JP2005531105A - 改質器燃料電池システム用の燃料を蒸発させるための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

蒸発器と、該蒸発器を含む燃料電池システムと、燃料電池システムにおける燃料を蒸発させる方法とが開示される。燃料電池システムは、液体燃料を貯蔵するための燃料槽（２４）と、燃料を消費し、電気を発生させるための燃料電池（１０）とを含む。燃料蒸発器（２８）は、液体燃料を受け取って蒸発させ、これを最終的に燃料電池へと送るため、燃料槽（２４）と燃料電池（１０）との間に配置される。燃料蒸発器（２８）は熱交換器を含み、該熱交換器は、ホット流体入口（６５）と、ホット流体出口（６７）と、入口（６５）と出口（６７）を相互に連結するコア（５０）とを含む。コア（５０）は、交互の燃料流構造体（６８）及びホット流体構造体（６９）を有し、燃料流構造体（６８、６９）は、入口（５６）と出口（５８）を有する。

Description

本発明は、組成に水素を含む液体燃料から燃料電池に使用するための水素リッチガスを作り出す改質装置（改質器）を含む型式の燃料電池システムに関する。更に詳しくは、本発明は、改質装置に入る前の燃料の蒸発（気化）に関する。

近年、発電のための燃料電池に対する関心が著しく増加している。関心が高い一つの領域は、車両用推進システムの設計である。よく知られているように、典型的な燃料電池は、水素と酸素を化合させ、電気を発生させる。該電気は、次いで、電気モーターに電力を供給するために使用され得る。該モーターは、車両に推進力を供給するために使用され得る。

最近は、いわゆる改質装置を使用する燃料電池システムの種々の提案がされている。改質装置は、化学的処理装置であり、該装置は、炭化水素含有材料又は炭化水素ベースの材料からなる入ってくる流れを取り込み、該材料を水と反応させて、水素ガスに富む流出液を供給する。このガスは、燃料電池を害する成分、特に一酸化炭素を取り除くために更に処理された後、燃料電池のアノード側に供給される。周囲空気は、燃料電池のカソード側に供給される。該空気中の酸素とアノードガス中の水素が反応し、水をもたらすと共に電気を発生させる。該電気は、電気モーターのような負荷に電力を供給するために使用され得る。

改質装置は、燃料と蒸気形態の水とを受け入れなければならない。従って、いつくかの純粋水素燃料電池に関連する高圧容器の不利益が回避されるなら、ガソリン又はディーゼル燃料タンクに相当するタンク内の液状燃料を運ぶいつくかの手段が、水及び燃料を、改質装置に入る前に蒸発させるための手段と共に、設けられなければならない。多くの非車両用途では、水及び燃料を蒸発させる問題は、比較的簡易に処理され得るが、該問題は、燃料電池による発電が、電気的負荷の変化に迅速に応答すると見込まれる場合、ずっと難しい。車両の環境では、これは、燃料電池が、慣用のアクセルペダルの燃料電池当量の位置の変化を通じて、車両のドライバーに命じられた変化に迅速に応答しなければならないことを意味する。

指令変化に対する燃料電池の応答の迅速性は、蒸発させられた水及び燃料を改質装置へと供給する蒸発器内の水及び燃料の質量に依存することが明らかにされている。蒸発器中の燃料及び水の質量が増えるほど、応答時間が長くなる。従って、状況の変化に対する素早い応答を要求する負荷に電力を供給する燃料電池システムを効果的なものとするため、蒸発器中の燃料及び水の質量が、絶対最小値に保たれるべきであることが確認されている。この要求を満たすため、蒸発器の燃料及び水側が、可能なかぎり小さい容積であることが非常に望ましい。

車両用途において、蒸発器全体が、容積及び重量の観点からできるだけ小さい寸法であることも非常に望ましい。容積（嵩）及び重量は、今日使用されている慣用動力付き車両と競争できる車両を提供するのに実用的ではないレベルまで、重量が車両の全体的な燃料効率を低下させると共に容積が車両の負荷容量を低減する点で、非常に不利である。非常に短いシステム始動時間を実現することも望まれている。

本発明は、一又は複数の上記問題点を克服することに向けられる。

本発明の主目的は、新規かつ改良した改質装置型の燃料電池システムを提供すること、更に詳しくは、改質装置を含む燃料電池システムに使用するための改良した燃料蒸発器を提供することにある。

本発明の主目的はまた、燃料電池システムに使用するための新規かつ改良した液体燃料及び／又は水（以下、ひとまとめにして液体燃料という。）を蒸発させる方法を提供することにある。

燃料電池システムを含み、かつ、該システムが、蒸発燃料（蒸発（気化）させられた燃料）入口を有する燃料電池と、蒸発させられる液体燃料の源と、燃料電池と源とを相互に接続する燃料蒸発器とを含む本発明の一態様によれば、本発明は、燃料蒸発器内で燃料を蒸発させる方法を含み、該方法は、次の工程を含む。すなわち、該方法は、（ａ）蒸発させられる液体燃料を、燃料蒸発器の燃料流路に対する燃料入口へと導入する工程と、（ｂ）燃料流路において燃料を加熱し蒸発させるため、加熱された流体を、燃料流路に対し熱交換関係にある少なくとも一つのホット流体流路に通す工程と、（ｃ）実質的に液体燃料のいくらかが蒸発させられる前に、燃料が上記入口から燃料が蒸気として出てくる出口へと通過する際の燃料の圧力低下（圧力降下）の大部分が入口付近で生じるように該圧力低下を制御する工程とを含む。

好ましい実施形態において、圧力低下の大部分とは、少なくとも約７０％であり、更に好ましくは、約９５％である。

本発明の別の態様によれば、次の燃料電池システムが提供される。該燃料電池システムは、燃料電池用の液体燃料を貯蔵するための燃料槽と、該燃料を消費して電気を発生させる燃料電池とを含む。蒸発（させられた）状態の燃料を受け取るための燃料改質装置が、消費のため燃料を燃料電池に供給すべく燃料電池に接続される。本システムは、燃料槽と燃料改質装置との間に介在される燃料蒸発器を更に含む。該燃料蒸発器は、液体燃料を燃料槽から受け、これを燃料改質装置へと送るために蒸発状態へと蒸発させるためのものである。燃料蒸発器は、熱交換器を含み、該熱交換器は、ホット流体入口と、ホット流体出口と、該入口と出口とを相互に接続するコアとを有する。コアは、交互のホット流体通路を有し、該ホット流体通路は、ホット流体入口とホット流体出口との間に伸び、かつ、液体／蒸発燃料通路と熱交換関係にある。各ホット流体通路は、該通路の全長に伸びる一又は複数のフィンを含む。二枚の分離板は、フィンに結合されかつフィンを挟む。熱交換器は、液体燃料入口と蒸発燃料出口を更に含む。液体／蒸発燃料通路は、液体燃料入口と蒸発燃料出口との間に伸び、かつ、二枚の隣接板を含む。各隣接板は、伸長した（細長い）スロットを有する。スロットは、液体／蒸発燃料通路の燃料流の平均方向に対し斜めに伸び、一方の板のスロットは、他方の板のスロットと十字をなし（交差し）て該スロットと流体連通する。分離板は、隣接板に結合されかつ隣接板を挟む。一実施形態において、スロットは、液体燃料から蒸発燃料出口へと燃料蒸発器を通る燃料流の平均方向に対し次第に減少する角度を有する。

好ましい実施形態において、液体／蒸発燃料通路は、入口近傍で大きい圧力低下を与えることができる迷路部と、迷路部と蒸発燃料出口との間に延在する小さい圧力低下区域とを含む。

一実施形態において、迷路部は、複数の交差する比較的短くて細いスロットであって、水力学的に直列に（連続して）連結され、かつ液体燃料入口と流体連通するスロットと、燃料流の平均方向に対しほほ横断方向となる比較的長いマニホールドとを含む。該マニホールドは、十字状の伸長したスロットからなる残部へと均等間隔で伸びる複数のオリフィススロットを含む。

好ましい実施形態は、各液体燃料通路が、液体燃料入口から蒸発燃料出口へと伸びる水力学的に分離した複数のチャネルであって、各チャネルが実質的に等しい流れ抵抗を有するものを含むことを企図する。

本発明は、別の態様において、上記したような料槽、燃料電池、燃料改質装置及び燃料蒸発器を含む。この実施形態において、燃料蒸発器は、ホット流体入口と、ホット流体出口と、該入口と出口を相互に接続するコアとを含む。コアは、ホット流体入口とホット流体出口との間に伸び、かつ、液体／蒸発燃料通路と熱交換関係にある交互のホット流体通路を有する。各ホット流体通路は、該通路の全長に伸びる一又は複数のフィンを含む。二枚の分離板は、フィンに結合されてかつフィンを挟む。熱交換器は、液体燃料入口及び蒸発燃料出口を更に含み、液体／蒸発燃料通路は、該入口と出口間に伸び、また、二つの隣接板を含む。該各隣接板は、伸長したスロットを有し、該スロットは、液体／蒸発燃料通路の燃料流の平均方向に対し斜めに伸び、一方の板のスロットは、他方の板のスロットと十字をなして流体連通する。分離板は、隣接板に結合されかつ隣接板を挟む。スロットは、液体燃料入口から蒸発燃料出口へと次第に拡大する幅を有する。

