專利名稱：熱交換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及冷卻高壓氣體等氣體的熱交換器，特別是涉及將成為燃料的 氫氣填充到氫汽車時使用的熱交換器。
本申請基于2006年12月19日在日本申請的日本特愿2006-341310號、 2007年8月21日在日本申請的日本特愿2007-214845號以及2006年12月 27日在日本申請的日本特愿2006-350765號主張優(yōu)先一又，在此^^爰用其內(nèi)容。
背景技術：
作為下一代的汽車，開發(fā)了使用氫氣作為燃料的氫汽車(燃料電池汽車 和氫發(fā)動機汽車)。氫汽車為二氧化碳、N0X、 SOx等的排放量少、僅排放 水的對環(huán)境溫和的汽車。
氫汽車在補給燃料時與通常的汽油汽車一樣，行駛至具備填充其燃料氫 氣的燃料填充裝置(分配器)的供給基地，由該燃料填充裝置補給氫氣。
通常，壓縮天然氣、其它的高壓氣體(氮氣、氧氣等)若從壓縮狀態(tài)(例 如壓力35MPa)絕熱膨脹，則由焦耳-湯姆孫效應氣體溫度降低。
但是，氫氣與一般的氣體不同，為具有由焦耳-湯姆孫效應溫度升高的 性質(zhì)的氣體。因此，氫氣在通過閥等設備等時溫度易升高。
此外，由于將氫氣填充到燃料罐中時，希望在短時間內(nèi)填充，并且伴隨 著向燃料罐急速填充的絕熱壓縮還引起溫度升高，因此存在氣體溫度易升高
的問題。
氫汽車的燃料罐通常為了輕量化，使角纖維增強塑料(FRP)制容器。 由FRP制成的燃料罐考慮到耐久性規(guī)定了使用溫度的上限值，其設計值通 常約為85°C。如此，由FRP制成的燃料罐在使用溫度上存在上限，因此進行氫氣的 填充時要求嚴格的溫度管理。
嚴禁超過燃料罐的設計溫度填充氫氣。此外，若通過壓力監(jiān)視對滿填充 進行檢測，使填充結束，則在填充后，燃料罐內(nèi)溫度降低時罐內(nèi)壓力降低。 這意味著能夠向燃料罐填充的最大填充量(重量)表觀上減少，大幅影響氫 汽車的每一次填充的行駛距離。
特別是，若氫氣的填充壓力為70MPa，則僅控制填充速度難以保持急速 填充和溫度升高的平衡，需要某些冷卻裝置。
此外，填充壓力越高，管道、接頭、閥的壁厚越大，由此熱容量增大。 因此，如果在填充開始后開始填充管路的冷卻，則冷卻的氫氣也被管道、接 頭等加熱，存在向燃料罐的填充無法達到最初目的的問題。
圖12表示現(xiàn)有的對填充高壓氫氣時使用的高壓氫氣進行冷卻的熱交換 器的主要部分。該熱交換器容納在未圖示的框體內(nèi)，具有雙重管道結構。
在該熱交換器中，在內(nèi)部管道51中流通氫氣，在內(nèi)部管道51與外部管 道52之間流通鹽水等冷卻介質(zhì)，進行熱交換。熱交換器優(yōu)選為緊湊型，但 為此需要增加熱交換的傳熱面積。因此，形成了使內(nèi)部管道51在框體內(nèi)多 次彎曲、往復的結構。
此外，由于在內(nèi)部管道51中流通高壓的氫氣，因此使用壁厚厚的不銹 鋼管等。此外，由于壁厚的不銹鋼管等管材的標準尺寸為2m，在內(nèi)部管道 51中這種標準尺寸直管通過U字形的彎曲管連接，或者如圖12所示，形成 將成為內(nèi)部管道51的標準尺寸直管通過彎頭54、 54和短管55連接的往復 結構。
作為連接方法，使用通過焊接、旋入等進行的方法。
這種結構的熱交換器中必定產(chǎn)生4妄縫部，4旦由于在內(nèi)部管道1內(nèi)流通高 壓氫氣，因此在高壓氣體安全法上，要求不存在源自接縫部的泄漏，此外需 要進行定期檢查。
