JP2003269882A - 積層型蒸発器 - Google Patents
積層型蒸発器Info
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- JP2003269882A JP2003269882A JP2002072484A JP2002072484A JP2003269882A JP 2003269882 A JP2003269882 A JP 2003269882A JP 2002072484 A JP2002072484 A JP 2002072484A JP 2002072484 A JP2002072484 A JP 2002072484A JP 2003269882 A JP2003269882 A JP 2003269882A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 蒸発器として熱交換効率が高く、かつコンパ
クト化を図る。 【解決手段】 プレート２１，２３が交互に積層され
て、燃料流路２５と高温流体流路２７とが形成される。
燃料流路２５における各プレート２１，２３の表面３３
には、水平方向に沿ってジグザグ状となる溝３５が複数
形成されている。液体燃料Ｆが鉛直方向上方に向けて燃
料流路２５に供給されると、表面３３に沿って流れる液
体燃料Ｆは、溝３５に捕捉されると同時に、溝３５内で
は、液体燃料Ｆの表面張力により薄い液膜が形成され
る。
クト化を図る。 【解決手段】 プレート２１，２３が交互に積層され
て、燃料流路２５と高温流体流路２７とが形成される。
燃料流路２５における各プレート２１，２３の表面３３
には、水平方向に沿ってジグザグ状となる溝３５が複数
形成されている。液体燃料Ｆが鉛直方向上方に向けて燃
料流路２５に供給されると、表面３３に沿って流れる液
体燃料Ｆは、溝３５に捕捉されると同時に、溝３５内で
は、液体燃料Ｆの表面張力により薄い液膜が形成され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、高温流体が流れ
る高温流体流路と、高温流体に加熱されて蒸発する液体
燃料が流れる燃料流路とが、隔壁を隔てて交互に形成さ
れる積層型蒸発器に関する。
る高温流体流路と、高温流体に加熱されて蒸発する液体
燃料が流れる燃料流路とが、隔壁を隔てて交互に形成さ
れる積層型蒸発器に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１７は、燃料電池１に供給する水素を
生成するための燃料改質システムを示している。この燃
料改質システムは、燃料タンク３内の水およびメタノー
ルからなる混合液Ｆを、蒸発器５で蒸発させる。蒸発し
た水とメタノールの混合蒸気Ｊは、混合器７により、圧
縮機９から送られる空気Ａと混合し、ＡＴＲ（オートサ
ーマル反応器）１１に送られる。ＡＴＲ１１では、メタ
ノールを、水並びに空気内の酸素を用いて触媒反応によ
り燃料改質し、水素リッチな改質ガスを生成する。
生成するための燃料改質システムを示している。この燃
料改質システムは、燃料タンク３内の水およびメタノー
ルからなる混合液Ｆを、蒸発器５で蒸発させる。蒸発し
た水とメタノールの混合蒸気Ｊは、混合器７により、圧
縮機９から送られる空気Ａと混合し、ＡＴＲ（オートサ
ーマル反応器）１１に送られる。ＡＴＲ１１では、メタ
ノールを、水並びに空気内の酸素を用いて触媒反応によ
り燃料改質し、水素リッチな改質ガスを生成する。
【０００３】改質ガスには、一酸化炭素が含まれてお
り、この一酸化炭素を、シフト反応器１３およびＰＲＯ
Ｘ（選択酸化）反応器１５からなる一酸化炭素クリーナ
システムにより除去した後、水素リッチとなった改質ガ
スを前記した燃料電池１に供給する。
り、この一酸化炭素を、シフト反応器１３およびＰＲＯ
Ｘ（選択酸化）反応器１５からなる一酸化炭素クリーナ
システムにより除去した後、水素リッチとなった改質ガ
スを前記した燃料電池１に供給する。
【０００４】また、燃料電池１にて余剰となった水素や
空気は、触媒燃焼器１７に供給されて燃焼し、この燃焼
熱が前記した蒸発器５にて使用される。
空気は、触媒燃焼器１７に供給されて燃焼し、この燃焼
熱が前記した蒸発器５にて使用される。
【０００５】このような、改質システムにおける蒸発器
５は、特に自動車などの移動体に適用する場合には、高
い熱交換効率で応答性が高く、コンパクトなものが要求
される。
５は、特に自動車などの移動体に適用する場合には、高
い熱交換効率で応答性が高く、コンパクトなものが要求
される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】蒸発器として、例えば
特開２０００−１６８０１号公報に記載されたものは、
内管内に供給される高温媒体により、内管とで二重管を
構成する外管の内面に形成した螺旋状の溝に供給される
燃料が、内管と外管との間に介装してある焼結金属管を
浸透して蒸発する。
特開２０００−１６８０１号公報に記載されたものは、
内管内に供給される高温媒体により、内管とで二重管を
構成する外管の内面に形成した螺旋状の溝に供給される
燃料が、内管と外管との間に介装してある焼結金属管を
浸透して蒸発する。
【０００７】ところが、このものは、高温媒体が内管内
を流れるのみで、内管の外側に供給される燃料は、焼結
金属管の通路抵抗を受けるとともに、燃料が内管により
直接加熱されず、気体（加熱蒸気）を介して間接的に加
熱される構造であるため、高効率な熱交換が難しく、コ
ンパクト化を図ることができない。
を流れるのみで、内管の外側に供給される燃料は、焼結
