JP2003342003A

JP2003342003A - プレート型蒸発器

Info

Publication number: JP2003342003A
Application number: JP2002148651A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Okada; 俊治岡田; Ikuo Nagashima; 郁男永島; Tadashi Takemura; 正竹村
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-03
Anticipated expiration: 2022-05-23
Also published as: JP4198941B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液体を蒸発させる時間を速くするとともに安
定な原燃料ガスを得る。熱効率に優れ、コンパクトな構
造とする。【解決手段】液体原燃料を気化させて改質用の原燃料
ガスを得るためのプレート型蒸発器であって、伝熱面と
なる２枚のプレート状部材で挟まれた空間に液体原燃料
を気化させるための蒸発部を設け、蒸発部の伝熱面内に
蛇行した流路を形成させ、蒸発部の両側又は片側に前記
プレート状部材を介して加熱媒体の流路を設け、供給さ
れた液体原燃料が蛇行した流路内を流れる間に加熱され
気化して蒸発部出口で原燃料ガスが得られる構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンパクトな容積
で、改質器の燃料となる液体（水、メタノール、ジメチ
ルエーテル等）を蒸発させるとともに、起動時間を速く
でき、安定な原燃料ガスを得ることができるプレート型
蒸発器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開２００１−３０２２１１号公報に
は、水流路と空気流路と燃料流路とを燃料ガス流路とと
もに隣り合う被加熱流体の流路が異なる流体となるよう
積層して熱交換部を構成するとともに、混合部に攪拌フ
ィンを設けて気体状態の水と空気と燃料とを均等になる
よう混合し、これを改質部に供給する構成の蒸発装置が
開示されている。本装置は、直交流路を備え、熱交換部
に触媒を設けており、複数の流体を交互に加熱し、蒸発
後に混合する構成である。

【０００３】特開２００１−２６３９６５号公報、特開
２００１−２６３９６６号公報には、直交対向流のプレ
ートフィン型熱交換器において、高温流体通路の長さ方
向に低温流体通路用のヘッダータンクを配置し、上側の
ヘッダータンクから低温流体を導入し、低温流体通路内
を流れて高温流体と熱交換した低温流体が下側のヘッダ
ータンクへ出た後、高温流体通路の出口側で再度高温流
体と熱交換するようにＵターン可能な構成が開示されて
いる。本技術では、低温流体導入口を分割する隔壁に分
配用小孔を設けている。

【０００４】特開２００１−３３２２８３号公報には、
メタノールと水をそれぞれ供給する供給通路を２段に重
ねた上部ヘッダを熱交換部の直上全面にわたって設置
し、各供給通路の下面にはメタノール、水、あるいはメ
タノールと水の混合液を通過させる供給孔を複数個穿設
した構成の燃料電池用蒸発器が開示されている。本装置
は、２段の上部ヘッダ、分散用小孔、直交流路、フィン
を備えており、メタノールと水を別々にヘッダで供給
し、熱交換とともに混合する構成である。

【０００５】特公平２−４２７６２号公報、特開平７−
２１８１５９号公報には、コイル状管がバーナーに近い
上部より下部に向かって管径を段階的に拡径し、メタノ
ール水溶液の前記コイル状管に至る導入管及び蒸発ガス
の過熱器に至る導出管の各径を夫々前記コイル状管の上
部及び下部各径に一致させた構成の蒸発器が開示されて
いる。

【０００６】特開２００１−８９１０３号公報には、ら
せん状に形成されて表面に燃焼触媒を担持した内側配管
と、内側配管の外方に配設された燃焼触媒を担持したら
せん状の外側配管と、外側配管、内側配管の上方に配設
した配管用燃料導入管と、これらの配管及び配管用燃料
導入管を収容した真空容器と、真空容器の内部を昇温す
るための着火用触媒とを備えた気化器が開示されてい
る。

【０００７】特開２０００−１９１３０４号公報には、
内部に燃焼触媒を充填した触媒燃焼器と、触媒燃焼器に
空気を供給する空気供給ラインと、燃焼触媒より上流側
に液体燃料を噴霧する燃料噴霧器と、水蒸気改質に必要
な水を燃焼触媒より上流側に噴霧する水噴霧器とを備え
た液体燃料蒸発器が開示されている。本技術では、燃焼
触媒に液体燃料、水を噴霧しており、過剰の液体燃料に
空気を入れ発熱させ、水を噴霧し改質ガスを得ている。