因此，熱交換部的內(nèi)部管道51使用無接縫部的一條直管，在該內(nèi)部管道51的外部設置外部管道52，從而成為形成一體的雙重管道，雙重管道與 雙重管道通過僅由內(nèi)部管道51形成的彎曲部形成一體。由此，使接縫部為 開放在大氣中的狀態(tài)，可以容易地進行;險查。
但是，在該接縫部中不進行與制冷劑的熱交換，存在效率差的問題。 此外，有必要在雙重管道與雙重管道之間連續(xù)地流通冷卻介質(zhì)，形成為 在各外部管道52的一部分設置分支部56,連接該分支部56間的結構。外 部管道52由于直徑大于內(nèi)部管道51,彎曲部的半徑大于內(nèi)部管道51的彎 曲部的半徑。此外，從保養(yǎng)方面考慮，外部管道52與外部管道52的連接為 通過凸緣57實現(xiàn)的接合。因此，外部管道52與外部管道52的間隔變寬， 存在熱交換器的尺寸增大的問題。
專利文獻l:曰本特開2004-116619號7>才艮

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種熱交換器，使設置在將氫氣填充 到氫汽車等中的路徑途中的熱交換器小型化、且具有大的傳熱面積。 為了解決上述問題，
本發(fā)明的第一方式為熱交換器，用于冷卻高壓氣體，具備通過相互平行 地設置有多個間隔板而形成一條彎曲的制冷劑流道的框體，在該制冷劑流道 內(nèi)通過空隙設置有一條彎曲的冷卻管道，在所述制冷劑流道中流通冷卻介 質(zhì)，在所述冷卻管道中流通所述高壓氣體。
在本發(fā)明的第一方式中，優(yōu)選在所述管道中設置沿著其長度方向延伸的 散熱片。
此外，在本發(fā)明的第一方式中，優(yōu)選所述框體包括主體和堵塞該主體的 蓋部，在主體或蓋部設置有所述多個間隔板。
本發(fā)明的第二方式為熱交換器，用于冷卻氣體，具備貯留冷卻介質(zhì)的容 器和設置在該容器內(nèi)、在內(nèi)部形成流通氣體的氣體流道的塊體，所述塊體在 金屬體上相互交叉地形成多個貫通孔，將這些貫通孔的開口中的一個開口作為氣體入口，另一個開口作為氣體出口，將除此以外的開口密封，從而將所 述貫通孔作為所述氣體流道。
在本發(fā)明的第二方式中，優(yōu)選所述金屬體為板體。
此外，在本發(fā)明的第二方式中，優(yōu)選在所述塊體的貫通孔中的一個上安 裝有溫度傳感器。
對于本發(fā)明的第一方式的熱交換器，由于流通應冷卻的高壓氣體的管道 的幾乎整個長度位于制冷劑流道內(nèi)，可以增大傳熱面積，結果可以使熱交換 器小型化。
此外，通過在上述管道上設置散熱片，可以進一步增加傳熱面積，得到 更小型的熱交換器。
進一步地，若框體包括主體和蓋部，在主體或蓋部設置上述多個間隔板， 則可以根據(jù)需要拆卸蓋部，可以簡單地對內(nèi)部的流通高壓氣體的管道進行檢查。
此外，由于結構簡單，制造容易且可以廉價地提供。
對于本發(fā)明的第二方式的熱交換器，由于進行熱交換的塊體包括形成多 個貫通孔的金屬體，因此熱交換在塊體整體上進行。即，可以增大傳熱面積， 提高熱交換效率，使熱交換器小型化。因此，通過將塊體浸漬在貯留在容器 內(nèi)的液氮等極低溫的冷卻介質(zhì)中，能夠有效地冷卻氫氣等。
此外，由于結構簡單，制造容易且可以廉價地提供。


圖1為表示本發(fā)明的第一方式的熱交換器的一例的局部切開的立體簡
圖2為表示本發(fā)明的第一方式的熱交換器的一例的局部切開的俯視簡
圖3為表示本發(fā)明的第一方式的熱交換器的另一例的立體簡圖4為表示本發(fā)明的第一方式的熱交換器的另一例的局部省略的立體簡圖5為表示使用本發(fā)明的第一方式的熱交換器的、用于填充高壓氫氣的