金属管の通路抵抗を受けるとともに、燃料が内管により
直接加熱されず、気体（加熱蒸気）を介して間接的に加
熱される構造であるため、高効率な熱交換が難しく、コ
ンパクト化を図ることができない。
【０００８】また、実公平３−２７２６０号公報に記載
されたものは、空気により冷媒を蒸発させる場合に、液
管内では、二相域において、気泡が成長することによっ
て、体積が急激に増大し、また気（泡）化していない液
が下流に吹き飛ばされるため、この下流に吹き飛ばされ
た液を気化するために、下流側にも蒸発面を設けなけれ
ばならず、蒸発器としてコンパクト化を図ることができ
ない。
されたものは、空気により冷媒を蒸発させる場合に、液
管内では、二相域において、気泡が成長することによっ
て、体積が急激に増大し、また気（泡）化していない液
が下流に吹き飛ばされるため、この下流に吹き飛ばされ
た液を気化するために、下流側にも蒸発面を設けなけれ
ばならず、蒸発器としてコンパクト化を図ることができ
ない。
【０００９】そこで、この発明は、蒸発器として熱交換
効率が高く、かつコンパクト化を図ることを目的として
いる。
効率が高く、かつコンパクト化を図ることを目的として
いる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、高温流体が流れる高温流体流路
と、前記高温流体に加熱されて蒸発する液体燃料が流れ
る燃料流路とが、隔壁を隔てて交互に形成される積層型
蒸発器において、前記燃料流路における前記隔壁の表面
に、凹部を設けた構成としてある。
に、請求項１の発明は、高温流体が流れる高温流体流路
と、前記高温流体に加熱されて蒸発する液体燃料が流れ
る燃料流路とが、隔壁を隔てて交互に形成される積層型
蒸発器において、前記燃料流路における前記隔壁の表面
に、凹部を設けた構成としてある。
【００１１】請求項２の発明は、請求項１の発明の構成
において、前記凹部は、前記液体燃料の流れ方向と交差
する溝で構成されるものとしてある。
において、前記凹部は、前記液体燃料の流れ方向と交差
する溝で構成されるものとしてある。
【００１２】請求項３の発明は、請求項２の発明の構成
において、前記溝は、互いに交差する溝で構成されるも
のとしてある。
において、前記溝は、互いに交差する溝で構成されるも
のとしてある。
【００１３】請求項４の発明は、請求項１ないし３のい
ずれかの発明の構成において、前記燃料流路は、鉛直方
向に向けて形成されて前記燃料が鉛直方向上方に向けて
供給され、前記隔壁の表面に、鉛直方向および水平方向
にそれぞれ延長される鉛直方向溝および水平方向溝を、
前記溝より深くなるよう設け、前記水平方向溝は、前記
鉛直方向溝の下流側に配置される構成としてある。
ずれかの発明の構成において、前記燃料流路は、鉛直方
向に向けて形成されて前記燃料が鉛直方向上方に向けて
供給され、前記隔壁の表面に、鉛直方向および水平方向
にそれぞれ延長される鉛直方向溝および水平方向溝を、
前記溝より深くなるよう設け、前記水平方向溝は、前記
鉛直方向溝の下流側に配置される構成としてある。
【００１４】請求項５の発明は、請求項１ないし３のい
ずれかの発明の構成において、前記燃料流路は、鉛直方
向に向けて形成されて前記燃料が鉛直方向上方に向けて
供給され、前記隔壁の表面に、鉛直方向に延長されかつ
前記溝より深い鉛直方向溝を設けるとともに、この鉛直
方向溝の下流側の端部に、鉛直方向溝より深い位置まで
屈曲するクランク通路を、前記燃料流路の両側の隔壁相
互間で形成した構成としてある。
ずれかの発明の構成において、前記燃料流路は、鉛直方
向に向けて形成されて前記燃料が鉛直方向上方に向けて
供給され、前記隔壁の表面に、鉛直方向に延長されかつ
前記溝より深い鉛直方向溝を設けるとともに、この鉛直
方向溝の下流側の端部に、鉛直方向溝より深い位置まで
屈曲するクランク通路を、前記燃料流路の両側の隔壁相
互間で形成した構成としてある。
【００１５】請求項６の発明は、請求項５の発明の構成
において、前記クランク通路の屈曲方向と反対側の前記
隔壁の高温流体流路側に、前記クランク通路に対応する
高温流体側凹部を設けた構成としてある。
において、前記クランク通路の屈曲方向と反対側の前記
隔壁の高温流体流路側に、前記クランク通路に対応する
高温流体側凹部を設けた構成としてある。
【００１６】請求項７の発明は、請求項４ないし６のい
ずれの発明の構成において、前記鉛直方向溝を、前記互
いに交差する溝の交差部に設けた構成としてある。
ずれの発明の構成において、前記鉛直方向溝を、前記互
いに交差する溝の交差部に設けた構成としてある。
【００１７】請求項８の発明はは、請求項３の発明の構
成において、前記互いに交差する溝の交差部に、前記交
差する溝相互を隔てる仕切壁を設けた構成としてある。
成において、前記互いに交差する溝の交差部に、前記交
差する溝相互を隔てる仕切壁を設けた構成としてある。
【００１８】請求項９の発明はは、請求項１の発明の構
成において、前記凹部は、ショットピーニングにより形
成される構成としてある。
成において、前記凹部は、ショットピーニングにより形
成される構成としてある。
【００１９】請求項１０の発明は、請求項１ないし９の
いずれかの発明の構成において、前記凹部は、濡れ性を
高める表面処理が施されている構成としてある。
いずれかの発明の構成において、前記凹部は、濡れ性を
高める表面処理が施されている構成としてある。
【００２０】請求項１１の発明は、請求項１ないし８，
１０のいずれかの発明の構成において、前記凹部は、エ
ッチング加工により形成されるとともに、前記高温流体
流路および前記燃料流路を形成する互いに積層される隔