【０００８】特開２００１−２１０３５０号公報には、
燃焼器から排出される加熱ガスを用いて燃料となる水や
メタノールを蒸発させる直交型熱交換部（蒸発器）に、
燃料となる水やメタノールを蒸発させる気化伝熱面に隣
接され可変な容積を有する液だめ部を設けておき、必要
な水やメタノールの蒸発量になるように液だめ部の容積
を調節する駆動部を制御装置により制御する構成が開示
されている。

【０００９】特開平１０−２３６８０２号公報には、燃
料改質装置を構成する液体原料加熱部、蒸発部、蒸気過
熱部、改質部、シフト部、ＣＯ酸化部、触媒燃焼部、熱
回収部を内部に伝熱フィンを設けた平板で構成した後に
積層して一体化した構造が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開２００１
−３０２２１１号公報の技術では、起動時に必要とする
場所に熱が与えられないため、起動時間がかかる。ま
た、特開２００１−２６３９６５号公報、特開２００１
−２６３９６６号公報、特開２００１−３３２２８３号
公報の技術の場合、上記の問題点に加えて、小孔から液
が垂れるような構造では、液がその直下部を垂れるのみ
で十分伝熱面積が活かされていないため、伝熱に寄与し
ない伝熱面が多く残る。また、液がその意図とは別に下
部まで垂れおち、蒸発器下部で蒸発することになる。

【００１１】特公平２−４２７６２号公報、特開平７−
２１８１５９号公報の技術の場合、流路をコイル状にし
て拡管した構造では、熱の伝熱面積が管表面のみとな
り、蒸発に十分な面積をとるには管を長くしなければな
らない。このように、これらの技術では、液体側の伝熱
面積及び熱伝達率が小さく、装置の小型化が困難であ
る。また、特開２００１−８９１０３号公報の技術の場
合、上記の問題点に加えて、ドレンが抜けないため、ミ
ストの飛散が問題となる。

【００１２】特開２０００−１９１３０４号公報の技術
では、部分燃焼反応のため効率が落ちる。また、ライン
温度を７０℃に加熱する、あるいは触媒を１００℃に加
熱する必要がある。また、特開２００１−２１０３５０
号公報の技術では、ピストンや蛇腹、エアバッグなど稼
働部が多く故障の原因になりやすい。さらに、特開平１
０−２３６８０２号公報の技術では、液を混合し供給し
ているので、混合比を変えた制御ができない。

【００１３】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、液体（水、メタノール、ジメチル
エーテル等）を蒸発させる時間を速くするとともに、安
定な原燃料ガスを得ることができ、熱効率に優れ、しか
も、コンパクトな構造のプレート型蒸発器を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のプレート型蒸発器は、液体原燃料を気化
させて改質用の原燃料ガスを得るためのプレート型蒸発
器であって、伝熱面となる２枚のプレート状部材で挟ま
れた密閉空間に液体原燃料を気化させるための蒸発部を
設け、該蒸発部の伝熱面内に蛇行した流路を形成させ、
蒸発部の両側又は片側に前記プレート状部材を介して加
熱手段を設け、供給された液体原燃料が蛇行した流路内
を流れる間に加熱され気化して蒸発部出口で原燃料ガス
が得られるように構成されている。

【００１５】上記のプレート型蒸発器において、蛇行し
た流路は、伝熱面内のプレートを彫って形成させた溝状
の流路、又は伝熱面内のプレートに穴を空けて形成させ
た流路である。また、蛇行した流路の入口側から出口側
に行くに従って少なくとも３段階に流路の断面積が広が
るように流路を形成させてもよい。また、蛇行した流路
を途中で分岐させて、入口側から出口側に行くに従って
流路の数が増えて断面積が広がるように流路を形成させ
てもよい。この場合、並列に形成された流路を合流部で
合流させ、該合流部を介して流路を分岐させて流路の数
を増やすことが好ましい。

