器３０の外側伝熱コイル５０ｏｄおよび内側伝熱コイル５０ｉａと外側伝熱コイル５０ｏｃおよび内側伝熱コイル５０ｉｂとの位置関係について説明するための説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る水素ガス冷却用熱交換器３０の外側伝熱コイル５０ｏａおよび内側伝熱コイル５０ｉｄと外側伝熱コイル５０ｏｄおよび内側伝熱コイル５０ｉａとの位置関係について説明するための説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る水素ガス冷却用熱交換器３０における噴出ノズル４３ａ近傍の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、温度センサ１５、制御部１６および水素ガス冷却用熱交換器３０を備え、「第２熱交換対象流体」としての「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、「第１熱交換対象流体」の一例である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。
【００４０】
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。この場合、本例の水素ガス冷却装置１では、一例として、圧縮機２１からの冷媒の吐出圧力を検出してセンサ信号Ｓ２５を出力する圧力センサ２５が圧縮機２１と凝縮器２２とを接続する冷媒配管に配設されている。なお、実際の冷凍回路１１には、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。
【００４１】
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。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。
【００４２】
液送ポンプ１４ａは、制御部１６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。液送ポンプ１４ｂは、制御部１６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。
【００４３】
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）。
【００４４】
温度センサ１５は、一例として、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に供給するための上記のブライン配管１３ｃに配設されてブライン配管１３ｃ内のブラインの温度（すなわち、水素ガスと熱交換させられるブラインの温度）を検出してセンサ信号Ｓ１５を出力する。
【００４５】
制御部１６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１６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、圧力センサ２５からのセンサ信号Ｓ２５などに応じて冷凍回路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。
【００４６】
また、制御部１６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。また、制御部１６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。
【００４７】
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、水素ガス配管４ｂを介してディスペンサー３に接続されると共に水素ガス配管４ｃを介して給気対象Ｘに接続され、かつブライン配管１３ｃ，１３ｄを介してブラインタンク１２に接続されており、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。
【００４８】
この水素ガス冷却用熱交換器３０は、図２に示すように、容器体４０、外側伝熱コイル５０ｏａ〜５０ｏｄおよび内側伝熱コイル５０ｉａ〜５０ｉｄ（以下、「外側伝熱コイル５０ｏａ〜５０ｏｄ」を区別しないときには「外側伝熱コイル５０ｏ」ともいい、「内側伝熱コイル５０ｉａ〜５０ｉｄ」を区別しないときには「内側伝熱コイル５０ｉ」ともいう）を備えている。
【００４９】
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（「流体導入部」の一例）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（流体排出部）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、水素ガスを導入するための水素ガス導入部４６と、水素ガスを排出するための水素ガス排出部４７とを備えている。
【００５０】
この場合、容器体４０におけるブライン導入部４３やブライン排出部４４を構成するブライン配管、および筒状部４１や蓋部４２ｂ，４２ｔからなる容器体の本体部は、図示しない断熱材によって覆われて外気に対して断熱されている。また、図３に示すように、蓋部４２ｔには、外側伝熱コイル５０ｏａ〜５０ｏｄにおける水素ガス流入側端部を接続可能な外側コイル接続部６０ｏａｉ〜６０ｏｄｉと、外側伝熱コイル５０ｏａ〜５０ｏｄにおける水素ガス排出側端部を接続可能な外側コイル接続部６０ｏａｏ〜６０ｏｄｏとが設けられると共に、内側伝熱コイル５０ｉａ〜５０ｉｄにおける水素ガス流入側端部を接続可能な内側コイル接続部６０ｉａｉ〜６０ｉｄｉと、内側伝熱コイル５０ｉａ〜５０ｉｄにおける水素ガス排出側端部を接続可能な内側コイル接続部６０ｉａｏ〜６０ｉｄｏとが設けられている。
【００５１】
また、図３，４に示すように、外側コイル接続部６０ｏａｉは、水素ガス配管６１ｂａを介して水素ガス導入部４６に接続され、外側コイル接続部６０ｏｂｉは、水素ガス配管６１ｂｂを介して水素ガス導入部４６に接続され、外側コイル接続部６０ｏｃｉは、水素ガス配管６１ｂｃを介して水素ガス導入部４６に接続され、外側コイル接続部６０ｏｄｉは、水素ガス配管６１ａｄ，６１ｂａを介して水素ガス導入部４６に接続されている。なお、以下の説明において各水素ガス配管６１ａｄ，６１ｂａ，６１ｂｂ，６１ｂｃを区別しないときには「水素ガス配管６１」ともいう。
【００５２】
さらに、外側コイル接続部６０ｏａｏは、水素ガス配管６２ａａを介して内側コイル接続部６０ｉａｉに接続され、外側コイル接続部６０ｏｂｏは、水素ガス配管６２ｂｂを介して内側コイル接続部６０ｉｂｉに接続され、外側コイル接続部６０ｏｃｏは、水素ガス配管６２ｃｃを介して内側コイル接続部６０ｉｃｉに接続され、外側コイル接続部６０ｏｄｏは、水素ガス配管６２ｄｄを介して内側コイル接続部６０ｉｄｉに接続されている。なお、以下の説明において各水素ガス配管６２ａａ，６２ｂｂ，６２ｃｃ，６２ｄｄを区別しないときには「水素ガス配管６２」ともいう。
【００５３】
また、内側コイル接続部６０ｉａｏは、水素ガス配管６３ａｄ，６３ｄｂを介して水素ガス排出部４７に接続され、内側コイル接続部６０ｉｂｏは、水素ガス配管６３ｂｂを介して水素ガス排出部４７に接続され、内側コイル接続部６０ｉｃｏは、水素ガス配管６３ｃｂを介して水素ガス排出部４７に接続され、内側コイル接続部６０ｉｄｏは、水素ガス配管６３ｄｂを介して水素ガス排出部４７に接続されている。なお、以下の説明において各水素ガス配管６３ａｄ，６３ｂｂ，６３ｃｂ，６３ｄｂを区別しないときには、「水素ガス配管６３」ともいう。
【００５４】
さらに、図２に示すように、ブライン導入部４３における熱交換処理空間Ｓ内の端部には、容器体４０の上方に向かってブラインを噴出しつつ筒状部４１の径方向にブラインを拡散させるための噴出ノズル４３ａが取り付けられている。この場合、噴出ノズル４３ａは、「エゼクター」の一例であって、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、容器体４０における筒状部４１の平面視中央部に位置するようにブライン導入部４３（ブライン導入部４３を構成するブライン配管の端部）に取り付けられているいる。
【００５５】
また、ブライン導入部４３は、上記のブライン配管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ると共に、ブライン排出部４４は、上記のブライン配管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の噴出ノズル４３ａ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内を矢印Ａの向き（「第２熱交換対象流体の移動方向」の一例）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。また、水素ガス導入部４６は、上記の水素ガス配管４ｂを介してディスペンサー３に接続されると共に、水素ガス排出部４７は、上記の水素ガス配管４ｃを介して給気対象Ｘに接続される。
【００５６】
外側伝熱コイル５０ｏおよび内側伝熱コイル５０ｉは、それぞれ「伝熱コイル」に相当し、容器体４０内に収容されて水素ガス導入部４６および水素ガス排出部４７に接続されている。この場合、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、外側伝熱コイル５０ｏａ〜５０ｏｄのＮ＝４本の「外側伝熱コイル」と、外側伝熱コイル５０ｏの内側に配置された内側伝熱コイル５０ｉａ〜５０ｉｄのＮ＝４本の「内側伝熱コイル」との合計８本の「伝熱コイル」を備え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。また、図５，６に示すように、各外側伝熱コイル５０ｏ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５１ｏを備え、各内側伝熱コイル５０ｉ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５１ｉを備えている。
【００５７】
さらに、各外側伝熱コイル５０ｏは、各管体巻回部５１ｏの巻形が互いに等しい非正円形（本例では、丸みを帯びた略正方形）で、かつ各管体巻回部５１ｏにおける最大径部の巻径（図６に示す一点鎖線Ｌ１，Ｌ２に沿った方向の直径）が互いに等しくなるように構成されている。また、各内側伝熱コイル５０ｉは、各管体巻回部５１ｉの巻形が互いに等しい非正円形（本例では、丸みを帯びた略正方形）に形成されると共に、各管体巻回部５１ｏにおける最大径部の巻径（一点鎖線Ｌ１，Ｌ２に沿った方向の直径）が、互いに等しく、かつ上記の各管体巻回部５１ｏの最大径部の巻径よりも小径となるように構成されている。
【００５８】
