DE10054920A1

DE10054920A1 - Brennstoffverdampfer

Info

Publication number: DE10054920A1
Application number: DE10054920A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Tachihawa; Naoyuki Abe; Yuuji Asano; Kiyoshi Kasahawa; Shiyuuichi Togasawa; Masahito Nakamura; Kouji Miyano
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2001-06-28
Also published as: US6617067B1

Abstract

In einem Brennstoffverdampfer, der mit einer Verdampferkammer 11 versehen ist, die Rohbrenngas FG durch Verdampfen von Rohbrennflüssigkeit durch Wärme erzeugt, die von einer Mehrzahl von Heizmediumrohren 12, durch die ein Hochtemperatur-Heizmedium strömt, erhalten wird, ist ein Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt, der Rohbrennflüssigkeit auf die Heizmediumrohre 12 einspritzt, in der Verdampferkammer 11 angeordnet. Die Heizmediumrohre 12 sind nahe dem Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt weit verteilt und von diesem entfernt dicht verteilt angeordnet. Benachbart der Bodenfläche 11b der Verdampferkammer 11 ist ein katalytischer Verbrenner 20 vorgesehen, um das Hochtemperatur-Heizmedium zu bilden. Dieser Brennstoffverdampfer verdampft Rohbrennflüssigkeit effizient und kann in einem Brennstoffzellensystem für ein Automobil mit Brennstoffzellenantrieb geeignet angewendet werden.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, das Elek trizität erzeugt, indem es Rohbrenngas, das verdampfte Rohbrennflüssigkeit ist, reformiert und es einer Brennstoffzelle zuführt, sowie einen Brennstoff verdampfer, der bei einem Brennstoffzellensystem geeignet angewendet werden kann.

Hintergrund der Erfindung

Es sind herkömmliche Brennstoffzellensysteme bekannt, die Rohbrenn flüssigkeit, die ein Gemisch von Methanol und Wasser oder dergleichen aufweist, in einen Brennstoffverdampfer (Verdampferkammer) über eine Rohbrennstoff-Einspritzvorrichtung einspritzen und die Rohbrennflüssigkeit zu Rohbrenngas verdampfen, und dann das Rohbrenngas mit einem Refor mer reformieren, während das Kohlenmonoxid entfernt wird, um ein was serstoffreiches Rohbrenngas zu gewinnen und das Rohbrenngas einer Brennstoffzelle zuzuführen, um Elektrizität zu erzeugen. Wenn jedoch ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Konstruktion unter Bedingungen mit extremer Lastfluktuation verwendet wird, wie etwa dann, wenn es zur Verwendung in einem elektrischen Automobil mit Brennstoffzellenantrieb angebracht ist, macht es ein plötzliches Einspritzen der Rohbrennflüssigkeit in den Brennstoffverdampfer auf der Basis der Anforderung für die ange stiegene Leistung unmöglich, die gesamte Rohbrennflüssigkeit zu verdamp fen, und dies erzeugt häufig Flüssigkeitsseen von Rohbrennflüssigkeit (nachfolgend als "Flüssigkeitsseen" bezeichnet) in dem Brennstoffverdamp fer. Wenn beim Starten des Brennstoffzellensystems der Brennstoffver dampfer noch nicht richtig warm geworden ist, besteht mangels Wärme zur Verdampfung die Tendenz, dass sich Flüssigkeitsseen bilden.

Wenn sich Flüssigkeitsseen in dem Brennstoffverdampfer bilden, verdamp fen die Flüssigkeitsseen aufgrund der im Innern zurückgehaltenen Wärme auch nach Beendigung der Einspritzung der Rohbrennflüssigkeit, und produ zieren Rohbrenngas, was eine unerwünschte Verschlechterung der Brenn stoffverdampfer-Reaktion zur Folge hat. Wenn die Rohbrennflüssigkeit ein Gemisch ist, verdampfen die stark flüchtigen Komponenten der gebildeten Flüssigkeitsseen zuerst, wodurch eine Unausgeglichenheit in der Zusam mensetzung des Rohbrenngases entsteht, und der Reformer häufig nicht in der Lage ist, eine adäquate Leistung zu zeigen oder das Kohlenmonoxid nicht ausreichend entfernt werden kann, was die Leistung der Brennstoff zelle senkt. Zusätzlich wird es unmöglich, die Feuchtigkeit in der Brenn stoffzelle zufriedenstellend zu steuern, so dass die Brennstoffzelle häufig nicht in der Lage ist, die vorbestimmte Leistung zu erzeugen.

Aus diesen Gründen hat der vorliegende Anmelder in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei-11-125366 (unveröffentlicht) den in Fig. 23 gezeigten Brennstoffverdampfer 100 vorgeschlagen, mit dem Ziel, das Entstehen von Flüssigkeitsseen für eine verbesserte Reaktion des Brenn stoffverdampfers effektiv zu verhindern und ein schnelleres Aufwärmen des Brennstoffverdampfers zu ermöglichen. Der Brennstoffverdampfer 100 ist mit einem Verdampferkörper 110 versehen, einem Überhitzer 130 stromab des Verdampferkörpers 110 und einer Rohbrenngas-Einspritzvorrichtung 140 über dem Verdampferkörper 110.

In dem Brennstoffverdampfer 100 wird als Wärmequelle Heißgas HG zu geführt, das als Hochtemperatur-Heizmedium dient, das durch katalytische Verbrennung von Abgas (wasserstoffhaltigem Gas) erhalten wird, das in einer Brennstoffzelle (nicht gezeigt) an einem katalytischen Verbrenner (nicht gezeigt) erzeugt wird. Das Heißgas HG strömt von einem Einlass 112EIN durch eine Mehrzahl U-förmiger Heizmediumrohre 112, die in der Verdampferkammer 111 des Verdampferkörpers 110 angeordnet sind, und erreicht einen Auslass 112AUS. Dann strömt das Heißgas HG durch eine Heißgasleitung 113, die unter dem Verdampferkörper 110 vorgesehen ist, und wird zu einem Überhitzer 130 geleitet, der stromab des Verdampfer körpers 110 angebracht ist. Rohbrennflüssigkeit FL, die aus einem Metha nol-und-Wasser-Gemisch zusammengesetzt ist, wird in das Rohbrenngas FG als Nebel aus einer Brennstoff-Einspritzvorrichtung 140 eingespritzt und wird mit den Heizmediumrohren 112 zur Verdampfung erwärmt. Das Roh brenngas FG wird überhitzt, wenn es durch Dampfrohre 131 des Überhit zers 130 strömt, und wird zu einem Reformer (nicht gezeigt) stromab des Überhitzers 130 geleitet. Die Heizmediumrohre 112 sind U-förmig mit dem oberen und unteren Rohr als horizontalem Rohr an jeder Seite der ge krümmten Abschnitte R', und, wie in Fig. 24 gezeigt, sind dann gleichmä ßig von oben nach unten (vertikal) und von Seite zu Seite (horizontal) angeordnet. Fig. 24 ist eine Querschnittsansicht von Fig. 23 entlang Linie D-D'.

In diesem Brennstoffverdampfer 100 dient der Boden 111b der Verdamp ferkammer 111 in dem Verdampferkörper 110 auch als Oberseite 113t der Heißgasleitung 113. Da somit Wärme auch von dem Boden 111b der Verdampferkammer 111 zugeführt wird, wird die Entstehung von Flüssig keitsseen verhindert, und auch wenn Flüssigkeitsseen entstehen, werden sie schnell verdampft. Daher ist die Reaktion des Brennstoffverdampfers 100 verbessert.

Der Brennstoffverdampfer muss eine schnelle und effiziente Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit beim Anfahren oder unter extremen Lastfluktuatio nen erreichen, um das Rohbrenngas zu gewinnen.

In einem herkömmlichen Brennstoffverdampfer 100 ist jedoch die Wärme menge am Boden 111b oder an den Seiten nicht so groß, und daher bilde ten sich Flüssigkeitsseen am Boden 111b und an den Seiten der Verdamp ferkammer 103 des Brennstoffverdampfers 100, und zwar wegen der Seenbildung von Rohbrennflüssigkeit, die nicht verdampfen konnte.

Da ferner die Heizmediumrohre 112 horizontal angeordnet sind, bildete die aus der Rohbrennstoff-Einspritzvorrichtung 140 eingespritzte Rohbrenn flüssigkeit FL häufig Seen an der Oberfläche der Heizmediumrohre 112, wodurch die Wärmeübertragungs-Effizienz der Heizmediumrohre 112 reduziert wurde. Die reduzierte Wärmeübertragungs-Effizienz der Heizmedi umrohre 112 erhöht die Menge an Rohbrennflüssigkeit FL, die unter die Verdampferkammer 111 fällt, ohne über der Verdampferkammer 111 zu verdampfen. Weil aber die Heizmediumrohre 112 von oben nach unten und von Seite zu Seite gleichmäßig angeordnet sind, gab es Heizmediumrohre 112, die nicht mit der hinunterfallenden Rohbrennflüssigkeit FL in Kontakt kommen; d. h. sie tragen wenig zur Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit FL bei.

Da ferner die Temperatur des durch die Heizmediumrohre 112 strömenden Heißgases an der Unterseite der Heizmediumrohre 112 (an den Heizmedi umrohr-Auslässen 112AUS) niedriger ist, genügt die Wärmemenge am Boden der Verdampferkammer 111 nicht, so dass die Rohbrennflüssigkeit FL an der Unterseite der Heizmediumrohre 112 häufig nicht verdampfen kann, mit der Tendenz, dass sich eine Bildung von Flüssigkeitsseen ergibt.

Wenn sich in der Verdampferkammer 111 ein Rohbrennflüssigkeitssee befindet, kann der Rohrbrennflüssigkeitssee in einigen Fällen in die Überhit zerkammer strömen, wo er eine Aufwärtssteigung entlangläuft. Die nicht verdampfte Rohbrennflüssigkeit, die in die Überhitzerkammer eingetreten ist, kann den Reformer durch Dampfrohre der Überhitzerkammer erreichen, und nicht reagierte Rohbrennflüssigkeit, die in den Reformer fließt, ist eine Ursache einer reduzierten Effizienz der Reformierung und einer Verschlech terung des Reformers.

Zusammenfassung der Erfindung

Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenn stoffverdampfer anzugeben, durch den das Aufwärmen des Brennstoffver dampfers schnell erreicht werden kann und Flüssigkeitsseen in dem Ver dampfer mit einer einfachen Struktur verhindert werden können, durch effektive Nutzung der Wärme aus dem katalytischen Verbrenner.

Eine andere Aufgabe ist es, einen Brennstoffverdampfer anzugeben, der mit einer Rohrstruktur versehen ist, die eine schnelle Verdampfung von Roh brennstoff und eine effektive Nutzung des Wärmepotentials des Hoch temperatur-Heizmediums gestattet, um die Rohbrennflüssigkeit zu ver dampfen.

Eine noch andere Aufgabe ist es, einen Brennstoffverdampfer anzugeben, der eine Strömung von nicht verdampfter Rohbrennflüssigkeit in dem Verdampfer aus der Verdampferkammer heraus effektiv verhindern kann und der auch eine Strömung von nicht verdampfter Rohbrennflüssigkeit durch die Überhitzerkammer zu dem Reformer verhindern kann.

Eine noch andere Aufgabe ist es, ein Brennstoffzellensystem mit zufrie denstellender Lastreaktion durch verbesserte Verdampfungseffizienz von Rohbrennflüssigkeit in dem Brennstoffverdampfer anzugeben.

Die vorliegende Erfindung, die die oben erwähnten Probleme überwindet, ist ein Brennstoffverdampfer mit einer Verdampferkammer, die Rohbrenn flüssigkeit mit einem Hochtemperatur-Heizmedium verdampft, umfassend einen katalytischen Verbrenner, der benachbart der Verdampferkammer installiert ist.

Mit dieser Konstruktion ist es möglich, schneller mehr Wärme der Roh brennflüssigkeit, die als Tröpfchen an der Wand der Verdampferkammer anhaftet, oder der Rohbrennflüssigkeit, die als Flüssigkeitsseen vorliegt, zuzuführen, als durch das Vorsehen eines separaten Verbrenners wie bei herkömmlichen Brennstoffverdampfern.

In dem Brennstoffverdampfer nach der vorliegenden Erfindung ist der katalytische Verbrenner bevorzugt in engem Kontakt mit der Verdampfer kammer installiert.

Mit dieser Konstruktion ist es möglich, schneller mehr Wärme der Roh brennflüssigkeit, die als Tröpfchen an Abschnitten in engem Kontakt mit der Verdampferkammer anhaftet, oder den Rohflüssigkeitsseen zuzuführen.

Der Brennstoffverdampfer nach der vorliegenden Erfindung hat bevorzugt eine derartige Konstruktion, dass die Kontaktseite, an der der katalytische Verbrenner in Kontakt mit der Verdampferkammer ist, den Boden der Verdampferkammer bildet, und der Boden eine Form hat, die der Außen form des dem Boden nächsten Heizmediumrohrs von den Heizmediumroh ren in der Verdampferkammer, durch das Hochtemperaturmedium strömt, folgt.

Mit dieser Konstruktion ist es möglich, den Platz für Flüssigkeitsseen unter der Verdampferkammer zu reduzieren.

Der Brennstoffverdampfer nach der vorliegenden Erfindung hat bevorzugt eine derartige Konstruktion, dass der Boden des katalytischen Verbrenners eine Form hat, die von der Peripherie zur Mitte hin vertieft ist.

Mit dieser Konstruktion ist es möglich, die Wärmemenge nahe der Mitte des katalytischen Verbrenners im Vergleich zu dessen Außenumfang zu erhöhen, um mehr gespeicherte Flüssigkeit zu verdampfen.

Der Brennstoffverdampfer nach der vorliegenden Erfindung kann eine Verdampferkammer aufweisen, die Rohbrennflüssigkeit mit einem Hoch temperatur-Heizmedium verdampft, sowie eine Hochtemperatur-Heizmedi umleitung, durch die das Hochtemperatur-Heizmedium strömt, nachdem die Rohbrennflüssigkeit verdampft worden ist. Auch bevorzugt ist, dass ein katalytischer Verbrenner benachbart der Verdampferkammer vorgesehen ist und die Hochtemperatur-Heizmediumleitung an einer anderen Stelle der Verdampferkammer als der dem katalytischen Verbrenner benachbarten Stelle installiert ist.

Mit dieser Konstruktion ist es möglich, die Verdampfung von Rohbrenn flüssigkeit mit Wärme von dem katalytischen Verbrenner, die im Stand der Technik nicht genutzt worden ist, zu fördern. Auch kann ein schnelles Aufwärmen erreicht werden. Da die Verdampferkammer auch von den Seiten her erhitzt und erwärmt werden kann, ist es möglich, spritzende Tröpfchen von Rohbrennflüssigkeit, die an den Seiten der Verdampferkam mer anhaften, schnell zu verdampfen. Auch kann ein schnelles Aufwärmen erzielt werden.