上記の各々において、ホット流体通路に対する分離板と、隣接板に対する分離板は、同じもので、両方に共通している。

本発明の更に別の態様によれば、ほぼ既述したような燃料システムがある。該システムは燃料蒸発器を含む。該燃料蒸発器は、複数の燃料流領域を有する少なくとも一枚の燃料通路シートによって形成された、加熱された熱交換媒体のための通路と熱交換関係にある燃料通路構造体と、液体燃料を燃料流領域へと送るための、上記シートの一端部又は一端部付近にある入口と、上記シートの他端部又は他端部付近にある出口とを有する。該出口は、燃料流領域に接続される上記シートの拡大開口を含み、該拡大開口は、燃料流領域を出る蒸発燃料のための収集マニホールドとして機能する。一組の分離板が、燃料流領域及び上記拡大開口を閉じるため、少なくとも一枚の板を挟む。分離シート（分離板）の少なくとも一方は、拡大開口内において隆起しかつ離隔した一連のくぼみを含む。該くぼみは、他方の分離シートと接触して該シートに結合される。

好ましい実施形態において、くぼみは伸長され、更に好ましくは、出口は、拡大開口と流体連通する燃料出口通路を更に含む。また、くぼみは伸長され、また、蒸発燃料の流れを燃料流領域から燃料出口通路に向けるように拡大開口内において方向付けられる。

本発明の更に別の態様によれば、上述した燃料電池システムが提供される。燃料蒸発器は、燃料通路構造体が、加熱媒体通路を規定する加熱熱交換媒体構造体と交互となる積層体を含む。各燃料通路構造体は、二枚の分離板間に挟まれた燃料流領域を有する少なくとも一枚の燃料通路シートを含む。各加熱媒体構造体は、二枚の分離板間にフィンを含む。第２分離板は、燃料通路板の両端部を越えて伸び、かつ、該両端部を越えている整列した拡大開口を有する。該拡大開口は、加熱媒体通路と流体連通する入口及び出口マニホールドとして機能する。第２分離板は、加熱媒体通路との流体連通を確立する部分を除く拡大開口周りで相互にシールされる。

本発明の更に別の態様によれば、蒸発器が提供される。該蒸発器は、複数の燃料流構造体を含み、各燃料流構造体は、第１分離シート間に挟まれる二枚の隣接する燃料シートを備える。燃料流シートは、伸長したスロットを有する。スロットは、燃料流シートの一端部から他端部へと、燃料流構造体を通る燃料流の平均方向に対して次第に減少する角度、及び次第に拡大する幅を有して伸びる。一方の燃料流シートのスロットは、他方の燃料流シートのスロットと十字（交差する）関係を有する。蒸発器は、複数の加熱媒体流構造体を更に含む。加熱媒体流構造体は、二枚の第２分離板に挟まれたフィンを備える。各第２分離シートは、燃料流シートの両端部を越えて伸び、該燃料流シートの両端部を越えた位置において、互いに位置合わせされた第１拡大開口を有する。燃料流構造体と加熱媒体構造体は、交互関係で積層体に配置される。積層体中の燃料流構造体は相互に整列され、また、積層体中の加熱媒体構造体も相互に整列される。燃料流構造体への共通燃料入口は、上記両端部の一方付近における燃料流シートの側部に設置される。また、燃料流構造体からの共通燃料出口が、上記両端部の他方付近における燃料流シートの側部に設けられる。整列された第２拡大開口が、燃料流シートの他方の端部に設置される。第２拡大開口は、スロットのいくつかと交差し、また、共通燃料出口に接続される。高い流れ抵抗の迷路部が、各燃料流シートの一端部に設置される。該迷路部は、スロットの別のものと交差し、また、共通燃料入口に接続される。共通加熱媒体入口は、積層体の他端部に設置され、第１拡大開口と流体連通する。共通加熱媒体出口は、上記一端部に設置され、第１拡大開口と流体連通する。

本発明の多くの他の目的及び利点は、本発明の以下の記載及び添付図面から明らかとなろう。

本発明の模範的な実施形態が、車両用途の環境にてここに記述される。一実施形態は、水素含有液体としてメタノールを利用し、メタノールは、燃料電池に用いるための酸素リッチガスを作り出すために水と混合される。メタノールは、アノードガスへの改質が容易であるため、好ましい燃料である。しかし、当然のことながら、本発明は、非車両用途、特に負荷変動に対する迅速な応答が要求される用途で有効に使用され得る。蒸発器はまた、メタノール以外の液体燃料、例えば、エタノール、ガソリン、ディーゼル燃料等を用いる他の改質器型燃料電池システムで有効に使用され得る。従って、本発明は、請求項にそのように明確に述べられている場合を除き、車両システム又はメタノール型システムに限定されるものとみなされるべきではない。

図１を参照して、本発明が使用され得る、改質装置を使用する燃料電池システムの一型式が図示される。このシステムは、車両に使用することが特に企図されるが、他の環境においても有効に使用され得る。

上記システムは、ライン１２のアノードガス入口流に対する設備を有する燃料電池１０を含む。該アノードガスは、一般に、水素、二酸化炭素、及び水蒸気である。燃料電池はまた、該燃料電池のカソード側に至る入口ライン１４を含み、該入口ラインを通って酸素リッチ流が受け入れられる。通常の場合、該流れは空気である。

燃料電池はまた、全体が１６で示される周知の冷却ループを含む。

カソード・イグゾーストは、ライン１８に排出され、これは、結局、水タンクすなわち水槽２０へと至る。つまり、すなわち燃料電池１０内での化学反応の生成物である水は、改質工程における後の再利用のため、水タンク２０へと供給される。

水タンク２０に加えて、本システムは燃料タンク２４を含み、該タンクは、図示のシステムにおいてメタノールを収容する。ポンプ２６は、始動時にはバッテリー・パワーによって、また、作動中は燃料電池１０によって作り出された電気によって電気的に駆動される。該ポンプは、水及びメタノールを、本発明に従って製造された燃料蒸発器２８の共通の入口又は別個の入口へと所望の比率で計量しながら供給する。（共通の入口がここに開示されるが、本発明は、分離できる入口の使用も企図する。）水／メタノール混合物は、蒸発させられ、ライン３０から改質装置及び触媒バーナー３２の入口へと排出される。改質装置及び触媒バーナー３２は、次いで、リフォーメート（水素、水、一酸化炭素及び二酸化炭素）をライン３４からガス浄化反応器３６へと排出する。該反応器３６において、該ガスの一酸化炭素含有量が燃料電池１０を害しない程度まで低減される。ガス浄化反応器３６は、燃料電池１０のアノードに至る入口ライン１２へと排出する。

改質装置及び触媒バーナー３２内で生じたホットガス、すなわちいわゆるテールガスは、ライン３７から蒸発器２８へと排出され、該蒸発器内のメタノール及び水を蒸発させる熱源として役立つ。

本システムはまた、排気ライン３８を含み、該ラインから排気ガスは排出される。排気ガスは、圧縮機／膨張機４４を通って膨張させられ、排気（イグゾースト）として排出される。ホットガス用の再循環ライン４６も設けられ得る。

燃料電池１０で生じた電力は、作動中、システム内のポンプ、モーター等を駆動するため、並びに、本システムによって駆動されるべき負荷に電力を供給するために使用される。始動時には、バッテリー・パワーが使用され得る。車両推進システムの場合、上記負荷は、一般に、車両牽引システムに連結される電気モーターである。

図２を参照して、本発明に従って製造された燃料蒸発器２８の好ましい形態が示される。蒸発器２８はコア５０を含み、コア５０は、一連の板と、該板の周囲のバー及び／又はフランジと、スペーサーと、フィンとから構成され、より詳細に後述される。これらの構成要素は、蒸発器を通る燃料／水の流路と加熱された熱交換媒体の流路とを規定する。該加熱された熱交換媒体は、一般に、ホットガスであるが、加熱された流体も用いられ得る。燃料／水流路への液体燃料入口は、ヘッダー５４と、ヘッダー５４に連結された比較的小径な管５６とによって設けられる。同様なヘッダー５７は、大径管５８を支持し、該管は、蒸発燃料出口として機能する。管５６と５８の寸法の差は、次の事実に起因する。すなわち、燃料と水の混合物が、液体として管５６に入り、従って、出口管５８から出る気相である燃料よりも比較的大きい密度であるということである。その結果、出口管５８でのより大きい体積流量のための大きな圧力低下を回避するため、出口管５８は、より大きい断面積を有する。

コア５０は、両端部６０及び６２を有する。端部６０は、加熱された媒体の入口端部であり、入口ヘッダー６４を含む。ホットガス入口管６５は、ヘッダー６４へと伸長する。端部６２は、加熱された媒体の出口端部であり、出口ヘッダー６６を含む。ホットガス出口管６７は、出口ヘッダー６６から伸長する。ヘッダー６４は、改質装置及び触媒バーナー３２（図１）からホットガスを受け取り、かつ、該ホットガスを（複数の）ホットガス流体流通路を通って送り出すために連結される。該ホットガス流体流通路は、ホットガス流路と熱交換関係にあり、該ホットガス流路もまた、複数の通路の形態である。

コア５０は、上述した構成要素の積み重ねであり、該構成要素は、交互の燃料／水流路構造体６８とホットガス流路構造体６９とを規定する。ホットガスの入口及び出口ヘッダー６４、６６は、随意的に、頂部の円形開口（図示せず）と反対側の開放基底（図示せず）とを有する角錐形状のハウジング（図示せず）であり得る点に留意すべきである。上記開放基底は、コア５０内のホットガス流体流路と流体連通する。