さらに、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、各管体巻回部５１ｏの巻回軸方向が容器体４０の筒長方向に沿うようにして各外側伝熱コイル５０ｏが容器体４０内に並んで収容されている。また、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、各管体巻回部５１ｉの巻回軸方向が容器体４０の筒長方向に沿うようにして各内側伝熱コイル５０ｉが容器体４０内に並んで収容されている。この場合、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、各外側伝熱コイル５０ｏの管体巻回部５１ｏ内や、各内側伝熱コイル５０ｉの管体巻回部５１ｉ内を矢印Ｂの向き（容器体４０内をブラインが移動する矢印Ａの向きと対向する向き）で水素ガスが移動させられるように各外側伝熱コイル５０ｏおよび各内側伝熱コイル５０ｉが水素ガス導入部４６や水素ガス排出部４７に接続されている。
【００５９】
また、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、前述したように、各水素ガス配管６１を介して水素ガス導入部４６に接続されている各外側コイル接続部６０ｏａｉ〜６０ｏｄｉに各外側伝熱コイル５０ｏの水素ガス流入側端部がそれぞれ接続され、各水素ガス配管６２を介して各内側コイル接続部６０ｉａｉ〜６０ｉｄｉに接続されている各外側コイル接続部６０ｏａｏ〜６０ｏｄｏに各外側伝熱コイル５０ｏの水素ガス排出側端部がそれぞれ接続され、各内側コイル接続部６０ｉａｉ〜６０ｉｄｉに各内側伝熱コイル５０ｉの水素ガス流入側端部がそれぞれ接続され、各水素ガス配管６３を介して水素ガス排出部４７に接続されている各内側コイル接続部６０ｉａｏ〜６０ｉｄｏに各内側伝熱コイル５０ｉの水素ガス排出側端部がそれぞれ接続されている。
【００６０】
これにより、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、水素ガス配管４ｂを介して水素ガス導入部４６に導入される水素ガスが、図７に示す水素ガス流路Ｌ５０ａ〜Ｌ５０ｄの４本の流路を経て水素ガス排出部４７から水素ガス配管４ｃに排出される（Ｎ＝４本の「流路」が設けられている構成の例）。なお、この水素ガス冷却用熱交換器３０では、上記の各水素ガス配管６１が「流体分岐部」に相当し、上記の各水素ガス配管６３が「流体合流部」に相当する。
【００６１】
この場合、水素ガス流路Ｌ５０ａは、水素ガス導入部４６から、水素ガス配管６１ｂａ、外側コイル接続部６０ｏａｉ、外側伝熱コイル５０ｏａ、外側コイル接続部６０ｏａｏ、水素ガス配管６２ａａ、内側コイル接続部６０ｉａｉ、内側伝熱コイル５０ｉａ、内側コイル接続部６０ｉａｏおよび水素ガス配管６３ａｄ，６３ｄｂを介して水素ガス排出部４７に至るように構成されている。また、水素ガス流路Ｌ５０ｂは、水素ガス導入部４６から、水素ガス配管６１ｂｂ、外側コイル接続部６０ｏｂｉ、外側伝熱コイル５０ｏｂ、外側コイル接続部６０ｏｂｏ、水素ガス配管６２ｂｂ、内側コイル接続部６０ｉｂｉ、内側伝熱コイル５０ｉｂ、内側コイル接続部６０ｉｂｏおよび水素ガス配管６３ｂｂを介して水素ガス排出部４７に至るように構成されている。
【００６２】
さらに、水素ガス流路Ｌ５０ｃは、水素ガス導入部４６から、水素ガス配管６１ｂｃ、外側コイル接続部６０ｏｃｉ、外側伝熱コイル５０ｏｃ、外側コイル接続部６０ｏｃｏ、水素ガス配管６２ｃｃ、内側コイル接続部６０ｉｃｉ、内側伝熱コイル５０ｉｃ、内側コイル接続部６０ｉｃｏ、および水素ガス配管６３ｃｂを介して水素ガス排出部４７に至るように構成されている。また、水素ガス流路Ｌ５０ｄは、水素ガス導入部４６から、水素ガス配管６１ｂａ，６１ａｄ、外側コイル接続部６０ｏｄｉ、外側伝熱コイル５０ｏｄ、外側コイル接続部６０ｏｄｏ、水素ガス配管６２ｄｄ、内側コイル接続部６０ｉｄｉ、内側伝熱コイル５０ｉｄ、内側コイル接続部６０ｉｄｏおよび水素ガス配管６３ｄｂを介して水素ガス排出部４７に至るように構成されている。
【００６３】
さらに、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、容器体４０の最下部に外側伝熱コイル５０ｏｂおよび内側伝熱コイル５０ｉｃを配置し、その上方に外側伝熱コイル５０ｏａおよび内側伝熱コイル５０ｉｄを配置し、その上方に外側伝熱コイル５０ｏｄおよび内側伝熱コイル５０ｉａを配置し、かつその上方に外側伝熱コイル５０ｏｃおよび内側伝熱コイル５０ｉｂを配置すると共に、各水素ガス配管６１，６２，６３の管長を調整することにより、図７に示すように、水素ガス流路Ｌ５０ａの水素ガス導入部４６から水素ガス排出部４７までの流路長と、水素ガス流路Ｌ５０ｂの水素ガス導入部４６から水素ガス排出部４７までの流路長と、水素ガス流路Ｌ５０ｃの水素ガス導入部４６から水素ガス排出部４７までの流路長と、水素ガス流路Ｌ５０ｄの水素ガス導入部４６から水素ガス排出部４７までの流路長とが互いに等しくなるように構成されている。
【００６４】
この場合、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、図８に示すように、容器体４０の最下部に配置されている外側伝熱コイル５０ｏｂおよび内側伝熱コイル５０ｉｃを容器体４０の筒長方向に沿って上方から見たときに、外側伝熱コイル５０ｏｂの管体巻回部５１ｏにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ１，Ｌ２と、内側伝熱コイル５０ｉｃの管体巻回部５１ｉにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ３，Ｌ４とが４５度の角度で交差し、かつ管体巻回部５１ｏの巻回中心と管体巻回部５１ｉの巻回中心とが容器体４０（筒状部４１）の中心部において同心となるように外側伝熱コイル５０ｏｂおよび内側伝熱コイル５０ｉｃが配置されている。
【００６５】
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５０ｏｂおよび内側伝熱コイル５０ｉｃの上方に配置されている外側伝熱コイル５０ｏａおよび内側伝熱コイル５０ｉｄを容器体４０の筒長方向に沿って上方から見たときに、外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ３，Ｌ４と、内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ１，Ｌ２とが４５度の角度で交差し、かつ管体巻回部５１ｏの巻回中心と管体巻回部５１ｉの巻回中心とが容器体４０（筒状部４１）の中心部において同心となるように外側伝熱コイル５０ｏａおよび内側伝熱コイル５０ｉｄが配置されている。
【００６６】
さらに、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、外側伝熱コイル５０ｏａおよび内側伝熱コイル５０ｉｄの上方に配置されている外側伝熱コイル５０ｏｄおよび内側伝熱コイル５０ｉａを容器体４０の筒長方向に沿って上方から見たときに、外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ３，Ｌ４と、内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ１，Ｌ２とが４５度の角度で交差し、かつ管体巻回部５１ｏの巻回中心と管体巻回部５１ｉの巻回中心とが容器体４０（筒状部４１）の中心部において同心となるように外側伝熱コイル５０ｏｄおよび内側伝熱コイル５０ｉａが配置されている。
【００６７】
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５０ｏｄおよび内側伝熱コイル５０ｉａの上方に配置されている外側伝熱コイル５０ｏｃおよび内側伝熱コイル５０ｉｂを容器体４０の筒長方向に沿って上方から見たときに、外側伝熱コイル５０ｏｃの管体巻回部５１ｏにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ１，Ｌ２と、内側伝熱コイル５０ｉｂの管体巻回部５１ｉにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ３，Ｌ４とが４５度の角度で交差し、かつ管体巻回部５１ｏの巻回中心と管体巻回部５１ｉの巻回中心とが容器体４０（筒状部４１）の中心部において同心となるように外側伝熱コイル５０ｏｃおよび内側伝熱コイル５０ｉｂが配置されている。
【００６８】
なお、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０とは相違するが、外側伝熱コイル５０ｏの管体巻回部５１ｏにおける最大径部の径方向に沿った「仮想線」と、その外側伝熱コイル５０ｏの内側に配置されている内側伝熱コイル５０ｉの管体巻回部５１ｉにおける最大径部の径方向に沿った「仮想線」とが４５度以外の任意の角度で交差するように構成することもできる。また、外側伝熱コイル５０ｏの管体巻回部５１ｏにおける最大径部の径方向に沿った「仮想線」と、その外側伝熱コイル５０ｏの内側に配置されている内側伝熱コイル５０ｉの管体巻回部５１ｉにおける最大径部の径方向に沿った「仮想線」とが一致するように（交差しないように）構成することもできる。
【００６９】
さらに、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、図９に示すように、外側伝熱コイル５０ｏｂ，５０ｏａ（「筒長方向において隣り合う２つの伝熱コイル」の一例）を容器体４０の筒長方向に沿って上方から見たときに、外側伝熱コイル５０ｏｂ（「隣り合う２つの伝熱コイルの一方」の一例）における管体巻回部５１ｏの巻回中心と、外側伝熱コイル５０ｏａ（「隣り合う２つの伝熱コイルの他方」の一例）における管体巻回部５１ｏの巻回中心とが筒状部４１の中心において同心となり、かつ外側伝熱コイル５０ｏｂの管体巻回部５１ｏにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ１，Ｌ２（「径方向に沿った仮想線」の一例）と、外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ３，Ｌ４（「径方向に沿った仮想線」の一例）とが４５度の角度で交差するように、外側伝熱コイル５０ｏｂの管体巻回部５１ｏ、および外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏが容器体４０の筒長方向で並んで配置されている。
【００７０】
これにより、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、外側伝熱コイル５０ｏｂにおける管体巻回部５１ｏと外側伝熱コイル５０ｏａにおける管体巻回部５１ｏとが、容器体４０の筒長方向で重なり合う部分である「重なり部（一方の管体巻回部５１ｏを構成する管体の周方向の一部が他方の管体巻回部５１ｏを構成する管体に対して筒長方向で重なっている部分）」と、筒長方向で重ならない部分である「非重なり部（一方の管体巻回部５１ｏを構成する管体の周方向の一部が他方の管体巻回部５１ｏを構成する管体に対して筒長方向で重なっていない部分）」とが生じた状態となっている。具体的には、図９に示すように、外側伝熱コイル５０ｏｂ，５０ｏａの管体巻回部５１ｏ，５１ｏには、「重なり部」および「非重なり部」が交互に設けられて８箇所の「重なり部」と８箇所の「非重なり部」が生じた状態となっている。
