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JP2011127754A - Hydrogen gas cooling device - Google Patents

Hydrogen gas cooling device Download PDF

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JP2011127754A
JP2011127754A JP2010066396A JP2010066396A JP2011127754A JP 2011127754 A JP2011127754 A JP 2011127754A JP 2010066396 A JP2010066396 A JP 2010066396A JP 2010066396 A JP2010066396 A JP 2010066396A JP 2011127754 A JP2011127754 A JP 2011127754A
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JP
Japan
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heat exchanger
hydrogen gas
main heat
liquefied gas
head tank
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Application number
JP2010066396A
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Inventor
Noboru Watanabe
昇 渡辺
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Taiyo Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Taiyo Nippon Sanso Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen gas cooling device which attains a further reduction of the entire device in size, or improves the cooling performance without changing the size of the device. <P>SOLUTION: The hydrogen gas cooling device 1 includes a main heat exchanger 2, a head tank 3, and an auxiliary heat exchanger 4 which heat exchanges between exhaust gas exhausted from the head tank 3 when liquefied gas is vaporized and generated and un-cooled hydrogen gas to preliminarily cool the hydrogen gas. The main heat exchanger 2 has a double-tube structure composed of an inner tube 5 and an outer tube 6. Hydrogen flows in the inner tube 5, and the outer tube 6 is filled with the liquefied gas. A liquefied gas supply pipe 8 for supplying the liquefied gas from the head tank 3 is connected to the bottom of the outer tube 6. A return pipe 15 for returning the liquefied gas to the head tank 3 is provided at a position above the bottom of the outer tube 6. The head tank 3 is arranged at an upper part where the bottom of the head tank 3 is located beyond the top of the main heat exchanger 2. The auxiliary heat exchanger 4 is provided to precede the main heat exchanger 2. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素ガス冷却装置の改良に関するものである。   The present invention relates to an improvement of a hydrogen gas cooling device.

水素自動車では、水素ガスを燃料タンクに高圧で充填することが要求されるため、水素ガスを燃料タンクに充填する際には、断熱圧縮による温度上昇が起きる。また、水素ガスは一般的なガスと異なり、断熱膨張させるとジュールトムソン効果により温度が上昇する性質を有する。
充填作業の効率を上げるため、水素ガスの供給流量を高く設定する場合には、水素ガスは高温になりやすいため、燃料タンクへの充填に際しては予め水素ガスを−30℃〜−40℃程度に冷却する必要がある。
In a hydrogen vehicle, it is required to fill the fuel tank with hydrogen gas at a high pressure. Therefore, when the hydrogen gas is filled into the fuel tank, the temperature rises due to adiabatic compression. Also, unlike general gases, hydrogen gas has the property that the temperature rises due to the Joule-Thompson effect when it is adiabatically expanded.
In order to increase the efficiency of the filling operation, when the supply flow rate of hydrogen gas is set high, the hydrogen gas tends to become high temperature. Therefore, when filling the fuel tank, the hydrogen gas is set to about −30 ° C. to −40 ° C. in advance. It needs to be cooled.

このような用途において水素ガスを冷却する装置としては、特許文献1に提案されたものがある。具体的には、特許文献1に記載された冷却装置は、ブラインなどの冷却媒体を貯留し循環させる冷媒貯槽にコイル状の冷却パイプを浸漬した構造の熱交換器を備えたもので、この冷却パイプに冷却すべき水素を流して冷却するものである。
また、冷却媒体として液体窒素などの液化ガスを冷媒貯槽に供給して貯留するタイプの冷却装置も知られている。
As an apparatus for cooling hydrogen gas in such an application, there is one proposed in Patent Document 1. Specifically, the cooling device described in Patent Document 1 includes a heat exchanger having a structure in which a coiled cooling pipe is immersed in a refrigerant storage tank that stores and circulates a cooling medium such as brine. The pipe is cooled by flowing hydrogen to be cooled.
Also known is a type of cooling device that supplies and stores a liquefied gas such as liquid nitrogen to a refrigerant storage tank as a cooling medium.

しかしながら、特許文献1に記載の水素ガス冷却装置にあっては、設備全体が大型化すること、冷却媒体としての液体窒素の消費量が多くなること、装置の起動時間および終了時間が長くなることなどの不具合があった。   However, in the hydrogen gas cooling device described in Patent Document 1, the entire facility is increased in size, the consumption of liquid nitrogen as a cooling medium is increased, and the startup time and end time of the device are increased. There were problems such as.

そこで、上記不具合を解決する水素ガス冷却装置としては、特許文献2に提案されたものがある。具体的には、図6に示すように、水素ガス冷却装置101は、水素ガスと液化ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する熱交換器102と、この熱交換器102に供給される液化ガスを貯えるヘッドタンク103を備えており、この熱交換器102は、二重管構造であって、内管105側に水素が流れ、外管106側に液化ガスが満たされ、二重管の管軸が鉛直方向または斜め方向になるように配されている。そして、ヘッドタンク103からの液化ガスを供給する液化ガス供給管108が外管106の底部に接続され、外管106の底部よりも上方の位置に液化ガスをヘッドタンク103に戻す戻り管115が設けられており、ヘッドタンク103は、その底部が熱交換器102の頂部を越える上方に位置するものである。   Then, as a hydrogen gas cooling device which solves the above-mentioned trouble, there is a thing proposed in patent documents 2. Specifically, as shown in FIG. 6, the hydrogen gas cooling device 101 includes a heat exchanger 102 that cools the hydrogen gas by performing heat exchange between the hydrogen gas and the liquefied gas, and the heat exchanger 102. A head tank 103 for storing the supplied liquefied gas is provided, and the heat exchanger 102 has a double pipe structure, hydrogen flows to the inner pipe 105 side, and the liquefied gas is filled to the outer pipe 106 side, The pipe axis of the double pipe is arranged so as to be vertical or oblique. A liquefied gas supply pipe 108 for supplying liquefied gas from the head tank 103 is connected to the bottom of the outer pipe 106, and a return pipe 115 for returning the liquefied gas to the head tank 103 at a position above the bottom of the outer pipe 106 is provided. The head tank 103 is located above the bottom of the head tank 103 beyond the top of the heat exchanger 102.

上記特許文献2に記載の水素ガス冷却装置により、上記不具合が解決されるが、設備全体のさらなる小型化や、設備のサイズを変えることなく冷却能力を向上させたいという要求があった。   The hydrogen gas cooling device described in Patent Document 2 solves the above problems, but there has been a demand for further downsizing the entire facility and improving the cooling capacity without changing the size of the facility.

また、上記特許文献2に記載の水素ガス冷却装置では、熱交換器の出口側に近い水素ガスは十分冷却されているものの、配管内を流れる間に温められてしまうため、水素自動車の燃料タンク等の供給先容器の入口においては所望の温度範囲よりも高温となってしまう場合があった。したがって、熱交換器においては供給先容器において要求されるよりも水素ガスを過剰に冷却(すなわち、より低温に冷却)しておかなければならないため、熱交換器が大型化してしまうという問題があった。   Further, in the hydrogen gas cooling device described in Patent Document 2, the hydrogen gas close to the outlet side of the heat exchanger is sufficiently cooled, but is heated while flowing in the pipe, so that the fuel tank of the hydrogen automobile In some cases, the inlet of the supply destination container becomes higher than the desired temperature range. Therefore, in the heat exchanger, the hydrogen gas must be cooled excessively (that is, cooled to a lower temperature) than required in the supply destination container, resulting in a problem that the heat exchanger becomes large. It was.

特開2005−083567号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-083567 特開2008−267496号公報JP 2008-267596 A

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、装置全体のさらなる小型化が可能な、或いは、装置サイズを変更することなく冷却能力の向上が可能な水素ガス冷却装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a hydrogen gas cooling device capable of further reducing the size of the entire device or improving the cooling capacity without changing the device size. With the goal.

かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、水素ガスと液化ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する主熱交換器と、前記主熱交換器に供給される液化ガスを貯えるヘッドタンクと、を備え、前記主熱交換器は、内管と外管とからなる二重管構造であって、前記内管内に水素が流れ、前記外管内に液化ガスが満たされ、二重管の管軸が鉛直方向または斜め方向になるように配され、前記ヘッドタンクからの液化ガスを供給する液化ガス供給管が前記外管の底部に接続され、前記外管の底部よりも上方の位置に液化ガスを前記ヘッドタンクに戻す戻り管が設けられ、前記ヘッドタンクは、その底部が前記主熱交換器の頂部を越える上方に配置される水素ガス冷却装置であって、
前記液化ガスが気化して生成されるとともに前記ヘッドタンクから排出された排出ガスと、未冷却の前記水素ガスとの間で熱交換を行なって当該水素ガスを予備冷却する補助熱交換器を備え、
前記補助熱交換器が、前記主熱交換器の前段に設けられていることを特徴とする水素ガス冷却装置である。
To solve this problem,
The invention according to claim 1 is a main heat exchanger that cools hydrogen gas by exchanging heat between hydrogen gas and liquefied gas, a head tank that stores liquefied gas supplied to the main heat exchanger, The main heat exchanger has a double tube structure comprising an inner tube and an outer tube, hydrogen flows into the inner tube, and the outer tube is filled with liquefied gas, and the tube axis of the double tube Is arranged in a vertical direction or an oblique direction, and a liquefied gas supply pipe for supplying a liquefied gas from the head tank is connected to the bottom of the outer pipe, and the liquefied gas is positioned above the bottom of the outer pipe. A return pipe is provided to return the head tank to the head tank, and the head tank is a hydrogen gas cooling device disposed at the bottom of the head tank above the top of the main heat exchanger,
An auxiliary heat exchanger that preliminarily cools the hydrogen gas by exchanging heat between the exhaust gas generated by the vaporization of the liquefied gas and the exhaust gas discharged from the head tank and the uncooled hydrogen gas; ,
In the hydrogen gas cooling device, the auxiliary heat exchanger is provided in a stage preceding the main heat exchanger.

請求項2に係る発明は、水素ガスと液化ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する主熱交換器と、
前記主熱交換器に供給される液化ガスを貯えるヘッドタンクと、を備え、
前記主熱交換器は、内管と外管とからなる二重管構造であって、前記内管内に水素が流れ、前記外管内に液化ガスが満たされ、二重管の管軸が鉛直方向または斜め方向になるように配され、前記ヘッドタンクからの液化ガスを供給する液化ガス供給管が前記外管の底部に接続され、前記外管の底部よりも上方の位置に液化ガスを前記ヘッドタンクに戻す戻り管が設けられ、
前記ヘッドタンクは、その底部が前記主熱交換器の頂部を越える上方に配置される水素ガス冷却装置であって、
前記液化ガスが気化して生成されるとともに前記ヘッドタンクから排出された排出ガスと、冷却後の前記水素ガスとの間で熱交換を行なって当該水素ガスを追加冷却して低温に保持する補助熱交換器を備え、
前記補助熱交換器が、前記主熱交換器の後段に設けられていることを特徴とする水素ガス冷却装置である。
The invention according to claim 2 is a main heat exchanger that cools the hydrogen gas by performing heat exchange between the hydrogen gas and the liquefied gas;
A head tank for storing liquefied gas supplied to the main heat exchanger,
The main heat exchanger has a double tube structure including an inner tube and an outer tube, hydrogen flows into the inner tube, liquefied gas is filled in the outer tube, and the tube axis of the double tube is in the vertical direction. Alternatively, a liquefied gas supply pipe that is arranged in an oblique direction and supplies a liquefied gas from the head tank is connected to the bottom of the outer pipe, and the liquefied gas is supplied to the head at a position above the bottom of the outer pipe. A return pipe is provided to return to the tank,
The head tank is a hydrogen gas cooling device that is disposed above the bottom of the head tank beyond the top of the main heat exchanger,
The liquefied gas is vaporized and generated, and heat is exchanged between the exhaust gas exhausted from the head tank and the cooled hydrogen gas to further cool the hydrogen gas and keep it at a low temperature. With a heat exchanger,
2. The hydrogen gas cooling device according to claim 1, wherein the auxiliary heat exchanger is provided at a subsequent stage of the main heat exchanger.