図３を参照すれば、構造体６８を形成するメタノール／水流路を構成する典型的な燃料側組立体、及び、構造体６９を形成するホットガス流路を構成する典型的なホットガス側組立体の両方が分解図で示される。燃料側組立体は、互いに重ね合わされた二つの板７０、７２を含む。板７０は、上流端部７４と下流端部７６とを含む。

板７０は、両端部７４及び７６の中間において角度が付けられた複数の伸長（細長い）スロット７８を含む。端部７４に隣接して、後述する目的のため、全体が８２で示される迷路部の一部８０を形成する一連のスロットがある。反対側の端部７６に隣接して、拡大された開口８４が存在する。更に、追加の拡大された開口８６、８８が、後述する目的のため、端部７４、７６をちょうど越えて配置される。板７０はまた、その全周囲にわたる固い（実存連続）区域すなわち境界９０を含むと共に、拡大開口８６を迷路部８２から分離する固い区域９２と、拡大開口８８を拡大開口８４から分離する固い区域９４とを含む。

板７２はまた、角度が付けられた伸長スロット９６と、迷路部８２の部分をも形成する一連のスロット９８と、拡大された開口１００と、追加の拡大された開口１０２、１０４とを含む。開口１０２、１０４は、拡大開口１００と迷路部８２によって形成される板７２の両端部を越えて配置される。板７２はまた、固い縁（境界）９０と、固い区域９２及び９４とを含む。配列は次のようになる。すなわち、板７０及び７２が互いに積み重ねられ得、それらの境界９０及び固い区域９２、９４が位置合わせされて互いに接し、これにより、拡大開口８８と拡大開口１０４の位置合わせを与えると共に、拡大開口８６と拡大開口１０２の位置合わせを与える。更に、角度付けされたスロット７８、９６は、その際、互いに十字に交差する。他の拡大開口８４、１００も、迷路部を構成するスロット８０、９８と同様に互いに位置合わせされる。

本発明は、スロットが、図示されるように貫通したスロットとして形成されるか、又は、関連する板を通って十分に伸びていない、対向開放側部を有する、無孔板における単なる溝として形成され得ることを企図する。該溝は、所望により、板にエッチングされるか、機械加工かれるか、又は刻印され得る。このような場合、板は無孔となり、その結果、板間の分離シート（後述）はしばしば省かれ得る。

二つの分離板１０６、１０８は図３にも示される。板１０６は、下向きに曲がった周囲フランジ１１０を含み、分離板１０８は、上向きに曲がった周囲フランジ１１２を含む。フランジ１１２は、フランジ１１０と境を接して、例えば、鑞付けのような適当な結合等によりフランジ１１０に対してシールされるように適合される。しかしながら、溶接又は半田付けといった他の冶金学的流体密結合が、所望により使用され得る。

板１０６及び１０８はまた、それらの両端部において拡大された開口１１４、１１６を含む。拡大された開口１１４及び１１６は、拡大された開口８６、１０２及び８８、１０４とそれぞれ整列する。フランジ１１０とは反対側の分離板１０６の境界（縁）１１８は、板７２の境界９０に対しシールされて、上述した冶金学的結合により接合される。一方、分離板１０８の境界（図示せず）は、積み重ねにおいて次の最も下方にある板７０の境界（図示せず）にシールされて接合される。

分離板１０６及び１０８における係合するフランジ１１０、１１２の存在のため、開口１１４、１１６間に延長する空間が生じる。該空間は、ホットガス又は加熱された流体媒体の通路としての役割を果たす。優れた熱交換を助長するため、撹拌器又はフィン１２０が上記空間内に設置され、開口１１４、１１６間に配置される。フィン１２０は、好ましくは、慣用の切開されたオフセットフィンであり、所望により、一又は複数の区域に形成され得、該区域は、隣り合う区域間に小空間を含んでも含まなくてもよい。すなわち、フィン１２０は、 付け出願、通し番号第 号、（代理人整理番号６５５．００９３６）、タイトル「Method and Apparatus for Vaporizing Fuel for a Reformer Fuel Cell System（改質器燃料電池システム用の燃料を蒸発させるための方法及び装置）」であって本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の出願に全体的に記載されているように形成され得る。該同時係属出願の全開示は、参照によりここに組み込まれる。

板７０、７２は、二つの開口タブ１２２を含み、該タブは、これらの板が互いに重ねられる際に板７０と７２間の正確な位置合わせを実現するために、製造工程で使用され得る点に留意すべきである。加えて、各板７０、７２、１０６、１０８の一側部１２４は、迷路部８２の位置に隣接する小さいタブ１２６を含む。タブ１２６は孔１２８を含み、該孔は、互いに位置合わせされ、また、該板が互いに組み立てられると、迷路部８２に対する共通マニホールド又は入口を規定する。

拡大された開口８４、１００の一側部に隣接して、より大きい類似のタブ１３０があり、該タブ１３０は、拡大開口８４の横向拡張部を規定する。板１０６、１０８のタブ１３０は、円形開口１３４を含み、該開口１３４は、板７０、７２の拡大開口８４、１００の拡張部と整列し、該板が互いに組み立てられると、シールされた出口マニホールを形成する。特に、その際に形成されるマニホールドは、燃料入口マニホールド５４及び燃料出口マニホールド５７であり、これらマニホールドは、すべての燃料流通路６８を共通にすると共に、図２の記載に関連して上述したように管５６及び５８にそれぞれ接続される。

各燃料流構造体６８は、互いに重ね合わさて共に結合され、かつ、一枚の分離板１０６と一枚の分離板１０８との間に挟まれた二枚の板７０、７２から構成されることが認識される。各ホットガス構造体６９は、二枚の分離板１０６及び１０８間に挟まれたフィン１２０からなることも認識される。燃料流構造体６８のための分離板１０６、１０８は、ホットガス構造体６９に使用される分離板から完全に分離され得るが、これら分離板は、両方の容積及び使用する材料の量を最小にするため、図示のように両方で共有すること、すなわち共通にすることが好ましい。分離板１０６、１０８を、燃料流構造体及びホットガス構造体の両方で共通とすることにより、燃料蒸発器を形成するために必要な材料の容量、重さ及びコストは最小化される。

上記のように分離板１０６、１０８及びフィン１２０を含むホットガス流路構造体６９は、記述される燃料流構造体６８に用いられるシート又は板の異なる型式を含むすべての実施形態で使用され得る点にも留意すべきである。

図４〜６を参照して、板７０、７２がより詳細に説明される。燃料流構造体６８を通る燃料流の平均方向は、矢印１３６で示され、一般に、板７０、７２の伸長方向とほぼ平行である。燃料流の「平均」方向は、燃料流構造体６８内の任意のある地点における燃料流が、スロット７８の方向に依存する特定の方向に進行することを意味する。それにもかかわらず、平均燃料流方向又は全燃料流方向は、入口マニホールド５６から出口マニホールド５７へと向かう。図５から分かるように、ライン１３８、１４０及び１４２は、スロット７８がライン１３８、１４０及び１４２を中央において種々の列（並び）にあることを示す。これらの列は、列が入口マニホールド５６から出口マニホールド５７に向かって次第に移動するいつれ、矢印１３６で示される燃料流の平均方向に対して次第に減少する角度を有する。

更に、スロット７８は、入口マニホールド５６から出口マニホールド５７に向かって移動するにつれ、次第に幅広になることも理解される。例えば、入口マニホールド５６近傍で迷路部８２のすぐ下流のスロット１４４は、出口マニホールド５７近傍の１４６で示されるスロットよりも著しく幅が狭い（細い）。この構造の目的は、燃料が入口マニホールド５６内へと導入される液体状態から出口マニホールド５７を出る気化状態へと変化しつつ該蒸発器を通る該燃料流の次第に増加する体積に対応することである。更には、スロット７８は、それらの上流端部１４８で下流端部１５０よりも幅が狭くなっているという意味で、テーパーが付けられている。この構成の目的は、上記と同様に、液体から蒸気すなわち気体状態へと変化する際の燃料の膨張に対応することである。

図３〜６に示される実施形態において、各列１３８、１４０、１４２におけるスロット７８は、異なる長さを有する。常にではないが、一般に、比較的短い伸長スロット１５０は、比較的長い伸長スロット１５２と互い違いとなる。もちろん、スロットが各板７０、７２の周辺に近づくにつれ、各列の並びにおけるスロットの長さは、境界９０を各板に保つ必要から、ある程度影響を受ける。

板７２において最下流スロット７８は、拡大開口１０４の一側部を形成する幾分弓形の境界区域１５４に終端するのに対し、拡大開口８４とスロット７８との間の境界区域１５６には、ギザギザが付けられていることが図４及び５に見られる。更に、板７０の最下流スロット１４６（図５）は、板７２の境界区域１５４（図４）を越えて突出し、そのため、スロット７８と整列した拡大開口８４、１００との間、従って出口マニホールド５７に対し、流体連通を確立することが認識される。スロット７８が拡大開口８４、１００へと併合するような、該各板の固い区域の結んでいない端部を無くすため、境界区域１５４、１５６を設けることが望ましい。