【００７１】
また、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、図９に示すように、内側伝熱コイル５０ｉｃ，５０ｉｄ（「筒長方向において隣り合う２つの伝熱コイル」の他の一例）を容器体４０の筒長方向に沿って上方から見たときに、内側伝熱コイル５０ｉｃ（「隣り合う２つの伝熱コイルの一方」の他の一例）における管体巻回部５１ｉの巻回中心と、内側伝熱コイル５０ｉｄ（「隣り合う２つの伝熱コイルの他方」の他の一例）における管体巻回部５１ｉの巻回中心とが筒状部４１の中心において同心となり、かつ内側伝熱コイル５０ｉｃの管体巻回部５１ｉにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ３，Ｌ４（「径方向に沿った仮想線」の一例）と、内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ１，Ｌ２（「径方向に沿った仮想線」の一例）とが４５度の角度で交差するように、内側伝熱コイル５０ｉｃの管体巻回部５１ｉ、および内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉが容器体４０の筒長方向で並んで配置されている。
【００７２】
これにより、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、内側伝熱コイル５０ｉｃにおける管体巻回部５１ｉと内側伝熱コイル５０ｉｄにおける管体巻回部５１ｉとが、容器体４０の筒長方向で重なり合う部分である「重なり部（一方の管体巻回部５１ｉを構成する管体の周方向の一部が他方の管体巻回部５１ｉを構成する管体に対して筒長方向で重なっている部分）」と、筒長方向で重ならない部分である「非重なり部（一方の管体巻回部５１ｉを構成する管体の周方向の一部が他方の管体巻回部５１ｉを構成する管体に対して筒長方向で重なっていない部分）」とが生じた状態となっている。具体的には、図９に示すように、内側伝熱コイル５０ｉｃ，５０ｉｄの管体巻回部５１ｉ，５１ｉには、両管体巻回部５１ｉ，５１ｉの周方向に沿って連続する「重なり部」が設けられると共に、８箇所の「非重なり部（一方の管体巻回部５１ｉを構成する管体の巻径方向における外周側の一部や内周側の一部が他方の管体巻回部５１ｉを構成する管体とは重ならない状態となっている部分）」が生じた状態となっている。
【００７３】
さらに、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、図１０に示すように、外側伝熱コイル５０ｏｄ，５０ｏｃ（「筒長方向において隣り合う２つの伝熱コイル」の他の一例）を容器体４０の筒長方向に沿って上方から見たときに、外側伝熱コイル５０ｏｄ（「隣り合う２つの伝熱コイルの一方」の他の一例）における管体巻回部５１ｏの巻回中心と、外側伝熱コイル５０ｏｃ（「隣り合う２つの伝熱コイルの他方」の一例）における管体巻回部５１ｏの巻回中心とが筒状部４１の中心において同心となり、かつ外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ３，Ｌ４（「径方向に沿った仮想線」の他の一例）と、外側伝熱コイル５０ｏｃの管体巻回部５１ｏにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ１，Ｌ２（「径方向に沿った仮想線」の他の一例）とが４５度の角度で交差するように、外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏ、および外側伝熱コイル５０ｏｃの管体巻回部５１ｏが容器体４０の筒長方向で並んで配置されている。
【００７４】
これにより、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、外側伝熱コイル５０ｏｄにおける管体巻回部５１ｏと外側伝熱コイル５０ｏｃにおける管体巻回部５１ｏとが、容器体４０の筒長方向で重なり合う部分である「重なり部」と、筒長方向で重ならない部分である「非重なり部」とが生じた状態となっている。具体的には、図１０に示すように、外側伝熱コイル５０ｏｄ，５０ｏｃの管体巻回部５１ｏ，５１ｏには、「重なり部」および「非重なり部」が交互に設けられて８箇所の「重なり部」と８箇所の「非重なり部」が生じた状態となっている。
【００７５】
また、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、図１０に示すように、内側伝熱コイル５０ｉａ，５０ｉｂ（「筒長方向において隣り合う２つの伝熱コイル」の他の一例）を容器体４０の筒長方向に沿って上方から見たときに、内側伝熱コイル５０ｉａ（「隣り合う２つの伝熱コイルの一方」の他の一例）における管体巻回部５１ｉの巻回中心と、内側伝熱コイル５０ｉｂ（「隣り合う２つの伝熱コイルの他方」の他の一例）における管体巻回部５１ｉの巻回中心とが筒状部４１の中心において同心となり、かつ内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ１，Ｌ２（「径方向に沿った仮想線」の他の一例）と、内側伝熱コイル５０ｉｂの管体巻回部５１ｉにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ３，Ｌ４（「径方向に沿った仮想線」の他の一例）とが４５度の角度で交差するように、内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉ、および内側伝熱コイル５０ｉｂの管体巻回部５１ｉが容器体４０の筒長方向で並んで配置されている。
【００７６】
これにより、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、内側伝熱コイル５０ｉａにおける管体巻回部５１ｉと内側伝熱コイル５０ｉｂにおける管体巻回部５１ｉとが、容器体４０の筒長方向で重なり合う部分である「重なり部」と、筒長方向で重ならない部分である「非重なり部」とが生じた状態となっている。具体的には、図１０に示すように、内側伝熱コイル５０ｉａ，５０ｉｂの管体巻回部５１ｉ，５１ｉには、両管体巻回部５１ｉ，５１ｉの周方向に沿って連続する「重なり部」が設けられると共に、８箇所の「非重なり部」が生じた状態となっている。
【００７７】
なお、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０とは相違するが、「非重なり部」を生じさせる２つの外側伝熱コイル５０ｏ，５０ｏに関し、一方の管体巻回部５１ｏにおける最大径部の径方向に沿った「仮想線」と、他方の管体巻回部５１ｏにおける最大径部の径方向に沿った「仮想線」とが４５度以外の任意の角度で交差するように構成することもできる。同様にして、「非重なり部」を生じさせる２つの内側伝熱コイル５０ｉ，５０ｉに関し、一方の管体巻回部５１ｉにおける最大径部の径方向に沿った「仮想線」と、他方の管体巻回部５１ｉにおける最大径部の径方向に沿った「仮想線」とが４５度以外の任意の角度で交差するように構成することもできる。
【００７８】
さらに、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、「非重なり部」が設けられた外側伝熱コイル５０ｏｄ，５０ｏｃのうちの容器体４０内におけるブラインの移動方向（図２に示す矢印Ａの向き）の上流側に配設されている外側伝熱コイル５０ｏｄと、外側伝熱コイル５０ｏｄの上流側に並んで配設されている（容器体４０の筒長方向で隣接している）外側伝熱コイル５０ｏａとを容器体４０の筒長方向に沿って上方から見たときに、図１１に示すように、外側伝熱コイル５０ｏａにおける管体巻回部５１ｏの巻回中心と、外側伝熱コイル５０ｏｄにおける管体巻回部５１ｏの巻回中心とが筒状部４１の中心において同心となり、かつ外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ３，Ｌ４と、外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ３，Ｌ４とが一致するように、外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏ、および外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏが容器体４０の筒長方向で並んで配置されている。
【００７９】
これにより、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、外側伝熱コイル５０ｏａにおける管体巻回部５１ｏと外側伝熱コイル５０ｏｄにおける管体巻回部５１ｏとが容器体４０の筒長方向において重なって「非重なり部」が生じない状態となっている。
【００８０】
また、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、「非重なり部」が設けられた内側伝熱コイル５０ｉａ，５０ｉｂのうちの容器体４０内におけるブラインの移動方向（図２に示す矢印Ａの向き）の上流側に配設されている内側伝熱コイル５０ｉａと、内側伝熱コイル５０ｉａの上流側に並んで配設されている（容器体４０の筒長方向で隣接している）内側伝熱コイル５０ｉｄとを容器体４０の筒長方向に沿って上方から見たときに、図１１に示すように、内側伝熱コイル５０ｉｄにおける管体巻回部５１ｉの巻回中心と、内側伝熱コイル５０ｉａにおける管体巻回部５１ｉの巻回中心とが筒状部４１の中心において同心となり、かつ内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ１，Ｌ２と、内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉにおける最大径部の径方向に沿った一点鎖線Ｌ１，Ｌ２とが一致するように、内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉ、および内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉが容器体４０の筒長方向で並んで配置されている。
【００８１】
これにより、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、内側伝熱コイル５０ｉｄにおける管体巻回部５１ｉと内側伝熱コイル５０ｉａにおける管体巻回部５１ｉとが容器体４０の筒長方向において重なって「非重なり部」が生じない状態となっている。
【００８２】
次に、水素ガス冷却装置１による水素ガスの冷却処理について説明する。
【００８３】
