JP3533639B2 - 蒸発器及び燃料電池システム - Google Patents

蒸発器及び燃料電池システム

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】本発明は、燃料電池システ
ムに備えられ、液体原燃料を蒸発させる蒸発器に関し、
特に、液体原燃料の蒸発効率を向上させる蒸発器及び燃
料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、燃料電池は電気エネルギを発生さ
せる際に環境に対してクリーンなことから、燃料電池シ
ステムを搭載する燃料電池自動車の開発が盛んに行われ
ている。この燃料電池システムの一つとして、いわゆる
メタノール改質型の燃料電池システムがある。この燃料
電池システムは、例えば、液体原燃料として水とメタノ
ールの混合液が用いられ、この液体原燃料を蒸発させて
改質器に原燃料ガスを供給する燃料蒸発器を備えてい
る。さらに、オートサーマル方式の改質器では、燃料蒸
発器で蒸発した原燃料ガスに空気等の酸素ガスを含む改
質エアを混合させて、改質器に供給している。
【０００３】従来の燃料電池システムに備えられる燃料
蒸発器の一例として、本願出願人による特願平１１−１
２５３６６号に記載されている燃料蒸発器について、図
８を参照して説明する。図８に示すように、燃料蒸発器
１００は、図示しない燃焼器で発生した高温の燃焼ガス
ＨＧにより蒸発室１１０で液体原燃料ＦＬを蒸発させ、
蒸発した液体原燃料ＦＬ（以下、「原燃料ガスＦＧ」と
記載する）を生成する。さらに、燃料蒸発器１００は、
この蒸発室１１０で生成された原燃料ガスＦＧを過熱室
１２０に供給し、蒸発室１１０から出た燃焼ガスＨＧに
より過熱する。なお、蒸発室１１０と過熱室１２０は、
蒸発室１１０の床面１１０Ａに沿わせて形成された案内
通路１３０を介して連通している。蒸発室１１０は、燃
焼ガスＨＧを内側に通流させるＵ字状の熱媒チューブ１
１１，１１１・・・が多数配設され、この熱媒チューブ
１１１，１１１・・・から燃焼ガスＨＧを案内通路１３
０に送り出している。燃料蒸発器１００は、この熱媒チ
ューブ１１１，１１１・・・に向けて原燃料噴射装置１
４０から液体原燃料ＦＬを噴射する。そして、原燃料噴
射装置１４０から噴射された液体原燃料ＦＬが、熱媒チ
ューブ１１１，１１１・・・に接触し、燃焼ガスＨＧか
ら得られる熱と熱交換が行われて蒸発する。そして、燃
料蒸発器１００は、液体原燃料ＦＬを蒸発させて生成し
た原燃料ガスＦＧを、過熱室１２０に配設された蒸気チ
ューブ１２１，１２１・・・内に供給する。さらに、燃
料蒸発器１００は、熱媒チューブ１１１，１１１・・・
から排出された燃焼ガスＨＧを、案内通路１３０を介し
て過熱室１２０内に供給する。すると、過熱室１２０で
は、蒸気チューブ１２１，１２１・・・を流れる原燃料
ガスＦＧが、過熱室１２０内に供給された燃焼ガスＨＧ
によって過熱される。そして、燃料蒸発器１００は、過
熱した原燃料ガスＦＧを、蒸気チューブ１２１，１２１
・・・から排出し、改質器（図示せず）に供給する。な
お、オートサーマル方式では、通常、空気圧縮機（図示
せず）によって燃料蒸発器１００と改質器間に改質エア
として空気を送り込んでいる。そして、この空気と燃料
蒸発器１００で生成された原燃料ガスＦＧが混合され、
改質器に供給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液体原
燃料ＦＬを充分に微粒化および分散化して熱媒チューブ
１１１，１１１・・・に接触させないと、燃焼ガスＨＧ
から得られる熱との熱交換効率が低くなり、蒸発効率が
低下する。すると、蒸発室１１０内に未蒸発の液体原燃
料ＦＬが貯溜し、液溜まりが発生する。特に、熱媒チュ
ーブ１１１，１１１・・・の低温部に接触した場合や蒸
発室１１０の内壁面１１０Ｂ等に液体原燃料ＦＬが飛散
し液滴が付着した場合には、さらに蒸発効率が低下す
る。しかし、原燃料噴射装置１４０は、原燃料噴射ノズ
ル（図示せず）から液体原燃料ＦＬを所定の噴射圧で一
定方向に噴射しているだけなので、液体原燃料ＦＬを充
分に微粒化および分散化させることができず、さらに液
体原燃料ＦＬの噴射方向を設定することができない。
【０００５】そこで、本発明の課題は、液体原燃料を充
分に微粒化および分散化し、液体原燃料を高効率に蒸発
させる蒸発器及び燃料電池システムを提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決した本発
明に係る蒸発器は、高温熱媒体が内側に通流する複数の
熱媒チューブが内部に配設され、この熱媒チューブの外
側に液体原燃料を接触させることにより蒸発させて原燃
料ガスにする蒸発室と、前記熱媒チューブに向かって前
記液体原燃料を噴射する第１の噴射部と、前記第１の噴
射部から噴射された液体原燃料に、所定の方向性を有す
る気体又は液体を噴射する第２の噴射部とを備えること
を特徴とする。この蒸発器によれば、第２の噴射部から
噴射された気体又は液体によって気流を発生させ、その
気流によって第１の噴射部から噴射された液体原燃料を
蒸発室に微粒化させながら分散化させる。そのため、高
温熱媒体から得られる熱による液体原燃料の蒸発が促進
され、蒸発効率が向上する。
【０００７】前記蒸発器において、前記第２の噴射部
は、噴射した前記気体又は液体がスワール流となるよう
に噴射することを特徴とする。この蒸発器によれば、第
２の噴射部から噴射される気体又は液体によってスワー
ル流を発生させることによって、第１の噴射部から噴射
された液体原燃料を一層微粒化させながら分散化させる
ことができるので、蒸発効率が更に向上する。また、前
記蒸発器において、前記第２の噴射部は、前記液体原燃
料が前記蒸発室の中央部へ向かうように前記気体又は液
体を噴射することを特徴とする。この蒸発器によれば、
液体原燃料は、熱媒チューブの高温部に集中して分散さ
れたり、または過熱部や蒸発室の内側壁側に向かわない
方向に分散されたりする。そして、液体原燃料は、微粒
化されているため、熱媒チューブ内を通流する燃焼ガス
から得られる熱と高効率に熱交換されて蒸発し、原燃料
ガスとなる。その結果、液体原燃料は、非常に高効率に
蒸発する。また、前記蒸発器において、前記蒸発室は、
前記蒸発室から原燃料ガスを流出させる蒸気チューブに
連通し、前記第２の噴射部は、前記液体原燃料が前記蒸
気チューブとは逆の方向へ向かうように前記気体又は液
体を噴射することを特徴とする。この蒸発器によれば、