請求項3に係る発明は、水素ガスと液化ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する主熱交換器と、
前記主熱交換器に供給される液化ガスを貯えるヘッドタンクと、を備え、
前記主熱交換器は、内管と外管とからなる二重管構造であって、前記内管内に水素が流れ、前記外管内に液化ガスが満たされ、二重管の管軸が鉛直方向または斜め方向になるように配され、前記ヘッドタンクからの液化ガスを供給する液化ガス供給管が前記外管の底部に接続され、前記外管の底部よりも上方の位置に液化ガスを前記ヘッドタンクに戻す戻り管が設けられ、
前記ヘッドタンクは、その底部が前記主熱交換器の頂部を越える上方に配置される水素ガス冷却装置であって、
前記液化ガスが気化して生成されるとともに前記ヘッドタンクから排出された排出ガスと、未冷却の前記水素ガスとの間で熱交換を行なって当該水素ガスを予備冷却する第1の補助熱交換器と、
前記排出ガスと、冷却後の前記水素ガスとの間で熱交換を行なって当該水素ガスを追加冷却して低温に保持する第2の補助熱交換器と、を備え、
前記第1の補助熱交換器が前記主熱交換器の前段に、前記第2の補助熱交換器が前記主熱交換器の後段にそれぞれ設けられていることを特徴とする水素ガス冷却装置である。
The invention according to claim 3 is a main heat exchanger that performs heat exchange between hydrogen gas and liquefied gas to cool the hydrogen gas;
A head tank for storing liquefied gas supplied to the main heat exchanger,
The main heat exchanger has a double tube structure including an inner tube and an outer tube, hydrogen flows into the inner tube, liquefied gas is filled in the outer tube, and the tube axis of the double tube is in the vertical direction. Alternatively, a liquefied gas supply pipe that is arranged in an oblique direction and supplies a liquefied gas from the head tank is connected to the bottom of the outer pipe, and the liquefied gas is supplied to the head at a position above the bottom of the outer pipe. A return pipe is provided to return to the tank,
The head tank is a hydrogen gas cooling device that is disposed above the bottom of the head tank beyond the top of the main heat exchanger,
A first auxiliary heat exchange is performed in which the liquefied gas is vaporized and heat exchange is performed between the exhaust gas discharged from the head tank and the uncooled hydrogen gas to precool the hydrogen gas. And
A second auxiliary heat exchanger that performs heat exchange between the exhaust gas and the hydrogen gas after cooling, and additionally cools the hydrogen gas to maintain a low temperature;
In the hydrogen gas cooling device, the first auxiliary heat exchanger is provided in the front stage of the main heat exchanger, and the second auxiliary heat exchanger is provided in the rear stage of the main heat exchanger. is there.

請求項4にかかる発明は、前記主熱交換器の前記内管の外周部に、熱交換促進手段が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の水素ガス冷却装置である。
請求項5にかかる発明は、前記熱交換促進手段が、前記内管に密着するように巻きつけられた金属線材又はフィンであることを特徴とする請求項4に記載の水素ガス冷却装置である。
請求項6にかかる発明は、前記主熱交換器の前記外管内に、熱交換促進部材が充填されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の水素ガス冷却装置である。
請求項7にかかる発明は、前記熱交換促進部材が、レッシングリング、ラシヒリング、ポールリング、サドルのいずれか1つ又は2以上の混合物であることを特徴とする請求項6に記載の水素ガス冷却装置である。
The invention according to claim 4 is characterized in that the heat exchange promoting means is provided on the outer peripheral portion of the inner pipe of the main heat exchanger. It is a gas cooling device.
The invention according to claim 5 is the hydrogen gas cooling device according to claim 4, wherein the heat exchange promoting means is a metal wire or a fin wound so as to be in close contact with the inner tube. .
The invention according to claim 6 is the hydrogen gas cooling device according to any one of claims 1 to 5, wherein a heat exchange promoting member is filled in the outer tube of the main heat exchanger. It is.
According to a seventh aspect of the present invention, in the hydrogen gas cooling according to the sixth aspect, the heat exchange promoting member is any one of a lessing ring, a Raschig ring, a pole ring, and a saddle, or a mixture of two or more. Device.

また、請求項8にかかる発明は、水素ガスと液化ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する主熱交換器と、前記主熱交換器に供給される液化ガスを貯えるヘッドタンクと、を備え、前記主熱交換器は、内管と外管とからなる二重管構造であって、前記内管内に水素が流れ、前記外管内に液化ガスが満たされ、二重管の管軸が鉛直方向または斜め方向になるように配され、前記ヘッドタンクからの液化ガスを供給する液化ガス供給管が前記外管の底部に接続され、前記外管の底部よりも上方の位置に液化ガスを前記ヘッドタンクに戻す戻り管が設けられ、前記ヘッドタンクは、その底部が前記主熱交換器の頂部を越える上方に配置される水素ガス冷却装置であって、
前記主熱交換器の前記内管の外周部に、熱交換促進手段が設けられていることを特徴とする水素ガス冷却装置である。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a main heat exchanger that cools the hydrogen gas by exchanging heat between the hydrogen gas and the liquefied gas, and a head tank that stores the liquefied gas supplied to the main heat exchanger. And the main heat exchanger has a double tube structure including an inner tube and an outer tube, hydrogen flows into the inner tube, and the outer tube is filled with a liquefied gas. A pipe axis is arranged so as to be in a vertical direction or an oblique direction, and a liquefied gas supply pipe for supplying a liquefied gas from the head tank is connected to a bottom portion of the outer pipe, and is positioned above the bottom of the outer pipe. A return pipe for returning liquefied gas to the head tank is provided, and the head tank is a hydrogen gas cooling device arranged at the bottom of the head tank above the top of the main heat exchanger,
The hydrogen gas cooling device is characterized in that heat exchange promoting means is provided on an outer peripheral portion of the inner pipe of the main heat exchanger.

請求項9にかかる発明は、前記熱交換促進手段が、前記内管に密着するように巻きつけられた金属線材又はフィンであることを特徴とする請求項8に記載の水素ガス冷却装置である。   The invention according to claim 9 is the hydrogen gas cooling device according to claim 8, wherein the heat exchange promoting means is a metal wire or a fin wound so as to be in close contact with the inner tube. .

さらに、請求項10にかかる発明は、水素ガスと液化ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する主熱交換器と、前記主熱交換器に供給される液化ガスを貯えるヘッドタンクと、を備え、前記主熱交換器は、内管と外管とからなる二重管構造であって、前記内管内に水素が流れ、前記外管内に液化ガスが満たされ、二重管の管軸が鉛直方向または斜め方向になるように配され、前記ヘッドタンクからの液化ガスを供給する液化ガス供給管が前記外管の底部に接続され、前記外管の底部よりも上方の位置に液化ガスを前記ヘッドタンクに戻す戻り管が設けられ、前記ヘッドタンクは、その底部が前記主熱交換器の頂部を越える上方に配置される水素ガス冷却装置であって、
前記主熱交換器の前記外管内に、熱交換促進部材が充填されていることを特徴とする水素ガス冷却装置である。
Further, the invention according to claim 10 is a main heat exchanger that cools hydrogen gas by exchanging heat between hydrogen gas and liquefied gas, and a head tank that stores liquefied gas supplied to the main heat exchanger. And the main heat exchanger has a double tube structure including an inner tube and an outer tube, hydrogen flows into the inner tube, and the outer tube is filled with a liquefied gas. A pipe axis is arranged so as to be in a vertical direction or an oblique direction, and a liquefied gas supply pipe for supplying a liquefied gas from the head tank is connected to a bottom portion of the outer pipe, and is positioned above the bottom of the outer pipe. A return pipe for returning liquefied gas to the head tank is provided, and the head tank is a hydrogen gas cooling device arranged at the bottom of the head tank above the top of the main heat exchanger,
The hydrogen gas cooling device is characterized in that a heat exchange promoting member is filled in the outer tube of the main heat exchanger.

請求項11にかかる発明は、前記熱交換促進部材が、レッシングリング、ラシヒリング、ポールリング、サドルのいずれか1つ又は2以上の混合物であることを特徴とする請求項10に記載の水素ガス冷却装置である。   The invention according to claim 11 is the hydrogen gas cooling according to claim 10, wherein the heat exchange promoting member is any one or a mixture of a lessing ring, a Raschig ring, a pole ring, and a saddle. Device.

本発明の水素ガス冷却装置によれば、液化ガスが気化して生成されるとともにヘッドタンクから排出された排出ガスと未冷却の水素ガスとの間で熱交換を行なって水素ガスを予備冷却する補助熱交換器を備え、この補助熱交換器が、主熱交換器の前段に設けられていることで、主熱交換器に導入される前の未冷却の水素ガスを予備冷却することができる。すなわち、従来は系外に排出されていたヘッドタンクの排出ガスを予備冷却に利用するため、冷媒としての液化ガスの消費量を削減することが可能となる。これにより、主熱交換器のサイズを縮小した場合であっても、従来サイズの主熱交換器を用いる場合と同等の冷却能力が得られる。また、補助熱交換器では、冷却側及び被冷却側ともにガスを用いるため、省スペースな熱交換器を用いることが可能となる。これにより、装置内のデッドスペースへの設置も可能となるため、装置の大型化を招くおそれがない。したがって、装置全体のさらなる小型化が可能な、或いは、装置サイズを変更することなく冷却能力の向上が可能な水素ガス冷却装置を提供することができる。   According to the hydrogen gas cooling device of the present invention, the liquefied gas is vaporized and generated, and heat exchange is performed between the exhaust gas discharged from the head tank and the uncooled hydrogen gas to precool the hydrogen gas. An auxiliary heat exchanger is provided, and this auxiliary heat exchanger is provided in the front stage of the main heat exchanger, so that uncooled hydrogen gas before being introduced into the main heat exchanger can be precooled. . That is, since the exhaust gas of the head tank that has been exhausted outside the system is used for preliminary cooling, the consumption of the liquefied gas as the refrigerant can be reduced. Thereby, even if it is a case where the size of a main heat exchanger is reduced, the cooling capability equivalent to the case where the main heat exchanger of the conventional size is used is obtained. In addition, since the auxiliary heat exchanger uses gas on both the cooling side and the cooled side, a space-saving heat exchanger can be used. As a result, installation in a dead space in the apparatus is also possible, and there is no possibility of causing an increase in the size of the apparatus. Therefore, it is possible to provide a hydrogen gas cooling device that can further reduce the size of the entire device or that can improve the cooling capacity without changing the device size.

また、本発明の水素ガス冷却装置の第二の態様によれば、液化ガスが気化して生成されるとともにヘッドタンクから排出された排出ガスと、冷却後の水素ガスとの間で熱交換を行なう補助熱交換器が、主熱交換器の後段に設けられる構成となっている。これにより、冷却された水素ガスを追加冷却して低温に保持することができるため、配管内を流れる間に水素ガスが温められてしまうことがなく、熱交換器において予め水素ガスを過剰に冷却する必要がない。したがって、装置全体のさらなる小型化が可能な、或いは、装置サイズを変更することなく冷却能力の向上が可能な水素ガス冷却装置を提供することができる。   According to the second aspect of the hydrogen gas cooling device of the present invention, the liquefied gas is vaporized and generated, and heat is exchanged between the exhaust gas discharged from the head tank and the cooled hydrogen gas. The auxiliary heat exchanger to be performed is configured to be provided after the main heat exchanger. As a result, the cooled hydrogen gas can be additionally cooled and kept at a low temperature, so that the hydrogen gas is not warmed while flowing in the piping, and the hydrogen gas is excessively cooled in advance in the heat exchanger. There is no need to do. Therefore, it is possible to provide a hydrogen gas cooling device that can further reduce the size of the entire device or that can improve the cooling capacity without changing the device size.

