JP2020118199A

JP2020118199A - 水素冷却システム

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Publication number: JP2020118199A
Application number: JP2019008237A
Authority: JP
Inventors: 勉大滝; Tsutomu Otaki
Original assignee: Tatsuno Corp
Current assignee: Tatsuno Corp
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: JP6860861B2

Abstract

【課題】システム全体がコンパクトで、連続運転を必要とせず、しかも、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出来る水素冷却システムの提供。【解決手段】本発明の水素冷却システム１００は、断熱性に優れ且つ水素冷却用冷媒（ブライン）を充填した容器（１：真空断熱容器）と、当該容器（１）に内蔵されて水素冷却用冷媒と水素で熱交換する水素用熱交換器（２：水素プレクーラ）と、水素冷却用冷媒を冷却する冷凍機（１１）を含んでいる。【選択図】図２

Description

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。

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（例えば、特許文献１参照）の設置個所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。

水素を冷却するための従来のシステムが、図７で示されている。
図７において、水素冷却システム２００は、水素充填装置本体４０内に内蔵された水素熱交換器２０、２次冷媒であるブラインを冷却するブライン蓄冷熱交換器２１、１次冷媒であるフロンや液化二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷却する冷凍機２２（例えば空冷冷凍機）を有している。水素熱交換器２０は、例えばマイクロチャンネルから成る熱交換器である。
ブライン蓄冷熱交換器２１で冷却されたブラインは、冷媒循環配管２４により水素熱交換器２０に供給され、水素に冷熱を投入して所定の温度（例えば、−３５℃）まで冷却する。冷媒循環配管２４にはブライン循環用の循環ポンプ２７が介装される。冷凍機２２で冷却された１次冷媒（フロンや液化二酸化炭素）は、冷媒循環配管２５によりブライン蓄冷熱交換器２１に供給され、１次冷媒の冷熱はブライン蓄冷熱交換器２１に貯蔵されてブラインを冷却する。
冷凍機２２は冷却配管２６によりクーリングタワー２３に連通しており、クーリングタワー２３は冷凍機２２で発生した熱を排出する。

図７で示す従来の水素冷却システム２００では、１次側の冷却設備（冷凍機２２、冷媒循環配管２５）と２次側の冷却設備（ブライン蓄冷熱交換器２１、冷媒循環配管２４、循環ポンプ２７）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、ブライン蓄熱交換器２１及び２次冷媒の循環配管２４に介装された循環ポンプ２７を連続して運転する必要があり（例えば、「２４時間体制」で運転しなければならず）、水素冷却システム２００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。
一方、システム全体がコンパクトで、且つ、断続運転により冷却するシステムでは、充填量が増加し及び／又は充填頻度が増加すると、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。

特開２０００−１６６６３５号公報

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、システム全体がコンパクトで、連続運転を必要とせず、しかも、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出来る水素冷却システムの提供を目的としている。

本発明の水素冷却システム１００は、断熱性に優れ且つ水素冷却用冷媒（ブライン）を充填した容器（１：例えば真空断熱容器）と、当該容器（１）に内蔵されて水素冷却用冷媒と水素で熱交換する水素用熱交換器（２：水素プレクーラ）と、水素冷却用冷媒を冷却する冷凍機（１１）を含むことを特徴としている。

本発明において、前記水素用熱交換器（２、２−１）は複数の板状部材（２Ａ、２−１Ａ）を積層して構成され、板状部材（２Ａ、２−１Ａ）には水素通路（３、３−１）が形成されているのが好ましい。
そして、前記板状部材（２Ａ）には、水素冷却用冷媒通過用の貫通孔（５）が形成されているのが好ましい。或いは、前記板状部材（２−１Ａ）の外周部には、熱交換用のフィン（６）が設けられているのが好ましい。

本発明の実施に際して、水素用熱交換器（２、２−１：水素プレクーラ）を構成する積層体（２Ａ、２−１Ａ）は、拡散接合により層同士が接合されているのが好ましい。
そして本発明の実施に際して、水素用熱交換器（２、２−１：水素プレクーラ）は熱伝導性が高い材料、例えばベリリウム銅で製造されるのが好ましい。
本明細書において、前記容器（１：例えば真空断熱容器）、水素用熱交換器（２：水素プレクーラ）を含む機器を熱交換装置（１０、１０−１）と表示する場合がある。

