JP2001180904A - 燃料蒸発装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 急激な負荷変動に対して充分な応答性が確
保できると共に、原料ガスを適切な温度で改質器に供給
することができ、燃料電池電気自動車などに搭載される
燃料電池システムなどにも高いレベルで要求を満たして
使用することのできる燃料蒸発装置を提供すること。 【解決手段】 高温熱媒体ＨＧにより原燃料ＦＬを蒸
発させ原燃料ガスＦＧを得る蒸発室１１を備えた燃料蒸
発装置１において、蒸発室１１は複数の蒸発室１１Ａ・
１１Ｂ・１１Ｃが直列に通気可能に連結されてなり、蒸
発室１１に連結されこの蒸発室１１から送られる原燃料
ガスＦＧを高温熱媒体ＨＧと熱交換し温度調整するガス
温度調整室３０と、複数の蒸発室１１Ａ・１１Ｂ・１１
Ｃにそれぞれ設けられ原燃料ＦＬを噴射する原燃料噴射
手段４０とを備える構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原燃料を蒸発させ
た原燃料ガスを改質器で改質して燃料電池に供給して発
電を行う燃料電池システムに好適に使用することのでき
る燃料蒸発装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、メタノールと水の混合液など
からなる原燃料を、原燃料噴射装置を介して燃料蒸発装
置内（蒸発室内）に噴射し、原燃料を蒸発させて原燃料
ガスを得、次いで、この原燃料ガスを改質器で改質する
と共に一酸化炭素を除去して水素リッチな燃料ガスに
し、そして、この燃料ガスを燃料電池に供給して発電を
行う燃料電池システムが知られている。ところで、この
ような構成の燃料電池システムが負荷変動の極端に大き
い条件で使用される場合、例えば、燃料電池電気自動車
に搭載されて使用される場合、出力アップの要求に応じ
て原燃料を急激に燃料蒸発装置内に噴射すると、原燃料
のすべてを蒸発させることができず、燃料蒸発装置内に
原燃料の液溜まり（以下「液溜まり」という）を生じる
ことがある。また、燃料電池システムを起動する際な
ど、燃料蒸発装置が充分に温まっていない場合にも蒸発
に用いられる熱量が不足して液溜まりを生じやすい。

【０００３】燃料蒸発装置内に液溜まりが生じた場合、
原燃料の噴射を停止しても内部で維持された熱により液
溜まりが蒸発し、原燃料ガスを発生することになり、結
果として燃料蒸発装置の応答性を悪くするので好ましく
ない。また、原燃料が混合物の場合は、生じた液溜まり
は、蒸発しやすい成分から先に蒸発するため、原燃料ガ
スの組成にバラツキが生じ、改質器が充分に性能を発揮
しない場合や、一酸化炭素が充分に除去できずに燃料電
池の性能が低下する場合がある。

【０００４】このため、液溜まりの発生を有効に防止し
て燃料蒸発装置の応答性を良くすると共に、燃料蒸発装
置の暖機を速やかに行うことができるように、本願出願
人による特願平１１−１２５３６６号（未公開）には、
図１８に示すような燃料蒸発装置１００が、提案されて
いる。この燃料蒸発装置１００は、蒸発装置本体１１０
と、この蒸発装置本体１１０の後段側に過熱部１５０、
蒸発装置本体１１０の上部に原燃料噴射装置１４０を備
える。この燃料蒸発装置１００には、図示しない燃料電
池で発生するオフガス（水素を含むガス）を図示しない
触媒燃焼器で触媒燃焼させた燃焼ガス（高温熱媒体）Ｈ
Ｇが、熱源として供給される。燃焼ガスＨＧは、入口部
１１２inから蒸発装置本体１１０内の蒸発室１１１に多
数配設されたＵ字型の熱媒チューブ１１２の内側を通
り、出口部１１２outに達する。次いで、燃焼ガスＨＧ
は、蒸発室本体１１０の下部に設けられた燃焼ガス通路
１１３を通って、蒸発装置本体１１０の下流側に取り付
けられた過熱部１５０に導かれる。メタノールと水の混
合液などからなる原燃料ＦＬは、原燃料噴射装置１４０
から霧状に噴射され、熱媒チューブ１１２で熱せられて
蒸発し、原燃料ガスＦＧになる。この原燃料ガスＦＧ
は、過熱部１５０の蒸気チューブ１５１の内側を通って
過熱され、過熱部１５０後段の図示しない改質器に導か
れる。

【０００５】この燃料蒸発装置１００は、蒸発装置本体
１１０における蒸発室１１１の下面１１１ｂが燃焼ガス
通路１１３の上面１１３ｔを兼ねるものである。従っ
て、蒸発室１１１の下面１１１ｂからも熱が供給される
ため、液溜まりの発生が防止され、また液溜まりが生じ
た場合も速やかに蒸発する。従って、燃料蒸発装置１０
０の応答性が良くなる。さらに、燃料蒸発装置１００の
暖機も速やかに行われるようになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池システムが燃料電池電気自動車に搭載される場合など
は、燃料蒸発装置に対して、始動時や急激な負荷変動時
に速やかに原燃料を蒸発させること、つまり一層応答性
よく原燃料ガスを得ることが必要となる。さらには、改
質器を良好な状態で運転するためには、原燃料ガスを適
切な温度範囲で、かつ温度ムラなく供給することが望ま
れる。加えて、従来は、高負荷時に適切な温度範囲の原
燃料ガスを得ようとすると、中負荷時から低負荷時にか
けて原燃料ガスの温度が高くなってしまうという問題が
あった。そこで、本発明は、急激な負荷変動に対して充
分な応答性が確保できると共に、原燃料ガスを適切な温
度で後段の改質器に供給することができ、燃料電池電気
自動車などに搭載される燃料電池システムなどにも高い
レベルで要求を満たして使用することのできる燃料蒸発
装置を提供することを主たる目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明の燃料蒸発装置は、高温熱媒体により原燃料を蒸発さ
せ原燃料ガスを得る蒸発室を備えた燃料蒸発装置におい
て、前記燃料蒸発室は複数の蒸発室が直列に通気可能に
連結されてなる。そして、この燃料蒸発装置は、前記蒸
発室に連接されこの蒸発室から送られる原燃料ガスを前
記高温熱媒体と熱交換し温度調整するガス温度調整室
と、前記複数の蒸発室にそれぞれ設けられ前記原燃料を
噴射する原燃料噴射手段とを備える。

【０００８】この構成によれば、原燃料噴射手段は直列
となった複数の蒸発室のそれぞれに設けられるので、原
燃料ガス要求に応じた任意の蒸発室を選択して原燃料を
噴射し、応答性を確保することが可能になる。また、ガ
ス温度調整室により、蒸発室で蒸発して生成した原燃料
ガスの温度ムラを解消することができる。

【０００９】また、本発明の燃料蒸発装置は、燃料蒸発
装置内のいずれかの温度を検知する温度センサと、この
温度センサからの温度信号を受けていずれかの前記原燃
料噴射手段を選択し、前記原燃料を噴射させる原燃料噴
射制御部とを備える（請求項２）。

【００１０】この構成によれば、例えば、蒸発室内の温
度などに基づいて、原燃料噴射制御部がどの／いくつの
蒸発室にどの程度原燃料を噴射するかを定め、原燃料噴
射手段を作動することが可能になる。よって、より確実
に負荷変動に対して応答性を高めると共に、より好適な
温度の原燃料ガスを得ることができる。燃料蒸発装置内
のいずれかの温度とは、例えば、蒸発室内やガス温度調
整室の入口などにおける原燃料ガスの温度、蒸発室やガ
ス温度調整室を加熱する高温熱媒体の温度などである。

【００１１】そして、本発明の燃料蒸発装置は、前記ガ
ス温度調整室に導入される高温熱媒体に低温熱媒体を混
合する低温熱媒体供給部及び低温熱媒体供給流路及び低
温熱媒体供給弁と、この低温熱媒体供給弁の開度を制御
する低温熱媒体供給弁制御部とを備える（請求項３）。

【００１２】ここで、低温熱媒体は高温熱媒体よりも温
度の低い熱媒体である。この構成によれば、ガス温度調
整室の熱源として使用される高温熱媒体の温度を調整す
ることができ、より適した温度の原燃料ガスを後段の機
器に供給することができる。

【００１３】さらに、本発明の燃料蒸発装置は、前記ガ
ス温度調整室に導入される高温熱媒体を抜き出して前記
ガス温度調整室をバイパスさせるバイパス流路及びバイ
パス弁と、このバイパス弁の開度を制御するバイパス弁
制御部とを備える（請求項４）。

【００１４】この構成によれば、ガス温度調整室の熱源
として使用される高温熱媒体の量を調整することがで
き、適切な熱量付与がなされることで、より適した温度
の原燃料ガスを後段の機器に供給することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態の
燃料蒸発装置を、図面を参照して詳細に説明する。な
お、本発明に係る実施の形態は、原燃料ガスの温度を調
整するガス温度調整室への高温熱媒体の供給の仕方など
の違いによって、第１の実施形態、第２実施形態、第３
実施形態の３つに分けられる。

【００１６】≪第１の実施形態≫以下、本発明に係る第
１の実施形態の燃料蒸発装置を説明する。図１は、第１
の実施形態の燃料蒸発装置が使用される燃料電池システ
ムの構成図である。図２は、第１の実施形態の燃料蒸発
装置の一部破断平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線
断面図である。図４は、図２のＢ−Ｂ線断面図である。
図５は、図２のＣ−Ｃ線断面図である。図６は、第１の
実施形態の燃料蒸発装置の制御系のブロック図である。

【００１７】〔燃料電池システム〕先ず、第１の実施形
態の燃料蒸発装置１が使用される燃料電池システムＦＣ
Ｓの構成及び作用を、図１を参照して説明する。燃料電
池システムＦＣＳは、燃料蒸発装置１、改質器２、ＣＯ
除去器３、空気圧縮機４、燃料電池５、気液分離装置
６、燃焼バーナ７、そして、原燃料タンクＴ（水・メタ
ノール混合液貯蔵タンク）を含んで構成される。