【００１６】また、上記のプレート型蒸発器において、
加熱手段は、蒸発の熱源となる加熱媒体を流通させる加
熱媒体流路を備えた構成とすることができる。加熱媒体
として高温ガスを用いる場合、加熱媒体流路には、スト
レートフィンなど伝熱を促進する構造物を設けることが
できる。また、加熱手段としては、Ｐｔ等の酸化触媒と
伝熱面とを一体化させた加熱媒体流路を備え、該流路に
流通させる燃料ガス（水素、メタン等）の燃焼発熱によ
り蒸発の熱源が供給される構成が好適である。この場
合、加熱媒体流路には、ストレートフィンなど伝熱を促
進する構造物を触媒化した部材を設けることができる。
また、燃料ガス流量を制御することにより、蒸発器の温
度管理を行うことができる。また、起動時の起動時間を
速くするために、熱源となる加熱媒体を液体原燃料と並
行流で供給する。さらに、酸化触媒の燃焼発熱を効果的
に利用するために、加熱媒体流路の燃料ガス入口側に着
火用触媒として触媒化した構造物（波板など）を設置す
ることが好ましい。また、当該プレート並びに構造物を
積層し、複数の蒸発部と複数の加熱部を備えた多層構造
のプレート型蒸発器とすることもできる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することができる
ものである。本発明のプレート型蒸発器では、２枚のプ
レート状の薄板で挟まれた場所（蒸発部）で蒸発させ
る。薄板（熱の伝熱面）を介して、両側あるいは片側に
加熱媒体を流通させ、液体の蒸発熱源とする。蒸発部に
おいて、液体はプレート面内を彫った細い流路、又は穴
を空けた細い流路内を流す。流路は伝熱面内を蛇行して
おり、このサーペンタイン（蛇行）流路内で液体は予熱
され、蒸発し、加熱され、蒸気になる。

【００１８】図１〜図１０は、蒸発部のサーペンタイン
（蛇行）流路の例を示している。また、図１１は比較例
として蒸発部に流路を設けない場合を示している。比較
例は、２枚のプレート状の薄板で挟まれた空間に単に液
体を供給するもので、蒸発部分に流路がない場合であ
る。図１１において、プレート１０を縦置きとした場
合、液体を下部から供給すると、下部で液が蓄えられて
液面が形成される。沸騰時にガスが液を巻き上げ、液面
は上下左右に変動する。このとき、沸騰した液とガスの
２相状態となるが、ガスの発生量、場所は制御できな
い。大きさの異なるガスと液とでは伝熱速度が大きく異
なるため、伝熱面積の変動に伴い、伝熱速度が大幅に変
わり、蒸発流量が安定しない。また、プレートを横置き
とした場合、液体が、プレートの上の少しでも低い場所
を川状になって流れるため、十分な伝熱面積がとれず、
液体のまま出口から流れ落ちるか、蓄えられ、蒸発す
る。このとき、沸騰したガスの発生とともに液の濡れ部
分の面積が変動するため、安定に蒸発させることができ
ない。以上のことから、蒸発時に液面が変動すること
で、伝熱面積、伝熱速度が大幅に変わり、蒸発流量が安
定しないために、不安定な流量となる。また、起動時も
伝熱面の一部しか利用できないために、起動特性が遅
い。

【００１９】図１はサーペンタイン（蛇行）流路の基本
構成であり、図２は流路の入口側から出口側に行くに従
って３段階以上に流路の断面積が広がるようにした構成
例である。液体入口１２から流路１４（１６）内に供給
された液体（水、メタノール、ジメチルエーテル等）
は、流路内で予熱され、蒸発し、加熱され、蒸気にな
る。１８は蒸発部の空間であり、蒸気出口（図示略）に
つながっている。流路は薄板で挟まれた伝熱面内を蛇行
させ、曲がった部分を作り蒸発時の体積膨張で流れた未
蒸発液を積極的に壁面に当てるようにし、加熱された壁
面との接触を増やす。細い流路を蛇行させることで、蒸
気より比重の大きい未蒸発液を蛇行部分の壁面にあて予
熱（加熱）し、再蒸発を促進し、蒸発させる。なお、複
数種類の液体を供給する場合には、別々の供給装置で供
給することで混合比を変えることができる。

