JP3913624B2 - Evaporator - Google Patents
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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、燃料供給装置から蒸発室に供給された液体燃料の一部がチューブ群を通過する間には蒸発しきれず、液体のまま蒸発室の底部に溜まることがある。このように蒸発室の底部に液体燃料の液溜まりが生じると、過渡時における蒸気発生量(原燃料ガス発生量)が燃料電池の出力に追従することができなくなり、応答性が悪いという問題が生じる。
また、蒸発室の底部に触媒燃焼器などの加熱源を配し、液溜まり量を減少させるようにしたとしても、満足できる応答性を得るのは難しい。特に、燃料電池自動車などに搭載される燃料電池用の燃料改質システムでは、極めて高い過渡応答性が要求されるため、尚更である。
【0005】
また、特開2001−332283−号公報には、液体燃料および燃料蒸気が流通する蒸発流路と、加熱ガスが流通する加熱ガス流路とを交互に設置し、液体燃料を蒸発流路の上方から供給して蒸発流路を下降させ、下降する間に液体燃料を加熱ガスとの熱交換により気化させて燃料蒸気を生成し、生成した燃料蒸気を蒸発流路の下方から排出するようにした蒸発器が開示されている。
しかしながら、この蒸発器では、蒸発流路内において燃料蒸気が重力方向の下方へと流れ、液体燃料に対して並流関係になっているため、燃料蒸気が有するエネルギを有効に利用することができなかった。
そこで、この発明は、エネルギを有効に利用して液体燃料を効率的に蒸発させることができ、応答性に優れた蒸発器を提供するものである。
【0006】
【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30)において、加熱ガスが流通する加熱ガス流路(例えば、後述する実施の形態における加熱ガス流路37)と、該加熱ガス流路と熱交換可能に配置され、重力方向の上方から供給されて重力方向下方に流れる前記液体燃料を気化し、気化した燃料蒸気を重力方向上方に流し前記液体燃料と向流接触させて上方に排出する有底の蒸発流路(例えば、後述する実施の形態における蒸発流路36)と、該蒸発流路の内面に設けられたフィン(例えば、後述する実施の形態におけるフィン36a)と、を備えることを特徴とする。
このように構成することで、フィンにより加熱面の表面積を大きくすることができ、そのフィンの表面に液体燃料が付着することにより液体燃料が大きく広がり易くなる。また、フィンは、液体燃料との接触頻度を増やすとともに、付着した液体燃料との温度差を気化し易い温度差にする。また、蒸発流路内において液体燃料と燃料蒸気が向流接触するので、滴下する液体燃料の液滴が微細化され、また、液体燃料を燃料蒸気によって予熱することができる。その結果、蒸発器は、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。
【0007】
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、前記加熱ガス流路と前記蒸発流路が交互に配置さ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、小型ながら蒸気生成能力を大きくすることができる。
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、前記加熱ガス流路はその少なくとも一部が前記蒸発流路に対して略直交する方向に設けら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、加熱ガス流路は水平方向に配置されることとなり、加熱ガス流路の出入口の配置が容易になり、蒸発器の構造を簡単にすることができる。また、加熱ガス流路における圧力損失を低く抑えることができる。
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、前記フィンは重力方向に複数段設けられており、隣接する段のフィンがオフセットして配置さ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、液体燃料がフィンに衝突して分散され、分散された液体燃料がさらに下方のフィンに衝突して分散され、これを繰り返すことで液体燃料の分散を促進することができる。また、蒸発流路内で生成された燃料蒸気がこの蒸発流路を上昇する速度は複数段設けられたフィンの存在により低下せしめられるので、蒸発流路を落下してくる液体燃料の液滴が燃料蒸気により吹き上げられるのを防止することができ、前記液滴が気化することなく蒸発流路の上部から排出されるのを防止することができる。したがって、液体燃料のフィンへの接触頻度を増やすことができ、液体燃料の気化が促進される。
【0008】
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、前記蒸発流路の底部の上側に多孔質体(例えば、後述する実施の形態における多孔質体33)を備え、前記底部の下側に加熱装置(例えば、後述する実施の形態における加熱室34)を備えることを特徴とする。
このように構成することにより、蒸発流路を下降する間に気化しきれなかった液体燃料を多孔質体において気化させることができ、蒸発流路の底部に液溜まりが発生するのを防止することができる。
請求項6に記載した発明は、請求項1から請求項5のいずれかに記載の発明において、前記液体燃料は前記蒸発流路の上方に配置された燃料供給管(例えば、後述する実施の形態における燃料供給管60)の複数の供給孔(例えば、後述する実施の形態における供給孔60a)から滴下されることを特徴とする。
このように構成することにより、液体燃料を蒸発流路内に広く分散して供給することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る蒸発器の実施の形態を図1から図9の図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各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。
【0010】
〔第1の実施の形態〕
初めに、この発明の第1の実施の形態を図1から図5の図面を参照して説明する。