裝置的結構簡圖6為表示本發(fā)明的第二方式的熱交換器的 一 例的結構簡圖7 A為表示本發(fā)明的第二方式的塊體的 一 例的外觀的圖7B為表示本發(fā)明的第二方式的塊件的一例的外觀的圖8為表示本發(fā)明的第二方式的塊體的 一 例的內(nèi)部結構的剖視圖9為表示使用本發(fā)明的第二方式的熱交換器的、用于填充高壓氬的裝
置的結構簡圖10為表示使用本發(fā)明的第二方式的熱交換器的、用于填充高壓氫的 裝置的另一例的結構簡圖11為表示使用本發(fā)明的第二方式的熱交換器的、用于填充高壓氫的 裝置的另一例的結構簡圖12為表示現(xiàn)有的氫氣用熱交換器的主要部分的立體圖。 符號說明
1框體、2主體、3蓋部、4間隔板、.5制冷劑流道、6冷卻管道、111 熱交換器、112容器、113塊體、116貫通孔、117氣體入口、 118氣體出
具體實施例方式
首先，對本發(fā)明的第一方式的熱交換器進行說明。
圖1和圖2為表示本發(fā)明的第一方式的熱交換器的一例的圖。
在圖l和圖2中，符號l表示框體。
該框體1為由不銹鋼等金屬形成的密閉箱狀的框體，包括主體2和蓋部3。
主體2為長方形的托盤狀，具有寬的開口 ，平板狀的蓋部3堵塞該開口 。 蓋部3用未圖示的螺釘通過密封墊(圖示略)液密地安裝在主體2上，根據(jù)需要可以從主體2拆卸。
主體2內(nèi)設置有許多由金屬形成的間隔板4、 4…。該間隔板4沿著主 體2的長度方向，以大致相互平行地隔開間隔而從主體2的底部立起的狀態(tài)設置。
此外，間隔板4的長度方向的兩個端部中， 一端部與主體2的一側壁部 直接接觸，另 一端部未到達主體2的另 一側壁部而留有空隙。
而且，這種間隔板4向主體2側壁部的接合方式構成為在相鄰的間隔 板4 、 4中，交替地與相反側的側壁部接合。
多個間隔板4、 4…與主體2的接合除了通過焊接進行之外，還可以通 過切取長方體狀的金屬塊，制造成主體2與多個間隔板4、 4...的一體物。 而且，還可以不使多個間隔板4、 4…與主體2形成一體，而通過焊接等固 定在蓋部3的內(nèi)面上。
通過以上的構成，在主體2內(nèi)形成一條羊腸小道狀的連續(xù)且彎曲的流 道，該流道為流通冷卻介質(zhì)的制冷劑流道5。
在該制冷劑流道5內(nèi)，設置有一條流通應冷卻的高壓氣體的冷卻管道6。 該冷卻管道6以位于制冷劑流道5內(nèi)的大致中心地遠離各間隔板4、主體2 的底部和蓋部3而保持空隙來設置，其整體的形狀為仿照制冷劑流道5的形 狀的羊腸小道狀的彎曲形狀。
冷卻管道6在制冷劑流道5內(nèi)的支撐通過安裝在主體2的底部的多個支 撐臺7、 7…進行。而且，圖2中，省略繪制支撐臺7、 7…。
上述冷卻管道6是連接直管與U字形的彎管而形成的，該連接通過對 焊、使用接頭的承插焊接等進行，但連接后的連接部分不會粗徑化的對接焊 由于在制冷劑流道5內(nèi)的冷卻介質(zhì)的流動不會紊亂、流道不會變得狹窄、進 而冷卻介質(zhì)的流動阻力不會增大等而優(yōu)選。
此外，還可以對長的直管實施彎曲加工形成彎曲部分，作為具有同樣形 狀的冷卻管道6。
此外，在蓋部3的與制冷劑流道5的娃端和終端對應的位置上，形成有將冷卻介質(zhì)導入到制冷劑流道5內(nèi)的制冷劑入口 8和從制冷劑流道5導出冷 卻介質(zhì)的制冷劑出口9。進一步地，在蓋部3的與上述冷卻管道6的始端和 終端對應的位置上形成有開口 ，冷卻管道6的始端部61與終端部62通過密 封墊相對蓋部3以液密狀態(tài)插通在該開口 ，并導出到外部。
在該熱交換器中，鹽水等冷卻介質(zhì)從制冷劑入口 8流入到制冷劑流道5 內(nèi)，并從制冷劑出口 9導出，應冷卻的高壓氫等氣體從冷卻管道6的始端部 61流到冷卻管道6中，并從終端部62導出，由此供于使用，為了提高熱交 換效率，使冷卻介質(zhì)的流通方向和氣體的流通方向?qū)α鞯胤謩e流通。