迷路部８２は、入口マニホールド５６から出口マニホールド５７への圧力低下の大部分、少なくとも５０％が、入口マニホールド５６のすぐ近傍で生じるように、大きい流れ抵抗の迷路部であることを企図する。該構成は、全圧力低下の少なくとも７０％、より好ましくは８０〜９５％がこの位置で生じるようなものであることが好ましい。圧力低下の大部分を、入口マニホールド５６のすぐ近傍で生じさせることにより、スロットの種々の列間において入ってくる液体燃料／水混合物の分布は、著しくより均一となり、そのため、燃料流構造体の一側部における燃料の窮乏と、これに加えての燃料流構造体の別の部分における燃料の過剰とを避けることが確認された。これは、蒸発工程を最大効率を助長する。

図４及び５に見られるように、迷路部８２は、複数の伸長したスロット１６０から構成され、該複数の伸長スロット１６０は、種々の長さで、また、複数の列にあり、四つのそのような列が例示されている。スロット１６０は、燃料流１３６の平均方向をほぼ横切る。各板７０及び７２の両側部付近には、追加の伸長したスロット１６２があり、スロット１６２は、図示の相対的長さを有し、燃料流１３６の平均方向とほぼ平行である。図６に見られるように、スロット１６０及び１６２は、互いに重なり合い、従って、相互の流体連通を確立する。

図４〜６に示される実施形態において、比較的長い第１及び第２スロット１６４は、スロット１６０群の一部を形成し、かつ、比較的細いオリフィススロット１６６に対し開放する。該オリフィススロット１６６は、スロット７８の最上流のものへと燃料流の平均方向に伸びる。オリフィススロット１６６の二つの群があることが理解され、一方の組の四つのオリフィススロット１６６は、他方の組のオリフィススロット１６６の下流にあり、数は前者が四つ、後者が二つである。オリフィススロット１６６は、各板７０及び７２の幅の端から端へと均等に離隔され、また、迷路部８２において望まれる比較的大きい圧力低下を作り出すのに非常に有効である。

各燃料流構造体６８を通る燃料の均一な流れを与えることに加えて、記述した迷路部８２は、その高い流れ抵抗及び上記した付随する比較的高い圧力低下のため、積層体５０全体にわたって一の燃料流区域６８から次の燃料流区域６８への流れの均一性を促進する。

種々の構成要素が、図４に示されるミリメートルの寸法を有し、これらは、図５に示される板７０に対する燃料流構造体における対応する位置を表す。

図７〜９は、燃料流構造体６８の変更した実施形態を示す。この実施形態において、燃料流板は、上記のものと同じ全体構成であり、図４〜６に示される構造とは、スロット７８が各板７０、７２の側部から側部へと伸長する点で異なる。すなわち、一本の長いスロット７８が、図４〜６に示される交互の長短スロット１５０、１５２に代わる。また、燃料流の平均方向１３６の角度は、スロットが入口マニホールド５６から出口マニホールド５７へと次第に移動するにつれ、減少する。更にまた、スロット７８にはテーパーが付けられ、それらの下流端部よりも上流端部で細くなる。更に、上流スロット７８は、下流スロット７８よりも細い。

図１０〜１２を参照すれば、板７０、７２の更に別の実施形態が示される。この実施形態は、図７〜９に示されるものとほぼ同様であるが、蒸発されるべき燃料の分布のより高い均一性を実現するため、スロット７８は、角度付けられ、テーパーが付けられ、また前述のように幅が徐々に増加し、また、固い分離区域１７６によって三つのチャネル１７０、１７２及び１７４に分けられる。固い分離区域１７６は、各板７０及び７２の無孔部分からなる。この実施形態におけるチャネル１７０、１７２及び１７４は、チャネルを用いる他の実施形態におけるように、すべてのチャネルを通る均一な流れを促進するため、好ましくは、同じ長さで、また同じ水力学的構成である。更に、境界区域１５４は、弓形ではなくまっすぐな直線である。加えて、入口及び出口マニホールド５６及び５７をそれぞれ形成するタブ１２６及び１３０は、板の反対側側部にある。

更なる相違として、迷路部８２は、三つの同一で分離する迷路部１７７、１７８、１７９として形成され、これら迷路部は、各チャネル１７０、１７２、１７４に一つである。各迷路部１７７、１７８、１７９は、比較的短いにもかかわらず伸長したスロット１８０のいくつかの列を含む。板７０のスロット１８０は、出口タブ１３０から離れる方に斜め（対角線状）に方向付けられ、一方、板７２のスロット１８０は、ほぼ出口タブ１３０の方向における対角で斜めに形成される。単一のマニホールドスロット１８２は、各板７０、７２における短い列のスロット１８４を介して入口マニホールド１２６と連通し、また、燃料流の平均方向１３６をほぼ横断する。マニホールドスロット１８２はまた、迷路部１７７、１７８、１７９の上流端部と連通し、それぞれの共通マニホールドとしての役割を果たす。スロット１８０の下流端部は、横断スロット１８６の小群に終端し、該横断スロット１８６の小群は、各チャネル１７０、１７２及び１７４の中央へと排出する。また、迷路部１７７、１７８及び１７９は、高い圧力抵抗があり、上述した範囲内の、入口マニホールド５６から出口マニホールド５７での圧力低下の大部分を与える。

図１０〜１２の実施形態は、迷路部８２に加えて、チャネル１７０、１７２、１７４によって与えられるチャネル化及びその特定の構成が、与えられたどの燃料流構造体６８の各チャネルに対しても、また、積層体５０の全チャネルに対しても、入ってくる燃料／水混合物の優れた分布を提供するという点において非常に好ましい。この優れた分布は、三つの分離迷路部１７７、１７８、１７９の使用により更に高められる。各迷路部は、各チャネル１７０、１７２、１７４に対応し、該チャネルは、共通マニホールドスロット１８０によって供給を受ける。更に、チャネル間の分離は、燃料流構造体６８内の燃料分布に働く外部の力への影響を最小化するのに役立つ。例えば、燃料電池システムがある車両で使用される場合、通常、燃料、特に液状の燃料を、燃料流通路の一方の側部又は他方の側部へと移動させがちな加速力、減速力、又はコーナリング力が、固い区域１７６で与えられる分離チャネル１７０、１７２、１７４の存在によりさほど大きく影響しない。

また、スロット７８は、燃料流の平均方向において入口マニホールド５６から出口マニホールド５７へと次第に減少する角度を有する。上述した実施形態と同様に、スロットは、直線状で、また、入口マニホールド５６から出口マニホールド５７へと次第に幅広となる。更に、スロット７８は、それらの上流端部で下流端部よりも細くなるように、テーパーが付けられる。

図１３〜１５は、本発明の更に別の実施形態を示し、この形態でも、燃料流板７０、７２には、複数のスロット７８が設けられている。この実施形態において、スロットは、入口マニホールド５６から出口マニホールド５７へと一定の角度である。拡大開口８６、８８、１０２、１０４を含む各板の部分は、分かりやすくするために省略される。スロット７８は、燃料流の平均方向１３６に対し一定の角度であり、かつテーパ付けされないけれども、入口マニホールド５６から出口マニホールド５７へと次第に幅広となる。

迷路部８２も簡易化した構成である。各板７０、７２は、互いに整列する伸長した上流スロット１８７を含み、該スロット１８７は、入口マニホールド５６から燃料流の平均方向１３６に対し横方向に伸び、各板７０、７２の幅全体を実質的に横切る。二つの板が重ね合わされた際に、スロット７８の上流端部及び板７２と流体連通するため、一連のオリフィススロット１８８が、シート７０のスロット１８７から燃料流の平行方向に均一間隔で伸びる。従って、先の実施形態とは異なり、図１３〜１５に示す実施形態には、一列のみのオリフィススロット１８８が存在する。更にまた、図１３〜１５の実施形態のスロット７８は、直線状である。

図１６〜１８は、板７０、７２の更に別の実施形態を示す。ここでも、分かりやすくするため、拡大開口８６、８８、１１４、１１６を含む板部分は、省略される。この実施形態は、前述のものと同様、別形式の円錐形ヘッダーが使用される場合、そのような開口無しに形成され得る。あるいは、拡大開口８６、８８、１０２、１０４は、図示はしないが含まれ得、該組立体は、既述したようにヘッダーが付けられる。

図１６〜１８に示す実施形態において、固い区域１７６は、図１０〜１２の記載と関連して述べたものと同じ態様にて燃料流通路を三つのチャネル１７０、１７２及び１７４に分離するために設けられる。しかし、スロット７８は、図１６〜１８に示した実施形態において直線状ではない。むしろ、これらは、山形又はＶ字形状である。しかしながら、図１６〜１７の実施形態は、既述した実施形態の特徴の多くを保持している。例えば、各Ｖ形状スロット７８の各脚部の角度は、該スロットが、入口マニホールド５６から出口マニホールド５７へと移動するにつれ次第に減少する。同様に、各スロット７８の幅も、該スロットが入口マニホールド５６から出口マニホールド５７へと移動するにつれ次第に拡大する。所望により、各山形又はＶ形状スロット７８の各脚部は、その上流端部より下流端部でより細くすることができる。