壁相互は、拡散接合により接合される構成としてある。
１０のいずれかの発明の構成において、前記凹部は、エ
ッチング加工により形成されるとともに、前記高温流体
流路および前記燃料流路を形成する互いに積層される隔
壁相互は、拡散接合により接合される構成としてある。
【００２１】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、隔壁の表面に
設けた凹部に液体燃料が捕捉され、捕捉された液体燃料
の液滴が表面張力により凹部内にて薄い液膜を形成する
ので、液体燃料は高温流体によって効率よく加熱され、
熱伝達効率を向上させることができ、蒸発器としてコン
パクト化を図ることができる。
設けた凹部に液体燃料が捕捉され、捕捉された液体燃料
の液滴が表面張力により凹部内にて薄い液膜を形成する
ので、液体燃料は高温流体によって効率よく加熱され、
熱伝達効率を向上させることができ、蒸発器としてコン
パクト化を図ることができる。
【００２２】請求項２の発明によれば、液体燃料は、液
体燃料の流れ方向と交差する溝により、確実に捕捉され
る。
体燃料の流れ方向と交差する溝により、確実に捕捉され
る。
【００２３】請求項３の発明によれば、液体燃料は、互
いに交差する溝の交差部にて流れの抵抗を受け、より確
実に捕捉される。
いに交差する溝の交差部にて流れの抵抗を受け、より確
実に捕捉される。
【００２４】請求項４の発明によれば、隔壁に沿って流
れる液体燃料が水平方向溝に入り込み、その後鉛直方向
溝に沿って鉛直方向下方の上流側へ向けて流下するの
で、隔壁を流れる過程で気化しきれない液体燃料を確実
に気化させることができる。
れる液体燃料が水平方向溝に入り込み、その後鉛直方向
溝に沿って鉛直方向下方の上流側へ向けて流下するの
で、隔壁を流れる過程で気化しきれない液体燃料を確実
に気化させることができる。
【００２５】請求項５の発明によれば、隔壁に沿って流
れる液体燃料がクランク通路に入り込み、その後鉛直方
向溝に沿って鉛直方向下方の上流側へ向けて流下するの
で、隔壁を流れる過程で気化しきれない液体燃料を確実
に気化させることができる。
れる液体燃料がクランク通路に入り込み、その後鉛直方
向溝に沿って鉛直方向下方の上流側へ向けて流下するの
で、隔壁を流れる過程で気化しきれない液体燃料を確実
に気化させることができる。
【００２６】請求項６の発明によれば、クランク通路に
対応する隔壁の高温流体流路側に高温流体側凹部を設け
ることで、高温流体流路がよりクランク通路に近接する
ことになり、クランク通路内の液体燃料の気化を促進さ
せることができる。
対応する隔壁の高温流体流路側に高温流体側凹部を設け
ることで、高温流体流路がよりクランク通路に近接する
ことになり、クランク通路内の液体燃料の気化を促進さ
せることができる。
【００２７】請求項７の発明によれば、鉛直方向溝を上
流側へ流下してくる液体燃料を、互いに交差する溝の交
差部から下流側に効率よく流すことができる。
流側へ流下してくる液体燃料を、互いに交差する溝の交
差部から下流側に効率よく流すことができる。
【００２８】請求項８の発明によれば、仕切壁を隔てて
その両側の溝内の液体燃料の液滴の合体が回避され、液
滴の大型化による下流への吐出を防止することができ
る。
その両側の溝内の液体燃料の液滴の合体が回避され、液
滴の大型化による下流への吐出を防止することができ
る。
【００２９】請求項９の発明によれば、ショットピーニ
ングにより形成した凹部により、液体燃料が捕捉され、
捕捉された液体燃料の液滴が表面張力により凹部内にて
薄い液膜を形成するので、液体燃料は高温流体によって
効率よく加熱され、熱伝達効率を向上させることがで
き、蒸発器としてコンパクト化を図ることができる。
ングにより形成した凹部により、液体燃料が捕捉され、
捕捉された液体燃料の液滴が表面張力により凹部内にて
薄い液膜を形成するので、液体燃料は高温流体によって
効率よく加熱され、熱伝達効率を向上させることがで
き、蒸発器としてコンパクト化を図ることができる。
【００３０】請求項１０の発明によれば、凹部は、表面
処理により濡れ性が高められているので、液体燃料が凹
部内にて薄い液膜を形成しやすくなる。
処理により濡れ性が高められているので、液体燃料が凹
部内にて薄い液膜を形成しやすくなる。
【００３１】請求項１１の発明によれば、凹部は、エッ
チング加工により形成することで、形状自由度が高まる
ので、熱伝達および液滴の捕捉機能に対して最適な形状
の設定が可能となる。また、高温流体流路および燃料流
路を形成する互いに積層される隔壁相互を、拡散接合に
より接合することで、ろう材などの接合剤が不要とな
り、軽量化および接合信頼性の向上を図ることができ
る。
チング加工により形成することで、形状自由度が高まる
ので、熱伝達および液滴の捕捉機能に対して最適な形状
の設定が可能となる。また、高温流体流路および燃料流
路を形成する互いに積層される隔壁相互を、拡散接合に
より接合することで、ろう材などの接合剤が不要とな
り、軽量化および接合信頼性の向上を図ることができ
る。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき説明する。
面に基づき説明する。
【００３３】図１は、この発明の第１の実施形態を示す
蒸発器の内部構造を示す斜視図であり、図２は図１のＡ
−Ａ断面図である。この蒸発器は、隔壁としての２種の
プレート２１，２３を交互に積層し、プレート２１，２
３相互間に燃料流路２５と高温流体流路２７とをそれぞ
れ交互に形成したものである。
蒸発器の内部構造を示す斜視図であり、図２は図１のＡ