【００２０】流路の断面積を広げるには、流路の数を増
やしても良い。例えば、図３に示すように、流路２０の
数を１から２、２から４、４から８へと増やす構成とし
たり、図４に示すように、流路２２の数を１から４、４
から１６へと増やす構成としたり、図５に示すように、
流路２４の数を１から２、２から４、４から７、７から
１６へと増やす構成としたり、図６に示すように、流路
２６の数を１から３、３から９、９から１８へと増やす
構成などとすることができる。また、流路の数を増やす
場合は、一度合流させて再度流路を分岐した方がより蒸
発が安定する。合流部で未蒸発の液がたまりやすい構造
（断熱面積を大きくするなど）にすればより有効であ
る。例えば、図７に示すように、合流部２８を介して、
流路３０の数を１から２、２から４、４から８へと増や
す構成などとすることができる。なお、図８、図９は流
路の数を増やす場合の他の例であり、液体入口１２から
２つの流路３２（３４）に分岐しており、流路３２（３
４）が２から４、４から８へと分岐している。また、図
１０は合流部２８を設けた場合の他の例であり、流路３
５の配置は図９と同様である。

【００２１】蒸発後の加熱は断面積の大きな蛇行流路と
することでミスト除去に効果的である。また、流路を細
く蛇行させたことで、起動時に伝熱面の下流まで液とし
て到達しやすく、伝熱面を有効に利用できる。さらに、
流路の断面積を広げることで差圧を下げ、蒸発変動によ
る差圧変動を少なく抑えることができる。以上のことか
ら、蒸発流量が安定し、起動特性も良い。

【００２２】上述したように、本発明のプレート型蒸発
器は、２枚のプレート状の薄板で挟まれた場所を蒸発部
とし、薄板（熱の伝熱面）を介して、両側あるいは片側
に加熱媒体を流通させ、液体の蒸発熱源とする。蒸発に
必要な熱源としては、高温のガスを用いることができ
る。また、Ｐｔ等の酸化触媒による燃料ガス（水素、メ
タン等）の燃焼発熱により、熱を供給することもでき
る。熱源として高温のガスを使う場合、加熱媒体流路
（容器）には、ストレートフィンなど伝熱を促進する構
造物を入れることができる。

【００２３】熱源として、Ｐｔ等の酸化触媒による被酸
化ガス（水素、メタン等の燃料ガス）の燃焼発熱を利用
する場合、Ｐｔ等の酸化触媒は少量で反応するため、局
所的に高温になるが、触媒と伝熱面とを一体化すること
により、触媒部温度、外壁面の温度などの容器温度を低
温度で安定させることができる。加熱媒体流路には、ス
トレートフィンなど伝熱を促進する構造物を触媒化した
ものを併用することができる。また、被酸化ガス（燃料
ガス）の流量を制御することにより、触媒での反応量
（発熱量）を調節して温度管理を行い、部分負荷から定
格負荷まで安定に蒸発させることができる。温度管理を
十分に行うことで、細い流路で予熱し、拡げられた流路
で蒸発させる。流路をいくつかに並列に流す場合には合
流させることでより蒸発の安定性が増す。温度管理のポ
イントは、液体が蒸発し終わり、蒸気となり加熱される
部分の壁温度あるいは蒸気の温度を沸点より高い温度、
好ましくは沸点より２０〜６０℃程度高い温度に設定す
ることで制御する。

【００２４】起動時は起動時間を速くするために、熱源
となる加熱媒体は液体原燃料と並行流で供給する。起動
時には、熱源を並行流で供給することで、蒸発に必要と
されている蒸発点に対して、確実かつ適切に熱を供給で
きる。安定時には、対向流とし下流側を加熱し、その温
度分布を変えることで、未蒸発液の再蒸発を促進するこ
とにより、より安定に蒸発させることが可能である。な
お、起動用の加熱部の空間と安定時の加熱部の空間を同
じ空間とすることも可能である。また、酸化触媒の燃焼
発熱を効果的に利用するために、隔壁への伝熱量を抑え
た着火用の触媒を充填することで、熱容量を着火用触媒
に限り、起動時に昇温速度を上げ、温度上昇時間を速く
する。安定時には高温の熱源として使われる。

