JP2001135337A - 燃料蒸発器 - Google Patents

燃料蒸発器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】蒸発室内での液体原燃料の噴射特性を改善する
ことで、液体原燃料の蒸発を効率良く、速やかに行える
燃料蒸発器を提供する。 【解決手段】液体原燃料ＦＬを熱により蒸発させて原燃
料ガスＦＧとする蒸発室１１と、液体原燃料ＦＬを蒸発
室１１に供給する原燃料噴射手段４０と、蒸発室１１を
貫通するとともに、燃焼ガスＨＧが通流するための複数
の熱媒チューブ１２と、蒸発室１１で蒸発した原燃料ガ
スＦＧを燃焼ガスＨＧで過熱する過熱部１１Ｕと、原燃
料ガスＦＧを排出するための排出口２２とを有し、原燃
料噴射手段４０には複数の噴射穴４２が穿設された原燃
料噴射管４１が蒸発室１１内に伸長し、かつ、熱媒チュ
ーブ１２と直交して配されている燃料蒸発器１。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に好適に使用され、液体原燃料を加熱し、蒸発させるた
めの燃料蒸発器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球環境への汚染がより少ない動
力発生装置として、燃料電池システム（ＦＣＳ）が注目
されている。この燃料電池システムとは、水素などの燃
料ガスと、酸素を含有する酸化ガスを燃料電池に供給し
て、燃料ガスと酸素の化学反応から、電気エネルギーを
取り出すものである。
【０００３】しかし、水素ガスまたは液体水素は貯蔵や
取り扱いが容易ではない。このため、燃料ガスとして、
メタノールなどの液体原燃料を蒸発器で蒸発させた後
に、改質器で改質して、水素を主成分とする改質ガスを
使用することが多い。
【０００４】そこで、本願の出願人は、特願平１１−１
２５３６６号において液体原燃料を蒸発させ、原燃料ガ
スを生成する蒸発器を開示している。以下、この燃料蒸
発器について、図６に基づいて説明する。蒸発器１００
は、図示しない燃焼器で生成された燃焼ガスＨＧの熱に
より、液体原燃料ＦＬを蒸発させるための蒸発室１１１
と、蒸気室１１１の後段に配置され、蒸発室１１１で蒸
発した原燃料ガスＦＧを過熱するための過熱室１３０と
を有する。また、蒸発室１１１の下部には、蒸発室１１
１の底面１１１ｂに沿って燃焼ガス通路１１３が設けら
れている。燃焼ガス通路１１３は、蒸発室１１１を通過
した燃焼ガスＨＧを過熱室１３０へ導入できるように蒸
発室１１１と過熱室１３０とに連通して形成されてい
る。過熱室１３０に導入された燃焼ガスＨＧは過熱室１
３０内の原燃料ガスＦＧを過熱する。
【０００５】蒸発室１１１は、図示しない燃焼器からの
高温の燃焼ガスＨＧが供給される複数の熱媒チューブ１
１２、１１２・・と、熱媒チューブ１１２、１１２・・
から所定距離だけ離して配置され、液体原燃料ＦＬを熱
媒チューブ１１２、１１２・・に向けて拡散噴射する原
燃料噴射装置１４０を有する。
【０００６】熱媒チューブ１１２、１１２・・は略Ｕ字
形状を有するとともに、各々の熱媒チューブ１１２、１
１２・・は蒸発室１１１の上下および幅方向において、
互いに位置をずらすように格子状に配置されている。な
お、熱媒チューブ１１２、１１２・・が略Ｕ字形状を有
するため、熱媒チューブ１１２、１１２・・の燃焼ガス
ＨＧの入口部１１２Ａと出口部１１２Ｂはともに蒸発室
１１１の壁面１１０Ｂに設けられている。