Übrigens beinhaltet der Begriff "benachbart" in den Ansprüchen Fälle, wo der katalytische Verbrenner in engem Kontakt mit der Verdampferkammer vorgesehen ist, und dies ist die Ausführung der Erfindung. Wenn die Ver dampferkammer und der katalytische Verbrenner in engem Kontakt sind, wird die von dem katalytischen Verbrenner erzeugte Wärme durch Wärme leitung zu der Verdampferkammer überführt. Wenn andererseits ein Spalt (Abstand) zwischen der Verdampferkammer und dem katalytischen Ver brenner vorhanden ist, wird die durch den katalytischen Verbrenner er zeugte Wärme durch Wärmestrahlung und Wärmekonvektion zu der Ver dampferkammer überführt. Das heißt, "benachbart" bedeutet, dass die von dem katalytischen Verbrenner erzeugte Wärme zu der Verdampferkammer durch zumindest ein Wärmeübertragungsmittel unter Leitung, Strahlung und Konvektion übertragen wird, und dies fördert die Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit (verhindert die Bildung von Flüssigkeitsseen) in der Verdampferkammer.

Der Brennstoffverdampfer nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit einer Verdampferkammer versehen, die Rohbrennflüssig keit durch Wärme verdampft, die von einer Mehrzahl von Heizmediumroh ren aufgenommen wird, durch die ein Hochtemperatur-Heizmedium strömt, um Brenngas zu erzeugen. Ein Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt, der die Rohbrennflüssigkeit in die Heizmediumrohre einspritzt, ist in der Verdamp ferkammer vorgesehen, und die Heizmediumrohre sind derart angeordnet, dass jene, die dem Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt näher sind, weit ver teilt sind und die weiter entfernten dicht verteilt sind.

Weil die Heizmediumrohre in dieser Konstruktion an dem Abschnitt, der von dem Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt entfernt ist, dicht angeordnet sind, wird an dem von dem Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt entfernten Abschnitt eine Hochtemperaturzone gebildet. Der Weg der eingespritzten Rohbrennflüssigkeit wird in der Nähe des Rohbrennstoff-Einspritzers gehal ten, und daher verteilt sich die Rohbrennflüssigkeit über die gesamte Ver dampferkammer. Der Brennstoffverdampfer der Erfindung zeigt daher eine sehr zufriedenstellende Verdampfungseffizienz und bildet nicht so leicht Flüssigkeitsseen.

Die Heizmediumrohre nach der Erfindung können Leitungen jedes Typs oder jeder Form sein, wie etwa gerade Rohre oder U-förmige oder S-förmige Rohre.

In dieser Konstruktion ist es möglich, ein Geräusch durch Oszillation oder Beschädigung der Vorrichtung durch verwobene weit und eng bemessene Leitungen, durch verwobene lange und kurze Leitungen, durch verwobene weit und dicht verteilte Leitungsanordnungen oder durch geeignete Kom binationen dieser zu vermeiden.

Der Brennstoffverdampfer nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine derartige Konstruktion haben, dass die Verdampfer kammer mit einem Rohrhalteabschnitt versehen ist, der die Heizmediumroh re, die dem katalytischen Verbrenner benachbart sind und durch die das Hochtemperatur-Heizmedium strömt, hält, sowie mit einem Abschnitt, der von dem katalytischen Verbrenner erwärmt wird, wobei ein Schrägab schnitt, der von der Horizontalen mit dem nach unten gerichteten Rohr halteabschnitt schräggestellt ist, für zumindest einen Teil der Heizmedium rohre vorgesehen ist.

Mit dieser Konstruktion werden Tröpfchen von Rohbrennflüssigkeit, die auf der Außenfläche der Heizmediumrohre eingespritzt sind, in einer festen Richtung an dem Schrägabschnitt entfernt, um eine signifikante Zunahme mit horizontaler Bewegung an den Heizmediumrohren zu verhindern. Weil darüber hinaus der Rohrhalteabschnitt, der direkt über dem Katalysator schichtauslass des katalytischen Verbrenners vorgesehen ist und einen heißen Abschnitt aufweist, eine hohe Temperatur hat, können die Tröpf chen, die den Schrägabschnitt der Heizmediumrohre bis zu dem Rohrhalte abschnitt überquert haben, schnell verdampft werden, wenn sie auf den Boden der Verdampferkammer fallen, während sie durch den Hochtempera tur-Rohrhalter erhitzt werden.

Der Brennstoffverdampfer nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine derartige Konstruktion haben, dass die Heizmedium rohre mit einem Turbulenzerzeugungsabschnitt versehen sind, der die Strömung des Hochtemperatur-Heizmediums stört.

Durch dieses Vorsehen eines Turbulenz-Erzeugungsabschnitts in den Heiz mediumrohren wird die Strömung von einer laminaren Strömung in eine turbulente Strömung gewandelt, wenn das Hochtemperatur-Heizmedium durch die Heizmediumrohre strömt, um hierdurch eine gleichmäßige Tempe raturverteilung der radialen Richtung des Rohrs zu erzeugen. Da der Außenfläche der Rohre eine größere Wärmemenge als mit einer laminaren Strö mung zugeführt werden kann, kann das Wärmepotential des Hochtempera tur-Heizmediums für die Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit effizienter genutzt werden.

Der Brennstoffverdampfer nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann auch eine Verdampferkammer aufweisen, die Rohbrenn flüssigkeit in Rohbrenngas mit einem Hochtemperatur-Heizmedium ver dampft, wobei der Brennstoffverdampfer einen Verdampferkammerauslass aufweist, der einen Ausfluss des Rohbrenngases aus der Verdampferkam mer erlaubt und in der Verdampferkammer ausgebildet ist, sowie einen Rohbrennflüssigkeits-Schirm, der eine Strömung der Rohbrennflüssigkeit verhindert und unter dem Verdampferkammerauslass vorgesehen ist.

Mit dieser Konstruktion ist ein Rohbrennflüssigkeitsschirm, der einen Aus fluss von Rohbrennflüssigkeit verhindert, unter dem Verdampferkammer auslass vorgesehen. Auch wenn die nicht verdampfte Rohbrennflüssigkeit in der Verdampferkammer Seen bildet, lässt sich verhindern, dass die Rohbrennflüssigkeitsseen in die Überhitzerkammer ausfließen.

Der Brennstoffverdampfer nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine derartige Konstruktion haben, dass ein Rohbrennflüs sigkeits-Speicherabschnitt, der die sich unter der Verdampferkammer angesammelte Rohbrennflüssigkeit speichert, in der Verdampferkammer ausgebildet ist, und sich der Rohbrennflüssigkeits-Schirm von dem Unter ende des Verdampferkammerauslasses zu zumindest einem Punkt über dem Rohbrennstoff-Speicherabschnitt erstreckt.

Mit dieser Konstruktion erstreckt sich der Rohbrennflüssigkeitsschirm von dem Unterende des Verdampferkammerauslasses zu einem Punkt über dem Rohbrennflüssigkeits-Speicherabschnitt. Auch wenn daher die Rohbrenn flüssigkeit, die sich in dem Rohbrennflüssigkeits-Speicherabschnitt angesammelt hat, sich beispielsweise zu einer Höhe unter dem Verdampferkam merauslass anstaut, lässt sich verhindern, dass die Rohbrennflüssigkeit aus dem Verdampferkammerauslass herausströmt.

Der Brennstoffverdampfer nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine derartige Konstruktion haben, dass ein Lüftungsmittel, welches einen Durchtritt von Flüssigkeitströpfchen der Rohbrennflüssigkeit während der Abgabe des Rohbrenngases verhindert, in dem Verdampfer kammerauslass gebildet ist.

Mit dieser Konstruktion lässt sich verhindern, dass Rohbrennflüssigkeits tröpfchen entweichen, die durch den Verdampferkammerauslass hindurch treten wollen, während ein Ausströmen des verdampften Rohbrenngases erlaubt wird. Das Lüftungsmittel der Erfindung ist typischerweise ein Me tallgitter, eine Lochplatte oder eine Lammellenanordnung.

Der Brennstoffverdampfer nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine derartige Konstruktion haben, dass der Verdampfer kammerauslass zu einem Überhitzerabschnitt führt, der Rohbrennflüssigkeit überhitzt, die in der Verdampferkammer durch das Hochtemperatur-Heizme dium verdampft wurde, das durch eine Hochtemperatur-Heizmediumleitung hindurchgetreten ist, die das Hochtemperatur-Heizmedium leitet, das die Rohbrennflüssigkeit verdampft hat, Dampfrohre, die Rohbrenngas leiten, das von dem Verdampferkammerauslass abgegeben wurde, in dem Überhit zer installiert sind, und der Rohbrenngaseinlass für die Dampfrohre an einer tieferen Stelle angeordnet ist als der Rohbrenngasauslass.

Mit dieser Konstruktion wird ein Rohbrenngaseinlass für die in dem Überhit zerabschnitt vorgesehenen Dampfrohre an einer tieferen Stelle angeordnet als der Rohbrenngasauslass. Auch wenn daher die nicht verdampfte Roh brennflüssigkeit in die Dampfrohre strömt, kehrt sie durch Schwerkraftwir kung zu dem Rohbrenngaseinlass zurück, so dass die Rohbrennflüssigkeit aus dem Rohbrenngaseinlass herausströmt. Daher lässt sich effektiv verhin dern, dass nicht verdampfte Rohbrennflüssigkeit in den Reformer hinaus strömt.

Ein noch anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzel lensystem, versehen mit einem Brennstoffverdampfer, der eine Verdampfer kammer aufweist, die Rohbrennflüssigkeit mit einem Hochtemperatur- Heizmedium verdampft, und mit einem benachbarten katalytischen Ver brenner, der ihr das Hochtemperatur-Heizmedium zuführt, während es auch einen Reformer aufweist, der durch Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit in Rohbrenngas gebildetes Rohbrenngas reformiert, eine Brennstoffzelle sowie einen Rohbrennflüssigkeits-Tank, der die Rohbrennflüssigkeit dem Brennstoffverdampfer zuführt.

Mit dieser Konstruktion kann ein Anhaften und eine Seenbildung von Rohbrennflüssigkeit in der Verdampferkammer des Brennstoffverdampfers effektiv verhindert werden, um zu erlauben, dass das Rohbrenngas der Brennstoffzelle in geeigneter Weise zugeführt wird. Das Brennstoffzellensys tem zeigt somit eine zufriedenstellende Reaktion. Da ferner der katalytische Verbrenner diesem benachbart ist, kann das gesamte System in kompakte rer Form ausgestaltet werden.

In dem Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung ist der Brenn stoffverdampfer bevorzugt versehen mit einer Mehrzahl von Heizmedium rohren, durch die das Hochtemperatur-Heizmedium hindurchtritt, und mit einem Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt, der die Rohbrennflüssigkeit in die Heizmediumrohre einspritzt, wobei die Heizmediumrohre derart angeordnet sind, dass jene, die dem Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt näher sind, weit verteilt und die weiter entfernten dicht verteilt sind.

Mit dieser Konstruktion kann die Rohbrennflüssigkeit in der Verdampfer kammer des Brennstoffverdampfers weiter verteilt werden, während die Verdampfereffizienz durch die Hochtemperaturzone erhöht werden kann, die in einem von dem Rohbrennstoffeinspritzer entfernten Abschnitt gebil det ist. Es ist daher möglich, eine geeignetere Zufuhr des Rohbrenngases zu der Brennstoffzelle zu erreichen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Konstruktionsdiagramm eines Brennstoffzellensystems unter Verwendung eines Brennstoffverdampfers nach einer Ausführung der Erfindung.

Fig. 2 ist eine aufgeschnittene Teildraufsicht des Brennstoffverdamp fers nach der gleichen Ausführung der Erfindung.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie A-A' von Fig. 2.

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie B-B' von Fig. 2.

Fig. 5 ist eine Umrisszeichnung von U-förmigen Rohren als Satz, von denen eines in ein anderes eingesetzt ist, in Höhenrichtung der Verdampferkammer.

Fig. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht mit Darstellung einer Anordnung der Heizmediumrohre, die sich von der von Fig. 4 unterscheidet.

Fig. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht mit Darstellung einer Anordnung der Heizmediumrohre, die sich von der von Fig. 4 oder Fig. 6 unterscheidet.

Fig. 8(a) und (b) sind jeweils Querschnittsansichten entlang Linie B-B' von Fig. 2 mit Darstellung anderer Ausführungen der Erfindung.

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie B-B' von Fig. 2.

Fig. 10 ist eine vordere Querschnittsansicht mit Darstellung einer Struktur, die einen Ausfluss von Rohbrennflüssigkeit verhin dert, für einen Brennstoffverdampfer nach der Erfindung.

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie VI-VI von Fig. 9.

Fig. 12 ist eine schematische Querschnittsansicht mit Darstellung einer modifizierten Anordnung von Heizmediumrohren für einen Brennstoffverdampfer.

Fig. 13 ist eine schematische Querschnittsansicht mit Darstellung einer modifizierten Anordnung von Heizmediumrohren, die sich von der von Fig. 12 unterscheidet.

Fig. 14(a) ist eine Hauptabschnitt-Querschnittsansicht einer ersten Aus führung eines Turbulenzerzeugungsabschnitts in einem Heiz mediumrohr nach der Erfindung, und Fig. 14(b) ist eine Haupt abschnitt-Querschnittsansicht einer zweiten Ausführung eines Turbulenzerzeugungsabschnitts in einem Heizmediumrohr nach der Erfindung.

Fig. 15 ist eine vordere Querschnittsansicht eines Brennstoffverdamp fers nach einer anderen Ausführung, wobei Turbulenzerzeuger innerhalb von Heizmediumrohren nach der Erfindung vorgese hen sind.

Fig. 16(a) ist eine Umrisszeichnung einer ersten Ausführung von ver drehten Rippen, die in einem Heizmediumrohr nach der Erfin dung vorgesehen sind, und Fig. 16(b) ist eine Umrisszeichnung einer zweiten Ausführung verdrehter Rippen, die in einem Heizmediumrohr nach der Erfindung vorgesehen sind.

Fig. 17(a) und (b) sind jeweilige Querschnittsansichten entlang Linie B-B' in Fig. 2 mit Darstellung anderer Ausführungen der Erfin dung.

Fig. 18 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie B-B' in Fig. 2 mit Darstellung einer noch weiteren Ausführung der Erfindung.

Fig. 19 ist eine vordere Querschnittsansicht einer zweiten Ausführung eines Brennstoffverdampfers nach der Erfindung.

Fig. 20 ist eine vordere Querschnittsansicht mit Darstellung einer Struktur, die einen Ausfluss von Rohbrennflüssigkeit verhin dert, in einer zweiten Ausführung eines Brennstoffverdamp fers nach der Erfindung.

Fig. 21(a) bis (c) sind seitliche Querschnittsansichten mit Darstellung einer anderen Ausführung eines Überhitzers.

Fig. 22(a), (b) und (c-1) sind Seitenansichten von Lüftungsmitteln in einem Brennstoffverdampfer nach der Erfindung, und (c-2) ist eine Querschnittsansicht entlang Linie C-C in (c-1).

Fig. 23 ist eine Querschnittsansicht eines Brennstoffverdampfers nach dem Stand der Technik.

Fig. 24 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie D-D' in Fig. 23.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

Der Brennstoffverdampfer der bevorzugten Ausführungen der Erfindung wird nun im Detail unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist ein Konstruktionsdiagramm eines Brennstoffzellensystems unter Anwendung eines Brennstoffverdampfers nach einer Ausführung der Erfin dung. Fig. 2 ist eine aufgeschnittene Teildraufsicht eines Brennstoffver dampfers nach derselben Ausführung. Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie A-A' von Fig. 2. Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie B-B' von Fig. 2.

