CN105377413A - 蒸发装置及使用该装置的燃料电池*** - Google Patents

蒸发装置及使用该装置的燃料电池*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高效率的蒸发装置，其在不降低用于从外部对水蒸气生成用的加热室内进行加热的加热力或对加热室进行绝热，由此将加热室内的加热面维持在受到莱顿弗罗斯特现象影响的高温域的状态下，能有效地避免由该莱顿弗罗斯特现象引起的水蒸气生成效率的下降。为了实现该装置，在形成于从外部被加热的管体(67)的内部中的加热室(68)内的加热面(69)附近，以与所述加热面(69)接触的状态遍及全周地配置有套筒状片材，所述套筒状片材为以金属为主体的发泡性部件(64)，且由发泡镍构成。供给到套筒状片材内侧的水在通过该内侧的中途扩散浸透到周围的套筒状片材中，并在到达加热面(69)之前结束蒸发。

Description

蒸发装置及使用该装置的燃料电池***
技术领域
本发明涉及一种适于生成在燃料电池***中的原燃料改性中所使用的水蒸气的蒸发装置及使用该装置的燃料电池***。
背景技术
作为代表性的燃料电池之一，具有固体氧化物型燃料电池[SOFC(SolidOxideFuelCells)]。在该燃料电池中，通常作为单电池单元使用如下的三层结构的层压体：在由氧化钇稳定氧化锆(YSZ)等烧结体构成的较薄的固体电解质层的一表面侧配置有燃料极，并且在另一表面侧配置有空气极。作为燃料极使用Ni和YSZ的金属陶瓷等，并且作为空气极使用锰酸镧锶(LSM)等。上述燃料极和空气极均为多孔质的烧结体。
在固体氧化物型燃料电池的运转中，在700～1000℃的高温条件下，向单电池单元的燃料极侧供给由天然气和LPG等碳化氢系原燃料经预热及改性而得到的富氢还原性气体作为燃料气体，并向空气极侧供给经预热的空气作为氧化性气体。由此，在单电池单元的燃料极侧与空气极侧之间产生电动势。由于该处的电压低至1V以下，因此在平板型的单电池单元中，向厚度方向层压多枚该单电池单元并串联连接而作为电池堆来使用。
但是，作为此处的原燃料的改性法，已知有以下的三种。第一种为吸热催化反应的水蒸气改性法，其通过水蒸气将以城市煤气等甲烷(CH4)为主体的碳化氢系原燃料改性为富氢还原性气体。第二种为发热催化反应的部分氧化改性法，其通过使用空气的部分氧化同样将碳化氢系原燃料改性为富氢还原性气体。第三种为同时使用水蒸气改性和部分氧化改性的方法，通过组合前者的吸热反应和后者的发热反应而使热量自足的方法。从燃料电池***中的发电效率的观点来看，优选第一种水蒸气改性气体。
作为用于生成水蒸气改性中所使用的水蒸气的蒸发装置，通常为向加热室内供给水并使其蒸发的装置，所述加热室通过来自电池堆的辐射热和从电池堆排出的排气(被称为废气的未使用气体)的燃烧热等而从外部被加热。在专利文献1中记载了其中一种。在专利文献1所记载的蒸发装置中，向加热室内的倾斜的加热面上供给水，并使其蒸发而生成水蒸气，所述加热室通过从电池堆排出的排气的燃烧热而从外部被加热。
这种燃料电池用蒸发装置中的问题之一为如下：不论热源为来自电池堆的辐射热，还是来自电池堆的排气能，由于热源温度高达数百℃，因此加热室内的加热面的温度为200～300℃的情况不少，并且在这种情况下产生的莱顿弗罗斯特现象导致水蒸气生成效率的下降。下面对由该莱顿弗罗斯特现象引起的水蒸气生成效率的下降的问题进行说明。
图5是表示水滴在加热面上的行迹的图表，示出了加热面温度与水滴在加热面上的寿命之间的关系。加热面温度直至110℃左右为非沸腾区域，加热面上的液滴润湿加热面而蒸发。因此，液滴寿命随着加热面的温度上升而急速缩短。加热面温度为110～160℃的区域为核沸腾区域，加热面上的液滴在加热面上扩散较大并急速沸腾而消失。该核沸腾区域为蒸发效率最高的温度区域。