この水素ガス冷却装置１では、水素ガス冷却用熱交換器３０において水素ガスを冷却する水素ガス冷却処理を実行していないときに、ブラインタンク１２と水素ガス冷却用熱交換器３０との間で少量のブラインを循環させる構成が採用されている。具体的には、制御部１６は、水素ガス冷却処理の非実行時に、液送ポンプ１４ｂを制御することにより、予め規定された時間間隔でブラインタンク１２から水素ガス冷却用熱交換器３０に少量のブラインを断続的に供給させる。これにより、後述するブライン冷却処理によって冷却された低温のブラインがブラインタンク１２からブライン配管１３ｃを介して水素ガス冷却用熱交換器３０に供給され、水素ガス冷却用熱交換器３０内のブラインがブライン配管１３ｄを介してブラインタンク１２に戻される結果、地熱等で温度上昇したブラインがブライン配管１３ｃや水素ガス冷却用熱交換器３０内に滞留した状態、すなわち、水素ガス冷却処理の開始時に水素ガスを好適に冷却可能な状態となるまでに長い時間を要する状態となるのを好適に回避することが可能となっている。
【００８４】
また、制御部１６は、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上記の処理と並行して、ブラインタンク１２内のブラインを冷凍回路１１によって冷却するブライン冷却処理を実行することでブラインタンク１２内のブラインの温度を水素ガスの冷却に適した温度範囲内の温度に維持する。具体的には、上記のようなブラインの循環処理を実行することにより、ブラインタンク１２から水素ガス冷却用熱交換器３０に供給されるブラインの温度、すなわち、ブラインタンク１２内のブラインの温度が温度センサ１５によって検出される。したがって、制御部１６は、温度センサ１５からのセンサ信号Ｓ１５に基づいて特定したブラインの温度が規定温度範囲内の温度であるか否かを判別する処理を繰り返し実行する（ブライン温度の監視処理）。
【００８５】
また、制御部１６は、特定したブラインの温度が上記の規定温度範囲の上限値よりも高温であると判別したときに、冷凍回路１１によるブライン冷却処理を開始すると共に、液送ポンプ１４ａを制御してブラインタンク１２と冷凍回路１１（蒸発器２４）との間でブラインを循環させる。この際に、本例の水素ガス冷却装置１では、制御部１６が、一例として、特定したブライン温度に応じて圧縮機２１の回転数を変化させることにより、蒸発器２４においてブラインを好適に冷却するのに必要な量のフロンを圧縮させる。
【００８６】
これにより、圧縮機２１から吐出されて凝縮器２２において凝縮されたフロンが膨張弁２３を介して蒸発器２４に供給され、気化したフロンとの熱交換によってブラインが冷却される。なお、本例の水素ガス冷却装置１では、圧縮機２１の運転状態の変更と並行して膨張弁２３の開弁率を変更する公知の処理（蒸発器２４へのフロンの供給量を変化させる処理）が行われるが、水素ガス冷却装置１の動作に関する理解を容易とするために、膨張弁２３の開弁率を変更する処理についての説明を省略する。このような処理を、センサ信号Ｓ１５に基づいて特定されるブラインの温度が規定温度範囲内の温度となるまで継続することにより、ブラインタンク１２内のブラインの温度が水素ガスの冷却に適した目標温度範囲内の温度に維持される。
【００８７】
一方、給気対象Ｘへの水素ガスの充填（給気）に際しては、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１６に給気開始信号が出力され、これに伴い、制御部１６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へのブラインの供給量を増加させる。これにより、水素ガスの冷却に必要な量のブラインがブラインタンク１２からブライン配管１３ｃを介して水素ガス冷却用熱交換器３０に供給される。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の通過時に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。
【００８８】
この場合、本例の水素ガス冷却装置１（水素ガス冷却用熱交換器３０）では、上記のような水素ガスの冷却に際してブラインタンク１２内のブラインが液送ポンプ１４ｂによってブライン配管１３ｃを介して水素ガス冷却用熱交換器３０に圧送されたときに、圧送されたブラインがブライン導入部４３の噴出ノズル４３ａから熱交換処理空間Ｓ内に噴出された後に、図２に示す矢印Ａの向き（容器体４０の底部から上方に向かう向き）で容器体４０内を移動させられる。
【００８９】
具体的には、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、図１２に示すように、液送ポンプ１４ｂによってブライン配管１３ｃを介して水素ガス冷却用熱交換器３０に圧送されたブラインがブライン導入部４３の噴出ノズル４３ａから矢印Ｃ１で示すように熱交換処理空間Ｓ内に上向きで噴出される際に、噴出ノズル４３ａの近傍のブラインが、噴出ノズル４３ａにおける流体吸込口から噴出ノズル４３ａ内に吸い込まれて、液送ポンプ１４ｂによって圧送されたブラインと共に矢印Ｃ２で示すように熱交換処理空間Ｓ内に上向きで再び噴出される。なお、同図では、液送ポンプ１４ｂによって圧送されたブラインの流れ、およびエゼクター効果によって流体吸込口から吸い込まれるブラインの流れについての理解を容易とするために、矢印Ｃ１，Ｃ２，Ｃ２を区別して図示しているが、実際には、上記の２つの流れが噴出ノズル４３ａ内において入り交じった状態で噴出ノズル４３ａからブラインが噴出される。これにより、噴出ノズル４３ａから噴出されたブラインに乱流が生じる。
【００９０】
一方、噴出ノズル４３ａから噴出されたブラインは、まず、熱交換処理空間Ｓの最下部に配置されている外側伝熱コイル５０ｏｂの管体巻回部５１ｏ、および内側伝熱コイル５０ｉｃの管体巻回部５１ｉに当接する。これにより、外側伝熱コイル５０ｏｂ内の水素ガス（水素ガス導入部４６から導入されて水素ガス流路Ｌ５０ｂを流れている水素ガス）、および内側伝熱コイル５０ｉｃ内の水素ガス（水素ガス導入部４６から導入されて水素ガス流路Ｌ５０ｃを流れている水素ガス）との熱交換によってこれらの水素ガスが冷却される。
【００９１】
この場合、ブライン導入部４３に噴出ノズル４３ａが配設されている本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、容器体４０の底部に導入された直後のブラインが、噴出ノズル４３ａからの噴出された時点において生じる上記の乱流の影響により、筒状部４１の径方向に拡散しつつ外側伝熱コイル５０ｏｂおよび内側伝熱コイル５０ｉｃに到達する。したがって、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、外側伝熱コイル５０ｏｂの管体巻回部５１ｏや内側伝熱コイル５０ｉｃの管体巻回部５１ｉの周囲をブラインが上向きに直進して管体巻回部５１ｏ，５１ｉを素通りする事態、すなわち、外側伝熱コイル５０ｏｂおよび内側伝熱コイル５０ｉｃにおけるブラインと水素ガスとの熱交換効率が低下する事態が好適に回避される。
【００９２】
これにより、熱交換処理空間Ｓに導入されたブラインが、外側伝熱コイル５０ｏｂの管体巻回部５１ｏにおける最下部の管体だけでなく、その管体巻回部５１ｏの最下部よりも上方の管体に対しても好適に当接すると共に、内側伝熱コイル５０ｉｃの管体巻回部５１ｉにおける最下部の管体だけでなく、その管体巻回部５１ｉの最下部よりも上方の管体に対しても好適に当接する。
【００９３】
また、外側伝熱コイル５０ｏｂの管体巻回部５１ｏ、および内側伝熱コイル５０ｉｃの管体巻回部５１ｉにおいて水素ガスを冷却したブラインは、熱交換処理空間Ｓ内に順次導入される新たなブラインに押し上げられるようにして矢印Ａの向きで容器体４０内をさらに移動させられ、外側伝熱コイル５０ｏａおよび内側伝熱コイル５０ｉｄに到達する。これにより、外側伝熱コイル５０ｏａ内の水素ガス（水素ガス導入部４６から導入されて水素ガス流路Ｌ５０ａを流れている水素ガス）、および内側伝熱コイル５０ｉｄ内の水素ガス（水素ガス導入部４６から導入されて水素ガス流路Ｌ５０ｄを流れている水素ガス）との熱交換によってこれらの水素ガスが冷却される。
【００９４】
この場合、上記の外側伝熱コイル５０ｏｂおよび内側伝熱コイル５０ｉｃよりも上方に配置されている外側伝熱コイル５０ｏａおよび内側伝熱コイル５０ｉｄにブラインが到達したときには、噴出ノズル４３ａの効果（ブラインを拡散させる向きに移動させようとする力）が弱まる。しかしながら、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、前述したように、外側伝熱コイル５０ｏｂの管体巻回部５１ｏと、外側伝熱コイル５０ｏｂの上方に配置されている外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏとが、「非重なり部」が生じる状態となるように配置されると共に、内側伝熱コイル５０ｉｃの管体巻回部５１ｉと、内側伝熱コイル５０ｉｃの上方に配置されている内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉとが、「非重なり部」が生じる状態となるように配置されている。
【００９５】
このため、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏにおける最下部の管体の「非重なり部」や、内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉにおける最下部の「非重なり部」に対して、熱交換処理空間Ｓを上昇するブラインが好適に当接させられる。また、ブラインが管体巻回部５１ｏ，５１ｉの最下部の「非重なり部」に当接することでブラインの移動方向が変化させられて（上向きに直進する方向から反らされて）乱流が生じる結果、外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏや内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉの周囲をブラインが上向きに直進して管体巻回部５１ｏ，５１ｉを素通りする事態、すなわち、外側伝熱コイル５０ｏａおよび内側伝熱コイル５０ｉｄにおけるブラインと水素ガスとの熱交換効率が低下する事態が好適に回避される。
【００９６】
これにより、熱交換処理空間Ｓを上昇するブラインが、外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏにおける最下部の管体だけでなく、最下部よりも上方の管体に対しても好適に当接すると共に、内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉにおける最下部の管体だけでなく、最下部よりも上方の管体に対しても好適に当接する結果、水素ガスが好適に冷却される。
【００９７】