図1は蒸発器30の概略構成図である。蒸発器30は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、底板32の下側に加熱室(加熱装置)34が設けられている。
多孔質体33より上側のケース31内は、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36と加熱ガス流路37にされていて、最外側の部屋はいずれも蒸発流路36にされている。
【0011】
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2および図3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。
【0012】
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では、正面側の開口から流入した加熱ガスが背面側の開口から流出可能にされている。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。
【0013】
また、ケース31の上方には、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4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。
底板32の上側に設けられた多孔質体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:7500m2/m3)で形成されており、底板32にろう付けされている。
底板32の下側に設けられた加熱室34には加熱媒体が流通可能になっており、加熱媒体の熱が底板32および多孔質体33に伝熱されるようになっている。なお、この実施の形態では、加熱ガス流路37から排出される加熱ガスが加熱媒体として加熱室34に導入される。
【0014】
このように構成された蒸発器30の作用を説明する。
加熱ガスは、ケース31の正面側の開口から各加熱ガス流路37に流入し、各加熱ガス流路37内を水平方向に直進して、ケース31の背面側の開口から流出する。加熱ガスが加熱ガス流路37を流通する際に、加熱ガスの熱の一部が、フィン37a、隔壁35に伝熱され、さらに蒸発流路36のフィン36aに伝熱される。
そして、加熱ガス流路37から流出した加熱ガスは加熱室34に供給され、加熱室34を流通した後、系外に排出される。加熱ガスが加熱室34を流通する際に、加熱ガスの熱の一部が底板32を介して多孔質体33に伝熱される。
【0015】
一方、液体燃料(メタノールやガソリン等および水の混合液)は、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、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、図3において実線で示すように、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。
【0016】
このようにして生成された燃料蒸気は、図3において破線で示すように、蒸発流路36内を重力方向の上方へと上昇し蒸発流路36の上部開口から流出する。
したがって、この蒸発器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。
なお、図5は、底板32からの距離と、液体燃料および生成された燃料蒸気の量の関係を示す図であり、底板32に近づくにしたがって液体燃料は減少していき、底板32から遠ざかるにしたがって燃料蒸気が増加していく。
【0017】
しかして、この蒸発器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、液体燃料がフィン36aに衝突して分散され、分散された液体燃料がさらに下方のフィン36aに衝突して分散され、これを繰り返すことで液体燃料の分散を促進することができる。また、蒸発流路36内で生成された燃料蒸気がこの蒸発流路36を上昇する速度は多段に設けられたフィン36aの存在により低下せしめられるので、蒸発流路36を落下してくる液体燃料の液滴が燃料蒸気により吹き上げられるのを防止することができ、前記液滴が気化することなく蒸発流路36の上部開口から排出されるのを防止することができる。したがって、液体燃料のフィン36aへの衝突頻度(接触頻度)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。
【0018】
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30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。
【0019】
また、この蒸発器30が燃料電池自動車に搭載される場合、蒸発器30の姿勢が多々変化することが考えられるが、姿勢が変わっても、この蒸発器30においては、フィン36aが隔壁として作用するので、液体燃料が蒸発流路36における一部の領域を偏って流れるのを阻止することができ、したがって、姿勢変化があっても蒸発流路36内の熱負荷を均一に保持することができ、蒸発性能を一定に保つことができる。
なお、蒸発流路36の上部開口から流出した燃料蒸気は、集合通路(図示せず)を通って改質器(図示せず)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。
【0020】
〔第2の実施の形態〕
次に、この発明に係る蒸発器30の第2の実施の形態を図6から図8の図面を参照して説明する。第2の実施の形態の蒸発器30が第1の実施の形態のものと相違する点は以下の通りである。
第1の実施の形態における蒸発器30では、ケース31の正面側及び背面側において各加熱ガス流路37が全面開口しているが、第2の実施の形態における蒸発器30では、ケース31の正面側では各加熱ガス流路37の上部および下部のみが開口しており、ケース31の背面側では各加熱ガス流路37の全面が閉塞されている。そして、ケース31の正面側において下側に設けられた開口37cが加熱ガス入口とされ、上側に設けられた開口37dが加熱ガス出口とされており、開口37c,37dの間は側板39によって閉塞されている。さらに、各加熱ガス流路37内には、側板39が設けられている高さ領域に、断面が略三角波形のフィン37bがその山部を鉛直方向(重力方向)に延ばして設置されている。これらフィン37b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。なお、図7は図6のII−II断面図である。