迷路部８２はまた、図１３〜１５の実施形態に関連して記述したものよりもいくぶん複雑であるが、簡易化した迷路部である。板７０は、迷路部の上流側における複数の伸長したスロット１９０と、下流側の伸長したスロット１９２とを含む。該スロット１９０は、燃料流の平均方向１３６に向けられ、また、スロット１９２は、燃料流の平均方向１３６に対し横断方向となる。板７２は、二列の伸長したスロット１９４を含み、これらスロットは、二枚の板が組み合わされた際、板７０のスロット１９０と交差する向きとされる。また、伸長したスロット１９６が含まれ、該スロットは、スロット１９２と整列し、スロット１９６、１９２は共に分配マニホールドの役割を果たす。スロット１９６はもちろん、燃料流の平均方向１３６に対し横断方向である。

板７０はまた、チャネル１７２に供給するように中央に配向された一つのオリフィススロット１９８を含み、他方、板７２のスロット１９６は、チャネル１７０、１７４に供給するように二つの側方オリフィススロット２００を含む。また、迷路部８２は、上述した範囲で、入口マニホールド５６から出口マニホールド５７での圧力降下の大部分を与えるように構成される。

図１６〜１８の実施形態にはまた、図２に示したようにヘッダーリング方式が望ましい場合、拡大された開口８６、８８、１０２、１０４が取り付けられ得る。あるいは、そのような拡大開口が省かれて、既述した円錐形ヘッダーが使用され得る。

開示したどの実施形態でも使用できる本発明の望ましい特徴が、図１９及び２０に示される。特に、一連の伸長したくぼみ２０２が、分離板１０６の拡大された開口１１６の近傍に、燃料流板７０、７２の拡大開口８４、１００に受け入れられるように設けられる。開口１３４の近傍に、一組の離隔したくぼみ２０４が設けられ得、また、単一のくぼみ２０６がくぼみ２０４の配列の反対側端部に設けられ得る。これらのくぼみのすべては、板７０、７２の拡大開口８４、１００に受け入れられるように設置されることが企図される。該くぼみは、板７０及び７２を組み合わせた厚さに対し十分等しい間隔だけ板１０６から突出する。従って、図２０に示されるように、これらは、板１０８と隣接し、組付け工程中に鑞付けが用いられる場合は板１０８に鑞付けされる。あるいは、くぼみ２０２、２０４もしくは２０６又は、これらすべてのくぼみは、組付け工程中に隣接して共に鑞付けするように、分離板１０６、１０８の両方に形成され得、また、互いに位置合わせされ得る。鑞付けが用いられる場合は、もちろん、該種々の板には、鑞付け被覆材料が設けられ、又は、該種々の構成材料の鑞付け被覆に代えて、鑞付け箔が使用され得る。一般に、鑞付け箔の使用が望ましい。その理由は、鑞付け箔には、該種々の板に見られるスロット、開口等に対応するスロット、開口等が構成され得、従って、必要な鑞付け材料の量をコスト的に最小化すると共に、過剰な鑞付け金属の流れからもたらされる目詰まりの可能性を低減するためである。

従って、板１０６、１０８は、拡大開口８４、１００の全長にわたって共に接合され、この領域での圧力抵抗を与える。

重要なことに、伸長したくぼみ２０２は、第２の機能を提供する。これらくぼみはすべて、図１９に示されるライン２０８、２１０、２１２、２１４及び２１６で表されるような異なる角度で配置された伸長方向を有し得る。これらの角度は、各燃料流構造体６８を通る燃料流での流体流の平均方向１３６と実質上鋭角で交差する選択された角度の組である。該角度は、出口ヘッダー５７に連結される開口１３４によって与えられる出口にほぼ向かうように指向される。従って、くぼみ２０２は、蒸発させられた燃料を燃料出口マニホールド５７へと差し向ける流れ指向器（フローディレクター）としての役割を付加的に果たす。

種々の代替案が、当業者には浮かぶであろう。例えば、分離板のフランジ１１０、１１２が省かれ、フランジ１１０、１１２と同一位置のバーが選ばれ得る。あるいは、一つの大きな拡大中央開口を有し、かつ、フランジ１１０、１１２の組合せ高さと等しい総厚とを有する追加の板が、所望により使用され得る。しかし、フランジ付き分離板の使用は、該板が、組立て中に扱わなければならいものよりも個々の部品の点数、並びに物品目録保管要求を削減する点で好ましい。

本発明において、ホットガスと燃料との間の向流が存在する。並流又は結合並向流のような他の流動様式も使用可能である。しかし、次の理由で向流が好ましい。すなわち、向流は、燃料流構造体６８内の流体とホットガス構造体６９との間の温度作動を最小化することにより、熱応力を最小にするからである。

入口マニホールド５６から出口マニホールドへと減少するスロット角度の使用は、平均流れ方向に対する次第に減少する角度により、スロットを用いる燃料流構造体の区域における流れ抵抗を低減する。これは、圧力低下の大部分が迷路部８２で生じ、各燃料流構造体６８を通って積層体５０内で一の燃料流構造体６８から別の燃料流構造体６８へと流れる流れの望ましい均一性を実現することを保証する手段として機能する。

スロット７８が占めている領域ができるだけ大きいことが非常に望ましい。これは、分離シート１０６、１０８のより多くの部分を燃料と直接熱伝達するようにし、従って、一のスロットと別のスロットを分離するリブを通じて生じる熱伝達よりも効率的な熱伝達を与える。

十字パターンのスロット７８は、流れのかなりの乱れを、各燃料流構造体６８内の全流れ方向に与える。このような、乱流は、境界層の形成を最小にし、従って、熱伝達効率を実質上高める。

各燃料流構造体内に複数のチャネルを使用するそれらの実施形態は、既述したような外部の力によってもたらされ得る燃料窮乏問題を最小にする。そのようなチャネルを含む本発明に従ってなされた蒸発器は、全配向において高効率に動作し、従って、かなりのフレキシビリティー及び据付け性を与える。複数のチャネルはまた、別の方法では外部の力により不調となるかもしれない蒸発器の作動の安定性を改善すると考えられる。

交互の長短スロット又はあらゆる種類の断続スロットを利用する実施形態は、入口５６から出口５７における燃料流の多くの方向変化を保証し、従って、境界層の形成を最小にし、効率を高める。板７０、７２は、最小厚さが数分の１ミリメートルのシートすなわち板から形成され得る。この場合、任意の時点における蒸発器内の燃料の量は最小となり、そのため、負荷の変化に対する応答性が高まる。すなわち、応答時間が実質的に低減する。

理想的には、迷路部８２は、入ってくる液体燃料／水混合物が未だ液状である際に必要な圧力低下を与える。迷路部において蒸発が生じる十分な長さを該迷路部に持たせることは望ましくない。その理由は、それが、入口マニホールド５６から出口マニホールドにおける全圧力低下を、望ましくない高いレベルまで増加させ得るからである。従って、特定形状の迷路部は、必要な圧力低下を達成するために必要な高い流れ抵抗を与えることができ、かつ、迷路部内での燃料／水混合物の蒸発が生じないか又は最小であるために十分に短い長さである限り、特に重要ではない。

拡大した開口８６、８８、１０２、１０４、１１４、１１６を使用するホットガスマニホールドは、上述した円錐形マニホールドに比べてコスト的な利点を与える。また、拡大開口８４、１００によって形成される燃料出口マニホールドにおけるくぼみの使用は、鑞付けサイクル中といった組立中、分離板１０６、１０８間にスペースを保つのみならず、ホットガスと燃料間の圧力差に応答しての蒸発器の動作中の膨れ又はオイルキャンニング（oil canning）の影響を防止する。

シート又は板の厚さは、所望する圧力低下の関数として選択される。より薄いシートは、もちろん、厚いシートよりも安価である。より薄い燃料流シートはまた、蒸発器の総燃料チャージ又は容量を減らし、過渡応答速度、すなわち負荷の変化に対する応答性を改善する。更に、より薄いシートの使用は、そうでない場合に比べ、各特定スロットの全領域が、望ましい圧力低下特性を保持したまま、より大きくなることを可能にする。より大きいスロットは、組立て及び動作中のいずれにおいても目詰まりの影響を受けにくい。

ほぼ上述したように、図４〜１８は比例尺の図であり、種々の構成要素は、図に記載の寸法及び／又は角度を有している。更に、燃料流板７０、７２の厚さは、約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍの範囲にあり得、より好ましくは、本発明の一実施形態において、約０．２ｍｍである。もちろん、燃料流要求及び応答要求次第で、該厚さは、必要に応じて変更され得る。

本発明の燃料蒸発器が使用される、改質装置を用いる型式の典型的な燃料電池システムを示す概略図である。 本発明に従って形成された燃料蒸発器の斜視図である。 本発明に使用される一つの燃料流構造体及び一つのホットガス構造体の一実施形態の分解図である。 図３に示される燃料流板の一方の平面図である。 図３に示される他方の燃料流板の平面図である。 相互に重ね合わされた図４及び５の燃料流板の平面図である。 一方の燃料流板の変更実施形態を示す、図４と同様の図である。 図７の実施形態の第２燃料板を示す。 相互に重ね合わされた図７及び８の燃料流板を示す。 一方の燃料流板の更に別の実施形態を示す。 図１０の実施形態に従う第２燃料流板を示す。 相互に重ね合わされた図１０及び１１の燃料流板を示す。 一方の燃料流板の更に別の実施形態を示す。 図１３の実施形態に使用されるべき第２燃料流板を示す。 相互に重ね合わされた図１３及び１４の燃料流板を示す。 燃料流板の更に別の実施形態を示す。 図１６の実施形態に従う別の燃料流板を示す。 相互に重ね合わされた図１６及び１７の燃料流板を示す。 分離板１０８の端部、特に出口マニホールド５７に接続されるべき開口１３４を含むその端部の部分平面図である。 図１９の線２０−２０にほぼ沿う部分拡大断面図である。