【０００７】過熱室１３０は、蒸発室１１１で生成され
た原燃料ガスＦＧが通過するための複数の蒸気チューブ
１３１、１３１・・が設けられている。また、燃焼ガス
通路１１３により過熱室１３０の下部に導入された燃焼
ガスＨＧは、蒸気チューブ１３１、１３１・・をその表
面から加熱しつつ、上部の排出口から排出される。
【０００８】この蒸発器１００を用いて液体原燃料ＦＬ
を蒸発させる場合は、まず、液体原燃料ＦＬを原燃料噴
射装置１４０から、熱媒チューブ１１２、１１２・・に
向けて噴射する。噴射された液体原燃料ＦＬは熱媒チュ
ーブ１１２、１１２・・および底面１１１ｂで蒸発し、
原燃料ガスＦＧとなり、過熱室１３０へと導入される。
原燃料ガスＦＧは、過熱室１３０内で、燃焼ガスＨＧに
より過熱された後、図示しない、改質器へと導かれる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる構成で
は、熱媒チューブ１１２、１１２・・から離間して配置
された原燃料噴射装置１４０の噴射口から、液体原燃料
ＦＬを拡散噴射するので、蒸発室１１１内に液体原燃料
ＦＬを均一に噴射することが困難であった。また、蒸発
室１１１内で熱が集中する部分に効率良く液体原燃料Ｆ
Ｌを噴射することも困難であった。
【００１０】このような場合は、液体原燃料の蒸発効率
が悪くなるので、系全体の効率が低下するたけでなく、
燃料電池システムの負荷増加時等に出力不足を生じるこ
とがある。また、熱集中部からはずれて噴出された液体
源燃料が蒸発しきれずに蒸発室の側面および底面に液体
状態で付着し、液溜まりが発生することがある。液が溜
まって液膜状態になると、液滴状態に比べて外部から熱
を受ける受熱面積が小さくなるため、蒸発しにくくな
る。このような場合、燃料電池システムの負荷減少時
に、液体原燃料の供給量を減少させても、この液溜まり
から徐々に蒸発する余分な原燃料ガスが、燃料電池シス
テムに供給されてしまう。このように、原燃料ガスの供
給量の制御が適切に行えないと、燃料電池システムの出
力変化の応答性が悪くなる。また、蒸発室の後段に過熱
室を設ける構成のため、燃焼ガスの通流経路等の装置構
成が複雑になってしまう。また、燃焼ガス流路が複雑に
なるぶん、熱が器外に奪われ、燃焼ガスの熱利用効率が
低くなる。
【００１１】本発明は、蒸発室内での液体原燃料の噴射
特性を改善することで、液体原燃料の蒸発を効率良く、
速やかに行える燃料蒸発器を提供することを目的とす
る。また、簡単な構成で、燃焼ガスの熱利用効率の高い
燃料蒸発器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに本発明は、液体原燃料を高温熱媒体により蒸発させ
て原燃料ガスとする蒸発室と、液体原燃料を蒸発室に供
給する原燃料噴射手段と、蒸発室を貫通するとともに、
高温熱媒体が通流するための複数の熱媒チューブと、原
燃料ガスを排出するための排出口とを有する燃料蒸発器
であって、原燃料噴射手段は蒸発室の側面に設けられる
とともに、原燃料噴射手段には、複数の噴射穴が穿設さ
れた原燃料噴射管が蒸発室内に伸長して連結されている
構成とした。この構成により、蒸発室内に伸長した原燃
料噴射管の複数の噴射穴から、蒸発室内に均一に液体原
燃料を噴射できるので、液体原燃料を効率良く、速やか
に蒸発できる。
【００１３】また、原燃料噴射管は、熱媒チューブと直
交して配されている構成とした。これにより、液体原燃
料が、各々の熱媒チューブの温度がほぼ等しい領域に噴