さらに、外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏ、および内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉにおいて水素ガスを冷却したブラインは、外側伝熱コイル５０ｏｂおよび内側伝熱コイル５０ｉｃから矢印Ａの向きに移動するブラインに押し上げられるようにして矢印Ａの向きで容器体４０内をさらに移動させられ、外側伝熱コイル５０ｏｄおよび内側伝熱コイル５０ｉａに到達する。これにより、外側伝熱コイル５０ｏｄ内の水素ガス（水素ガス導入部４６から導入されて水素ガス流路Ｌ５０ｄを流れている水素ガス）、および内側伝熱コイル５０ｉａ内の水素ガス（水素ガス導入部４６から導入されて水素ガス流路Ｌ５０ａを流れている水素ガス）との熱交換によってこれらの水素ガスが冷却される。
【００９８】
この場合、上記したように、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、外側伝熱コイル５０ｏｂ，５０ｏａの管体巻回部５１ｏ，５１ｏに「非重なり部」が生じると共に、内側伝熱コイル５０ｉｃ，５０ｉｄの管体巻回部５１ｉ，５１ｉに「非重なり部」が生じるように構成されており、これらの管体巻回部５１ｏ，５１ｏや管体巻回部５１ｉ，５１ｉにおいて熱交換処理空間Ｓ内を上昇するブラインが「非重なり部」に当接する分だけ、ブラインの通過抵抗が僅かに大きくなっている。このため、外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏや内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉを通過したブラインの流速が、上記の通過抵抗に起因してやや低下した状態となる。また、ブラインの流速が低下した状態では、単位時間当りに管体巻回部５１ｏ，５１ｉ内の水素ガスと熱交換させられるブラインの量が減少することとなり、その熱交換効率が僅かに低下することとなる。
【００９９】
そこで、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、「非重なり部」が生じるように配置されている外側伝熱コイル５０ｏｂ，５０ｏａの管体巻回部５１ｏ，５１ｏの上流側に配置された外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏを、外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏに対して容器体４０の筒長方向で重ねて「非重なり部」が生じないように配置すると共に、「非重なり部」が生じるように配置されている内側伝熱コイル５０ｉｃ，５０ｉｄの管体巻回部５１ｉ，５１ｉの上流側に配置された内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉを、内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉに対して容器体４０の筒長方向で重ねて「非重なり部」が生じないように配置することにより、「非重なり部」の存在による通過低下の増大を回避して、ブラインの流速を上昇させる構成が採用されている。
【０１００】
これにより、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏ、および内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉを通過する際に生じたブラインが、その流速を大きく低下させることなく、外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏ、および内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉまで到達する。したがって、外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏや内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉにおいて単位時間当りに水素ガスと熱交換させられるブラインの量が減少する事態が好適に回避される。
【０１０１】
また、上流側の「非重なり部」の存在によって乱流が生じた状態のブラインが流速を大きく低下させることなく到達することで、外側伝熱コイル５０ｏｄおよび内側伝熱コイル５０ｉａに到達したブラインが乱流の状態を維持しているため、外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏや内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉの周囲をブラインが上向きに直進して管体巻回部５１ｏ，５１ｉを素通りする事態、すなわち、外側伝熱コイル５０ｏｄおよび内側伝熱コイル５０ｉａにおけるブラインと水素ガスとの熱交換効率が低下する事態が好適に回避される。
【０１０２】
これにより、外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏにおけるすべての管体に対してブラインが好適に当接すると共に、内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉにおけるすべての管体に対してもブラインが好適に当接する結果、水素ガスが好適に冷却される。
【０１０３】
また、外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏ、および内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉにおいて水素ガスを冷却したブラインは、外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏ、および内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉに流入する新たなブラインに押し上げられるようにして矢印Ａの向きで容器体４０内をさらに移動させられ、外側伝熱コイル５０ｏｃおよび内側伝熱コイル５０ｉｂに到達する。これにより、外側伝熱コイル５０ｏｃ内の水素ガス（水素ガス導入部４６から導入されて水素ガス流路Ｌ５０ｃを流れている水素ガス）、および内側伝熱コイル５０ｉｂ内の水素ガス（水素ガス導入部４６から導入されて水素ガス流路Ｌ５０ｂを流れている水素ガス）との熱交換によってこれらの水素ガスが冷却される。
【０１０４】
この場合、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、前述したように、外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏと、外側伝熱コイル５０ｏｄの上方に配置されている外側伝熱コイル５０ｏｃの管体巻回部５１ｏとが、「非重なり部」が生じる状態となるように配置されると共に、内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉと、内側伝熱コイル５０ｉａの上方に配置されている内側伝熱コイル５０ｉｂの管体巻回部５１ｉとが、「非重なり部」が生じる状態となるように配置されている。
【０１０５】
このため、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、外側伝熱コイル５０ｏｃの管体巻回部５１ｏにおける最下部の管体の「非重なり部」や、内側伝熱コイル５０ｉｂの管体巻回部５１ｉにおける最下部の「非重なり部」に対して、熱交換処理空間Ｓを上昇するブラインが好適に当接させられる。また、ブラインが管体巻回部５１ｏ，５１ｉの最下部の「非重なり部」に当接することでブラインの移動方向が変化させられる（上向きに直進する方向から反らされる）結果、外側伝熱コイル５０ｏｃの管体巻回部５１ｏや内側伝熱コイル５０ｉｂの管体巻回部５１ｉの周囲をブラインが上向きに直進して管体巻回部５１ｏ，５１ｉを素通りする事態、すなわち、外側伝熱コイル５０ｏｃおよび内側伝熱コイル５０ｉｂにおけるブラインと水素ガスとの熱交換効率が低下する事態が好適に回避される。
【０１０６】
これにより、熱交換処理空間Ｓを上昇するブラインが、外側伝熱コイル５０ｏｃの管体巻回部５１ｏにおける最下部の管体だけでなく、最下部よりも上方の管体に対しても好適に当接すると共に、内側伝熱コイル５０ｉｂの管体巻回部５１ｉにおける最下部の管体だけでなく、最下部よりも上方の管体に対しても好適に当接する結果、水素ガスが好適に冷却される。また、前述したように、この外側伝熱コイル５０ｏｃや内側伝熱コイル５０ｉｂの上流側においてブラインの流速が上昇させられているため、外側伝熱コイル５０ｏｃの管体巻回部５１ｏや内側伝熱コイル５０ｉｂの管体巻回部５１ｉにおいて単位時間当りに水素ガスと熱交換させられるブラインの量が減少する事態も好適に回避される。
【０１０７】
さらに、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、各外側伝熱コイル５０ｏの管体巻回部５１ｏや各内側伝熱コイル５０ｉの管体巻回部５１ｉを貫通するようにして、容器体４０の中心部に筒長方向に沿って増速用シャフト４５が配設されている。したがって、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、熱交換処理空間Ｓ内に導入されて容器体４０の筒長方向で上向き（図２に示す矢印Ａの向き）で移動させられるブラインが増速用シャフト４５の位置まで到達したときに、ブラインの流路が増速用シャフト４５の断面積の分だけ減少することで、その移動速度が上昇させられる。これにより、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、各外側伝熱コイル５０ｏの管体巻回部５１ｏや各内側伝熱コイル５０ｉの管体巻回部５１ｉの部位において単位時間当りに水素ガスと熱交換させられるブラインの量を十分に増加させることができ、これにより、水素ガスを一層好適に冷却することが可能となっている。
【０１０８】
一方、ブラインとの熱交換によって冷却された水素ガス（水素ガス流路Ｌ５０ａ〜Ｌ５０ｄを通過して水素ガス排出部４７に到達した水素ガス）は、前述したように、水素ガス配管４ｃを介して給気対象Ｘに給気され、水素ガス冷却用熱交換器３０において水素ガスを冷却することで温度上昇したブラインは、ブライン配管１３ｄを介してブラインタンク１２に回収される。この後、水素ガスの給気が完了したときには、水素ガス給気システム１００の主制御装置から水素ガス冷却装置１の制御部１６に給気終了信号が出力される。これに伴い、制御部１６は、水素ガス冷却処理を終了し、液送ポンプ１４ｂを制御して前述したブラインの循環処理を開始する（ブラインタンク１２から水素ガス冷却用熱交換器３０へのブラインの供給量を減少させる）と共に、ブラインタンク１２内のブラインを規定温度範囲内に維持する前述した処理を継続する。
【０１０９】