また、本発明の水素ガス冷却装置の第三の態様によれば、液化ガスが気化して生成されるとともにヘッドタンクから排出された排出ガスと未冷却の水素ガスとの間で熱交換を行なって水素ガスを予備冷却する第1の補助熱交換器が、主熱交換器の前段に設けられている。これにより、主熱交換器に導入される前の未冷却の水素ガスを予備冷却することができる。また、上記排出ガスと、冷却後の水素ガスとの間で熱交換を行なう補助熱交換器が、主熱交換器の後段に設けられる構成となっている。これにより、冷却された水素ガスを追加冷却して低温に保持することができるため、配管内を流れる間に水素ガスが温められてしまうことがなく、熱交換器において予め水素ガスを過剰に冷却する必要がない。したがって、装置全体のさらなる小型化が可能な、或いは、装置サイズを変更することなく冷却能力の向上が可能な水素ガス冷却装置を提供することができる。   According to the third aspect of the hydrogen gas cooling device of the present invention, liquefied gas is generated by vaporization, and heat exchange is performed between the exhaust gas discharged from the head tank and the uncooled hydrogen gas. A first auxiliary heat exchanger for precooling the hydrogen gas is provided in front of the main heat exchanger. Thereby, the uncooled hydrogen gas before being introduced into the main heat exchanger can be precooled. In addition, an auxiliary heat exchanger that performs heat exchange between the exhaust gas and the hydrogen gas after cooling is configured to be provided at a stage subsequent to the main heat exchanger. As a result, the cooled hydrogen gas can be additionally cooled and kept at a low temperature, so that the hydrogen gas is not warmed while flowing in the piping, and the hydrogen gas is excessively cooled in advance in the heat exchanger. There is no need to do. Therefore, it is possible to provide a hydrogen gas cooling device that can further reduce the size of the entire device or that can improve the cooling capacity without changing the device size.

また、本発明の水素ガス冷却装置の第四の態様によれば、主熱交換器の内管の外周部に、熱交換促進手段が設けられている構成となっている。これにより、主熱交換器における熱交換を促進することができるため、主熱交換器のサイズを縮小した場合であっても、従来サイズの主熱交換器を用いる場合と同等の冷却能力が得られる。したがって、装置全体のさらなる小型化が可能な、或いは、装置サイズを変更することなく冷却能力の向上が可能な水素ガス冷却装置を提供することができる。   Moreover, according to the 4th aspect of the hydrogen gas cooling device of this invention, it has the structure by which the heat exchange promotion means is provided in the outer peripheral part of the inner tube | pipe of a main heat exchanger. As a result, heat exchange in the main heat exchanger can be promoted, so that even when the size of the main heat exchanger is reduced, a cooling capacity equivalent to that in the case of using the main heat exchanger of the conventional size is obtained. It is done. Therefore, it is possible to provide a hydrogen gas cooling device that can further reduce the size of the entire device or that can improve the cooling capacity without changing the device size.

さらに、本発明の水素ガス冷却装置の第五の態様によれば、主熱交換器の外管内に、熱交換促進部材が充填されている構成となっている。これにより、主熱交換器における熱交換を促進することができるため、主熱交換器のサイズを縮小した場合であっても、従来サイズの主熱交換器を用いる場合と同等の冷却能力が得られる。したがって、装置全体のさらなる小型化が可能な、或いは、装置サイズを変更することなく冷却能力の向上が可能な水素ガス冷却装置を提供することができる。   Furthermore, according to the fifth aspect of the hydrogen gas cooling device of the present invention, the heat exchange promoting member is filled in the outer tube of the main heat exchanger. As a result, heat exchange in the main heat exchanger can be promoted, so that even when the size of the main heat exchanger is reduced, a cooling capacity equivalent to that in the case of using the main heat exchanger of the conventional size is obtained. It is done. Therefore, it is possible to provide a hydrogen gas cooling device that can further reduce the size of the entire device or that can improve the cooling capacity without changing the device size.

本発明を適用した第1の実施形態である水素ガス冷却装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the hydrogen gas cooling device which is 1st Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用した一実施形態である水素ガス冷却装置に用いる熱交換促進手段の一例を説明するための図であり、主熱交換器の内管付近を示す拡大側面図である。It is a figure for demonstrating an example of the heat exchange acceleration | stimulation means used for the hydrogen gas cooling device which is one Embodiment to which this invention is applied, and is an enlarged side view which shows the inner pipe | tube vicinity of a main heat exchanger. 本発明を適用した一実施形態である水素ガス冷却装置に用いる熱交換促進手段の他の例を説明するための図であり、主熱交換器の内管付近の拡大断面図である。It is a figure for demonstrating the other example of the heat exchange promotion means used for the hydrogen gas cooling device which is one Embodiment to which this invention is applied, and is an expanded sectional view of the inner pipe vicinity of a main heat exchanger. 本発明を適用した第2の実施形態である水素ガス冷却装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the hydrogen gas cooling device which is 2nd Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用した第3の実施形態である水素ガス冷却装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the hydrogen gas cooling device which is 3rd Embodiment to which this invention is applied. 従来の水素ガス冷却装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the conventional hydrogen gas cooling device.

以下、本発明を適用した一実施形態である水素ガス冷却装置について、図面を用いて詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, a hydrogen gas cooling apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.

<第1の実施形態>
先ず、本発明を適用した第1の実施形態である水素ガス冷却装置(以下、単に「冷却装置」という)の構成について説明する。
図1に示すように、本実施形態の冷却装置1は、水素ガスと液化ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する主熱交換器2と、上記主熱交換器2に供給される液化ガスを貯えるヘッドタンク3と、液化ガスが気化して生成されるとともに上記ヘッドタンク3から排出された排出ガスと未冷却の水素ガスとの間で熱交換を行なって水素ガスを予備冷却する補助熱交換器4と、を備えて概略構成されている。
<First Embodiment>
First, a configuration of a hydrogen gas cooling device (hereinafter simply referred to as “cooling device”) according to a first embodiment to which the present invention is applied will be described.
As shown in FIG. 1, the cooling device 1 of the present embodiment supplies a main heat exchanger 2 that cools hydrogen gas by exchanging heat between hydrogen gas and a liquefied gas, and supplies the main heat exchanger 2 to the main heat exchanger 2. The head tank 3 for storing the liquefied gas to be generated, and the liquefied gas is vaporized and generated, and heat exchange is performed between the exhaust gas discharged from the head tank 3 and the uncooled hydrogen gas to reserve hydrogen gas. And an auxiliary heat exchanger 4 for cooling.

主熱交換器2は、直管状の内管5とこの内管5の外側に同軸的に設けられた直管状の外管6とからなる二重管構造となっている。
この主熱交換器2は、その内管5および外管6の軸線が鉛直方向または鉛直方向から若干斜めに傾いた方向に沿うように立設状態で設置されている。
The main heat exchanger 2 has a double tube structure including a straight tubular inner tube 5 and a straight tubular outer tube 6 provided coaxially outside the inner tube 5.
The main heat exchanger 2 is installed in an upright state so that the axes of the inner tube 5 and the outer tube 6 are along the vertical direction or a direction slightly inclined from the vertical direction.

内管5は、その内部を冷却すべき水素ガスが流れるもので、内径2〜10mm、外径10〜30mm、長さ500〜2000mm程度で、低温水素脆性を考慮した金属材料、例えばSUS316L等からなるものである。内管5は、外管6の頂部および底部を液密に貫通しており、貫通した上部は入口5aと、下部は出口5bとなっている。   The inner pipe 5 is the one in which the hydrogen gas to be cooled flows. The inner pipe 5 has an inner diameter of 2 to 10 mm, an outer diameter of 10 to 30 mm, a length of about 500 to 2000 mm, and is made of a metal material considering low temperature hydrogen embrittlement, such as SUS316L. It will be. The inner pipe 5 penetrates the top and bottom of the outer pipe 6 in a liquid-tight manner, and the upper part that penetrates is an inlet 5a and the lower part is an outlet 5b.

外管6は、その内側に液化窒素などの冷却媒体として機能する低温液化ガスを貯えるもので、内径40〜60mm、外径45〜80mm、長さ500〜2000mm程度のステンレス鋼などからなるものである。この外管6の上部は、長手方向に伸縮が可能なベローズ7となっている。なお、このベローズ7の位置は上部に限られることはなく、外管6のどこでも良い。
外管6の頂部および底部は閉じられている。外管6の外側は図示しない断熱材で被覆されており、液化ガスへの外部からの熱の侵入を防ぐように構成されている。
The outer tube 6 stores therein a low-temperature liquefied gas that functions as a cooling medium such as liquefied nitrogen, and is made of stainless steel having an inner diameter of 40 to 60 mm, an outer diameter of 45 to 80 mm, and a length of about 500 to 2000 mm. is there. The upper part of the outer tube 6 is a bellows 7 that can expand and contract in the longitudinal direction. The position of the bellows 7 is not limited to the upper part, and may be anywhere on the outer tube 6.
The top and bottom of the outer tube 6 are closed. The outside of the outer tube 6 is covered with a heat insulating material (not shown), and is configured to prevent heat from entering the liquefied gas from the outside.

本実施形態では、主熱交換器2の内管5の外周部に熱交換促進手段が設けられていることが好ましい。上記熱交換促進手段の一例として、金属線材が挙げられる。具体的には、図2に示すように、内管5の外周部に、金属線材5cが内管5に密着するように巻きつける。このように、内管5の周囲に金属線材5cを巻き付けることによって、内管5側と外管6内に貯えられた低温の液化ガスとの伝熱面積が増加するため、熱交換が促進される。したがって、簡単な構造で主熱交換器2の小型化(特に長さ方向の短縮)が実現される。なお、金属線材5cの具体例としては、ステンレス線、アルミ線、銅線などが挙げられるが、熱交換効率の向上の理由から、ステンレス線が好ましい。また、金属線材5cは、内管5の外周部の全体に巻きつけることが好ましい。これにより、主熱交換器2の全長を短縮することができる。   In the present embodiment, it is preferable that heat exchange promoting means is provided on the outer peripheral portion of the inner tube 5 of the main heat exchanger 2. An example of the heat exchange promoting means is a metal wire. Specifically, as shown in FIG. 2, the metal wire 5 c is wound around the outer peripheral portion of the inner tube 5 so as to be in close contact with the inner tube 5. Thus, by winding the metal wire 5c around the inner tube 5, the heat transfer area between the inner tube 5 side and the low-temperature liquefied gas stored in the outer tube 6 increases, so heat exchange is promoted. The Therefore, the main heat exchanger 2 can be downsized (particularly shortened in the length direction) with a simple structure. In addition, as a specific example of the metal wire 5c, a stainless steel wire, an aluminum wire, a copper wire, etc. are mentioned, However, A stainless steel wire is preferable from the reason of the improvement of heat exchange efficiency. The metal wire 5c is preferably wound around the entire outer peripheral portion of the inner tube 5. Thereby, the full length of the main heat exchanger 2 can be shortened.

熱交換促進手段の他の例として、フィンが挙げられる。具体的には、図3に示すように、内管5の外周に複数のフィン5d(図3中では、4個)を設ける。このように、内管5の外周に複数のフィン5dを設けることにより、熱交換が促進される。   Another example of the heat exchange promoting means is a fin. Specifically, as shown in FIG. 3, a plurality of fins 5 d (four in FIG. 3) are provided on the outer periphery of the inner tube 5. Thus, heat exchange is promoted by providing the plurality of fins 5d on the outer periphery of the inner tube 5.