上述の構成を具備する本発明の水素冷却システム（１００）によれば、図７で示す従来技術における２次側冷媒の循環系統（ブライン蓄冷熱交換器２１、冷媒循環配管２４、循環ポンプ２７）が省略されており、冷凍機（１１）で冷却された冷媒（図７の従来技術では１次冷媒であるフロン或いは液化ＣＯ_２）は、直接、熱交換装置（１０、１０−１）に供給される。
そして本発明の水素冷却システム（１００）では、水素冷却用冷媒（ブライン）を充填した真空断熱容器（１）は蓄冷槽として作用するので、水素冷却用冷媒を冷却する冷凍機（１１）が作動するべき時間を大幅に短縮することができる。
冷凍機（１１）で冷却された冷媒（フロン或いは液化ＣＯ_２）を熱交換装置（１０、１０−１）に供給するのは、水素充填時或いは熱交換装置（１０、１０−１）に充填されている水素冷却用冷媒が完全に融解する場合のみであり、そのため従来技術（図７参照）とは異なり、冷媒（フロン或いは液化ＣＯ_２）を冷却する冷凍機（１１：空冷冷凍機）を２４時間連続して運転する必要が無く、消費エネルギーを抑制することが出来る。

ここで本発明では、真空断熱容器（１）内に水素冷却用冷媒を充填し、水素用熱交換器（２：水素プレクーラ）を内蔵することにより、外部から断熱されている。そのため、外部からの熱により蓄冷槽である真空断熱容器（１）内の温度が上昇することはない。

本発明の水素冷却システム（１００）によれば、被冷却物質である水素を直接冷却するのは水素冷却用冷媒（凝固したブライン或いは固液二相のブライン）である。冷凍機（１１）は冷媒（フロン或いは液化ＣＯ_２）を冷却し、冷却された冷媒は熱交換装置（１０、１０−１）内の水素冷却用冷媒（ブライン）を冷却して凝固する。
そして、水素冷却用冷媒内に浸漬された水素用熱交換器（１：水素プレクーラ）において、水素冷却用冷媒の潜熱（溶解熱）と水素の顕熱とが熱交換されて、水素が冷却される。
そして本発明の水素冷却システム（１００）によれば、蓄冷槽として作用する熱交換装置（１０、１０−１）は、溶解潜熱を蓄冷することになり、潜熱は顕熱に比較して遥かに熱量が大きいので、冷凍に関する機器を小型化して、設置スペースを小さくしても、水素を冷却するべき温度まで確実に冷却することが出来る。

ここで、固相の水素冷却用冷媒が液相に融解する融解温度は一定であるため、熱交換装置（１０、１０−１）内の水素冷却用冷媒が全て融解しない限り、水素冷却用冷媒の温度は一定（ブラインの融解温度は、ブラインの種類、成分毎に一定）となる。一定温度の水素冷却用冷媒により水素が冷却されるので、本発明によれば、従来技術で行われている様な複雑で且つ高等な温度制御をすること無く、冷却された水素の温度は一定になる。
ここで、水素冷却用冷媒の融解温度は、その成分を調整することにより、適宜調節することが可能である。本発明では、水素の冷却するべき温度に対応して、事前に水素冷却用冷媒を成分調整することにより、供給するべき水素の温度（例えば−３５℃）に対応して、水素冷却用冷媒の融解温度を一定（例えば−４０℃）にすることが出来る。

本発明の実施形態に係る水素冷却システムを適用した水素充填装置のブロック図である。図１の水素冷却システムに用いられる熱交換装置のブロック図である。図２の熱交換装置の説明断面図である。図３の熱交換装置のさらに詳細な説明斜視図である。図２の熱交換装置の複数の板状部材が積層されている状態を示す説明図であり、図５（Ａ）が積層された個々のプレートの断面を示し、図５（Ｂ）は水素の供給および戻りを模式的に示している。図２の熱交換装置の変形例を示す説明斜視図である。従来の水素冷却システムを適用した水素充填装置のブロック図である。

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（空冷冷凍機）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。