【００１８】燃料蒸発装置１は、蒸発装置本体１０、触
媒燃焼器２０、ガス温度調整室３０、原燃料噴射装置４
０を有する。この燃料蒸発装置１は、原燃料タンクＴか
らポンプＰで圧送されたメタノール・水混合液などの液
体状の原燃料を、原燃料噴射装置４０を介して高温に加
熱された蒸発装置本体１０内に噴射して、原燃料を蒸発
させて原燃料ガスにするものである。なお、原燃料を蒸
発させる高温熱媒体は、触媒燃焼器２０から供給される
燃焼ガスであり、この燃焼ガスは燃料電池５のオフガス
などを触媒燃焼器２０で触媒燃焼させることにより得ら
れる。このようにして得られた原燃料ガスは、ガス温度
調整室３０で温度調整された後に改質器２へ供給され
る。この燃料蒸発装置１については、後に詳細に説明す
る。

【００１９】改質器２は、水蒸気改質と部分酸化により
燃料蒸発装置１から供給される原燃料ガスを水素リッチ
な燃料ガスに改質する。水蒸気改質及び部分酸化は、改
質器２内に設けた触媒の作用により反応が促進される。
なお、原燃料ガスの部分酸化を行うため、改質器２に
は、空気圧縮機４などから図示しない配管により空気が
供給される。

【００２０】このようにして得られた燃料ガスは、ＣＯ
除去器３により、触媒の存在下一酸化炭素の選択酸化反
応が行われる。これにより、燃料ガス中の一酸化炭素が
二酸化炭素に転換されて除去される。一酸化炭素を除去
するのは、燃料電池５（固体高分子型）の白金触媒が被
毒されるのを防止して、燃料電池５の寿命を長くするた
めである。ＣＯ除去器３は、No.1-ＣＯ除去器３ａとNo.
2-ＣＯ除去器３ｂを有し、燃料ガス中の一酸化炭素の濃
度を可及的に低減する。なお、ＣＯ除去器３において、
逆シフトやメタネーションなどの好ましくない反応が起
こらないように、図示しない熱交換器により燃料ガスの
温度調整が行われる。

【００２１】空気圧縮機４は、空気を圧縮して燃料電池
５が必要とする酸素を供給する。また、空気圧縮機４
は、前記のとおり、改質器２における部分酸化用の空気
を供給する。さらに、空気圧縮機４は、No.2-ＣＯ除去
器３ｂにも空気を供給し、燃料ガス中の一酸化炭素を二
酸化炭素に転換する。なお、この空気圧縮機４の動力と
して、燃料電池５から排出されるオフガスが膨張する際
のエネルギーを利用することができる。

【００２２】燃料電池５は、前記のとおり固体高分子型
である。燃料電池５の水素極には一酸化炭素が除去され
た燃料ガスが供給され、燃料電池５の酸素極には、空気
圧縮機４からの空気が供給される。燃料電池５の内部で
は、白金触媒の存在下、電気化学反応により水素と酸素
から水を生じると共に、電気を生じる。この電気は、電
気自動車の動力源などとして使用することができる。

【００２３】燃料電池５の水素極からは、未利用の水素
を含むオフガス及び生成した水が排出されるが、これら
は、気液分離装置６により気体と液体とに分離される。
オフガスは、燃料電池システムＦＣＳの起動時には、燃
焼バーナ７に供給されて燃やされ、触媒燃焼器２０など
を暖機する。また、オフガスは、燃料電池システムＦＣ
Ｓの暖機終了後には、燃焼バーナ７で燃やされることな
く燃料蒸発装置１に供給され、触媒燃焼器２０で触媒燃
焼され原燃料を蒸発させる熱源などに使用される。な
お、燃料電池システムＦＣＳの起動時には、触媒燃焼器
２０にはオフガスの代わりに触媒燃焼用の燃料（メタノ
ールなど）が供給される。以上が、第１の実施形態の燃
料蒸発装置１が使用される燃料電池システムＦＣＳの構
成及び作用である。

【００２４】〔燃料蒸発装置〕次に、本発明を具現化し
た燃料蒸発装置１の説明を行う（図２〜図５参照）。第
１の実施形態の燃料蒸発装置１は、蒸発装置本体１０、
触媒燃焼器２０、ガス温度調整室３０、原燃料噴射装置
４０を含んで構成される。これらの概略的な位置関係を
説明すると、蒸発装置本体１０は触媒燃焼器２０の上
部、ガス温度調整室３０は蒸発装置本体１０の一側面
に、原燃料噴射装置４０は蒸発装置本体１０の上部に、
それぞれ取り付けられる。

【００２５】（１）蒸発装置本体；蒸発装置本体１０
は、図３などに示すように、内側にＵ字型の熱媒チュー
ブ１２Ａなどを多数備える箱型をした蒸発室１１を有す
る。この蒸発室１１は、原燃料噴射装置４０から噴射さ
れた原燃料ＦＬを、高温熱媒体たる燃焼ガスＨＧにより
蒸発させて、原燃料ガスＦＧを発生させる。ここで、蒸
発室１１は、第１蒸発室１１Ａ、第２蒸発室１１Ｂ及び
第３蒸発室１１Ｃの３つが直列に通気可能に連結される
ことで構成されている。第１蒸発室１１Ａ及び第２蒸発
室１１Ｂで発生した原燃料ガスＦＧは、第３蒸発室１１
Ｃを経由して後段のガス温度調整室３０に導かれるよう
になっている。なお、符号１１ｐは、蒸発室１１を通気
可能に仕切る仕切である。

【００２６】蒸発室１１の中で、第１蒸発室１１Ａが最
も大きく、第２蒸発室１１Ｂは第１蒸発室１１Ａよりも
小さく、第３蒸発室１１Ｃは最も小さい。それぞれの蒸
発室１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃには、その大きさ（容積）
に応じた数のＵ字型の熱媒チューブ１２Ａ・１２Ｂ・１
２Ｃが配置されている。ちなみに、第１蒸発室１１Ａの
大きさ（容積）は、第２蒸発室１１Ｂと第３蒸発室１１
Ｃを足し合わせたのと同程度であり、多数本の熱媒チュ
ーブ１２Ａを有して熱容量が他の蒸発室１１Ｂ・１１Ｃ
よりも大きくなるように形成されている。したがって、
原燃料ＦＬを蒸発して原燃料ガスＨＧを発生させる能力
は、第１蒸発室１１Ａが最も大きい。

【００２７】図３に示すように、第１蒸発室１１Ａにお
ける熱媒チューブ１２Ａは、熱媒チューブ１２Ａ同士の
間隔が上方に広く下方に狭くなるように配されている
（インジェクタ４１Ａに近づくにつれて疎、離れるにつ
れて密となるよう配されている）。これは、インジェク
タ４１Ａから噴射された原燃料ＦＬが、遠方まで行き渡
るようにするためである。さらに、インジェクタ４１Ａ
に近い部分の熱媒チューブ１２Ａに、熱媒チューブ１２
Ａ同士にまたがるような大きな膜沸騰を生じ難くして
（インジェクタ４１Ａに近い部分の熱媒チューブ１２Ａ
同士の間隔を広くして、膜沸騰を起こしている部分が大
き成長するのを防いで）、原燃料ＦＬ及び発生した原燃
料ガスＦＧの通路を確保するためである。ちなみに、本
実施形態の場合、蒸発室１１Ａの下方における熱媒チュ
ーブ１２Ａの間隔を密にして蒸発室１１Ａの下方を強く
加熱することで、液溜まりの発生も防止される。なお、
第２蒸発室１１Ｂ及び第３蒸発室１１Ｃにおける熱媒チ
ューブ１２Ｂ及び熱媒チューブ１２Ｃの配置も、第１蒸
発室１１Ａにおける熱媒チューブ１２Ａの配置と同じで
ある。

【００２８】また、図３に示すように、第１蒸発室１１
Ａの蒸発室下面１１ｂは、多数備える熱媒チューブ１２
Ａの内、最下層に位置する熱媒チューブ１２Ａの形状
（配置）に応じて断面波形に構成され、熱媒チューブ１
２Ａと蒸発室下面１１ｂとの間にできる空間を少なくし
て、大きな液溜まりが生じないようになっている。但
し、この蒸発室下面１１ｂと最下層に位置する熱媒チュ
ーブ１２Ａの間にはわずかな隙間が設けてあり、振動な
どにより両者が接触しないようになっている。

【００２９】一方、図３に示すように、第２蒸発室１１
Ｂ及び第３蒸発室１１Ｃにおける蒸発室下面１１ｂは第
１蒸発室１１Ａ側に向けて下るように傾斜しており、仮
に第２蒸発室１１Ｂや第３蒸発室１１Ｃに液溜まりが生
じると、生じた液溜まりが第１蒸発室１１Ａに流れ込む
ようになっている。これに対応して、仕切１１ｐは、蒸
発室下面１１ｂの部分に液溜まりの通流を許容する開口
部ができるように構成される。また、仕切１１ｐの上部
側に位置する開口部の間口の高さと、熱媒チューブ１２
Ａ（１２Ｂ・１２Ｃ）の上部側の束の厚みは、ほぼ等し
くなっており、発生した原燃料ガスＦＧが簡単に通過で
きるように形成されている。

【００３０】図４に示すように、第１蒸発室１１Ａの正
面側（燃料蒸発装置１を基準としての正面側）は、熱媒
チューブ１２Ａを保持する熱媒チューブ保持板１２Ａａ
により塞がれ、燃焼ガスＨＧと原燃料ガスＦＧとが混じ
り合わないようになっている。熱媒チューブ１２Ａは、
その両端が開放されており、燃焼ガスＨＧは、熱媒チュ
ーブ１２Ａの下部側の端部（熱媒チューブ入口１２Ａi
n）からこの熱媒チューブ１２Ａの中に入り、熱媒チュ
ーブ１２Ａの上部側の端部（熱媒チューブ出口１２Ａou
t）から抜け出る構造になっている。この熱媒チューブ
出口１２Ａoutが、後に説明する燃焼ガス通路１３（第
１燃焼ガス通路１３ａ）の起端になる。ここで、正面、
側面及び後面などの位置関係は、燃料蒸発装置１を基準
としたものである（以下同じ）。

【００３１】なお、熱媒チューブ１２Ａの上部側は、そ
の端部に向かって下るように傾斜している。このように
傾斜しているのは、熱媒チューブ１２Ａの上部側に原燃
料ＦＬが液滴状に付着した場合、付着した液滴を熱媒チ
ューブ保持板１２Ａａの方へ向けて移動させ、熱媒チュ
ーブ保持板１２Ａａが有する熱により蒸発させるためで
ある。この点、第２蒸発室１１Ｂ及び第３蒸発室１１Ｃ
における熱媒チューブ１２Ｂ・１２Ｃも、熱媒チューブ
１２Ａと同じように傾斜している。