射されることになるので、熱の利用効率が良くなり、液
体原燃料を速やかに蒸気できる。特に、熱媒チューブ
が、表面積の増加したベローズ形状を有するチューブの
場合は、ベローズの垂直面に対しても液体原燃料が接触
するので、熱媒チューブの表面積が有効に利用でき、液
体原燃料を速やかに蒸発できる。
【００１４】なお、前記構成において、噴射穴の穴径、
および／または、穴数は、蒸発室の側面付近よりも、蒸
発室の中央部の方が、大きく、および／または、多く穿
設される構成とすることが好ましい。このような構成に
することで、蒸発室内の熱が集中する部分に、より多く
の液体原燃料を噴射できるので、液体原燃料を効率良
く、速やかに蒸発できる。
【００１５】また、前記構成において、蒸発室内に過熱
部を有し、しかも、過熱部に熱媒チューブを用いること
が望ましい。このように構成することで、装置構成を簡
単にすることができ、高温熱媒体の熱利用効率を高くで
きるので、液体原燃料を効率良く、速やかに蒸発でき
る。
【００１６】さらに、前記構成において、蒸発室の下部
に高温熱媒体を生成するための触媒燃焼器を設けても良
い。触媒燃焼器を蒸発室の下部に配置することで、通常
は周囲に捨てられていた触媒燃焼器から発する熱を、蒸
発室の加熱源として利用できるので、熱利用効率が良く
なるとともに、液体原燃料を効率良く、速やかに蒸発で
きる。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明の燃料蒸発器が用いられる
燃料電池システムの概略構成図、図２は本発明の燃料蒸
発器の断面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００１８】燃料電池システムＦＣＳは図１に示すよう
に、貯蔵タンクＴから移送ポンプを介して移送される水
とメタノールの混合物である、液体原燃料を蒸発させる
ための燃料蒸発器１と、燃料蒸発器１で液体原燃料を蒸
発させた原燃料ガスを固体触媒上で反応させて改質ガス
にする改質器２と、改質器２から排出される改質ガス中
の一酸化炭素（ＣＯ）を除去するために設けられ、Ｎ
ｏ．１、Ｎｏ．２の二段構成を有するＣＯ除去器３と、
ＣＯ除去器３から排出される水素を含有する高温熱媒体
である燃料ガスと、空気圧縮機４により圧縮された酸素
を含有する酸化ガスである空気とが供給されて、発電を
行う燃料電池５とを含む。さらに、燃料電池５の水素極
のオフガスから、水分を除去する気液分離装置６と、水
分除去後のオフガスを燃焼させて、燃料電池システムＦ
ＣＳの起動時などに対処する燃焼バーナ７とを有する。
なお、液体原燃料は水とメタノールの混合物を用いるこ
とができるが、メタノールの代わりにエタノール等のア
ルコール系液体または灯油などを用いてもよい。
【００１９】さらに、燃料蒸発器１は、液体原燃料ＦＬ
を蒸発させるための蒸発器本体１０と、蒸発器本体１０
に液体原燃料ＦＬを供給するための原燃料噴射手段であ
る原燃料噴射装置４０と、燃焼ガスＨＧを触媒燃焼さ
せ、さらに高温にするための触媒燃焼器２０を有する。
【００２０】本発明の特徴的な構成を有する蒸発器本体
１０は、図２および図３に示すように、触媒燃焼器２０
で生成された高温の燃焼ガスＨＧを導入するための入口
流路１３と、液体原燃料ＦＬを蒸発させた後の燃焼ガス
ＨＧを排出するための出口流路１４とを有する。入口流
路１３と出口流路１４の中間部には隔壁１５、１５と、
側面１６、１６および底面１７で仕切られた蒸発室１１