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、すなわちフロン或いは二酸化炭素（ＣＯ_２）は、冷媒循環配管１３により、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し、凝固する。
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、冷却の際に発生した熱を排出している。なお、後述する様に、冷凍機１１に大きな冷却能力は必要なく、空冷方式に構成して、クーリングタワー１２を省略することも可能である。
図１に示す実施形態の水素冷却システム１００では、図７の従来技術の水素冷却システム２００におけるブライン循環系統（２次側冷媒の循環系統：ブライン蓄冷熱交換器２１、冷媒循環配管２４、循環ポンプ２７）が省略されている。

次に、熱交換装置１０について説明する。
熱交換装置１０の真空断熱容器１（図２）に内蔵された水素用熱交換器２（水素プレクーラ、図２参照）において、冷却するべき水素は、水素プレクーラ２の周囲に充填されたブラインと熱交換を行い、ブラインが保有する冷熱が投入されて冷却される。
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ＣＯ_２）は熱交換装置１０の真空断熱容器１内に直接供給され、ブラインは当該冷媒と熱交換することにより冷却される。
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、図７の従来技術の様に、冷凍機を２４時間連続して運転する必要が無い。

上述した様に、水素を冷却するブラインは、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）、ブラインの温度は一定であり、一定温度のブラインにより水素を一定温度に冷却することが出来る。

ここでブラインの融解温度は、ブラインの種類、成分毎に一定であり、ブライン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、ブラインを成分調整すれば、真空断熱容器１内のブライン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、ブラインの融解温度が例えば−４０℃となる様に、ブラインの成分調整を行う。ブラインの融解温度を−４０℃に成分調整すれば、真空断熱容器１内のブラインの温度は−４０℃に保持される。
発明者の実験によれば、冷凍機１１で冷却された冷媒（フロン或いは液化ＣＯ_２）で真空断熱容器１内のブラインを−４０℃に冷却するためには、空冷冷凍機１１を数分間程度運転すれば良い。

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。冷媒循環配管１３Ａは、熱交換装置１０の外部において冷媒循環配管１３（図１）と連通して冷凍機１１に連通している。冷媒循環配管１３Ａ内には、冷凍機１１で冷却された冷媒（フロン或いは液化ＣＯ_２）が流れている。冷凍機１１で冷却された冷媒は矢印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から出て、冷凍機１１に戻る。
図２における符号Ｂは真空断熱容器１内に充填されたブラインであり、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。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し、冷凍機１１（図１）の作動時間を大幅に短縮することができる。

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、水素用熱交換器２は円柱形状で表現されている。しかし、水素用熱交換器２を円柱形状以外の形状（例えば角柱形状）に構成しても良い。
水素用熱交換器２において、ブラインＢの潜熱（溶解熱）と水素の顕熱とが熱交換され、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、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に戻り、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。

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。

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（水素プレクーラ）を浸漬させている。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（フロン或いは液化ＣＯ_２）が流れている。
図３で示す通り、冷媒循環配管１３Ａは真空断熱容器１の内壁面に近接しているが、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、冷媒循環配管１３Ａを流れる冷媒と水素が熱交換をしない様にするためである。
冷凍機１１（図１）で冷却された冷媒は、矢印ＩＲで示す様に真空断熱容器１内に供給され、螺旋状の冷媒循環配管１３Ａ内を流過してブラインＢを冷却し、矢印ＯＲで示す様に冷凍機１１に戻る。

図３において、水素用熱交換器２は、複数の板状部材２Ａ（図３〜図５の例では円板状）を積層して構成されており、それぞれの板状部材２Ａには、水素通路３（図３では図示せず：図４、図５参照）が形成されている。水素充填装置本体４０（図１）から図示しない燃料電池自動車に充填される水素を冷却する際、図３の矢印ＩＨの様に水素用熱交換器２内に供給され、ブラインＢにより冷却された後、矢印ＯＨで示す様に水素充填系（図示せず）に戻されて充填ノズル４１（図１）に供給される。
各板状部材２Ａには、ブラインＢ通過用の複数の貫通孔５が形成されており、複数の貫通孔５は、水素用熱交換器２の上端から下端まで連続して形成されており、それぞれの板状部材２Ａに形成されている。図３では明確に示されていないが、貫通孔５内のブラインＢは水素用熱交換器２の下端近傍において、他の貫通孔５内に流入し、或いは水素用熱交換器２外に流出する。
上述した様に、ブラインＢは、水素用熱交換器２の外側及び内側（貫通孔５内）を流過して、水素用熱交換器２内を流通する水素と熱交換を行い、所定の温度に冷却する。