また、本実施形態では、主熱交換器2の外管6内に、熱交換促進部材が充填されていることが好ましい。上記熱交換促進部材としては、具体的には、レッシングリング、ラシヒリング、ポールリング、サドル等が挙げられる。これらの1つ又は2以上の混合物を外管6内に充填して内管5の周囲に存在させることにより、上述した熱交換促進手段と同様に熱交換が促進される。なお、熱交換促進部材は、外管6の内部全体に詰め込むことが好ましい。また、熱交換促進部材は、上記熱交換促進手段に代えて、あるいは上記熱交換促進手段と併せて、用いることができる。   Moreover, in this embodiment, it is preferable that the outer tube 6 of the main heat exchanger 2 is filled with a heat exchange promoting member. Specific examples of the heat exchange promoting member include a lessing ring, a Raschig ring, a pole ring, and a saddle. By filling the outer tube 6 with one or more of these mixtures and allowing them to be present around the inner tube 5, heat exchange is promoted in the same manner as the heat exchange promoting means described above. The heat exchange promoting member is preferably packed in the entire inside of the outer tube 6. The heat exchange promoting member can be used in place of the heat exchange promoting means or in combination with the heat exchange promoting means.

ヘッドタンク3は、液化窒素などの液化ガスを貯えるために設けられている。このヘッドタンク3は、主熱交換器2の頂部よりも上方の位置に配され、主熱交換器2の頂部よりも30〜50cm程度上方に置くことが好ましい。
ヘッドタンク3の底部と主熱交換器2の外管6の底部とは液化ガス供給管8によって接続されており、ヘッドタンク3から外管6内に液化ガスが高低差によって流下して供給されるようになっている。
The head tank 3 is provided for storing liquefied gas such as liquefied nitrogen. The head tank 3 is disposed at a position above the top of the main heat exchanger 2 and is preferably placed about 30 to 50 cm above the top of the main heat exchanger 2.
The bottom part of the head tank 3 and the bottom part of the outer pipe 6 of the main heat exchanger 2 are connected by a liquefied gas supply pipe 8, and the liquefied gas flows down from the head tank 3 into the outer pipe 6 depending on the height difference. It has become so.

ヘッドタンク3には、図示しない液化ガス供給源からの液化ガスが補給される補給管9が接続され、液面計10と液面位調整弁とからなる液面制御機構により所定量の液化ガスが常時貯えられるようになっている。
また、ヘッドタンク3の上部には予備冷却ガス供給管11が接続され、気化した液化ガスからなる排出ガスが補助熱交換器4内に導入されるようになっている。
The head tank 3 is connected to a supply pipe 9 for supplying liquefied gas from a liquefied gas supply source (not shown), and a predetermined amount of liquefied gas is provided by a liquid level control mechanism including a liquid level gauge 10 and a liquid level adjusting valve. Can always be stored.
Further, a preliminary cooling gas supply pipe 11 is connected to the upper part of the head tank 3 so that exhaust gas composed of vaporized liquefied gas is introduced into the auxiliary heat exchanger 4.

補助熱交換器4は、ヘッドタンク3において液化ガスが気化して生成されるとともにこのヘッドタンク3から排出された排出ガスと、未冷却の水素ガスとの間で熱交換を行なって水素ガスを予備冷却するために、主熱交換器2の前段に設けられている。   The auxiliary heat exchanger 4 is generated by vaporizing the liquefied gas in the head tank 3 and exchanging heat between the exhaust gas discharged from the head tank 3 and uncooled hydrogen gas to generate hydrogen gas. In order to perform pre-cooling, it is provided upstream of the main heat exchanger 2.

補助熱交換器4は、直管状の内管12とこの内管12の外側に同軸的に設けられた直管状の外管13とからなる二重管構造となっている。
この補助熱交換器4は、その内管12および外管13の軸線が鉛直方向に沿うように立設状態で設置されているが、水平方向に設置したり、屈曲させたり等、設置状態や形状は任意とすることができる。
The auxiliary heat exchanger 4 has a double tube structure including a straight tubular inner tube 12 and a straight tubular outer tube 13 provided coaxially outside the inner tube 12.
The auxiliary heat exchanger 4 is installed in a standing state so that the axes of the inner tube 12 and the outer tube 13 are along the vertical direction. However, the auxiliary heat exchanger 4 is installed in a horizontal direction, bent, etc. The shape can be arbitrary.

内管12は、その内部を冷却前の水素ガス、すなわち主熱交換器2に導入前の水素ガスが流れるもので、内径2〜10mm、外径10〜30mm、長さ500mm〜10m、好ましくは長さ500〜2000mm程度で、低温水素脆性を考慮した金属材料、例えばSUS316L等からなるものである。内管12は、外管13の頂部および底部を気密に貫通しており、貫通した上部は入口12aと、下部は出口12bとなっている。   The inner pipe 12 has a hydrogen gas before cooling, that is, a hydrogen gas before introduction into the main heat exchanger 2, and has an inner diameter of 2 to 10 mm, an outer diameter of 10 to 30 mm, and a length of 500 mm to 10 m, preferably It is about 500 to 2000 mm in length and is made of a metal material considering low temperature hydrogen embrittlement, such as SUS316L. The inner pipe 12 penetrates the top and bottom of the outer pipe 13 in an airtight manner, and the upper part that penetrates serves as an inlet 12a and the lower part serves as an outlet 12b.

外管13は、その内側にヘッドタンク3において気化した液化ガスであって、ヘッドタンク3から排出された排出ガスが流れるもので、内径40〜60mm、外径45〜80mm、長さ500mm〜10m、好ましくは長さ500〜2000mm程度のステンレス鋼などからなるものである。
また、外管13の頂部および底部は閉じられている。外管13の外側は図示しない断熱材で被覆されており、排出ガスへの外部からの熱の侵入を防ぐように構成されている。
The outer tube 13 is a liquefied gas vaporized in the head tank 3 on the inner side, and the exhaust gas discharged from the head tank 3 flows, and has an inner diameter of 40 to 60 mm, an outer diameter of 45 to 80 mm, and a length of 500 mm to 10 m. Preferably, it is made of stainless steel having a length of about 500 to 2000 mm.
The top and bottom of the outer tube 13 are closed. The outer side of the outer tube 13 is covered with a heat insulating material (not shown), and configured to prevent heat from entering the exhaust gas from the outside.

さらに、ヘッドタンク3の上部と補助熱交換器4の外管13の底部とは上述した予備冷却ガス供給管11によって接続されており、ヘッドタンク3から外管13内に液化ガスが気化した排出ガスが供給されるようになっている。更にまた、補助熱交換器4の外管13の上部には排気管14が接続され、水素ガスを予備冷却した後、すなわち未冷却の水素ガスとの間で熱交換を行なった後の排出ガスが系外に排出されるようになっている。   Furthermore, the upper part of the head tank 3 and the bottom part of the outer pipe 13 of the auxiliary heat exchanger 4 are connected by the above-described preliminary cooling gas supply pipe 11, and the liquefied gas is discharged from the head tank 3 into the outer pipe 13. Gas is supplied. Furthermore, an exhaust pipe 14 is connected to the upper part of the outer pipe 13 of the auxiliary heat exchanger 4 and exhaust gas after preliminarily cooling hydrogen gas, that is, after exchanging heat with uncooled hydrogen gas. Are discharged out of the system.

主熱交換器2の外管6の上下方向の高さの異なる5箇所の側面には、それぞれ戻り管15が接続されており、これらの戻り管15は、それぞれに設けられた図示略の開閉弁を介して戻り母管16に接続され、この戻り母管16はヘッドタンク3に接続されている。
これにより、外管6内の液化ガスが、その一部が気化して生じた泡とともに戻り管15及び図示略の開閉弁を通り、戻り母管16を上昇してヘッドタンク3に戻るように構成されている。また、ヘッドタンク3に戻った液化ガスは、再度液化ガス供給管8に流入して、主熱交換器2とヘッドタンク3との間を自然に循環するようになっている。
Return pipes 15 are respectively connected to five side surfaces of the outer pipe 6 of the main heat exchanger 2 having different heights in the vertical direction, and these return pipes 15 are opened and closed (not shown) provided respectively. The return mother pipe 16 is connected to the head tank 3 through a valve.
As a result, the liquefied gas in the outer pipe 6 passes through the return pipe 15 and an open / close valve (not shown) together with bubbles generated by partial vaporization, and ascends the return mother pipe 16 to return to the head tank 3. It is configured. Further, the liquefied gas that has returned to the head tank 3 flows into the liquefied gas supply pipe 8 again, and naturally circulates between the main heat exchanger 2 and the head tank 3.

補助熱交換器4の内管12の上部の入口12aには水素ガス流入管17が接続されている。また、補助熱交換器4の内管12の下部の出口12bには、主熱交換器2の内管5の上部の入口5aが接続されている。さらに、主熱交換器2の内管5の下部の出口5bには水素ガス流出管18が接続されている。
水素ガス流入管17は、冷却すべき水素ガスを主熱交換器2に供給する前に、補助熱交換器4の内管12に送り込むものであり、図示略の流量計と流量調整弁19とからなる流量調整機構が設けられ、内管12に送り込まれる水素ガスの流量を制御するようになっている。
A hydrogen gas inflow pipe 17 is connected to the inlet 12 a at the top of the inner pipe 12 of the auxiliary heat exchanger 4. In addition, an upper inlet 5 a of the inner pipe 5 of the main heat exchanger 2 is connected to the lower outlet 12 b of the inner pipe 12 of the auxiliary heat exchanger 4. Further, a hydrogen gas outflow pipe 18 is connected to the outlet 5 b at the lower part of the inner pipe 5 of the main heat exchanger 2.
The hydrogen gas inflow pipe 17 feeds hydrogen gas to be cooled to the inner pipe 12 of the auxiliary heat exchanger 4 before supplying the main gas to the main heat exchanger 2. A flow rate adjusting mechanism is provided to control the flow rate of hydrogen gas fed into the inner tube 12.

水素ガス流出管18は、主熱交換器2で冷却された水素ガスを外部の水素自動車などに送給するためのもので、その温度を計測する温度計20と圧力を計測する圧力計(図示略)および圧力発信器(図示略)が設けられている。
温度計20からの水素ガス温度信号は水素ガス流入管17に設けられた流量調整弁19に送られ、水素ガス流出管18を流れる水素ガスの温度に基づいて補助熱交換器4の内管12に送り込まれる水素ガスの流量が制御されるように構成されている。
The hydrogen gas outflow pipe 18 is for supplying the hydrogen gas cooled by the main heat exchanger 2 to an external hydrogen automobile or the like, and a thermometer 20 for measuring the temperature and a pressure gauge for measuring the pressure (illustrated). (Not shown) and a pressure transmitter (not shown) are provided.
The hydrogen gas temperature signal from the thermometer 20 is sent to a flow rate adjusting valve 19 provided in the hydrogen gas inflow pipe 17 and based on the temperature of the hydrogen gas flowing through the hydrogen gas outflow pipe 18, the inner pipe 12 of the auxiliary heat exchanger 4. The flow rate of the hydrogen gas fed into is controlled.

さらに、水素ガス流入管17と水素ガス流出管18とを直接結ぶバイパス管21が設けられている。このバイパス管21は、補助熱交換器4の内管12及び主熱交換器2の内管5と並列的に接続される形態となっており、水素ガス流入管17を流れる水素ガスの一部がバイパス管21を通って直接水素ガス流出管18に流れるようになっている。
バイパス管21には、流量調整弁22が設けられており、この流量調整弁22は上記温度計20からの水素ガス温度信号に基づいてその開度が調整されてバイパス管21を流れる水素ガスの流量が調整されるようになっている。
Further, a bypass pipe 21 that directly connects the hydrogen gas inflow pipe 17 and the hydrogen gas outflow pipe 18 is provided. The bypass pipe 21 is connected in parallel to the inner pipe 12 of the auxiliary heat exchanger 4 and the inner pipe 5 of the main heat exchanger 2, and a part of the hydrogen gas flowing through the hydrogen gas inflow pipe 17. Flows through the bypass pipe 21 directly to the hydrogen gas outflow pipe 18.
The bypass pipe 21 is provided with a flow rate adjusting valve 22, and the flow rate adjusting valve 22 is adjusted in opening degree based on the hydrogen gas temperature signal from the thermometer 20 and the hydrogen gas flowing through the bypass pipe 21 is adjusted. The flow rate is adjusted.