このように、この水素ガス冷却用熱交換器３０では、管体巻回部５１ｏの巻回軸方向が容器体４０の筒長方向にそれぞれ沿うようにして各外側伝熱コイル５０ｏが筒長方向に沿って並んで容器体４０内に収容され、かつ管体巻回部５１ｉの巻回軸方向が容器体４０の筒長方向にそれぞれ沿うようにして各内側伝熱コイル５０ｉが筒長方向に沿って並んで容器体４０内に収容されると共に、外側伝熱コイル５０ｏｂにおける管体巻回部５１ｏの一部が外側伝熱コイル５０ｏａにおける管体巻回部５１ｏに対して筒長方向において重ならない「非重なり部」、外側伝熱コイル５０ｏｄにおける管体巻回部５１ｏの一部が外側伝熱コイル５０ｏｃにおける管体巻回部５１ｏに対して筒長方向において重ならない「非重なり部」、内側伝熱コイル５０ｉｃにおける管体巻回部５１ｉの一部が内側伝熱コイル５０ｉｄにおける管体巻回部５１ｉに対して筒長方向において重ならない「非重なり部」、および内側伝熱コイル５０ｉａにおける管体巻回部５１ｉの一部が内側伝熱コイル５０ｉｂにおける管体巻回部５１ｉに対して筒長方向において重ならない「非重なり部」が生じるように各外側伝熱コイル５０ｏおよび各内側伝熱コイル５０ｉが配置されている。
【０１１０】
したがって、この水素ガス冷却用熱交換器３０によれば、容器体４０の筒長方向に沿って直進しようとするブラインが「非重なり部」に当接することで、この「非重なり部」内の水素ガスと好適に熱交換させることができるだけでなく、「非重なり部」に当接することでブラインの移動方向が容器体４０の筒長方向から反らされて乱流が生じる結果、管体巻回部５１ｏ，５１ｉにおける最上流部の管体だけでなく、最上流部の管体よりも下流側の各管体に対してもブラインを好適に当接させることができ、管体巻回部５１ｏ，５１ｉ内の水素ガスと好適に熱交換させることができるため、管体巻回部５１ｏ，５１ｉ内の水素ガスと一層好適に熱交換させることができる。これにより、部品コストや組立てコストの高騰を招いたり、大きな「容器体」を必要としたりするプロペラ等を備えることなく、水素ガスとブラインとの熱交換効率を十分に向上させることができるため、その製造コストを十分に低減することができると共に、十分に小形化することができる。また、プロペラを回転させるためのモータ等が不要となるため、そのランニングコストも十分に低減することができる。
【０１１１】
また、この水素ガス冷却用熱交換器３０では、管体巻回部５１ｏの巻形が互いに等しい非正円形（本例では、丸みを帯びた略正方形）で、かつ管体巻回部５１ｏにおける最大径部の巻径が互いに等しくなるように各管体巻回部５１ｏが構成されると共に、外側伝熱コイル５０ｏｂにおける管体巻回部５１ｏの最大径部の径方向に沿った仮想線（図９における一点鎖線Ｌ１，Ｌ２）と、外側伝熱コイル５０ｏａにおける管体巻回部５１ｏの最大径部の径方向に沿った仮想線（図９における一点鎖線Ｌ３，Ｌ４）とが交差するように両外側伝熱コイル５０ｏｂ，５０ｏａが配置されて「非重なり部」が設けられ、かつ外側伝熱コイル５０ｏｄにおける管体巻回部５１ｏの最大径部の径方向に沿った仮想線（図１０における一点鎖線Ｌ３，Ｌ４）と、外側伝熱コイル５０ｏｃにおける管体巻回部５１ｏの最大径部の径方向に沿った仮想線（図１０における一点鎖線Ｌ１，Ｌ２）とが交差するように両外側伝熱コイル５０ｏｄ，５０ｏｃが配置されて「非重なり部」が設けられている。
【０１１２】
また、この水素ガス冷却用熱交換器３０では、管体巻回部５１ｉの巻形が互いに等しい非正円形（本例では、丸みを帯びた略正方形）で、かつ管体巻回部５１ｉにおける最大径部の巻径が互いに等しくなるように各管体巻回部５１ｉが構成されると共に、内側伝熱コイル５０ｉｃおける管体巻回部５１ｉの最大径部の径方向に沿った仮想線（図９における一点鎖線Ｌ３，Ｌ４）と、内側伝熱コイル５０ｉｄにおける管体巻回部５１ｉの最大径部の径方向に沿った仮想線（図９における一点鎖線Ｌ１，Ｌ２）とが交差するように両内側伝熱コイル５０ｉｃ，５０ｉｄが配置されて「非重なり部」が設けられ、かつ内側伝熱コイル５０ｉａにおける管体巻回部５１ｉの最大径部の径方向に沿った仮想線（図１０における一点鎖線Ｌ１，Ｌ２）と、内側伝熱コイル５０ｉｂにおける管体巻回部５１ｉの最大径部の径方向に沿った仮想線（図１０における一点鎖線Ｌ３，Ｌ４）とが交差するように両内側伝熱コイル５０ｉａ，５０ｉｂが配置されて「非重なり部」が設けられている。
【０１１３】
したがって、この水素ガス冷却用熱交換器３０によれば、管体巻回部５１ｏの巻形や巻径が同様の外側伝熱コイル５０ｏ，５０ｏや、管体巻回部５１ｉの巻形や巻径が同様の内側伝熱コイル５０ｉ，５０ｉを使用し、それらの配置角度を異ならせるだけで「非重なり部」を生じさせることができため、「管体巻回部」の巻形や巻径が相違する複数種類の「伝熱コイル」を製作して「非重なり部」を生じさせる構成と比較して、その製造コストを一層低減することができる。
【０１１４】
さらに、この水素ガス冷却用熱交換器３０では、「非重なり部」が設けられた外側伝熱コイル５０ｏｂ，５０ｏａのうちの下流側の外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏと、外側伝熱コイル５０ｏａのさらに下流側に並んで配置された外側伝熱コイル５０ｏｄの外側伝熱コイル５０ｏとが容器体４０の筒長方向において重なって「非重なり部」が生じないように各外側伝熱コイル５０ｏが配置されると共に、「非重なり部」が設けられた内側伝熱コイル５０ｉｃ，５０ｉｄのうちの下流側の内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉと、内側伝熱コイル５０ｉｄのさらに下流側に並んで配置された内側伝熱コイル５０ｉａの内側伝熱コイル５０ｉとが容器体４０の筒長方向において重なって「非重なり部」が生じないように各内側伝熱コイル５０ｉが配置されている。
【０１１５】
したがって、この水素ガス冷却用熱交換器３０によれば、上流側に設けられている「非重なり部」において低下したブラインの流速を十分に上昇させることができ、これにより、単位時間当りに水素ガスと熱交換させられるブラインの量を十分に増加させることができるため、外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏや内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉにおいて水素ガスとブラインとの熱交換効率が低下する事態を好適に回避することができる。
【０１１６】
さらに、この水素ガス冷却用熱交換器３０では、「非重なり部」が設けられた外側伝熱コイル５０ｏｄ，５０ｏｃのうちの上流側の外側伝熱コイル５０ｏｄの管体巻回部５１ｏと、外側伝熱コイル５０ｏｄのさらに上流側に並んで配置された外側伝熱コイル５０ｏａの外側伝熱コイル５０ｏとが容器体４０の筒長方向において重なって「非重なり部」が生じないように各外側伝熱コイル５０ｏが配置されると共に、「非重なり部」が設けられた内側伝熱コイル５０ｉａ，５０ｉｂのうちの上流側の内側伝熱コイル５０ｉａの管体巻回部５１ｉと、内側伝熱コイル５０ｉａのさらに上流側に並んで配置された内側伝熱コイル５０ｉｄの内側伝熱コイル５０ｉとが容器体４０の筒長方向において重なって「非重なり部」が生じないように各内側伝熱コイル５０ｉが配置されている。
【０１１７】
したがって、この水素ガス冷却用熱交換器３０によれば、「非重なり部」の存在に起因して流速が低下する外側伝熱コイル５０ｏｃの管体巻回部５１ｏや内側伝熱コイル５０ｉｂの管体巻回部５１ｉに対して十分な流速でブラインを流入させることができるため、外側伝熱コイル５０ｏｃの管体巻回部５１ｏや内側伝熱コイル５０ｉｂの管体巻回部５１ｉにおいて水素ガスとブラインとの熱交換効率が低下する事態を好適に回避することができる。
【０１１８】
また、この水素ガス冷却用熱交換器３０によれば、「伝熱コイル」としての管体巻回部５１ｏおよび管体巻回部５１ｉをＮ＝４本の水素ガス流路Ｌ５０ａ〜Ｌ５０ｄ毎にそれぞれ備え、かつ「非重なり部」が少なくとも１箇所存在するように各管体巻回部５１ｏを配置すると共に、「非重なり部」が少なくとも１箇所存在するように各管体巻回部５１ｉを配置したことにより、各「流路」毎に「外側伝熱コイル」および「内側伝熱コイル」のいずれか一方だけを配設した構成と比較して、熱交換処理空間Ｓにおける水素ガスの流路長が十分に長くなり、これにより、ブラインと水素ガスとの熱交換処理時間が十分に長くなるため、水素ガスとブラインとを一層好適に熱交換させることができる。
【０１１９】
さらに、この水素ガス冷却用熱交換器３０によれば、流路長が互いに等しくなるようにＮ＝４本の水素ガス流路Ｌ５０ａ〜Ｌ５０ｄを構成したことにより、各水素ガスの流路の流路長が互いに相違する構成では、水素ガスが「流体合流部」に到達する時間に時間差が生じ、これに起因して、「熱交換器」からの水素ガスの単位時間当りの排出量に変化が生じるのに対し、水素ガス流路Ｌ５０ａ〜Ｌ５０ｄの流路長を等しくしたことで、水素ガスが各水素ガス流路Ｌ５０ａ〜Ｌ５０ｄを通過して水素ガス排出部４７に到達するまでの時間が等しくなるため、水素ガス冷却用熱交換器３０（水素ガス排出部４７）から水素ガスが排出され始めてから排出が完了するまで、その排出量を一定に保つことができる。
【０１２０】
また、この水素ガス冷却用熱交換器３０によれば、ブライン導入部４３に「エゼクター」としての噴出ノズル４３ａを取り付けたことにより、攪拌用のプロペラや、プロペラを回転させるための動力源を備えることなく、熱交換処理空間Ｓ内にブラインを噴出させるだけで乱流を生じさせることができるため、製造コストやランニングコストの高騰を招くことなく、外側伝熱コイル５０ｏｂの管体巻回部５１ｏや内側伝熱コイル５０ｉｃの管体巻回部５１ｉの周囲をブラインが上向きに直進して管体巻回部５１ｏ，５１ｉを素通りする事態を好適に回避することができ、これにより、外側伝熱コイル５０ｏｂや内側伝熱コイル５０ｉｃにおいてブラインと水素ガスとを好適に熱交換させることができる。
【０１２１】
また、この水素ガス冷却用熱交換器３０では、「第１熱交換対象流体」としての水素ガスと、「第２熱交換対象流体」としての「熱媒液」の一例であるブラインとを相互に熱交換可能に構成されている。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、ブラインを冷却する冷凍回路１１とを備え、冷凍回路１１によって冷却されたブラインと水素ガスとを水素ガス冷却用熱交換器３０内において相互に熱交換させることで水素ガスを冷却可能に構成されている。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、給気対象Ｘに対する水素ガスの給気コストを十分に低減することができる。
【０１２２】
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、平面視略四角形状の管体巻回部５１ｏを備えた外側伝熱コイル５０ｏ、および平面視略四角形状の管体巻回部５１ｉを備えた内側伝熱コイル５０ｉを備えた構成を例に挙げて説明したが、「管体巻回部」の巻径は、上記の略四角形状に限定されず、任意の非正円形（一例として、三角形、五角形以上の任意の多角形、および楕円形など）とすることができる。また、容器体４０（筒状部４１）の筒長方向で隣り合う外側伝熱コイル５０ｏ，５０ｏの管体巻回部５１ｏ，５１ｏや、筒長方向で隣り合う内側伝熱コイル５０ｉ，５１ｉの管体巻回部５１ｉ，５１ｉにそれぞれ８箇所の「非重なり部」を生じさせた構成を例に挙げて説明したが、筒長方向で隣り合う「伝熱コイル」の両「管体巻回部」に生じさせる「非重なり部」の数は、これに限定されず、任意の数に規定することができる。