さらに図４を参照して、熱交換装置１０について説明する。
図４の熱交換装置１０において、真空断熱容器１内に配置された水素用熱交換器２は、円盤状の機器２Ａ（板状部材）を複数積層しており、各々の板状部材２Ａには、水素通路３とブライン通過用の貫通孔５が形成されている。図４において上下方向水素通路３Ａ１、３Ａ２と水平方向水素通路３Ｂが示されているが、符号３は用いられていない。本明細書において、「水素通路３」と言う文言は、上下方向水素通路３Ａ１、３Ａ２と水平方向水素通路３Ｂの総称として用いられており、水素通路３は図示されていない。
図４では水素用熱交換器２における最上層の板状部材２Ａを示すが、より下層の板状部材２Ａについても、水素通路３及びブライン通過用の貫通孔５が形成されている。
水素通路３は、水素用熱交換器２の上下方向（図４の上下方向）に形成された上下方向水素通路３Ａ２と、水平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３Ａ２と水平方向水素通路３Ｂは接続されている。なお、図５を参照して後述する様に、上下方向水素通路は、供給側上下方向水素通路３Ａ１と戻り側上下方向水素通路３Ａ２を含んでいる。

供給側の上下方向水素通路３Ａ１は、各板状部材２Ａにおける半径方向中心近傍を貫通しており、最上層の板状部材２Ａから最下層の板状部材２Ａまで上下方向に連続して設けられている。水素を水素用熱交換器２に供給する側の上下方向水素通路３Ａ１の上端は水素供給配管４Ａと接続しており、水素供給配管４Ａは水素充填装置４０（図１）に連通している。
一方、水素用熱交換器２から水素充填装置４０に水素を戻す側の上下方向水素通路３Ａ２は、図５を参照して説明する様に、それぞれの板状部材２Ａにおいて、半径方向外縁近傍箇所を貫通して形成されており、最下層の板状部材２Ａから最上層の板状部材２Ａまで上下方向に連続している。戻り側の上下方向水素通路３Ａ２の上端は水素戻り配管４Ｂと接続され、水素戻り配管４Ｂは水素充填ノズル４１（図１）側に連通している。

図４で示す様に、板状部材２Ａにおいて、水平方向水素通路３Ｂは水平方向全体に亘って細かく且つ概略均一となる様に配置されている。また、水平方向水素通路３Ｂは、板状部材２Ａにおいて、水平方向水素通路３Ｂは、その一端が半径方向中心近傍に設けられており、他端が半径方向外縁近傍の端部に設けられている。そして、水平方向水素通路３Ｂの半径方向中心近傍における端部は上下方向水素通路３Ａ１に連通しており、半径方向外縁近傍の端部は上下方向水素通路３Ａ２に連通している。
板状部材２Ａにおいて、水平方向水素通路３Ｂと干渉しない位置（重複しない位置）に、ブラインＢが通過するための複数の貫通孔５が設けられている。貫通口５は、最上層の板状部材２Ａから最下層の板状部材２Ａまで、上下方向に連続して形成されている。
上述した様にブラインＢ中に水素用熱交換器２が浸漬されているので、水素用熱交換器２の周囲にはブラインＢが充填されている。ブラインＢの中にはブライン冷却用の冷媒が流れる冷媒循環配管１３Ａが螺旋状に配置されている。図４では、冷媒循環配管１３Ａを一部のみ示している。

図４において、水素供給配管４Ａにより水素は、板状部材２Ａに供給され（矢印ＩＨ）、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、積層された板状部材２Ａの各々における水平方向水素通路３Ｂ、戻り側の上下方向水素通路３Ａ２を流過し、水素戻り配管４Ｂに戻り（矢印ＯＨ）、水素充填ノズル４１（図１）に供給される。
水素は、水素用熱交換器２を流れている間に、貫通孔５内のブラインＢ及び水素用熱交換器２の周囲に充填されたブラインＢと熱交換し、所定の温度（例えば−３５℃）まで冷却される。
ブライン冷却用冷媒であるフロン或いは液化ＣＯ_２は、冷凍機１１（図１）で冷却されて真空断熱容器１内に供給され（矢印ＩＲ）、冷媒循環配管１３Ａを流れる間にブラインＢを冷却し、矢印ＯＲで示す様に真空断熱容器１から冷凍機１１に戻る。