与此相对地，在加热面温度为160～300℃的区域中，加热面上的水滴***成几滴并示出如在加热面上跳舞的行迹。该行迹为莱顿弗罗斯特现象，此时，液滴在加热面上的寿命与加热面的温度一同增加，最大增加至与加热面温度为数十℃的情况相同的程度。若加热面温度高于300℃，则液滴在保持旋转椭圆体的状态下静止。该状态被称为球形状态，液滴的寿命随着加热面温度的上升而缩短。
由此可知，在蒸发装置中，加热面温度在由莱顿弗罗斯特现象引起的液滴寿命的延长显著化的200～300℃的温度区域时，水蒸气生成效率下降。另外，在继该温度区域之后的高温区域时，也由于残留因莱顿弗罗斯特现象而一旦延长的液滴寿命的影响，水蒸气生成效率低的状态持续。因此，从水蒸气生成效率的观点来看，不致使加热面温度到达这种温度域较为重要。
但是，在燃料电池用蒸发装置的情况下，由于热源温度的关系，难以避免该温度区域。另外，假设即使能避免该温度区域，也由于在这种情况下热源温度过低，因此运转开始时的启动特性的变差不可避免。同样，从降低加热面温度这点来看，加热室的绝热是有效的，但由于阻碍运转开始时的加热面温度的上升，招致运转开始时的启动特性的变差。若考虑运转开始时的启动特性，则需要通过将热源温度即加热室外的气氛温度设为高温，来对加热室内的加热面进行急速加热。
在专利文献1所记载的蒸发装置中，也考虑了由该莱顿弗罗斯特现象引起的水蒸气生成效率的下降，正因为如此，向加热室内的倾斜的加热面上供给水。即，当向加热室内的倾斜的加热面上供给水时，该水沿倾斜的加热面流下，以抑制液滴化，由此抑制莱顿弗罗斯特现象的发生。在该蒸发装置中，进一步采取通过使加热容器内的加热面为微细的凹凸面来提高水在加热面上的润湿性的对策。
但是，如前所述，无论什么对策都需要对加热面进行高温且急速加热，无法降低加热面的温度，因此无法成为根本的问题解决方案。
专利文献1：特开2011-131141号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效率的蒸发装置以及使用该装置的燃料电池***。该蒸发装置在不降低用于从外部加热水蒸气生成用的加热室内的加热力或对加热室进行绝热，由此将加热室内的加热面维持在受到莱顿弗罗斯特现象影响的高温域的状态下，能有效地避免由该莱顿弗罗斯特现象引起的水蒸气生成效率的下降，该燃料电池***的水蒸气生成效率优异，进而改性效率优异，并且运转开始时的启动特性也优异。
为了达到上述目的，本发明人对如下的技术进行了深入研究：以通过来自外部的加热使水蒸气生成用加热室内的加热面升温至200℃以上的高温以及对加热室不进行阻碍该来自外部的加热的绝热为前提，能根本上解决加热室内的加热面上的莱顿弗罗斯特现象以及由该现象引起的水蒸气生成效率下降的问题。结果发现在加热室内的加热面附近与该加热面相接地配置具有耐热性、柔软性和吸水性的多孔质体颇有成效，作为该具有耐热性、柔软性和吸水性的多孔质体，最初着眼于耐热纤维的集合体，具体而言，着眼于氧化铝长纤维织物。
即，本发明人着眼于作为燃料电池用蒸发装置中水蒸气生成用加热室的结构部件的螺旋管的有效性，来推进燃料电池的开发。当使用螺旋管构成加热室时，由于该螺旋管与外形相同的环状体相比较能增大表面面积，因此加热室内的加热效率较高。另外，可实现与圆筒状和圆柱状器件的同心状组合，因此燃料电池的壳体内的空间利用效率进一步提高，从这两方面来看能有助于燃料电池的小型化。
但在另一方面上，作为加热面的螺旋管内表面的加热效率提高，易于发生莱顿弗罗斯特现象。因此，莱顿弗罗斯特对策较为重要，作为其中一环节，首先尝试在螺旋管内与管内表面相接地***配置由氧化铝长纤维构成的套筒状织物。
其结果，能在短期内有效地防止莱顿弗罗斯特现象。这是因为，由***到管内的氧化铝长纤维构成的套筒状织物通过作为加热面的螺旋管内表面被有效地加热，并且注入该套筒状织物的内侧的水在该织物的内侧流通的过程中因毛细管现象而扩散渗透到周围的套筒状织物中，在到达螺旋管内表面之前的期间结束蒸发而不会到达螺旋管内表面。