符号の説明

１０ 燃料電池
２０ 水槽（水タンク）
２４ 燃料タンク
２８ 燃料蒸発器
５０ コア
６４ 入口ヘッダー
６５ ホットガス入口管
６６ 出口ヘッダー
６７ ホットガス出口管
６８ 燃料／水流路構造体
６９ ホットガス流路構造体
７０、７２ 板
７８、８０、９６、９８ スロット
８２ 迷路部
８４、８６、８８、１００、１０２、１０４、１１４、１１６ 拡大開口
１０６、１０８ 分離板

Claims (91)

1. 蒸発させられた燃料の入口を含む燃料電池と、蒸発させられる液体燃料の源と、燃料電池と前記源とを相互に接続する燃料蒸発器とを含む燃料電池システムにおける、該燃料蒸発器内で燃料を蒸発させる方法であって、
   （ａ）蒸発させられる液体燃料を、燃料蒸発器の燃料流路に対する燃料入口内へと導入する工程と、
   （ｂ）前記燃料流路内の燃料を加熱して蒸発させるため、該燃料流路に対し熱交換関係にある少なくとも一つのホット流体流路に加熱された流体を通す工程と、
   （ｃ）前記燃料が前記入口から該燃料が蒸気として出てくる出口へと通過する際の該燃料の圧力低下を、該圧力低下の大部分が、実質的に該液体燃料のいくらかが蒸発させられる前に前記入口付近で生じるように制御する工程とを含む方法。
2. 前記大部分は少なくとも約７０％である請求項１の方法。
3. 前記大部分は約９５％である請求項１の方法。
4. 並行に連結され、かつ、実質上等しい燃料流れ抵抗を有する複数の前記燃料流路が存在する請求項１の方法。
5. 前記各流路は、実質上同じ長さで、かつ、実質上同じ水力学的構成である請求項４の方法。
6. 前記工程（ｃ）は、
   （ｃ１）前記入口のすぐ近傍の前記燃料流路に高流れ抵抗の迷路部を設ける工程と、
   （ｃ２）迷路部から前記出口における燃料流路の残部を低流れ抵抗にする工程とによって行われる請求項１の方法。
7. 前記工程（ｃ２）は、前記残部を十文字状の伸長したスロットにすることによって行われ、燃料蒸発器を通る燃料流の平均方向に対する該スロットの角度は、迷路部近傍の地点から前記出口へと次第に減少する請求項６の方法。
8. 前記工程（ｃ２）は、前記スロットの幅を前記地点から前記出口へと次第に拡大することにより更に行われる請求項７の方法。
9. 前記工程（ｃ２）は、少なくともいくつかの前記スロットの幅を、前記入口に最も近いスロットの上流端部から前記出口に最も近いスロットの下流端部へと拡大することにより更に行われる請求項７の方法。
10. 並行に連結され、かつ、実質上等しい燃料流れ抵抗を有する複数の前記燃料流路が存在し、前記大部分は少なくとも約８０％である請求項９の方法。
11. 前記工程（ｃ１）は、前記入口と水力学的に直列でかつ流体連通する複数の交差する比較的短くかつ細いスロットと、前記燃料流の平均方向に対しほぼ横断方向の比較的長いマニホールドスロットであって、十文字状の伸長したスロットからなる前記残部へと均等間隔で伸びる複数のオリフィススロットを含むマニホールドスロットとからなる前記迷路部を作り出すことによって行われる請求項１０の方法。
12. 前記工程（ｃ１）は、前記燃料流路において前記細いスロットの下流でかつ前記オリフィススロットの上流に追加のオリフィススロットを含むことによって更に行われる請求項１１の方法。
13. 燃料電池システムであって、
    燃料電池用の液体燃料を貯蔵するための燃料槽と、
    燃料を消費して電気を発生させるための燃料電池と、
    蒸発状態の燃料を受け入れる燃料改質装置であって、燃料を燃料電池での消費のために燃料電池に供給するため燃料電池に接続される燃料改質装置と、
    燃料槽から液体燃料を受け入れ、かつ、該液体燃料を燃料改質装置に送るために蒸発状態へと蒸発させるため、燃料槽と燃料改質装置との間に配置される燃料蒸発器とを含み、
    燃料蒸発器は、ホット流体入口と、ホット流体出口と、該入口と出口とを相互に接続するコアとを有する熱交換器を含み、
    コアは、前記ホット流体入口とホット流体出口との間に伸びて、液体／蒸発燃料通路と熱交換関係にある交互のホット流体通路を有し、
    各ホット流体通路は、該通路の全長に伸長する一又は複数のフィンと、フィンに結合されかつフィンを挟む二枚の分離板とを含み、
    熱交換器は、液体燃料入口及び蒸発燃料出口を更に含み、
    前記液体／蒸発燃料通路は、液体燃料入口と蒸発燃料出口との間に伸び、かつ、二枚の隣接板を含み、
    該各隣接板は、前記液体／蒸発燃料通路の燃料流の平均方向に対し斜めに伸びる伸長したスロット又は溝を有し、一方の板のスロット又は溝は、他方の板のスロット又は溝と十文字をなして流体連通し、
    該スロット又は溝は、燃料蒸発器を通る燃料流の平均方向に対し、液体燃料入口から蒸発燃料出口へと次第に減少する角度を有する燃料電池システム。
14. 前記スロット又は溝の断面積は、液体燃料入口から蒸発燃料出口へと次第に拡大する請求項１３の燃料電池システム。
15. 少なくともいくつかの前記スロット又は溝は、液体燃料入口により近いそれらの端部において、蒸発燃料出口により近いそれらの端部におけるよりも細い請求項１３の燃料電池システム。
16. 前記少なくともいくつかのスロット又は溝には、テーパーが付けられている請求項１５の燃料電池システム。
17. 前記スロット又は溝は、ほぼ直線状である請求項１６の燃料電池システム。
18. 前記スロット又は溝は、非直線状である請求項１６の燃料電池システム。
19. 前記スロット又は溝は、Ｖ字形状である請求項１８の燃料電池システム。
20. 前記スロット又は溝は、複数の列にあり、比較的短いスロット又は溝と交互になる比較的長いスロット又は溝を含む請求項１６の燃料電池システム。
21. 前記液体／蒸発燃料通路は、前記入口の近傍の、大きい圧力低下を与えることができる迷路部と、迷路部と蒸発燃料出口との間に延在する小さい圧力低下区域とを含む請求項１３の燃料電池システム。
22. 前記迷路部は、液体燃料入口と蒸発燃料出口との間の圧力低下の大部分を生じさせるように構成される請求項２１の燃料電池システム。
23. 前記大部分は少なくとも約７０％である請求項２２の燃料電池システム。
24. 前記大部分は約９５％以上である請求項２３の燃料電池システム。
25. 前記迷路部は、液体燃料入口と水力学的に直列でかつ流体連通する複数の交差する比較的短くかつ細いスロット又は溝と、前記燃料流の平均方向に対しほぼ横断方向の比較的長いマニホールドであって、十文字状の伸長したスロット又は溝からなる前記残部へと均等間隔で伸びる複数のオリフィススロット又はオリフィス溝を含むマニホールドとを含む２２の燃料電池システム。
26. 前記燃料流路において前記細いスロット又は溝の下流でかつ前記オリフィススロット又はオリフィス溝の上流に追加のオリフィススロット又はオリフィス溝を含む請求項２５の燃料電池システム。
27. 前記各液体／燃料通路は、液体燃料入口から蒸発燃料出口へと伸びる水力学的に分離した複数のチャネルを含み、各チャネルは、実質上等しい燃料流れ抵抗を有する請求項１３の燃料電池システム。
28. 前記各チャネルは、実質上同じ長さで、かつ、実質上同じ水力学的構成である請求項２７の燃料電池システム。
29. 燃料電池システムであって、
    燃料電池用の液体燃料を貯蔵するための燃料槽と、
    燃料を消費して電気を発生させるための燃料電池と、
    蒸発状態の燃料を受け入れる燃料改質装置であって、燃料を燃料電池での消費のために燃料電池に供給するため燃料電池に接続される燃料改質装置と、
    燃料槽から液体燃料を受け入れ、かつ、該液体燃料を燃料改質装置に送るために蒸発状態へと蒸発させるため、燃料槽と燃料改質装置との間に配置される燃料蒸発器とを含み、
    燃料蒸発器は、ホット流体入口と、ホット流体出口と、該入口と出口とを相互に接続するコアとを有する熱交換器を含み、
    コアは、前記ホット流体入口とホット流体出口との間に伸びて、液体／蒸発燃料通路と熱交換関係にある交互のホット流体通路を有し、
    各ホット流体通路は、該通路の全長に伸長する一又は複数のフィンと、フィンに結合されかつフィンを挟む二枚の分離板とを含み、
    熱交換器は、液体燃料入口及び蒸発燃料出口を更に含み、
    前記液体／蒸発燃料通路は、液体燃料入口と蒸発燃料出口との間に伸び、かつ、二枚の隣接板を含み、
    該各隣接板は、前記液体／蒸発燃料通路の燃料流の平均方向に対し斜めに伸びる伸長した流通路を有し、一方の板の流通路は、他方の板の流通路と十文字をなして流体連通し、
    該流通路は、液体燃料入口から蒸発燃料出口へと次第に拡大する幅を有する燃料電池システム。
30. 前記流通路は、燃料蒸発器を通る燃料流の平均方向に対し、液体燃料入口から蒸発燃料出口へと次第に減少する角度を有する請求項２９の燃料電池システム。
31. 前記流通路は、スロット又は溝によって形成される請求項２９の燃料電池システム。