【００３２】次に、図５に示すように、第２蒸発室１１
Ｂ及び第３蒸発室１１Ｃの燃料蒸発装置１を基準とした
後面側は、熱媒チューブ１２Ｂ・１２Ｃを一体として保
持する熱媒チューブ保持板１２Ｂａにより塞がれ、燃焼
ガスＨＧと原燃料ガスＦＧとが混じり合わないようにな
っている。熱媒チューブ１２Ｂ・１２Ｃは、その両端が
開放されており、燃焼ガスＨＧは、熱媒チューブ１２Ｂ
・１２Ｃの上部側の端部（熱媒チューブ入口１２Ｂin・
１２Ｃin）からこの熱媒チューブ１２Ｂ・１２Ｃの中に
入り、熱媒チューブ１２Ｂ・１２Ｃ下部側の端部（熱媒
チューブ出口１２Ｂout・１２Ｃout）から抜け出る構造
になっている。なお、熱媒チューブ入口１２Ｂin・１２
Ｃinにおける燃焼ガスＨＧと熱媒チューブ出口１２Ｂou
t・１２Ｃoutにおける燃焼ガスＨＧが混合しないよう
に、仕切１３ｐが設けられている。ちなみに、燃焼ガス
ＨＧは、第１蒸発室１１Ａを加熱した後に、分岐して第
２蒸発室１１Ｂ及び第３蒸発室１１Ｃを加熱する。

【００３３】なお、この蒸発装置本体１０は、蒸発室１
１内で原燃料ＦＬを蒸発して原燃料ガスＦＧを発生する
が、発生した原燃料ガスＦＧは、第３蒸発室１１Ｃが備
える通気手段１４を通ってガス温度調整室３０に導かれ
る（図３参照）。ちなみに、通気手段１４は、小孔がた
くさんあいたパンチングプレートなどから構成され、原
燃料ＦＬの飛沫などの液滴がガス温度調整室３０に直接
入り込まないようにしている。

【００３４】ところで、第１の実施形態の燃料蒸発装置
１は、蒸発室１１の保温を兼ねた燃焼ガス通路１３を有
する。この燃焼ガス通路１３は、第１燃焼ガス通路１３
ａと第２燃焼ガス通路１３ｂに分けられる。第１燃焼ガ
ス通路１３ａは、第１蒸発室１１Ａの熱媒チューブ出口
１２Ａoutを起端として、第２蒸発室１１Ｂ及び第３蒸
発室１１Ｃの熱媒チューブ入口１２Ｂin・１２Ｃinに至
る。つまり、第１燃焼ガス通路１３ａは、第１蒸発室１
１Ａの正面、側面、後面並びに第２蒸発室１１Ｂ及び第
３蒸発室１１Ｃの後面（上半分）に配設される。なお、
本実施形態の第１燃焼ガス通路１３ａは、触媒燃焼器２
０の隔壁板２４及び触媒燃焼器２０の一側面２０ｓも併
せて覆う構造を有する。

【００３５】一方、第２燃焼ガス通路１３ｂは、第２蒸
発室１１Ｂ及び第３蒸発室１１Ｃの熱媒チューブ出口１
２Ｂout・１２Ｃoutを起端としてガス温度調整室３０
（胴３２）に至る。つまり、第２燃焼ガス通路１３ｂ
は、第２蒸発室１１Ｂ及び第３蒸発室１１Ｃ後面（下半
分）、下面並びに正面に配設される。

【００３６】なお、図２において符号１５で表される部
材は空気導入口であり、改質器２における改質反応（部
分酸化反応）で必要とする空気（酸素）を、燃料蒸発装
置１での原燃料ガスＦＧを発生させる段階で導入し、原
燃料ガスＦＧに混合する。このように原燃料ガスＨＧに
空気を混合することにより、原燃料ガスＨＧと空気との
ミキシングが良好になり、改質器２において円滑な反応
が行われる。

【００３７】（２）触媒燃焼器；第１の実施形態の触媒
燃焼器２０は、蒸発室１１と同様に箱型をしており、そ
の内部にハニカム形状の触媒からなる触媒層２２を有す
る。そして、触媒燃焼器入口２１を介して供給される被
燃焼体たる燃料電池５のオフガスＯＧ、即ち、水素と酸
素の混合ガスを触媒燃焼させる。オフガスＯＧの触媒燃
焼により発生した燃焼ガスＨＧは、高温熱媒体として蒸
発室１１における原燃料ＦＬの蒸発、蒸発室１１の保
温、及びガス温度調整室３０における原燃料ガスＦＧの
温度調整に使用される。

【００３８】また、触媒燃焼器２０は、その内部におけ
る触媒燃焼により、触媒燃焼器２０自体が高温になって
いる。本実施形態においては、この触媒燃焼器２０自体
が発生する熱を利用するため、触媒燃焼器２０は、第１
蒸発室１１Ａの蒸発室下面１１ｂにその上面（触媒燃焼
器上面２０ｔ）が密着して設けられている。このように
密着させることにより、触媒燃焼器２０が発生する熱を
蒸発室下面１１ｂに伝導伝熱により伝え、触媒燃焼器２
０が発生する熱を有効に利用することができる。

【００３９】ちなみに、蒸発室下面１１ｂは、液溜まり
が生じる場所である。殊に、第１蒸発室１１Ａの蒸発室
下面１１ｂは、第２蒸発室１１Ｂ及び第３蒸発室１１Ｃ
で生じた液溜まりが集まる部分である。従って、第１蒸
発室１１Ａの蒸発室下面１１ｂを、触媒燃焼器２０によ
り強く加熱することで、液溜まりの発生防止及び発生し
た液溜まりの速やかな蒸発を図ることができる。また、
触媒燃焼器２０の廃熱の有効利用も図られる。なお、触
媒燃焼器上面２０ｔが、第１蒸発室１１Ａの蒸発室下面
１１ｂを兼ねる構成であってもよい。また、触媒燃焼器
上面２０ｔと蒸発室下面１０ｂの間に電熱ヒータを介在
させる構成であってもよい。さらに、触媒燃焼器上面２
０ｔと蒸発室下面１１ｂの間に距離を置き、輻射及び対
流により触媒燃焼器２０が発する熱を蒸発室１１に伝え
る構成としてもよい。

【００４０】なお、触媒燃焼器２０には、燃焼ガスＨＧ
を触媒燃焼器出口２３から第１蒸発室１１Ａにおける熱
媒チューブ入口１２Ａinに導く断面半円状の隔壁板２４
が取り付けられている。この隔壁板２４により、触媒燃
焼器出口２３（熱媒チューブ入口１２Ａin）と熱媒チュ
ーブ出口１２Ａoutの燃焼ガスＨＧが混合しないように
なっている。この触媒燃焼器２０や触媒層２２（ハニカ
ム材料）の材質としては、高温に耐え、耐蝕性もあるス
テンレス鋼（例えばＳＵＳ３１６）などが適している。

【００４１】（３）ガス温度調整室；ガス温度調整室３
０は、蒸発室１１（第３蒸発室１１Ｃ）の出口の下流側
に、蒸発装置本体１０の一側面から突出して取り付けら
れる。図３に示すように、このガス温度調整室３０はシ
ェル＆チューブ式の熱交換器であり、管３１の側に原燃
料ガスＦＧを通し（管入口３１inから管３１に入り管出
口３１outから排出）、胴３２の側に燃焼ガスＨＧを通
し（胴入口３２inから胴３２に入り胴出口３２outから
排出）、蒸発室１１で発生した原燃料ガスＦＧの温度ム
ラを解消する。同時に、凝縮性の原燃料ガスＦＧを燃焼
ガスＨＧで過熱して乾き蒸気にし、原燃料ガスＦＧの凝
縮を防止する役割も備える。本実施形態では、ガス温度
調整室３０へは、第２蒸発室１１Ｂ及び第３蒸発室１１
Ｃを加熱した後の燃焼ガスＨＧが供給される。

【００４２】（４）原燃料噴射装置；原燃料噴射装置４
０は、１流体ノズルの噴射装置であり、原燃料ＦＬを蒸
発室１１内に噴射するものである。この原燃料噴射装置
４０は、原燃料ＦＬを噴射するインジェクタ４１及び原
燃料供給管４２を含んで構成され、蒸発室上面１１ｔに
取り付けられている。インジェクタ４１は、第１蒸発室
１１Ａ、第２蒸発室１１Ｂ及び第３蒸発室１１Ｃにそれ
ぞれ設けられる。具体的には、インジェクタ４１は、第
１蒸発室１１Ａに３つ（インジェクタ４１Ａ₁、４１
Ａ₂、４１Ａ₃）、第２蒸発室１１Ｂに１つ（インジェク
タ４１Ｂ）、そして、第３蒸発室１１Ｃに１つ（インジ
ェクタ４１Ｃ）、それぞれ設けられる。なお、原燃料Ｆ
Ｌは、高温の燃焼ガスＨＧの保有熱量を有効に利用する
ため、蒸発室１１内に多数備える熱媒チューブ１２Ａ・
１２Ｂ・１２Ｃに沿う方向（各蒸発室１１Ａ・１１Ｂ・
１１Ｃとも、熱媒チューブ１２Ａ・１２Ｂ・１２Ｃの保
持板１２Ａａ・１２Ｂａに向かう方向）に主として噴射
される。

【００４３】ちなみに、インジェクタ４１Ａ₁から噴射
された原燃料ＦＬは主として第１蒸発室１１Ａの左側で
蒸発するように、インジェクタ４１Ａ₂から噴射された
原燃料ＦＬは主として第１蒸発室１１Ａの中央で蒸発す
るように、インジェクタ４１Ａ₃から噴射された原燃料
ＦＬは主として第１蒸発室１１Ａの右側で蒸発するよう
に、噴射方向に指向性が持たせてある（図３参照）。つ
まり、噴射していない部分はいわば空焚状態になるよう
にしてある。

