JP3889328B2

JP3889328B2 - 蒸発器

Info

Publication number: JP3889328B2
Application number: JP2002202639A
Authority: JP
Inventors: 聡花井; 清志笠原; 裕次浅野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: JP2004044905A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、炭化水素を含む液体燃料を気化させて燃料改質用の蒸気を発生させる蒸発器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池への燃料ガスの供給方法として、メタノールやガソリンなどの炭化水素を含む液体の原燃料を、改質システムによって水素リッチな燃料ガス（以下、水素リッチガスと略す）に改質し、この水素リッチガスを燃料電池の燃料ガスとして供給する場合がある（特開２００１−１３２９０９号公報等）。
この改質システムにおいては、原燃料および水の混合液からなる液体燃料（原料）を蒸発器で蒸発させて原燃料ガスとし、これを改質用空気とともに改質器に供給して原燃料ガスを改質反応させて水素リッチガスに改質している。
【０００３】
この改質システムに使用される従来の蒸発器が特開２００１−１３５３３１号公報に開示されている。
この蒸発器は、メタルハニカム担体に酸化触媒（例えば、Ｐｔ、Ｐｄ）を担持した触媒燃焼器と、触媒燃焼器で生じた燃焼ガスを流通させる略Ｕ字形に曲げられた多数のチューブからなるチューブ群と、このチューブ群を収容しシェルで囲まれた蒸発室と、この蒸発室に前記液体燃料を噴射する燃料供給装置と、前記液体燃料の気化により生成された原燃料ガスを導出する取り出し口とを備えている。この蒸発器では、燃料電池のアノードあるいはカソードから排出されるオフガスを前記触媒燃焼器で触媒燃焼させ、得られた燃焼ガスを前記チューブ群に導入し、これと同時に前記燃料供給装置から前記液体燃料を前記チューブ群の表面に向けて噴射し、燃焼ガスと液体燃料との間で熱交換させて、該液体燃料を蒸発させ、原燃料ガスを得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の前記蒸発器においては、略Ｕ字形に曲げられた多数のチューブに燃焼ガスを導入し流通させているので、燃焼ガスの圧力損失が大きい。したがって、熱量を増大すべく燃焼ガス流量を多くするにはチューブの本数を増やさなければならず、蒸発器が大型化するという問題があった。換言すると、燃焼ガスの流路の圧力損失が大きいことが、蒸発器の小型化の支障となった。
また、前記チューブの内部に燃焼触媒を担持した場合、十分な触媒層体積を確保することができない。
そこで、この発明は、ガス流路の圧力損失を低減して、小型化が可能な蒸発器を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、炭化水素を含む液体燃料を気化させて燃料改質用の燃料蒸気を発生させる蒸発器（例えば、後述する実施の形態における蒸発器１）において、加熱ガスが水平方向に直進して流通する加熱ガス直進流路（例えば、後述する実施の形態における加熱ガス流路１４、加熱ガス流路３７）と、該加熱ガス直進流路と熱交換可能に配置され、前記液体燃料を気化させる蒸発部（例えば、後述する実施の形態における蒸発流路３６）と、該蒸発部に前記液体燃料を供給する燃料供給部（例えば、後述する実施の形態における燃料供給管６０）と、前記蒸発部よりも前記加熱ガス直進流路の上流部に該加熱ガス直進流路と熱交換可能に配置され、前記蒸発部から排出された燃料蒸気を加熱する過熱部（例えば、後述する実施の形態における第１蒸気流路１７、第２蒸気流路１８）と、前記蒸発部の周囲に形成された保温部（例えば、後述する実施の形態における加熱ガス流路５１）と、を備え、前記加熱ガス直進流路から排出された加熱ガスは前記保温部における底部に導入され、前記蒸発部で発生した燃料蒸気は該蒸発部を重力方向の上方に流通した後、蒸発部の上部から排出されて前記過熱部に導入され、該過熱部を重力方向の下方および上方へ流通し加熱ガスの流れ方向に対して複数回交差して流通することを特徴とする。