【0021】
この蒸発器30においては、加熱ガスは、図8に示すように、下側の各開口37cから各加熱ガス流路37内に流入し、加熱ガス流路37内をケース31の背面側に向かって直進するとともに、フィン37bの間に形成された各隙間に流入して上昇し、加熱ガス流路37内の上部に達すると上側の開口37dに向かって方向変換し、開口37dから流出する。
したがって、この蒸発器30においては、液体燃料と燃料蒸気と加熱ガスはいずれも重力方向に沿って流れることとなる。
その他の構成については第1の実施の形態のものと同じであるので、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
この第2の実施の形態の蒸発器30も、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。
【0022】
〔他の実施の形態〕
尚、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。
例えば、蒸発流路36内に設けるフィン36aの形状は略三角波形に限るものではなく、図9に示すような種々の形状が採用可能である。図9(A)は断面矩形波状のフィンであり、図9(B)はいわゆるヘリボーンフィンであり、図9(C)は多孔板フィンであり、図9(D)はいわゆるセレートフィンであり、図9(E)はいわゆるルーバーフィンである。
また、前述した実施の形態では、蒸発流路36内にフィン36aを重力方向に複数段設け、隣接する段のフィン36aをオフセットして配置したが、フィン36aを多段に設けなくても、あるいは、オフセットしなくても本発明は成立する。
また、蒸発流路の底部下側に設ける加熱装置は電気ヒータ等で構成することも可能である。
【0023】
【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、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、蒸発器の応答性が極めてよくなるという優れた効果が奏される。
請求項2に記載した発明によれば、小型ながら蒸気生成能力を大きくすることができる。
請求項3に記載した発明によれば、加熱ガス流路は水平方向に配置されることとなり、加熱ガス流路の出入口の配置が容易になり、蒸発器の構造を簡単にすることができる。また、加熱ガス流路における圧力損失を低く抑えることができる。
【0024】
請求項4に記載した発明によれば、液体燃料がフィンに衝突して分散され、分散された液体燃料がさらに下方のフィンに衝突して分散され、これを繰り返すことで液体燃料の分散を促進することができる。また、蒸発流路内で生成された燃料蒸気がこの蒸発流路を上昇する速度は複数段設けられたフィンの存在により低下せしめられるので、蒸発流路を落下してくる液体燃料の液滴が燃料蒸気により吹き上げられるのを防止することができ、前記液滴が気化することなく蒸発流路の上部から排出されるのを防止することができる。したがって、液体燃料のフィンへの接触頻度を増やすことができ、液体燃料の気化が促進されるという効果がある。
請求項5に記載した発明によれば、蒸発流路を下降する間に気化しきれなかった液体燃料を多孔質体において気化させることができ、蒸発流路の底部に液溜まりが発生するのを防止することができるという効果がある。
請求項6に記載した発明によれば、液体燃料を蒸発流路内に広く分散して供給する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第1の実施の形態における外観斜視図である。
【図2】 前記第1の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3】 図1のI−I断面図である。
【図4】 前記第1の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。
【図5】 前記第1の実施の形態における蒸発器の液体燃料と燃料蒸気の量的変化を示す図である。
【図6】 この発明に係る蒸発器の第2の実施の形態における外観斜視図である。
【図7】 図6のII−II断面図である。
【図8】 図7のIII−III断面図である。
【図9】 蒸発流路に設けられるフィンの他の実施の形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
30 蒸発器
32 底板(底部)
33 多孔質体
34 加熱室(加熱装置)
36 蒸発流路
36a フィン
37 加熱ガス流路
60 燃料供給管
60a 供給孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an evaporator that vaporizes a liquid fuel containing hydrocarbons to generate steam for fuel reforming.
[0002]
[Prior art]
As a method of supplying fuel gas to a fuel cell, liquid raw fuel containing hydrocarbons such as methanol and gasoline is reformed into hydrogen-rich fuel gas (hereinafter abbreviated as hydrogen-rich gas) by a reforming system. In some cases, rich gas is supplied as fuel gas for the fuel cell (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-132909, etc.).