−Ａ断面図である。この蒸発器は、隔壁としての２種の
プレート２１，２３を交互に積層し、プレート２１，２
３相互間に燃料流路２５と高温流体流路２７とをそれぞ
れ交互に形成したものである。
【００３４】一方のプレート２１は、図１中で左右両側
部に接合用リブ２９が形成され、この接合用リブ２９
が、プレート２１の図１中で手前側に位置する図示され
ていないプレート（プレート２３と同種のもの）に接合
固定される。この接合により、プレート２１の図１中で
手前側に、上記した燃料流路２５が形成される。
部に接合用リブ２９が形成され、この接合用リブ２９
が、プレート２１の図１中で手前側に位置する図示され
ていないプレート（プレート２３と同種のもの）に接合
固定される。この接合により、プレート２１の図１中で
手前側に、上記した燃料流路２５が形成される。
【００３５】他方のプレート２３には、図１中で上下両
側部に接合用リブ３１が形成され、この接合用リブ３１
がプレート２１の図１中で紙面裏側に接合固定される。
この接合により、プレート２１とプレート２３との間
に、上記した高温流体流路２７が形成される。
側部に接合用リブ３１が形成され、この接合用リブ３１
がプレート２１の図１中で紙面裏側に接合固定される。
この接合により、プレート２１とプレート２３との間
に、上記した高温流体流路２７が形成される。
【００３６】上記したプレート２１，２３相互の接合方
法としては、例えば拡散接合があるが、これに限定され
るものでない。
法としては、例えば拡散接合があるが、これに限定され
るものでない。
【００３７】上記したような接合構造により、それぞれ
複数設けたプレート２１とプレート２３とが順次積層さ
れて、燃料流路２５と高温流体流路２７とがそれぞれ交
互に形成される。そして、ここでは液体燃料Ｆが、燃料
流路２５を図１中で下部側から鉛直方向上方へ向けて供
給される一方、高温流体である高温ガスＧが、図１中で
左から右方向に向けて供給され、この高温ガスＧにより
液体燃料Ｆが、プレート２１，２３を介して加熱されて
蒸発する。
複数設けたプレート２１とプレート２３とが順次積層さ
れて、燃料流路２５と高温流体流路２７とがそれぞれ交
互に形成される。そして、ここでは液体燃料Ｆが、燃料
流路２５を図１中で下部側から鉛直方向上方へ向けて供
給される一方、高温流体である高温ガスＧが、図１中で
左から右方向に向けて供給され、この高温ガスＧにより
液体燃料Ｆが、プレート２１，２３を介して加熱されて
蒸発する。
【００３８】燃料流路２５を形成するその両側の各プレ
ート２１，２３の表面３３には、凹部としての溝３５
が、図１中で上下方向に沿って等間隔に複数形成されて
いる。この溝３５は、鉛直方向に対し互いに逆方向に傾
斜した傾斜溝３５ａ，３５ｂの下端相互および上端相互
がそれぞれ連通接続されて水平方向に沿ってジグザグ状
に形成されている。すなわち、上記した溝３５は、液体
燃料Ｆの流れ方向に対して交差し、かつ傾斜溝３５ａ，
３５ｂ相互が互いに交差していることになる。このよう
な溝３５の形成は、例えばエッチング加工によって行う
が、エッチング加工に限定されるものではない。
ート２１，２３の表面３３には、凹部としての溝３５
が、図１中で上下方向に沿って等間隔に複数形成されて
いる。この溝３５は、鉛直方向に対し互いに逆方向に傾
斜した傾斜溝３５ａ，３５ｂの下端相互および上端相互
がそれぞれ連通接続されて水平方向に沿ってジグザグ状
に形成されている。すなわち、上記した溝３５は、液体
燃料Ｆの流れ方向に対して交差し、かつ傾斜溝３５ａ，
３５ｂ相互が互いに交差していることになる。このよう
な溝３５の形成は、例えばエッチング加工によって行う
が、エッチング加工に限定されるものではない。
【００３９】上記した蒸発器によれば、液体燃料Ｆが燃
料流路２５を、図１中で下部側から鉛直方向上方に向け
て流れる際に、高温流体流路２７を流れる高温ガスＧと
熱交換を行い、気泡Ｂが発生する。このとき、気泡Ｂの
成長により押し出された気泡下流の液体燃料は、ジグザ
グ状の溝３５によって流れの抵抗を受け捕捉されると同
時に、溝３５内では、図３に溝３５の拡大した断面図で
示すように、液体燃料Ｆの表面張力により薄い液膜ＴＦ
が形成される。
料流路２５を、図１中で下部側から鉛直方向上方に向け
て流れる際に、高温流体流路２７を流れる高温ガスＧと
熱交換を行い、気泡Ｂが発生する。このとき、気泡Ｂの
成長により押し出された気泡下流の液体燃料は、ジグザ
グ状の溝３５によって流れの抵抗を受け捕捉されると同
時に、溝３５内では、図３に溝３５の拡大した断面図で
示すように、液体燃料Ｆの表面張力により薄い液膜ＴＦ
が形成される。
【００４０】これにより、溝３５内の液膜ＴＦとなった
液体燃料Ｆが効率よく気化され、液滴のまま下流側へ流
れることを防止する。このため、下流側にさらに蒸発面
を設ける必要がなく、熱交換効率を高く維持しつつ、蒸
発器としてのコンパクト化を達成することができる。
液体燃料Ｆが効率よく気化され、液滴のまま下流側へ流
れることを防止する。このため、下流側にさらに蒸発面
を設ける必要がなく、熱交換効率を高く維持しつつ、蒸
発器としてのコンパクト化を達成することができる。
【００４１】図４は、この発明の第２の実施形態を示し
ている。この実施形態は、図１に示した傾斜溝３５ａと
傾斜溝３５ｂの上端相互が交差する交差部３７に、図４
の拡大したＢ−Ｂ断面図である図５に示すように、傾斜
溝３５ａと傾斜溝３５ｂとを仕切る仕切壁３９を設けて
いる。仕切壁３９を設けることで、図６（ａ）のよう
に、各傾斜溝３５ａ，３５ｂをそれぞれ流れてくる液滴
４０が、交差部３７にて合体せずに分離された状態とな