このように構成することにより、加熱ガス直進流路における加熱ガスの圧力損失を小さくすることができ、加熱ガスを多く流すことができるので、供給熱量を増大することができる。また、蒸発部で発生した燃料蒸気を過熱部において加熱ガスと熱交換させているので、燃料蒸気をより高温にすることができる。また、蒸発部の上部から排出された燃料蒸気を過熱部に導入し重力方向に流通させているので、過熱部をコンパクトにすることができる。したがって、蒸発器の性能向上および小型化を図ることができる。
【０００６】
さらに、過熱部では、前記燃料蒸気が加熱ガスの流れ方向に対して複数回交差して流通するので、燃料蒸気を十分に加熱することができ、高温の燃料蒸気を生成することができる。
また、加熱ガス直進流路から排出された加熱ガスを保温部における底部に導入することにより、加熱ガスの排熱を利用して蒸発部の底部に溜まる液体燃料を気化させることができるので、蒸発器の性能が向上する。また、保温部に加熱ガスが流通することにより蒸発部の周囲に保温層が形成されるので、蒸発部からの放熱を抑制することができる。
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、前記蒸発部における底部は多孔質体（例えば、後述する実施の形態における多孔質体３３）を備えた底板（例えば、後述する実施の形態における底板３２）により閉塞され、前記多孔質体を介して前記加熱ガスと前記液体燃料が熱交換可能であることを特徴とする。
このように構成することにより、保温部を流通する加熱ガスによって多孔質体を加熱することができ、気化しきれずに蒸発部の底部に下降した液体燃料を多孔質体において気化することができる。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記保温部の底部に導入された加熱ガスは該底部から側方に回り込んで保温部を上昇することを特徴とする。
このように構成することにより、加熱ガスの排熱を利用して蒸発部を保温することができ、蒸発部からの放熱を抑制することができるので、蒸発器の性能が向上する。
請求項４に記載した発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記過熱部はその下部および両側部を、空気を封入した密閉空間からならなる断熱室（例えば、後述する実施の形態における断熱室２１）によって囲まれていることを特徴とする。
このように構成することにより、断熱室によって過熱部を保温することができ、過熱部からの放熱を抑制することができるので、蒸発器の性能が向上する。
【０００９】
請求項５に記載した発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明において、前記加熱ガス直進流路の内部に触媒を備え、前記蒸発部と熱交換可能に位置する部分と、前記過熱部と熱交換可能に位置する部分では、活性温度の異なる触媒が用いられることを特徴とする。
このように構成することにより、所定のガス（例えば、燃料電池から排出されるオフガス等）を加熱ガス直進流路内で触媒燃焼させて加熱ガスを生成することができ、また、加熱ガス直進流路からの放熱を抑制することができ、蒸発器の性能が向上する。しかも、蒸発部と過熱部では温度条件が異なるが、それぞれの温度条件に適した活性温度の触媒を使い分けることで、触媒の耐久性を延ばすことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る蒸発器の一実施の形態を図１から図５の図面を参照して説明する。なお、この実施の形態における蒸発器は燃料電池用の燃料改質システムに用いられる態様であり、蒸発器によって発生した燃料蒸気は改質器に供給され、改質器で水素リッチな燃料電池用の燃料ガスに改質される。
図１は蒸発器１の縦断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。蒸発器１は、箱型のハウジング２を備え、ハウジング２の正面（図１において右側）に加熱ガス入口３が設けられ、ハウジング２の背面（図１において左側）に加熱ガス出口４が設けられ、ハウジング２の側面（図１において裏面側）に蒸気出口５が設けられている。なお、以下の説明において、正面とは図１において右側を指し、背面とは図１において左側を指すものとする。