【００４４】（５）温度センサ・原燃料噴射制御部；図
２〜図６を参照して燃料蒸発装置内の温度を測定する温
度センサ、及びこの温度センサの温度信号などを受けて
作動する原燃料噴射制御部を説明する。温度センサＴｇ
inは触媒燃焼器出口２１の部分、温度センサＴｇ₁は第
１蒸発室１１Ａ正面における熱媒チューブ１２Ａの出口
部分（第１燃焼ガス通路１３ａの起端部分）、温度セン
サＴｇ₂は第２蒸発室１１Ｂにおける熱媒チューブ１２
Ｂの出口部分（第２燃焼ガス通路１３ｂの起端部分）、
温度センサＴｇｏはガス温度調整室３０における胴入口
３２inの部分に設置され、それぞれの位置における燃焼
ガスＨＧの温度を検知する。検知した温度信号は、原燃
料噴射制御部ＦＩＣに送信される。

【００４５】温度センサＴｖ₁は第１蒸発室１１Ａ内の
第２蒸発室１１Ｂ寄りに、温度センサＴｖ₂は第２蒸発
室１１Ｂ内の第３蒸発室１１Ｃ寄りに、温度センサＴｖ
₃は蒸発室１１の出口（ガス温度調整室３０の管入口３
１in）に、温度センサＴｖ₄は、ガス温度調整室３０の
管出口３１outに設置され、それぞれの位置における原
燃料ガスＦＧの温度を検知する。検知した温度信号は、
原燃料噴射制御部ＦＩＣに送信される。

【００４６】原燃料噴射制御部ＦＩＣは、温度信号など
を受けて原燃料噴射装置４０による原燃料ＦＬの噴射量
を制御する噴射量制御手段、及び、５つあるインジェク
タ４１Ａ₁・４１Ａ₂・４１Ａ₃・４１Ｂ・４１Ｃのうち
使用（作動）するインジェクタ４１を選択する噴射位置
選択手段を有する。

【００４７】〔燃料蒸発装置の一般的動作〕次に、第１
の実施形態の燃料蒸発装置１の一般的な動作及び作用に
ついて説明する。 （１）蒸発室下面の加熱；触媒燃焼器２０は、燃料電池
５のオフガスＯＧが供給され、触媒燃焼により燃焼して
燃焼ガスＨＧを生成する。触媒燃焼が始まると、触媒燃
焼器２０自体の温度も上昇し、触媒燃焼器２０の外表面
が高温（約３００℃）になる。ここで、燃料蒸発装置１
は、第１蒸発室１１Ａの蒸発室下面１１ｂと触媒燃焼器
上面２０ｔが密接している。従って、第１蒸発室１１Ａ
の蒸発室下面１１ｂ（蒸発室１１の床面）は、触媒燃焼
器２０により加熱され高温になる。このように、触媒燃
焼器２０が発する熱を有効に利用することで、液溜まり
の発生を防止し、また発生した液溜まりを迅速に蒸発さ
せる。ちなみに、第２蒸発室１１Ｂ及び第３蒸発室１１
Ｃの蒸発室下面１１ｂは、第１蒸発室１１Ｃの蒸発室下
面１１ｂに向かって下るように傾斜している。従って、
仮に第２蒸発室１１Ｂや第３蒸発室１１Ｃに液溜まりが
生じると、第１蒸発室１１Ａの蒸発室下面１１ｂに液溜
まりが集まり（集まる最中にも蒸発が促進される）、主
としてここで液溜まりが最終的に蒸発するようになって
いる。

【００４８】（２）燃焼ガスの流れ；文中の(P1)〜(P1
2)の記号は、図２〜図５に付したＰ１〜Ｐ１２の符号に
対応して、燃料ガス蒸発装置１における燃焼ガスＨＧの
流れを示す。先ず、触媒燃焼器２０によりオフガスＯＧ
を触媒燃焼させて生成した６５０〜７００℃の高温の燃
焼ガスＨＧは（P1）、熱媒チューブ入口１２Ａinから熱
媒チューブ１２Ａに入り、第１蒸発室１１Ａを加熱し
て、熱媒チューブ出口１２Ａoutから抜け出る（P2）。
この間、燃焼ガスＨＧは、インジェクタ４１Ａから噴射
され熱媒チューブ１２Ａに接触した原燃料ＦＬに熱を伝
えて蒸発させる。なお、熱媒チューブ出口１２Ａoutに
おける燃焼ガスＨＧの温度は、約３５０℃である。

【００４９】次に、燃焼ガスＨＧは、第１燃焼ガス通路
１３ａに入り、第１蒸発室１１Ａの正面（P3）、触媒燃
焼器側面２０ｓを含む第１蒸発室１１Ａの側面（P4）、
第１蒸発室１１Ａの後面（P5）を経由して第２蒸発室１
１Ｂ及び第３蒸発室１１Ｃの後面の上部（P6）に達す
る。この間、燃焼ガスＨＧは、主として第１蒸発室１１
Ａを保温する。なお、前記のとおり、正面や側面などの
位置関係は、燃料蒸発装置１を基準としてのものであ
る。

【００５０】続いて、燃焼ガスＨＧは分流して、熱媒チ
ューブ入口１２Ｂin・１２Ｃinから熱媒チューブ１２Ｂ
・１２Ｃに入り、第２蒸発室１１Ｂ及び第３蒸発室１１
Ｃを加熱して、熱媒チューブ出口１２Ｂout・１２Ｃout
から抜け出る（P7,P8）。この間、燃焼ガスＨＧは、イ
ンジェクタ４１Ｂ・４１Ｃから噴射された原燃料ＦＬを
蒸発させる。なお、熱媒チューブ出口１２Ｂout・１２
Ｃoutにおける燃焼ガスＨＧの温度は、約３１５℃であ
る。

【００５１】次に、分流した燃焼ガスＨＧは、第２燃焼
ガス通路１３ｂに入って合流し、第２蒸発室１１Ｂ及び
第３蒸発室１１Ｃの後面の下部（P9）、第２蒸発室１１
Ｂ及び第３蒸発室１１Ｃの蒸発室下部１１ｂ（P10）、
第２蒸発室１１Ｂ及び第３蒸発室１１Ｃの正面（P11）
を経由してガス温度調整室３０の胴入口３２inに至る
（P12）。この間、燃焼ガスＨＧは、第２蒸発室１１Ｂ
及び第３蒸発室１１Ｃ、さらには、触媒燃焼器２０の側
面（符号２０ｓとは反対の側面）を保温する。なお、ガ
ス温度調整室３０の入口（胴入口３２in）における燃焼
ガスＨＧの温度は、約３００℃である。

【００５２】そして、燃焼ガスＨＧは、ガス温度調整室
３０の胴３２を通過した後に排気ダクト３３から排出さ
れる（P13）。この間、燃焼ガスＨＧは、原燃料ガスＦ
Ｇの温度調整を行う。

【００５３】このように燃焼ガスＨＧが燃料蒸発装置１
の内側を通流することにより、蒸発室１１における原燃
料ＦＬの蒸発が一層促進され、燃料蒸発装置としての応
答性が優れたものになる。また、暖機も迅速に行われ
る。

【００５４】（３）原燃料及び原燃料ガスの流れ；原燃
料タンクＴ（水・メタノール混合液貯蔵タンク）に貯蔵
された原燃料ＦＬは、ポンプで圧送され、原燃料噴射装
置４０のインジェクタ４１から蒸発室１１内に噴射され
る。第１の実施形態における原燃料噴射装置４０のイン
ジェクタ４１は、３つの蒸発室１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃ
にそれぞれ設けられ、所定の条件の下、任意のインジェ
クタ４１xから原燃料ＦＬを任意の蒸発室１１に噴射可
能になっている。ちなみに、特定のインジェクタ４１を
使用することにより、原燃料ガスＦＧの温度調整を行う
ことができる。この点については、燃料蒸発装置の具体
的制御として後述する。

【００５５】原燃料噴射装置４０のインジェクタ４１か
ら蒸発室１１内に噴射された原燃料ＦＬは、大部分が蒸
発室１１内に多数配設された熱媒チューブ１２の表面で
直ちに蒸発し原燃料ガスＦＧになる。ところで、急激か
つ多量に原燃料ＦＬが噴射されるなどした場合は、蒸発
しきれない原燃料ＦＬは、蒸発室１１の下方に滴下する
が、滴下する際に、すでに蒸発した原燃料ガスＦＧと熱
交換して温度が上昇する（一部は蒸発する）。また、未
蒸発の原燃料ＦＬが下方に位置する熱媒チューブ１２の
上に滴下すると、熱媒チューブ１２の表面で加熱されて
蒸発する。なお、最後まで蒸発しきれない原燃料ＦＬ
は、蒸発室下面１１ｂまで達するが、蒸発室下面１１ｂ
は、触媒燃焼器２０などにより加熱され高温になってい
るので、液溜まりを生じることなく蒸発する。さらに、
蒸発装置本体１０（蒸発室１１）は、燃焼ガス通路１３
（１３ａ・１３ｂ）により加熱・保温されるため、一層
原燃料ＦＬの蒸発が促進され、液溜まりが生じ難くなっ
ている。

【００５６】つまり、従来のこのような燃料蒸発装置に
おいては、蒸発室の各面は蒸発した原燃料ガスにより暖
められるか、熱源である熱媒チューブ及び熱媒チューブ
保持板から伝導伝熱などにより暖められるのみであっ
た。従って、原燃料が蒸発室の側面などに付着しても蒸
発しにくく、また、一旦蒸発した原燃料ガスも蒸発室内
で凝縮しやすいものであった（即ち液溜まりを生じやす
かった）。この点、本実施の形態の燃料蒸発装置１は、
蒸発室１１の複数の面が燃焼ガスＨＧ及び触媒燃焼器２
０により加熱・保温される構成であるので、液溜まりの
発生を可及的に防止することができる（即ち燃料蒸発装
置としての応答性がよい）。

【００５７】また、各蒸発室１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃに
おける熱媒チューブ１２Ａ・１２Ｂ・１２Ｃは、インジ
ェクタ４１Ａ・４１Ｂ・４１Ｃに近づくにつれて間隔が
疎になるように配されているので、良好に原燃料ＦＬを
蒸発させることができる。同時に、原燃料ＦＬや原燃料
ガスの流路の阻害となるような膜沸騰部分が、インジェ
クタ４１Ａ・４１Ｂ・４１Ｃに近い部分で生じ難く、こ
の点からも良好に原燃料ＦＬを蒸発させることができ
る。