In this reforming system, a liquid fuel (raw material) consisting of a mixture of raw fuel and water is evaporated by an evaporator to be a raw fuel gas, which is supplied to the reformer together with reforming air to be a raw fuel gas. Is reformed to hydrogen-rich gas.
[0003]
A conventional evaporator used in this reforming system is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-135331.
The evaporator includes a catalytic combustor in which an oxidation catalyst (for example, Pt, Pd) is supported on a metal honeycomb carrier, a tube group bent into a substantially U-shape through which combustion gas generated in the catalytic combustor flows, and the tube An evaporation chamber containing a group and surrounded by a shell; a fuel supply device for injecting the liquid fuel into the evaporation chamber; and a take-out port for deriving raw fuel gas generated by vaporization of the liquid fuel. . In this evaporator, off-gas discharged from the anode or cathode of the fuel cell is catalytically combusted by the catalytic combustor, and the obtained combustion gas is introduced into the tube group, and at the same time, the liquid fuel is supplied from the fuel supply device. Is injected toward the surface of the tube group, heat is exchanged between the combustion gas and the liquid fuel, and the liquid fuel is evaporated to obtain a raw fuel gas.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional evaporator, a part of the liquid fuel supplied from the fuel supply device to the evaporation chamber cannot be completely evaporated while passing through the tube group, and may remain in the bottom of the evaporation chamber as a liquid. . When the liquid fuel pool is generated at the bottom of the evaporation chamber in this way, the amount of steam generated during the transition (raw fuel gas generation amount) cannot follow the output of the fuel cell, resulting in poor response. Arise.
Even if a heating source such as a catalytic combustor is arranged at the bottom of the evaporation chamber to reduce the amount of liquid pool, it is difficult to obtain satisfactory responsiveness. In particular, a fuel reforming system for a fuel cell mounted on a fuel cell vehicle or the like is much more demanding because extremely high transient response is required.
[0005]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-332283 discloses that an evaporation channel through which liquid fuel and fuel vapor circulate and a heating gas channel through which heated gas circulates are alternately installed, and the liquid fuel is disposed above the evaporation channel. The evaporative flow path is lowered by supplying the liquid fuel, and while it is lowered, the liquid fuel is vaporized by heat exchange with the heated gas to generate fuel vapor, and the generated fuel vapor is discharged from below the evaporative flow path. An evaporator is disclosed.