り、表面３３からの液滴４０の突出を防ぎ、液滴４０の
下流側への移動を防止する。
ている。この実施形態は、図１に示した傾斜溝３５ａと
傾斜溝３５ｂの上端相互が交差する交差部３７に、図４
の拡大したＢ−Ｂ断面図である図５に示すように、傾斜
溝３５ａと傾斜溝３５ｂとを仕切る仕切壁３９を設けて
いる。仕切壁３９を設けることで、図６（ａ）のよう
に、各傾斜溝３５ａ，３５ｂをそれぞれ流れてくる液滴
４０が、交差部３７にて合体せずに分離された状態とな
り、表面３３からの液滴４０の突出を防ぎ、液滴４０の
下流側への移動を防止する。
【００４２】仕切壁３９を設けていない場合には、図６
（ａ）に示してある各傾斜溝３５ａ，３５ｂの液滴４０
が、図６（ｂ）のように、交差部３７にて合体し、液滴
４０ａのように大きくなって表面３３から突出した状態
となり、突出した液滴４０ａは、その一部もしくは全部
が下流側へ運ばれてしまうことになる。
（ａ）に示してある各傾斜溝３５ａ，３５ｂの液滴４０
が、図６（ｂ）のように、交差部３７にて合体し、液滴
４０ａのように大きくなって表面３３から突出した状態
となり、突出した液滴４０ａは、その一部もしくは全部
が下流側へ運ばれてしまうことになる。
【００４３】図７は、この発明の第３の実施形態を示し
ている。この実施形態は、溝３５を、液体燃料Ｆの流れ
方向に対して交差し、かつ互いに交差する複数の傾斜溝
３５ｃ，３５ｄにより構成している。この場合、傾斜溝
３５ｃのみでも、また傾斜溝３５ｄのみでも構わない。
ている。この実施形態は、溝３５を、液体燃料Ｆの流れ
方向に対して交差し、かつ互いに交差する複数の傾斜溝
３５ｃ，３５ｄにより構成している。この場合、傾斜溝
３５ｃのみでも、また傾斜溝３５ｄのみでも構わない。
【００４４】図８は、この発明の第４の実施形態を示し
ている。この実施形態は、水平方向に延長して形成した
溝３５を、上下方向に沿って等間隔に複数形成したもの
である。水平方向の溝３５に代えて、図８中で上下方向
の鉛直方向に延長される溝を複数設けるようにしてもよ
い。
ている。この実施形態は、水平方向に延長して形成した
溝３５を、上下方向に沿って等間隔に複数形成したもの
である。水平方向の溝３５に代えて、図８中で上下方向
の鉛直方向に延長される溝を複数設けるようにしてもよ
い。
【００４５】なお、上記した第３および第４の各実施形
態においては、溝３５を除く他の構成は図１のものと同
様であり、図１のものと同一部分には、同一符号を付し
てある。そして、これら各実施形態でも、液体燃料は、
溝３５によって流れの抵抗を受け捕捉されると同時に、
溝３５内では、図３に示したように、薄い液膜ＴＦが形
成される。これにより、溝３５内の液膜ＴＦとなった液
体燃料Ｆが効率よく気化され、熱交換効率を高く維持し
つつ、蒸発器としてのコンパクト化を達成することがで
きる。
態においては、溝３５を除く他の構成は図１のものと同
様であり、図１のものと同一部分には、同一符号を付し
てある。そして、これら各実施形態でも、液体燃料は、
溝３５によって流れの抵抗を受け捕捉されると同時に、
溝３５内では、図３に示したように、薄い液膜ＴＦが形
成される。これにより、溝３５内の液膜ＴＦとなった液
体燃料Ｆが効率よく気化され、熱交換効率を高く維持し
つつ、蒸発器としてのコンパクト化を達成することがで
きる。
【００４６】図９は、この発明の第５の実施形態を示し
ている。この実施形態は、図１に示した第１の実施形態
に対し、鉛直方向溝４１および水平方向溝４３を、溝３
５より深くなるよう形成している。図１０は図９のＣ−
Ｃ断面図、図１１は図９のＤ−Ｄ断面図である。なお、
鉛直方向溝４１および水平方向溝４３は、プレート２
１，２３の一方に設けても、双方に設けても構わない。
ている。この実施形態は、図１に示した第１の実施形態
に対し、鉛直方向溝４１および水平方向溝４３を、溝３
５より深くなるよう形成している。図１０は図９のＣ−
Ｃ断面図、図１１は図９のＤ−Ｄ断面図である。なお、
鉛直方向溝４１および水平方向溝４３は、プレート２
１，２３の一方に設けても、双方に設けても構わない。
【００４７】鉛直方向溝４１は、傾斜溝３５ａと傾斜溝
３５ｂとの各下端相互が交差する交差部４５に沿って、
図９中で上下方向（鉛直方向）に延長して形成されてい
る。一方、水平方向溝４３は、鉛直方向溝４１の図中上
部の下流側の端部相互を連通するよう形成されている。
３５ｂとの各下端相互が交差する交差部４５に沿って、
図９中で上下方向（鉛直方向）に延長して形成されてい
る。一方、水平方向溝４３は、鉛直方向溝４１の図中上
部の下流側の端部相互を連通するよう形成されている。
【００４８】この実施形態では、プレート２１，２３の
表面３３および溝３５を流れる液体燃料Ｆは、蒸発しつ
つ、蒸発しきれないものが、水平方向溝４３に入り込
み、ここに溜まった液体燃料Ｆは、鉛直方向溝４１に沿
って流下し、上流側（図９中で下部側）へ運ばれる。鉛
直方向溝４１に液体燃料Ｆが一定量溜まり、図１１に示
すように、そこでの液面Ｌが溝３５の溝深さ（底面）を
超えると、鉛直方向溝４１内の液体燃料Ｆは、溝３５に
流れ出し、この溝３５に沿って流れる過程で蒸発する。
表面３３および溝３５を流れる液体燃料Ｆは、蒸発しつ
つ、蒸発しきれないものが、水平方向溝４３に入り込
み、ここに溜まった液体燃料Ｆは、鉛直方向溝４１に沿
って流下し、上流側（図９中で下部側）へ運ばれる。鉛
直方向溝４１に液体燃料Ｆが一定量溜まり、図１１に示
すように、そこでの液面Ｌが溝３５の溝深さ（底面）を
超えると、鉛直方向溝４１内の液体燃料Ｆは、溝３５に
流れ出し、この溝３５に沿って流れる過程で蒸発する。
【００４９】このように、図９に示した第５の実施形態