【００１１】
蒸発器１のハウジング２の内部には、正面側に過熱コア１０が設置され、この過熱コア１０の背面側に蒸発コア３０が設置されている。
過熱コア１０は、図４の模式図に示すように、直方体形状のケース１１を備え、ケース１１の内部にはその底部に蒸気流路１２が形成されており、蒸気流路１２よりも上方のケース１１内は、正面側から背面側に向かって延びる隔壁１３によって互いに平行をなす幅の狭い多数の部屋に仕切られていて、これらの部屋は交互に加熱ガス流路（加熱ガス直進流路）１４と蒸気流路１５にされている。
【００１２】
各加熱ガス流路１４は、上部および下部が閉塞されて蒸気流路１２から遮断され、両側部が隔壁１３によって閉塞され、ケース１１の正面側と背面側が全面開口して構成されている。加熱ガス流路１４内には、断面が略三角波形のフィン１４ａがその山部を正面側から背面側に水平方向に延ばして設置されており、フィン１４ａの山部が隔壁１３に接合されている。また、フィン１４の表面にはＰｔ系の酸化触媒が担持されている。また、図１に示すように、各加熱ガス流路１４の正面側開口は加熱ガス分配室２５を介して加熱ガス入口３に連通し、背面側の開口は過熱コア１０と蒸発コア３０との間に設けられた連絡室２０に連通している。
【００１３】
これに対して、各蒸気流路１５は途中に設けられた隔壁１６によって背面側の第１蒸気流路（過熱部）１７と正面側の第２蒸気流路（過熱部）１８に区画されており、いずれの蒸気流路１７，１８も正面側と背面側がケース１１の周壁１１ａあるいは隔壁１６によって閉塞され、両側部が周壁１１ａあるいは隔壁１３によって閉塞され、上部と下部が全面開口して構成されている。第１蒸気流路１７と第２蒸気流路１８の内部にはそれぞれ、断面が略三角波形のフィン１７ａ，１８ａがその山部を鉛直方向（重力方向）に延ばして設置されており、フィン１７ａ，１８ａの山部が隔壁１３に接合されている。
【００１４】
そして、各蒸気流路１７，１８の下部開口はいずれも蒸気流路１２に連通している。また、図１に示すように、第１蒸気流路１７の上部開口は、ハウジング２内において連絡室２０および第１蒸気流路１７の上部に設けられた蒸気流路４１に連通している。第２蒸気流路１８の上部開口は、ハウジング２内において第２蒸気流路１８の上部に設けられた蒸気流路４２に連通しており、蒸気流路４２は蒸気出口５に連通している。
さらに、図３に示すように、過熱コア１０はその下部および両側部を、空気を封入した密閉空間からなる断熱室２１によって囲まれて保温されている。
【００１５】
一方、蒸発コア３０は、図５の模式図に示すように、直方体形状のケース３１を備え、ケース３１の底板（底部）３２の上側に多孔質体３３が取り付けられている。多孔質体３３は、比表面積の大きな例えばニッケル系の金属多孔体（例えば、孔径：０．５ｍｍ、比表面積：７５００ｍ ^２／ｍ ^３）で形成されており、底板３２にろう付けされている。多孔質体３３より上側のケース３１内は、正面側から背面側に向かって延びる隔壁３５によって互いに平行をなす幅の狭い多数の部屋に仕切られており、これらの部屋は交互に蒸発流路（蒸発部）３６と加熱ガス流路（加熱ガス直進流路）３７にされている。
【００１６】
各蒸発流路３６は、上方のみが開放されていて、底部が多孔質体３３を備えた底板３２により閉塞され、周囲がケース３１の周壁３１ａおよび隔壁３５によって閉塞されている。すなわち、各蒸発流路３６は上部のみを開口させた箱型をなしている。また、各蒸発流路３６の内部には、断面が略三角波形のフィン３６ａが山部を鉛直方向（重力方向）に延ばして設置されている。また、図６に示すように、フィン３６ａは各蒸発流路３６において上下方向に多段に設置されており、上下に隣接するフィン３６ａ同士はその山部をオフセットさせて設置されている。これらフィン３６ａの山部は、加熱ガス流路３７との間を隔てる隔壁３５に接合されている。
【００１７】