【００２５】つぎに、蒸発部にサーペンタイン（蛇行）
流路を設けたプレート型蒸発器による実施例と、蒸発部
に流路を設けない単なる空間のプレート型蒸発器による
比較例とを対比して説明する。実施例、比較例では、プ
レート状の電気ヒータでプレートの片側から加熱した場
合の試験結果を比較している。また、本発明の実施例で
は、図３に示すサーペンタイン（蛇行）流路を備えた蒸
発器を用い、比較例では、図１１に示す空間だけの蒸発
器を用いている。また、実施例、比較例において、蒸発
器は縦置き（液体入口が下側）で使用している。

【００２６】図１２は試験装置の概略構成を示してい
る。本装置では、蒸発させる液体として水とメタノール
を供給しており、水はポンプ３６、マスフローコントロ
ーラ３８等を経由して、メタノールはポンプ４０、マス
フローコントローラ４２等を経由して各々プレート型蒸
発器４４に供給される。なお、試験では、水を供給して
蒸発させている。蒸発器４４には、プレートの両側に各
々温度調節器４６、電力計４８を備えたプレート状の電
気ヒータ５０が設けられ、プレートの間にサーペンタイ
ン（蛇行）流路を有する蒸発部５２が設置されている。
なお、今回の試験では片側の電気ヒータで加熱してい
る。また、比較例の場合、プレートの間は空間となって
いる。蒸発器４４で発生した蒸気は、高温対応のマスフ
ローメーター５４を経由し、試験のために凝縮器５６で
凝縮させて精密天秤５８で計量する。６０は配管ヒー
タ、６２はバイパスラインに設けられたマスフローメー
ターである。

【００２７】図１３に実施例及び比較例の試験結果を示
す。図１３において、「設定値」のラインは、水を供給
しているマスフローコントローラ３８の設定値であり、
常時安定して水を供給している。「未蒸発水」のライン
は、未蒸発水で蒸発器をバイパスして、後流で液体流量
をマスフローメーター６２にて計測した値である。起動
時は蒸発器４４を電気ヒータ５０で加熱しているため、
蒸発器４４をバイパスして未蒸発水として計測されてい
る。蒸発器内に水を供給し始めた後は、出口のドレン水
量を計測している。「蒸気発生量」のラインは、蒸発器
からの蒸発された蒸発水の量を計測した値である。蒸発
後すぐに凝縮器５６で液体化し、精密天秤５８で重量を
計測する。重量増加をカウントし２０秒毎に増加量を計
算した。比較例と実施例の場合について、十分昇温し、
温度が高い条件下で、ラインを切り換えて蒸発器内部に
水を供給する。つまり、水供給開始時間をあわせる。図
１３において、蒸気として水が出てくる時間（蒸発開始
時間）と蒸発量が安定に達する時間（蒸発安定時間）を
起動時間として比較すると、いずれも本発明の実施例の
方が速いことがわかる。安定性については、「蒸気発生
量」のラインの変動量、及び「未蒸発水」のラインのド
レン量を比較する。本発明の実施例の蒸気発生量の変動
が小刻みなのに対して、比較例は刻みが大きく不安定で
あることがわかる。また、本発明の実施例のドレン量は
安定後はゼロの状態を保ち、未蒸発水が出ていないのに
対して、比較例では未蒸発水がある間隔で出ており、蒸
発していない水が蒸発器から出ていることが示されてい
る。

【００２８】つぎに、プレート型蒸発器の伝熱面を燃焼
触媒（Ｐｔなど）と一体化し、かつ並行流で燃料ガス
（水素など）を流した場合の試験結果を示す。試験装置
は、上述した図１２の装置を使用する。プレート型蒸発
器４４は、燃料ガスの流路にプレート状の燃焼触媒６４
が設置され、伝熱面の片側が触媒化された構造となって
いる。本例では、燃料ガスとして水素を供給しており、
水素はマスフローコントローラ６６等を経由し、混合器
６８で空気（酸素）と混合されて蒸発器４４の燃料ガス
流路７０に供給される。燃料ガスは蒸発させる液体と並
行流で供給している。７２はコンプレッサードライヤ
ー、７４はマスフローコントローラ、７６は冷却器であ
る。図１２の他の構成は上述した通りである。