が形成されている。隔壁１５、１５には、燃焼ガスＨＧ
を通流させるための熱媒チューブ１２、１２・・が前記
蒸発室１１を貫通して複数支持されている。また、図３
に示すように、蒸発室１１の側面１６、１６および底面
１７に沿って、燃焼ガスＨＧを通流させるための外側流
路１８が設けられている。なお、図３において、仮想線
で示した１５ｈ、１５ｈ、１５ｈは、燃焼ガスＨＧを外
側流路１８に通流させるために隔壁１５、１５に形成さ
れた連通穴である。また、蒸発室１１には、蒸発室１１
の側面１６、１６に設けられた原燃料噴出装置４０に連
結されるとともに、蒸発室１１内に伸長し、燃料噴射用
の多数の噴射穴４２、４２・・を備えた燃料噴射管４
１、４１が二本設けられている。燃料噴射管４１、４１
は、端部を蒸発室１１の側面１６、１６に支持されると
ともに、熱媒チューブ１２、１２・・と直交するように
設けられている。また、蒸発室１１の上部には、液体原
燃料ＦＬが蒸発した後の原燃料ガスＦＧを改質器２へと
排出するための排出口である排出ダクト２２を有する。
なお、排気ダクト２２はいずれかの側面１６に設けられ
ても良い。これにより、蒸発器本体１０の高さを抑制す
ることができる。
【００２１】熱媒チューブ１２、１２・・は、図３に示
すように、蒸発室１１の上下および幅方向において、互
いに位置をずらすように格子状に配置されている。な
お、以降、燃料噴射管４１、４１の上部および下部に位
置する熱媒チューブを、それぞれ、上部熱媒チューブ１
２Ｕ、１２Ｕ・・および下部熱媒チューブ１２Ｌ、１２
Ｌ・・とする。
【００２２】図３に示すように、上部熱媒チューブ１２
Ｕ、１２Ｕ・・により、蒸発室１１の上部に過熱部１１
Ｕが形成されている。この過熱部１１Ｕにより、排出ダ
クト２２から出る直前の原燃料ガスＦＧが過熱され、蒸
発室１１の上部および排出ダクト２２で原燃料ガスＦＧ
が凝縮し、再度液化することを防止する。これは、従来
技術で述べた過熱室１２０と同じ働きを有する。しか
し、本実施の形態においては、過熱室を別途設けないの
で、装置の構成を簡単にできる。これにより、燃焼ガス
流路を短くできるので、燃焼ガスＨＧの熱利用効率を高
くできる。
【００２３】下部熱媒チューブ１２Ｌ、１２Ｌ・・は、
燃料噴出管４１から噴射された液体原燃料ＦＬを下部熱
媒チューブ１２Ｌ、１２Ｌ・・を通流する燃焼ガスＨＧ
の熱により蒸発させ、原燃料ガスを生成するために設け
られている。下部熱媒チューブ１２Ｌ、１２Ｌ・・の配
置は、蒸発室１１の側面１６、１６および底面１７に液
体原燃料ＦＬが液滴として付着、滞溜することを最小限
にとどめるために、蒸発室１１の側面１６、１６および
底面１７を覆い隠すように配置されている。また、これ
により、蒸発室１１の中央付近に熱集中部が形成され
る。
【００２４】蒸発した原燃料ガスＦＧの温度は、噴射す
る液体原燃料ＦＬの組成および、燃焼ガスＨＧの温度に
より異なるが、燃料噴射管４１、４１の下方において、
１２０℃から１５０℃程度になる。この原燃料ガスＦＧ
は、上部熱媒チューブ１２Ｕ、１２Ｕ・・により過熱さ
れることで１８０℃から２５０℃程度となる。このよう
に過熱されることにより、原燃料ガスＦＧは再度液化す
ることなく、改質器２に導入される。
【００２５】熱媒チューブ１２、１２・・の形状は、図
２に示すようなベローズ形状を有している。ストレート
管を使用する場合に比べて、高温の燃焼ガスＨＧが流通
することによる熱媒チューブ１２、１２・・の熱変形を
吸収し易いためである。また、ベローズ形状による、熱