では、表面３３および溝３５を流れる過程で蒸発しきれ
ない液体燃料Ｆが、順次上流側に運ばれて蒸発するの
で、液体燃料Ｆの蒸発を確実に行うことができる。
では、表面３３および溝３５を流れる過程で蒸発しきれ
ない液体燃料Ｆが、順次上流側に運ばれて蒸発するの
で、液体燃料Ｆの蒸発を確実に行うことができる。
【００５０】図１２は、この発明の第６の実施形態を示
している。図１３は、図１２のＥ−Ｅ断面図である。こ
の実施形態は、図９に示した第５の実施形態における水
平方向溝４３に代えて、鉛直方向溝４１より深い位置ま
で屈曲するクランク通路４７を設けたものである。その
他の構成は、図９と同様である。ただし、ここでは、プ
レート２１側のみに溝３５を形成した場合を想定してい
る。
している。図１３は、図１２のＥ−Ｅ断面図である。こ
の実施形態は、図９に示した第５の実施形態における水
平方向溝４３に代えて、鉛直方向溝４１より深い位置ま
で屈曲するクランク通路４７を設けたものである。その
他の構成は、図９と同様である。ただし、ここでは、プ
レート２１側のみに溝３５を形成した場合を想定してい
る。
【００５１】クランク通路４７は、プレート２１の表面
３３の下流側部分における、液体燃料Ｆの流れ方向と直
交する幅方向（図１２中で左右方向）全域に、鉛直方向
溝４１より深くなる凹部４９を設け、プレート２１の図
１２中で紙面手前側に接合されるプレート２３に、凹部
４９に入り込むよう突出する凸部５１を設けることで、
形成される。
３３の下流側部分における、液体燃料Ｆの流れ方向と直
交する幅方向（図１２中で左右方向）全域に、鉛直方向
溝４１より深くなる凹部４９を設け、プレート２１の図
１２中で紙面手前側に接合されるプレート２３に、凹部
４９に入り込むよう突出する凸部５１を設けることで、
形成される。
【００５２】すなわち、上記したクランク通路４７は、
プレート２１に形成した凹部４９と、プレート２３に形
成した凸部５１との間に形成されるものである。
プレート２１に形成した凹部４９と、プレート２３に形
成した凸部５１との間に形成されるものである。
【００５３】この場合にも、前記図９に示した第５の実
施形態と同様に、表面３３および溝３５を流れる液体燃
料Ｆは、蒸発しつつ、蒸発しきれないものが、クランク
通路４７に入り込み、ここに溜まった液体燃料Ｆは、鉛
直方向溝４１に沿って流下し、上流側へ運ばれる。鉛直
方向溝４１に液体燃料Ｆが一定量溜まり、前記図１１と
同様に、そこでの液面Ｌが溝３５の溝深さ（底面）を超
えると、鉛直方向溝４１内の液体燃料Ｆは、溝３５に流
れ出し、この溝３５に沿って流れる過程で蒸発する。
施形態と同様に、表面３３および溝３５を流れる液体燃
料Ｆは、蒸発しつつ、蒸発しきれないものが、クランク
通路４７に入り込み、ここに溜まった液体燃料Ｆは、鉛
直方向溝４１に沿って流下し、上流側へ運ばれる。鉛直
方向溝４１に液体燃料Ｆが一定量溜まり、前記図１１と
同様に、そこでの液面Ｌが溝３５の溝深さ（底面）を超
えると、鉛直方向溝４１内の液体燃料Ｆは、溝３５に流
れ出し、この溝３５に沿って流れる過程で蒸発する。
【００５４】図１４は、この発明の第７の実施形態を示
している。この実施形態は、図１３に示した第６の実施
形態に対し、プレート２３の凸部５１に対応するその裏
面側の高温流体流路２７側に、高温流体側凹部５３を形
成している。これにより、クランク通路４７内の液体燃
料Ｆの液滴が、高温ガスＧに対してより近い位置で加熱
されることになり、液体燃料Ｆの気化が促進される。
している。この実施形態は、図１３に示した第６の実施
形態に対し、プレート２３の凸部５１に対応するその裏
面側の高温流体流路２７側に、高温流体側凹部５３を形
成している。これにより、クランク通路４７内の液体燃
料Ｆの液滴が、高温ガスＧに対してより近い位置で加熱
されることになり、液体燃料Ｆの気化が促進される。
【００５５】図１５は、この発明の第８の実施形態を示
している。この実施形態は、プレート２１（２３）の表
面３３に、多数の凹部５５を形成したものである。この
ような凹部５５を形成することで、凹部５５に液体燃料
Ｆが捕捉され、凹部５５内にて液体燃料Ｆが、前記図１
に示した第１の実施形態と同様にして表面張力により薄
い液膜を形成し、この結果液体燃料Ｆが効率よく気化さ
れ、熱交換効率が向上する。
している。この実施形態は、プレート２１（２３）の表
面３３に、多数の凹部５５を形成したものである。この
ような凹部５５を形成することで、凹部５５に液体燃料
Ｆが捕捉され、凹部５５内にて液体燃料Ｆが、前記図１
に示した第１の実施形態と同様にして表面張力により薄
い液膜を形成し、この結果液体燃料Ｆが効率よく気化さ
れ、熱交換効率が向上する。
【００５６】上記した凹部５５は、前述したようにエッ
チング加工により形成してもよいが、ショットピーニン
グ加工によって形成する。このとき、酸化チタンなど濡
れ性の高い球を用いてショットピーニング加工を行うこ
とで、球が表面３３に衝突するときの発熱により、凹部
５５の表面に濡れ性の高い薄膜５５ａを形成することが
できる。
チング加工により形成してもよいが、ショットピーニン
グ加工によって形成する。このとき、酸化チタンなど濡
れ性の高い球を用いてショットピーニング加工を行うこ
とで、球が表面３３に衝突するときの発熱により、凹部
５５の表面に濡れ性の高い薄膜５５ａを形成することが
できる。
【００５７】これにより、図１６に示すように、表面３
３を流れる液体燃料Ｆが、凹部５５に引き寄せられやす
くなり、液体燃料Ｆの凹部５５での捕捉がより確実なも
のとなる。
３を流れる液体燃料Ｆが、凹部５５に引き寄せられやす