然而，判明了在长期内具有如下的危险性：为使氧化铝纤维质化并赋予柔软性和吸水性而包含在纤维中的二氧化硅(SiO2)被析出及沉淀，由此使螺旋管内闭塞。
因此，本发明人着眼于发泡金属片材，其作为具有耐热性、柔软性和吸水性的多孔质体，代替氧化铝长纤维织物。通过将该发泡金属片材卷成筒状而***到螺旋状金属管内，并再次重复进行了适应性检查。其结果，可确认出，以与氧化铝长纤维织物相同的程度对莱顿弗罗斯特现象有效，而且没有在氧化铝长纤维织物中成为问题的管闭塞的危险，能经得起长期使用。
本发明的蒸发装置是以上述见解为基础完成的，其具备：加热室，通过从外部被加热而使沿其内部的加热面供给的水蒸发；和发泡性部件，以金属为主体，并被配置成在所述加热室内的加热面附近与该加热面相接。
金属与氧化铝等陶瓷不同，本来就具有弹力性。因此，以金属为主体的发泡性部件在没有氧化铝长纤维织物中成为问题的二氧化硅的配合的情况下示出耐热性、柔软性和吸水性，从而不具有由析出物引起的闭塞等危险性。
在本发明的蒸发装置中，该金属主体的发泡性部件被配置成在加热室内的加热面附近与该加热面相接。因此，该发泡性部件通过加热面被高效地加热。由于在加热面附近与该加热面相接地配置有发泡性部件，因此沿加热室内的加热面供给的水在与加热面不直接接触的情况下，在与发泡性部件相邻的空间流通，并且与经加热的发泡性部件接触。其结果，由于水在到达加热面之前浸透到发泡性部件中，实质性地结束蒸发，因此即使加热面的温度处于受到莱顿弗罗斯特现象影响的高温域，也不会受到其影响。即，浸透到发泡性部件中的水在该发泡性部件中朝向加热面扩散的中途实质性地结束蒸发。
作为加热室的结构部件，可列举方筒状、圆筒状和圆环状等容器类，在该情况下，加热面往往是平坦面或平缓的曲率的曲面，但如前所述，从加热效率和空间效率这两点来看，优选管体，特别优选螺旋管。当加热室的结构部件为管体时，管体内表面为加热面，发泡性部件为与管体内表面相接地被全周配置在该管体内表面附近的套筒状片材。而且，水从管体的上游侧端部被供给到套筒状片材内侧的空间部，并且在该空间部向下游侧沿管体内表面流通供给的过程中，扩散浸透到周围的套筒状片材中，在到达管体内表面之前结束蒸发。
作为发泡性部件被配置在管体内的套筒状片材可以是成型品，但若考虑经济性，则也可以将平板状片材卷起并压入到管体内，并通过此时的回弹力使该片材与管体内表面接触。此时，从消除管周向上的裂缝(间隙)的观点来看，优选使被卷起并压入到管体内的片材的管周向两端部为叠加的重叠部。若在管周向上在片材的两端部之间出现裂缝(间隙)，则在该部分管体内表面露出，出现发生莱顿弗罗斯特现象的危险性。另外，从防止来自重叠部的水的泄漏这一点来看，优选与管体的中心线平行地配置该重叠部。
另外，在从作为管体的给水部的上游侧端部至其下游侧的至少一部分配置有套筒状片材。也可以在从管体的上游侧端部至其下游侧的全部上配置有该套筒状片材，但由于供给到管体内的水通常在下游侧的中途结束蒸发，因此可在与该下游侧的中途相比更靠下游的一侧省略套筒状片材。
高效的蒸发装置的结构为在沿纵向配置且从上部朝向下部供给水的螺旋管部的下游侧，连接并组合有与该螺旋管部相邻且沿纵向配置的圆筒管部。根据该结构，生成在作为水蒸气生成部的螺旋管部的水蒸气被暂时存留在下游侧的圆筒管部内，且在其中被加热，并且吸收并抑制伴随水的蒸发的压力变动(脉动)，由此可将高温的水蒸气稳定地供给到其需求部位。即，所述圆筒管部作为已生成的水蒸气的缓冲罐来发挥作用。作为发泡性部件配置在管体内的套筒状片材也具有相同的脉动抑制效果。
如前所述，作为蒸发装置的加热室，由管体构成的加热室为高效率，特别是由螺旋管构成的加热室中的效率较高。这种高效率的螺旋管特别适于例如输出功率为1kW以下的小型燃料电池。在小型燃料电池中，其螺旋管也为弯曲半径较小的管，但即使是这种小半径的螺旋管，可通过将套筒状片材***到直管内，并在***之后将该直管弯曲加工成螺旋管，从而实现套筒状片材向管内的***。