次に、本実施形態の水素ガス冷却装置1の運転方法について説明する。
先ず、水素ガス流入管17から温度0〜40℃、圧力0〜90MPa(ゲージ圧)の水素ガスを導入し、その流量を流量調整弁19により調整して補助熱交換器4の内管12に送り込む。
一方、ヘッドタンク3において、気化した液化ガスからなる排出ガスをヘッドタンク3から予備冷却ガス供給管11を介して補助熱交換器4の外管13内に供給する。
Next, an operation method of the hydrogen gas cooling device 1 of the present embodiment will be described.
First, hydrogen gas having a temperature of 0 to 40 ° C. and a pressure of 0 to 90 MPa (gauge pressure) is introduced from the hydrogen gas inflow pipe 17, and the flow rate thereof is adjusted by the flow rate adjusting valve 19 to the inner pipe 12 of the auxiliary heat exchanger 4. Send it in.
On the other hand, in the head tank 3, exhaust gas consisting of vaporized liquefied gas is supplied from the head tank 3 into the outer pipe 13 of the auxiliary heat exchanger 4 through the preliminary cooling gas supply pipe 11.

補助熱交換器4の内管12に供給された水素ガスは、内管12内を流れてその壁面に接することで予備冷却され、温度−196〜0℃、圧力0〜90MPa(ゲージ圧)の予備冷却された水素ガスとして出口12bから導出され、主熱交換器2の内管5に供給される。
補助熱交換器4の外管13内の排出ガスは、水素ガスを冷却した後に排出管14から系外へと排出される。
The hydrogen gas supplied to the inner pipe 12 of the auxiliary heat exchanger 4 is precooled by flowing through the inner pipe 12 and contacting the wall surface thereof, and has a temperature of -196 to 0 ° C and a pressure of 0 to 90 MPa (gauge pressure). It is led out from the outlet 12 b as precooled hydrogen gas and supplied to the inner pipe 5 of the main heat exchanger 2.
The exhaust gas in the outer pipe 13 of the auxiliary heat exchanger 4 is discharged out of the system from the exhaust pipe 14 after cooling the hydrogen gas.

次に、補助熱交換器4によって予備冷却された温度−196〜0℃、圧力0〜90MPa(ゲージ圧)の水素ガスを主熱交換器2の内管5に送り込む。
一方、ヘッドタンク3から液化窒素などの液化ガスを、液化ガス供給管8を介して主熱交換器2の外管6内に供給して外管6内に貯める。
Next, hydrogen gas preliminarily cooled by the auxiliary heat exchanger 4 and having a temperature of −196 to 0 ° C. and a pressure of 0 to 90 MPa (gauge pressure) is fed into the inner pipe 5 of the main heat exchanger 2.
On the other hand, liquefied gas such as liquefied nitrogen is supplied from the head tank 3 through the liquefied gas supply pipe 8 into the outer pipe 6 of the main heat exchanger 2 and stored in the outer pipe 6.

主熱交換器2の内管5に供給された水素ガスは、内管5内を流れてその壁面に接することで冷却され、水素ガス流出管18から温度−196〜0℃、圧力0〜90MPa(ゲージ圧)の冷却水素ガスとして導出され、水素自動車などに供給される。
一方、主熱交換器2の外管6内の液化ガスは、水素ガスを冷却することで加熱され、その一部は気化して気泡状となって液化ガス中に混合した状態となる。
The hydrogen gas supplied to the inner pipe 5 of the main heat exchanger 2 is cooled by flowing through the inner pipe 5 and coming into contact with the wall surface, and the temperature from the hydrogen gas outlet pipe 18 is -196 to 0 ° C., and the pressure is 0 to 90 MPa. It is derived as (gauge pressure) cooled hydrogen gas and supplied to hydrogen automobiles and the like.
On the other hand, the liquefied gas in the outer pipe 6 of the main heat exchanger 2 is heated by cooling the hydrogen gas, and a part of the liquefied gas is vaporized into bubbles and mixed with the liquefied gas.

この気泡を含む液化ガスは、見掛けの密度が小さいものとなって、外管6内を上昇し、戻り管15及び図示略の開閉弁を経て、さらに戻り母管16を上昇してヘッドタンク3に戻る。ヘッドタンク3に戻った液化ガスに含まれる気体状の液化ガスはここで分離され、予備冷却ガス供給管11から補助熱交換器4に供給され、液化ガスはヘッドタンク3内に貯えられ、再度使用に供される。   The liquefied gas containing bubbles has a low apparent density, rises in the outer pipe 6, passes through the return pipe 15 and an on-off valve (not shown), and further rises the return mother pipe 16 to raise the head tank 3. Return to. The gaseous liquefied gas contained in the liquefied gas returned to the head tank 3 is separated here and supplied to the auxiliary heat exchanger 4 from the preliminary cooling gas supply pipe 11, and the liquefied gas is stored in the head tank 3 and again. Provided for use.

この運転操作の際、水素ガス流出管18を流れる冷却水素ガスの温度を温度計20によって監視し、目的温度から逸脱した場合には、温度計20からの制御信号が水素ガス流入管17に設けられた流量調整弁19とバイパス管21に設けられた流量調整弁22に送信され、流量調整弁19、22の開度を調整して水素ガス流入管17あるいはバイパス管21を流れる未冷却の水素ガスの流量を変化させて目的の温度の冷却水素ガスが得られるようにする。   During this operation, the temperature of the cooling hydrogen gas flowing through the hydrogen gas outlet pipe 18 is monitored by the thermometer 20, and when the temperature deviates from the target temperature, a control signal from the thermometer 20 is provided in the hydrogen gas inlet pipe 17. The flow rate adjusting valve 19 and the flow rate adjusting valve 22 provided in the bypass pipe 21 are transmitted to the flow rate adjusting valve 19 and the opening degree of the flow rate adjusting valves 19 and 22 to adjust the opening of the hydrogen gas inflow pipe 17 or the bypass pipe 21. The flow rate of the gas is changed so that a cooled hydrogen gas having a target temperature is obtained.

また、主熱交換器2の外管6に取り付けられた5本の戻り管15,15・・の開閉弁(図示略)のいくつかを開閉することによって、外管6内に貯えられる液化ガスの液面高さを変化させることができる。この液面高さの変化は、内管5と液化ガスとが接触する面積(有効伝熱面積)を変化させることになり、内管5内を流れる水素ガスの冷却度合が変化し、これにより水素ガス流出管18に流出する冷却水素ガスの温度を調整することができる。   Further, the liquefied gas stored in the outer pipe 6 is opened and closed by opening and closing some of the on-off valves (not shown) of the five return pipes 15 attached to the outer pipe 6 of the main heat exchanger 2. The liquid level can be changed. This change in the liquid level changes the area (effective heat transfer area) where the inner tube 5 and the liquefied gas are in contact with each other, and the degree of cooling of the hydrogen gas flowing in the inner tube 5 changes. The temperature of the cooling hydrogen gas flowing out to the hydrogen gas outflow pipe 18 can be adjusted.

主熱交換器2の内管5および外管6は、液化ガスの貯留、排出、水素ガスの流入などによってその温度が変化し、この温度変化に伴って管軸方向の長さがそれぞれ伸縮する。この伸縮は外管6のベローズ7によって吸収される。このため、内管5および外管6の伸縮に起因する主熱交換器2の損傷などの不都合が生じることがない。   The temperature of the inner pipe 5 and the outer pipe 6 of the main heat exchanger 2 changes due to storage and discharge of liquefied gas, inflow of hydrogen gas, etc., and the length in the tube axis direction expands and contracts with this temperature change. . This expansion and contraction is absorbed by the bellows 7 of the outer tube 6. For this reason, inconveniences such as damage to the main heat exchanger 2 due to expansion and contraction of the inner tube 5 and the outer tube 6 do not occur.

本実施形態の水素ガス冷却装置1によれば、液化ガスが気化して生成されるとともにヘッドタンク3から排出された排出ガスと未冷却の水素ガスとの間で熱交換を行なって水素ガスを予備冷却する補助熱交換器4を備え、この補助熱交換器4が、主熱交換器2の前段に設けられているため、主熱交換器2に導入される前の未冷却の水素ガスを予備冷却することができる。このように、従来は系外に排出されていたヘッドタンクの排出ガスを予備冷却に利用することができるため、冷媒としての液化ガスの消費量を削減することが可能となる。これにより、鉛直型の主熱交換器2の高さ方向の寸法を小さくした場合であっても、従来サイズの主熱交換器を用いる場合と同等の冷却能力が得られる。   According to the hydrogen gas cooling device 1 of the present embodiment, the liquefied gas is vaporized and generated, and heat is exchanged between the exhaust gas discharged from the head tank 3 and the uncooled hydrogen gas to generate the hydrogen gas. An auxiliary heat exchanger 4 for pre-cooling is provided, and this auxiliary heat exchanger 4 is provided in the front stage of the main heat exchanger 2, so that uncooled hydrogen gas before being introduced into the main heat exchanger 2 is removed. Can be precooled. Thus, since the exhaust gas from the head tank that has been exhausted outside the system can be used for preliminary cooling, the consumption of liquefied gas as a refrigerant can be reduced. Thereby, even if it is a case where the dimension of the height direction of the vertical type main heat exchanger 2 is made small, the cooling capability equivalent to the case where the main heat exchanger of the conventional size is used is obtained.

また、補助熱交換器4では、冷却側及び被冷却側ともにガスを用いるため、二重管式熱交換器のような省スペースな熱交換器を用いることが可能となる。これにより、補助熱交換器4を冷却装置1内のデッドスペースへ設置することが可能となるため、装置の大型化を招くおそれがない。したがって、装置全体のさらなる小型化が可能な、或いは、装置サイズを変更することなく冷却能力の向上が可能な水素ガス冷却装置1を提供することができる。   In addition, since the auxiliary heat exchanger 4 uses gas on both the cooling side and the cooled side, a space-saving heat exchanger such as a double pipe heat exchanger can be used. Thereby, since it becomes possible to install the auxiliary heat exchanger 4 in the dead space in the cooling device 1, there is no possibility that the size of the device will be increased. Therefore, it is possible to provide the hydrogen gas cooling device 1 that can further reduce the size of the entire device or that can improve the cooling capacity without changing the device size.

また、本実施形態の水素ガス冷却装置1によれば、主熱交換器2の内管5の外周部に、熱交換促進手段が設けられている。これにより、内管5と金属との接触長が長くなることで液化ガスの冷熱を内管5に伝える金属の経路が確保されるので、主熱交換器2における熱交換を促進することができる。したがって、鉛直型の主熱交換器2の高さ方向の寸法を小さくした場合であっても、従来サイズの主熱交換器を用いる場合と同等の冷却能力が得られる。   Further, according to the hydrogen gas cooling device 1 of the present embodiment, the heat exchange promoting means is provided on the outer peripheral portion of the inner tube 5 of the main heat exchanger 2. Thereby, since the metal path which conveys the cold heat | fever of liquefied gas to the inner pipe 5 is ensured by the contact length of the inner pipe 5 and a metal becoming long, the heat exchange in the main heat exchanger 2 can be accelerated | stimulated. . Therefore, even when the vertical size of the main heat exchanger 2 is reduced, a cooling capacity equivalent to that obtained when the main heat exchanger of the conventional size is used can be obtained.