くなり、液体燃料Ｆの凹部５５での捕捉がより確実なも
のとなる。
【００５８】また、前記した各実施形態における溝３５
に、酸化チタンなど濡れ性の高い塗布剤を塗布して表面
処理加工を施すことで、液体燃料Ｆの溝３５での捕捉を
より確実なものとすることができる。図１５の凹部５５
についても、ショットピーニング加工時に濡れ性の高い
球を用いない場合には、上記と同様にして濡れ性の高い
塗布剤を塗布してもよい。
に、酸化チタンなど濡れ性の高い塗布剤を塗布して表面
処理加工を施すことで、液体燃料Ｆの溝３５での捕捉を
より確実なものとすることができる。図１５の凹部５５
についても、ショットピーニング加工時に濡れ性の高い
球を用いない場合には、上記と同様にして濡れ性の高い
塗布剤を塗布してもよい。
【００５９】さらに、上記した溝３５および凹部５５を
を除くプレート２１，２３の表面３３にも、濡れ性の高
い塗布剤を塗布する表面処理加工を施すことで、表面３
３全体で液体燃料Ｆの捕捉が行える。
を除くプレート２１，２３の表面３３にも、濡れ性の高
い塗布剤を塗布する表面処理加工を施すことで、表面３
３全体で液体燃料Ｆの捕捉が行える。
【００６０】また、溝３５および凹部５５は、エッチン
グ加工により形成することで、形状自由度が高まり、熱
伝達および液滴の捕捉機能に対して最適な形状の設定が
可能となる。さらに、燃料流路２５および高温流体流路
２７を形成する互いに積層されるプレート２１，２３
は、互いの接合面を滑らかな平面に形成することで、拡
散接合に適したものとなり、このような拡散接合を行う
ことで、ろう材などの接合剤が不要となり、軽量化およ
び接合信頼性の向上を図ることができる。
グ加工により形成することで、形状自由度が高まり、熱
伝達および液滴の捕捉機能に対して最適な形状の設定が
可能となる。さらに、燃料流路２５および高温流体流路
２７を形成する互いに積層されるプレート２１，２３
は、互いの接合面を滑らかな平面に形成することで、拡
散接合に適したものとなり、このような拡散接合を行う
ことで、ろう材などの接合剤が不要となり、軽量化およ
び接合信頼性の向上を図ることができる。
【図１】この発明の第１の実施形態を示す蒸発器の内部
構造を示す斜視図である。
構造を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２の溝の拡大した断面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態を示すプレートの斜
視図である。
視図である。
【図５】図４の拡大したＢ−Ｂ断面図である。
【図６】（ａ）は、図５の仕切壁によって液滴が分離さ
れている状態を示す断面図、（ｂ）は、仕切壁を設けな
い場合の液滴の状態を示す断面図である。
れている状態を示す断面図、（ｂ）は、仕切壁を設けな
い場合の液滴の状態を示す断面図である。
【図７】この発明の第３の実施形態を示す蒸発器の内部
構造を示す斜視図である。
構造を示す斜視図である。
【図８】この発明の第４の実施形態を示す蒸発器の内部
構造を示す斜視図である。
構造を示す斜視図である。
【図９】この発明の第５の実施形態を示すプレートの斜
視図である。
視図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】図９のＤ−Ｄ断面図である。
【図１２】この発明の第６の実施形態を示すプレートの
斜視図である。
斜視図である。
【図１３】図１２のＥ−Ｅ断面図である。
【図１４】この発明の第７の実施形態を示す、図１３に
対応する断面図である。
対応する断面図である。
【図１５】この発明の第８の実施形態を示すプレートの
斜視図である。
斜視図である。
【図１６】図１５の凹部に液体燃料が流れ込む様子を示
した断面図である。
した断面図である。
【図１７】燃料電池に供給する水素を生成するための燃
料改質システムの全体構成図である。
料改質システムの全体構成図である。
２１，２３ プレート（隔壁）
２５ 燃料流路
２７ 高温流体流路
３３ 表面
３５ 溝（凹部）
３５ａ，３５ｂ 傾斜溝
３７ 交差部
３９ 仕切壁
４１ 鉛直方向溝
４３ 水平方向溝
４５ 交差部
４７ クランク通路
５３ 高温流体側凹部
５５ 凹部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 田崎 豊
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産
自動車株式会社内
Ｆターム(参考） 3L103 AA05 AA35 BB37 CC01 CC02
CC30 DD12 DD15 DD57
5H027 AA02 BA01
Claims (11)
- 【請求項１】 高温流体が流れる高温流体流路と、前記
高温流体に加熱されて蒸発する液体燃料が流れる燃料流
路とが、隔壁を隔てて交互に形成される積層型蒸発器に
おいて、前記燃料流路における前記隔壁の表面に、凹部
を設けたことを特徴とする積層型蒸発器。 - 【請求項２】 前記凹部は、前記液体燃料の流れ方向と
交差する溝で構成されることを特徴とする請求項１記載
の積層型蒸発器。 - 【請求項３】 前記溝は、互いに交差する溝で構成され
ることを特徴とする請求項２記載の積層型蒸発器。 - 【請求項４】 前記燃料流路は、鉛直方向に向けて形成
されて前記燃料が鉛直方向上方に向けて供給され、前記
隔壁の表面に、鉛直方向および水平方向にそれぞれ延長
される鉛直方向溝および水平方向溝を、前記溝より深く
なるよう設け、前記水平方向溝は、前記鉛直方向溝の下
流側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし
３のいずれかに記載の積層型蒸発器。 - 【請求項５】 前記燃料流路は、鉛直方向に向けて形成
されて前記燃料が鉛直方向上方に向けて供給され、前記
隔壁の表面に、鉛直方向に延長されかつ前記溝より深い
鉛直方向溝を設けるとともに、この鉛直方向溝の下流側
の端部に、鉛直方向溝より深い位置まで屈曲するクラン
ク通路を、前記燃料流路の両側の隔壁相互間で形成した
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
積層型蒸発器。 - 【請求項６】 前記クランク通路の屈曲方向と反対側の
前記隔壁の高温流体流路側に、前記クランク通路に対応
する高温流体側凹部を設けたことを特徴とする請求項５
記載の積層型蒸発器。 - 【請求項７】 前記鉛直方向溝を、前記互いに交差する
溝の交差部に設けたことを特徴とする請求項４ないし６
のいずれかに記載の積層型蒸発器。 - 【請求項８】 前記互いに交差する溝の交差部に、前記
交差する溝相互を隔てる仕切壁を設けたことを特徴とす
る請求項３記載の積層型蒸発器。 - 【請求項９】 前記凹部は、ショットピーニングにより
形成されることを特徴とする請求項１記載の積層型蒸発
器。 - 【請求項１０】 前記凹部は、濡れ性を高める表面処理
が施されていることを特徴とする請求項１ないし９のい
ずれかに記載の積層型蒸発器。 - 【請求項１１】 前記凹部は、エッチング加工により形
成されるとともに、前記高温流体流路および前記燃料流
路を形成する互いに積層される隔壁相互は、拡散接合に
より接合されることを特徴とする請求項１ないし８，１
０のいずれかに記載の積層型蒸発器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002072484A JP3930351B2 (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 積層型蒸発器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002072484A JP3930351B2 (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 積層型蒸発器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003269882A true JP2003269882A (ja) | 2003-09-25 |
| JP3930351B2 JP3930351B2 (ja) | 2007-06-13 |
Family
ID=29202464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002072484A Expired - Fee Related JP3930351B2 (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 積層型蒸発器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3930351B2 (ja) |
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| GB2429054A (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-14 | Howden Power Ltd | A heating surface element |
| JP2010287502A (ja) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 燃料電池用原料供給装置 |
| US20120285664A1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-11-15 | Rochester Institute Of Technology | Devices with an enhanced boiling surface with features directing bubble and liquid flow and methods thereof |
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| WO2020026921A1 (ja) * | 2018-08-01 | 2020-02-06 | 株式会社デンソー | 伝熱部材、伝熱管、熱交換器、伝熱管の製造方法および熱交換器の製造方法 |
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-
2002
- 2002-03-15 JP JP2002072484A patent/JP3930351B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| KR20210122437A (ko) * | 2020-04-01 | 2021-10-12 | 포항공과대학교 산학협력단 | 표면 굴곡 구조를 이용한 태양열 증기 발생에서의 염 석출 방지 및 에너지 전환 효율 향상 방법 |
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|---|---|
| JP3930351B2 (ja) | 2007-06-13 |
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