媒チューブ１２、１２・・内部の凹凸で、ここを通流す
る燃焼ガスＨＧの層流状の流れが乱れるので、燃焼ガス
ＨＧの温度が均一化される。また、ベローズの垂直面に
より、熱媒チューブ１２、１２・・の表面積が増えるの
で、液体原燃料ＦＬとの接触面積の増加による液体原燃
料ＦＬの蒸発を速やかに行えるという効果も有する。
【００２６】熱媒チューブ１２、１２、・・の材質は、
熱媒チューブ１２、１２・・自体が高温となり、かつ、
その表面に水とメタノールの混合物が噴射されることか
ら、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３１６）など、耐食性
を有する材料で形成されることが望ましい。
【００２７】外側流路１８は、蒸発室１１の側面１６、
１６と底面１７を加熱することで、蒸発室１１の側面１
６、１６と底面１７に到達した液体原燃料ＦＬの液滴を
速やかに蒸発させるために設けられている。
【００２８】下部熱媒チューブ１２Ｌ、１２Ｌ・・の内
径の面積の総和と外側流路１８の断面積との比は、６：
４から８：２であることが好ましい。下部熱媒チューブ
１２Ｌ、１２Ｌの内径の面積の総和の割合がこれより小
さいと、蒸発室１１の側面１６、１６および底面１７に
おける液溜まりが多くなり、原燃料ガスの供給量の制御
性が悪くなるためである。また、下部熱媒チューブ１２
Ｌ、１２Ｌの内径の面積の総和の割合がこれより大きい
と、両者の調和が取れず、蒸発を効率的に行うことがで
きない。
【００２９】図３および図４（ａ）に示すように、燃料
噴射管４１、４１は燃料噴射装置４０に連結され、図示
しない制御部からの信号を受けて、適時、適量の液体原
燃料ＦＬを蒸発室１１に噴射させるもので、等間隔に、
同径の噴射穴４２、４２・・が多数穿設されている。
【００３０】また、燃料噴射管４１、４１は、図２に示
すように、下部熱媒チューブ１２Ｌ、１２Ｌ・・に沿っ
て、直交するように二本設けられている。燃焼ガスＨＧ
の温度は出口流路１４側よりも入口流路１３側の方が高
いので、下部熱媒チューブ１２Ｌ、１２Ｌ・・の温度
も、入口流路１３側と出口流路１４側では温度分布を有
する。従って、燃料噴射管４１、４１が下部熱媒チュー
ブ１２Ｌ、１２Ｌと直交することで、各下部熱媒チュー
ブ１２Ｌの長手方向において同じ領域、つまり、同じ温
度領域に液体原燃料ＦＧを均一に噴射することができる
ので、液体原燃料ＦＬを速やかに蒸発できる。
【００３１】さらに、燃料噴射管４１、４１のそれぞれ
の噴射穴４２、４２・・は、各々の燃料噴射管４１、４
１を基準として、下方かつ入口流路１３側に向けて穿設
されている。燃焼ガスＨＧの温度は出口流路１４側より
も入口流路１３側の方が高いので、下部熱媒チューブ１
２Ｌ、１２Ｌ・・の温度の高い部分に向けて液体原燃料
ＦＬを噴出することで、液体原燃料ＦＬの蒸発が速やか
にできる。
【００３２】次に、燃料蒸発器１を用いて液体原燃料を
蒸発させる手順の説明する。まず、準備段階として、触
媒燃焼器２０に空気とメタノールの混合体を供給し、触
媒燃焼させる。これにより発生する燃焼熱および燃焼ガ
スＨＧにより、燃料蒸発器１の暖機を行う。
【００３３】暖機が終了したら、燃料噴射装置４０の図
示しない制御弁が開き、燃料噴射管４１、４１に流れ込
んだ液体原燃料ＦＬが、燃料噴射管４１、４１の多数の
噴射穴４２、４２・・から、図３の破線で示すように、
下部熱媒チューブ１２Ｌ、１２Ｌ・・の入口流路１３側
方向を中心として噴射される。