【０１２３】
また、外側伝熱コイル５０ｏおよび内側伝熱コイル５０ｉの２種類の「伝熱コイル」を容器体４０内に配設した構成（「管体巻回部」を平面視二重環状に配置した構成）を例に挙げて説明したが、「外側伝熱コイル」および「内側伝熱コイル」のいずれか一方だけを配設した構成や、「外側伝熱コイル」および「内側伝熱コイル」の間に１つ以上の「伝熱コイル」を配設した構成（「管体巻回部」を平面視三重環状以上の環状に配置する構成）を採用することもできる。さらに、Ｎ＝４本の水素ガス流路Ｌ５０ａ〜Ｌ５０ｄを有する水素ガス冷却用熱交換器３０の構成を例に挙げて説明したが、Ｎ＝２本、またはＮ＝３本の「流路」を有する構成や、Ｎ＝５本以上の「流路」を有する構成を採用することもできる。
【０１２４】
また、ブラインの移動方向における最上流部の外側伝熱コイル５０ｏｂおよびその下流の外側伝熱コイル５０ｏａの管体巻回部５１ｏ，５１ｏを「非重なり部」が生じるように配置すると共に、また、ブラインの移動方向における最上流部の内側伝熱コイル５０ｉｃおよびその下流の内側伝熱コイル５０ｉｄの管体巻回部５１ｉ，５１ｉを「非重なり部」が生じるように配置した構成を例に挙げて説明したが、最上流部の「伝熱コイル」およびその下流の「伝熱コイル」の両「管体巻回部」を「容器体」の筒長方向で重ねて「非重なり部」が生じないように配置することもできる。このような構成を採用することにより、「容器体」内に導入された直後に生じた乱流によって「容器体」の筒長方向に直進し難い状態となっているブラインを、その最上流部において流速が大きく低下する事態を好適に回避することができる。
【０１２５】
さらに、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「第２熱交換対象流体（ブライン等）」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「第１熱交換対象流体（水素ガス等）」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、「第１熱交換対象流体」と「第２熱交換対象流体」とを対向する向きに流動させるのが好ましい。また、「第１熱交換対象流体」や「第２熱交換対象流体」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）。
【０１２６】
さらに、筒状部４１および蓋部４２ｂ，４２ｔで構成された「容器体本体」内に各外側伝熱コイル５０ｏの管体巻回部５１ｏや各内側伝熱コイル５０ｉの管体巻回部５１ｉと共に増速用シャフト４５を収容した容器体４０の構成を例に上げて説明したが、増速用シャフト４５を収容せずに「容器体」を構成することもできる。
【０１２７】
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）。
【０１２８】
さらに、「第１熱交換対象流体」の一例である水素ガスと、「第２熱交換対象流体」の一例である「熱媒液」としてのブラインとの熱交換によって水素ガスを冷却する水素ガス冷却装置１（水素ガス冷却用熱交換器３０）を例に挙げて説明したが、「熱交換器」によって相互に熱交換さえる対処の流体は、水素ガスやブラインに限定されず、任意の気体や任意の液体を相互に熱交換させることができる。また、「熱交換器」の用途についても、任意の流体の冷却に限定されず、任意の流体を加熱することを目的として使用することもできる。
【符号の説明】
【０１２９】
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
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
４３ａ  噴出ノズル
４４  ブライン排出部
４５  増速用シャフト
４６  水素ガス導入部
４７  水素ガス排出部
５０ｉａ〜５０ｉｄ  内側伝熱コイル
５０ｏａ〜５０ｏｄ  外側伝熱コイル
５１ｉ，５１ｏ  管体巻回部
６１ａｄ，６１ｂａ〜６１ｂｃ，６３ａｄ，６３ｂｂ，６３ｃｂ，６３ｄｂ  水素ガス配管
Ｌ１〜Ｌ４  一点鎖線
Ｌ５０ａ〜Ｌ５０ｄ  水素ガス流路
Ｓ  熱交換処理空間
Ｘ  給気対象
【図１】
2017125663.tif 000003
【図２】
2017125663.tif 000004
【図３】
2017125663.tif 000005
【図４】
2017125663.tif 000006
【図５】
2017125663.tif 000007
【図６】
2017125663.tif 000008
【図７】
2017125663.tif 000009
【図８】
2017125663.tif 000010
【図９】
2017125663.tif 000011
【図１０】
2017125663.tif 000012
【図１１】
2017125663.tif 000013
【図１２】
2017125663.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月16日(2016.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１熱交換対象流体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、第２熱交換対象流体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、前記第１熱交換対象流体と前記第２熱交換対象流体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、
前記第１熱交換対象流体の流路をＮ本（Ｎは、２以上の自然数）の流路に分岐させる流体分岐部と、前記Ｎ本の流路を合流させる流体合流部とを備えると共に、前記Ｎ本の流路毎に前記伝熱コイルがそれぞれ配設され、
前記各伝熱コイルは、前記管体巻回部の巻形が互いに等しい非正円形で、かつ当該管体巻回部における最大径部の巻径が互いに等しくなるように構成されて、当該管体巻回部の巻回軸方向が前記容器体の筒長方向にそれぞれ沿うようにして当該筒長方向に沿って並んで当該容器体内に収容されると共に、前記筒長方向において隣り合う２つの前記伝熱コイルの一方における前記管体巻回部の一部が当該隣り合う２つの伝熱コイルの他方における前記管体巻回部に対して当該筒長方向において重ならない非重なり部が少なくとも１箇所生じるように配置され、前記容器体の前記筒長方向に沿って見たときに、前記隣り合う２つの伝熱コイルの一方における前記管体巻回部の前記最大径部の径方向に沿った仮想線と、前記隣り合う２つの伝熱コイルの他方における前記管体巻回部の前記最大径部の径方向に沿った仮想線とが交差するように当該両伝熱コイルが配置されることで前記非重なり部が設けられている熱交換器。
【請求項２】
Ｎ＝３個以上の前記伝熱コイルが前記筒長方向に沿って並んで前記容器体内に収容され、
前記非重なり部が設けられた前記隣り合う２つの伝熱コイルのうちの前記第２熱交換対象流体の移動方向における下流側の当該伝熱コイルの前記管体巻回部と、前記下流側の伝熱コイルのさらに下流側に並んで配置された前記伝熱コイルの前記管体巻回部とが前記筒長方向において重なって前記非重なり部が生じないように配置されている請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
Ｎ＝３個以上の前記伝熱コイルが前記筒長方向に沿って並んで前記容器体内に収容され、
前記非重なり部が設けられた前記隣り合う２つの伝熱コイルのうちの前記第２熱交換対象流体の移動方向における上流側の当該伝熱コイルの前記管体巻回部と、前記上流側の伝熱コイルのさらに上流側に並んで配置された前記伝熱コイルの前記管体巻回部とが前記筒長方向において重なって前記非重なり部が生じないように配置されている請求項１または２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記伝熱コイルとしての外側伝熱コイル、および当該外側伝熱コイルの内側に配置された前記伝熱コイルとしての内側伝熱コイルを前記Ｎ本の流路毎にそれぞれ備え、かつ前記非重なり部が少なくとも１箇所存在するように前記各外側伝熱コイルが配置されると共に、前記非重なり部が少なくとも１箇所存在するように前記各内側伝熱コイルが配置されている請求項１から３のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項５】
前記Ｎ本の流路は、流路長が互いに等しくなるように構成されている請求項１から４のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項６】
前記容器体内に前記第２熱交換対象流体を導入する流体導入部にエゼクターが取り付けられている請求項１から５のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第１熱交換対象流体としての水素ガスと、前記第２熱交換対象流体としての熱媒液とを相互に熱交換可能に構成されている請求項１から６のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項８】
請求項７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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記目的を達成すべく、請求項１記載の熱交換器は、第１熱交換対象流体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、第２熱交換対象流体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、前記第１熱交換対象流体と前記第２熱交換対象流体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、前記第１熱交換対象流体の流路をＮ本（Ｎは、２以上の自然数）の流路に分岐させる流体分岐部と、前記Ｎ本の流路を合流させる流体合流部とを備えると共に、前記Ｎ本の流路毎に前記伝熱コイルがそれぞれ配設され、前記各伝熱コイルは、前記管体巻回部の巻形が互いに等しい非正円形で、かつ当該管体巻回部における最大径部の巻径が互いに等しくなるように構成されて、当該管体巻回部の巻回軸方向が前記容器体の筒長方向にそれぞれ沿うようにして当該筒長方向に沿って並んで当該容器体内に収容されると共に、前記筒長方向において隣り合う２つの前記伝熱コイルの一方における前記管体巻回部の一部が当該隣り合う２つの伝熱コイルの他方における前記管体巻回部に対して当該筒長方向において重ならない非重なり部が少なくとも１箇所生じるように配置され、前記容器体の前記筒長方向に沿って見たときに、前記隣り合う２つの伝熱コイルの一方における前記管体巻回部の前記最大径部の径方向に沿った仮想線と、前記隣り合う２つの伝熱コイルの他方における前記管体巻回部の前記最大径部の径方向に沿った仮想線とが交差するように当該両伝熱コイルが配置されることで前記非重なり部が設けられている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