蒸発器からの余計な液滴の飛散を防止することができ
る。
【０００８】前記蒸発器において、前記第１の噴射部を
３個以上備え、両端の前記第１の噴射部から噴射される
液体原燃料にのみ前記気体又は液体を噴射する前記第２
の噴射部を備えることを特徴とする。この蒸発器によれ
ば、蒸発効率が低い蒸発室の周辺部にのみに気流を発生
させる第２の噴射部を構成するので、簡単な構成で高効
率に液体原燃料を蒸発させることができる。また、本発
明に係る燃料電池システムは、前記蒸発器と、前記蒸発
器で生成された原燃料ガスと改質エアから水素リッチガ
スを生成する改質器と、水素と酸素とを化学反応させて
電気エネルギーを取り出す燃料電池と、から構成される
燃料電池システムにおいて、前記第２の噴射部から噴射
された気体又は液体を改質エアとして使用することを特
徴とする。この燃料電池システムによれば、第２の噴射
部から噴射された気体又は液体を改質エアとして使用す
ることにより、改質エアが均一に混合した原燃料ガスが
改質器に供給されるので、改質効率も向上し、別に改質
エアを供給する手段を必要としない。
【０００９】なお、所定の方向性を有する気体又は液体
とは、第２の噴射部から噴射される気体又は液体によっ
て様々な気流を発生させるために、各々一定方向に噴射
される気体又は液体である。本実施の形態では、図６に
示すように、気流としてスワール流（渦流）、曲折流、
偏向流および片寄せ流を発生させるために、各気流に対
応した構成の空気噴射ノズルと空気噴射通路を備える空
気噴射部から各々方向性を有する空気を噴射している。
例えば、スワール流の場合、４個の空気噴射ノズルから
空気が噴射され、各空気の噴射方向は隣接する空気噴射
ノズルに向かう方向である。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係る蒸発器用原燃料噴射装置の実施の形態を説明する。
図１は蒸発器を備える燃料電池システムの全体構成図、
図２は蒸発器の一部破断平面図、図３は図２の蒸発器の
Ｂ−Ｂ’線断面図、図４は図２の蒸発器のＣ−Ｃ’線断
面図、図５は第１の形態の原燃料噴射装置の正断面図、
図６は原燃料噴射装置の空気噴射部の空気噴射ノズルお
よび空気噴射通路の構成図であり、（ａ）はスワール流
用の構成図であり、（ｂ）は曲折流用の構成図であり、
（ｃ）は偏向流用の構成図であり、（ｄ）は片寄せ流用
の構成図、図７は第２の形態の原燃料噴射装置の正断面
図である。
【００１１】本発明に係る蒸発器用原燃料噴射装置は、
第１の噴射部から噴射された液体原燃料に向かって第２
の噴射部から気体又は液体を噴射し、噴射された気体又
は液体によって気流を発生させる。すると、この気流に
よって、蒸発室内で液体原燃料が充分に微粒化され、さ
らに分散化される。そのため、高温熱媒体から得られる
熱との熱交換効率が向上し、ひいては液体原燃料の蒸発
効率が向上する。本実施の形態では、本発明に係る蒸発
器用原燃料噴射装置を燃料電池自動車に搭載されるメタ
ノール改質型の燃料電池システムの蒸発器用の原燃料噴
射装置に適用する。また、本実施の形態では、改質器は
オートサーマル方式であり、液体原燃料として水とメタ
ノールの混合液を使用し、改質エアとして酸素を含んだ
空気を使用する。また、本実施の形態では、特許請求の
範囲に記載の高温熱媒体として、燃焼ガスを使用する。
また、本実施の形態では、特許請求の範囲に記載の気体
又は液体として、空気を使用し、この空気が改質エアと
なる。そのため、改質エアでもある噴射された空気が蒸
発した液体原燃料（原燃料ガス）と均一に混合し、改質
器での改質率が向上する。
【００１２】まず、図１を参照して、燃料電池システム
の全体構成について説明する。燃料電池システムＦＣＳ
は、蒸発器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および水・メタノール
混合液貯蔵タンク（以下、「タンク」と記載する）Ｔ等
から構成される。蒸発器１は、蒸発器本体１０、触媒燃
焼器２０、過熱部３０および原燃料噴射装置４０を備え
る。なお、蒸発器１の具体的な構成については後で詳細
に説明する。
【００１３】蒸発器１では、タンクＴから液体原燃料Ｆ
Ｌである水とメタノールの混合液がポンプＰで圧送さ
れ、この液体原燃料ＦＬを蒸発させて原燃料ガスＦＧを
生成し、改質器２に供給する。なお、この原燃料ガスＦ
Ｇは、液体原燃料ＦＬが蒸発した原燃料ガスと改質エア
である空気が混合したガスである。改質器２は、原燃料
ガスＦＧから水素リッチガスを生成し、ＣＯ除去器３に
供給する。ＣＯ除去器３は、ＮＯ．１ＣＯ除去器３Ａお
よびＮＯ．２ＣＯ除去器３Ｂによって、供給された水素
リッチガスに含まれる不要な一酸化炭素を除去し、燃料
電池５のアノード電極（図示せず）に供給する。さら
に、燃料電池システムＦＣＳには空気圧縮機４が備えら
れ、空気圧縮機４からＣＯ除去器３に空気を供給してい
る。また、空気圧縮機４は、酸素を含んだ空気を燃料電
池５のカソード電極（図示せず）に供給する。
【００１４】そして、燃料電池５は、水素と酸素とを化
学反応させて、化学エネルギから電気エネルギを取り出
す。なお、燃料電池５では全てのガスが化学反応を行う
のではなく、未反応水素ガスを含むガスが残存する。そ
こで、この未反応水素ガスを含むガスは、気液分離装置
６に供給される。気液分離装置６は、このガスから残余
した水素ガス（以下、「オフガスＯＧ」と記載する）を
取り出し、蒸発器１に供給する。蒸発器１の触媒燃焼器
２０は、このオフガスＯＧを熱源として利用する。ま
た、自動車の始動時等における蒸発器１の触媒燃焼器２
０の暖機時には、暖機用の燃焼バーナ７が、このオフガ
スＯＧを熱源として利用し、燃焼ガスを蒸発器１に供給
する。
【００１５】次に、図１乃至図４を参照して、蒸発器１
の構成について説明する。前記したように、蒸発器１
は、蒸発器本体１０、触媒燃焼器２０、過熱部３０およ
び原燃料噴射装置４０を備える。なお、原燃料噴射装置
４０の構成および作用については、後で詳細に説明す
る。
【００１６】蒸発器本体１０は、液体原燃料ＦＬを燃焼
ガスＨＧから得られる熱により蒸発させる蒸発室１１が
内部に形成されている。蒸発室１１は、燃焼ガスＨＧが
通流するＵ字状の熱媒チューブ１２，１２・・・が多数
配設される。そして、蒸発室１１には、後述する原燃料
噴射装置４０の原燃料噴射部４１から液体原燃料ＦＬお
よび空気噴射部４２から空気Ａが噴射される。すると、
この空気Ａの噴射方向によって様々な気流が発生し、原
燃料噴射装置４０から噴射された液体原燃料ＦＬが、こ