但是，确认出如下的现象：若螺旋管的弯曲半径减小，则***到直管内的套筒状片材在向螺旋管的弯曲加工中产生纵弯曲变形，并从管体内表面部分背离，由此与管体内表面的紧贴性下降，莱顿弗罗斯特现象的防止效果降低。特别是，当套筒状片材为将平板状片材卷起而成的简易类型时，伴随纵弯曲变形而管周向两端部(重叠部)打开，从而莱顿弗罗斯特现象防止效果的降低显著。
因此，本发明人考虑了代替套筒状片材的***的莱顿弗罗斯特对策。其结果，判明了链向管体内的***特别是链向螺旋管的***是有效的。其中的链为连续地连接圆形或椭圆形等环的锁链，如果是可在中心线的周围全向上折曲的锁链，则也可以无障碍***到弯曲半径较小的螺旋管中。
而且，当在作为蒸发装置的加热室的管体内***该链时，供给到该管体内的水与管体内的链激烈碰撞，产生显著的乱流而飞散到管体内的空间中，由此大多在管体内的空间蒸发。特别是，在螺旋管的情况下，管体为倾斜管，由此在倾斜管的倾斜的底面上放置链，促进主要在该底面附近流通的水的乱流。另外，蒸气在顶面附近顺畅地流通。其结果，在螺旋管中以与***有套筒状片材的情况相同的程度或与其相比进一步抑制莱顿弗罗斯特现象。
具体而言，在蒸发装置具有螺旋管部的情况下，在被配置在该螺旋管部的上游侧或下游侧且沿纵向从下向上延伸而与螺旋管部的上游端或下游端连接的直线管部中，原封不动地残留由金属主体的发泡性材料构成的套筒状片材，但在螺旋管部中将该套筒状片材置换为耐热链。由此，防止螺旋管部中的莱顿弗罗斯特现象的效果增大且稳定。
作为该处的链的材质，需要能避免因蒸发装置被加热而导致的热劣化的耐热材料，代表性地具有SUS系等耐热金属，但也可以是陶瓷等非金属。
另一方面，金属主体发泡性材料换言之为金属系发泡材料。关于该处的金属，由于燃料电池中的燃料气体为富氢还原性气体，因此对该还原性气体的反应性良好较为重要，具体而言，优选为示出通过暴露于还原性气体中而氧化金属被还原以回到原来的金属的特性的材料，从其氧化还原特性以及耐热性、耐腐蚀性等方面来看特别优选镍。
作为金属以外的含有物可以是陶瓷等，优选其含有率限制在30体积％以下，以不阻碍所要求的特性(耐热性、柔软性、吸水性以及耐久性等)，基本而言，优选为由金属单体构成的发泡材料即发泡金属。因此，最优选的发泡性部件为由镍单体构成的发泡性材料即发泡镍。
顺便说一下，发泡镍以如下方式制造。利用无电解镀镍对具有连通孔的发泡聚氨酯片材赋予导电性，并在其上进行电解镀镍。然后，在氧化性气氛下进行加热之后，在氨分解气体等还原性气氛下继续加热。经过一系列的加热，聚氨酯被烧失。镍因第一阶段的氧化气氛下的加热而残留内部并成为氧化镍，但通过在内部残留镍而维持发泡形状，并因第二阶段的还原性气氛下的加热，氧化镍返回到镍，以成为完全的发泡镍。
本发明的蒸发装置适合用于在水蒸气改性中所使用的水蒸气的生成，该水蒸气改性用于生成作为燃料气体向对固体电解质型燃料电池的燃料极供给的富氢还原性气体。此时，作为本发明的蒸发装置中的加热室的外部热源，优选为伴随固体电解质型燃料电池的运转而排出的排热，具体而言，优选为来自电池堆的辐射热或从电池堆排出的排气即被称为废气的未使用气体的燃烧热或者这些的组合等。
而且，在水蒸气改性中所使用的水蒸气的生成中使用本发明的蒸发装置的装置为本发明的燃料电池***，其中，该水蒸气改性用于生成作为燃料气体向固体电解质型燃料电池的燃料极供给的富氢还原性气体。作为固体电解质型燃料电池具有固体氧化物型燃料电池和固体高分子型燃料电池，本发明适于动作温度较高的固体氧化物型燃料电池。这是因为若动作温度较高，蒸发装置的温度也升高，易于发生莱顿弗罗斯特现象。
此外，在热管领域中众所周知，将由以发泡镍为代表的发泡金属构成的多孔质体的毛细管现象利用于液体的流通促进中。即，在热管领域中，在管的内表面附近，与该内表面相接地装入有套筒状发泡镍以作为毛细物体。而且，热介质液在热管的入热侧端部进行蒸发而产生的热介质气体在毛细物体的内侧空间朝向相反侧的放热侧端部流通，并且在放热侧端部中的因凝缩而产生的热介质液在毛细物体中朝向入热侧端部沿反方向流通。