Bei dieser Ausführung ist das Hochtemperatur-Heizmedium Heißgas HG, das durch katalytische Verbrennung an dem katalytischen Verbrenner 20 erzeugt ist, und die Hochtemperaturmedium-Leitung ist eine Heißgasleitung 13.

Brennstoffzellensystem

Zuerst wird die Konstruktion und Wirkung des Brennstoffzellensystems FCS, das den Brennstoffverdampfer 1 nach dieser Ausführung aufweist, unter Bezug auf Fig. 1 erläutert. Das Brennstoffzellensystem FCS umfasst einen Brennstoffverdampfer 1, einen Reformer 2, einen CO-Entferner 3, einen Luftkompressor 4, eine Brennstoffzelle 5, einen Gas/Flüssigkeits- Separator 6, einen Brenner 7 und einen Rohbrennflüssigkeitstank T.

Der Brennstoffverdampfer 1 besitzt einen Verdampferkörper 10, einen katalytischen Verbrenner 20, einen Überhitzerabschnitt 30 und eine Brenn stoff-Einspritzvorrichtung 40. In dem Brennstoffverdampfer 1 wird Roh brennflüssigkeit, wie etwa ein Wasser/Methanol-Gemisch, mit einer Pumpe P aus dem Rohbrennflüssigkeitstank T unter Druck gesetzt, wird durch die Rohbrennstoff-Einspritzvorrichtung 40 in den Verdampferkörper 10 eingespritzt, der auf eine hohe Temperatur erhitzt wurde, und die Rohbrenn flüssigkeit wird in das Rohbrenngas hinein verdampft. Die Wärmequelle zur Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit ist Heißgas als das Hochtemperatur- Heizmedium, das von dem katalytischen Verbrenner 20 zugeführt wird, und das Heißgas wird durch katalytische Verbrennung des Abgases oder der gleichen der Brennstoffzelle 1 an dem katalytischen Verbrenner 20 erhal ten. Das auf diese Weise erhaltene Rohbrenngas wird an dem Überhitzer abschnitt 30 erhitzt und dem Reformer 2 zugeführt. Der Brennstoffver dampfer 1 wird im näheren Detail unten erläutert.

Der Reformer 2 reformiert das Rohbrenngas, das von dem Brennstoffver dampfer 1 zugeführt wurde, in wasserstoffreiches Rohbrenngas durch Dampfreformierung und Teiloxidation. Die Reaktion zur Dampfreformierung und Teiloxidation wird durch die Wirkung eines in dem Reformer 2 vor gesehenen Katalysators gefördert. Für die Teiloxidation des Rohbrenngases wird Luft von einem Luftkompressor 4 oder dergleichen durch ein Rohr (nicht gezeigt) dem Reformer 2 zugeführt.

Das auf diese Weise erhaltene Rohbrenngas wird einer selektiven Oxida tionsreaktion an Kohlenmonoxid in Gegenwart eines Katalysators an dem CO-Entferner 3 unterzogen. Diese wandelt das Kohlenmonoxid in dem Rohbrenngas in Kohlendioxid und entfernt es hierdurch. Die Entfernung des Kohlenmonoxids dient dazu, ein Vergiften des Platinkatalysators der Brenn stoffzelle 5 (Festpolymer-Typ) zu verhindern und somit die Lebensdauer der Brennstoffzelle 2 zu verlängern. Der CO-Entferner 3 umfasst einen Nr. 1- CO-Entferner 3a und einen Nr. 2-CO-Entferner 3b, und er minimiert die Konzentration von Kohlenmonoxid in dem Rohbrenngas. Die Temperatur des Rohbrenngases in dem CO-Entferner 3 wird durch einen Wärmeaustau scher (nicht gezeigt) gesteuert, so dass unerwünschte Reaktionen, wie etwa eine Umkehrverschiebung oder Methanisierung, nicht auftreten.

Der Luftkompressor 4 komprimiert Luft und liefert den für die Brennstoff zelle 6 erforderlichen Sauerstoff. Wie oben erwähnt, liefert der Luftkom pressor 4 auch Luft zur Teiloxidation an dem Reformer 2. Der Luftkom pressor 4 fördert auch Luft zu dem Nr. 2-CO-Entferner 3b zur Umwandlung von Kohlenmonoxid in dem Rohbrenngas in Kohlendioxid. Der Luftkom pressor 4 kann unter Verwendung der Energie aus der Expansion des von der Brennstoffzelle 5 abgegebenen Abgases betrieben werden.

Wie oben erwähnt, ist die Brennstoffzelle 5 vom Festpolymer-Typ. Das Rohbrenngas, aus dem das Kohlenmonoxid entfernt wurde, wird dem Wasserstoffanschluss der Brennstoffzelle 5 zugeführt, und die Luft aus dem Luftkompressor 4 wird dem Sauerstoffanschluss der Brennstoffzelle 5 zugeführt. Innerhalb der Brennstoffzelle 5 wird Elektrizität erzeugt, während aus dem Wasserstoff und dem Sauerstoff auf der Basis einer elektrochemi schen Reaktion in Gegenwart des Platinkatalysators Wasser erzeugt wird. Die Elektrizität kann als Antriebsquelle für ein elektrisches Automobil oder dergleichen verwendet werden.

Das Abgas, welches ungenutzten Wasserstoff und das erzeugte Wasser enthält, wird von dem Wasserstoffanschluss der Brennstoffzelle 5 abgege ben, wobei diese aber durch den Gas/Flüssigkeits-Separator 6 in Gas und Flüssigkeit separiert werden. Das Abgas wird dem Brenner 7 zugeführt und verbrannt, wenn das Brennstoffzellensystem FCS gestartet wird, und dies wärmt den katalytischen Verbrenner 20 etc. auf. Nachdem das Aufwärmen des Brennstoffzellensystems FCS abgeschlossen ist, wird Abgas dem Brennstoffverdampfer 1 zugeführt, ohne an dem Brenner 7 verbrannt zu werden, und es wird an dem katalytischen Verbrenner 20 einer katalyti schen Verbrennung unterzogen und als Wärmequelle für die Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit genutzt. Wenn das Brennstoffzellensystem FCS gestartet ist, wird, anstelle von Abgas, Brennstoff für die katalytische Verbrennung (wie etwa Methanol) dem katalytischen Verbrenner 20 zu geführt.

Dies ist die Konstruktion und Wirkung des Brennstoffzellensystems FCS unter Verwendung eines Brennstoffverdampfers 1 nach der vorliegenden Ausführung.

Brennstoffverdampfer

Ein Brennstoffverdampfer, der nach der vorliegenden Erfindung implemen tiert ist, wird nun erläutert (unter Bezug auf die Fig. 2 bis 4).

Der Brennstoffverdampfer 1 umfasst einen Verdampferkörper 10, einen katalytischen Verbrenner 20, einen Überhitzerabschnitt 30 und eine Brenn stoff-Einspritzvorrichtung 40.

Was die allgemeine Positionsbeziehung zwischen diesen Komponenten betrifft, so ist der Verdampferkörper 10 über dem katalytischen Verbrenner 20 angebracht, der Überhitzerabschnitt 30 befindet sich an der Seite des Verdampferkörpers 10 und die Brennstoff-Einspritzvorrichtung 40 befindet sich über dem Verdampferkörper 10.

Der Verdampferkörper 10 besitzt eine kastenförmige Verdampferkammer 11, in der eine Mehrzahl U-förmiger Heizmediumrohre 12 angeordnet ist.

Hier haben die U-förmigen Heizmediumrohre 12 die in Fig. 5(a) bis (d) gezeigten Formen, und beispielsweise ist ein Schrägabschnitt 12d für zumindest einen Abschnitt des oberen Rohrs A des Rohrs A, B vorgesehen, der über und unter dem gekrümmten Abschnitt R in Fig. 5(a) vorgesehen ist, so dass er in horizontaler Richtung zur Richtung der Heizmediumrohr- Halteplatte 12a hin niedriger ist. Das heißt, die Struktur ist so, dass der gekrümmte Abschnitt R jedes Heizmediumrohrs 12 um mehr als 180° gebogen ist und beide Enden in der Rohrplatte verankert sind, d. h. der Heizmediumrohr-Halteplatte 12a. Durch diese Ausbildung der Heizmedium rohre 12 kann verhindert werden, dass die Tröpfchen von Rohbrennflüssigkeit FL, die auf die Außenfläche der Heizmediumrohre 12 gespritzt werden, zu groß anwachsen, während sie sich horizontal an den horizontalen Rohr abschnitten bewegen. Die Heizmediumrohr-Halteplatte 12a hat eine hohe Temperatur, da die Wärme des katalytischen Verbrenners 20 hierauf durch Wärmeleitung von dem Wärmeempfänger 12cb direkt über dem Auslass der katalytischen Schicht 22 des katalytischen Verbrenners 20 übertragen wird. Daher werden die Flüssigkeitströpfchen, die auf die Heizmediumrohr- Halteplatte 12a durch die Heizmediumrohre 12 hindurch übertragen wur den, an der Hochtemperatur-Heizmediumrohr-Halteplatte 12a erhitzt, wäh rend sie auf den Boden der Verdampferkammer 11 fallen, was eine schnelle Verdampfung der Flüssigkeitströpfchen erlaubt.

Die Heizmediumrohre 12 sind in der Reihenfolge von (d) bis (a) ineinander geschachtelt angeordnet und an der Heizmediumrohr-Halteplatte 12a verankert. Die Heizmediumrohre 12 haben hier eine U-förmige Struktur, aber sie können auch gerade sein, wobei der Schrägabschnitt 12d einen Abschnitt davon umfasst.

Beispiele von Anordnungen der Heizmediumrohre 12 sind in den Fig. 4, 6 und 7 gezeigt.

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht von Fig. 2 entlang Linie B-B' mit Dar stellung einer Anordnung der Heizmediumrohre. Fig. 6 ist eine schema tische Querschnittsansicht mit Darstellung einer Anordnung von Heizmedi umrohren, die sich von der von Fig. 4 unterscheidet (aus der gleichen Perspektive wie Fig. 4). Fig. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht mit Darstellung einer Anordnung der Heizmediumrohre, die sich von der von Fig. 4 oder Fig. 6 unterscheidet (aus der gleichen Perspektive wie Fig. 4).

1. Zuerst wird ein erstes Beispiel einer Heizmediumrohr-Anordnung unter Bezug auf Fig. 4 erläutert. Die Heizmediumrohre 12 sind in diesem Fall U- förmige Rohre, wie oben erwähnt.
Heißgas HG strömt durch die Innenseite der Heizmediumrohre 12 von dem unteren Abschnitt 11d der Verdampferkammer zu dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer. Der Abstand zwischen den Heizmediumrohren 12 an dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer wird in der vertikalen Richtung und in der horizontalen Richtung weiter. Der Abstand zwischen den Heizmediumrohren 12 an dem unteren Abschnitt 11d der Verdampferkammer verengt sich in der vertikalen Richtung und in der horizontalen Richtung. Demzufolge sind die Heizrohre 12 zum oberen Teil der Verdampferkammer 11 hin (dem oberen Abschnitt 11u der Verdampfer kammer) weit verteilt angeordnet und zu dem unteren Teil hin (dem unteren Abschnitt 11d der Verdampferkammer) dicht verteilt angeordnet. Die Verdampferkammer 11 besitzt eine umgekehrte Trapezform, um diese Anordnung der Heizmediumrohre 12 aufzunehmen, und der obere Ab schnitt 11u der Verdampferkammer hat einen größeren Abstand (größere Querschnittsfläche) als der untere Abschnitt 11d der Verdampferkammer. Die Rohbrennflüssigkeit FL wird von der Oberseite der Verdampferkammer 11 her eingespritzt.
Mit der in Fig. 4 gezeigten Heizmediumrohr-Anordnung wird eine Hoch temperaturzone an dem unteren Abschnitt 11d der Verdampferkammer gebildet, wo die Heizmediumrohre 12 dicht angeordnet sind. Daher nimmt die Temperatur der Rohbrennflüssigkeit FL, die aus dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer eingespritzt wurde und an dem oberen Ab schnitt 11u der Verdampferkammer nicht verdampft (ein Großteil von ihr wird an dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer verdampft), zu dem unteren Abschnitt 11d der Verdampferkammer zu, während sie sich bewegt und abtropft (und teilweise verdampft), so dass sie an dem unteren Abschnitt 11d der Verdampferkammer zu Rohbrenngas FG vollständig verdampft wird. Das heißt, zur Verdampfung der nicht verdampften Roh brennflüssigkeit FL wird der obere Abschnitt 11u der Verdampferkammer als Temperaturerhöhungszone für die nicht verdampfte Rohbrennflüssigkeit FL benutzt, wohingegen der untere Abschnitt 11d der Verdampferkammer als die Verdampferzone für die nicht verdampfte Rohbrennflüssigkeit FL benutzt wird. Nicht verdampfte Rohbrennflüssigkeit FL bezieht sich auf Rohbrennflüssigkeit FL, die an dem oberen Abschnitt 11u der Verdampfer kammer nicht vollständig verdampft wurde.
Weil der Abstand zwischen den Heizmediumrohren 12 an dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer weiter ist, kann auch dann, wenn Filmsieden an dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer auftritt, der Filmsiede-Abschnitt nicht leicht zu großen Flüssigkeitstropfen anwach sen, die die Heizmediumrohre 12 überbrücken können. Das heißt, sie werden durch die Luftströmung weggeblasen, die durch die Einspritzung der Rohbrennflüssigkeit FL erzeugt wird, bevor sie groß anwachsen kön nen, und sie fallen durch Schwerkraft leicht hinunter. Demzufolge ver breitet sich die Rohbrennflüssigkeit FL, die von dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer eingespritzt ist, leichter über die gesamte Verdamp ferkammer 11. Auch wenn durch Filmsieden an dem unteren Abschnitt 11d der Verdampferkammer Flüssigkeitstropfen eine Überbrückung der Heizme diumrohre 12 bilden, stellen sie kein signifikantes Problem dar, das den Weg der eingespritzten Rohbrennflüssigkeit FL behindern könnte. Auch wenn daher in den Heizmediumrohren 12, die an dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer angeordnet sind, Filmsieden auftritt, das zu großem Wachstum führt, so hat es die Tendenz, durch die Schwerkraft als Tropfen hinunterzufallen. Auch wenn Filmsiede-Abschnitte auftreten, wo die Tropfen hinuntergefallen sind, brechen diese Filmsiede-Abschnitte durch den Fallaufstoß auseinander. Anders gesagt, wenn an dem oberen Ab schnitt der Verdampferkammer Filmsieden auftritt, haben die Abschnitte, wo das Filmsieden aufgetreten ist, die Tendenz hinunterzufallen, und wenn sie einmal hinuntergefallen sind, werden sie entweder in feine Tröpfchen aufgebrochen (während die Wärmeaufnahmefläche zunimmt), oder sie unterbrechen die Filmsiede-Abschnitte zum Boden hin (während die Wär meaufnahmefläche zunimmt). Die Anordnung der Heizmediumrohre in der Verdampferkammer 11 ist insgesamt daher so, dass Filmsieden an der Oberfläche der Heizmediumrohre 12 nur schwer stattfindet und ein großes Wachstum von Filmsiede-Abschnitten unterbunden wird (was ihre Ver dampfung fördert).
Der untere Abschnitt 11d der Verdampferkammer ist eine Hochtemperatur zone, und daher werden Flüssigkeitsseen, die sich dort bilden, leicht ver dampft.
2. Ein zweites Beispiel einer Heizmediumrohr-Anordnung wird unter Bezug auf Fig. 6 erläutert.
Die Heizmediumrohre 12 sind U-förmig, wie die in Fig. 4 gezeigte Heizmedi umrohr-Anordnung, und das Heißgas HG strömt durch die Innenseite der Heizmediumrohre 12 von dem unteren Abschnitt 11d der Verdampferkam mer zu dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer. Die Quer schnittsform der Verdampferkammer 11 ist ebenfalls umgekehrt trapezför mig, wie die in Fig. 4 gezeigte Heizmediumrohr-Anordnung. Die in Fig. 6 gezeigte Heizmediumrohr-Anordnung hat einen weiteren Abstand zwischen den Heizmediumrohren 12 als die in Fig. 4 gezeigte Heizmediumrohr-Anord nung.
Die in Fig. 6 gezeigte Heizmediumrohr-Anordnung hat grundlegend die gleiche Betriebsweise und Wirkung wie die in Fig. 4 gezeigte Heizmedium rohr-Anordnung, wobei aber die in Fig. 6 gezeigte Heizmediumrohr-Anord nung einen weiteren Abstand zwischen den Heizmediumrohren 12 auf weist, und sie einen Vorteil darin hat, dass Abschnitte, wo Filmsieden auftritt, in Fällen, in denen Filmsieden auftritt, die Tendenz haben, leichter nach unten abzutropfen.
3. Ein drittes Beispiel einer Heizmediumrohr-Anordnung wird unter Bezug auf Fig. 7 erläutert. Die Heizmediumrohre sind U-förmig, wie die Heizmedi umrohr-Anordnung, die beispielhaft in Fig. 4 und Fig. 6 gezeigt ist, und das Heißgas HG fließt durch die Innenseite der Heizmediumrohre 12 von dem unteren Abschnitt 11d der Verdampferkammer zu dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer. Anders als die in Fig. 4 und Fig. 6 gezeigte Heizmediumrohr-Anordnung zeigt die Querschnittsform der Verdampfer kammer 11 die gleiche Breite für den oberen Abschnitt 11u der Verdamp ferkammer und den unteren Abschnitt 11d der Verdampferkammer. Demzu folge ist der Abstand nach rechts und links jedes Heizmediumrohrs 12 von dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer zu dem unteren Ab schnitt 11d der Verdampferkammer gleich. Jedoch ist der Abstand über und unter jedem Heizmediumrohr 12 an dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer weiter.