【００５８】なお、蒸発室１１で蒸発した原燃料ガスＦ
Ｇは、小孔が多数あいたパンチングプレートなどの通気
手段１４を通ってガス温度調整室３０に入り、蒸気チュ
ーブ３１を通って温度調整され、図１に示す改質器２に
導かれる。このように、ガス温度調整室３０を通過させ
ることにより、原燃料ガスＦＧにおける温度ムラが解消
される。

【００５９】〔燃料蒸発装置の具体的制御〕次に、第１
の実施形態の燃料蒸発装置の具体的制御、殊に蒸発室内
における原燃料を噴射する位置を切り換えることにより
蒸発室出口（燃料蒸発装置出口）における原燃料の温度
を制御する燃料蒸発装置の具体的制御について説明す
る。ちなみに、燃料蒸発装置は、燃料電池システムに組
み込まれて車両（燃料電池電気自動車）に搭載されるも
のとする。図７は、蒸発室内における原燃料噴射位置と
蒸発室出口における原燃料ガス温度の関係を示す図であ
る。図８（ａ）は、原燃料ガス温度の目標温度範囲と許
容温度範囲を説明する図である。図８（ｂ）は、定常時
における基本噴射パターンを示す。図９は、定常時にお
ける制御を示すフローチャートである。図１０は、加速
時における制御を示すフローチャートである。図１１
は、燃料電池の運転出力と燃料ガス温度の関係を示す図
である。

【００６０】（１）原燃料噴射位置と原燃料ガス温度の
関係；本発明者らは、どのように蒸発室内に原燃料を噴
射すれば好適な温度範囲の原燃料ガスが得られるかにつ
いての試験を、別に行なった。具体的には、原燃料噴射
手段たるインジェクタを蒸発室出口からの距離を違えて
３つ設けてある蒸発室（本実施形態の第１蒸発室１１Ａ
のような蒸発室）を使用し、各インジェクタについて同
じ量の原燃料を噴射したときの蒸発室出口における原燃
料ガスの温度を測定した。そして、蒸発室における原燃
料噴射位置と蒸発室出口における原燃料ガスの温度の関
係を明らかにした。

【００６１】試験の結果を図７に示す。この図に示すと
おり、蒸発室出口を基準にして、蒸発室の奥に位置する
インジェクタＡから原燃料を噴射したときが、アイドリ
ング時及び低負荷時とも、原燃料ガスの温度が最も高く
なった。また、蒸発室出口に近い手前に位置するインジ
ェクタＣから原燃料を噴射したときが、アイドリング時
及び低負荷時とも、原燃料ガスの温度が最も低くなった
（噴射量は同じ）。そして、インジェクタＡとインジェ
クタＣの中央に位置するインジェクタＢから原燃料を噴
射したときは、原燃料ガスの温度はインジェクタＡとイ
ンジェクタＣの中間であった（噴射量は同じ）。

【００６２】このことから、蒸発室が直列に通気可能に
連結され、それぞれの蒸発室に原燃料噴射手段を備える
構成の燃料蒸発装置の場合（本実施形態の燃料蒸発装置
１などの場合）も、原燃料を噴射するインジェクタの位
置を切り換え、蒸発室の奥から（奥の蒸発室から）原燃
料を噴射することにより、蒸発室出口における原燃料ガ
スの温度を高めることができることがわかる。一方、蒸
発室出口に近い手前側から（手前側の蒸発室から）原燃
料を噴射することにより、蒸発室出口における原燃料ガ
スの温度を低くすることができることがわかる。こうし
た噴射位置の変化による原燃料又は燃焼ガスへの付与熱
量の変化を対応付け、本実施形態では以下に示す温度制
御を実施している。

【００６３】（２）原燃料噴射位置による原燃料ガスの
温度制御（定常時）；先ず、図８及び図９を参照して、
原燃料噴射位置による蒸発室出口における原燃料ガスの
温度制御を説明する。図８（ａ）は、燃料電池の運転出
力と原燃料ガスの目標温度範囲を示す。この図で、Ｔｖ
maxは許容温度範囲の上限、Ｔｖminは許容温度範囲の下
限である。この許容温度範囲を逸脱することは許容され
ない。また、Ｔｖhighは目標温度範囲の上限、Ｔｖlow
は目標温度範囲の下限である。この目標温度範囲に原燃
料ガスＦＧの温度を納めることにより、良好な条件で燃
料電池システムＦＣＳを運転することができる。

【００６４】図８（ｂ）は、インジェクタの基本噴射パ
ターンを示すものである。なお、この基本噴射パターン
は、定常時における基本となる原燃料の噴射パターンを
示すものである。すなわち、燃料電池５の運転出力が
最も小さいアイドリング時（idle）には、要求される原
燃料ガスＦＧは少量なので、原燃料ＦＬ及び原燃料ガス
ＦＧに与える熱量は小さくてよい。したがって、第１蒸
発室１１Ａの蒸発室１１の出口に近い側のインジェクタ
４１Ａ₃から原燃料ＦＬが噴射される。 燃料電池５の運転出力がアイドリング時よりも大きい
状態のときは、やや原燃料ガスＦＧの量を増やし、熱量
も増加させる必要があるので、第１蒸発室１１Ａの中央
のインジェクタ４１Ａ₂からも原燃料ＦＬが噴射される
ようになる。 さらに燃料電池５の運転出力が大きいときは、より原
燃料ガスＦＧの量を増加させ、かつ与える熱量も大きく
する必要がある。したがって、インジェクタ４１Ａ₂か
らの原燃料ＦＬの噴射を停止し、その代わりに、最も高
い温度で原燃料ガスＦＧを発生させることのできる第１
蒸発室１１Ａの奥のインジェクタ４１Ａ ₁から原燃料Ｆ
Ｌが噴射されるようになる。この場合、原燃料ＦＬを噴
射するインジェクタ４１の数はと同じ２つであるが、
インジェクタ４１の開閉時間を制御するパルス制御信号
により、の場合よりもの場合の方が原燃料ＦＬの噴
射量は多くなっている。 燃料電池５の運転出力が最も大きいスロットルの全開
時（ＷＯＴ）には、第１蒸発室１１Ａの３つのインジェ
クタ４１Ａ₁・４１Ａ₂・４１Ａ₃の全てから原燃料ＦＬ
が噴射される。

【００６５】このように原燃料ＦＬを蒸発室１１に噴射
することにより、アイドリング時から全開時まで（定常
時）、原燃料ガスＦＧを適切な温度で、かつ適切な量発
生することが可能になる。なお、基本的にインジェクタ
４１Ｂ及び４１Ｃは、後述するように加速時における原
燃料ガスＦＧの増加要求に対応するためや、インジェク
タ４１Ａ（第１蒸発室１１Ａ）での原燃料ガスＦＧの温
度調整を補うためなどに使用される。

【００６６】次に、図９のフローチャートを参照して原
燃料噴射位置による原燃料ガスの温度制御（定常時）を
説明する。このフローチャートは、燃料電池システムＦ
ＣＳが車両に搭載された場合を想定するものである。な
お、これ以降、符号Ｔｖ₁，Ｔｖ₂，Ｔｖ₃，Ｔｖ₄は原燃
料ガス温度センサではなく、原燃料ガス温度センサが検
知した原燃料ガス温度を意味するものとする。また、符
号Ｔｇin，Ｔｇ₁，Ｔｇ₂，Ｔｇｏも、燃焼ガス温度セン
サではなく、燃焼ガス温度センサが検知した燃焼ガス温
度を意味するものとする。

【００６７】先ず、暖機運転か否かを判断する（Ｓ
１）。暖機運転であれば、暖機運転サブルーチンにより
暖機運転処理を行う（Ｓ１７）。次に、スロットル開度
の変化（Δθｔｈ）があるか否かを判断する（Ｓ２）。
スロットル開度の変化（Δθｔｈ）があれば、加速サブ
ルーチンにより加速処理が行われる（Ｓ１８）。この加
速サブルーチンは、加速時（過渡状態時）における原燃
料ＦＬの噴射を行うものである。

【００６８】ステップＳ２でスロットル開度の変化（Δ
θｔｈ）がないと判断されると、車速やスロットル開度
（θｔｈ）などから基本噴射パターン（図８(b)参照）
に基づいて、噴射するインジェクタ４１を選択する（Ｓ
３）。次に、Ｔｉ−Ｑマップを読み込み、原燃料ＦＬの
噴射時間Ｔｉ（原燃料ＦＬの噴射量Ｑ）を仮に決定する
（Ｓ４）。続いて、バッテリへの充電や補器類の作動な
どの各種補正項による補正を行い、原燃料ＦＬの噴射時
間Ｔｉを演算により決定する（Ｓ５）。そして、ステッ
プＳ３で選択した基本噴射パターンとステップＳ５で決
定した噴射時間Ｔｉに基づいてインジェクタ４１から原
燃料ＦＬを噴射する（Ｓ６）。例えば、スロットル開度
（θｔｈ）が多少開かれている場合には、インジェクタ
４１Ａ₂及び４１Ａ₃が選択され（Ｓ３）、続いて噴射時
間Ｔｉが演算され（Ｓ４・Ｓ５）、インジェクタ４１Ａ
₂及び４１Ａ₃が演算された時間だけ作動制御される（Ｓ
６）。

【００６９】次に、ガス温度調整室３０の管出口３１ou
tにおける原燃料ガス温度Ｔｖ₄と、図８(a)に示す目標
温度上限Ｔｖhighを比較する（Ｓ７）。原燃料ガス温度
Ｔｖ₄の方が高くなっている場合は、原燃料ガスＦＧの
温度を下げる処理が行われる。具体的には、各測定ポイ
ント間の原燃料ガス温度Ｔｖ₁・Ｔｖ₂・Ｔｖ₃の温度勾
配（Ｔｖ₁・Ｔｖ₂間、Ｔｖ₂・Ｔｖ₃間）を演算する（Ｓ
８）。また、各測定ポイント間の燃焼ガス温度Ｔｇin・
Ｔｇ₁・Ｔｇ₂・Ｔｇｏの温度勾配（Ｔｇin・Ｔｇ ₁間、
Ｔｇ₁・Ｔｇ₂間、Ｔｇ₂・Ｔｇｏ間）を演算する（Ｓ
９）。これら温度勾配に基づいて、所定のΔＴｖ−噴射
パターンテーブルを読み込む（Ｓ１０）。そして、この
ΔＴｖ−噴射パターンテーブルに基づいてインジェクタ
４１の噴射位置を切り換える。具体的な例として、４１
Ａ₁、４１Ａ₂、４１Ａ₃のインジェクタで噴射していた
場合に、Ｔｖ₄＞Ｔｖhighになると、インジェクタ４１
Ａ₁からインジェクタ４１Ｃへと噴射位置を切り換える
ようにΔＴｖ−噴射パターンデーブルが与えられてい
る。この一連の処理により原燃料ガスＦＧの温度（Ｔｖ
₄）を低くして、目標温度範囲内にする。