さらに、本実施形態の水素ガス冷却装置1によれば、主熱交換器2の外管6内に、熱交換促進部材が充填されている。これにより、内管5と金属との接触長が長くなることで液化ガスの冷熱を内管5に伝える金属の経路が確保されるので、主熱交換器2における熱交換を促進することができる。したがって、鉛直型の主熱交換器2の高さ方向の寸法を小さくした場合であっても、従来サイズの主熱交換器を用いる場合と同等の冷却能力が得られる。   Furthermore, according to the hydrogen gas cooling device 1 of the present embodiment, the heat exchange promoting member is filled in the outer tube 6 of the main heat exchanger 2. Thereby, since the metal path which conveys the cold heat | fever of liquefied gas to the inner pipe 5 is ensured by the contact length of the inner pipe 5 and a metal becoming long, the heat exchange in the main heat exchanger 2 can be accelerated | stimulated. . Therefore, even when the vertical size of the main heat exchanger 2 is reduced, a cooling capacity equivalent to that obtained when the main heat exchanger of the conventional size is used can be obtained.

更にまた、本実施形態の水素ガス冷却装置1によれば、冷却水素ガスの温度調節を、流量調整弁19、22および戻り管15の3つの手段で行うことができるので、水素ガスの流量が大幅に変動しても、常に冷却水素ガスの温度を目的の温度域に保つことができる。   Furthermore, according to the hydrogen gas cooling device 1 of the present embodiment, the temperature of the cooling hydrogen gas can be adjusted by the three means of the flow rate adjusting valves 19 and 22 and the return pipe 15, so that the flow rate of the hydrogen gas is Even if it fluctuates significantly, the temperature of the cooling hydrogen gas can always be kept in the target temperature range.

<第2の実施形態>
次に、本発明を適用した第2の実施形態である水素ガス冷却装置の構成について説明する。
本実施形態では、第1の実施形態の水素ガス冷却装置1とは、主熱交換器2の前段に設けられた補助熱交換器4に代えて、主熱交換器2の後段に補助熱交換器24が設けられている点で異なる構成となっている。したがって、本実施形態の水素ガス冷却装置の構成については、第1の実施形態と同一の構成部分については同じ符号を付すると共に説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, the configuration of the hydrogen gas cooling device according to the second embodiment to which the present invention is applied will be described.
In the present embodiment, the hydrogen gas cooling device 1 of the first embodiment differs from the auxiliary heat exchanger 4 provided in the front stage of the main heat exchanger 2 in place of the auxiliary heat exchange in the rear stage of the main heat exchanger 2. It has a different configuration in that the vessel 24 is provided. Therefore, about the structure of the hydrogen gas cooling device of this embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted.

図4に示すように、本実施形態の冷却装置41は、主熱交換器2と、ヘッドタンク3と、液化ガスが気化して生成されるとともに上記ヘッドタンク3から排出された排出ガスと冷却後の前記水素ガスとの間で熱交換を行なって当該水素ガスを追加冷却して低温に保持する補助熱交換器24と、を備えて概略構成されている。   As shown in FIG. 4, the cooling device 41 according to the present embodiment includes a main heat exchanger 2, a head tank 3, a liquefied gas generated by vaporization, and exhaust gas discharged from the head tank 3 and cooling. And an auxiliary heat exchanger 24 that performs heat exchange with the subsequent hydrogen gas to further cool the hydrogen gas and keep it at a low temperature.

本実施形態の補助熱交換器24は、ヘッドタンク3において液化ガスが気化して生成されるとともにこのヘッドタンク3から排出された排出ガスと、冷却後の前記水素ガスとの間で熱交換を行なって、水素ガスを追加冷却して低温に保持するために、主熱交換器2の後段に設けられている。   The auxiliary heat exchanger 24 of this embodiment exchanges heat between the exhaust gas generated by vaporizing the liquefied gas in the head tank 3 and the exhaust gas discharged from the head tank 3 and the hydrogen gas after cooling. In order to further cool the hydrogen gas and keep it at a low temperature, it is provided after the main heat exchanger 2.

補助熱交換器24は、水素ガス流出管18を内管とし、この水素ガス流出管18の外側に直管状の外管25を同軸的に設けた二重管構造となっている。
この補助熱交換器24は、内管である水素ガス流出管18および外管25の軸線が鉛直方向に沿うように立設状態で設置したり、水平方向に設置したり、屈曲させたり等、設置状態や形状は任意とすることができる。
The auxiliary heat exchanger 24 has a double tube structure in which the hydrogen gas outlet pipe 18 is an inner pipe and a straight tubular outer pipe 25 is coaxially provided outside the hydrogen gas outlet pipe 18.
The auxiliary heat exchanger 24 is installed in a standing state so that the axes of the hydrogen gas outflow pipe 18 and the outer pipe 25 that are inner pipes are along the vertical direction, installed in a horizontal direction, bent, etc. The installation state and shape can be arbitrary.

本実施形態の補助熱交換器24における内管である水素ガス流出管18は、外管25の導入部および導出部を気密に貫通しており、貫通した導入部は入口18aと、導出部は出口18bとなっている。   The hydrogen gas outflow pipe 18 which is an inner pipe in the auxiliary heat exchanger 24 of the present embodiment penetrates the introduction part and the lead-out part of the outer pipe 25 in an airtight manner. The penetrating introduction part is an inlet 18a, and the lead-out part is It is an outlet 18b.

外管25は、その内側にヘッドタンク3において気化した液化ガスであって、ヘッドタンク3から排出された排出ガスが流れるもので、内径40〜60mm、外径45〜80mm、長さ500mm〜10m、好ましくは長さ500〜2000mm程度のステンレス鋼などからなるものである。なお、本実施形態の冷却装置41では、主熱交換器2より下流側の水素ガス流出管18が全て二重管構造、すなわち補助熱交換器24とすることが好ましい。
また、外管25の導入側および導出側の端部は閉じられている。外管25の外側は図示しない断熱材で被覆されており、排出ガスへの外部からの熱の侵入を防ぐように構成されている。
The outer tube 25 is a liquefied gas vaporized in the head tank 3 on the inner side, and the exhaust gas discharged from the head tank 3 flows, and has an inner diameter of 40 to 60 mm, an outer diameter of 45 to 80 mm, and a length of 500 mm to 10 m. Preferably, it is made of stainless steel having a length of about 500 to 2000 mm. In the cooling device 41 of the present embodiment, it is preferable that all the hydrogen gas outflow pipes 18 on the downstream side of the main heat exchanger 2 have a double pipe structure, that is, the auxiliary heat exchanger 24.
Further, the end portions on the introduction side and the lead-out side of the outer tube 25 are closed. The outer side of the outer tube 25 is covered with a heat insulating material (not shown) so as to prevent heat from entering the exhaust gas from the outside.

ヘッドタンク3の上部と外管25の入口18a側の端部とは追加冷却ガス供給管26によって接続されており、ヘッドタンク3から外管25内に液化ガスが気化した排出ガスが供給されるようになっている。更にまた、外管25の出口18b側の端部には排気管27が接続され、水素ガスを追加冷却した後、すなわち冷却された水素ガスを低温に保持した後の排出ガスが系外に排出されるようになっている。   The upper part of the head tank 3 and the end of the outer pipe 25 on the inlet 18a side are connected by an additional cooling gas supply pipe 26, and exhaust gas in which liquefied gas is vaporized is supplied from the head tank 3 into the outer pipe 25. It is like that. Further, an exhaust pipe 27 is connected to the end of the outer pipe 25 on the outlet 18b side, and after the hydrogen gas is further cooled, that is, the exhaust gas after the cooled hydrogen gas is kept at a low temperature is discharged out of the system. It has come to be.

以上説明したように、本実施形態の冷却装置41によれば、補助熱交換器24が、主熱交換器2の後段に設けられる構成となっており、主熱交換器2で冷却された水素ガスをヘッドタンク3から排出された排出ガスによって冷却することにより、低温に保持することができる。このため、水素ガス流出管18内を流れる間に水素ガスが温められてしまうことがなく、主熱交換器2において予め水素ガスを過剰に冷却する必要がない。したがって、装置全体のさらなる小型化が可能な、或いは、装置サイズを変更することなく冷却能力の向上が可能な冷却装置41を提供することができる。   As described above, according to the cooling device 41 of the present embodiment, the auxiliary heat exchanger 24 is provided at the subsequent stage of the main heat exchanger 2, and the hydrogen cooled by the main heat exchanger 2. By cooling the gas with the exhaust gas discharged from the head tank 3, it can be kept at a low temperature. For this reason, the hydrogen gas is not warmed while flowing in the hydrogen gas outflow pipe 18, and it is not necessary to preliminarily cool the hydrogen gas in the main heat exchanger 2. Therefore, it is possible to provide the cooling device 41 that can further reduce the size of the entire device or that can improve the cooling capacity without changing the device size.

<第3の実施形態>
次に、本発明を適用した第3の実施形態である水素ガス冷却装置の構成について説明する。
本実施形態では、第1の実施形態の水素ガス冷却装置1において主熱交換器2の前段に設けられた補助熱交換器4と、第2の実施形態の水素ガス冷却装置41において主熱交換器2の後段に設けられた補助熱交換器24とをいずれも備える構成となっている。したがって、本実施形態の水素ガス冷却装置の構成については、第1及び第2の実施形態と同一の構成部分については同じ符号を付すると共に説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a configuration of a hydrogen gas cooling device according to a third embodiment to which the present invention is applied will be described.
In the present embodiment, the auxiliary heat exchanger 4 provided in the preceding stage of the main heat exchanger 2 in the hydrogen gas cooling device 1 of the first embodiment and the main heat exchange in the hydrogen gas cooling device 41 of the second embodiment. The auxiliary heat exchanger 24 provided in the rear stage of the unit 2 is provided with both. Therefore, about the structure of the hydrogen gas cooling device of this embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as 1st and 2nd embodiment, and description is abbreviate | omitted.

図5に示すように、本実施形態の冷却装置51は、主熱交換器2と、ヘッドタンク3と、液化ガスが気化して生成されるとともに上記ヘッドタンク3から排出された排出ガスと未冷却の水素ガスとの間で熱交換を行なって水素ガスを予備冷却する補助熱交換器4(第1の補助熱交換器)と、上記排出ガスと冷却後の前記水素ガスとの間で熱交換を行なって当該水素ガスを追加冷却して低温に保持する補助熱交換器24(第2の補助熱交換器)と、を備えて概略構成されている。   As shown in FIG. 5, the cooling device 51 of the present embodiment includes a main heat exchanger 2, a head tank 3, liquefied gas generated by vaporization, and exhaust gas discharged from the head tank 3 and unreacted gas. Heat is exchanged between the auxiliary heat exchanger 4 (first auxiliary heat exchanger) for preliminarily cooling the hydrogen gas by performing heat exchange with the cooled hydrogen gas, and between the exhaust gas and the cooled hydrogen gas. An auxiliary heat exchanger 24 (second auxiliary heat exchanger) that performs replacement and additionally cools the hydrogen gas to keep it at a low temperature is schematically configured.