Mit der Anordnung von Heizmediumrohren 12, die beispielhaft in Fig. 7 gezeigt ist, ist eine Hochtemperaturzone an dem unteren Abschnitt 11d der Verdampferkammer gebildet, wo die Heizmediumrohre 12 dichter angeord net sind. Wenn, wie oben erwähnt, nicht verdampfte Rohbrennflüssigkeit FL verdampft wird, wird demzufolge der obere Abschnitt 11u der Verdamp ferkammer als Temperaturerhöhungszone für nicht verdampfte Rohbrenn flüssigkeit FL verwendet, wohingegen der untere Abschnitt 11d der Ver dampferkammer als Verdampfungszone für die nicht verdampfte Rohbrenn flüssigkeit FL verwendet wird. Hierdurch kann die Verdampfung der Roh brennflüssigkeit FL effizient erreicht werden. Da ferner der untere Abschnitt 11d der Verdampferkammer eine Hochtemperaturzone ist, bilden sich Flüssigkeitsseen nicht so leicht, und auch wenn sie sich bilden, werden sie leicht verdampft.

Da der Abstand über und unter den Heizmediumrohren 12 an dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer weiter ist, bilden sich Filmsiedeabschnitte, die über und unter den Heizmediumrohren 12 Brücken bilden, nicht so leicht (sie haben die Tendenz, nach unten zu fallen).

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Vorderseite der Verdampferkammer 11 durch die Heizmediumrohr-Halteplatte 12a verschlossen, die die Heizmediumrohre 12 hält, und sie verhindert, dass das Heißgas HG sich mit dem Rohbrenn gas FG vermischt. Die Heizmediumrohre 12 sind an beiden Enden offen, und die Konstruktion ist derart, dass das Heißgas HG von den Unterenden der Heizmediumrohre 12 (die Heizmediumrohr-Einlässe 12EIN) in die Heiz mediumrohre 12 eintritt und aus den Oberenden der Heizmediumrohre 12 (der Heizmediumrohr-Auslässe 12AUS) entweicht. Die Heizmediumrohr- Auslässe 12AUS bilden das Anfangsende der Heißgasleitung 13, wie unten erläutert.

Der Verdampferkörper 10 verdampft die Rohbrennflüssigkeit FL zu Roh brenngas FG in der Verdampferkammer 11, und das Rohbrenngas FG wird durch den in dem Verdampferkörper 10 gebildeten Verdampferkammer auslass 11a zu dem Überhitzer 30 geleitet (siehe Fig. 4).

Der katalytische Verbrenner 20 umfasst einen Verbrenner, der durch kata lytische Verbrennung von Abgas OG Hochtemperatur-Heißgas HG erzeugt, einen Einlasskanal 21 für das Abgas OG, hauptsächlich zusammengesetzt aus einer Katalysatorschicht 22 und einem Auslasskanal 23 und umgeben von einer Deckplatte 20t, einer Bodenplatte 20b und Seitenplatten 20s, 20s', die aus Metall hergestellt sind, wie etwa hochwärmebeständigem und korrosionsbeständigem rostfreiem Stahl, wie etwa SUS316 oder derglei chen, ähnlich den Heizmediumrohren (siehe Fig. 8). Übrigens dient die Deckplatte 20t auch als Bodenplatte des Verdampfers 11. Das heißt, die Deckfläche des katalytischen Verbrenners 20 ist bevorzugt direkt an der Bodenfläche des Verdampfers 11 angebracht.

Wie in Fig. 8(a) gezeigt, hat die Bodenfläche der Verdampferkammer 11b im Querschnitt eine wellenförmige Konstruktion, die der Form (Anordnung) der Heizmediumrohre 12 angepasst ist, die an der untersten Lage der Mehrzahl angeordneter Heizmediumrohre 12 positioniert sind (12EIN in Fig. 8(a)), und sie ist ausgestaltet, um große Flüssigkeitsseen zu verhindern. Zwischen der Bodenfläche der Verdampferkammer 11b und den an der untersten Lage positionierten Heizmediumrohren 12b ist ein kleiner Zwi schenraum vorgesehen, und es wird ein Kontakt zwischen den beiden, aufgrund Vibrationen etc., verhindert. Diese Konstruktion der Bodenfläche der Verdampferkammer 11b kann Flüssigkeitsseen-Zwischenräume R, in denen sich leicht Flüssigkeitsseen bilden, an dem untersten Abschnitt der Verdampferkammer 11 minimieren, im Vergleich zu dem Fall, dass die Deckfläche 20t des katalytischen Verbrenners 20 flach ausgebildet ist (Fig. 8(b)).

Um eine größere Wärmeübertragungsfläche zwischen der Verdampferkam mer 11 vorzusehen, ist die Querschnittsform der Katalysatorschicht 22 bevorzugt ein angenähertes Rechteck, dessen Breite der Breite der Boden fläche 11b der Verdampferkammer 11 angepasst ist, und sie ist bevorzugt mit einem bienenwabenförmigen Katalysator gepackt. Das Katalysatormate rial kann ein Katalysator auf Pt-Basis sein. Der verwendete Träger ist gewöhnlich ein Träger auf Siliciumoxid-Basis oder Aluminiumoxid-Basis.

Vor und hinter der Katalysatorschicht 22 vorgesehen sind ein Einlasskanal 21 zum Einführen der zu verbrennenden Substanz in den katalytischen Verbrenner 20 sowie ein Auslasskanal 23 mit einer Trennplatte 24, die den Innenraum der Heißgasleitung 13 unterteilt, so dass die Fließrichtung des Gases um 180° geändert werden kann, wenn das an der Katalysator schicht 22 erzeugte Hochtemperatur-Heißgas stromab fließt (in dem darge stellten Beispiel ist der Querschnitt ein Halbkreis); das Abgas OG des Wasserstoffanschlusses der Brennstoffzelle 5, das die zu verbrennende Substanz ist, d. h. das Wasserstoff/Sauerstoff-Gasgemisch, wird aus dem Einlasskanal 21 eingeführt und an der Katalysatorschicht 22 einer katalyti schen Verbrennung unterzogen, um das Hochtemperatur-Heißgas HG (typischerweise bei 650-700°C) umzuwandeln, und das Heißgas HG, das auf diese Weise erhitzt worden ist, wird dann von dem Auslasskanal 23 zu der Verdampferkammer 11 geleitet.

Erfindungsgemäß muss der katalytische Verbrenner 20 benachbart der Verdampferkammer 11 vorgesehen sein, und obwohl Fig. 2-Fig. 4 die Deckplatte 20t des katalytischen Verbrenners in einem Zustand von im Wesentlichen engem Kontakt mit der Bodenfläche der Verdampferkammer 11 zeigen, kann die Konstruktion so sein, dass die Seite 20s oder 20s' des katalytischen Verbrenners 20 der Seite der Verdampferkammer 11 benach bart ist.

Mit dieser Konstruktion kann die Wärme von dem katalytischen Verbrenner 20, die durch katalytische Verbrennung auf hohe Temperatur gebracht wurde, zu dem Abschnitt der Verdampferkammer 11, der dem katalyti schen Verbrenner 20 benachbart ist, strahlen oder übertragen werden. Es ist nicht nur die Konstruktion vereinfacht, da der katalytische Verbrenner 20 und der Verdampferkörper 10 nicht mit Rohrleitungen verbunden wer den müssen, sondern es kann auch die Konstruktion kompakter ausgeführt werden, im Vergleich zu einer Konstruktion, wo er separat von einem herkömmlichen katalytischen Verbrenner 20 vorgesehen ist.

Ein dünner Heizer 20H oder dergleichen kann auch zwischen dem katalyti schen Verbrenner 20 und der Verdampferkammer 11 angebracht sein, wie in Fig. 9 gezeigt.

Hier kann ferner Wärme von dem Heizer H der Verdampferkammer 11 zugeführt werden, um auch beim Starten des katalytischen Verbrenners 20 die Verdampfung zu fördern.

Der nach der vorliegenden Erfindung benutzte Begriff "benachbart" bedeu tet daher, dass der katalytische Verbrenner 20 an einer Stelle angeordnet ist, die eine effektive Wärmeübertragung von dem katalytischen Verbrenner 20 zu der Verdampferkammer 11 erlaubt.

Die Wärme, die auf diese Weise zu dem Verdampferkörper 10 übertragen wurde, verdampft schnell die Rohbrennflüssigkeit FL, die als Flüssigkeits tröpfchen an den Wänden der Verdampferkammer oder als Flüssigkeitsseen vorhanden ist, und wandelt sie in Rohbrenngas FG um.

Die Stelle, in der der katalytische Verbrenner 20 installiert ist, ist nicht besonders eingeschränkt, solange er wie oben beschrieben Wärme zu der Verdampferkammer 11 übertragen kann, um den Roh-Flüssigbrennstoff zu verdampfen, der in der Verdampferkammer 11 als Flüssigkeit vorliegt, wobei aber die Deckfläche 20t des katalytischen Verbrenners 20 und die Bodenfläche der Verdampferkammer 11 bevorzugt in engem Kontakt sind, wie in Fig. 2 bis Fig. 4 gezeigt, und besonders bevorzugt sie direkt anei nander angebracht sind. Um mehr Wärme zu der Verdampferkammer 11 zu übertragen, ist bevorzugt die Querschnittsform des katalytischen Verbren ners 20 ein angenähertes Rechteck, das in Längsrichtung der Breite, die an der Breite der Bodenfläche 11b der Verdampferkammer 1 angepasst ist, länger ist.

Mit dieser Konstruktion ist es möglich, Wärme effektiver zu der gesamten Verdampferkammer und insbesondere zur Bodenfläche 11b zu übertragen, wo die Tendenz besteht, dass sich Flüssigkeitsseen bilden.

Der Überhitzerabschnitt 30 ist stromab von dem Verdampferkammerauslass 11a in einer Konfiguration angebracht, die von einer Seite des Verdampfer körpers 10 vorsteht. Der Überhitzerabschnitt 30 ist ein Wärmeaustauscher vom Schalen-und-Rohr-Typ; das Rohbrenngas FG strömt durch die Rohr seite (Seite des Dampfrohrs 31), das Heißgas HG strömt durch die Rahmenseite (Seite der Überhitzerkammer 32), und es wird kondensierbares Rohbrenngas FG durch das Heißgas HG überhitzt und wird getrocknet und verdampft, um eine Kondensation des Rohbrenngases FG zu verhindern.

Ein Metallgitter 14 ist als Lüftungsmittel in dem Verdampferkammerauslass 11a installiert. Das Metallgitter 14 erlaubt einen Durchtritt des verdampften Rohbrenngases FG, während ein Durchtritt von Flüssigkeitströpfchen von nicht verdampfter Rohbrennflüssigkeit FL verhindert wird. Auch ist ein Rohbrennflüssigkeits-Schirm 15 unter dem Verdampferkammerauslass 11a vorgesehen, um das Entweichen von Rohbrennflüssigkeit zu verhindern. Der Rohbrennflüssigkeits-Schirm 15 erstreckt sich über das Unterende des Verdampferkammerauslasses 11a, und das Metallgitter 14 ist auf den oberen Streifen des Verdampferkammerausfasses 11a und den Rohbrenn flüssigkeits-Schirm 15 aufgesetzt.

Der Rohbrennflüssigkeits-Schirm 15 erstreckt sich auch über die obere Endfläche H des Rohbrennflüssigkeits-Reservoirs 11b. Auch wenn sich Flüssigkeitsseen in der Verdampferkammer 11 bilden und durch die Bewe gung des Automobils in dem See von Rohbrennflüssigkeit FL Wellen er zeugt werden, kann das Vorhandensein des Rohbrennflüssigkeits-Schirms 15 das Entweichen von Rohbrennflüssigkeit FL in den Überhitzerabschnitt 30, der sich außerhalb des Verdampferkörpers 10 befindet, verhindern.

Separat ist eine Brennstoffspritzer-Abweisplatte 16 an der Seite der Ver dampferkammer 11 angebracht, die der Seite entgegengesetzt ist, an der der Rohbrennflüssigkeits-Schirm 15 vorgesehen ist. Die Brennstoffspritzer- Abweisplatte 16 hat die Rolle, Flüssigkeitströpfchen von Rohbrennflüssig keit, die in die Verdampferkammer 11 verspritzt wurden, nach unten ab zuweisen.