【００７０】一方、ステップＳ７において、原燃料ガス
温度Ｔｖ₄が目標温度上限Ｔｖhighよりも低いと判断さ
れた場合は、原燃料ガス温度Ｔｖ₄と目標温度下限Ｔｖm
inとを比較する（Ｓ１２）。原燃料ガス温度Ｔｖ₄が目
標温度下限Ｔｖminよりも高い場合は、適温であるので
最初に戻る。逆に、原燃料ガス温度Ｔｖ₄が目標温度下
限Ｔｖminよりも低い場合は、原燃料ガス温度Ｔｖ₄を高
くする処理が行われる。具体的には、各測定ポイント間
の原燃料ガス温度Ｔｖ₁・Ｔｖ₂・Ｔｖ₃の温度勾配（Ｔ
ｖ₁・Ｔｖ₂間、Ｔｖ₂・Ｔｖ₃間）を演算する（Ｓ１
３）。また、各測定ポイント間の燃焼ガス温度Ｔｇin・
Ｔｇ₁・Ｔｇ₂・Ｔｇｏの温度勾配（Ｔｇin・Ｔｇ₁間、
Ｔｇ₁・Ｔｇ₂間、Ｔｇ₂・Ｔｇｏ間）を演算する（Ｓ１
４）。これら温度勾配に基づいて、所定のΔＴｖ−噴射
パターンテーブルを読み込む（Ｓ１５）。そして、この
ΔＴｖ−噴射パターンテーブルに基づいてインジェクタ
４１の噴射位置を切り換える。具体的な例として、４１
Ａ₃のインジェクタで噴射していた場合に、Ｔｖ₄＜Ｔｖ
lowになると、インジェクタ４１Ａ₃からインジェクタ４
１Ａ₁へと噴射位置を切り換えるようにΔＴｖ−噴射パ
ターンデーブルが与えられている。この一連の処理によ
り、原燃料ガスＦＬの温度（Ｔｖ₄）を高くして目標温
度範囲内にする。

【００７１】このようにすることで、殊に定常時におけ
る原燃料ガスＦＧの温度を、原燃料ガスＦＧの発生量
（燃料電池５の運転出力）にかかわりなく、適切な温度
範囲とすることができる。

【００７２】（３）加速時における原燃料ガスの発生量
の確保；図１０のフローチャートを参照して、加速時に
おける原燃料ガスの発生量を確保する制御（過渡時）を
説明する。このフローチャートも、燃料電池システムＦ
ＣＳが車両に搭載された場合を想定するものである。先
ず、スロットル開度の変化（Δθｔｈ）があるか否かを
判断する（Ｓ２１）。スロットル開度の変化（Δθｔ
ｈ）がない場合は、定常運転ルーチンによる処理を行う
（Ｓ３８、図９参照）。スロットル開度の変化（Δθｔ
ｈ）がある場合は、スロットル開度の変化（Δθｔｈ）
の量が予め定められているものよりも大きいか否かを判
断する（Ｓ２２）。スロットル開度の変化（Δθｔｈ）
の量が予め定められているものよりも大きいとき（Δθ
ｔｈ＞ｋ）、つまり、車両が中間加速あるは全開加速に
あるときは、各インジェクタ４１が停止しているか否か
を判断する（Ｓ２３）。

【００７３】作動しているインジェクタ４１について
は、各種補正項から原燃料ＦＬの噴射時間Ｔｉを演算し
（Ｓ２４）、インジェクタ増量マップ２を読み込んで噴
射量（噴射時間）を求め（Ｓ２５）、インジェクタ４１
からの噴射量を増加する。一方、停止しているインジェ
クタ４１については、各種補正項から原燃料ＦＬの噴射
時間Ｔｉを演算し（Ｓ２７）、インジェクタ増量マップ
３を読み込んで噴射量（噴射時間）を求め（Ｓ２８）、
作動していないインジェクタ４１を作動させ原燃料ＦＬ
を噴射する。これにより、中間加速や全開加速などの過
渡状態における原燃料ガスＦＧの増加要求に対応する。

【００７４】次に、ガス温度調整室３０の胴出口３２ou
tにおける燃焼ガス温度Ｔｇｏが所定温度（Ｔｇlow）よ
りも低いか否かを判断する（Ｓ３０）。燃焼ガス温度Ｔ
ｇｏの方が低い場合は、第２蒸発室１１Ｂ及び第３蒸発
室１１Ｃにおける原燃料ＦＬの蒸発能力が低くなってい
ることが想定される。従って、燃焼ガス温度Ｔｇｏが所
定温度（Ｔｇlow）よりも低い場合は、第２蒸発室１１
Ｂのインジェクタ４１Ｂ及び／又は第３蒸発室１１Ｃの
インジェクタ４１Ｃを停止する（Ｓ３１）。そして、第
１蒸発室１１Ａの３つのインジェクタ４１Ａ₁・４１Ａ₂
・４１Ａ₃からの噴射量を増量する。これにより、燃焼
ガスＨＧの温度が低下しても、原燃料ガスＦＧの発生量
の確保（並びに原燃料ガスの温度維持）を図ることがで
きる。一方、燃焼ガス温度Ｔｇｏが所定温度（Ｔｇlo
w）よりも高い場合は、ステップＳ２７に戻る。

【００７５】ところで、ステップＳ２２において、スロ
ットル開度の変化（Δθｔｈ）の量が予め定められてい
るものよりも大きくない場合（Δθｔｈ＜＝ｋ）、つま
り車両の加速要求が弱いときは、インジェクタ４１が作
動（噴射）しているか否かを判断し（Ｓ３３）、噴射し
ていないインジェクタ４１は停止のままとし、噴射して
いるインジェクタ４１にて増加要求に対応する。すなわ
ち、噴射していないインジェクタ４１については停止し
たままとする（Ｓ３７）。作動しているインジェクタ４
１については、各種補正項により噴射時間Ｔｉを演算し
（Ｓ３４）、演算値とインジェクタ増量マップ１に基づ
いて原燃料ＦＬの噴射を行い（Ｓ３５）、わずかな加速
に対する原燃料ガスＦＧの増加要求に対処する。

【００７６】このように、停止中のインジェクタ４１の
作動開始、及び作動中のインジェクタ４１の噴射量の増
量により、車両が加速する際の原燃料ガスＦＧの増加要
求に対処することができる。つまり、加速時には、原燃
料の噴射量に見合った熱量が直ちに蒸発室に供給される
のではなく、通常、熱量の供給に時間的な遅れができ、
結果として原燃料ガスの増量要求に的確に応答すること
ができない状況が生じる。しかし、本実施形態のよう
に、原燃料ＦＬの蒸発のために直接寄与していない部分
（いわば空焚き状態の蒸発室１１〔熱媒チューブ１２Ａ
₁などや熱媒チューブ１２Ｂなど〕）に原燃料ＦＬを噴
射することにより、当該熱媒チューブ１２Ａ₁などが保
有する熱量（熱マス）をもって、極めて応答性よく原燃
料ガスＦＧの増量要求に応答することができる。

【００７７】このように蒸発室を３つ連結すること、及
び蒸発室の熱容量の大きさを異ならせることなどによ
り、各蒸発室及びインジェクタにおいて蒸発能力を異な
らせることができ、もって原燃料ガスの温度制御、並び
に原燃料ガスの発生量の制御を容易かつ精度よく行うこ
とができる。従って、応答性に優れ、負荷変動が極端に
大きい条件で使用される燃料電池システムの原燃料を蒸
発させる燃料蒸発装置として好適に使用することができ
る。ちなみに図１１は、燃料蒸発装置により原燃料を蒸
発した際の発生する原燃料ガス温度と燃料電池の運転出
力の関係を示したものである。従来の燃料蒸発装置は、
燃料電池の運転出力が大きい高負荷時に原燃料ガスの温
度（装置出口での温度）が、好適な温度範囲となるよう
に設計される。従って、燃料電池の運転出力が小さい低
負荷時から運転出力が中位の中負荷時では、原燃料ガス
の温度（装置出口での温度）が好適な温度範囲よりも高
くなるという問題があった。しかし、第１の実施形態の
燃料蒸発装置によれば、原燃料を噴射するインジェクタ
を任意に選択することにより、原燃料ガス温度（ガス温
度調整室の出口）を、燃料電池の運転出力が小さい低負
荷時から運転出力が大きい高負荷時まで好適な温度範囲
に収めることができるとう顕著な効果を有する。

【００７８】≪第２の実施形態≫次に、本発明に係る第
２の実施形態の燃料蒸発装置の説明を行う。第２の実施
形態の燃料蒸発装置は、原燃料ガスの温度を調整するガ
ス温度調整室に導入される燃焼ガスにこの燃焼ガスより
も温度の低い低温熱媒体としての空気（希釈エア）を混
合して、ガス温度調整室において積極的な原燃料ガスの
温度調整を可能とするものである。なお、第１の実施形
態と同一の部材・要素などについては、第１の実施形態
で使用した図面を参酌すると共に同一の符号を付し、そ
の説明を省略する。図１２は、第２の実施形態の燃料蒸
発装置の一部破断平面図である。図１３は、第２の実施
形態の燃料蒸発装置の制御系のブロック図である。

【００７９】〔燃料電池システム〕第２の実施形態の燃
料電池システムは、第１の実施形態における燃料電池シ
ステムと同じであるので、その説明を省略する。

【００８０】〔燃料蒸発装置〕第２の実施形態の燃料蒸
発装置は、第１の実施形態の燃料蒸発装置の構成をすべ
て備える。そして、第２の実施形態の燃料蒸発装置は、
ガス温度調整室に導入される燃焼ガス（高温熱媒体）に
希釈エア（低温熱媒体）を混合する希釈エア供給部（低
温熱媒体供給部）、希釈エア供給流路（低温熱媒体供給
流路）、希釈エア供給弁（低温熱媒体供給弁）と、この
希釈エア供給弁の開度を制御する希釈エア供給弁制御部
（低温熱媒体供給弁制御部）を有する。