複数の板状部材２Ａを積層して図示の実施形態で用いられる水素用熱交換器２を構成するに際しては、例えば公知の拡散接合技術を適用することが出来る。
図示の実施形態では、水素用熱交換器２（板状部材２Ａ）は例えばベリリウム銅で構成されている。ベリリウム銅は、ステンレスに比較して熱伝導性が良好であり、水素脆性が無いからである。

水素用熱交換器２を構成する個々の板状部材２Ａの断面が図５（Ａ）に示されている。
図５（Ａ）において、供給側の上下方向水素通路３Ａ１、戻り側の上下方向水素通路３Ａ２は、全ての板状部材２Ａで連続して形成されている。上述した様に、供給側の上下方向水素通路３Ａ１は上端において水素供給配管４Ａ（図５では図示せず）と接続され、戻り側の上下方向水素通路３Ａ２は上端において水素戻り配管４Ｂ（図５では図示せず）と接続されている。
水素充填装置本体側から供給された水素は、矢印ＩＨで示す様に上下方向水素通路３Ａ１に供給され、矢印ＯＨで示す様に上下方向水素通路３Ａ２を介して戻される。

図４で説明した様に、水平方向水素通路３Ｂは、半径方向中心近傍の端部において上下方向水素通路３Ａ１に連通し、半径方向外縁近傍の端部において上下方向水素通路３Ａ２に連通している。
水平方向水素通路３Ｂ、上下方向水素通路３Ａ１、上下方向水素通路３Ａ２は、各層の板状部材２Ａにおいて同様に形成されているが、水素流路が連続して連通している状態が保たれているのであれば、板状部材２Ａの各層における水素通路の形状を不均一にすることも出来る。
水素用熱交換器２の最下層においては、板状部材２Ａは配置されておらず、水素通路が形成されていない円盤状部材２Ｂが配置されている。円盤状部材２Ｂの上面を最下層の板状部材２Ａの下面に当接させることにより、水素が最下層の板状部材２Ａから水素用熱交換器２の外部に漏出しない様にするためである。

水素の供給および戻りの態様を示す図５（Ｂ）において、水素の流れは矢印で示されている。図５（Ｂ）では３層の板状部材２Ａにおける水素の流れを示している。
図５（Ｂ）において、右側は水素供給側を示しており、左側は水素戻り側を示している。
水素充填装置本体側から供給された水素は（矢印ＩＨ）、上下方向水素通路３Ａ１を上方から下方に向かって流れ、板状部材２Ａの各層において水平方向水素通路３Ｂを流れ、ブラインＢと熱交換を行って、冷却される。
一方、水素戻り側（図５（Ｂ）の左側）では、水素は上下方向水素通路３Ａ２を下方から上方に向かって流れ、板状部材２Ａの各層で、水平方向水素通路３Ｂを流れてブラインと熱交換を行って冷却された水素と合流する。そして、矢印ＯＨで示す様に水素用熱交換器２の上方から図５では図示しない充填ノズル４１に戻る。

図６では、熱交換装置の返礼を示している。
図６の変形例に係る熱交換装置１０−１では、図２〜図６で示すのとは異なる水素用熱交換器２−１（水素プレクーラ）を有している。説明の煩雑を回避するため、図６において、図２〜図５と同様な機器には同様な符号を用いている。
図６で示す水素用熱交換器２―１は、図２、図３で示す水素用熱交換器２と同様に、真空断熱容器１内に充填されたブラインＢに浸漬されており、複数の板状部材２−１Ａを積層して構成されている。それぞれの板状部材２−１Ａは断面略正方形の矩形板状に形成されている。ただし、水素用熱交換器２−１Ａを角柱形状以外の形状（例えば円柱形状）で構成することも出来る。
図６の水素用熱交換器２―１は、板状部材２−１Ａの外周部に複数の熱交換用のフィン６を備えている。フィン６は板状部材２−１Ａと一体に設けても良いし、別体とすることが出来る。板状部材２−１及びフィン６は、熱伝導性が良好であり、水素脆性が無いベリリウム銅で構成されるのが好ましい。