Wenn Rohbrennflüssigkeit FL, die von der in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Rohbrennstoff-Einspritzvorrichtung 40 eingespritzt ist, die Heizmediumrohre 12 kontaktiert und auf dieser verspritzt wurden, verhindert das an dem Rohbrennflüssigkeits-Schirm 15 oder dem Verdampferkammerauslass 11a vorgesehene Metallgitter 14, dass die Rohbrennflüssigkeit FL, die die unteren Heizmediumrohre 12EIN der Heizmediumrohre 12 kontaktiert hat, in den sich außerhalb des Verdampferkörpers 10 befindlichen Überhitzer abschnitt 30 eintritt. Hauptsächlich das Vorhandensein des Metallgitters 14 verhindert, dass die Flüssigkeit, die die oberen Heizmediumrohre 12AUS der Heizmediumrohre 12 kontaktiert hat und auf diesem verspritzt wurde, in den Überhitzerabschnitt 30 eintritt.

Die Struktur, die das Entweichen von Rohbrennflüssigkeit in den Überhit zerabschnitt 30 verhindert, wird nun unter Bezug auf Fig. 10 und Fig. 11 erläutert. Die Dampfrohre 31, die in dem Überhitzerabschnitt 30 installiert sind, sind von der Horizontalen geneigt, und die Rohbrenngaseinlässe 31a sind tiefer angeordnet als die Rohbrenngasauslässe 31b. Unter den Roh brenngaseinlässen 31a ist ein Zwischenraum 34 gebildet.

Auch wenn Rohbrennflüssigkeit FL an den Innenseiten der Dampfrohre 31 durch Verflüssigung etc. in den Dampfrohren 31 anhaftet, bewirkt die Neigung der Dampfrohre 31, dass die Rohbrennflüssigkeit FL zu den Roh brenngaseinlässen 31a hinunterrutscht und aus den Rohbrenngaseinlässen 31a ausfließt und sich in dem Zwischenraum 34 ansammelt. Daher lässt sich verhindern, dass Rohbrennflüssigkeit FL nach außen zur Seite des Reformers 2 fließt, wie in Fig. 1 gezeigt. Der Neigungswinkel der Dampf rohre 31 beträgt für diese Ausführung etwa 5°, und obwohl der Bereich nicht besonders beschränkt ist, ist er bevorzugt auf innerhalb 3-10° gesetzt. Bei weniger als 3° ist die Chance größer, dass Rohbrennflüssigkeit FL nicht in der Lage ist, zu den Rohbrenngaseinlässen 31a hinunterzurut schen. Bei mehr als 10° könnte das Volumen des Überhitzerabschnitts 30 zu groß werden.

Durch Verbindung des Zwischenraums 34 mit der Innenseite der Verdamp ferkammer 11 durch eine Rückführleitung (nicht gezeigt) ist es möglich, die Rohbrennflüssigkeit, die sich in dem Zwischenraum 34 angesammelt hat, zur Verdampfung zurück in die Verdampferkammer 11 zu führen. Alternativ könnte auch ein separates Entfernungsmittel vorgesehen sein, um die sich in dem Zwischenraum 34 angesammelte Rohbrennflüssigkeit FL zu entfer nen.

Hierdurch lässt sich verhindern, dass nicht verdampfte Rohbrennflüssigkeit FL zu dem Reformer 2 hinausfließt. Auch wenn die Rohbrennflüssigkeit FL in den Überhitzerabschnitt 30 eingetreten ist, kann sie zu der Verdampfer kammer 11 zurückgeführt werden, um die Verdampfungsrate der Roh brennflüssigkeit weiter zu erhöhen.

Wenn übrigens die Rohbrennflüssigkeit FL in der Verdampferkammer 11 richtig verdampft ist und das Rohbrenngas FG nicht kondensiert, bis es den in Fig. 1 gezeigten Reformer 2 erreicht, könnte das in der Verdampferkam mer 11 verdampfte Rohbrenngas FG direkt in den Reformer 2 eingeführt werden, ohne durch den Überhitzerabschnitt 30 zu strömen.

Die Rohbrennstoff-Einspritzvorrichtung 40 ist eine Einspritzvorrichtung mit einer Einzel-Fluiddüse, die Rohbrennflüssigkeit FL in die Verdampferkammer 11 einspritzt. Die Rohbrennstoff-Einspritzvorrichtung 40 ist an der Deck fläche der Verdampferkammer 11t angebracht, und um das Wärmepotential des Hochtemperatur-Heißgases HG effizient zu nutzen, wird die Rohbrenn flüssigkeit FL primär in Richtung längs der Mehrzahl der Heizmediumrohre 12 eingespritzt, die in der Verdampferkammer 11 vorgesehen sind (in Richtung zu der Heizmediumrohr-Halteplatte 12a hin).

Der Brennstoffverdampfer 1 besitzt eine Heißgasleitung 13, wobei in dem hier beschriebenen Brennstoffverdampfer 1 eine Heißgasleitung 13, die von den Heizmediumrohr-Auslässen 12AUS beginnt und bis zur Überhitzerkammer 323 des Überhitzerabschnitts 30 reicht, an der gesamten Vorderseite 1f des Brennstoffverdampfers, der gesamten Seite 1s des Brennstoffver dampfers und der Rückseite 1r des Brennstoffverdampfers (dem Teil an der Rückseite 11r der Verdampferkammer) angeordnet ist. Die hier beschriebne Heißgasleitung 13 hat eine Struktur, die nicht nur die Seite 11s der Ver dampferkammer und die Rückseite 11r der Verdampferkammer bedeckt, sondern auch die Trennplatte 24 des katalytischen Verbrenners 20 und die Seite 20s des katalytischen Verbrenners.

Nun wird der Betrieb und die Wirkung des Brennstoffverdampfers 1 dieser Ausführung erläutert. Die folgenden Zahlen (1) bis (7) entsprechen den Zahlen (1) bis (7) in den Fig. 2 bis 4, und sie bezeichnen die Strömung des Heißgases HG in der Heißgasleitung 13.

1. Heizen des Verdampferkammer-Bodens: Der katalytische Verbrenner 20 verbrennt das der Brennstoffzelle 5 zugeführte Abgas OG durch kataly tische Verbrennung zur Erzeugung von Heißgas HG. Die katalytische Ver brennung hebt die Temperatur des katalytischen Verbrenners 20 an, wobei sie die Außenfläche des katalytischen Verbrenners 20 auf eine hohe Tem peratur (angenähert 300°C) bringt. In diesem Brennstoffverdampfer 1 sind die Verdampferkammer-Bodenfläche 11b und die Katalytischer-Verbrenner- Deckfläche 20t in engem Kontakt. Die Verdampferkammer-Bodenfläche 11b (Boden der Verdampferkammer 11) wird daher durch den katalytischen Verbrenner 20 auf eine hohe Temperatur erhitzt. Durch effektive Nutzung der von dem katalytischen Verbrenner 20 erzeugten Wärme wird somit die Bildung von Flüssigkeitsseen verhindert, und etwa gebildete Flüssigkeits seen werden schnell verdampft.
2. Strömung von Rohbrenngas: Das Hochtemperatur-Heißgas HG bei 650- 700°C, das durch katalytische Verbrennung von Abgas OG von dem katalytischen Verbrenner 20 (1) erzeugt ist, wird zuerst von den Heizmedi umrohreinlässen 12EIN (2) in die Heizmediumrohre 12 (3) eingeführt, um die Verdampferkammer 11 zu erhitzen, und tritt aus den Heizmediumrohr auslässen 12AUS aus. Währenddessen verdampft das Heißgas HG die Rohbrennflüssigkeit FL, die aus der Rohbrennstoff-Einspritzvorrichtung 40 eingespritzt ist. Die Temperatur des Heißgases an den Heizmediumrohraus lässen 12AUS beträgt angenähert 350°C.
Dann tritt das Heißgas HG in die Heißgasleitung 13 ein und strömt von der Vorderseite 1f des Brennstoffverdampfers (4) durch die Seite 1s des Brenn stoffverdampfers (5) und die rechte Seite 1r des Brennstoffverdampfers (6) und erreicht den Überhitzerabschnitt 30 (7). Währenddessen erhitzt und erwärmt das Heißgas HG die Seite 11s der Verdampferkammer und die Rückseite 11r der Verdampferkammer, während es auch die Trennplatte 24 des katalytischen Verbrenners 20 und die Seite 20s des katalytischen Verbrenners erhitzt und erwärmt. Dies fördert die Verdampfung der Roh brennflüssigkeit in der Brennstoffkammer 11. Sie verhindert auch, dass die Temperatur des Heißgases HG abfällt, das von dem katalytischen Ver brennerauslass 23 zu den Heizmediumrohreinlässen 12EIN strömt. Die Vorrichtung kann auch schnell aufgewärmt werden. Die Temperatur des Heißgases am Einlass des Überhitzerabschnitts 30 beträgt angenähert 300°C.
Das Heißgas HG wird von einer Ausgabeleitung 33 ausgegeben, nachdem es durch den Überhitzerabschnitt 30 (die Überhitzerkammer 32) geströmt ist. Währenddessen überhitzt das Heißgas HG das Rohbrenngas FG, um dessen Kondensation zu verhindern.
3. Strömung von Rohbrenngas: Die in dem Rohbrennflüssigkeitstank T aufbewahrte Rohbrennflüssigkeit FL wird mit einer Pumpe komprimiert und überführt und von der Rohbrennstoff-Einspritzvorrichtung 40 in die Ver dampferkammer 11 eingespritzt.
Ein Großteil der eingespritzten Rohbrennflüssigkeit FL wird sofort an der Oberfläche der Mehrzahl in der Verdampferkammer 11 angeordneter Heiz mediumrohre 12 verdampft und in Rohbrenngas FG umgewandelt. Falls übrigens die Rohbrennflüssigkeit FL plötzlich eingespritzt wird, fällt die Rohbrennflüssigkeit FL, die nicht vollständig verdampfen kann, nach unten in die Verdampferkammer 11, unterliegt jedoch während des Falls einem Wärmeaustausch mit dem bereits verdampften Rohbrenngas FG, wodurch es auf eine höhere Temperatur angehoben wird (es wird teilweise ver dampft). Wenn ferner die nicht verdampfte Rohbrennflüssigkeit FL auf die am Unterende angeordneten Heizmediumrohre 12 hinunter tropft, wird sie auf der Oberfläche der Heizmediumrohre 12 erhitzt und verdampft. Die Rohbrennflüssigkeit FL, die an dem Ende nicht vollständig verdampft ist, erreicht die Verdampferkammer-Bodenfläche 11b, wobei aber die Verdamp ferkammer-Bodenfläche 11b durch den katalytischen Verbrenner 20 auf eine hohe Temperatur erhitzt ist, und daher eine Verdampfung auftritt, ohne dass sich Flüssigkeitsseen bilden. Auch wenn sich Flüssigkeitsseen bilden, wird die Verdampferkammer-Bodenfläche 11b weiterhin erhitzt, solange der katalytische Verbrenner 20 eine katalytische Verbrennung durchführt, so dass die Flüssikeitsseen schnell in Rohbrenngas FG ver dampft werden und verschwinden.
Da die Seite 11s der Verdampferkammer und die Rückseite 11r der Ver dampferkammer durch die Heißgasleitung 13 in dem Verdampferkörper 10 (Verdampferkammer 11) besonders erhitzt und erwärmt werden, wird die Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit FL weiter gefördert, wodurch Flüssig keitsseen verhindert werden.
Anders gesagt, jede Seite der Verdampferkammer in einem herkömmlichen Brennstoffverdampfer wird nur entweder durch das verdampfte Rohbrenn gas erwärmt oder wird durch von den Heizmediumrohren und der Heizmedi umrohr-Halteplatte geleitete Wärme als die Wärmequelle erwärmt. Demzu folge verdampfte die Rohbrennflüssigkeit nicht so leicht, wenn sie an den Seiten der Verdampferkammer anhaftete, und sobald das Rohbrenngas verdampft war, hatte es die Tendenz, in der Verdampferkammer zu kon densieren (d. h. es bildeten sich leicht Flüssigkeitsseen).
Da im Hinblick hierauf der Brennstoffverdampfer 1 der vorliegenden Erfin dung eine derartige Konstruktion hat, dass mehrere Seiten der Verdampfer kammer 11 durch das Heißgas HG und den katalytischen Verbrenner 20 erhitzt und erwärmt werden, kann die Bildung von Flüssigkeitsseen auf einem Minimum gehalten werden (d. h. die Reaktion des Brennstoffver dampfers ist verbessert). Da insbesondere die Verdampferkammer 11 durch die in der Verdampferkammer 11 vorgesehene Heißgasleitung 13 schnell erwärmt wird, wenn das Brennstoffzellensystem FCS gestartet wird, kann die Vorrichtung schnell aufgewärmt werden. Das heißt, das Problem, dass das verdampfte Rohbrenngas FG an den jeweiligen Seiten (Wänden) der Verdampferkammer 11 abkühlt und kondensiert, ist signifikant reduziert.
Das in der Verdampferkammer 11 verdampfte Rohbrenngas FG tritt durch Lüftungsmittel 14, wie etwa eine Lochplatte mit einer Vielzahl kleiner Löcher, in den Überhitzerabschnitt 30 ein und wird überhitzt, während es durch die Dampfrohre 31 hindurchströmt und wird dem in Fig. 1 gezeigten Reformer 2 zugeführt.
Nun werden modifizierte Ausführungen jedes der Bauelemente des Brenn stoffverdampfers 1 erläutert.

Anordnung von Heizmediumrohren

Nun werden Modifikationen der Anordnung der Heizmediumrohre 12 be schrieben. Die Teile und Elemente, die mit dem Brennstoffverdampfer nach den oben beschriebenen Ausführungen der Erfindung gemeinsam sind, werden mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und ihre Erläuterung wird weggelassen.

Zuerst werden die Probleme aufgezeigt, die von diesen Modifikationen zu lösen sind.

Insbesondere, wie in Fig. 23 und Fig. 24 gezeigt, wenn das Heißgas HG durch die U-förmigen Heizmediumrohre 112 von dem unteren Abschnitt zu dem oberen Abschnitt der Verdampferkammer 111 strömt, senken durch etwa gebildete Flüssigkeitsseen die Temperatur des Heißgases HG, das durch die an den Flüssigkeitsseen befindlichen Heizmediumrohre 112 strömt. (Mit der niedrigeren Temperatur strömt es nun durch den oberen Abschnitt der Verdampferkammer 111). Umgekehrt, auch wenn die Roh brennflüssigkeit FL in die Heizmediumrohre 112 eingespritzt wird, durch die das in der Temperatur gesenkte Heißgas HG strömt, kann die eingespritzte Rohbrennflüssigkeit FL nicht richtig verdampft werden und fällt somit nach unten, ohne verdampft zu werden, mit der Tendenz, die Flüssigkeitsseen zu vergrößern.

Wenn andererseits das Heißgas HG durch die U-förmigen Heizmediumrohre 112 von dem oberen Abschnitt zu dem unteren Abschnitt der Verdampfer kammer strömt, wie oben erläutert, fällt die Temperatur des durch die Heizmediumrohre 112 strömenden Heißgases HG an jenen Abschnitten, an denen die Rohbrennflüssigkeit FL eingespritzt wird. Auch wenn sich daher Flüssigkeitsseen an diesen Abschnitten der Heizmediumrohre 112 an dem Bodenabschnitt der Verdampferkammer 111 gebildet haben, wo das in der Temperatur abgesenkte Heißgas HG hindurchtritt, verdampfen an diesen Abschnitten gebildete Flüssigkeitsseen nur schwer.