【００８１】希釈エア供給部は、図１に示す空気圧縮機
４が兼ねる。つまり、希釈エアは、空気圧縮機４から供
給される空気である。希釈エア供給流路５１は、空気圧
縮機４と燃料蒸発装置１のガス温度調整室３０の胴入口
３２inとを結ぶ配管である。ちなみに、希釈エアの温度
は１０〜７０℃程度である。

【００８２】第２の実施形態における希釈エア供給弁Ａ
ＣＶは、ステッピングモータにより作動するバタフライ
弁である。希釈エア供給弁制御部は原燃料噴射制御部Ｆ
ＩＣが兼ね、希釈エア供給弁ＡＣＶの状態を制御する。
なお、図１２において、符号５２は逆止弁である。ま
た、符号Ｔairは、希釈エアの温度を検知する温度セン
サである。この構成により、ガス温度調整室３０に供給
される燃焼ガスＨＧの温度を変化させ、もって原燃料ガ
スＦＧの温度調整を行う。

【００８３】〔燃料蒸発装置の一般的動作〕第２の実施
形態における燃料蒸発装置１は、燃焼ガスＨＧの温度を
変化させるための希釈エアを供給すること以外の一般的
な動作・作用は、第１の実施形態の燃料蒸発装置１の動
作・作用と同じであるので説明を省略する。

【００８４】〔燃料蒸発装置の具体的制御〕第２の実施
形態の燃料蒸発装置１の具体的制御のうち、本実施形態
に特有の、燃焼ガスＨＧに希釈エアを混合することによ
る原燃料ガスＦＧの温度調整を行う制御（定常時）を説
明する。なお、以下の説明で符号Ｔairは、希釈エアの
温度を検知する温度センサではなく、この温度センサが
検知した希釈エア温度を意味するものとする。図１４
は、燃焼ガスに希釈エアを混合することにより燃料ガス
の温度を調整行う制御のフローチャートである。このフ
ローチャートは、燃料電池システムＦＣＳが車両に搭載
された場合を想定するものである。

【００８５】先ず、暖機運転か否かを判断する（Ｓ５
１）。暖機運転であれば、暖機運転サブルーチンにより
暖機運転処理を行う（Ｓ６４）。次に、スロットル開度
の変化（Δθｔｈ）があるか否かを判断する（Ｓ５
２）。スロットル開度の変化（Δθｔｈ）があれば、加
速サブルーチンにより加速処理が行われる（Ｓ６５）。
この加速サブルーチンは、加速時（過渡状態時）におけ
る原燃料ＦＬの噴射を行うものである。

【００８６】ステップＳ５２でスロットル開度の変化
（Δθｔｈ）がないと判断されると、車速やスロットル
開度（θｔｈ）などから基本噴射パターン（図８(b)参
照）に基づいて、噴射するインジェクタ４１を選択する
（Ｓ５３）。次に、Ｔｉ−Ｑマップを読み込み、原燃料
ＦＬの噴射時間Ｔｉ（原燃料ＦＬの噴射量Ｑ）を仮に決
定する（Ｓ５４）。続いて、バッテリへの充電や補器類
の作動などの各種補正項による補正を行い、原燃料ＦＬ
の噴射時間Ｔｉを演算により決定する（Ｓ５５）。そし
て、ステップＳ５３で選択した基本噴射パターンとステ
ップＳ５５で決定した噴射時間Ｔｉに基づいてインジェ
クタ４１から原燃料ＦＬを噴射する（Ｓ５６）。例え
ば、スロットル開度（θｔｈ）が多少開かれている場合
には、インジェクタ４１Ａ₂及び４１Ａ₃が選択され（Ｓ
５３）、続いて噴射時間Ｔｉが演算され（Ｓ５４・Ｓ５
５）、インジェクタ４１Ａ₂及び４１Ａ₃が演算された時
間だけ作動制御される（Ｓ５６）。

【００８７】次に、ガス温度調整室３０の管出口３１ou
tにおける原燃料ガス温度Ｔｖ₄と、図８(a)に示す目標
温度上限Ｔｖhighを比較する（Ｓ５７）。原燃料ガス温
度Ｔｖ₄の方が高くなっている場合は、燃料ガスＦＧの
温度を下げる処理が行われる。具体的には、各測定ポイ
ント間の原燃料ガス温度Ｔｖ₁・Ｔｖ₂・Ｔｖ₃の温度勾
配（Ｔｖ₁・Ｔｖ₂間、Ｔｖ₂・Ｔｖ₃間）を演算する（Ｓ
５８）。また、各測定ポイント間の燃焼ガス温度Ｔｇin
・Ｔｇ₁・Ｔｇ₂・Ｔｇｏの温度勾配（Ｔｇin・Ｔｇ
₁間、Ｔｇ₁・Ｔｇ₂間、Ｔｇ₂・Ｔｇｏ間）を演算する
（Ｓ５９）。さらに、希釈エア圧力Ｐair及び希釈エア
温度Ｔairを検知すると共に、補正項の演算を行う（Ｓ
６０）。上記演算に基づいて、希釈エア供給弁ＡＣＶの
ＳＴＥＰ−Ｑマップを読み込み及び演算を行い、希釈エ
ア供給弁ＡＣＶの開度（ＳＴＥＰ）を決定する（Ｓ６
１）。そして、決定した開度に基づいて、希釈エア供給
弁ＡＣＶをＯＮする（Ｓ６２）。この一連の処理によ
り、適切な量の希釈エアがガス温度調整室３０の胴３２
の側に導入（燃焼ガスＨＧに希釈エアが混合）され、管
３２の側を通流する原燃料ガスＦＧの温度（Ｔｖ₄）を
低くして目標温度範囲内にする。

【００８８】一方、ステップ５７において、原燃料ガス
温度Ｔｖ₄が目標温度上限Ｔｖhighよりも低いと判断さ
れた場合は、希釈エア供給弁ＡＣＶをＯＦＦにして全閉
する（Ｓ６３）。この処理により、熱の損失が押さえら
れる。

【００８９】このように希釈エアを燃焼ガスに混合して
ガス温度調整室に供給することで、原燃料ガスの温度
を、第１の実施形態よりもさらに好適に制御することが
できる。

【００９０】≪第３の実施形態≫次に、本発明に係る第
３の実施形態の燃料蒸発装置の説明を行う。なお、第１
の実施形態と同一の部材・要素などについては、第１の
実施形態で使用した図面を参酌すると共に同一の符号を
付し、その説明を省略する。図１５は、第３の実施形態
の燃料蒸発装置の一部破断平面図である。図１６は、第
３の実施形態の燃料蒸発装置の制御系のブロック図であ
る。

【００９１】〔燃料電池システム〕第３の実施形態の燃
料電池システムは、第１の実施形態及び第２の実施形態
における燃料電池システムと同じであるので、その説明
を省略する。

【００９２】〔燃料蒸発装置〕第３の実施形態の燃料蒸
発装置は、第１の実施形態の燃料蒸発装置の構成をすべ
て備える。そして、第３の実施形態の燃料蒸発装置は、
ガス温度調整室に導入される燃焼ガス（高温熱媒体）を
抜き出してガス温度調整室をバイパスさせるバイパス流
路及びバイパス弁と、このバイパス弁の開度を制御する
バイパス弁制御部を有する。

【００９３】バイパス流路６１は、ガス温度調整室３０
における胴入口３２inの部分から分岐して、胴３１を迂
回し、胴出口３２outに合流する燃焼ガスＨＧのバイパ
ス流路である。第３の実施形態におけるバイパス弁ＢＶ
は、ステッピングモータにより作動するバタフライ弁で
ある。バイパス弁制御部は原燃料噴射制御部ＦＩＣが兼
ね、バイパス弁ＢＶの状態を制御する。この構成によ
り、ガス温度調整室３０に供給される燃焼ガスＨＧの量
を変化させ、もって原燃料ガスＦＧの温度調整を行う。

【００９４】〔燃料蒸発装置の一般的動作〕第３の実施
形態における燃料蒸発装置１は、燃焼ガスＨＧの量を変
化させるために燃焼ガスＨＧの流れを抜き出してバイパ
スすること以外の一般的な動作・作用は、第１の実施形
態の燃料蒸発装置１の動作・作用と同じであるので説明
を省略する。

【００９５】〔燃料蒸発装置の具体的制御〕第３の実施
形態の燃料蒸発装置の具体的制御のうち、本実施形態に
特有の、燃焼ガスＨＧをバイパスすることによる燃料ガ
スの温度調整を行う制御（定常時）を説明する。図１７
は、燃焼ガスをバイパスさせることにより原燃料ガスの
温度調整を行う制御のフローチャートである。このフロ
ーチャートは、燃料電池システムＦＣＳが車両に搭載さ
れた場合を想定するものである。

【００９６】先ず、暖機運転か否かを判断する（Ｓ７
１）。暖機運転であれば、暖機運転サブルーチンにより
暖機運転処理を行う（Ｓ８４）。次に、スロットル開度
の変化（Δθｔｈ）があるか否かを判断する（Ｓ７
２）。スロットル開度の変化（Δθｔｈ）があれば、加
速サブルーチンにより加速処理が行われる（Ｓ８５）。
この加速サブルーチンは、加速時（過渡状態時）におけ
る原燃料ＦＬの噴射を行うものである。

【００９７】ステップＳ７２でスロットル開度の変化
（Δθｔｈ）がないと判断されると、車速やスロットル
開度（θｔｈ）などから基本噴射パターン（図８(b)参
照）に基づいて、噴射するインジェクタ４１を選択する
（Ｓ７３）。次に、Ｔｉ−Ｑマップを読み込み、原燃料
ＦＬの噴射時間Ｔｉ（原燃料ＦＬの噴射量Ｑ）を仮に決
定する（Ｓ７４）。続いて、バッテリへの充電や補器類
の作動などの各種補正項による補正を行い、原燃料ＦＬ
の噴射時間Ｔｉを演算により決定する（Ｓ７５）。そし
て、ステップＳ７３で選択した基本噴射パターンとステ
ップＳ７５で決定した噴射時間Ｔｉに基づいてインジェ
クタ４１から原燃料ＦＬを噴射する（Ｓ７６）。例え
ば、スロットル開度（θｔｈ）が多少開かれている場合
には、インジェクタ４１Ａ₂及び４１Ａ₃が選択され（Ｓ
７３）、続いて噴射時間Ｔｉが演算され（Ｓ７４・Ｓ７
５）、インジェクタ４１Ａ₂及び４１Ａ₃が演算された時
間だけ作動制御される（Ｓ７６）。