の気流によって微粒化しながら分散化する。そして、微
粒化した液体原燃料ＦＬが、熱媒チューブ１２，１２・
・・の外側に接触し、この熱媒チューブ１２，１２・・
・内を通流する燃焼ガスＨＧの熱エネルギによって蒸発
する。なお、本実施の形態では、原燃料噴射部４１が、
特許請求の範囲に記載の第１の噴射部である。また、本
実施の形態では、空気噴射部４２が、特許請求の範囲に
記載の第２の噴射部である。
【００１７】さらに、蒸発器本体１０は、熱媒チューブ
１２，１２・・・の下流側に、熱媒チューブ１２，１２
・・・を通過しながら液体原燃料ＦＬを蒸発させた後の
燃焼ガスＨＧが通流する燃焼ガス通路１３が形成されて
いる。燃焼ガス通路１３は、図２および図３に示すよう
に、蒸発室１１の周囲を囲むようにして配設され、過熱
部３０に連通する。
【００１８】触媒燃焼器２０は、蒸発器本体１０の下方
に配設される。触媒燃焼器２０は、オフガスＯＧが流入
する入口流路２１が形成され、入口流路２１の下流側に
は触媒層２２が設けられている。触媒層２２は、触媒の
金属成分を担持するハニカム形状の担体が設けられてい
る。そして、触媒層２２は、オフガスＯＧを触媒燃焼し
て、高温の燃焼ガスＨＧを発生させる。
【００１９】さらに、触媒燃焼器２０は、触媒層２２の
下流側に隔壁板２４によって出口流路２３が形成され、
熱媒チューブ１２，１２・・・に連通している。そし
て、触媒層２２で発生した燃焼ガスＨＧが、出口流路２
３を介して熱媒チューブ１２，１２・・・に流入する。
【００２０】過熱部３０は、蒸発器本体１０の下流側に
配設される。過熱部３０は、蒸発室１１で蒸発した液体
原燃料ＦＬ（すなわち、原燃料ガスＦＧ）を燃焼ガス通
路１３を経由した燃焼ガスＨＧにより過熱する。過熱部
３０は、過熱室３２が形成され、その過熱室３２内に多
数の蒸気チューブ３１，３１・・・が配設される。な
お、蒸気チューブ３１，３１・・・の下流側は図示しな
い配管を介して改質器２が連通し、原燃料ガスＦＧが改
質器２に供給される。また、過熱室３２の下流側には排
気ダクト３３が設けられており、排気ダクト３３を介し
て燃焼ガスＨＧが排出される。なお、蒸発室１１で蒸発
した液体原燃料ＦＬが充分な熱量を有している場合に
は、過熱部３０を経由せずに後工程の改質器２に供給し
てもよい。
【００２１】ここで、以上のように構成された蒸発器１
が液体原燃料ＦＬを蒸発させる手順について説明する。
まず、図１に示す気液分離装置６によって分離されたオ
フガスＯＧが、燃料蒸発装置１の触媒燃焼器２０に供給
される。触媒燃焼器２０に供給されたオフガスＯＧは、
触媒層２２で触媒燃焼し、高温の燃焼ガスＨＧとなる。
そして、燃焼ガスＨＧは、出口流路２３を介して蒸発器
本体１０の熱媒チューブ１２，１２・・・内に流入す
る。ちなみに、出口流路２３内における燃焼ガスＨＧの
温度は、約６５０℃〜７００℃となっている。
【００２２】燃焼ガスＨＧが熱媒チューブ１２，１２・
・・内を通流することによって、蒸発室１１内に配設さ
れている熱媒チューブ１２，１２・・・の外側が昇温さ
れる。また、この蒸発室１１内には、原燃料噴射装置４
０から液体原燃料ＦＬと空気Ａが噴射される。ちなみ
に、空気Ａは、複数箇所から液体原燃料ＦＬに向かって
各々一定方向に噴射され、気流を発生させる。すると、
液体原燃料ＦＬが、この気流によって微粒化しながら分
散化し、熱媒チューブ１２，１２・・・の外側に接触す
る。そして、液体原燃料ＦＬが、熱媒チューブ１２，１
２・・・内を通流する燃焼ガスＨＧから得られる熱と熱
交換されて蒸発し、原燃料ガスＦＧとなる。原燃料ガス
ＦＧは、蒸発室１１から過熱部３０の蒸気チューブ３
１，３１・・・に向けて流出する。
【００２３】一方、熱媒チューブ１２，１２・・・を通
流した燃焼ガスＨＧは、燃焼ガス通路１３に流出する。
ちなみに、燃焼ガス通路１３に流出した燃焼ガスＨＧの
温度は、約３５０℃となっている。そして、燃焼ガス通
路１３を通流する燃焼ガスＨＧは、蒸発室１１の周囲を
暖めながら、過熱部３０の過熱室３２に供給される。そ
のため、蒸気チューブ３１，３１・・・内を通流してい
る原燃料ガスＦＧが、この過熱室３２内の燃焼ガスＨＧ
によって過熱される。そして、過熱された原燃料ガスＦ
Ｇが改質器２に供給されるとともに、燃焼ガスＨＧが排
気ダクト３３を介して排出される。
【００２４】ここで、原燃料噴射装置４０の構成につい
て説明する。本実施の形態では、原燃料噴射装置４０と
して２つの実施の形態について詳細に説明する。まず、
図５および図６を参照して、第１の実施の形態の原燃料
噴射装置４０Ａの構成について説明する。なお、適宜、
図１乃至図４を参照する。
【００２５】原燃料噴射装置４０Ａは、３個の原燃料噴
射部４１Ａ，４１Ａ，４１Ａと原燃料噴射部４１Ａ，４
１Ａ，４１Ａに対して各々設けられる３個の空気噴射部
４２Ａ，４２Ａ，４２Ａから構成される。なお、原燃料
噴射部４１Ａ，４１Ａ，４１Ａおよび空気噴射部４２
Ａ，４２Ａ，４２Ａは、図示しないＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に接続され、
制御される。３個の原燃料噴射部４１Ａ，４１Ａ，４１
Ａは、蒸発器本体１０の上部に一列に並んで配設され、
蒸発室１１内の熱媒チューブ１２，１２・・・に向かっ
て液体原燃料ＦＬを噴射する。また、３個の空気噴射部
４２Ａ，４２Ａ，４２Ａは、主要部が原燃料噴射部４１
Ａ，４１Ａ，４１Ａと蒸発室１１の間に一列に並んで配
設され、原燃料噴射部４１Ａ，４１Ａ，４１Ａから噴射
された液体原燃料ＦＬに空気Ａを各々噴射する。そし
て、各空気噴射部４２Ａは、複数箇所から各々一定方向
に噴射した空気によって気流を発生させ、この気流によ
って液体原燃料ＦＬを微粒化させながら分散化させる。
また、各空気噴射部４２Ａは、発生させた気流によっ
て、液体原燃料ＦＬの噴射方向を設定することができ
る。なお、空気噴射部４２Ａから噴射される空気Ａは、
蒸発した液体原燃料ＦＬと均一に混合して改質器２に供
給され、改質エアとして作用する。
【００２６】原燃料噴射部４１Ａは、ソレノイドコイル
４１ａに電流を流してバルブ４１ｂを開き、原燃料噴射
ノズル４１ｃから液体原燃料ＦＬを噴射する。なお、原
燃料噴射部４１Ａは、タンクＴから水とメタノールの混
合液である液体原燃料ＦＬがポンプＰで圧送される（図
１参照）。そして、噴射された液体原燃料ＦＬは、開口
面積の小さな原燃料噴射ノズル４１ｃから開放されて分
散し始める。
【００２７】原燃料噴射部４１Ａは、蒸発室１１の上部