對于這種熱交換器，由于冷卻管道6的幾乎整個長度存在于制冷劑流道 5內(nèi)，冷卻管道6整體對熱交換做出貢獻，增大傳熱面積。因此，小型化成 為可能。進一步地，由于可以拆卸蓋部3，框體1內(nèi)的冷卻管道6露出，因 此可以筒單地觀察、；險查其連接部分。
在該例中，還可以在框體1的底部設置導出冷卻介質(zhì)時使用的閥，還可 以在蓋部3配置排放運轉初期流入的空氣的閥。
進一步地，還可以在冷卻管道6的外周面上設置在冷卻管道6的長度方 向上延伸的一個以上的散熱片，從而增加傳熱面積。
此外，在該例的熱交換器中，框體1的蓋部3構成框體1的表面A，但 是根據(jù)使用熱交換器時的設置方式，可以通過蓋部3構成框體1的表面B 或表面C。此時，通過在構成框體1的表面A的側壁部接合或支撐間隔板4、 4…與冷卻管道6而形成一體，從而不拆卸蓋部3就可以露出冷卻管道6, 檢查冷卻管道6。
進一步地，在上述制冷劑入口 8設置測定冷卻介質(zhì)的溫度的溫度傳感 器，基于用該溫度傳感器測定的冷卻介質(zhì)的溫度，對在冷卻管道6中流通的 氣體的流量進行控制，由此可以將氣體冷卻至規(guī)定溫度。
圖3和圖4為表示本發(fā)明的熱交換器的另一例的圖，該熱交換器整體的 形狀為圓柱狀。
該例中，框體ll為圓柱狀，構成框體11的主體12為有底圓筒狀，堵塞該主體12的圓形開口的蓋部13為圓板狀。
而且，在圖4中，為了對主體12內(nèi)部進行說明，以除去主體12的圓筒 部分的狀態(tài)繪制熱交換器。
在主體12的底部附近，制冷劑入口 14和制冷劑出口 (圖3中#:隱藏) 設置在外周面的相互相反側。在主體12內(nèi)，在其長度方向上將主體12內(nèi)部 空間大致對分而形成空間A和空間B的分隔斧反16/人主體12的底部向著開 口設置。在該分隔板16的主體12開口附近形成開口部17, ^皮對分的空間A 和空間B在此連接。
在上述分隔板16的兩側面與主體12的內(nèi)周壁之間相互平行地隔開間隔 安裝有多個間隔板18、 18…。該間隔板18的平面形狀為切去一部分的半圓 形，該切口部分以在鄰接的間隔板18、 18…間交替地位于相反側的方式配 置。如圖所示，間隔板18、 18…在空間A和空間B中同樣地配置，但是在 主體12的長度方向上的安裝位置可以稍微不同。
通過設置這種間隔板18、 18…，形成一條制冷劑流道，該制冷劑流道 的形成如下A/v制冷劑入口 14流入的冷卻介質(zhì)以鋸齒狀向著開口側流通處 于一方空間A的間隔板18、 18…的切口部分，鉆過分隔板16的開口部17 流入到另一方空間B中，以鋸齒狀向著底部側流通處于空間B的間隔斧反18、 18…的切口部分到達制冷劑出口。
此外，在主體12內(nèi)從其空間A到空間B設置有一條冷卻管道19。該冷 卻管道19包括多個直管部20、 20…和多個U字管部21、 21…，這些直管 部20、 20…與U字管部21、 21…互相連接而構成為一條連續(xù)的管。
多個直管部20、 20…貫通著存在于各空間A、 B的多個間隔板18、 18… 和蓋部13來設置，多個U字管部21、 21…中的半數(shù)置于主體12的底部附 近，剩余的U字管部21、 21…置于蓋部13的上方，該部分的U字管部容納 在連結盒22內(nèi)。
此外，該冷卻管道19的始端部23與終端部24,人連結盒22導出到外部， 構成為可以將應冷卻的氣體從其始端部23導入、從終端部24導出。在該例的熱交換器中，也是通過從制冷劑入口 14向著制冷劑出口流通