一方、各加熱ガス流路３７は、上部が天板３８で閉塞され、底部が多孔質体３３を備えた底板３２により閉塞され、両側部が隔壁３５によって閉塞されており、ケース３１の正面側と背面側が全面開口して構成されている。すなわち、各加熱ガス流路３７は正面側から背面側に貫通する矩形筒状をなしている。そして、各加熱ガス流路３７の正面側の開口は連絡室２０に連通しており、したがって、蒸発コア３０の各加熱ガス流路３７は連絡室２０を介して過熱コア１０の加熱ガス流路１４に接続されている。また、各加熱ガス流路３７の内部には、断面が略三角波形のフィン３７ａが山部を水平方向に延ばして設置されており、これらフィン３７ａの山部は、蒸発流路３６との間を隔てる隔壁３５に接合されている。また、フィン３７ａの表面には、一酸化炭素（ＣＯ）等のエミッション浄化に好適な浄化触媒（Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ等）が担持されている。
【００１８】
図１に示すように、蒸発コア３０は、ハウジング２内に垂直に固定された支持プレート２２の孔に挿通されていて、ケース３１の背面側端部外周と支持プレート２２は、熱膨張を吸収するベローズ２３によって連結されている。
また、図１および図２に示すように、ハウジング２の内部には、支持プレート２２よりも正面側に位置する蒸発コア３０の上部に、蒸発室４０が設けられており、この蒸発室４０に、蒸発コア３０の各蒸発流路３６の上部開口が連通するとともに、前述した蒸気流路４１が連通している。
この蒸発室４０には、蒸発流路３６と加熱ガス流路３７が連設する方向に軸心を延ばす２本の燃料供給管（燃料供給部）６０，６０が互いに平行に設置されている。各燃料供給管６０の先端は閉塞されており、各燃料供給管６０には、各蒸発流路３６の上方に位置する部位に、図７に示すように、供給孔６０ａが斜め下向きに左右一対開口している。各燃料供給管６０には液体燃料供給ライン１００を介して液体燃料（ガソリンやメタノール等および水の混合液）が供給される。
【００１９】
また、ハウジング２の内部には、蒸発コア３０の背部およびベローズ２３の外周を囲うように、加熱ガス流路５０が形成されており、この加熱ガス流路５０に蒸発コア３０の各加熱ガス流路３７の背面側開口が連通している。
さらに、図１および図２に示すように、ハウジング２の内部には、支持プレート２２よりも正面側に位置する蒸発コア３０の下部と両側部および蒸発室４０の上部と両側部を囲うように加熱ガス流路（保温部）５１が形成されている。
加熱ガス流路５０と蒸発室４０は支持プレート２２によって離隔されている。加熱ガス流路５０と加熱ガス流路５１も支持プレート２２によって離隔されているが、蒸発コア３０の下側において支持プレート２２に形成された開口２２ａを介して加熱ガス流路５０と加熱ガス流路５１は連通している。
また、加熱ガス流路５１は、ハウジング２内において加熱ガス流路５０の背部と上部と両側部を囲うように形成された加熱ガス流路５２に連通しており、加熱ガス流路５２は加熱ガス出口４に連通している。
【００２０】
このように構成された蒸発器１の作用を説明する。
初めに、加熱ガスの流れから説明する。図１、図２、図４、図５において破線矢印は加熱ガスの流れ方向を示している。
この実施の形態においては、図示しない燃料電池のカソードから排出される酸素を含むカソードオフガスとアノードから排出される水素を含むアノードオフガスが加熱ガス入口３から供給され、加熱ガス分配室２５を介してこれらオフガスが蒸発コア３０の各加熱ガス流路１４に供給される。前記オフガスは各加熱ガス流路１４を正面側から背面側に向かって水平に直進し、各加熱ガス流路１４を流通する間にフィン１４ａに担持された酸化触媒によってオフガスが触媒燃焼する。この燃焼によって生じる燃焼ガスを、この実施の形態では加熱ガスとして用いる。そして、加熱ガスの熱の一部が、フィン１４ａを介して過熱コア１０の隔壁１３に伝熱され、さらに、過熱コア１０の蒸気流路１７，１８のフィン１７ａ，１８ａに伝熱される。なお、フィン１７，１８の温度は液体燃料の飽和蒸気温度以上になる。
【００２１】
そして、過熱コア１０の各加熱ガス流路１４内を直進した加熱ガスは、連絡室２０を介して蒸発コア３０の各加熱ガス流路３７に流入し、各加熱ガス流路３７を正面側から背面側に向かって水平に直進する。なお、過熱コア１０と蒸発コア３０は一直線上に配置されているので、途中に連絡室２０が存在していても、加熱ガスは加熱ガス流路１４の正面側開口から加熱ガス流路３７の背面側開口に達するまでほぼ水平に直進することとなる。したがって、過熱コア１０に流入してから蒸発コア３０を流出するまでの加熱ガスの圧力損失が極めて小さくなり、加熱ガスを多く流すことができる。また、加熱コア１０と蒸発コア３０が一直線上に配置されているので、連絡室２０を短尺な直線路にすることができ、その結果、連絡室２０からの放熱を抑制することができ、より高温の加熱ガスを蒸発コア３０に供給することができる。また、蒸発器１を小型にすることができる。