かつ熱媒チューブ１２，１２・・・の湾曲側に配設され
る（図３参照）。さらに、原燃料噴射部４１Ａは、熱媒
チューブ１２，１２・・・の湾曲側から熱媒チューブ１
２，１２・・・の燃焼ガスＨＧの出入口側に噴射するた
めに、傾斜させて設けられる（図３参照）。
【００２８】空気噴射部４２Ａは、空気導入口４２ａ、
空気環路４２ｂ、空気噴射傘４２ｃ、空気噴射通路４２
ｄおよび空気噴射ノズル４２ｅから構成される。なお、
空気噴射通路４２ｄと空気噴射ノズル４２ｅは、発生さ
せる気流に応じて任意の個数設ける。また、中央の空気
噴射部４２Ａは、両端の空気噴射部４２Ａ，４２Ａの空
気導入口４２ａ，４２ａと空気環路４２ｂ，４２ｂを共
有して使用する構成である。
【００２９】空気導入口４２ａは、蒸発室１１の上部
に、２個の原燃料噴射部４１Ａ，４１Ａの間（正面視）
かつ原燃料噴射部４１Ａより若干後方（平面視）に設け
られる。なお、前記したように、空気導入口４２ａは、
中央の空気噴射部４２Ａと両端の空気噴射部４２Ａ，４
２Ａ間で共有されるため、３個の空気噴射部４２Ａ，４
２Ａ，４２Ａに対して２個設けられる。そこで、２個の
空気導入口４２ａ，４２ａは、原燃料噴射部４１Ａ，４
１Ａ，４１Ａの間に各々配設される。空気導入口４２ａ
は、その一端に配管（図示せず）が接続され、この配管
に空気圧縮機（図示せず）が接続される。さらに、空気
導入口４２ａは、その他端に空気環路４２ｂが接続され
る。そして、空気導入口４２ａは、空気圧縮機から圧縮
された空気Ａが導入され、空気環路４２ｂに空気Ａを供
給する。なお、前記した配管および空気圧縮機を空気噴
射部４２Ａの構成に含めてもよい。
【００３０】空気環路４２ｂは、図５に示すように、蒸
発室１１の上部に、空気噴射傘４２ｃの周囲を囲むドー
ナツ形状（平面視）かつ一定の高さを有する空気通路と
して形成される。なお、空気環路４２ｂは、中央の空気
噴射部４２Ａと両端の空気噴射部４２Ａ，４２Ａ間で共
有されるため、３個の空気噴射部４２Ａ，４２Ａ，４２
Ａに対して２個設けられる。そこで、２個の空気環路４
２ｂ，４２ｂは、両端の空気噴射部４２Ａ，４２Ａの空
気噴射傘４２ｃ，４２ｃを囲んで各々設けられる。さら
に、各空気環路４２ｂは、半径方向の長さを中央の空気
噴射部４２Ａの空気噴射傘４２ｃ側に延ばし、半径方向
長さが不均一なドーナツ形状に形成される。したがっ
て、空気環路４２ｂは、断面視すると、中央側では中央
の空気噴射傘４２ｃに延びた長方形４２ｇとなり、端側
では略正方形４２ｆとなる。また、空気環路４２ｂは、
その上面に空気導入口４２ａの他端が接続され、その内
周側には空気噴射通路４２ｄが接続される。そして、空
気環路４２ｂは、空気導入口４２ａから供給された空気
Ａを空気噴射通路４２ｄに供給する。
【００３１】空気噴射傘４２ｃは、原燃料噴射部４１Ａ
と蒸発室１１の間に、上端を開口した傘形状で形成され
る。空気噴射傘４２ｃは、原燃料噴射部４１Ａから噴射
された液体原燃料ＦＬを漏らさないように、その上端の
上部開口部４２ｈが原燃料噴射部４１Ａの下端に配設さ
れる。さらに、空気噴射傘４２ｃは、原燃料噴射部４１
Ａから噴射された液体原燃料ＦＬおよび空気噴射ノズル
４２ｅから噴射された空気Ａを漏らさないように蒸発室
１１に供給するために、その下端の下部開口部４２ｉが
蒸発室１１の上面に配設される。また、空気噴射傘４２
ｃは、その側面に空気噴射ノズル４２ｅが形成され、そ
の空気噴射ノズル４２ｅには各々空気噴射通路４２ｄが
接続される。したがって、空気噴射傘４２ｃの内側は、
原燃料噴射部４１Ａから噴射される液体原燃料ＦＬに空
気噴射ノズル４２ｅから空気Ａを噴射するための空間と
なる。そして、空気噴射傘４２ｃは、この液体原燃料Ｆ
Ｌと空気Ａを蒸発室１１に案内する。
【００３２】空気噴射通路４２ｄは、空気噴射ノズル４
２ｅと空気環路４２ｂを結ぶ空気通路として配設され、
配設される角度によって空気Ａの噴射方向を設定する。
なお、空気噴射通路４２ｄは、空気噴射ノズル４２ｅの
個数に応じて同数設けられる。そして、空気噴射通路４
２ｄは、空気環路４２ｂから空気Ａを空気噴射ノズル４
２ｅに供給する。
【００３３】空気噴射ノズル４２ｅは、空気噴射傘４２
ｃの側面に形成され、空気Ａを空気噴射傘４２ｃ内に噴
射する。なお、空気噴射ノズル４２ｅは、発生させる気
流や液体原燃料ＦＬの噴射方向を設定するために、所定
の位置に所定の個数設けられる（図６参照）。そして、
空気噴射ノズル４２ｅは、原燃料噴射部４１Ａの直下
で、原燃料噴射部４１Ａから噴射された液体原燃料ＦＬ
に空気Ａを噴射する。
【００３４】ここで、図６を参照して、発生させる気流
に対応して形成される空気噴射通路４２ｄおよび空気噴
射ノズル４２ｅの構成について説明する。本実施の形態
では、気流として、スワール流、曲折流、偏向流および
片寄せ流の４つのパターンについて説明する。なお、図
６は、空気噴射部４２Ａを蒸発室１１側から見た図であ
る。
【００３５】図６の（ａ）図を参照して、スワール流を
発生させるための空気噴射通路４２ｄおよび空気噴射ノ
ズル４２ｅの構成について説明する。空気噴射ノズル４
２ｅは、空気噴射傘４２ｃの周方向に略等間隔で４個形
成される。そして、各空気噴射ノズル４２ｅから噴射さ
れる空気Ａが隣接する空気噴射ノズル４２ｅに向かって
噴射されるように（図６（ａ）図の矢印参照）、各空気
噴射通路４２ｄが各空気噴射ノズル４２ｅと空気環路４
２ｂ間に配設される。なお、４個の空気噴射ノズル４２
ｅ，４２ｅ，４２ｅ，４２ｅから噴射される空気Ａが一
方向に旋回する気流を発生させるために、２個の空気噴
射ノズル４２ｅ，４２ｅから噴射された空気Ａ，Ａは同
一の空気噴射ノズル４２ｅに向かって噴射されないこと
とする。なお、各空気噴射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２
ｅ，４２ｅは開口面積が同一であるため、噴射される空
気Ａは同一の噴射量および噴射圧となる。したがって、
図６の（ａ）図では、各空気噴射ノズル４２ｅ，４２
ｅ，４２ｅ，４２ｅから空気Ａ、Ａ，Ａ，Ａが蒸発室１
１側から見て反時計回りに旋回するように噴射され、反
時計回りのスワール流が発生する。このスワール流に原
燃料噴射部４１Ａから噴射された液体原燃料ＦＬが混流
し、液体原燃料ＦＬが空気Ａと共に旋回しながら蒸発室
１１内に入る。このとき、液体原燃料ＦＬは、旋回によ
る遠心力によって急速に微粒化され、そして蒸発室１１
内に均一に分散化される。また、液体原燃料ＦＬは、旋
回しながら熱媒チューブ１２，１２・・・に向かってい