鹽水等冷卻介質(zhì)，從冷卻管道19的始端部23向著終端部24流通氫等應冷 卻的氣體，,人而可以冷卻該氣體。
而且，在該例中，也是由于冷卻管道19的幾乎整個長度存在于制冷劑 流道內(nèi)，傳熱面積增大，熱交換效率提高，小型化成為可能。此外，由于可 以拆卸蓋部13,露出框體ll內(nèi)的冷卻管道19,可以簡單地觀察、4企查該連 接部分。
接著，對使用這種熱交換器冷卻高壓氫氣并以規(guī)定的溫度供給、填充氫 汽車的燃料罐等的方法進行說明。
圖5為表示用于實施這種方法的裝置的例子的圖。
該裝置大致由貯藏常溫高壓氫氣的氫容器31…、上述熱交換器10和貯 藏作為冷卻介質(zhì)的鹽水等冷卻介質(zhì)的貯槽32構成。
來源于氫容器31的高壓氫通過開閉閥33、流量計34、流量調(diào)節(jié)閥35 流通在高壓管道36,并供給到熱交換器IO主體的冷卻管道的始端部61中。
來源于貯槽32的冷卻介質(zhì)通過流量調(diào)節(jié)閥37和管38供給到熱交換器 IO的主體內(nèi)， 〃(人熱交換器10的制冷劑入口 8送入到制冷劑流道中。
流通在熱交換器10的制冷劑流道的冷卻介質(zhì)從其制冷劑出口 9導出， 經(jīng)過管41送入到冷凍才幾42中，在此^皮冷卻并循環(huán)到貯槽32中。
流通在熱交換器10的冷卻管道的氫在此冷卻，從冷卻管道的終端部62 經(jīng)過閥通過低溫管道39，供給到氫汽車等中，填充到其燃料罐等中。
此外，對熱交換器IO設置溫度傳感器40,設置測定流通在低溫管道39 的氫氣溫度的溫度傳感器44和測定流通在高壓管道26的氫氣溫度的溫度傳 感器45。
進一步地，設置有根據(jù)來源于上述溫度傳感器40、 44、 45的溫度信號，
對上述流量調(diào)節(jié)閥35、 37的開度進行控制的控制部47。
氫容器31內(nèi)的常溫高壓氫氣通過高壓管道36流通到熱交換器10的冷
卻管道中，通過與制冷劑流道內(nèi)的冷卻介質(zhì)的熱交換而被冷卻，通過低溫管道39供給到氫汽車的燃料罐等中。
此時，由于要求以規(guī)定的溫度(例如-40。C )供給到氫汽車的燃料罐中，
因此需要控制在規(guī)定的溫度。
具體地說，通過溫度傳感器40對熱交換器10的冷卻介質(zhì)的溫度進行測 定，通過溫度傳感器44對低溫管道39內(nèi)的氫氣的溫度進行測定，當?shù)陀谝?guī) 定的溫度時，進行加大流量調(diào)節(jié)閥35的開度、減小流量調(diào)節(jié)閥37的開度的控制。
相反地，當高于規(guī)定的溫度時，進行減小流量調(diào)節(jié)閥35的開度、加大 流量調(diào)節(jié)閥37的開度的控制。
由此，可以使高壓氫氣保持規(guī)定的溫度來填充到氫汽車等的燃料罐等中。
另外，圖3和圖4所示的熱交換器也可以以同樣的方式用于高壓氫氣的冷卻。
接著，對本發(fā)明的第二方式的熱交換器進行說明。 圖6~圖8為表示本發(fā)明的第二方式的熱交換器的一例的圖。 該例的熱交換器111包括貯留液氮等冷卻介質(zhì)的容器112和具備氣體流 道的塊體113。
上述容器112用于將上述塊體113容納在內(nèi)部，并浸潰在冷卻介質(zhì)中， 對其形狀不特別限定，但是優(yōu)選為絕熱性.能優(yōu)異的真空雙重容器。該容器 112包括容器主體112a和堵塞該容器主體112a的開口的蓋部112b。
此外，如圖7A和圖7B所示，上述塊體113具備由金屬形成的板體114 和在容器主體112a內(nèi)立i殳并支撐該板體114的兩個I逸部115、 115。