ヘッドタンク3の上部には、予備冷却ガス供給管11及び追加冷却ガス供給管26がそれぞれ接続されており、ヘッドタンク3から第1の補助熱交換器である補助熱交換器4の外管13内及び第2の補助熱交換器である補助熱交換器24の外管25内に、液化ガスが気化した排出ガスをそれぞれ供給することができるようになっている。
なお、予備冷却ガス供給管11及び追加冷却ガス供給管26は、図5のように別々にヘッドタンク3に接続しても良いし、途中で分岐するように設けていても良い。
また、ヘッドタンク3からの予備冷却ガス供給管11及び追加冷却ガス供給管26への排出ガスの供給量は、水素ガスの冷却の目的に応じて適宜変更してもよい。
A preliminary cooling gas supply pipe 11 and an additional cooling gas supply pipe 26 are connected to the upper part of the head tank 3, and the outer pipe 13 of the auxiliary heat exchanger 4 that is the first auxiliary heat exchanger is connected from the head tank 3. The exhaust gas vaporized from the liquefied gas can be supplied into the inner pipe and the outer pipe 25 of the auxiliary heat exchanger 24 which is the second auxiliary heat exchanger.
The preliminary cooling gas supply pipe 11 and the additional cooling gas supply pipe 26 may be separately connected to the head tank 3 as shown in FIG. 5 or may be provided so as to be branched in the middle.
Further, the supply amount of the exhaust gas from the head tank 3 to the preliminary cooling gas supply pipe 11 and the additional cooling gas supply pipe 26 may be appropriately changed according to the purpose of cooling the hydrogen gas.

以上説明したように、本実施形態の冷却装置51によれば、液化ガスが気化して生成されるとともにヘッドタンク3から排出された排出ガスと未冷却の水素ガスとの間で熱交換を行なって水素ガスを予備冷却する第1の補助熱交換器4が、主熱交換器2の前段に設けられている。これにより、主熱交換器2に導入される前の未冷却の水素ガスを予備冷却することができる。また、上記排出ガスと、冷却後の水素ガスとの間で熱交換を行なう補助熱交換器24が、主熱交換器2の後段に設けられる構成となっている。これにより、冷却された水素ガスを追加冷却して低温に保持することができるため、水素ガス流出管18内を流れる間に水素ガスが温められてしまうことがなく、主熱交換器2において予め水素ガスを過剰に冷却する必要がない。したがって、装置全体のさらなる小型化が可能な、或いは、装置サイズを変更することなく冷却能力の向上が可能な冷却装置51を提供することができる。   As described above, according to the cooling device 51 of the present embodiment, the liquefied gas is vaporized and generated, and heat exchange is performed between the exhaust gas discharged from the head tank 3 and the uncooled hydrogen gas. A first auxiliary heat exchanger 4 for precooling the hydrogen gas is provided in front of the main heat exchanger 2. Thereby, the uncooled hydrogen gas before being introduced into the main heat exchanger 2 can be precooled. In addition, an auxiliary heat exchanger 24 that performs heat exchange between the exhaust gas and the cooled hydrogen gas is provided in the subsequent stage of the main heat exchanger 2. As a result, the cooled hydrogen gas can be additionally cooled and kept at a low temperature, so that the hydrogen gas is not warmed while flowing through the hydrogen gas outflow pipe 18. There is no need to overcool the hydrogen gas. Therefore, it is possible to provide the cooling device 51 that can further reduce the size of the entire device or can improve the cooling capacity without changing the device size.

<第4の実施形態>
次に、本発明を適用した第4の実施形態である水素ガス冷却装置の構成について説明する。
本実施形態では、第1の実施形態の水素ガス冷却装置1とは、補助熱交換器4を有しないという点で異なる構成となっている。したがって、本実施形態の水素ガス冷却装置の構成については、第1乃至第3の実施形態と同一の構成部分については同じ符号を付すると共に説明を省略する。
<Fourth Embodiment>
Next, the configuration of a hydrogen gas cooling device according to a fourth embodiment to which the present invention is applied will be described.
This embodiment is different from the hydrogen gas cooling device 1 of the first embodiment in that the auxiliary heat exchanger 4 is not provided. Therefore, regarding the configuration of the hydrogen gas cooling device of the present embodiment, the same components as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本実施形態の冷却装置は、水素ガスと液化ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する主熱交換器2と、上記主熱交換器2に供給される液化ガスを貯えるヘッドタンク3と、を備えて概略構成されている。そして、上記主熱交換器2の内管5の外周部に、熱交換促進手段が設けられていることを特徴としている。   The cooling device of the present embodiment includes a main heat exchanger 2 that cools hydrogen gas by exchanging heat between hydrogen gas and liquefied gas, and a head tank that stores liquefied gas supplied to the main heat exchanger 2. 3 and is schematically configured. And the heat exchange promotion means is provided in the outer peripheral part of the inner tube | pipe 5 of the said main heat exchanger 2, It is characterized by the above-mentioned.

本実施形態の水素ガス冷却装置によれば、主熱交換器2の内管5の外周部に、金属線材5cやフィン5d等の熱交換促進手段が設けられている構成となっている。これにより、主熱交換器2における熱交換を促進することができるため、鉛直型の主熱交換器2の高さ方向のサイズを縮小した場合であっても、従来サイズの主熱交換器を用いる場合と同等の冷却能力が得られる。また、主熱交換器2のサイズを従来の主熱交換器と同じ大きさにした場合には、冷却能力の向上させることができる。したがって、装置全体のさらなる小型化が可能な、或いは、装置サイズを変更することなく冷却能力の向上が可能な水素ガス冷却装置を提供することができる。   According to the hydrogen gas cooling device of the present embodiment, heat exchange promoting means such as the metal wire 5c and the fins 5d are provided on the outer peripheral portion of the inner tube 5 of the main heat exchanger 2. Thereby, since heat exchange in the main heat exchanger 2 can be promoted, even when the size of the vertical main heat exchanger 2 in the height direction is reduced, the main heat exchanger of the conventional size is reduced. A cooling capacity equivalent to that used is obtained. In addition, when the size of the main heat exchanger 2 is the same as that of the conventional main heat exchanger, the cooling capacity can be improved. Therefore, it is possible to provide a hydrogen gas cooling device that can further reduce the size of the entire device or that can improve the cooling capacity without changing the device size.

<第5の実施形態>
次に、本発明を適用した第5の実施形態である水素ガス冷却装置の構成について説明する。
本実施形態では、第1の実施形態の水素ガス冷却装置とは、補助熱交換器4を有しないという点で異なる構成となっている。また、第4の実施形態の水素ガス冷却装置とは、熱交換促進手段を有しないという点で異なる構成となっている。したがって、本実施形態の水素ガス冷却装置の構成については、第1乃至第4の実施形態と同一の構成部分については同じ符号を付すると共に説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
Next, the configuration of a hydrogen gas cooling device according to a fifth embodiment to which the present invention is applied will be described.
The present embodiment is different from the hydrogen gas cooling device of the first embodiment in that the auxiliary heat exchanger 4 is not provided. Moreover, it differs from the hydrogen gas cooling device of the fourth embodiment in that it does not have heat exchange promoting means. Therefore, regarding the configuration of the hydrogen gas cooling device of the present embodiment, the same components as those in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本実施形態の冷却装置は、水素ガスと液化ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する主熱交換器2と、上記主熱交換器2に供給される液化ガスを貯えるヘッドタンク3と、を備えて概略構成されている。そして、上記主熱交換器2の外管6内に、熱交換促進部材が充填することを特徴としている。   The cooling device of the present embodiment includes a main heat exchanger 2 that cools hydrogen gas by exchanging heat between hydrogen gas and liquefied gas, and a head tank that stores liquefied gas supplied to the main heat exchanger 2. 3 and is schematically configured. And the heat exchange promotion member is filled in the outer tube 6 of the main heat exchanger 2.

本実施形態の水素ガス冷却装置によれば、主熱交換器2の外管6内に、レッシングリング、ラシヒリング、ポールリング、サドル等の熱交換促進部材が充填されている構成となっている。これにより、主熱交換器2における熱交換を促進することができるため、鉛直型の主熱交換器2の高さ方向のサイズを縮小した場合であっても、従来サイズの主熱交換器を用いる場合と同等の冷却能力が得られる。また、主熱交換器2のサイズを従来の主熱交換器と同じ大きさにした場合には、冷却能力の向上させることができる。したがって、装置全体のさらなる小型化が可能な、或いは、装置サイズを変更することなく冷却能力の向上が可能な水素ガス冷却装置を提供することができる。   According to the hydrogen gas cooling device of the present embodiment, the outer pipe 6 of the main heat exchanger 2 is filled with heat exchange promoting members such as a Lessing ring, Raschig ring, a pole ring, and a saddle. Thereby, since heat exchange in the main heat exchanger 2 can be promoted, even when the size of the vertical main heat exchanger 2 in the height direction is reduced, the main heat exchanger of the conventional size is reduced. A cooling capacity equivalent to that used is obtained. In addition, when the size of the main heat exchanger 2 is the same as that of the conventional main heat exchanger, the cooling capacity can be improved. Therefore, it is possible to provide a hydrogen gas cooling device that can further reduce the size of the entire device or that can improve the cooling capacity without changing the device size.

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記第1〜第5の実施形態では、主熱交換器2の外管6に接続される戻り管15は、5本となっているが、これに限定されず、1本以上であればよく、本数が多い方が冷却水素ガスの精密な温度制御が可能となる。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the first to fifth embodiments, the number of return pipes 15 connected to the outer pipe 6 of the main heat exchanger 2 is five. However, the present invention is not limited to this, and one or more return pipes may be used. The higher the number, the more precise temperature control of the cooling hydrogen gas becomes possible.

また、上記第1〜第5の実施形態では、主熱交換器2の内管5の上部が水素ガスの入口5a、下部が水素ガスの出口5bとされているが、これに限定されるものではない。例えば、図6に示す従来の水素ガス冷却装置101と同様に、内管の下部を入口とし、上部を出口としても構わない。   In the first to fifth embodiments, the upper part of the inner pipe 5 of the main heat exchanger 2 is the hydrogen gas inlet 5a and the lower part is the hydrogen gas outlet 5b. However, the present invention is not limited to this. is not. For example, similarly to the conventional hydrogen gas cooling apparatus 101 shown in FIG. 6, the lower part of the inner pipe may be used as the inlet and the upper part may be used as the outlet.

1,41,51…冷却装置(水素ガス冷却装置)
2…主熱交換器
3…ヘッドタンク
4…補助熱交換器(第1の補助熱交換器)
5…内管
5c…金属線材(熱交換促進手段)
5d…フィン(熱交換促進手段)
6…外管
7…ベローズ
8…液化ガス供給管
9…補給管
10…液面計
11…予備冷却ガス供給管
12…内管
13…外管
14…排気管
15…戻り管
16…戻り母管
17…水素ガス流入管
18…水素ガス流出管
19,22…流量調整弁
20…温度計
21…バイパス管
24…補助熱交換器(第2の補助熱交換器)
25…外管
26…追加冷却ガス供給管
27…排気管
1, 41, 51 ... Cooling device (hydrogen gas cooling device)
2 ... Main heat exchanger 3 ... Head tank 4 ... Auxiliary heat exchanger (first auxiliary heat exchanger)
5 ... Inner pipe 5c ... Metal wire (heat exchange promoting means)
5d ... Fin (heat exchange promoting means)
6 ... Outer pipe 7 ... Bellows 8 ... Liquefied gas supply pipe 9 ... Replenishment pipe 10 ... Level gauge 11 ... Preliminary cooling gas supply pipe 12 ... Inner pipe 13 ... Outer pipe 14 ... Exhaust pipe 15 ... Return pipe 16 ... Return mother pipe 17 ... Hydrogen gas inflow pipe 18 ... Hydrogen gas outflow pipes 19, 22 ... Flow rate adjusting valve 20 ... Thermometer 21 ... Bypass pipe 24 ... Auxiliary heat exchanger (second auxiliary heat exchanger)
25 ... Outer pipe 26 ... Additional cooling gas supply pipe 27 ... Exhaust pipe

Claims (11)