由此可知，虽然由套筒状发泡镍构成的毛细物体利用其毛细管现象来促进液体的运送，但其运送方向为管中心线方向，在内侧气体沿反方向流通。与此相对地，本发明的蒸发装置中的套筒状发泡镍乃至发泡金属，在沿其空间的中心线方向运送被供给到套筒的内侧空间中的水的过程中，使该水向半径方向外侧扩散。与热管中的毛细物体相比，套筒状发泡金属中的液体的流通方向不同，并且液体与气体的状态也完全不同，而且功能完全不同。
由于本发明的蒸发装置在从外部被加热的加热室内的加热面附近，与所述加热面相接地配置有以金属为主体的发泡性部件，因此该发泡性部件通过加热面被高效地加热，并且沿加热室内的加热面供给的水在到达加热面之前浸透到所述多孔质体中，而不与所述加热面直接接触，从而实质性地结束蒸发，因此即使加热面的温度处于莱顿弗罗斯特现象成为问题的高温域，也不会发生莱顿弗罗斯特现象。因此，能够从外部对加热室内进行强力加热，而且能维持较高的水蒸气生成效率。另外，该发泡性部件对于抑制伴随水的蒸发而产生的压力变动(脉动)也是有效的。
因此，本发明的蒸发装置能够用于例如在水蒸气改性中所使用的水蒸气的生成中，由此能通过高效且稳定地生成高温的水蒸气来用以改性，并且维持运转开始时的良好的启动特性的同时，有助于水蒸气改性效率的提高以及发电效率的提高。其中，该水蒸气改性用于生成作为燃料气体向固体电解质型燃料电池的燃料极供给的富氢还原性气体。
另外，由于本发明的燃料电池***在水蒸气改性中所使用的水蒸气的生成中使用了该蒸发装置，因此能够维持运转开始时的良好的启动特性的同时，实现水蒸气改性效率的提高以及发电效率的提高。其中，该水蒸气改性用于生成作为燃料气体向固体电解质型燃料电池的燃料极供给的富氢还原性气体。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的燃料电池***的示意图。
图2是表示该燃料电池***中所使用的蒸发装置的主要结构的管体的横剖视图。
图3是表示蒸发装置的其它结构例的纵剖视图。
图4是该结构例中所使用的耐热链的形状说明图。
图5是表示水滴在加热面上的寿命倾向的图表。
具体实施方式
下面，根据附图，对本发明的实施方式进行说明。
如图1所示，本实施方式的燃料电池***通过在经绝热的壳体10内收容以电池堆20为首的各种器件而构成。作为发电部的电池堆20通过如下的方法构成：与集电体一同夹持作为固体氧化物型燃料电池的最小结构单位的平板型单电池单元的同时，沿板厚方向层压板状内部连线(隔板)，并且将该层压体加压保持在层压方向上。
在此，各个单电池单元为由平板状固体电解质层、平板状燃料极和较薄的平板状空气极构成的三层构造的圆形或矩形平板，其中，所述平板状固体电解质层由氧化钇稳定氧化锆构成，所述平板状燃料极由层压配置在固体电解质层的一表面侧上的Ni和YSZ金属陶瓷构成，所述较薄的平板状空气极由层压配置在固体电解质层的另一表面侧上的锰酸镧锶(LSM)构成。
作为被配置在壳体10内的除电池堆20以外的器件，具有以下器件等：改性器30，通过对以城市煤气等甲烷(CH4)为主体的碳化氢系原燃料气体进行水蒸气改性而作为富氢还原性气体，以生成向该电池堆20的燃料极侧供给的燃料气体；燃烧器式预热器40，在运转开始时进行在壳体10内的特别是电池堆20和改性器30的预热；换热器50，对向电池堆20的空气极侧供给的空气进行预热；以及蒸发装置60，用于生成在改性器30中的水蒸气改性中所使用的水蒸气。
改性器30具有：燃烧部，使产生在电池堆20的燃料极侧的未反应的燃料气体(燃料废气)和产生在电池堆20的空气极侧的未反应的空气(空气废气)燃烧；和催化剂部，装填有水蒸气改性所需要的催化剂，并且该催化剂通过产生在所述燃烧部的高温的燃烧排气被加热。