作為構成板體114的金屬，考慮到熱導率好且冷卻氫氣的金屬，優(yōu)選為 不易引起低溫脆性、氫蝕脆性的不銹鋼、鋁、鋁合金、銅、銅合金、錫、錫 合金、鐵、鋼等。'
而且，對于構成上述塊體113的板體114的材料，不限于如該例所示板 狀物，可以為由未施加任何加工的金屬構成的長方體、立方體等塊。但是，若考慮到傳熱效率則優(yōu)選為薄的板狀物，此外板體114可以設置多個。
而且，如圖8所示，在板體114的內(nèi)部，與板體114的厚度方向正交的 方向上、且在縱方向和橫方向上設置很多貫通孔116、 116…，這些貫通孔 116、 116…相互正交,在交叉部相互連通。
貫通孔116可以為圓孔、方孔等各種剖面形狀，其直徑優(yōu)選為為了確保 板體114的強度而容許的最大值，為板體114的厚度的10~80%左右。
通過在板體114上形成很多這種貫通孔116、 116…，對于一個貫通孔 116產(chǎn)生兩個開口，在板體114上形成^l多開口。將這些開口內(nèi)的一個開口 作為氣體入口 in,另一個開口作為氣體出口 118而保留，此外的所有開口 通過塞子119、 119…在液密、且氣密狀態(tài)下密封。塞子119的安裝通S焊 接或旋入進行。
氣體入口 117和氣體出口 118成為相互位置最遠離的開口 ，在該例中， 位于板體114的大致對角線上。
通過上述結構，板體114內(nèi)的很多貫通孔116、 116…形成具有氣體入 口 117和氣體出口 118的一個氣體流道。
此外，在該例中，熱電偶120埋入在板體114中，該熱電偶120為通過 測定板體114的溫度來測定流通在氣體流道的氣體溫度的溫度傳感器，避開 該熱電偶120來形成有貫通孔116、 116…。熱電偶120不一定必須避開貫 通孔116，也可以配置在貫通孔116內(nèi)。
而且，由很多貫通孔116、 116…形成的氣體流道的體積優(yōu)選為可以維 持板體114的強度的最大限度，為板體114的體積的10~80%左右。
對于如此構成的熱交換器111,將塊體113沉入容器主體112a內(nèi)的冷 卻介質(zhì)內(nèi)，從氣體入口 117向著氣體出口 118在氣體流道中流通應冷卻的氣 體，由此氣體在流通氣體流道時被冷卻。
因此，氣體流道整體參與熱交換，傳熱面積增大，即使小型也發(fā)揮高的 熱交換效率。此外，由于為簡單的結構，可以便于低成本制造。
接著，對使用這種熱交換器冷卻高壓氫氣并以規(guī)定的溫度供給、填充氫汽車的燃料罐等的方法進行說明。
圖9為表示用于實施這種供給、填充方法的供給填充裝置的一例的圖。 該供給填充裝置大致由貯藏常溫高壓氫氣的多個氫容器121…、上述熱
交換器111和貯藏作為冷卻介質(zhì)的液氮的極低溫貯槽122構成。
來源于氫容器121的高壓氫通過開閉閥123、流量計124、流量調(diào)節(jié)閥 125流通在高壓管道126，供給到熱交換器111的塊體113的氣體入口 117 中。
來源于極低溫貯槽122的液氮通過流量調(diào)節(jié)閥127從管137供給到熱交 換器111的容器112內(nèi)，對容器112內(nèi)的塊體113進行冷卻。流通在熱交換 器111的塊體113內(nèi)的氣體流道的氯在此被冷卻，從塊體113的氣體出口 118經(jīng)過閥通過低溫管道128,供給到氬汽車等中，填充到其燃料罐等中。
流通在高壓管道126的高壓氬的 一部分在流量調(diào)節(jié)閥125的上游側被分 支而流通在旁通管129,經(jīng)過流量調(diào)節(jié)閥130，在低溫管道128中合流。
對于熱交換器111的容器112,設置有調(diào)節(jié)液氮的量的閥131、導出氣 化的氮氣的閥132和安全閥133等。