くため、熱媒チューブ１２，１２・・・に到達する時間
が長くなり、その時間分、微粒化および分散化される時
間が長く確保される。
【００３６】図６の（ｂ）図を参照して、曲折流を発生
させるための空気噴射通路４２ｄおよび空気噴射ノズル
４２ｅの構成について説明する。一方の一列に並んだ３
個の空気噴射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅと他方の一
列に並んだ３個の空気噴射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２
ｅとが、上部開口部４２ｈを挟んで対抗して空気噴射傘
４２ｃに形成される。そして、一方の空気噴射ノズル４
２ｅから噴射される空気Ａが上部開口部４２ｈを挟んで
対抗する他方の空気噴射ノズル４２ｅに向かって噴射さ
れるように（図６（ｂ）図の矢印参照）、各空気噴射通
路４２ｄが各空気噴射ノズル４２ｅと空気環路４２ｂ間
に配設される。なお、一方の一列に並んだ空気噴射ノズ
ル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅと他方の一列に並んだ空気噴
射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅは開口面積が異なるた
め、上部開口部４２ｈを挟んで異なる噴射量および噴射
圧の空気Ａが噴射される。ちなみに、同一列内の３個の
空気噴射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅは、同一の開口
面積である。したがって、一方の空気噴射ノズル４２
ｅ，４２ｅ，４２ｅから噴射される空気Ａ，Ａ，Ａと他
方の空気噴射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅから噴射さ
れる空気Ａ、Ａ，Ａとでは噴射量および噴射圧に差が生
じるため、一定方向への気流が発生する。すなわち、原
燃料噴射部４１Ａから噴射された液体原燃料ＦＬは、噴
射量の少ない（噴射圧の小さい）空気Ａを噴射する３個
の空気噴射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅ側に、噴射方
向が曲げられる。さらに、この６個の空気噴射ノズル４
２ｅから噴射される空気Ａによって発生する曲折流によ
って、原燃料噴射部４１Ａから噴射された液体原燃料Ｆ
Ｌが微粒化しながら分散化する。
【００３７】図６の（ｃ）図を参照して、偏向流を発生
させるための空気噴射通路４２ｄおよび空気噴射ノズル
４２ｅの構成について説明する。一方の一列に並んだ３
個の空気噴射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅと他方の一
列に並んだ３個の空気噴射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２
ｅとが、一方の一列と他方の一列の延長線で形成される
挟角が略６０°となるように、空気噴射傘４２ｃに形成
される。そして、一方の空気噴射ノズル４２ｅから噴射
される空気Ａの噴射方向と他方の空気気噴射ノズル４２
ｅから噴射される空気Ａの噴射方向で形成される挟角が
略１２０°となるように（図６（ｃ）図の矢印参照）、
各空気噴射通路４２ｄが各空気噴射ノズル４２ｅと空気
環路４２ｂ間に配設される。なお、一方の一列に並んだ
３個の空気噴射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅと他方の
一列に並んだ空気噴射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅは
開口面積が同一であるため、噴射される空気Ａは同一の
噴射量および噴射圧となる。したがって、一方の一列に
並んだ３個の空気噴射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅか
ら噴射される空気Ａと他方の一列に並んだ空気噴射ノズ
ル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅから噴射される空気Ａとが、
空気噴射傘４２ｃの中央部で衝突し、一定方向への気流
を発生させる。ちなみに、この一定方向は、一方の空気
噴射ノズル４２ｅから噴射される空気Ａの噴射方向と他
方の空気噴射ノズル４２ｅから噴射される空気Ａの噴射
方向によって決まり、この２つの噴射方向から略１２０
°の方向である。その結果、原燃料噴射部４１Ａから噴
射された液体原燃料ＦＬは、この一定方向に偏向され
る。さらに、この６個の空気噴射ノズル４２ｅから噴射
される空気Ａによって発生する偏向流によって、原燃料
噴射部４１Ａから噴射された液体原燃料ＦＬが微粒化し
ながら分散化する。
【００３８】さらに、図６の（ｄ）図を参照して、片寄
せ流を発生させるための空気噴射通路４２ｄおよび空気
噴射ノズル４２ｅの構成について説明する。一列に並ん
だ３個の空気噴射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅが、空
気噴射傘４２ｃに形成される。そして、３個の空気噴射
ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅから噴射される空気Ａ，
Ａ，Ａが一定方向となるように（図６（ｄ）図の矢印参
照）、各空気噴射通路４２ｄが各空気噴射ノズル４２ｅ
と空気環路４２ｂ間に配設される。なお、一列に並んだ
３個の空気噴射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅは開口面
積が同一であるため、噴射される空気Ａは同一の噴射量
および噴射圧となる。したがって、一列に並んだ３個の
空気噴射ノズル４２ｅ，４２ｅ，４２ｅから噴射される
空気Ａ，Ａ，Ａは、一定方向への気流を発生させる。そ
の結果、原燃料噴射部４１Ａから噴射された液体原燃料
ＦＬは、この一定方向に片寄せされる。さらに、この３
個の空気噴射ノズル４２ｅから噴射される空気Ａによっ
て発生する片寄せ流によって、原燃料噴射部４１Ａから
噴射された液体原燃料ＦＬが微粒化しながら分散化す
る。
【００３９】次に、前記構成の原燃料噴射装置４０Ａの
作用について説明する。前記したように、空気噴射部４
２Ａの空気噴射通路４２ｄおよび空気噴射ノズル４２ｅ
の構成は、発生させる気流に応じた構成となる。そこ
で、液体原燃料ＦＬを微粒化および分散化させることを