それぞれの板状部材２−１Ａには、上下方向水素通路３−１Ａ１、３−１Ａ２と水平方向水素通路３−１Ｂが形成されているが、図２〜図６の実施形態とは異なり、ブライン通過用の貫通孔は形成されていない。図６は水素用熱交換器２−１で最上層の板状部材２−１Ａについて示すが、下層の板状部材２−１Ａについても同様である。
上下方向水素通路３−１Ａ１は水素用熱交換器２−１に水素を供給する側の水素通路として設けられており、上下方向水素通路３−１Ａ２は水素用熱交換器２−１から水素を戻す側の水素通路として設けられている。上下方向水素通路３−１Ａ１、３−１Ａ２は、板状部材２−１Ａ内の水平方向水素通路３−１Ｂと連通している。

明確に示されないが、供給側の上下方向水素通路３−１Ａ１は、最上層の板状部材２−１Ａから最下層の板状部材２−１Ａまで上下方向に連続して配置されており、上下方向水素通路３−１Ａ１の上端は水素充填装置本体側の図示しない供給側水素供給配管と接続されている。
一方、戻り側の上下方向水素通路３−１Ａ２も、最下層の板状部材２−１Ａから最上層の板状部材２−１Ａまで上下方向に連続して設けられている。そして、戻り側の上下方向水素通路３−１Ａ２の上端は水素充填装置本体側の図示しない戻り側水素戻り配管と接続されている。

図６に示す様に、水平方向水素通路３−１Ｂは、それぞれの板状部材２−１Ａにおいて、板部材２−１Ａの水平方向全体に亘って蛇行する様に形成されている。そして水平方向水素通路３−１Ｂは、それぞれの板状部材２−１Ａにおいて、一端が供給側の上下方向水素通路３−１Ａ１に接続され、他端は戻り側の上下方向水素通路３−１Ａ２に接続される。
図６の熱交換装置１０−１においても、ブラインＢ中にはブライン冷却用冷媒が流れる冷媒循環配管１３Ａが螺旋状に配置されている。ただし、図６では冷媒循環配管１３Ａの一部のみを示す。

図６において、矢印ＩＨで示す様に、水素充填装置本体側の図示しない水素供給配管、供給側の上下方向水素通路３−１Ａ１を介して、水素が水素用熱交換器２−１の板状部材２−１Ａに供給される。そして、供給側の上下方向水素通路３−１Ａ１、各板状部材２−１Ａの水平方向水素通路３−１Ｂ、戻り側の上下方向水素通路３−１Ａ２を流過し、矢印ＯＨで示す様に水素充填装置本体側の図示しない水素戻り配管を介して戻される。
水素用熱交換器２−１を流れる間に、水素は、周囲に充填されたブラインＢと熱交換して冷却される。その際、板状部材２−１Ａの外周面に設けられたフィン６の作用で、熱交換効率が向上する。
また、ブライン冷却用冷媒は、図２〜図４で示すのと同様に、冷凍機１１（図１）で冷却されて真空断熱容器１内に供給され（矢印ＩＲ）、冷媒循環配管１３Ａを流れてブラインＢを冷却した後、真空断熱容器１から冷凍機１１に戻る（矢印ＯＲ）。
図６に示す実施形態の変形例におけるその他の構成、作用効果は、図２〜図５の実施形態と同様である。

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。
水素用熱交換器（水素プレクーラ）についても、図示の実施形態のものに限定されず、例えば、扁平な板状の金属製長尺材の内部に複数の微小通路を形成した構造、いわゆる「マイクロチャンネル構造」を採用しても良い。

１・・・真空断熱容器
２、２−１・・・水素用熱交換器（水素プレクーラ）
２Ａ、２−１Ａ・・・板状部材
３、３−１・・・水素通路
５・・・水素冷却用冷媒通過用の貫通孔
６・・・熱交換用のフィン
１０、１０−１・・・熱交換装置
１１・・・冷凍機
１００・・・水素冷却システム

Claims

断熱性に優れ且つ水素冷却用冷媒を充填した容器と、当該容器に内蔵されて水素冷却用冷媒と水素で熱交換する水素用熱交換器と、水素冷却用冷媒を冷却する冷凍機を含むことを特徴とする水素冷却システム。
前記水素用熱交換器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が形成されている請求項１の水素冷却システム。
前記板状部材には、水素冷却用冷媒通過用の貫通孔が形成されている請求項２の水素冷却システム。
前記板状部材の外周部には、熱交換用のフィンが設けられている請求項２の水素冷却システム。