此外，在熱交換器111的塊體113上設置有溫度傳感器120,設置有對 低溫管道128的與旁通管道129的合流點的下游側的氣體溫度進行測定的溫 度傳感器134,進而設置有對流通在高壓管道126的氫氣溫度進行測定的溫 度傳感器135。
熱交換器111的容器112內(nèi)的液氮由于冷卻氫氣而其一部分氣化，經(jīng)過 閥132通過蒸發(fā)器136排放到體系外。
進一步地，設置有根據(jù)來源于上述溫度傳感器120、 134、 135的溫度信 號，對上述流量調(diào)節(jié)閥125、 127、 130的開度進行控制的控制部137。
氫容器121內(nèi)的常溫高壓氫氣通過高壓管道126在熱交換器111的塊體 113中流通，通過與容器112內(nèi)的液氮的熱交換而被冷卻，通過低溫管道128 供給到氫汽車的燃料罐等中。
此時，由于要求以規(guī)定的溫度(例如-4(TC )供給到氫汽車的燃料罐中，因此需要控制在規(guī)定的溫度。因此，通過使常溫氬氣的一部分流通到旁通管
道129，不通過熱交換器111而直接流通在低溫管道128中，與冷卻的氬氣 混合，/人而進行溫度調(diào)整。
具體地說，通過溫度傳感器120對塊體113的溫度進行測定，通過溫度 傳感器134對低溫管道128內(nèi)的旁通管道129以后的氬氣的溫度進行測定， 當?shù)陀谝?guī)定的溫度時，進行加大流量調(diào)節(jié)閥130的開度、減小流量調(diào)節(jié)閥 125的開度的控制。
相反地，當高于規(guī)定的溫度時，進行減小流量調(diào)節(jié)閥130的開度、加大 流量調(diào)節(jié)閥125的開度的控制。
由此，可以使高壓氫氣保持規(guī)定的溫度填充到氫汽車等的燃料罐等中。
圖10為表示用于實施高壓氫氣的供給、填充方法的供給填充裝置的另 一例的圖。在該例中，使用液態(tài)氫作為熱交換器的冷卻介質(zhì)，回收通過熱交 換產(chǎn)生的氫氣用于氫氣的供給填充。另外，對與圖9所示的裝置相同結構部 件附以相同符號，省略其說明。
來源于氫容器121的高壓氫通過開閉閥123、流量計124、流量調(diào)節(jié)閥 125流通在高壓管道126，并供給到熱交換器111的塊體113的氣體入口 117。
來源于液態(tài)氫貯槽141的液態(tài)氫作為冷卻介質(zhì)，通過流量調(diào)節(jié)閥142， 從管143供給到熱交換器111的容器112內(nèi)，對塊體113進行冷卻。
流通在熱交換器111的塊體113內(nèi)的氣體流道的高壓氫在此冷卻，從塊 體113的氣體出口 118經(jīng)過閥通過低溫管道128，供給到氫汽車等中，填充 到其燃料罐等中。
流通在高壓管道126的高壓氫的一部分在流量調(diào)節(jié)閥125的上游側被分 支而流通在旁通管129，經(jīng)過流量調(diào)節(jié)閥130,在低溫管道128中合流。
在熱交換器111的容器112中，設置調(diào)節(jié)液態(tài)氫的量的閥131、導出氣 化的氫氣的閥132、安全閥133等。
此外，在熱交換器111的塊體113上設置溫度傳感器120,設置有對低 溫管道128的與旁通管道129的合流點的下游側的氣體溫度進行測定的溫度傳感器134，進而設置有對流通在高壓管道126的氫氣溫度進行測定的溫度 傳感器135。
進一步地，設置有根據(jù)來源于上述溫度傳感器120、 134、 135的溫度信 號，對上述流量調(diào)節(jié)閥125、 130、 142的開度進行控制的控制部37。