そして、各加熱ガス流路３７を流通する間に、加熱ガス中に含まれる未反応の水素がフィン３７ａに担持された浄化触媒によって触媒燃焼し、ガス温度を上昇させる。また、加熱ガス中にＣＯなどのエミッションが微量に存在する場合にも、フィン３７ａに担持されている浄化触媒が前記エミッションを触媒燃焼させて、浄化する。そして、加熱ガスの熱の一部が、フィン３７ａを介して蒸発コア３０の隔壁３５に伝熱され、さらに、蒸発コア３０の蒸発流路３６のフィン３６ａに伝熱される。
【００２２】
このように、過熱コア１０の加熱ガス流路１４と蒸発コア３０の加熱ガス流路３７のそれぞれに設けた触媒でオフガスを触媒燃焼させることにより加熱ガスを生成しているので、蒸発器１の外部に触媒燃焼器を設置する場合に比べ、加熱ガス流路１４，３７からの放熱を抑制することができて熱効率が向上するとともに、改質システム全体をコンパクトにすることができる。
なお、過熱コア１０と蒸発コア３０では温度条件が異なり、したがって、加熱ガス流路１４のフィン１４ａと加熱ガス流路３７のフィン３７ａでは温度が異なるので、フィン１４ａ，３７ａに担持する触媒にはそれぞれの温度条件に適した活性温度の触媒を採用することにより、触媒の耐久性を延ばすことができる。
【００２３】
蒸発コア３０の加熱ガス流路３７内を直進した加熱ガスは、加熱ガス流路５０に流れ出て、この加熱ガス流路５０において流れ方向を反転せしめられ、支持プレート２２の開口２２ａを通って加熱ガス流路５１に流入する。開口２２ａから加熱ガス流路５１に流入した加熱ガスは、蒸発コア３０の底板３２を介して多孔質体３３を加熱した後に両側方に回り込んで上昇し、蒸発コア３０の側部および蒸発室４０の上方に回り込む（図２参照）。このように加熱ガス流路５１に加熱ガスが流れることにより、外部加熱源を設けることなく多孔質体３３を加熱することができるとともに、蒸発コア３０および蒸発室４０の周囲に保温層が形成されて蒸発コア３０からの放熱を抑制することができる。
そして、加熱ガスは加熱ガス流路５１から加熱ガス流路５２を流通して、加熱ガス出口４から系外に排出される。
【００２４】
次に、液体燃料（メタノールやガソリン等および水の混合液）および燃料蒸気の流れを説明する。図１〜図５において実線矢印は液体燃料あるいは燃料蒸気の流れ方向を示している。
液体燃料は、液体燃料供給ライン１００から各燃料供給管６０に供給され、燃料供給管６０に設けられた供給孔６０ａから蒸発コア３０の各蒸発流路３６に向かって噴射される。供給孔６０ａから噴射された液体燃料は液滴となって、各蒸発流路３６のフィン３６ａに付着してフィン３６ａの表面を伝わって流れ落ち、あるいはフィン３６ａの間に形成された隙間を通過して滴下する。フィン３６ａの間の隙間を滴下した液体燃料もその多くは下降する間に下段のフィン３６ａに衝突し、フィン３６ａの表面に付着する。いずれにしても、液体燃料は、蒸発流路３６内を重力方向の下方へと流れていく。そして、フィン３６ａに付着した液体燃料は、隔壁３５およびフィン３６ａを介して加熱ガス流路３７を流通する加熱ガスと熱交換して気化し、燃料蒸気となる。また、蒸発流路３６内を下降する間に気化しきれなかった液体燃料は底板３２に至る前に多孔質体３３の微細な孔に浸透し、ここで多孔質体３３を介して加熱ガスと熱交換し、瞬時に気化して燃料蒸気となる。
【００２５】
このようにして生成された燃料蒸気は、蒸発流路３６内を重力方向の上方へと上昇し蒸発流路３６の上部開口から蒸発室４０に流出する。
したがって、この蒸発コア３０では、液体燃料あるいは燃料蒸気は蒸発流路３６内を重力方向に下方あるいは上方に流通するのに対して、加熱ガスは前述したように加熱ガス流路３７内を水平方向に流れるので、流れ方向が直交することとなる。
【００２６】
この蒸発コア３０では、蒸発流路３６と加熱ガス流路３７を交互に配置したので、小型ながら蒸気生成能力を大きくすることができる。