【００２９】図１４、図１５に試験結果を示す。図１４
の場合は、図３に示すサーペンタイン（蛇行）流路を備
えた蒸発器を用い、蒸発器は縦置きで使用している。図
１５の場合は、図７に示すサーペンタイン（蛇行）流路
を備えた蒸発器を用い、蒸発器は横置きで使用してい
る。図１４、図１５において、「設定値」のラインは、
水を供給しているマスフローコントローラ３８の設定値
であり、常時安定して水を供給している。「未蒸発水」
のラインは、未蒸発水で蒸発器をバイパスして、後流で
液体流量をマスフローメーター６２にて計測した値であ
る。起動時は蒸発器４４を電気ヒータ５０で加熱してい
るため、蒸発器４４をバイパスして未蒸発水として計測
されている。蒸発器内に水を供給し始めた後は、出口の
ドレン水量を計測している。「蒸気発生量」のライン
は、蒸発器からの蒸発された蒸発水の量を計測した値で
ある。蒸発後すぐに凝縮器５６で液体化し、精密天秤５
８で重量を計測する。重量増加をカウントし２０秒毎に
増加量を計算した。十分昇温し、温度が高い条件下で、
ラインを切り換えて蒸発器内部に水を供給する。電気ヒ
ータを使った前述の試験結果（図１３）と比較しても、
燃焼触媒を組み合わせた本試験結果では、約２分で蒸発
安定時間に達し安定流量に達しており、電気ヒータでの
加熱に比べ、起動時間も速く、安定性も増している。ま
た、横置きの場合は、縦置きほど安定性に優れていない
が、図１５に示す程度には安定する。重力によるミスト
セパレーション効果がなくなるため、横置きの安定性は
縦置きの場合に劣る。

【００３０】つぎに、本発明の実施の形態におけるプレ
ート型蒸発器について、一流路の場合と、当該プレート
並びに構造物を積層して複数の蒸発部と複数の加熱部を
備えた多層構造とした場合を説明する。図１６、図１７
において、蒸発部７８には上述したサーペンタイン構造
物が入っている。ガスの通過するところは空間でもよい
が、フィンなどの伝熱促進物が入っている方が好まし
い。また、燃料ガスが通過する流路には触媒が入ってい
る。図１６は一流路の場合の断面図であり、蒸発部７８
の両側から起動用ガスと安定時の加熱用ガスを別容器を
設置して流すようにした例である。本例は、起動用ガス
を最外側から流す構成として、両側から内部を加熱する
ようにしたものである。図１６では、一例として、起動
用ガス流路８０、加熱ガス流路８２を蒸発部７８の両側
にそれぞれ設置しているが、起動用と安定時のガスの通
過する場所は同じ場所でも良い。また、蒸発部７８の片
側に起動用ガス流路８０を設置し、もう片側に安定時の
加熱ガス流路８２を設置する構成として、片側から起動
用ガスのみ、もう片側に安定時の加熱ガスのみを流すよ
うにしても良い。すなわち、いくつかの流路は省略する
ことが可能である。起動時は蒸発液と同じ方向（並行
流）に加熱ガスを流すほうが良い。安定時は並行流又は
対向流にすることも可能である。また、別の容器にする
ことで、流路内部に触媒を入れる場合、起動時と安定時
とを別の仕様にすることもできる。もちろん同じ触媒を
共通に使うことも可能である。