32. 前記流通路は、スロットによって形成される請求項２９の燃料電池システム。
33. 前記少なくともいくつかのスロットには、テーパーが付けられている請求項３２の燃料電池システム。
34. 前記スロットは、ほぼ直線状である請求項３２の燃料電池システム。
35. 前記スロットは、非直線状である請求項３２の燃料電池システム。
36. 前記スロットは、Ｖ字形状である請求項３５の燃料電池システム。
37. 前記スロットは、複数の列にあり、比較的短いスロットと交互になる比較的長いスロットを含む請求項３２の燃料電池システム。
38. 前記液体／蒸発燃料通路は、前記入口の近傍の、大きい圧力低下を与えることができる迷路部と、迷路部と蒸発燃料出口との間に延在する小さい圧力低下区域とを含む請求項２９の燃料電池システム。
39. 前記迷路部は、液体燃料入口と蒸発燃料出口との間の圧力低下の大部分を生じさせるように構成される請求項３８の燃料電池システム。
40. 前記大部分は少なくとも約７０％である請求項３８の燃料電池システム。
41. 前記大部分は約９５％以上である請求項３９の燃料電池システム。
42. 前記迷路部は、前記入口と水力学的に直列でかつ流体連通する複数の交差する比較的短くかつ細いスロットと、前記燃料流の平均方向に対しほぼ横断方向の比較的長いマニホールドであって、十文字状の伸長したスロットからなる前記残部へと均等間隔で伸びる複数のオリフィススロットを含むマニホールドとを含む請求項３８の燃料電池システム。
43. 前記燃料流路において前記細いスロットの下流でかつ前記オリフィススロットの上流に追加のオリフィススロットを含む請求項４２の燃料電池システム。
44. 前記各液体／燃料通路は、液体燃料入口から蒸発燃料出口へと伸びる水力学的に分離した複数のチャネルを含み、各チャネルは、実質上等しい燃料流れ抵抗を有する請求項２９の燃料電池システム。
45. 前記各チャネルは、実質上同じ長さで、かつ、実質上同じ水力学的構成である請求項４３の燃料電池システム。
46. 燃料電池システムであって、
    燃料電池用の液体燃料を貯蔵するための燃料槽と、
    燃料を消費して電気を発生させるための燃料電池と、
    蒸発状態の燃料を受け入れる燃料改質装置であって、燃料を燃料電池での消費のために燃料電池に供給するため燃料電池に接続される燃料改質装置と、
    燃料槽から液体燃料を受け入れ、かつ、該液体燃料を燃料改質装置に送るために蒸発状態へと蒸発させるため、燃料槽と燃料改質装置との間に配置される燃料蒸発器とを含み、
    燃料蒸発器は、ホット流体入口と、ホット流体出口と、該入口と出口とを相互に接続するコアとを有する熱交換器を含み、
    コアは、前記ホット流体入口とホット流体出口との間に伸びて、液体／蒸発燃料通路と熱交換関係にある交互のホット流体通路を有し、
    各ホット流体通路は、該通路の全長に伸長する一又は複数のフィンと、フィンに結合されかつフィンを挟む二枚の分離板とを含み、
    熱交換器は、液体燃料入口及び蒸発燃料出口を更に含み、
    前記液体／蒸発燃料通路は、液体燃料入口と蒸発燃料出口との間に伸び、かつ、二枚の隣接板を含み、
    該各隣接板は、前記液体／蒸発燃料通路の燃料流の平均方向に対し斜めに伸びる伸長したスロットを有し、一方の板のスロットは、他方の板のスロットと十文字をなして流体連通し、
    前記分離板は、隣接板に結合されかつ隣接板を挟み、
    該スロットは、液体燃料入口から蒸発燃料出口へと次第に拡大する幅を有する燃料電池システム。
47. 燃料電池システムであって、
    燃料電池と、
    燃料電池用の液体燃料の源と、
    源から受けた液体燃料を蒸発させ、蒸発燃料を燃料電池に供給するため、燃料電池と源との間に配置される燃料蒸発器とを含み、
    燃料蒸発器は、加熱された熱交換媒体のための通路と熱交換関係にある燃料通路構造体を含み、
    燃料通路構造体は、複数の燃料流領域を有する少なくとも一枚の燃料通路シートと、液体燃料を前記燃料流領域に送るように接続される、前記シートの一端部又は該端部付近にある入口と、前記シートの反対側端部又は該端部付近にある出口であって、前記燃料流領域に接続され、かつ、該燃料流領域を出る蒸発燃料のための収集マニホールドとしての役割を果たす該シートにおける拡大開口を含む出口と、前記燃料流領域及び拡大開口を閉じるために前記少なくとも一枚のシートを挟む一組の分離板とによって形成され、
    分離板の少なくもと一方は、他方の分離板に接触しかつ結合される、前記拡大開口内における一連の隆起して離隔するくぼみを含む燃料電池システム。
48. 前記くぼみは伸長している請求項４７の燃料電池システム。
49. 前記出口は、前記拡大開口と流体連通する燃料出口通路を含み、前記くぼみは、蒸発燃料の流れを前記燃料流領域から燃料出口通路へと向けるように、拡大開口内で伸長されかつ配向される請求項４７の燃料電池システム。
50. 前記くぼみ各々は、前記燃料流領域を通る蒸発燃料流の平均方向に対して異なる角度である請求項４９の燃料電池システム。
51. 前記くぼみは、前記分離板の一方のみに設置される請求項４７の燃料電池システム。
52. 積層体内に複数の前記燃料通路構造体と複数の前記熱交換媒体通路とが配列され、燃料通路は、熱交換媒体通路と交互になる請求項４７の燃料電池システム。
53. 前記くぼみは伸長している請求項５２の燃料電池システム。
54. 前記出口は、前記拡大開口と流体連通する燃料出口通路を含み、前記くぼみは、蒸発燃料の流れを前記燃料流領域から燃料出口通路へと向けるように、拡大開口内で伸長されかつ配向される請求項５２の燃料電池システム。
55. 前記くぼみ各々は、前記燃料流領域を通る蒸発燃料流の平均方向に対して異なる角度である請求項５４の燃料電池システム。
56. 前記くぼみは、前記分離板の一方のみに設置される請求項５５の燃料電池システム。
57. 燃料電池システムであって、
    燃料電池と、
    燃料電池用の液体燃料の源と、
    源から受けた液体燃料を蒸発させ、蒸発燃料を燃料電池に供給するため、燃料電池と源との間に配置される燃料蒸発器とを含み、
    燃料蒸発器は、燃料通路構造体が、加熱された媒体の通路を規定する加熱媒体構造体と交互になる積層体を含み、
    各燃料通路構造体は、二枚の第１分離板間に挟まれた燃料流領域を有する少なくとも一枚の燃料通路シートを含み、
    各加熱媒体構造体は、二枚の第２分離板間に設置されたフィンを含み、
    第２分離板は、燃料通路シートの両端部を越えて伸長し、かつ、該両端部を越える整列した拡大開口であって前記加熱媒体通路と流体連通する入口マニホールド及び出口マニホールドとしての役割を果たす開口を有し、
    第２分離板は、前記拡大開口の周りにおいて前記加熱媒体通路との流体連通を確立する位置を除いて互いにシールされる燃料電池システム。
58. 前記第２分離板の少なくともいくつかは、第１分離板としての役割も果たす請求項５７の燃料電池システム。
59. 前記各燃料通路シートは、出口を含み、また、前記両端部の一方において、前記燃料流領域に接続されて燃料流領域のための出口マニホールドとしての役割を果たす拡大開口を含み、
    前記二枚の第１分離板の少なくとも一方は、他方の第１分離板に接触しかつ結合される、前記燃料流シートの拡大開口内における一連の離隔した隆起するくぼみを含む請求項５７の燃料電池システム。
60. 前記くぼみは伸長している請求項５９の燃料電池システム。
61. 前記出口は、前記拡大開口と流体連通する燃料出口通路を含み、前記くぼみは、蒸発燃料の流れを前記燃料流領域から燃料出口通路へと向けるように、拡大開口内で伸長されかつ配向される請求項５９の燃料電池システム。
62. 前記くぼみ各々は、前記燃料流領域を通る蒸発燃料流の平均方向に対して異なる角度である請求項６１の燃料電池システム。
63. 前記くぼみは、前記分離板の一方のみに設置される請求項５９の燃料電池システム。
64. 蒸発器であって、
    第１分離シート間に挟まれた二枚の隣接する燃料流シートをそれぞれ含む複数の燃料流構造体と、
    二枚の第２分離シート間に挟まれたフィンを含む複数の加熱媒体流構造体と、
    燃料流構造体への共通燃料入口と、
    燃料流構造体からの共通燃料出口と、
    各燃料流シートにおける高流れ抵抗の迷路部と、
    前記複数の燃料流構造体の端部における共通加熱媒体入口と、
    前記複数の燃料流構造体の端部における共通加熱媒体出口とを備え、
    燃料流シートは伸長したスロットを有し、該スロットは、燃料流構造体を通る燃料流の平均方向に対し次第に減少する角度で伸び、かつ、燃料流シートの一端部から他端部へと拡大する幅を有し、
    一方の燃料流シートにおけるスロットは、他方の燃料流シートにおけるスロットと十文字をなす関係であり、