Daher sind in einer modifizierten Anordnung der Heizmediumrohre einige der Mehrzahl von Heizmediumrohren 12 in der Verdampferkammer 11 von der Deckfläche 11u der Verdampferkammer oder der Bodenfläche 11d der Verdampferkammer in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des Heiß gases HG versetzt angeordnet. Beispiele von Anordnungen von Heizmedi umrohren, bei denen einige der Heizmediumrohre 12 versetzt sind, sind in Fig. 12 und Fig. 13 gezeigt. Der Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt 40a ist an der Deckfläche 11u der Verdampferkammer angeordnet.

Fig. 12 ist eine schematische Querschnittsansicht mit Darstellung einer modifizierten Anordnung von Heizmediumrohren in einem Brennstoffver dampfer (Querschnittsansicht aus der gleichen Perspektive wie Fig. 4). Fig. 13 ist eine schematische Querschnittsansicht mit Darstellung einer modifi zierten Anordnung von Heizmediumrohren, die sich von der von Fig. 12 unterscheidet (Querschnittsansicht aus der gleichen Perspektive wie Fig. 4).

1. Zuerst wird die modifizierte Anordnung der Heizmediumrohre unter Bezug auf Fig. 12 erläutert. Hier sind die Heizmediumrohre 12 U-förmige Rohre.
Das Heißgas HG in den Heizmediumrohren 12 strömt von dem untersten Abschnitt 11d der Verdampferkammer zu dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer. Die Heizmediumrohre 12 an dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer sind abwechselnd von der Bodenfläche 11b der Verdampferkammer weg versetzt (von der Bodenfläche 11b der Ver dampferkammer getrennt). Die versetzten Heizmediumrohre 12 an dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer sind um den Versatzabstand näher an der Deckfläche 11t der Verdampferkammer angeordnet. Die versetzten Heizmediumrohre 12 und die nicht versetzten Heizmediumrohre 12 können am oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer auch auf die gleiche Höhe ausgerichtet sein.
Die Rohbrennflüssigkeit FL wird von der Deckfläche 11t der Verdampfer kammer eingespritzt.
Im Falle der in Fig. 12 gezeigten Heizmediumrohr-Anordnung, wie oben erläutert, sind einige der Mehrzahl von angeordneten Heizmediumrohren 12 (je ein anders) von der Bodenfläche 11b der Verdampferkammer versetzt. Auch wenn sich an den Versatzabschnitten Flüssigkeitsseen bilden, kann sich das durch die Heizmediumrohre 12 strömende Heißgas HG zu dem oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer mit einer geringeren Tempe raturabnahme bewegen als wenn kein Versatz vorhanden wäre (ohne Wärmeverlust an den Flüssigkeitssee-Abschnitten). Daher sind die ver setzten Heizmediumrohre 12 effizienter beim Verdampfen der in den oberen Abschnitt 11u der Verdampferkammer eingespritzten Rohbrennflüssigkeit, als wenn kein Versatz vorgesehen wäre. Die eingespritzte Rohbrennflüssig keit wird daher an dem oberen Abschnitt der Verdampferkammer zufrie denstellend verdampft und es kann verhindert werden, dass Rohbrenn flüssigkeit FL auf den unteren Abschnitt 11d der Verdampferkammer fällt. Anders gesagt, es kann eine Zunahme von Flüssigkeitssee-Bildung verhin dert werden.
2. Nun wird eine modifizierte Anordnung der Heizmediumrohre unter Bezug auf Fig. 13 erläutert, die sich von der von Fig. 12 unterscheidet. Auch hier sind die Heizmediumrohre 12 U-förmige Rohre.
Anders als die in Fig. 12 gezeigte Heizmediumrohr-Anordnung strömt das Heißgas HG in den Heizmediumrohren 12 von dem oberen Abschnitt der Verdampferkammer 11u zu dem unteren Abschnitt 11d der Verdampfer kammer. Die Heizmediumrohre 12 an dem oberen Abschnitt 11u der Ver dampferkammer sind abwechselnd von der Deckfläche 11 t der Verdampfer kammer versetzt (von der Deckfläche 11t der Verdampferkammer ge trennt). Die versetzten Heizmediumrohre 12 und die nicht versetzten Heiz mediumrohre 12 sind beide nahe der Bodenfläche 11b der Verdampferkam mer angeordnet.
Die Rohbrennflüssigkeit FL wird von der Deckfläche 11t der Verdampfer kammer her eingespritzt.

Mit der als Beispiel in Fig. 13 gezeigten Heizmediumrohr-Anordnung, wie oben erläutert, sind einige der Mehrzahl angeordneter Heizmediumrohre (je ein anderes) von der Verdampferkammer-Deckfläche 11t versetzt. Somit hat die Rohbrennflüssigkeit, die von der Deckfläche 11t der Verdampfer kammer eingespritzt ist, die Tendenz, die nicht versetzten Heizmediumrohre 12 zu kontaktieren (sie wird leichter eingespritzt). Demzufolge kann sich das Heißgas HG, das durch die versetzten Heizmediumrohre 12 strömt, zu dem unteren Abschnitt 11d der Verdampferkammer mit einer geringeren Temperaturabnahme bewegen als wenn kein Versatz vorhanden wäre (ohne Wärmeverlust durch Zerstäubung). Demzufolge sind die versetzten Heizmediumrohre 12 effizienter bei der Verdampfung der Flüssigkeitsseen in dem unteren Abschnitt 11d, als wenn kein Versatz vorgesehen wäre. Die Flüssigkeitsseen können daher effizienter verdampft werden.

Somit können die modifizierten Heizmediumanordnungen für den Brenn stoffverdampfer einen Ausgleich zwischen der Temperaturabnahme des Heißgases durch Flüssigkeitsseen, wenn sich Flüssigkeitsseen bilden, und der Verdampfungsfähigkeit der Rohbrennflüssigkeit an dem oberen Ab schnitt der Verdampferkammer erreichen, um hierdurch eine stabilere Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit zu erlauben.

Ferner kann ein Ausgleich zwischen der Temperaturabnahme der Rohbrenn flüssigkeit, die an dem oberen Abschnitt der Verdampferkammer einge spritzt ist, und der Verdampfungsfähigkeit von Flüssigkeitsseen, die sich an dem unteren Abschnitt der Verdampferkammer gebildet haben, erreicht werden, um eine stabile Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit zu erlauben.

Auch kann der Resonanzpunkt der Verdampferkammer verschoben werden, da einige der Heizmediumrohre der Mehrzahl von Heizmediumrohren ver setzt sind, um hierdurch das Problem von Geräusch und Beschädigung der Anlage durch Oszillation zu lösen.

Diese Modifikationen können für die Konstruktion von Dünnfilm-Brennstoff verdampfern geeignet angewendet werden.

Übrigens sind in dieser in Fig. 3 gezeigten Ausführung des Brennstoffver dampfers 1 nach der Erfindung die Heizmediumrohre 12 in einer dreilagigen Struktur mit einer Außenlage, einer Mittellage und einer Innenlage angeord net.

Die Außenlage der Heizmediumrohre 12 geht durch den untersten Ab schnitt (nahe der Bodenfläche 11b der Verdampferkammer) hindurch, krümmt sich nach oben zum obersten Abschnitt (der Deckfläche 11t der Verdampferkammer) und kontaktiert zuerst die obere Flüssigkeit FL, die aus dem Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt 40a eingespritzt wird. Wenn sich somit (an dem untersten Abschnitt) Flüssigkeitsseen gebildet haben, wird das Heißgas HG, das durch die äußere Lage der Heizmediumrohre 12 strömt, durch die Flüssigkeitsseen an dem untersten Abschnitt gekühlt und schwenkt dann aufwärts hinaus zu dem obersten Abschnitt. Demzufolge ist die Wärme zur Verdampfung der eingespritzten Rohbrennflüssigkeit weniger ausreichend, als wenn sich keine Flüssigkeitsseen gebildet hätten.

Jedoch sind die Heizmediumrohre 12 der Mittellage und der Innenlage von der Bodenfläche 11b der Verdampferkammer derart versetzt, dass sie die Flüssigkeitsseen nicht berühren. Somit schwenkt das Heißgas HG, das durch die Heizmediumrohre 12 der Mittellage und der Innenlage strömt, ohne signifikanten Wärmeverlust an die Flüssigkeitsseen nach oben. Auch wenn sich daher Rohbrennflüssigkeit, die an der obersten Lage der Heizme diumrohre 12 nicht vollständig verdampft wurde, nach unten bewegt, besitzen die Mittellage und die Innenlage der Heizmediumrohre 12 genü gend Wärme und können sie daher verdampfen. Beim Brennstoffverdamp fer 1 nach dieser Ausführung nach der Erfindung ist die Wärme an dem untersten Abschnitt 11d der Verdampferkammer konzentriert.

Anders gesagt, die Probleme, die sich aus den oben erwähnten Modifikatio nen ergeben, werden durch den Brennstoffverdampfer dieser Auführung nach der Erfindung gelöst.

Die Heizmediumrohr-Anordnung wird bei den U-förmigen Heizmediumrohren angewendet, kann jedoch auch bei geraden Rohren oder S-förmigen Rohren angewendet werden. Es ist auch möglich, die Heizmediumrohre nahe dem Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt dichter anzuordnen und von dort weg weiter verteilt, um den Rohren nahe dem Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt einen kleineren Durchmesser zu geben oder den von dem Rohbrennstoff- Einspritzabschnitt weiter entfernten Rohren einen größeren Durchmesser zu geben.

Der Abstand zwischen den Heizmediumrohren kann entweder weiter oder enger geeignet eingestellt werden, solange der Effekt der Erfindung nicht beeinträchigt ist. Ähnlich kann die Breite des Zwischenraums zwischen der Deckfläche der Verdampferkammer und den Heizmediumrohren an dem oberen Abschnitt der Verdampferkammer (dem Kopfraum) entweder weiter oder enger geeignet eingestellt werden, solange der Effekt der Erfindung nicht beeinträchigt ist. Die Querschnittsform der Heizmediumrohre kann halbkreisförmig sein, um die Oberflächenausdehnung der Heizmediumrohre für jene zu vergrößern, die an dem unteren Abschnitt der Verdampferkam mer angeordnet sind.

Steuerung der Heißgasströmung in den Heizmediumrohren

Als Modifikation der Innenseite der Heizmediumrohre 12 in der Verdampfer kammer wird nun unter Bezug auf Fig. 14 bis Fig. 16 ein Brennstoffver dampfer erläutert, der mit einem Turbulenzerzeugungsabschnitt in den Heizmediumrohren 12 versehen ist. Die Teile und Elemente, die mit dem Brennstoffverdampfer nach den oben beschriebenen Ausführungen der Erfindung gemeinsam sind, werden mit den gleichen Bezugszahlen bezeich net, und ihre Erläuterung wird weggelassen.

Fig. 14(a) ist eine Hauptabschnitt-Umrissdarstellung einer ersten Ausfüh rung eines Turbulenzerzeugungsabschnitts, der in den Heizmediumrohren 12 ausgebildet ist, die in der Verdampferkammer 11 der Erfindung vor gesehen sind.

Der Turbulenzerzeugungsabschnitt besitzt vom Außenumfang zum Innen umfange eine Mehrzahl von verengten Abschnitten WP, gebildet durch ringartiges oder getrennt-ringartiges Quetschen der Heizmediumrohre 12 in geeignetem Abstand. Durch diese Bildung der verengten Abschnitte WP wird das Heißgas HG, das das Hochtemperatur-Heizmedium in dem Heiz mediumrohr 12 ₁ ist, in seiner Strömung durch die verengten Abschnitte WP gestört, wenn es durch das Heizmediumrohr 12 ₁ strömt, so dass die Strö mung von einer laminaren Strömung in eine turbulente Strömung umge wandelt wird. Im Ergebnis wird der Grenzfilm-Wärmeübertragungskoeffi zient an der Innenseite des Heizmediumrohrs 12 ₁ erhöht, und die Tempera turverteilung in der radialen Richtung des Heizmediumrohrs 12 ₁ wird gleich mäßiger, um zu ermöglichen, dass mehr Wärme an der Außenfläche des Heizmediumrohrs 12 ₁ zur Verfügung steht als mit einer laminaren Strö mung, und um hierdurch das Wärmepotential des Heißgases HG zur Ver dampfung der Rohbrennflüssigkeit FL effektiv zu nutzen.

Fig. 14(b) ist eine Hauptabschnitts-Umrissdarstellung einer zweiten Aus führung des Turbulenzerzeugungsabschnitts, der in den Heizmediumrohren 12 ausgebildet ist, die in der Verdampferkammer 11 der Erfindung vor gesehen sind.

Dieser Turbulenzerzeugungsabschnitt besitzt eine Mehrzahl von Vertiefun gen GP vom Außenumfang zum Innenumfang, gebildet durch Wiederholen eines Klemmvorgangs des Heizmediumrohrs 12 ₂ und Quetschen des Rohrs und dann erneutes Klemmen und Quetschen des Heizmediumrohrs 12 ₂, jedoch in Bezug auf die gequetschte Fläche von einer 90°-Richtung ausge hend an einer Stelle, die von der gequetschten Fläche einen geeigneten Abstand hat.

Das Heißgas HG, das das Hochtemperatur-Heizmedium in dem Heizmedri umrohr 12 ₂ ist, wird in seiner Strömung durch die Vertiefungen GP gestört, wenn es durch das Heizmediumrohr 12 ₂ hindurchströmt, so dass die Strö mung von laminarer Strömung in turbulente Strömung umgewandelt wird. Im Ergebnis wird der Grenzfilm-Wärmeübertragungskoeffizient an der Innenseite des Heizmediumrohrs 12 ₂ erhöht und wird die Temperaturver teilung in der radialen Richtung des Heizmediumrohrs 12 ₂ gleichmäßiger, um zu ermöglichen, dass mehr Wärme an der Außenoberfläche des Heiz mediumrohrs 12 ₂ zur Verfügung steht als mit einer laminaren Strömung, und um hierdurch das Wärmepotential des Heißgases HG zur Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit FL effektiver zu nutzen.

Die in Fig. 14(a) oder Fig. 14(b) gezeigten Heizmediumrohre 12 ₁, 12 ₂ sind bevorzugt direkt unter der Stelle angeordnet, wo die Rohbrennflüssigkeit FL eingespritzt wird. Dies ermöglicht, dass das Heißgas HG erhalten bleibt und zu den oberen Heizmediumrohren 12 hochgeleitet wird, wo der Großteil der Rohbrennflüssigkeit FL eingespritzt wird, während ausreichend Wärme auf die Außenfläche der Heizmediumrohre 12 übertragen wird, so dass die Rohbrennflüssigkeit FL schneller verdampft werden kann, als wenn kein Turbulenzerzeugungsabschnitt vorgesehen wäre. Die in Fig. 14(a) und Fig. 14(b) gezeigten Heizmediumrohre 12 ₁, 12 ₂ können seitens des Heißgas- HG-Einlasses 12EIN in den Heizmediumrohren 12 oder seitens des Heißgas- HG-Auslasses 12AUS in den Heizmediumrohren 12 installiert sein.

Fig. 15 zeigt einen Brennstoffverdampfer 1' als eine andere Ausführung unter Verwendung von Heizmediumrohren 12 ₃, die mit einem Turbulenzerzeugungsabschnitt versehen sind, der verdrehte Rippen SM in den Heizme diumrohren 12 aufweist, wie in Fig. 16 gezeigt.