【００３４】噴射された液体原燃料ＦＬの一部は、蒸発
室１１内の雰囲気温度で蒸発するが、大部分は、下部熱
媒チューブ１２Ｌ、１２Ｌ・・の表面部分において蒸発
する。蒸発しきれず、下部熱媒チューブ１２Ｌ、１２Ｌ
・・の表面部分から垂れ落ちた液体原燃料ＦＬは、下方
に位置をずらして配置されている別の下部熱媒チューブ
１２Ｌ、１２Ｌ・・の表面部分において蒸発する。同様
にして、蒸発の際に飛び散った液体原燃料ＦＬも、周囲
に配置された他の下部熱媒チューブ１２Ｌ、１２Ｌ・・
により蒸発する。
【００３５】下部熱媒チューブ１２Ｌ、１２Ｌ・・によ
り蒸発した原燃料ガスＦＧは、蒸発室１１内を上昇し、
蒸発室１１の上部に設けられた上部熱媒チューブ１２
Ｕ、１２Ｕ・・により過熱され、排出ダクト２２から排
出され、図示しない改質器２へと導入される。
【００３６】ここで、燃料噴射管４１、４１は、図３お
よび図４（ａ）で示すように、蒸発室１１の幅方向に伸
長し、かつ、多数の噴射穴４２、４２・・を有するの
で、蒸発室１１内の熱集中部に直接、適量の液体原燃料
ＦＬを噴射することができる。従来技術で述べた、熱集
中部より離れた位置から液体原燃料ＦＬが拡散噴射され
る場合と異なり、蒸発室１１内の熱集中部に直接、適量
の液体原燃料ＦＬを噴射することができるので、効率良
く、速やかに液体原燃料ＦＬを蒸発できる。
【００３７】なお、図４（ａ）において噴射穴４２、４
２・・は１１個穿設されているが、任意の噴射穴を穿設
することが可能である。また、噴射穴の向きは、少なく
とも一つを上部熱媒チューブに向けて穿設してもよい。
このような場合を図５に基づいて説明する。なお、図２
と同じ構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
燃料蒸発器本体５０の蒸発室５１には、液体原燃料ＦＬ
を蒸発させ、かつ、原燃料ガスＦＧを過熱するための上
部熱媒チューブ１２Ｕと、液体原燃料ＦＬを蒸発させる
ための下部熱媒チューブ１２Ｌが隔壁５５、５５に支持
されている。燃料噴射管６１は複数の噴射穴６２、６２
・・を有しており、噴射穴６２、６２・・の一部は下部
熱媒チューブ１２Ｌに向けて、残りは上部熱媒チューブ
１２Ｕに向けて穿設されている。上部熱媒チューブ１２
Ｕの熱を原燃料ガスＦＧの過熱だけでなく、液体原燃料
ＦＬの蒸発にも利用できるので、熱効率が良くなる。な
お、燃料噴射管６１の長手方向において、上向きの噴射
穴６２と下向きの噴射穴６２を交互に穿設することもで
きる。
【００３８】また、燃料噴射管４１、４１に穿設した複
数の噴射穴４２、４２・・の配置および穴径を最適化さ
せることで、蒸発室１１内の熱集中部に直接、適量の液
体原燃料ＦＬを噴射することができるので、液体原燃料
ＦＬの蒸発をより、効率良く、速やかに行うことができ
る。
【００３９】例えば、図４（ｂ）に示すように、穴径は
同一であるが、蒸発室１１の中央付近に多数の噴射穴４
２、４２を設け、蒸発室１１の側面１６、１６付近の噴
射穴４２、４２の数を減らすことで、熱集中部により多
くの液体原燃料ＦＬを噴射させることが可能となる。ま
た、図４（ｃ）において、噴射穴の配置は等間隔である
が、蒸発室１１の中央付近に穴径の大きい噴射穴４２ａ
が配置され、蒸発室１１の側面１６、１６付近に穴径の
小さい噴射穴４２ｂが配置されている。熱集中部により
多くの液体原燃料ＦＬを噴射させることが可能となる。
【００４０】なお、本発明は本実施の形態に限定される
ものではなく、例えば、燃料噴射管４１、４１の設置本