However, in this evaporator, the fuel vapor flows downward in the direction of gravity in the evaporation flow path and is in a parallel flow relationship with the liquid fuel, so that the energy of the fuel vapor can be used effectively. There wasn't.
Therefore, the present invention provides an evaporator that can efficiently vaporize liquid fuel by effectively using energy and has excellent responsiveness.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the invention described in claim 1 is an evaporator that vaporizes a liquid fuel containing hydrocarbons to generate fuel vapor for fuel reforming (for example, an evaporator in an embodiment described later). 30), a heating gas passage (for example, a
With this configuration, the surface area of the heating surface can be increased by the fins, and the liquid fuel can easily spread greatly by adhering the liquid fuel to the surfaces of the fins. In addition, the fin increases the frequency of contact with the liquid fuel and makes the temperature difference from the attached liquid fuel easy to vaporize. Further, since the liquid fuel and the fuel vapor are in countercurrent contact in the evaporation flow path, the liquid fuel droplets to be dripped are miniaturized, and the liquid fuel can be preheated by the fuel vapor. As a result, the evaporator can vaporize the liquid fuel very efficiently and quickly, and is extremely excellent in responsiveness.
[0007]
The invention described in claim 2 is characterized in that, in the invention described in claim 1, the heating gas flow path and the evaporation flow path are alternately arranged.
By comprising in this way, steam production capability can be enlarged although being small.
The invention described in claim 3 is the invention described in claim 1 or 2, wherein at least a part of the heating gas flow path is provided in a direction substantially orthogonal to the evaporation flow path. It is characterized by.
By configuring in this way, the heating gas channel is arranged in the horizontal direction, the arrangement of the entrance and exit of the heating gas channel becomes easy, and the structure of the evaporator can be simplified. Moreover, the pressure loss in the heated gas flow path can be kept low.
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the fin is provided with a plurality of stages in the direction of gravity, and the fins of adjacent stages are arranged offset. It is characterized by being.
With this configuration, the liquid fuel collides with the fins and is dispersed, and the dispersed liquid fuel further collides with the fins below and is dispersed. By repeating this, the dispersion of the liquid fuel can be promoted. it can. Further, the speed at which the fuel vapor generated in the evaporation channel rises through the evaporation channel is reduced by the presence of the fins provided in a plurality of stages, so that liquid fuel droplets falling through the evaporation channel It is possible to prevent the droplets from being blown up by the fuel vapor, and it is possible to prevent the droplets from being discharged from the upper part of the evaporation channel without being vaporized. Therefore, the frequency of contact of the liquid fuel with the fins can be increased, and the vaporization of the liquid fuel is promoted.
[0008]
The invention described in claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein a porous body (for example, a
With this configuration, liquid fuel that could not be vaporized while descending the evaporation channel can be vaporized in the porous body, and a liquid pool can be prevented from being generated at the bottom of the evaporation channel. Can do.
According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, the liquid fuel is a fuel supply pipe disposed above the evaporation channel (for example, an embodiment described later). The
By comprising in this way, liquid fuel can be widely distributed and supplied in an evaporation flow path.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an evaporator according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS. In addition, the evaporator in each embodiment described below is an aspect used in a fuel reforming system for a fuel cell, and fuel vapor generated by the evaporator is supplied to the reformer, and hydrogen is generated by the reformer. It is reformed into a fuel gas for a rich fuel cell.