【００３１】図１７は二流路以上の場合の断面図であ
り、蒸発部７８の両側から起動用ガスと安定時の加熱用
ガスを別容器を設置して流すようにした例である。本例
は、一流路の構成を単に重ねるだけでなく、例えば、一
流路目下側と二流路目上側の起動用ガスと安定時加熱用
ガスの流路（起動用ガス流路８０、加熱ガス流路８２）
を共通の容器として、よりコンパクトな構造としたもの
である。図１７では、一例として、各蒸発部７８におい
て蒸発液を並列に供給している。また、起動用ガスを最
外側から流す構成として、両側から内部を加熱するよう
にしている。また、図１７においても、いくつかの流路
は省略することが可能である。起動時は蒸発液と同じ方
向（並行流）に加熱ガスを流すほうが良い。安定時は並
行流又は対向流にすることも可能である。また、別の容
器にすることで、流路内部に触媒を入れる場合、起動時
と安定時とを別の仕様にすることもできる。もちろん同
じ触媒を共通に使うことも可能である。

【００３２】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。（１）プレート型のため薄くコンパクトである。（２）温度管理を十分に行うことで、液体を細い流路
で予熱し、拡げられた流路で蒸発させることができる。
流路をいくつかに並列に流す場合には合流させることで
より蒸発の安定性が増す。（３）細い流路を蛇行させ向きを変えることで、蒸気
より比重の大きい未蒸発液を蛇行部分の壁面にあて予熱
（加熱）し、再蒸発を促進し、蒸発させることができ
る。また、流路を細く蛇行させたことで、起動時に伝熱
面の下流まで液として到達しやすく、伝熱面を有効に利
用できる。さらに、流路の断面積を広げることで差圧を
下げ、蒸発変動による差圧変動を少なく抑えることがで
きる。以上のことから、蒸発流量が安定し、起動特性も
良い。（４）並行流とすることで、起動時には、蒸発に必要
とされている蒸発点に対して、確実かつ適切に熱を供給
できる。（５）蒸発後の加熱は断面積の大きな蛇行流路とする
ことでミスト除去に効果的である。（６）熱源として、Ｐｔ等の酸化触媒による被酸化ガ
ス（水素、メタン等の燃料ガス）の燃焼発熱を利用する
場合、Ｐｔ等の酸化触媒は少量で反応するため、局所的
に高温になるが、触媒と伝熱面とを一体化することによ
り、触媒部温度、外壁面の温度などの容器温度を低温度
で安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態によるプレート型蒸発
器における蒸発部のサーペンタイン（蛇行）流路を示す
平面構成説明図である。