数は二本としたが、これは、図５に示したように一本で
も良いし、三本以上としても良い。また、二本の燃料噴
射管４１、４１を、下部熱媒チューブ１２Ｌ、１２Ｌ・
・に沿って、かつ、下部熱媒チューブ１２Ｌ、１２Ｌ・
・に直交するように設けたが、設置位置を上下方向にず
らして設けても良い。異なる領域に液体原燃料ＦＬを噴
射できるので、熱の利用効率が向上する。さらに、燃料
噴射管は蒸発室の側面から熱媒チューブと直交するよう
に伸長していたが、蒸発室１１の上方や下方から伸長す
るように設けても良く、熱媒チューブと平行や、交差す
るように伸長しても良い。熱媒チューブが後述するよう
に螺旋溝やスプライン軸を有する場合は、それらに沿っ
て燃料噴射管を伸長させることで、熱媒チューブの螺旋
溝やスプライン軸に液体原燃料を噴射できるので、液体
原燃料と熱媒チューブの接触面積を増大でき、液体原燃
料の蒸発を速やかに行える。
【００４１】また、燃料噴射管４１を二本以上設ける場
合は、各燃料噴射管４１毎に穿設される噴射穴の穴径お
よび配置を設定しても良い。例えば、入口流路１３側に
設けられた燃料噴射管４１からは、大量の液体原燃料Ｆ
Ｌを噴射し、出口流路１４側に設けられた燃料噴射管４
１からは、少量の液体原燃料ＦＬを噴射する。下部熱媒
チューブ１２Ｌ、１２Ｌ・・の表面温度の高低にあわせ
て噴射量を設定することで、下部熱媒チューブ１２Ｌ、
１２Ｌ・・の出口流路側で表面温度が低い場合の未蒸発
を抑制できる。
【００４２】また、熱媒ガスチューブ１２、１２・・の
形状をベローズ形状としたが、単管の一部に絞り加工
や、ねじり加工を施したり、螺旋溝やスプライン軸を形
成したり、任意の凹凸形状を有しても良い。また、熱媒
チューブ１２、１２・・の表面にセラミックス系のコー
ティング処理を施してもよい。これにより、熱媒チュー
ブ１２、１２・・表面の熱容量の増加および表面の保護
が可能となる。
【００４３】また、熱媒チューブ１２、１２・・は、隔
壁１５、１５で支持され、ベローズ形状を有する単管を
用いたが、従来技術のように略Ｕ字形状としても良い。
この場合は、従来技術で述べたように入口流路側に出口
流路を設けることになり、系の設計、配置上の自由度が
得られる。
【００４４】さらに、上部熱媒チューブ１２Ｕ、１２Ｕ
・・の燃焼ガスＨＧの入口付近や、上部熱媒チューブ１
２Ｕ、１２Ｕ・・の内壁に触媒を設ける等して、上部熱
媒チューブ１２Ｕ、１２Ｕ・・の表面温度を、下部熱媒
チューブ１２Ｌ、１２Ｌ・・の表面温度よりも高くして
も良い。過熱温度を上昇させることで原燃料ガスＦＧを
さらに安定した状態で改質器２に導入することができ
る。また、外側流路１８の入口付近や、外側通路１８の
内部に触媒を設けて、蒸発室１１の側面１６、１６およ
び底面１７の温度を、下部熱媒チューブ１２Ｌ、１２Ｌ
・・の表面温度よりも高くしても良い。この場合には、
蒸発室１１の側面１６、１６および底面１７における液
溜まりを減少させることができる。
【００４５】そして、外側流路１８の下面に直接、燃焼
ガスを生成するための触媒燃焼器２０を配置しても良
い。また、外側流路１８を側面１６、１６のみに形成
し、蒸発室１１の底面１７に直接、燃焼ガスＨＧを生成
するための触媒燃焼器２０を配置しても良い。これらに
よれば、燃焼ガスＨＧを生成の際に発生する熱を、外側
流路１８の下面または蒸発器１１の底面１７の加熱に使
用できるので、蒸発室１１の側面１６、１６および底面
１７における液溜まりを減少させることができる。ま