また、蒸発流路３６にフィン３６ａが設けられているので、加熱面の表面積が極めて大きく、液体燃料が大きく広がり易くなり、その結果、液体燃料の気化が促進される。
また、液体燃料がフィン３６ａに衝突すると、衝突した部位（以下、衝突部という）に付着するとともに飛散し、飛散した液体燃料が衝突部の近くのフィン３６ａにまた衝突し、このような衝突を繰り返していくので、加熱面であるフィン３６ａ表面への液体燃料の接触頻度が増し、液体燃料の気化が促進される。
特に、フィン３６ａを上下方向に多段に設け、且つ、上下のフィン３６ａにおいて山部をオフセットしているので、液体燃料のフィン３６ａへの衝突頻度がさらに増し、液体燃料の気化がさらに促進される。
さらに、フィン３６ａには、隔壁３５に接近離間する方向に温度勾配が生じるため、フィン３６ａの表面と該表面に付着した液体燃料との温度差が核沸騰域になる部分が生まれ、その部分で熱が伝わり易くなり、フィン３６ａ表面に付着した液体燃料が気化し易くなる。
【００２７】
また、フィン３６ａの熱伝導により、蒸発流路３６内のフィン３６ａ全体の温度分布がほぼ均一になるので、蒸発流路３６の全域を熱交換部として利用でき、液体燃料を効率的に気化し、燃料蒸気とすることができる。
さらに、上下のフィン３６ａにおいて山部をオフセットしたことにより、一つの蒸発流路３６内においてはフィン３６ａ間の隙間が全て連通するので、蒸発流路３６内を滴下する液体燃料の液滴や生成した燃料蒸気が拡散され分配されて、一つの蒸発流路３６内全域の熱負荷が均等化される。したがって、液体燃料を効率的に気化することができる。
また、蒸発流路３６内において、液体燃料の液滴は上から下に落下し、生成した燃料蒸気は上昇するので、液体燃料の液滴と燃料蒸気とが向流接触することとなり、液滴の予熱や微細化が促進されるとともに、フィン３６ａ表面に形成される液体燃料の液膜の薄膜化が促進され、その結果、液体燃料の気化が促進される。
したがって、この蒸発器１は、液体燃料を極めて効率的に且つ迅速に気化することができ、応答性に極めて優れたものとなる。
【００２８】
蒸発室４０に流出した燃料蒸気は、蒸気流路４１を通って、過熱コア１０の各第１蒸気流路１７に流入し、各第１蒸気流路１７を鉛直方向（重力方向）の下方へと流通して、蒸気流路１２に流出する。燃料蒸気は、第１蒸気流路１７を流通する間に、隔壁１３およびフィン１７ａを介して加熱ガス流路１４を流通する加熱ガスと熱交換し加熱される。
蒸気流路１２に流出した燃料蒸気は、この蒸気流路１２において流れの向きを１８０度反転せしめられ、過熱コア１０の各第２蒸気流路１８に流入し、各第２蒸気流路１８を鉛直方向（重力方向）の上方へと流通して、蒸気流路４２に流出する。燃料蒸気は、第２蒸気流路１８を流通する間に、隔壁１３およびフィン１８ａを介して加熱ガス流路１４を流通する加熱ガスと熱交換し加熱される。
すなわち、燃料蒸気は過熱コア１０において加熱ガスの流れ方向に対して２回交差して流通しており、過熱コア１０を流通する間に２回に亘って加熱ガスと熱交換するので十分に加熱され、燃料蒸気の温度を加熱ガス流路１４の上流部の加熱ガス温度に近い温度まで高温化することができる。しかも、過熱コア１０の加熱ガス流路１４のフィン１４ａは飽和蒸気温度以上となっているため、燃料蒸気を飽和蒸気温度以上に過熱することができる。
このようにして過熱コア１０において過熱された燃料蒸気は、蒸気流路４２から蒸気出口５を介して図示しない改質器に供給され、改質器において水素リッチな燃料ガスに改質され、燃料電池に供給されることとなる。なお、蒸気出口５はハウジング２の側面上部に設けられているので、改質器における反応にとって好ましくない液滴の排出を防止することができる。さらに、蒸発器１の運転停止時に発生する液滴が改質器に排出されるのも防止することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に記載した発明によれば、加熱ガス直進流路における加熱ガスの圧力損失を小さくすることができ、加熱ガスを多く流すことができるので、供給熱量を増大することができる。また、蒸発部で発生した燃料蒸気を過熱部において加熱ガスと熱交換させているので、燃料蒸気をより高温にすることができる。また、蒸発部の上部から排出された燃料蒸気を過熱部に導入し重力方向に流通させているので、過熱部をコンパクトにすることができる。したがって、蒸発器の性能向上および小型化を図ることができるという優れた効果が奏される。