[0010]
[First Embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the
The
[0011]
Each of the
[0012]
On the other hand, each heated
[0013]
Further, two
The
A heating medium can flow through the
[0014]
The operation of the
The heated gas flows into each heated
The heated gas flowing out of the heated
[0015]
On the other hand, liquid fuel (mixed liquid of methanol, gasoline, etc. and water) is supplied to each
[0016]
The fuel vapor generated in this way rises upward in the direction of gravity in the
Therefore, in this
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the distance from the
[0017]
Thus, in the
Further, since the
Further, when the liquid fuel collides with the
In particular, the
Furthermore, since a temperature gradient is generated in the
[0018]
Further, since the temperature distribution of the
Further, since the crests are offset in the upper and
Further, in the
Therefore, the
[0019]
Further, when the
The fuel vapor flowing out from the upper opening of the
[0020]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the
In the
[0021]
In the
Therefore, in this
Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same reference numerals are given to the same mode portions and the description thereof is omitted.
The
[0022]
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the embodiment described above.
For example, the shape of the
Further, in the embodiment described above, the
Further, the heating device provided on the lower side of the bottom of the evaporation channel can be constituted by an electric heater or the like.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention described in claim 1, the liquid fuel can be vaporized very efficiently and rapidly, and an excellent effect that the responsiveness of the evaporator is extremely improved is achieved.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to increase the steam generation capacity while being small.
According to the third aspect of the present invention, the heating gas flow path is arranged in the horizontal direction, the arrangement of the entrance and exit of the heating gas flow path is facilitated, and the structure of the evaporator can be simplified. Moreover, the pressure loss in the heated gas flow path can be kept low.
[0024]
According to the invention described in claim 4, the liquid fuel collides with the fins and is dispersed, and the dispersed liquid fuel further collides with the fins below and is dispersed, and this is repeated to promote the dispersion of the liquid fuel. can do. Further, the speed at which the fuel vapor generated in the evaporation channel rises through the evaporation channel is reduced by the presence of the fins provided in a plurality of stages, so that liquid fuel droplets falling through the evaporation channel It is possible to prevent the droplets from being blown up by the fuel vapor, and it is possible to prevent the droplets from being discharged from the upper part of the evaporation channel without being vaporized. Therefore, the frequency of contact of the liquid fuel with the fins can be increased, and there is an effect that vaporization of the liquid fuel is promoted.
According to the fifth aspect of the present invention, the liquid fuel that could not be vaporized while descending the evaporation channel can be vaporized in the porous body, and a liquid pool is generated at the bottom of the evaporation channel. There is an effect that it can be prevented.
According to the sixth aspect of the invention, there is an effect that the liquid fuel can be widely dispersed and supplied in the evaporation flow path.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external perspective view of an evaporator according to a first embodiment of the present invention.
2 is an external perspective view of fins provided in the evaporation flow path of the evaporator according to the first embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG.
FIG. 4 is a sectional view of a fuel supply pipe of the evaporator according to the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing quantitative changes in liquid fuel and fuel vapor in the evaporator according to the first embodiment.
FIG. 6 is an external perspective view of an evaporator according to a second embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
8 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
FIG. 9 is a perspective view showing another embodiment of the fin provided in the evaporation channel.
[Explanation of symbols]
30
33
36
Claims (6)
加熱ガスが流通する加熱ガス流路と、
該加熱ガス流路と熱交換可能に配置され、重力方向の上方から供給されて重力方向下方に流れる前記液体燃料を気化し、気化した燃料蒸気を重力方向上方に流し前記液体燃料と向流接触させて上方に排出する有底の蒸発流路と、
該蒸発流路の内面に設けられたフィンと、
を備えることを特徴とする蒸発器。In an evaporator that vaporizes liquid fuel containing hydrocarbons to generate fuel vapor for fuel reforming,
A heated gas flow path through which the heated gas flows;
The liquid fuel is arranged so as to be capable of exchanging heat with the heated gas flow path, vaporizes the liquid fuel supplied from above in the direction of gravity and flowing downward in the direction of gravity, and causes the vaporized fuel vapor to flow upward in the direction of gravity to counter-contact with the liquid fuel and evaporation passages bottomed discharged upward by,
Fins provided on the inner surface of the evaporation channel;
An evaporator, comprising:
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