燃烧器式预热器40具有：燃烧器41，使从壳体10外供给的燃料气体通过同样从壳体10外供给的空气进行燃烧；和辐射管42，连结于燃烧器41的上方。辐射管42由沿纵向竖立配置的金属管构成，与电池堆20和改性器30这两个相邻配置，并且使由燃烧器41产生的高温的燃烧排气通过而从内侧被加热至高温。通过辐射管42的燃烧排气与来自电池堆20的空气废气进行汇合并被导入到改性器30中。
换热器50通过使向电池堆20的空气极侧供给的空气与从改性器30排出的燃烧排气进行热交换而对所述空气进行预热。
在此，蒸发装置60将直线管部61、螺旋管部62和圆筒管部63作为主要结构部件，其中，所述直线管部61沿纵向配置并从作为水供给上游侧的下方朝向上方直线延伸，所述螺旋管部62与直线管部61的下游侧相邻且沿纵向连接配置，并从上方朝向下方以螺旋状延伸，所述圆筒管部63与螺旋管部62的下游侧相邻且沿纵向连接配置，并从下方朝向上方直线延伸。
直线管部61为管道起始部，并且与下游侧的螺旋管部62一同构成水蒸气生成部。螺旋管部62构成水蒸气生成部的主体，并以同心圆状配置在所述燃烧器式预热器40中的辐射管42的外表面侧，以提高加热效率。由此，螺旋管部62通过外侧的电池堆20和改性器30以及内侧的辐射管42从外侧和内侧被加热。
圆筒管部63构成使在直线管部61和螺旋管部62中生成的水蒸气暂时滞留的缓冲罐，并且由与构成直线管部61和螺旋管部62的管体相比直径大的圆筒状管体构成，在下端部具有水蒸气的导入口，在上端部具有水蒸气的导出口。从水蒸气的导出口导出的水蒸气被导入改性器30中，并与同样被导入改性器30中的碳化氢系原燃料气体进行混合。
如图2所示，在构成水蒸气生成部的直线管部61和螺旋管部62中，构成这些直线管部61和螺旋管部62的管体67的内部为加热室68，管体67的内表面为加热面69。而且，在该管体67内的内表面附近即外周部分，遍及直线管部61和螺旋管部62的全长地***有作为金属主体发泡性部件64的由发泡镍构成的套筒状片材。在此，作为发泡性部件64的套筒状片材通过将平板状发泡镍片材卷起而构成，通过伴随该卷起的回弹力使外周面与管部内表面接触。套筒状片材的管周向两端部为具有规定的叠加的重叠部65，该重叠部65沿构成直线管部61和螺旋管部62的管体67的中心线以线状延伸。
在此，由直线管部61和螺旋管部62构成的水蒸气生成部通过如下的方法制作：将平板状发泡镍片材卷起后利用***遍及所述直管的全长地压入到例如3m的较长的直线状管体67即直管内，之后，将所述直管成型加工成直线管部61和螺旋管部62。
在水蒸气生成部中，与发泡性部件64的材质一同其厚度即在加热室68中的占有率也较为重要。对图2所示的发泡性部件64、即由发泡镍构成的套筒状片材进行说明如下：当与管体67的内径D相比片材厚T过小时，套筒状片材内侧的空间过大，片材厚T过小，从而有可能导致浸透到套筒状片材中的水沿厚度方向通过片材而到达加热室68的加热面69。相反，当与管体67的内径D相比片材厚T过大时，套筒状片材内侧的空间过小，片材厚T过大，从而水的流通在套筒状片材内侧受阻。从这些观点来看，片材厚T优选为管体67的内径D的0.02～0.2倍，特别优选为0.05～0.15倍。
在此，相对于构成水蒸气生成部的管体67的外径12mm、壁厚1mm，对该套筒状片材的片材厚T选择1mm。即，片材厚T为管体67的内径D的0.1倍。
在位于水蒸气生成部的下游侧的螺旋管部62与圆筒管部63之间的水平状连接管部66内装填有陶瓷珠，在此装填有氧化铝珠，从而构成孔口。
下面，对本实施方式的燃料电池***的运转方法以及动作和功能进行说明。
在燃料电池***的运转开始时，首先，通过向燃烧器式预热器40的燃烧器41供给燃烧器用燃料气体和空气而开始燃烧器41中的燃烧。伴随燃烧而产生的高温的燃烧排气流入到上方的辐射管42中，并对该辐射管42进行预热。通过加热辐射管42，从而相邻配置的电池堆20和改性器30通过来自辐射管42的辐射热被加热。同样，被配置在辐射管42附近的蒸发装置60的直线管部61、螺旋管部62和圆筒管部63通过来自辐射管42的辐射热被预热。