重視する場合には、液体原燃料ＦＬの微粒化および分散
化に非常に有効なスワール流を発生させる空気噴射通路
４２ｄおよび空気噴射ノズル４２ｅの構成とする。ま
た、液体原燃料ＦＬの噴射方向を重視する場合には、曲
折流、偏向流または片寄せ流等を発生させる空気噴射通
路４２ｄおよび空気噴射ノズル４２ｅの構成とする。例
えば、蒸発効率を向上させるために、蒸発室１１内の熱
量分布に応じて、蒸発室１１の熱媒チューブ１２，１２
・・・の高温部には噴射量を増量させ、低温部には噴射
量を減少させる方向に噴射方向を設定する。また、蒸発
効率の低下を防止するために、蒸発室１１の内側壁に液
体原燃料ＦＬが飛散して液滴を付着させない方向に噴射
方向を設定する。また、蒸発器１からの余計な液滴の飛
散を防止するために、過熱部３０側に液体原燃料ＦＬを
噴射しない方向に噴射方向を設定する。なお、３個の空
気噴射部４２Ａ，４２Ａ，４２Ａは、全てを同一の気流
を発生させる空気噴射通路４２ｄおよび空気噴射ノズル
４２ｅの構成としてもよいし、また各々を異なる気流を
発生させる空気噴射通路４２ｄおよび空気噴射ノズル４
２ｅの構成としてもよい。いずれの構成とするにして
も、主目的は、液体原燃料ＦＬの蒸発効率を向上させる
ことである。
【００４０】原燃料噴射装置４０Ａは、ＥＣＵからの制
御信号により、原燃料噴射部４１Ａから液体原燃料ＦＬ
および空気噴射部４２Ａから空気Ａを噴射する。原燃料
噴射部４１Ａは、制御信号によってソレノイド４１ａへ
の通電時間および通電タイミングが決まり、その制御信
号に基づいた噴射量および噴射タイミングで液体原燃料
ＦＬを噴射する。なお、噴射タイミングは間欠噴射やラ
ンダム噴射等の蒸発に最適な噴射間隔に制御され、噴射
量も熱媒チューブ１２，１２・・・外側の熱量分布等に
応じて最適な量に制御される。空気噴射部４２Ａは、制
御信号によって図示しない空気圧縮機が制御され、その
制御信号に基づいた噴射量（噴射圧）および噴射タイミ
ングで空気Ａを噴射する。なお、空気噴射部４２Ａは、
少なくとも原燃料噴射部４１Ａから液体原燃料ＦＬが噴
射されている間は必ず空気Ａを噴射するように制御され
る。また、空気Ａの噴射量は、液体原燃料ＦＬの噴射量
等に応じて最適な量に制御される。
【００４１】原燃料噴射部４１Ａの原燃料噴射ノズル４
１ｃから噴射された液体原燃料ＦＬには、原燃料噴射部
４１Ａの直下に配設された空気噴射傘４２ｃ内において
空気噴射ノズル４２ｅからの空気Ａが噴射される。する
と、液体原燃料ＦＬが、この空気Ａによって発生する気
流に混流する。そして、液体原燃料ＦＬが、空気Ａと均
一に混合しながら、微粒化し、さらに分散化する。ま
た、液体原燃料ＦＬは、この気流が曲折流、偏向流また
は片寄せ流等の場合には、噴射方向が設定され、一定の
方向に向かう。
【００４２】微粒化された液体原燃料ＦＬは、蒸発室１
１内に配設された熱媒チューブ１２，１２・・・に接触
する。このとき、液体原燃料ＦＬは、気流によって熱媒
チューブ１２，１２・・・外側に均一に分散される。な
お、空気噴射部４２Ａによって噴射方向が設定されてい
る場合、液体原燃料ＦＬは、熱媒チューブ１２，１２・
・・の高温部に集中して分散されたり、または過熱部３
０や蒸発室１１の内側壁側に向かわない方向に分散され
たりする。そして、液体原燃料ＦＬは、微粒化されてい
るため、熱媒チューブ１２，１２・・・内を通流する燃
焼ガスＨＧから得られる熱と高効率に熱交換されて蒸発
し、原燃料ガスＦＧとなる。その結果、液体原燃料ＦＬ
は、非常に高効率に蒸発する。なお、この原燃料ガスＦ
Ｇは、空気Ａが均一に混合されており、過熱部３０に流
入する。
【００４３】この原燃料噴射装置４０Ａによれば、空気
噴射部４２Ａから噴射される空気Ａによって発生する気
流によって、原燃料噴射部４１Ａから噴射された液体原
燃料ＦＬが微粒化および分散化が促進され、液体原燃料
ＦＬの蒸発効率が向上する。さらに、改質エアとして空
気Ａが均一に混合した原燃料ガスＦＧが改質器２に供給
されるので、改質効率も向上し、別に改質エアを供給す
る手段を必要としない。また、原燃料噴射装置４０Ａ
は、蒸発室１１の大きさに対応して原燃料噴射部４１Ａ
と空気噴射部４２Ａを各３個備えるので、蒸発室１１内
の全域に、微粒化した液体原燃料ＦＬを分散することが
でき、さらに蒸発効率を向上させている。
【００４４】次に、図７を参照して、第２の実施の形態
の原燃料噴射装置４０Ｂの構成について説明する。な
お、適宜、図１乃至図６を参照する。なお、原燃料噴射
装置４０Ｂは、原燃料噴射装置４０Ａと同一の構成要素
には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４５】原燃料噴射装置４０Ｂは、３個の原燃料噴
射部４１Ｂ，４１Ｂ，４１Ｂと両端の原燃料噴射部４１
Ｂ，４１Ｂに対して各々設けられる２個の空気噴射部４
２Ｂ，４２Ｂから構成される。したがって、中央の原燃
料噴射部４１Ｂから噴射される液体原燃料ＦＬには、空
気Ａが噴射されない。なお、原燃料噴射部４１Ｂ，４１
Ｂ，４１Ｂおよび空気噴射部４２Ｂ，４２Ｂは、図示し
ないＥＣＵに接続され、制御される。３個の原燃料噴射
部４１Ｂ，４１Ｂ，４１Ｂは、蒸発器本体１０の上部に
一列に並んで配設され、蒸発室１１内の熱媒チューブ１
２，１２・・・に液体原燃料ＦＬを噴射する。そして、
２個の空気噴射部４２Ｂ，４２Ｂは、両端の原燃料噴射
部４１Ｂ，４１Ｂから噴射された液体原燃料ＦＬに空気
Ａを各々噴射し、気流を発生させて液体原燃料ＦＬを微
粒化しながら分散化する。ちなみに、中央の原燃料噴射
部４１Ｂから噴射された液体原燃料ＦＬは、原燃料噴射
ノズル４１ｃからそのまま蒸発室１１内に供給される。
また、２個の空気噴射部４２Ｂ，４２Ｂは、液体原燃料
ＦＬに空気Ａを各々噴射することによって、液体原燃料
ＦＬの噴射方向を設定することができる。
【００４６】原燃料噴射部４１Ｂは、原燃料噴射部４１
Ａと同一の構成を有するので、説明を省略する。
【００４７】空気噴射部４２Ｂは、空気導入口４２ａ、
空気環路４２ｊ、空気噴射傘４２ｃ、空気噴射通路４２
ｄ、および空気噴射ノズル４２ｅから構成される。な
お、空気通路４２ｄと空気噴射ノズル４２ｅは、発生さ
せる気流に応じて任意の個数設ける。
【００４８】空気導入口４２ａは、共有されないので、
２個の空気噴射部４２Ｂ，４２Ｂに対して各々設けられ
る。
【００４９】空気環路４２ｊは、蒸発室１１の上部に、
空気噴射傘４２ｃの周囲を囲むドーナツ形状（平面視）
かつ一定の高さを有する空気通路として形成される。な