熱交換器111的容器112內(nèi)的液態(tài)氫由于冷卻氫氣而其一部分氣化，該 氫氣與偕同的少量液態(tài)氫一起經(jīng)過閥132，與>^人閥131流出的液態(tài)氬合流， 送入到管144、蒸發(fā)器145中，在此偕同的液態(tài)氫氣化，作為氫氣送入到氫 氣貯槽146中，在此暫時貯留。
氫氣貝i槽146內(nèi)的氪氣通過管147送入到壓縮機148中被加壓，經(jīng)過管 149、閥150送入到氫容器121中，在此貯留并再利用。
圖11為圖IO所示的氫氣的供給填充裝置的變形例。在該例中，將貯留 熱交換器111的冷卻介質(zhì)的容器112替代為液態(tài)氫貯槽141，通過該液態(tài)氫 貯槽141內(nèi)的液態(tài)氬冷卻塊體113，并冷卻流通塊體113內(nèi)的氣體流道的高 壓氫氣，換而言之，形成為在液態(tài)氫貯槽141內(nèi)的液態(tài)氬中浸漬塊體113的 狀態(tài)。
在液態(tài)氫貯槽141內(nèi)通過熱交換而氣化的氫氣，與偕同的少量液態(tài)氫一 起經(jīng)過閥132通過管144、蒸發(fā)器145，作為氫氣送入到氫氣貯槽146中， 在此暫時貯留，進而送入到壓縮機148中被加壓后，送入到氫容器121中， 該方面與圖IO所示的裝置相同。
此外，同樣地設置有根據(jù)來源于溫度傳感器120、 134、 135的溫度信號， 對流量調(diào)節(jié)閥125、 130的開度進行控制的控制部137。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的熱交換器由于能夠有效地冷卻氫氣等，在產(chǎn)業(yè)上是有用的。
權利要求
1、一種熱交換器，用于冷卻高壓氣體，具備通過相互平行地設置多個間隔板而形成一條彎曲的制冷劑流道的框體，在該制冷劑流道內(nèi)通過空隙設置有一條彎曲的冷卻管道，在所述制冷劑流道中流通冷卻介質(zhì)，在所述冷卻管道中流通所述高壓氣體。
2、 根據(jù)權利要求1所述的熱交換器，其中，在所述管道中設置有沿著 其長度方向延伸的散熱片。
3、 根據(jù)權利要求1所述的熱交換器，其中，所述框體包括主體和堵塞 該主體的蓋部，在主體或蓋部設置有所述多個間隔板。
4、 一種熱交換器，用于冷卻氣體，具備貯留冷卻介質(zhì)的容器和設置在該容器內(nèi)、在內(nèi)部形成流通氣體的氣 體流道的塊體，所述塊體在金屬體上相互交叉地形成多個貫通孔，將這些貫通孔的開口 中的一個開口作為氣體入口，另一個開口作為氣體出口，將除此以外的開口 密封，從而將所述貫通孔作為所述氣體流道。
5、 根據(jù)權利要求1所述的熱交換器，其中，所述金屬體為板體。
6、 根據(jù)權利要求1或2所述的熱交換器，其中，在所述塊體的貫通孔 中的一個上安裝有溫度傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱交換器，用于冷卻高壓氣體，具備通過相互平行地設置有多個間隔板而形成一條彎曲的制冷劑流道的框體，在該制冷劑流道內(nèi)通過空隙設置一條彎曲的冷卻管道，在上述制冷劑流道中流通冷卻介質(zhì)，在上述冷卻管道中流通上述高壓氣體。
文檔編號F28D1/06GK101563578SQ20078004742
公開日2009年10月21日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權日2006年12月19日
發(fā)明者久和野敏明, 大盛干士 申請人:大陽日酸株式會社