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、Ｎ＝３個以上の前記伝熱コイルが前記筒長方向に沿って並んで前記容器体内に収容され、前記非重なり部が設けられた前記隣り合う２つの伝熱コイルのうちの前記第２熱交換対象流体の移動方向における下流側の当該伝熱コイルの前記管体巻回部と、前記下流側の伝熱コイルのさらに下流側に並んで配置された前記伝熱コイルの前記管体巻回部とが前記筒長方向において重なって前記非重なり部が生じないように配置されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項３記載の熱交換器は、請求項１または２記載の熱交換器において、Ｎ＝３個以上の前記伝熱コイルが前記筒長方向に沿って並んで前記容器体内に収容され、前記非重なり部が設けられた前記隣り合う２つの伝熱コイルのうちの前記第２熱交換対象流体の移動方向における上流側の当該伝熱コイルの前記管体巻回部と、前記上流側の伝熱コイルのさらに上流側に並んで配置された前記伝熱コイルの前記管体巻回部とが前記筒長方向において重なって前記非重なり部が生じないように配置されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項４記載の熱交換器は、請求項１から３のいずれかに記載の熱交換器において、前記伝熱コイルとしての外側伝熱コイル、および当該外側伝熱コイルの内側に配置された前記伝熱コイルとしての内側伝熱コイルを前記Ｎ本の流路毎にそれぞれ備え、かつ前記非重なり部が少なくとも１箇所存在するように前記各外側伝熱コイルが配置されると共に、前記非重なり部が少なくとも１箇所存在するように前記各内側伝熱コイルが配置されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
請求項５記載の熱交換器は、請求項１から４のいずれかに記載の熱交換器において、前記Ｎ本の流路は、流路長が互いに等しくなるように構成されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
請求項６記載の熱交換器は、請求項１から５のいずれかに記載の熱交換器において、前記容器体内に前記第２熱交換対象流体を導入する流体導入部にエゼクターが取り付けられている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
請求項７記載の熱交換器は、請求項１から６のいずれかに記載の熱交換器において、前記第１熱交換対象流体としての水素ガスと、前記第２熱交換対象流体としての熱媒液とを相互に熱交換可能に構成されている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
請求項８記載の水素ガス冷却装置は、請求項７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。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
また、請求項１記載の熱交換器では、管体巻回部の巻形が互いに等しい非正円形で、かつ管体巻回部における最大径部の巻径が互いに等しくなるように各伝熱コイルが構成されると共に、容器体の筒長方向に沿って見たときに、隣り合う２つの伝熱コイルの一方における管体巻回部の最大径部の径方向に沿った仮想線と、他方の伝熱コイルにおける管体巻回部の最大径部の径方向に沿った仮想線とが交差するように両伝熱コイルが配置されて非重なり部が設けられている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
したがって、請求項１記載の熱交換器によれば、管体巻回部の巻形や巻径が同様の伝熱コイルを使用し、それらの配置角度を異ならせるだけで非重なり部を生じさせることができため、管体巻回部の巻形や巻径が相違する複数種類の伝熱コイルを製作して非重なり部を生じさせる構成と比較して、その製造コストを一層低減することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
さらに、請求項２記載の熱交換器では、非重なり部が設けられた２つの伝熱コイルのうちの第２熱交換対象流体の移動方向における下流側の伝熱コイルの管体巻回部と、その下流側の伝熱コイルのさらに下流側に並んで配置された伝熱コイルの管体巻回部とが筒長方向において重なって非重なり部が生じないように各伝熱コイルが配置されている。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
したがって、請求項２記載の熱交換器によれば、上流側に設けられている非重なり部において低下した第２熱交換対象流体の流速を十分に上昇させることができ、これにより、単位時間当りに第１熱交換対象流体と熱交換させられる第２熱交換対象流体の量を十分に増加させることができるため、下流側の伝熱コイルの管体巻回部において第１熱交換対象流体と第２熱交換対象流体との熱交換効率が低下する事態を好適に回避することができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
さらに、請求項３記載の熱交換器では、非重なり部が設けられた２つの伝熱コイルのうちの第２熱交換対象流体の移動方向における上流側の伝熱コイルの管体巻回部と、その上流側の伝熱コイルのさらに上流側に並んで配置された伝熱コイルの管体巻回部とが筒長方向において重なって非重なり部が生じないように各伝熱コイルが配置されている。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
したがって、請求項３記載の熱交換器によれば、非重なり部の存在に起因して流速が低下する伝熱コイルの管体巻回部に対して十分な流速で第２熱交換対象流体を流入させることができるため、上流側の伝熱コイルの管体巻回部において第１熱交換対象流体と第２熱交換対象流体との熱交換効率が低下する事態を好適に回避することができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
また、請求項４記載の熱交換器によれば、外側伝熱コイルおよび内側伝熱コイルをＮ本の流路毎にそれぞれ備え、かつ非重なり部が少なくとも１箇所存在するように各外側伝熱コイルを配置すると共に、非重なり部が少なくとも１箇所存在するように各内側伝熱コイルを配置したことにより、各流路毎に外側伝熱コイルおよび内側伝熱コイルのいずれか一方だけを配設した構成と比較して、容器体内における第１熱交換対象流体の流路長が十分に長くなり、これにより、第２熱交換対象流体と第１熱交換対象流体との熱交換処理時間が十分に長くなるため、第１熱交換対象流体と第２熱交換対象流体とを一層好適に熱交換させることができる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
さらに、請求項５記載の熱交換器によれば、流路長が互いに等しくなるようにＮ本の流路を構成したことにより、各流路の流路長が互いに相違する構成では、第１熱交換対象流体が流体合流部に到達する時間に時間差が生じ、これに起因して、熱交換器からの第１熱交換対象流体の単位時間当りの排出量に変化が生じるのに対し、各流路の流路長を等しくしたことで、第１熱交換対象流体が各流路を通過して流体合流部に到達するまでの時間が等しくなるため、熱交換器から第１熱交換対象流体が排出され始めてから排出が完了するまで、その排出量を一定に保つことができる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
また、請求項６記載の熱交換器によれば、流体導入部にエゼクターを取り付けたことにより、攪拌用のプロペラや、プロペラを回転させるための動力源を備えることなく、容器体内に第２熱交換対象流体を噴出させるだけで乱流を生じさせることができるため、製造コストやランニングコストの高騰を招くことなく、伝熱コイルの周囲を第２熱交換対象流体が直進して管体巻回部を素通りする事態を好適に回避することができ、これにより、伝熱コイルにおいて第１熱交換対象流体と第２熱交換対象流体とを好適に熱交換させることができる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
また、請求項７記載の熱交換器では、第１熱交換対象流体としての水素ガスと、第２熱交換対象流体としての熱媒液とを相互に熱交換可能に構成されている。また、請求項８記載の水素ガス冷却装置では、請求項７記載の熱交換器と、熱媒液を冷却する冷凍回路とを備え、冷凍回路によって冷却された熱媒液と水素ガスとを熱交換器内において相互に熱交換させることで水素ガスを冷却可能に構成されている。したがって、請求項７記載の熱交換器、および請求項８記載の水素ガス冷却装置によれば、給気対象に対する水素ガスの給気コストを十分に低減することができる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
さらに、図２に示すように、ブライン導入部４３における熱交換処理空間Ｓ内の端部には、容器体４０の上方に向かってブラインを噴出しつつ筒状部４１の径方向にブラインを拡散させるための噴出ノズル４３ａが取り付けられている。この場合、噴出ノズル４３ａは、「エゼクター」の一例であって、本例の水素ガス冷却用熱交換器３０では、容器体４０における筒状部４１の平面視中央部に位置するようにブライン導入部４３（ブライン導入部４３を構成するブライン配管の端部）に取り付けられている。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２２】
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、平面視略四角形状の管体巻回部５１ｏを備えた外側伝熱コイル５０ｏ、および平面視略四角形状の管体巻回部５１ｉを備えた内側伝熱コイル５０ｉ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、上記の略四角形状に限定されず、任意の非正円形（一例として、三角形、五角形以上の任意の多角形、および楕円形など）とすることができる。また、容器体４０（筒状部４１）の筒長方向で隣り合う外側伝熱コイル５０ｏ，５０ｏの管体巻回部５１ｏ，５１ｏや、筒長方向で隣り合う内側伝熱コイル５０ｉ，５１ｉの管体巻回部５１ｉ，５１ｉにそれぞれ８箇所の「非重なり部」を生じさせた構成を例に挙げて説明したが、筒長方向で隣り合う「伝熱コイル」の両「管体巻回部」に生じさせる「非重なり部」の数は、これに限定されず、任意の数に規定することができる。