お、空気環路４２ｊは、共有されないので、２個の空気
噴射部４２Ｂ，４２Ｂに対して各々設けられる。空気環
路４２ｊは、空気導入口４２ａを上側に配置するため
に、半径方向の長さを中央側に延ばし、半径方向長さが
不均一なドーナツ形状で形成される。ちなみに、空気通
路４２ｊは、断面視すると、中央側では中央側に少し延
びた長方形４２ｋとなり、端側では略正方形４２ｌとな
る。また、空気環路４２ｊの上面には空気導入口４２ａ
の他端が接続され、空気環路４２ｊの内周側には空気噴
射通路４２ｄが接続される。そして、空気環路４２ｊ
は、空気導入口４２ａから供給された空気Ａを空気噴射
通路４２ｄに供給する。
【００５０】空気噴射通路４２ｄおよび空気噴射ノズル
４２ｅは、空気噴射部４２Ａと同様に、発生させる気流
に対応して形成される。なお、空気噴射部４２Ｂの空気
噴射通路４２ｄおよび空気噴射ノズル４２ｅの構成は、
原燃料噴射装置Ａと同様に、液体原燃料ＦＬを微粒化お
よび分散化させることを重視する場合や液体原燃料ＦＬ
の噴射方向を重視する場合等の目的に応じて構成され
る。いずれの構成とするにしても、主目的は、液体原燃
料ＦＬの蒸発効率を向上させることである。
【００５１】次に、前記構成の原燃料噴射装置４０Ｂの
作用について説明する。原燃料噴射装置４０Ｂは、ＥＣ
Ｕからの制御信号により、原燃料噴射部４１Ｂから液体
原燃料ＦＬおよび空気噴射部４２Ｂから空気Ａを噴射す
る。原燃料噴射装置４０Ｂも、原燃料噴射装置４０Ａと
同様に、制御信号に基づいて液体原燃料ＦＬおよび空気
Ａの噴射タイミングと噴射量が制御される。
【００５２】両端の原燃料噴射部４１Ｂ，４１Ｂの各原
燃料噴射ノズル４１ｃ，４１ｃから噴射された液体原燃
料ＦＬには、各原燃料噴射部４１Ｂ，４１Ｂの直下に配
設された各空気噴射傘４２ｃ，４２ｃ内において空気噴
射ノズル４２ｅから空気Ａが噴射される。すると、この
液体原燃料ＦＬが、この空気Ａによって発生する気流に
混流する。そして、液体原燃料ＦＬが、空気Ａと均一に
混合しながら、微粒化し、さらに分散化する。また、液
体原燃料ＦＬは、この気流が曲折流、偏向流または片寄
せ流等の場合には、噴射方向が設定され、一定の方向に
向かう。一方、中央の原燃料噴射部４１Ｂの原燃料噴射
ノズル４１ｃから噴射された液体原燃料ＦＬは、そのま
ま微粒化しながら分散して、蒸発室１１内に入る。
【００５３】蒸発室１１内の両端部では、微粒化された
液体原燃料ＦＬは、蒸発室１１内に配設された熱媒チュ
ーブ１２，１２・・・に接触する。このとき、空気噴射
部４２Ｂによって発生した気流によって、液体原燃料Ｆ
Ｌは、熱媒チューブ１２，１２・・・外側に均一に分散
される。なお、蒸発室１１の両端部では、熱がこもらな
いため、熱媒チューブ１２，１２・・・内を通流する燃
焼ガスＨＧから得られる熱エネルギが蒸発室１１の中央
部より少なく、蒸発効率が中央部より低い。しかし、液
体原燃料ＦＬは、気流により微粒化されているため、熱
媒チューブ１２，１２・・・内を通流する燃焼ガスＨＧ
から得られる熱と高効率に熱交換されて蒸発する。その
結果、液体原燃料ＦＬは、非常に高効率に蒸発すること
になる。
【００５４】一方、蒸発室１１内の中央部では、中央の
原燃料噴射部４１Ｂの原燃料噴射ノズル４１ｃから噴射
された液体原燃料ＦＬが、そのまま微粒化しながら分散
して、熱媒チューブ１２，１２・・・に接触する。この
液体原燃料ＦＬは、気流による影響を受けないので、両
端の原燃料噴射部４１Ｂ，４１Ｂから噴射された液体原
燃料ＦＬと比較して微粒化および分散化されていない。
しかし、蒸発室１１の中央部では熱がこもり易いので、
熱媒チューブ１２，１２・・・内を通流する燃焼ガスＨ
Ｇの熱エネルギが多く、蒸発し易い。そのため、微粒化
および分散化が促進されていない液体原燃料ＦＬでも、
充分に蒸発効率が高い。
【００５５】そして、蒸発室１１内では、両端部で噴射
され蒸発した液体原燃料ＦＬ、両端部で噴射された空気
Ａおよび中央部で噴射され蒸発した液体原燃料ＦＬが、
均一に混合し、原燃料ガスＦＧとなる。さらに、この原
燃料ガスＦＧは、過熱部３０に流入し過熱された後、改
質器２に供給される。
【００５６】この原燃料噴射装置４０Ｂによれば、両端
の原燃料噴射部４１Ｂ，４１Ｂから噴射される液体原燃
料ＦＬにのみ空気を噴射する空気噴射部４２Ｂ，４２Ｂ
を備えるので、蒸発室１１内の熱量分布に応じて、蒸発
室１１の両端部に微粒化および分散化を促進した液体原
燃料ＦＬを噴射する。そのため、原燃料噴射装置４０Ｂ
は、より簡単な構成で、蒸発効率を向上させることがで
きる。
【００５７】以上、本発明は、前記の実施の形態に限定
されることなく、様々な形態で実施される。例えば、本
実施の形態では４つのパターンの気流を発生させる空気
噴射部の構成について説明したが、この４つの気流に限
定されることなく、微粒化および分散化を促進させる様
々な気流を発生させる第２の噴射部を構成してもよい。
また、空気噴射部を構成する空気噴射ノズルの個数、配
置および開口径や空気噴射通路の設置方向等は、発生さ
せる気流に応じて様々な構成で設定する。また、空気噴
射部は空気導入口、空気環路、空気噴射傘、空気噴射通
路および空気噴射ノズルで構成したが、第２の噴射部は
所定の方向性を有する気体又は液体を噴射できればこの
構成に限定されない。また、原燃料噴射部を一列に３個
配置し、この原燃料噴射部に対応させて空気噴射部を配
置させたが、蒸発室の形状や大きさに応じて、最適な個
数の第１の噴射部および第２の噴射部を配置してもよ
い。また、噴射した液体原燃料に噴射する気体又は液体
は、空気以外の気体または液体のいずれでもよい。液体
では、改質に利用される水や燃料電池の酸化剤となる液
化酸素を導入して噴射させることも可能である。さら
に、液体では、第２の噴射部から液体原燃料である水と
メタノールの混合液を噴射することにより、第１の噴射
部から噴射される液体原燃料に加えて多量の液体原燃料
が蒸発室内に噴射され、結果として、多量の原燃料ガス
が発生する。
【００５８】
【発明の効果】本発明の請求項１に係る蒸発器は、第２
の噴射部から噴射された気体又は液体によって気流を発
生させ、その気流によって第１の噴射部から噴射された
液体原燃料を微粒化させながら、蒸発室に分散化させ
る。そのため、蒸発室内の高温熱媒体から得られる熱と
液体原燃料との熱交換効率が向上し、蒸発効率が向上す
る。
【００５９】本発明の請求項２に係る蒸発器は、第２の
噴射部から噴射される気体又は液体によってスワール流
を発生させることによって、第１の噴射部から噴射され