    前記各第２分離シートは、燃料流シートの前記両端部を越えて伸長し、かつ、該燃料流シートの両端部を越える位置において互いに整列する第１拡大開口を有し、
    燃料流構造体と加熱媒体流構造体は、交互となる関係で積層体に配置され、積層体中の燃料流構造体は互いに整列され、また、積層体中の加熱媒体流構造体は互いに整列され、
    前記共通燃料入口は、前記両端部の一方の近くにおける燃料流シートの側部にあり、前記共通燃料出口は、他方の端部の近くにおける燃料流シートの側部にあり、
    当該蒸発器は、燃料流シートの前記他方の端部において整列した第２拡大開口であって、いくつかのスロットと交差し、かつ、前記共通燃料出口に接続される第２拡大開口を備え、
    前記迷路部は、燃料流シートの前記一方の端部にあって、別のスロットと交差し、かつ、前記共通燃料入口に接続され、
    前記共通加熱媒体入口は、第１拡大開口と流体連通し、
    前記共通加熱媒体出口は、第１拡大開口と流体連通し、かつ、前記加熱媒体入口と離隔される蒸発器。
65. 前記共通燃料入口及び共通燃料出口は、前記積層体の側部における前記一方及び他方の端部それぞれの近傍にある請求項６４の蒸発器。
66. 少なくともいくつかの前記第２分離シートは、前記第１分離シートをも含む請求項６４の蒸発器。
67. 少なくともいくつかの前記分離シートは、該シートに設置された一連のくぼみを有し、くぼみは、第２拡大開口内へと突出して他方の分離シートと隣接するように設置され、かつ、該他方の分離シートに結合される請求項６６の蒸発器。
68. 前記他方の端部におけるくぼみは、蒸発燃料を前記共通燃料出口へと向けるように伸長されかつ配向される請求項６７の蒸発器。
69. 蒸発燃料を前記いくつかのスロットから共通燃料出口へと向けるための流れ指向器を第２拡大開口内に含む請求項６４の蒸発器。
70. 前記スロットのいくつかは比較的長く、別のスロットは比較的短い請求項６４の蒸発器。
71. 前記スロットは、複数の列にあり、各列の比較的長いスロットは、各列の比較的短いスロットと交互になる請求項７０の蒸発器。
72. 前記燃料流シート各々は、スロットによって形成される複数の分離したチャネルを有する請求項６４の蒸発器。
73. 前記スロットは、直線状である請求項６４の蒸発器。
74. 前記スロットは、非直線状である請求項６４の蒸発器。
75. 前記スロットは、ほぼＶ字形状である請求項７４の蒸発器。
76. 前記二枚の隣接する燃料流シートにおけるスロットと共通燃料入口との間に設置された迷路部を含み請求項６４の蒸発器。
77. 前記迷路部は、前記共通燃料入口と水力学的に直列でかつ流体連通する複数の交差する比較的短くかつ細いスロットと、前記燃料流の平均方向に対しほぼ横断方向の比較的長いマニホールドスロットであって、前記別の十文字状の伸長したスロットへと均等間隔で伸びる複数のオリフィススロットを含むマニホールドスロットとを含む請求項７６の蒸発器。
78. 前記短くかつ細いスロットの下流でかつ前記オリフィススロットの上流に追加のオリフィスを含む請求項７７の蒸発器。
79. 燃料電池システムであって、
    燃料電池用の液体燃料を貯蔵するための燃料槽と、
    燃料を消費して電気を発生させるための燃料電池と、
    蒸発状態の燃料を受け入れる燃料改質装置であって、燃料を燃料電池での消費のために燃料電池に供給するため燃料電池に接続される燃料改質装置と、
    燃料槽から液体燃料を受け入れ、かつ、該液体燃料を燃料改質装置に送るために蒸発状態へと蒸発させるため、燃料槽と燃料改質装置との間に配置される燃料蒸発器とを含み、
    燃料蒸発器は、ホット流体入口と、ホット流体出口と、該入口と出口とを相互に接続するコアとを有する熱交換器を含み、
    コアは、前記ホット流体入口とホット流体出口との間に伸びて、液体／蒸発燃料通路と熱交換関係にある交互のホット流体通路を有し、
    各ホット流体通路は、該通路の全長に伸長する一又は複数のフィンと、フィンに結合されかつフィンを挟む二枚の分離板とを含み、
    熱交換器は、液体燃料入口及び蒸発燃料出口を更に含み、
    前記液体／蒸発燃料通路は、液体燃料入口と蒸発燃料出口との間に伸び、かつ、二枚の隣接板を含み、
    該各隣接板は、前記液体／蒸発燃料通路の燃料流の平均方向に対し斜めに伸びる伸長したスロットを有し、一方の板のスロットは、他方の板のスロットと十文字をなして流体連通し、
    前記分離板は、隣接板に結合されかつ隣接板を挟み、
    該スロットは、燃料蒸発器を通る燃料流の平均方向に対し、液体燃料入口から蒸発燃料出口へと次第に減少する角度を有する燃料電池システム。
80. 蒸発器であって、
    第１分離シート間に挟まれた二枚の隣接する流体流シートをそれぞれ含む複数の流体流構造体と、
    二枚の第２分離シート間に挟まれたフィンを含む複数の加熱媒体流構造体と、
    流体流構造体への共通流体入口と、
    流体流構造体からの共通流体出口と、
    各流体流シートにおける高流れ抵抗の迷路部と、
    前記複数の流体流構造体の端部における共通加熱媒体入口と、
    前記複数の流体流構造体の端部における共通加熱媒体出口とを備え、
    流体流シートは伸長したスロットを有し、該スロットは、流体流構造体を通る流体流の平均方向に対し斜めに伸び、かつ、流体流シートの一端部から他端部へと拡大する幅を有し、
    一方の流体流シートにおけるスロットは、他方の流体流シートにおけるスロットと十文字をなす関係であり、
    前記各第２分離シートは、流体流シートの前記両端部を越えて伸長し、かつ、該流体流シートの両端部を越える位置において互いに整列する第１拡大開口を有し、
    流体流構造体と加熱媒体流構造体は、交互となる関係で積層体に配置され、積層体中の流体流構造体は互いに整列され、また、積層体中の加熱媒体流構造体は互いに整列され、
    前記共通流体入口は、前記両端部の一方の近くにおける流体流シートの側部にあり、前記共通流体出口は、他方の端部の近くにおける流体流シートの側部にあり、
    当該蒸発器は、流体流シートの前記他方の端部において整列した第２拡大開口であって、いくつかのスロットと交差し、かつ、前記共通流体出口に接続される第２拡大開口を備え、
    前記迷路部は、流体流シートの前記一方の端部にあって、別のスロットと交差し、かつ、前記共通流体入口に接続され、
    前記共通加熱媒体入口は、第１拡大開口と流体連通し、
    前記共通加熱媒体出口は、第１拡大開口と流体連通し、かつ、前記加熱媒体入口と離隔される蒸発器。
81. 前記共通流体入口及び共通流体出口は、前記積層体の側部における前記一方及び他方の端部それぞれの近傍にある請求項８０の蒸発器。
82. 少なくともいくつかの前記第２分離シートは、前記第１分離シートをも含む請求項８０の蒸発器。
83. 少なくともいくつかの前記分離シートは、該シートに設置された一連のくぼみを有し、くぼみは、第２拡大開口内へと突出して他方の分離シートと隣接するように設置され、かつ、該他方の分離シートに結合される請求項８２の蒸発器。
84. 前記他方の端部におけるくぼみは、蒸発流体を前記共通流体出口へと向けるように伸長されかつ配向される請求項８３の蒸発器。
85. 蒸発器であって、
    入口と、出口と、水力学的に平行に連結され、かつ、入口と出口の間に配置される比較的低い流れ抵抗の複数の流体流通路とを有する少なくとも一つの流体流構造体と、
    各流体流通路それぞれに対して該流体流通路の上流に設置される、複数の高流れ抵抗の迷路部と、
    迷路部を前記入口に接続する共通マニホールドと、
    前記流体流構造体、迷路部及び流体流通路と熱伝達関係にある少なくとも一つの加熱媒体流構造体とを備え、
    前記出口は、流体流通路の下流端部に接続される蒸発器。
86. 前記各流体流通路は、十文字状のスロット又は溝によって形成される請求項８５の蒸発器。
87. 前記各迷路部は、十文字状のスロット又は溝によって形成される請求項８５の蒸発器。
88. 前記各流体流通路も、十文字状のスロット又は溝によって形成される請求項８７の蒸発器。
89. 前記流体流構造体は、境界面を有する二枚の隣接板を含み、前記十文字状のスロット又は溝は該境界面にある請求項８８の蒸発器。
90. 前記共通マニホールドは、各隣接板の境界面にそれぞれある二つの整列したスロット又は溝によって形成される請求項８９の蒸発器。
91. 積層体において、複数の前記燃料流構造体が、複数の前記加熱媒体流構造体と交互関係で配置され、前記入口及び出口は、積層体中の各流体流構造体に対して共通である請求項９０の蒸発器。
    
    

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