Dieser Brennstoffverdampfer 1' hat, außer den verdrehten Rippen SM₁, SM₂, die unten erläutert werden, die gleiche Konstruktion wie Fig. 3, und daher wird die Erläuterung des Brennstoffverdampfers 1' weggelassen.

Diejenigen Elemente in Fig. 15, die die gleichen sind wie in Fig. 3, sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

Durch Vorsehen eines Turbulenzerzeugungsabschnitts mit verdrehten Rippen SM₁, SM₂ in dem Heizmediumrohr 12 ₃ ist es somit möglich, die Strömung in dem Heizmediumrohr 12 ₃ zu stören. Im Ergebnis wird der Grenzfilm-Wärmeübertragungskoeffizient an der Innenseite des Heizmedi umrohrs 12 ₃ vergrößert und wird die Temperaturverteilung in der radialen Richtung des Heizmediumrohrs 12 ₃ gleichmäßiger, als wenn kein Turbulen zerzeugungsabschnitt vorgesehen wäre. Es kann daher ausreichend Wärme an der Außenfläche des Heizmediumrohrs 12 ₃ zur Verfügung stehen, und das Wärmepotential des Heißgases HG kann für die Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit FL effektiver genutzt werden.

Eine Ausführung verdrehter Rippen, die für einen in erfindungsgemäßen Heizmediumrohren 12 vorgesehenen Turbulenzerzeugungsabschnitt zu verwenden sind, wird nun unter Bezug auf Fig. 16 erläutert.

Fig. 16(a) ist eine Umrisszeichnung einer ersten Ausführung von verdrehten Rippen zur Turbulenzerzeugung, die in dem erfindungsgemäßen Heizmedi umrohr 12 ₃ vorgesehen sind.

Jede verdrehte Rippe SM₁ ist ein einzelner rechteckiger Streifen, der nach rechts oder nach links um 360° verdreht ist, und er ist zu einer Welle mit einer konstanten Steigung und geeigneter Länge geformt. Wenn das Heiß gas HG, das das Hochtemperatur-Heizmedium ist, welches als laminare Strömung in dem Heizmediumrohr 12 ₃ strömt, zu den in das Heizmedium rohr 12 ₃ eingesetzten verdrehten Rippen SM₁ strömt, stößt es mit der verdrehten Rippe SM₁ zusammen, wodurch das Hochtemperatur-Heißgas HG an der Mitte des Heizmediumrohrs 12 ₃ von der Mitte zur Innenseite des Heizmediumrohrs 12 ₃ entlang der Seite der verdrehten Rippe SM₁ aufgewir belt wird, während das Gas, das mit der Innenseite zusammenstößt, von der Innenseite zur Mitte des Heizmediumrohrs 12 ₃ zurückkehrt, um eine gestörte Strömung zu bewirken. Im Ergebnis wird der Grenzfilm-Wärme übertragungskoeffizient an der Innenseite des Heizmediumrohrs 12 ₃ erhöht und wird die Temperaturverteilung in der radialen Richtung des Heizmedi umrohrs 12 ₃ gleichmäßiger, um zu ermöglichen, dass mehr Wärme an der Außenfläche des Heizmediumrohrs 12 ₃ zur Verfügung steht als mit einer laminaren Strömung, und um hierdurch das Wärmepotential des Heißgases HG zum Verdampfen der Rohbrennflüssigkeit FL effektiver zu nutzen.

Fig. 16(b) ist eine Umrisszeichnung einer zweiten Auführung verdrehter Rippen zur Turbulenzerzeugung, die in erfindungsgemäßen Heizmediumroh ren 12 vorgesehen sind.

Jede verdrehte Rippe SM₂ besitzt Löcher, die sich - gesehen von der Vor derseite der verdrehten Rippen SM₁ der ersten Ausführung - an den Mittel abschnitten öffnen. Das Vorsehen solcher offenen Löcher kann durch Fördern einer gestörten Strömung zu einer noch optimaleren Turbulenz führen. Durch die Öffnung von Löchern in der verdrehten Rippe SM₂ ist es möglich, eine Resonanz des Heizmediumrohrs 12 ₃, an dem die verdrehten Rippen SM₂ vorgesehen sind, zu verhindern, wenn ein großes Heißgasvolu men durch das Heizmediumrohr 12 ₃ strömt, um hierdurch einen geräusch armen Brennstoffverdampfer 1 bereitzustellen.

Die in Fig. 16(a) und 19629 00070 552 001000280000000200012000285911951800040 0002010054920 00004 19510Fig. 16(b) gezeigten verdrehten Rippen SM₁, SM₂ sind bevorzugt direkt unter der Stelle angeordnet, wo die Rohbrennflüssigkeit FL eingespritzt wird. Dies ermöglicht, dass das Hochtemperatur-Heißgas HG erhalten bleibt und zu den oberen Heizmediumrohren 12 ₃ hochgeleitet wird, wo der Großteil der Rohbrennflüssigkeit FL eingespritzt wird, während ausreichend Wärme zur Außenfläche der Heizmediumrohre 12 ₃ überführt wird, so dass die Rohbrennflüssigkeit FL schneller verdampft werden kann als dann, wenn keine verdrehte Rippe SM₁ (oder SM₂) vorgesehen wäre. Die in Fig. 16(a) und Fig. 16(b) gezeigten verdrehten Rippen SM₁, SM₂ können seitens des Heißgas-HG-Einlasses 12EIN in die Heizmediumrohre 12 ₃ oder seitens des Heißgas-HG-Auslasses 12AUS in die Heizmediumrohre 12 ₃ eingesetzt werden.

Durch das Einsetzen der verdrehten Rippen SM₁, SM₂ von Fig. 16(a) oder Fig. 16(b) in die Heizmediumrohre 12 ₁, 12 ₂ mit den in Fig. 14(a) und Fig. 14(b) gezeigten Formen ist es möglich, eine Strömungsstörung durch einen synergistischen Effekt zu fördern und eine ausreichende Wärmemenge schneller zu den Außenflächen der Heizmediumrohre 12 ₁, 12 ₂ zu bringen.

Eine dritte Ausführung von verdrehten Rippen, die nicht gezeigt ist, kann verdrehte Rippen mit einem Element eines rechteckigen Streifens verwen den, der um 180° in Rechtsrichtung verdreht ist, und einem Element, das um 180° in Linksrichtung verdreht ist, wobei sich deren Ränder in axialer Richtung mit 90° kreuzen; dies kehrt den Gasstrom an jedem Element um, was die gestörte Strömung weiter fördert und erlaubt, dass eine ausrei chende Wärmemenge schneller zur Außenfläche der Heizmediumrohre 12 gebracht wird.

Nun wird ein Verfahren zum Befestigen der verdrehten Rippen SM₁, SM₂ in den Heizmediumrohren 12 erläutert.

Das Verfahren zum Befestigen einer verdrehten Rippe in dem Heizmedium rohr 12 ₃ kann ein solches sein, bei dem die verdrehte Rippe SM₁ (oder SM₂) in das Heizmediumrohr 12 ₃ eingesetzt wird und das Heizmediumrohr 12 ₃ teilweise von der Außenseite gequetscht wird, um die gequetschte Seite mit der verdrehten Rippe SM₁ (oder SM₂) zur Befestigung zu kontaktieren, oder ein solches, bei dem die verdrehte Rippe SM₁ (oder SM₂) in das Heiz mediumrohr 12 ₃ eingesetzt und dann zur Befestigung punktgeschweißt wird.

Durch die oben beschriebene Konstruktion und Wirkung wird die Rohbrenn flüssigkeit FL, die in der Verdampferkammer 11 ausreichend verdampft wurde, in Rohbrenngas FG umgewandelt und in den Reformer 2 eingeführt. Auch strömt das Heißgas HG, das die Rohbrennflüssigkeit FL verdampft hat, durch die um die Verdampferkammer 11 herum vorgesehene Heißgas leitung 13 hindurch und wird in den Überhitzerabschnitt 30 eingeführt, um das an der Verdampferkammer 11 verdampfte Rohbrenngas FG zu überhit zen.

Wie oben erläutert, ist ein Turbulenzerzeugungsabschnitt an einer oder beiden der Außenseite und/oder der Innenseite der Heizmediumrohre 12 vorgesehen, um einen Brennstoffverdampfer vorzusehen, der mit einer Rohrstruktur in der Verdampferkammer 11 ausgestattet ist, die eine schnelle Verdampfung von in die Verdampferkammer 11 eingespritzter Rohbrennflüssigkeit FL erreichen kann und die das Wärmepotential des Heißgases HG zur Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit FL effektiv nutzen kann.

Bodenflächenform der Verdampferkammer

Nun werden Modifikationen der Konstruktion der Deckfläche 20t des katalytischen Verbrenners 20 an der Bodenfläche 11b der Verdampferkam mer des Verdampfers 11s erläutert.

Wenn die Deckfläche 20t des katalytischen Verbrenners 20 dicker ausge führt wird als die anderen Umgebungsabschnitte 20b, 20s und 20s', wie in Fig. 17(a) gezeigt, wird eine Wärmemenge über dem verdickten katalyti schen Verbrenner 20 vorgesehen, so dass die Übergangsreaktion verbessert wird und die gespeicherte Rohbrennflüssigkeit auch nach der katalyti schen Verbrennung verdampft werden kann.

Umgekehrt kann, wie in Fig. 17(b) gezeigt, der Boden 20b des katalyti schen Verbrenners dicker ausgeführt werden als die anderen Umgebungs abschnitte 20t, 20s'. Mit dieser Konstruktion sammelt sich eine Wärme menge unter dem katalytischen Verbrenner 20 an, um hierdurch die Wär meübertragungseffizienz mit der Verdampferkammer 11 zu verbessern und die Strahlungsfläche zu erhöhen, so dass der katalytische Verbrenner 20 in Antwort auf plötzliche Anforderung an verdampftem Rohbrennstoff schnell funktionieren kann und der Brennstoffverdampfer 1 aufgewärmt und ge startet werden kann, um Rohbrenngas FG zu gewinnen.

Zusätzlich kann die Deckfläche 20t des katalytischen Verbrenners 20 eine von der Peripherie zur Mitte hin vertiefte Form haben, wie in Fig. 18 ge zeigt, oder sie ist bevorzugt derart ausgebildet, dass der Querschnitt des katalytischen Verbrenners 20 einen angenähert halbkreisförmigen umge kehrten Bogen bildet. Durch Anordnen des untersten Abschnitts der Ver dampferkammer 11 dort, wo sich Flüssigkeitsseen am wahrscheinlichsten bilden, nahe der Mitte des katalytischen Verdampfers 20, wo die Wärme menge am größten ist, ermöglicht eine größere Wärme nahe der Mitte des katalytischen Verbrenners 20 im Vergleich zu dessen äußerer Peripherie, dass die Flüssigkeitsseen besser verdampft werden, so dass unter Ver wendung der Wärme mit minimalem Verlust die Verdampfung schnell erreicht werden kann. Zusätzlich wird durch Bildung des Querschnitts des katalytischen Verbrenners 20 als angenähert halbkreisförmiger umgekehrter Bogen die andere Oberfläche als die Deckplatte 20t reduziert, so dass sich auch ein Effekt geringeren Wärmeverlusts ergibt.

In dem Brennstoffverdampfer 1 der Erfindung kann der katalytische Ver brenner 20, der benachbart der oder in engem Kontakt mit der Verdampfer kammer 11 vorgesehen ist, abnehmbar angebracht sein. In diesem Fall kann der gesamte katalytische Verbrenner 20 abnehmbar angebracht sein, wobei aber normalerweise nur der Teil der Katalysatorschicht 22 abnehm bar ist. Mit dieser Konstruktion kann der katalytische Verbrenner 20 zur Inspektion oder zum Ersatz des katalytischen Verbrenners 20 abgenommen werden, und insbesondere die Katalysatorschicht 22, die eine häufige Inspektion und einen häufigen Ersatz erfordert, so dass die Inspektion erleichtert ist und die Kosten durch austauschbare Teile reduziert werden können. Ferner kann ein dünnes Element mit einer hohen Wärmeübertra gungseffizienz zwischen dem katalytischen Verbrenner 20 und der Ver dampferkammer 11 gehalten sein. Dies kann dazu beitragen, ein Verkrüm men durch Wärmebelastung zu verhindern, die durch die Temperaturdiffe renz des katalytischen Verbrenners 20 und der Verdampferkammer 11 verursacht ist, um hierdurch die Vibrationsfestigkeit zu verbessern.

Struktur zum Verhindern von Entweichen von Rohbrennflüssigkeit

Nun wird eine modifizierte Struktur zum Verhindern von Entweichen von Rohbrennflüssigkeit unter Bezug auf Fig. 19 und Fig. 20 erläutert. Da sich nur die Rohbrennflüssigkeit-Entweich-Verhinderungsstruktur von jener des in der Zeichnung erläuterten Brennstoffverdampfers 1 unterscheidet, wer den die entsprechenden Elemente mit den gleichen Bezugszahlen bezeich net und ihre Erläuterung wird weggelassen.

Wie in Fig. 19 und Fig. 20 gezeigt, sind bei der Struktur zum Verhindern von Entweichen von Rohbrennflüssigkeit in dem Verdampferkörper 10 nach dieser Ausführung die Unterenden 51a der Dampfrohre 51 in dem Überhit zerabschnitt 50 am im Verdampferkörper 10 ausgebildeten Verdampfer kammerauslass 11a über dem Unterende des Verdampferauslasses 11a angeordnet. Dies ist identisch zur ersten Ausführung im Hinblick auf die schrägen Dampfrohre 51 und die Anordnung der Dampfrohre 51 in der Überhitzerkammer 52. Das Unterende 53 des Verbindungsabschnitts, der den Verdampferauslass 11a mit dem Überhitzerabschnitt 50 verbindet, fluchtet ebenfalls angenähert mit dem Unterende des Verdampferauslasses 11a.

Mit diesem Konstruktionstyp ermöglicht die Schräglage der Dampfrohre 51 eine Strömung von dem Rohbrenngaseinlass 51a her, wenn die Rohbrenn flüssigkeit FL in die Dampfrohre 51 eingetreten ist. Nach dieser Ausführung wird die gesamte Rohbrennflüssigkeit FL, die in die Dampfrohre 51 einge treten ist, direkt zu dem Verdampferauslass 11a rezirkuliert. Es wird dann erneut an der Verdampferkammer 11 in Rohbrenngas FG verdampft.

In jeder der oben erläuterten Ausführungen sind die in dem Überhitzer abschnitt installierten Dampfrohre mit einer Schräglage angebracht, so das die Rohbrenngaseinlässe niedriger sind als die Rohbrenngasauslässe. Eine andere mögliche Struktur wird durch die Dampfrohre 61 in dem in Fig. 21 (a) gezeigten Überhitzerabschnitt 60 exemplifiziert, die angenähert horizontale Rohre in einer zweilagigen Struktur aufweist, so dass die Roh brenngaseinlässe 61a niedriger sind und die Rohbrenngasauslässe 61b höher. Die Rohbrenngaseinlässe 61a können auf diese Weise niedriger angeordnet sein als die Rohbrenngasauslässe 61b, so dass die Rohbrenn flüssigkeit aus den Rohbrenngasauslässen 61b nicht ausläuft.