水素ガスと液化ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する主熱交換器と、
前記主熱交換器に供給される液化ガスを貯えるヘッドタンクと、を備え、
前記主熱交換器は、内管と外管とからなる二重管構造であって、前記内管内に水素が流れ、前記外管内に液化ガスが満たされ、二重管の管軸が鉛直方向または斜め方向になるように配され、前記ヘッドタンクからの液化ガスを供給する液化ガス供給管が前記外管の底部に接続され、前記外管の底部よりも上方の位置に液化ガスを前記ヘッドタンクに戻す戻り管が設けられ、
前記ヘッドタンクは、その底部が前記主熱交換器の頂部を越える上方に配置される水素ガス冷却装置であって、
前記液化ガスが気化して生成されるとともに前記ヘッドタンクから排出された排出ガスと、未冷却の前記水素ガスとの間で熱交換を行なって当該水素ガスを予備冷却する補助熱交換器を備え、
前記補助熱交換器が、前記主熱交換器の前段に設けられていることを特徴とする水素ガス冷却装置。
A main heat exchanger that performs heat exchange between the hydrogen gas and the liquefied gas to cool the hydrogen gas;
A head tank for storing liquefied gas supplied to the main heat exchanger,
The main heat exchanger has a double tube structure including an inner tube and an outer tube, hydrogen flows into the inner tube, liquefied gas is filled in the outer tube, and the tube axis of the double tube is in the vertical direction. Alternatively, a liquefied gas supply pipe that is arranged in an oblique direction and supplies a liquefied gas from the head tank is connected to the bottom of the outer pipe, and the liquefied gas is supplied to the head at a position above the bottom of the outer pipe. A return pipe is provided to return to the tank,
The head tank is a hydrogen gas cooling device that is disposed above the bottom of the head tank beyond the top of the main heat exchanger,
An auxiliary heat exchanger that preliminarily cools the hydrogen gas by exchanging heat between the exhaust gas generated by the vaporization of the liquefied gas and the exhaust gas discharged from the head tank and the uncooled hydrogen gas ,
The hydrogen gas cooling device, wherein the auxiliary heat exchanger is provided in a stage preceding the main heat exchanger.
水素ガスと液化ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する主熱交換器と、
前記主熱交換器に供給される液化ガスを貯えるヘッドタンクと、を備え、
前記主熱交換器は、内管と外管とからなる二重管構造であって、前記内管内に水素が流れ、前記外管内に液化ガスが満たされ、二重管の管軸が鉛直方向または斜め方向になるように配され、前記ヘッドタンクからの液化ガスを供給する液化ガス供給管が前記外管の底部に接続され、前記外管の底部よりも上方の位置に液化ガスを前記ヘッドタンクに戻す戻り管が設けられ、
前記ヘッドタンクは、その底部が前記主熱交換器の頂部を越える上方に配置される水素ガス冷却装置であって、
前記液化ガスが気化して生成されるとともに前記ヘッドタンクから排出された排出ガスと、冷却後の前記水素ガスとの間で熱交換を行なって当該水素ガスを追加冷却して低温に保持する補助熱交換器を備え、
前記補助熱交換器が、前記主熱交換器の後段に設けられていることを特徴とする水素ガス冷却装置。
A main heat exchanger that performs heat exchange between the hydrogen gas and the liquefied gas to cool the hydrogen gas;
A head tank for storing liquefied gas supplied to the main heat exchanger,
The main heat exchanger has a double tube structure including an inner tube and an outer tube, hydrogen flows into the inner tube, liquefied gas is filled in the outer tube, and the tube axis of the double tube is in the vertical direction. Alternatively, a liquefied gas supply pipe that is arranged in an oblique direction and supplies a liquefied gas from the head tank is connected to the bottom of the outer pipe, and the liquefied gas is supplied to the head at a position above the bottom of the outer pipe. A return pipe is provided to return to the tank,
The head tank is a hydrogen gas cooling device that is disposed above the bottom of the head tank beyond the top of the main heat exchanger,
The liquefied gas is vaporized and generated, and heat is exchanged between the exhaust gas exhausted from the head tank and the cooled hydrogen gas to further cool the hydrogen gas and keep it at a low temperature. With a heat exchanger,
The hydrogen gas cooling device, wherein the auxiliary heat exchanger is provided at a stage subsequent to the main heat exchanger.
水素ガスと液化ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する主熱交換器と、
前記主熱交換器に供給される液化ガスを貯えるヘッドタンクと、を備え、
前記主熱交換器は、内管と外管とからなる二重管構造であって、前記内管内に水素が流れ、前記外管内に液化ガスが満たされ、二重管の管軸が鉛直方向または斜め方向になるように配され、前記ヘッドタンクからの液化ガスを供給する液化ガス供給管が前記外管の底部に接続され、前記外管の底部よりも上方の位置に液化ガスを前記ヘッドタンクに戻す戻り管が設けられ、
前記ヘッドタンクは、その底部が前記主熱交換器の頂部を越える上方に配置される水素ガス冷却装置であって、
前記液化ガスが気化して生成されるとともに前記ヘッドタンクから排出された排出ガスと、未冷却の前記水素ガスとの間で熱交換を行なって当該水素ガスを予備冷却する第1の補助熱交換器と、
前記排出ガスと、冷却後の前記水素ガスとの間で熱交換を行なって当該水素ガスを追加冷却して低温に保持する第2の補助熱交換器と、を備え、
前記第1の補助熱交換器が前記主熱交換器の前段に、前記第2の補助熱交換器が前記主熱交換器の後段にそれぞれ設けられていることを特徴とする水素ガス冷却装置。
A main heat exchanger that performs heat exchange between the hydrogen gas and the liquefied gas to cool the hydrogen gas;
A head tank for storing liquefied gas supplied to the main heat exchanger,
The main heat exchanger has a double tube structure including an inner tube and an outer tube, hydrogen flows into the inner tube, liquefied gas is filled in the outer tube, and the tube axis of the double tube is in the vertical direction. Alternatively, a liquefied gas supply pipe that is arranged in an oblique direction and supplies a liquefied gas from the head tank is connected to the bottom of the outer pipe, and the liquefied gas is supplied to the head at a position above the bottom of the outer pipe. A return pipe is provided to return to the tank,
The head tank is a hydrogen gas cooling device that is disposed above the bottom of the head tank beyond the top of the main heat exchanger,
A first auxiliary heat exchange is performed in which the liquefied gas is vaporized and heat exchange is performed between the exhaust gas discharged from the head tank and the uncooled hydrogen gas to precool the hydrogen gas. And
A second auxiliary heat exchanger that performs heat exchange between the exhaust gas and the hydrogen gas after cooling, and additionally cools the hydrogen gas to maintain a low temperature;
The hydrogen gas cooling device, wherein the first auxiliary heat exchanger is provided in a front stage of the main heat exchanger, and the second auxiliary heat exchanger is provided in a rear stage of the main heat exchanger.
前記主熱交換器の前記内管の外周部に、熱交換促進手段が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の水素ガス冷却装置。   The hydrogen gas cooling device according to any one of claims 1 to 3, wherein heat exchange promoting means is provided on an outer peripheral portion of the inner tube of the main heat exchanger. 前記熱交換促進手段が、前記内管に密着するように巻きつけられた金属線材又はフィンであることを特徴とする請求項4に記載の水素ガス冷却装置。   The hydrogen gas cooling device according to claim 4, wherein the heat exchange promoting means is a metal wire or a fin wound so as to be in close contact with the inner tube. 前記主熱交換器の前記外管内に、熱交換促進部材が充填されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の水素ガス冷却装置。   The hydrogen gas cooling device according to any one of claims 1 to 5, wherein a heat exchange promoting member is filled in the outer tube of the main heat exchanger. 前記熱交換促進部材が、レッシングリング、ラシヒリング、ポールリング、サドルのいずれか1つ又は2以上の混合物であることを特徴とする請求項6に記載の水素ガス冷却装置。   The hydrogen gas cooling device according to claim 6, wherein the heat exchange promoting member is any one of a lessing ring, a Raschig ring, a pole ring, and a saddle, or a mixture of two or more. 水素ガスと液化ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する主熱交換器と、
前記主熱交換器に供給される液化ガスを貯えるヘッドタンクと、を備え、
前記主熱交換器は、内管と外管とからなる二重管構造であって、前記内管内に水素が流れ、前記外管内に液化ガスが満たされ、二重管の管軸が鉛直方向または斜め方向になるように配され、前記ヘッドタンクからの液化ガスを供給する液化ガス供給管が前記外管の底部に接続され、前記外管の底部よりも上方の位置に液化ガスを前記ヘッドタンクに戻す戻り管が設けられ、
前記ヘッドタンクは、その底部が前記主熱交換器の頂部を越える上方に配置される水素ガス冷却装置であって、
前記主熱交換器の前記内管の外周部に、熱交換促進手段が設けられていることを特徴とする水素ガス冷却装置。
A main heat exchanger that performs heat exchange between the hydrogen gas and the liquefied gas to cool the hydrogen gas;
A head tank for storing liquefied gas supplied to the main heat exchanger,
The main heat exchanger has a double tube structure including an inner tube and an outer tube, hydrogen flows into the inner tube, liquefied gas is filled in the outer tube, and the tube axis of the double tube is in the vertical direction. Alternatively, a liquefied gas supply pipe that is arranged in an oblique direction and supplies a liquefied gas from the head tank is connected to the bottom of the outer pipe, and the liquefied gas is supplied to the head at a position above the bottom of the outer pipe. A return pipe is provided to return to the tank,
The head tank is a hydrogen gas cooling device that is disposed above the bottom of the head tank beyond the top of the main heat exchanger,
A hydrogen gas cooling device, characterized in that heat exchange promoting means is provided on an outer peripheral portion of the inner pipe of the main heat exchanger.
前記熱交換促進手段が、前記内管に密着するように巻きつけられた金属線材又はフィンであることを特徴とする請求項8に記載の水素ガス冷却装置。   The hydrogen gas cooling device according to claim 8, wherein the heat exchange promoting means is a metal wire or a fin wound so as to be in close contact with the inner tube. 水素ガスと液化ガスとの間で熱交換を行って水素ガスを冷却する主熱交換器と、
前記主熱交換器に供給される液化ガスを貯えるヘッドタンクと、を備え、
前記主熱交換器は、内管と外管とからなる二重管構造であって、前記内管内に水素が流れ、前記外管内に液化ガスが満たされ、二重管の管軸が鉛直方向または斜め方向になるように配され、前記ヘッドタンクからの液化ガスを供給する液化ガス供給管が前記外管の底部に接続され、前記外管の底部よりも上方の位置に液化ガスを前記ヘッドタンクに戻す戻り管が設けられ、
前記ヘッドタンクは、その底部が前記主熱交換器の頂部を越える上方に配置される水素ガス冷却装置であって、
前記主熱交換器の前記外管内に、熱交換促進部材が充填されていることを特徴とする水素ガス冷却装置。
A main heat exchanger that performs heat exchange between the hydrogen gas and the liquefied gas to cool the hydrogen gas;
A head tank for storing liquefied gas supplied to the main heat exchanger,
The main heat exchanger has a double tube structure including an inner tube and an outer tube, hydrogen flows into the inner tube, liquefied gas is filled in the outer tube, and the tube axis of the double tube is in the vertical direction. Alternatively, a liquefied gas supply pipe that is arranged in an oblique direction and supplies a liquefied gas from the head tank is connected to the bottom of the outer pipe, and the liquefied gas is supplied to the head at a position above the bottom of the outer pipe. A return pipe is provided to return to the tank,
The head tank is a hydrogen gas cooling device that is disposed above the bottom of the head tank beyond the top of the main heat exchanger,
A hydrogen gas cooling device, wherein a heat exchange promoting member is filled in the outer tube of the main heat exchanger.
前記熱交換促進部材が、レッシングリング、ラシヒリング、ポールリング、サドルのいずれか1つ又は2以上の混合物であることを特徴とする請求項10に記載の水素ガス冷却装置。   11. The hydrogen gas cooling device according to claim 10, wherein the heat exchange promoting member is any one of a Lessing ring, a Raschig ring, a Paul ring, and a saddle, or a mixture of two or more thereof.
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