【図２】本発明の実施の第２形態によるプレート型蒸発
器における蒸発部のサーペンタイン（蛇行）流路を示す
平面構成説明図である。

【図３】本発明の実施の第３形態によるプレート型蒸発
器における蒸発部のサーペンタイン（蛇行）流路を示す
平面構成説明図である。

【図４】本発明の実施の第４形態によるプレート型蒸発
器における蒸発部のサーペンタイン（蛇行）流路を示す
平面構成説明図である。

【図５】本発明の実施の第５形態によるプレート型蒸発
器における蒸発部のサーペンタイン（蛇行）流路を示す
平面構成説明図である。

【図６】本発明の実施の第６形態によるプレート型蒸発
器における蒸発部のサーペンタイン（蛇行）流路を示す
平面構成説明図である。

【図７】本発明の実施の第７形態によるプレート型蒸発
器における蒸発部のサーペンタイン（蛇行）流路を示す
平面構成説明図である。

【図８】本発明の実施の第８形態によるプレート型蒸発
器における蒸発部のサーペンタイン（蛇行）流路を示す
平面構成説明図である。

【図９】本発明の実施の第９形態によるプレート型蒸発
器における蒸発部のサーペンタイン（蛇行）流路を示す
平面構成説明図である。

【図１０】本発明の実施の第１０形態によるプレート型
蒸発器における蒸発部のサーペンタイン（蛇行）流路を
示す平面構成説明図である。

【図１１】従来（比較例）のプレート型蒸発器における
蒸発部のサーペンタイン（蛇行）流路を示す平面構成説
明図である。

【図１２】本発明の実施の形態における試験装置を示す
概略構成説明図である。

【図１３】図１２に示す試験装置を用いた試験の結果を
示すグラフである（片側から電気ヒータで加熱、実施例
及び比較例、縦置き）。

【図１４】図１２に示す試験装置を用いた試験の結果を
示すグラフである（片側に燃焼触媒、縦置き）。

【図１５】図１２に示す試験装置を用いた試験の結果を
示すグラフである（片側に燃焼触媒、横置き）。

【図１６】本発明の実施の形態におけるプレート型蒸発
器の一例（蒸発部が一流路の場合）を示す概略断面説明
図である。

【図１７】本発明の実施の形態におけるプレート型蒸発
器の他の例（二流路以上の場合）を示す概略断面説明図
である。

【符号の説明】

１０プレート１２液体入口１４、１６、２０、２２、２４、２６、３０、３２、３
４、３５サーペンタイン（蛇行）流路１８蒸発部の空間２８合流部３６、４０ポンプ３８、４２、６６、７４マスフローコントローラ４４プレート型蒸発器４６温度調節器４８電力計５０電気ヒータ５２、７８サーペンタイン（蛇行）流路を有する蒸発
部５４、６２マスフローメーター５６凝縮器５８精密天秤６０配管ヒータ６４燃焼触媒６８混合器７０燃料ガス流路７２コンプレッサードライヤー７６冷却器８０起動用ガス流路８２加熱ガス流路

フロントページの続き (72)発明者竹村正兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内Ｆターム(参考） 4G140 EA01 EA02 EA06 EB03 EB04 EB43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体原燃料を気化させて改質用の原燃料
ガスを得るためのプレート型蒸発器であって、伝熱面と
なる２枚のプレート状部材で挟まれた密閉空間に液体原
燃料を気化させるための蒸発部を設け、該蒸発部の伝熱
面内に蛇行した流路を形成させ、蒸発部の両側又は片側
に前記プレート状部材を介して加熱手段を設け、供給さ
れた液体原燃料が蛇行した流路内を流れる間に加熱され
気化して蒸発部出口で原燃料ガスが得られるようにした
ことを特徴とするプレート型蒸発器。
【請求項２】蛇行した流路が、伝熱面内のプレートを
彫って形成させた溝状の流路、又は伝熱面内のプレート
に穴を空けて形成させた流路である請求項１記載のプレ
ート型蒸発器。
【請求項３】蛇行した流路の入口側から出口側に行く
に従って少なくとも３段階に流路の断面積が広がるよう
に流路を形成させた請求項１又は２記載のプレート型蒸
発器。
【請求項４】蛇行した流路を途中で分岐させて、入口
側から出口側に行くに従って流路の数が増えて断面積が
広がるように流路を形成させた請求項１、２又は３記載
のプレート型蒸発器。
【請求項５】並列に形成された流路を合流部で合流さ
せ、該合流部を介して流路を分岐させて流路の数を増や
すようにした請求項４記載のプレート型蒸発器。
【請求項６】加熱手段が、蒸発の熱源となる加熱媒体
を流通させる加熱媒体流路を備えた構成である請求項１
〜５のいずれかに記載のプレート型蒸発器。
【請求項７】加熱媒体が高温ガスであり、加熱媒体流
路に伝熱を促進する構造物を設けた請求項６記載のプレ
ート型蒸発器。
【請求項８】加熱手段が、酸化触媒と伝熱面とを一体
化させた加熱媒体流路を備え、該流路に流通させる燃料
ガスの燃焼発熱により蒸発の熱源が供給される構成であ
る請求項１〜５のいずれかに記載のプレート型蒸発器。
【請求項９】加熱媒体流路に伝熱を促進する構造物を
触媒化した部材を設けた請求項８記載のプレート型蒸発
器。
【請求項１０】燃料ガス流量を制御することにより蒸
発器の温度管理が行えるようにした請求項８又は９記載
のプレート型蒸発器。
【請求項１１】起動時の起動時間を速くするために、
熱源となる加熱媒体が液体原燃料と並行流で供給される
構成である請求項８、９又は１０記載のプレート型蒸発
器。
【請求項１２】酸化触媒の燃焼発熱を効果的に利用す
るために、加熱媒体流路の燃料ガス入口側に着火用触媒
として触媒化した構造物を設置した請求項１１記載のプ
レート型蒸発器。
【請求項１３】蒸発部及び／又は加熱部を構成するプ
レート及び／又は構造物を積層して、複数の蒸発部と複
数の加熱部を備える多層構造とした請求項１〜１２のい
ずれかに記載のプレート型蒸発器。