Eine andere Bauart ist diejenige, die in dem in Fig. 21(b) gezeigten Überhit zerabschnitt 70 dargestellt ist, wo die Dampfrohre 71 eine übereinanderlie gende Struktur haben, wobei nur die Enden des Rohbrenngaseinlasses 71a schräggestellt sind. In einer anderen möglichen alternativen Bauart haben, wie die Dampfrohre 81 in dem in Fig. 21 (c) gezeigten Überhitzerabschnitt 80, die Dampfrohre 81 eine übereinanderliegende Struktur, wobei entweder eines oder beide Enden von Rohbrenngaseinlass 81a und Rohbrenngas auslass 81b schräggestellt sind. Hier ist die Schräglage der Dampfrohre 71, 81 bevorzugt derart, dass alle Enden des Rohbrenngaseinlasses 71a, 81a niedriger sind.

Obwohl ein Metallgitter als das Lüftungsmittel verwendet wurde, das in den erfindungsgemäßen Verdampferauslässen 11a vorgesehen ist, könnte auch eine Lochplatte 91, wie in Fig. 22(a) gezeigt, oder eine Lamellen anordnung 92, wie in Fig. 22(b) gezeigt, verwendet werden. Die Verwen dung einer Lammellenanordnung 92 ist besonders geeignet, da sie erlaubt, dass verspritzte oder anhaftende Tröpfchen zu dem Rohbrennflüssigkeits- Reservoir 11b durch den Winkel der Schrägplatte, die entlang jeder Öff nung verläuft, hinunterfallen.

Auch können, wie in den Fig. 22(c-1) und (c-2) gezeigt, zwei Loch platten 91a, 91b als das Lüftungsmittel kombiniert werden. Hier ist die Konfiguration bevorzugt derart, dass die in der Lochplatte 91a an der Vorderseite gebildeten Lüftungslöcher in Bezug auf die in der Lochplatte 91b auf der Rückseite gebildeten Lüftungslöcher - gesehen von der Seite her - verschoben sind. Durch Verschieben der an der Vorderseite der Loch platte 91a gebildeten Lüftungslöcher in Bezug auf die an der Rückseite in der Lochplatte 91a gebildeten Lüftungslöcher - gesehen von der Seite her reduzieren die Lüftungslöcher der Lochplatte 91b an der Rückseite stark den Anteil hindurchtretender Rohbrennflüssigkeit, wenn Rohbrennflüssig keit die Lüftungslöcher der Lochplatte 91a an der Vorderseite durchdrungen hat. Daher lässt sich zuverlässig verhindern, dass Rohbrennflüssigkeit FL zu dem Überhitzerabschnitt 30 ausfließt.

Es können verschiedene Modifikationen an der wie oben erläuterten vor liegenden Erfindung innerhalb eines weiten Umfangs erfolgen, der nicht auf die oben beschriebenen Ausführungen beschränkt ist.

Beispielsweise kann der katalytische Verbrenner durch einen Verbrennungs- Brenner oder einen elektrischen Heizer ersetzt werden. Alternativ kann das Heißgas einem Wärmeaustausch mit Luft oder dergleichen unterzogen werden, um Hochtemperaturgas zu erhalten, und dies kann dann, an der Stelle des Heißgases, der Verdampferkammer oder dem Überhitzerabschnitt zugeführt werden. Die Brennstoffzelle kann auch eine Phosphorsäure- Brennstoffzelle (PAFC) sein und ist nicht auf eine Festpolymer-Bauart beschränkt.

Zusätzlich können die Länge, der Durchmesser, die Dicke, die Querschnitts form und das Material (Keramik etc.) des Heizmediumrohrs zum Zwecke der Resonanzminderung geeignet gewählt werden, innerhalb eines Be reichs, der den Effekt der Erfindung nicht beeinträchtigt. Da übrigens von Brennstoffzellen angetriebene elektrische Automobile leiser sind als mit Benzinmotoren angetriebene Automobile, können Geräuschminderungsmaß nahmen aus einem anderen Gesichtspunkt her betrachtet werden als im Stand der Technik.

Somit kann der Brennstoffverdampfer nach der Erfindung, der mit einem katalytischen Verbrenner benachbart der Verdampferkammer versehen ist, mehr Wärme schneller dem Flüssigbrennstoff zuführen, der als Tröpfchen an den Wänden der Verdampferkammer anhaftet und als Flüssigkeitsseen in der Verdampferkammer vorliegt, um hierdurch die Verdampfung dieser Tröpfchen und Flüssigkeitsseen zu erleichtern. Es wird auch eine kom paktere Konstruktion möglich, da es nicht erforderlich ist, den katalytischen Verbrenner und den Verdampferkörper mit Rohren zu verbinden.

Das Vorsehen des katalytischen Verbrenners in engem Kontakt mit der Verdampferkammer erhöht den Wärmeübertragungseffekt.

Wenn ferner die Kontaktseite des katalytischen Verbrenners, der in engem Kontakt mit der Verdampferkammer ist, den Boden der Verdampferkammer bildet und der Boden mit einer Form versehen ist, die entlang der Außen form des Heizmediumrohrs verläuft, das nächst dem Boden des Verdamp fers angeordnet ist, unter den Heizmediumrohren der Verdampferkammer, durch die das Hochtemperaturmedium strömt, dann ist es möglich, den Raum für Flüssigkeitsseen unter der Verdampferkammer zu reduzieren und hierdurch die Menge an Flüssigkeitsseen zu reduzieren, um eine noch schnellere Flüssigkeitsverdampfung zu erlauben.

Ferner kann eine effiziente Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit durch einen Wärmeausgleich zwischen dem Abschnitt, der dem Rohbrennstoff- Einspritzabschnitt benachbart ist, und dem Abschnitt, der von dem Roh brennstoffeinspritzer entfernt ist, in der Verdampferkammer durchgeführt werden. Durch Erzeugen eines großen Abstands von oben nach unten (vertikale Richtung) und/oder von Seite zu Seite (horizontale Richtung) für die Heizmediumrohre nahe dem Brennstoffeinspritzer kann auch dann, wenn Filmsieden auftritt, der Filmsiedeabschnitt nicht leicht zu sehr an wachsen. Es ist daher möglich, die in die Verdampferkammer eingespritzte Rohbrennflüssigkeit gleichmäßig zu verteilen. Da es ferner möglich ist, die Wärmeübertragungsseite der Heizmediumrohre weit und effizient zu nut zen, kann die Rohbrennflüssigkeit zufriedenstellend verdampft werden.

Zusätzlich verhindert das Vorsehen schräggestellter Abschnitte für zumin dest einen Teil der Heizmediumrohre zur Schrägstellung zu dem Rohrhalte abschnitt hin nicht nur, dass Tröpfchen der auf die Außenoberfläche der Heizmediumrohre eingespritzten Rohbrennflüssigkeit zu groß anwachsen, wenn sie sich horizontal entlang der horizontalen Rohre bewegen, sondern, da die Temperatur an dem Wärmeaufnahmerohr-Halteabschnitt ansteigt, der angenähert direkt über dem Katalysatorschichtauslass des katalytischen Verbrenners vorgesehen ist und erwärmt wird, fallen die Tröpfchen, die sich von über dem Schrägabschnitt der Heizmediumrohre zu dem Rohr halteabschnitt angesammelt haben, auf den Boden der Verdampferkammer hinunter, während sie an dem Hochtemperatur-Rohrhalter erhitzt werden, um hierdurch eine noch schnellere Verdampfung zu erlauben.

Ferner lässt sich, auch wenn sich nicht verdampfte Rohbrennflüssigkeit in der Verdampferkammer angesammelt hat, verhindern, dass die angesam melte Rohbrennflüssigkeit hinaus zur Überhitzerkammer strömt. Es lässt sich auch verhindern, dass die nicht verdampfte Rohbrennflüssigkeit durch die Verdampferkammer in den Reformer hineinströmt.

Da darüber hinaus die von dem katalytischen Verbrenner erzeugte Wärme durch Wärmeleitung oder -strahlung zu der benachbart vorgesehenen Verdampferkammer übertragen wird, wird eine Verdampfung der Rohbrenn flüssigkeit in der Verdampferkammer gefördert. Es ist daher möglich, eine Bildung von Flüssigkeitsseen in dem Verdampfer zu verhindern und Flüssig keitsseen, die sich gebildet haben, schnell zu verdampfen. Die Reaktion des Brennstoffverdampfers ist ebenfalls erheblich verstärkt, und der Verdamp fer kann schneller aufgewärmt werden.

In einem Brennstoffverdampfer, der mit einer Verdampferkammer 11 ver sehen ist, die Rohbrenngas FG durch Verdampfen von Rohbrennflüssigkeit durch Wärme erzeugt, die von einer Mehrzahl von Heizmediumrohren 12, durch die ein Hochtemperatur-Heizmedium strömt, erhalten wird, ist ein Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt, der Rohbrennflüssigkeit auf die Heizmedi umrohre 12 einspritzt, in der Verdampferkammer 11 angeordnet. Die Heiz mediumrohre 12 sind nahe dem Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt weit verteilt und von diesem entfernt dicht verteilt angeordnet. Benachbart der Bodenfläche 11b der Verdampferkammer 11 ist ein katalytischer Verbren ner 20 vorgesehen, um das Hochtemperatur-Heizmedium zu bilden. Dieser Brennstoffverdampfer verdampft Rohbrennflüssigkeit effizient und kann in einem Brennstoffzellensystem für ein Automobil mit Brennstoffzellenantrieb geeignet angewendet werden.

Die beigefügte japanische Patentanmeldung Hei 11-125366 ist Teil der Offenbarung der vorliegenden Patentanmeldung.

Claims

1. Brennstoffverdampfer mit einer Verdampferkammer, die Rohbrenn flüssigkeit mit einem Hochtemperatur-Heizmedium verdampft, wobei der Brennstoffverdampfer dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen katalytischen Verbrenner aufweist, der benachbart der Verdampferkammer installiert ist.

2. Brennstoffverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der katalytische Verbrenner in engem Kontakt mit der Verdamp ferkammer installiert ist.

3. Brennstoffverdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktseite, an der der katalytische Verbrenner in Kontakt mit der Verdampferkammer ist, den Boden der Verdampferkammer bildet, und dass der Boden eine Form hat, die der Außenform des dem Boden am nächsten Heizmediumrohrs von den Heizmediumroh ren in der Verdampferkammer, durch das Hochtemperaturmedium strömt, folgt.

4. Brennstoffverdampfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des katalytischen Verbrenners eine Form hat, die von der Peripherie zur Mitte hin vertieft ist.

5. Brennstoffverdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass er eine Hochtemperatur-Heizmediumleitung aufweist, durch die das Hochtemperatur-Heizmedium strömt, nachdem die Rohbrennflüssigkeit verdampft wurde, wobei die Hochtemperatur- Heizmediumleitung an einer anderen Stelle der Verdampferkammer installiert ist als die dem katalytischen Verbrenner benachbarte Stel le.

6. Brennstoffverdampfer, der mit einer Verdampferkammer versehen ist, die Rohbrennflüssigkeit durch Wärme verdampft, die von einer Mehrzahl von Heizmediumrohren aufgenommen wird, durch die ein Hochtemperatur-Heizmedium strömt, um Rohbrenngas zu erzeugen,
wobei der Brennstoffverdampfer dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt, der die Rohbrennflüssig keit in die Heizmediumrohre einspritzt, in der Verdampferkammer vorgesehen ist, und
die Heizmediumrohre derart angeordnet sind, dass jene, die dem Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt näher sind, weit verteilt und die weiter entfernten dicht verteilt sind.

7. Brennstoffverdampfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferkammer mit einem Rohrhalteabschnitt versehen ist, der die Heizmediumrohre, die dem katalytischen Verbrenner benachbart sind und durch die das Hochtemperatur-Heizmedium strömt, hält, und einen Abschnitt aufweist, der von dem katalyti schen Verbrenner erwärmt wird, wobei ein Schrägabschnitt, der von der Horizontalen mit dem nach unten gerichteten Rohrhalteabschnitt schräggestellt ist, für zumindest einen Teil der Heizmediumrohre vorgesehen ist.

8. Brennstoffverdampfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmediumrohre mit einem Turbulenzerzeugungsabschnitt versehen sind, der die Strömung des Hochtemperatur-Heizmediums stört.

9. Brennstoffverdampfer mit einer Verdampferkammer, die Rohbrenn flüssigkeit in Rohbrenngas mit einem Hochtemperatur-Heizmedium verdampft,
wobei der Brennstoffverdampfer dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Verdampferkammerauslass, der einen Ausfluss des Rohbrenngases aus der Verdampferkammer erlaubt, in der Verdampfer kammer ausgebildet ist, und
dass ein Rohbrennflüssigkeits-Schirm, der eine Strömung der Rohbrennflüssigkeit verhindert, unter dem Verdampferkammeraus lass vorgesehen ist.

10. Brennstoffverdampfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohbrennflüssigkeits-Speicherabschnitt, der die sich unter der Verdampferkammer angesammelte Rohbrennflüssigkeit spei chert, in der Verdampferkammer ausgebildet ist, und dass sich der Rohbrennflüssigkeits-Schirm von dem Unterende des Verdampferkammerauslasses zu zumindest einem Punkt über dem Brennstoffspeicherabschnitt erstreckt.

11. Brennstoffverdampfer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Lüftungsmittel, welches einen Durchtritt von Flüssigkeitströpfchen der Rohbrennflüssigkeit während der Abgabe des Rohbrenngases verhindert, in dem Verdampferkammerauslass gebildet ist.

12. Brennstoffverdampfer nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampferkammerauslass zu einem Über hitzerabschnitt führt, der Rohbrennflüssigkeit überhitzt, die in der Verdampferkammer durch das Hochtemperatur-Heizmedium ver dampft wurde, das durch eine Hochtemperatur-Heizmediumleitung hindurchgetreten ist, die das Hochtemperatur-Heizmedium leitet, das die Rohbrennflüssigkeit verdampft hat,
Dampfrohre, die Rohbrenngas leiten, das von dem Verdamp ferkammerauslass abgegeben wurde, in dem Überhitzer installiert sind, und
der Rohbrenngaseinlass für die Dampfrohre an einer tieferen Stelle angeordnet ist als der Rohbrenngasauslass.

13. Brennstoffzellensystem, versehen mit einem Brennstoffverdampfer, der eine Verdampferkammer aufweist, die Rohbrennflüssigkeit mit einem Hochtemperatur-Heizmedium verdampft, und mit einem be nachbarten katalytischen Verbrenner, der ihr das Hochtemperatur- Heizmedium zuführt, während es auch einen Reformer aufweist, der durch Verdampfung der Rohbrennflüssigkeit in Rohbrenngas gebilde tes Rohbrenngas reformiert, eine Brennstoffzelle sowie einen Roh brennflüssigkeits-Tank, der die Rohbrennflüssigkeit dem Brennstoff verdampfer zuführt.

14. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffverdampfer mit einer Mehrzahl von Heizmedium rohren versehen ist, durch die das Hochtemperatur-Heizmedium hindurchtritt, und mit einem Rohbrennstoff-Einspritzabschnitt, der die Rohbrennflüssigkeit in die Heizmediumrohre einspritzt, wobei die Heizmediumrohre derart angeordnet sind, dass jene, die dem Roh brennstoff-Einspritzabschnitt näher sind, weit verteilt und die weiter entfernten dicht verteilt sind.