【００９８】次に、ガス温度調整室３０の管出口３１ou
tにおける原燃料ガス温度Ｔｖ₄と、図８(a)に示す目標
温度上限Ｔｖhighを比較する（Ｓ７７）。原燃料ガス温
度Ｔｖ₄の方が高くなっている場合は、燃料ガスＦＧの
温度を下げる処理が行われる。具体的には、各測定ポイ
ント間の原燃料ガス温度Ｔｖ₁・Ｔｖ₂・Ｔｖ₃の温度勾
配（Ｔｖ₁・Ｔｖ₂間、Ｔｖ₂・Ｔｖ₃間）を演算する（Ｓ
７８）。また、各測定ポイント間の燃焼ガス温度Ｔｇin
・Ｔｇ₁・Ｔｇ₂・Ｔｇｏの温度勾配（Ｔｇin・Ｔｇ
₁間、Ｔｇ₁・Ｔｇ₂間、Ｔｇ₂・Ｔｇｏ間）を演算する
（Ｓ７９）。さらに、燃焼ガス温度Ｔｇｏを検知すると
共に、補正項の演算を行う（Ｓ８０）。この演算に基づ
いて、バイパス弁ＢＶのＳＴＥＰ−Ｑマップを読み込み
及び演算を行い、バイパス弁ＢＶの開度（ＳＴＥＰ）を
決定する（Ｓ８１）。そして、決定した開度に基づい
て、バイパス弁ＢＶをＯＮする（Ｓ８２）。この一連の
処理により、ガス温度調整室３０において、胴３２の側
を通流する燃焼ガスＨＧの流量を押さえることで、原燃
料ガスＦＧに与える熱量を小さくし、原燃料ガスＦＧの
温度（Ｔｖ₄）を低くして（Ｔｖ₄とＴｖ₃の温度差を小
さくして）目標温度範囲内にする。

【００９９】一方、ステップ７７において、原燃料ガス
温度Ｔｖ₄が目標温度上限Ｔｖhighよりも低いと判断さ
れた場合は、バイパス弁ＢＶをＯＦＦにして全閉する
（Ｓ８３）。この処理により、熱の損失が押さえられ
る。

【０１００】このように熱源たる燃焼ガスを抜き出して
ガス温度調整室をバイパスさせることで、原燃料ガスの
温度を、第１の実施形態よりもさらに好適に制御するこ
とができる。

【０１０１】以上説明した本発明は、上記発明の実施の
形態に限定されることなく、広く変形実施することがで
きる。例えば、上記実施の形態では、蒸発室を３室直列
に連結したが２室でも、３室以上でもよい。また、高温
熱媒体通路たる燃焼ガス通路を蒸発室上面に配設しても
よい。このようにすることで、蒸発室上面からの熱逃げ
を防止することができる。触媒燃焼器は、燃焼バーナや
電熱ヒータなどに置きかえることもできる。また、高温
熱媒体は、燃焼ガスを空気や液体などと熱交換したも
の、電熱ヒータにより加熱された空気や液体などでもよ
い。

【０１０２】また、例えば、燃焼ガスの熱量が過剰とな
るような場合は、触媒燃焼器の出口で燃焼ガスをバイパ
スして一部を排気することとしてもよい。燃焼ガスの熱
量が不足するような場合は、メタノールなどの補助燃料
を電気ヒータなどで加熱して蒸発させ、これを触媒燃焼
器で燃焼させることで燃焼ガスの熱量を増すこととして
もよい。また、燃料電池は、固体高分子型に限らず、燐
酸型の燃料電池（ＰＡＦＣ）などであってもよい。ま
た、蒸発室の形状にかかわらず本発明を実施することが
できる。さらに、第２の実施形態と第３の実施形態を組
み合わせて実施することができる。

【０１０３】

【発明の効果】本発明によれば（請求項１）、蒸発室を
連結しつつ、各インジェクタから原燃料を噴き分けるこ
とにより、任意に蒸発能力を変化させることができ、も
って原燃料ガスの温度制御、並びに原燃料ガスの発生量
の制御を容易かつ精度よく行うことができる。また、ガ
ス温度調整室により、蒸発室で蒸発して生成した原燃料
ガスの温度ムラを解消することができる。また、本発明
によれば（請求項２）、蒸発室内の温度などに基づい
て、どの／いくつの蒸発室（及び蒸発室のどの部分）に
どの程度原燃料を噴射するかを定め、原燃料噴射手段を
作動することが可能になる。よって、より一層負荷変動
に対して応答性を高めると共に、より好適な温度の原燃
料ガスを得ることができる。さらに、本発明によれば
（請求項３）、低温熱媒体を供給することにより、ガス
温度調整室の熱源として使用される高温熱媒体の温度を
調整することができ、より適した温度の原燃料ガスを後
段の機器に供給することができる。加えて、本発明によ
れば（請求項４）、高温熱媒体をバイパスすることで、
ガス温度調整室の熱源として使用される高温熱媒体の量
を調整することができ、より適した温度の原燃料ガスを
後段の機器に供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施の形態の燃料蒸発装置が
使用される燃料電池システムの構成図である。

【図２】 第１の実施形態の燃料蒸発装置の一部破断
平面図である。

【図３】 図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】 図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】 図２のＣ−Ｃ線断面図である。

【図６】 第１の実施形態の燃料蒸発装置の制御系の
ブロック図である。

【図７】 蒸発室内における原燃料噴射位置と蒸発室
出口における原燃料ガス温度の関係を示す図である。

【図８】 （ａ）は原燃料ガス温度の目標温度範囲と
許容温度範囲を説明する図であり、（ｂ）は定常時にお
ける基本噴射パターンを示す。

【図９】 第１の実施形態の燃料蒸発装置の定常時に
おける制御を示すフローチャートである。

【図１０】 第１の実施形態の燃料蒸発装置の加速時に
おける制御を示すフローチャートである。

【図１１】 第１の実施形態の燃料蒸発装置を使用した
燃料電池システムの運転出力と原燃料ガス温度の関係を
示す図である。

【図１２】 第２の実施形態の燃料蒸発装置の一部破断
平面図である。

【図１３】 第２の実施形態の燃料蒸発装置の制御系の
ブロック図である。

【図１４】 第２の実施形態の燃料蒸発装置の燃焼ガス
に希釈エアを混合することにより燃料ガスの温度調整を
行う制御のフローチャートである。

【図１５】 第３の実施形態の燃料蒸発装置の一部破断
平面図である。

【図１６】 第３の実施形態の燃料蒸発装置の制御系の
ブロック図である。

【図１７】 第３の実施形態の燃料蒸発装置の燃焼ガス
をバイパスさせることにより原燃料ガスの温度調整を行
う制御のフローチャートである。

【図１８】 従来例における燃料蒸発装置の断面図で
ある。

【符号の説明】

ＦＬ … 原燃料 ＦＧ … 原燃料ガス ＨＧ … 燃焼ガス（高温熱媒体） １ … 燃料蒸発装置 １１ … 蒸発室 １１Ａ… 第１蒸発室（蒸発室） １１Ｂ… 第２蒸発室（蒸発室） １１Ｃ… 第３蒸発室（蒸発室） ３０ … ガス温度調整室 ４０ … 原燃料噴射手段（原燃料噴射装置） ５１ … 低温熱媒体供給流路（希釈エア供給流路） ６１ … バイパス流路 ＦＩＣ… 原燃料噴射制御部（低温熱媒体供給弁制御部
・バイパス弁制御部） ＡＣＶ… 低温熱媒体供給弁（希釈エア供給弁） ＢＶ … バイパス弁 Ｔｖ₁、Ｔｖ₂、Ｔｖ₃、Ｔｖ₄… 原燃料ガス温度センサ
（温度センサ、原燃料ガス温度） Ｔｇin、Ｔｇ₁、Ｔｇ₂、Ｔｇｏ… 燃焼ガス温度センサ
（温度センサ、燃焼ガス温度）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 立原 隆宏 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 (72)発明者 中村 雅人 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） 3K068 AA11 AB19 AB35 BB12 BB25 4G040 EA02 EA06 EB03 EB04 EB43 5H027 BA01 BA09 BA16 KK41 MM12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温熱媒体により原燃料を蒸発させ原
   燃料ガスを得る蒸発室を備えた燃料蒸発装置において、 前記蒸発室は複数の蒸発室が直列に通気可能に連結され
   てなり、 前記蒸発室に連結されこの蒸発室から送られる原燃料ガ
   スを前記高温熱媒体と熱交換し温度調整するガス温度調
   整室と、 前記複数の蒸発室にそれぞれ設けられ前記原燃料を噴射
   する原燃料噴射手段と、を備えることを特徴とする燃料
   蒸発装置。
2. 【請求項２】 前記燃料蒸発装置内のいずれかの温度
   を検知する温度センサと、 この温度センサからの温度信号を受けていずれかの前記
   原燃料噴射手段を選択し、前記原燃料を噴射させる原燃
   料噴射制御部と、を備えることを特徴とする請求項１に
   記載の燃料蒸発装置。
3. 【請求項３】 前記ガス温度調整室に導入される高温
   熱媒体に低温熱媒体を混合する低温熱媒体供給部、低温
   熱媒体供給流路及び低温熱媒体供給弁と、 この低温熱媒体供給弁の開度を制御する低温熱媒体供給
   弁制御部と、を備えることを特徴とする請求項１又は請
   求項２に記載の燃料蒸発装置。
4. 【請求項４】 前記ガス温度調整室に導入される高温
   熱媒体を抜き出して前記ガス温度調整室をバイパスさせ
   るバイパス流路及びバイパス弁と、 このバイパス弁の開度を制御するバイパス弁制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のい
   ずれか１項に記載の燃料蒸発装置。