当蒸发装置60和改性器30达到可动作的温度时，向蒸发装置60供给纯水，开始生成高温的水蒸气。另外，向改性器30开始供给以城市煤气等甲烷(CH4)为主体的碳化氢系原燃料气体。在改性器30中，从外部供给的碳化氢系原燃料气体与从蒸发装置60供给的高温的水蒸气进行混合，并通过催化剂部，由此成为富氢还原性气体，并且通过向电池堆20的燃料极侧供给该富氢还原性气体，防止燃料极侧的氧化。同时，经由换热器50，向该电池堆20的空气极侧供给空气。
通过电池堆20的燃料极侧的富氢还原性气体被导入到改性器30的燃烧部中。同时，通过电池堆20的空气极侧的空气与从燃烧器式预热器40排出的高温的燃烧排气一同被导入到改性器30的燃烧部中。其结果，在改性器30的燃烧部中，还原性气体和空气的混合气体在无点火装置的情况下进行燃烧。伴随该燃烧的高温燃烧排气促进改性器30的催化剂部的预热，并且通过所述换热器50，由此对向电池堆20的空气极侧供给的空气进行预热。
在发电过程中，从电池堆20的燃料极侧排出未使用的燃料气体(燃料废气)。另外，从电池堆20的空气极侧排出未使用的空气(空气废气)。这些废气为高温，并向改性器30的燃烧部供给，由此改性器30的燃烧部中的燃烧得以继续，并通过催化剂部的加热得以继续，从而改性器30中的由水蒸气进行的改性得以继续。另外，空气在换热器50中的预热得以继续。
蒸发装置60通过来自电池堆20和改性器30的辐射热被加热，从而继续水蒸气的生成，并将该水蒸气供给到改性器30中。
对蒸发装置60中的水蒸气生成机理进行具体说明如下：由于供给到蒸发装置60中的纯水经过直线管部61内被供给到螺旋管部62内，但在构成直线管部61和螺旋管部62的管体67内的外周部分，与作为加热面69的内表面相接地***有作为金属主体发泡性部件64的由发泡镍构成的套筒状片材，因此供给到此处的纯水在套筒状片材的内侧空间流通，并在该过程中浸透到套筒状片材中。
在此，构成直线管部61和螺旋管部62的管体67通过预热过程中来自燃烧器式预热器40的辐射管42的辐射热被加热至高温，并且还通过发电过程中来自电池堆20的辐射热被加热至高温，作为其加热面69的内表面的温度也高。因此，套筒状片材也从外表面侧被强力加热。其结果，浸透到套筒状片材中的纯水在向外侧扩散的过程中蒸发，并且在到达作为加热面69的内表面之前基本上结束蒸发。
因此，即使作为加热面69的内表面的温度处于受到莱顿弗罗斯特现象的影响的高温域，其影响也会有效地减轻。因此，可维持较高的水蒸气生成效率。
供给到蒸发装置60中的纯水的蒸发在直线管部61内开始，最迟也在流路长度较长且受热面积较大的螺旋管部62内的中途完成。
如此生成的水蒸气经过连接管部66内的装填有氧化铝珠的孔口部，暂时滞留在作为缓冲罐的圆筒管部63内，并因进一步受到加热而向改性器30供给。虽然因纯水在直线管部61内和螺旋管部62内的蒸发而导致体积急剧膨胀，但通过上述孔口部和缓冲罐，有效地抑制伴随该膨胀的压力变化，从而能够将对改性器30的影响抑制成轻微程度。
如此，不论是在运转开始时的预热过程中，还是在之后的发电过程中，蒸发装置60能高效率地生成水蒸气，而不会受到莱顿弗罗斯特现象的影响。
另外，由于蒸发装置60在运转开始时的加热主要通过来自燃烧器式预热器40的辐射热强力且直接地进行，并且构成作为蒸发装置60的水蒸气生成部的直线管部61和螺旋管部62的管体67以及其内部的加热室68和作为加热面69的内表面在短时间内被加热至高温，因此不论是否避免莱顿弗罗斯特现象的影响，均不会对运转开始时的启动特性造成不良影响。
因此，能够最大限度地享受燃烧器式预热器40带来的预热促进效果，运转开始时的启动特性也良好。
与前一实施方式中的蒸发装置60相同，图3所示的蒸发装置70用于生成燃料电池中的水蒸气改性用水蒸气。该蒸发装置70将螺旋管部71和直线管部72作为主要结构部件，其中，所述螺旋管部71沿纵向配置，并从作为上游侧的上方向作为下游侧的下方螺旋状地延伸，所述直线管部72与螺旋管部71相邻且沿纵向配置，从而与螺旋管部71的下游侧连接，并且从作为上游侧的下方向作为下游侧的上方直线延伸。