【００３０】
さらに、燃料蒸気を十分に加熱することができ、高温の燃料蒸気を生成することができるという効果がある。
また、加熱ガスの排熱を利用して蒸発部の底部に溜まる液体燃料を気化させることができるので、蒸発器の性能が向上するという効果がある。また、蒸発部の周囲に保温層が形成されるので、蒸発部からの放熱を抑制することができるという効果もある。
請求項２に記載した発明によれば、気化しきれずに蒸発部の底部に下降した液体燃料を多孔質体において気化することができるという効果がある。
請求項３に記載した発明によれば、加熱ガスの排熱を利用して蒸発部を保温することができ、蒸発部からの放熱を抑制することができるので、蒸発器の性能が向上するという効果がある。
請求項４に記載した発明によれば、断熱室によって過熱部を保温することができ、過熱部からの放熱を抑制することができるので、蒸発器の性能が向上するという効果がある。
【００３１】
請求項５に記載した発明によれば、所定のガスを加熱ガス直進流路内で触媒燃焼させて加熱ガスを生成することができ、また、加熱ガス直進流路からの放熱を抑制することができ、蒸発器の性能が向上するという効果がある。また、活性温度の異なる触媒を使い分けることで、触媒の耐久性を延ばすことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る蒸発器の一実施の形態における縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】前記実施の形態における蒸発器の過熱コアの模式図である。
【図５】前記実施の形態における蒸発器の蒸発コアの模式図である。
【図６】前記実施の形態における蒸発器の蒸発流路に設けられたフィンの外観斜視図である。
【図７】前記実施の形態における蒸発器の燃料供給管の断面図である。
【符号の説明】
１蒸発器
１４加熱ガス流路（加熱ガス直進流路）
１７第１蒸気流路（過熱部）
１８第２蒸気流路（過熱部）
２１断熱室
３６蒸発流路（蒸発部）
３７加熱ガス流路（加熱ガス直進流路）
５１加熱ガス流路（保温部）
６０燃料供給管（燃料供給部）

Claims

炭化水素を含む液体燃料を気化させて燃料改質用の燃料蒸気を発生させる蒸発器において、
加熱ガスが水平方向に直進して流通する加熱ガス直進流路と、
該加熱ガス直進流路と熱交換可能に配置され、前記液体燃料を気化させる蒸発部と、
該蒸発部に前記液体燃料を供給する燃料供給部と、
前記蒸発部よりも前記加熱ガス直進流路の上流部に該加熱ガス直進流路と熱交換可能に配置され、前記蒸発部から排出された燃料蒸気を加熱する過熱部と、
前記蒸発部の周囲に形成された保温部と、
を備え、
前記加熱ガス直進流路から排出された加熱ガスは前記保温部における底部に導入され、
前記蒸発部で発生した燃料蒸気は該蒸発部を重力方向の上方に流通した後、蒸発部の上部から排出されて前記過熱部に導入され、該過熱部を重力方向の下方および上方へ流通し加熱ガスの流れ方向に対して複数回交差して流通することを特徴とする蒸発器。
前記蒸発部における底部は多孔質体を備えた底板により閉塞され、前記多孔質体を介して前記加熱ガスと前記液体燃料が熱交換可能であることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
前記保温部の底部に導入された加熱ガスは該底部から側方に回り込んで保温部を上昇することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸発器。
前記過熱部はその下部および両側部を、空気を封入した密閉空間からならなる断熱室によって囲まれていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の蒸発器。
前記加熱ガス直進流路の内部に触媒を備え、前記蒸発部と熱交換可能に位置する部分と、前記過熱部と熱交換可能に位置する部分では、活性温度の異なる触媒が用いられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の蒸発器。