た、高温媒体として水素を含有する燃焼ガスを用いてい
るが、液体ナトリウム等を液体を用いてもよい。
【００４６】
【発明の効果】以上のように本発明は、蒸発室内に伸長
する原燃料噴射管の複数の噴射穴から、蒸発室内に均一
に液体原燃料を噴射することを可能とするので、液体原
燃料を効率良く、速やかに蒸発できる。
【００４７】また、原燃料噴射管が、熱媒チューブと直
交するように連結されているため、液体原燃料が、各々
の熱媒チューブの温度がほぼ等しい領域に噴射されるこ
とになるので、熱の利用効率が良くなり、液体原燃料を
速やかに蒸気できる。熱媒チューブが、ベローズ形状を
有する場合は、熱媒チューブの表面積が有効に利用で
き、液体原燃料を速やかに蒸発できる。
【００４８】また、噴射穴の穴径、および／または、穴
数を蒸発室内の熱が集中する部分にあわせて穿設するこ
とで、蒸発室内の熱が集中する部分に、直接液体原燃料
を噴射できるので、液体原燃料を効率良く、速やかに蒸
発できる。
【００４９】さらに、蒸発室内に過熱部を有し、しか
も、過熱部に熱媒チューブを用いることで、装置の構成
を簡単にすることができ、燃焼ガスの熱利用効率の高く
できるので、液体原燃料を効率良く、速やかに蒸発でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料蒸発器が用いられる燃料電池シス
テムの概略構成図である。
【図２】本発明の燃料蒸発器の断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】（ａ）は実施の形態における燃料噴射管の拡大
断面図である。（ｂ）および（ｃ）は燃料噴射管の別の
実施形態を示す拡大断面図である。
【図５】本発明における燃料噴射管の別形態を示す断面
図である。
【図６】従来の燃料蒸発器の断面図である。
【符号の説明】
１ 燃料蒸発器 １０ 蒸発器本体 １１ 蒸発室 １１Ｕ 過熱部 １２ 熱媒チューブ １２Ｌ 下部熱媒チューブ １２Ｕ 上部熱媒チューブ １６ 側面 ２２ 排出ダクト （排出口） ４０ 原燃料噴射装置 （原燃料噴射手段） ４１ 燃料噴射管 ４２、４２ａ、４２ｂ 噴射穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斗ヶ沢 秀一 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H027 AA02 BA09 BA16

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】液体原燃料を高温熱媒体により蒸発させて
    原燃料ガスとする蒸発室と、前記液体原燃料を前記蒸発
    室に供給する原燃料噴射手段と、前記蒸発室を貫通する
    とともに、前記高温熱媒体が通流するための複数の熱媒
    チューブと、前記原燃料ガスを排出するための排出口と
    を有する燃料蒸発器であって、 前記原燃料噴射手段は前記蒸発室の側面に設けられると
    ともに、前記原燃料噴射手段には、複数の噴射穴が穿設
    された原燃料噴射管が前記蒸発室内に伸長して連結され
    ていることを特徴とする燃料蒸発器。
  2. 【請求項２】前記原燃料噴射管は、前記熱媒チューブと
    直交して配されていることを特徴とする請求項１に記載
    の燃料蒸発器。
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