た液体原燃料を一層微粒化させながら分散化させること
ができるので、蒸発効率が更に向上する。本発明の請求
項３に係る蒸発器は、液体原燃料が蒸発室の中央部へ向
かうように気体又は液体を第２の噴射部から噴射する。
これによって、液体原燃料は、熱媒チューブの高温部に
集中して分散されたり、または過熱部や蒸発室の内側壁
側に向かわない方向に分散されたりする。そして、液体
原燃料は、微粒化されているため、熱媒チューブ内を通
流する燃焼ガスから得られる熱と高効率に熱交換されて
蒸発し、原燃料ガスとなる。その結果、液体原燃料は、
非常に高効率に蒸発する。本発明の請求項４に係る蒸発
器は、蒸発室が原燃料ガスを流出させる蒸気チューブと
連通しており、液体原燃料が蒸気チューブとは逆の方向
へ向かうように気体又は液体を第２の噴射部から噴射す
ることによって、蒸発器からの余計な液滴の飛散を防止
することができる。
【００６０】本発明の請求項５に係る蒸発器は、熱量分
布により蒸発効率の低い蒸発室の両端部にのみ気流を発
生させる第２の噴射部を構成するので、簡単な構成で、
高効率に液体原燃料を蒸発させることができる。本発明
の請求項６に係る燃料電池システムは、第２の噴射部か
ら噴射された気体又は液体を改質エアとして使用するこ
とにより、改質エアが均一に混合した原燃料ガスが改質
器に供給されるので、改質効率も向上し、別に改質エア
を供給する手段を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る蒸発器を備える燃料電池シ
ステムの全体構成図である。
【図２】本実施の形態に係る蒸発器の一部破断平面図で
ある。
【図３】図２の蒸発器のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図４】図２の蒸発器のＣ−Ｃ’線断面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る原燃料噴射装置の正断
面図である。
【図６】本実施の形態に係る原燃料噴射装置の空気噴射
部の空気噴射ノズルおよび空気噴射通路の構成図であ
り、（ａ）はスワール流用の構成図であり、（ｂ）は曲
折流用の構成図であり、（ｃ）は偏向流用の構成図であ
り、（ｄ）は片寄せ流用の構成図である。
【図７】第２の実施の形態に係る原燃料噴射装置の正断
面図である。
【図８】従来の燃料蒸発器の正断面図である。
【符号の説明】
１・・・蒸発器 １１・・・蒸発室 ４０，４０Ａ，４０Ｂ・・・原燃料噴射装置 ４１，４１Ａ，４１Ｂ・・・原燃料噴射部（第１の噴射
部） ４２，４２Ａ、４２Ｂ・・・空気噴射部（第２の噴射
部） Ａ・・・空気（気体又は液体） ＦＧ・・・原燃料ガス ＦＬ・・・液体原燃料 ＨＧ・・・燃焼ガス（高温熱媒体）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−252062（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−233218（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−185196（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−113209（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−159621（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−35301（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−294601（ＪＰ，Ａ) 特開2002−39023（ＪＰ，Ａ) 特開2001−295707（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01B 3/32 - 3/48 H01M 8/04 - 8/06 F23D 11/44

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高温熱媒体が内側に通流する複数の熱媒
    チューブが内部に配設され、この熱媒チューブの外側に
    液体原燃料を接触させることにより蒸発させて原燃料ガ
    スにする蒸発室と、 前記熱媒チューブに向かって前記液体原燃料を噴射する
    第１の噴射部と、 前記第１の噴射部から噴射された液体原燃料に、所定の
    方向性を有する気体又は液体を噴射する第２の噴射部
    と、 を備えることを特徴とする蒸発器。
  2. 【請求項２】 前記第２の噴射部は、噴射した前記気体
    又は液体がスワール流となるように噴射することを特徴
    とする請求項１に記載の蒸発器。
  3. 【請求項３】 前記第２の噴射部は、前記液体原燃料が
    前記蒸発室の中央部へ向かうように前記気体又は液体を
    噴射することを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
  4. 【請求項４】 前記蒸発室は、前記蒸発室から原燃料ガ
    スを流出させる蒸気チューブに連通し、 前記第２の噴射部は、前記液体原燃料が前記蒸気チュー
    ブとは逆の方向へ向かうように前記気体又は液体を噴射
    することを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
  5. 【請求項５】 前記第１の噴射部を３個以上備え、 両端の前記第１の噴射部から噴射される液体原燃料にの
    み前記気体又は液体を噴射する前記第２の噴射部を備え
    ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１
    項に記載の蒸発器。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
    記載の蒸発器と、 前記蒸発器で生成された原燃料ガスと改質エアから水素
    リッチガスを生成する改質器と、 水素と酸素とを化学反応させて電気エネルギーを取り出
    す燃料電池と、から構成される燃料電池システムにおい
    て、 前記第２の噴射部から噴射された気体又は液体を改質エ
    アとして使用することを特徴とする燃料電池システム。
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