螺旋管部71通过水平管部77与下游侧的直线管部72连接，并与这些管部一同构成水蒸气生成部。与前一实施方式中的蒸发装置60的螺旋管部62相同，构成水蒸气生成部的主体的螺旋管部71被同心圆状地配置在燃烧器式预热器40中的辐射管42的外表面侧，由此，螺旋管部71通过外侧的电池堆20和改性器30以及内侧的辐射管42从外侧和内侧被加热(参照图1)。
在螺旋管部71内和作为连接管部的水平管部77内，从螺旋管部71的上游侧的端部至水平管部77的下游侧的端部***有耐热链73。如图4所示，耐热链73为连续地连接环的一种锁链，并为对各个椭圆形的环施加扭转而扩大向中心线周围的折曲可动范围的扭链，而且为材质由SUS系耐火金属构成的金属链。该耐热链73在螺旋管部71中，被载置在构成该螺旋管部71的倾斜管的倾斜的底面上，并且被配置在底面附近(在此为下半部内)。
螺旋管部71的上游侧的管端面、即上侧的开口端面被与该端面略以90度接合的短条的纵管74闭塞。纵管74的下端面被所述螺旋管部71的上游侧的端部闭塞。另一方面，纵管74的上端面作为用于在螺旋管部71内***耐热链73的开口部75而开口。由此，在螺旋管部71的上游侧的端部设置有与流体流通方向交叉(在此为正交)的朝上的开口部75。而且，在用于关闭开口部75的盖体76上通过焊接连接有耐热链73的基部(上游侧的端部)，由此该耐热链73被保持在螺旋管部71内。78是为向螺旋管部71内供给水而被连接于纵管74的给水管，朝向与螺旋管部71的上游侧的端部中的流体流通方向相同的方向。
另一方面，与前一实施方式中的蒸发装置60的直线管部61相同，在直线管部72内，遍及全长地***有由发泡镍构成的套筒状片材，特别是将平板状发泡镍片材卷起而成的套筒状片材，并且通过伴随发泡镍片材的卷起而产生的回弹力使外周面与管体内表面接触。
作为***到螺旋管部71中的耐热链73的尺寸，其最大宽度(各个环的最大宽度W)和环材的粗度d较为重要。关于耐热链73的最大宽度(各个环的最大宽度W)，需要小于管体的内径D，以向构成螺旋管部71的管体内***耐热链73，更严格地，优选为管体的内径D的0.5倍以上0.7倍以下。若耐热链73的最大宽度(各个环的最大宽度W)过小，则使导入到螺旋管部71内的水产生乱流的效果减小。相反，若过大，则水和蒸气的流通阻力增大，并且耐热链73在管体内的折曲自由度降低，由此具有难以向管体内***耐热链73的危险性。
环材的粗度d对环的最大宽度W的比率较为重要，若该比例过大，则耐热链73的折曲自由度降低，难以向管体内***，并且水和蒸气的流通阻力增加，相反，若过小，则流通阻力过小，使导入到螺旋管部71内的水产生乱流的效果减小。从该观点来看，环材的粗度d对环的最大宽度W的比率优选为0.1倍以上0.3倍以下。
这种结构的蒸发装置70以如下方式组装。
对作为螺旋管部71、水平管部77和直线管部72的结构原材料的直管进行弯曲加工，并且通过焊接纵管74来进行接合而完成螺旋管部71、水平管部77和直线管部72。从设置在已完成的螺旋管部71的上游侧端部上的开口部75向螺旋管部71内和水平管部77内***耐热链73。由于耐热链73可向中心线的周围全方向折曲，并且与管体内表面的摩擦较小，因此可利用其自重沿螺旋管部71的倾斜的管体内表面顺畅地***。在***耐热链73之后，将安装在其基端的盖体76气密性地焊接在纵管74的上端，由此开口部75被盖体76闭塞，并且遍及螺旋管部71和水平管部77的全长地保持耐热链73。
对弯曲加工前的直管来说，也可以在作为螺旋管部71和水平管部73的部位预先***耐热链73，之后进行弯曲加工。由于管体内的耐热链73向中心线周围的折曲自由度较高，因此即使经过管体的弯曲加工也不会引起变形。
与耐热链73向螺旋管部71内和水平管部77内的***并行地，将平板状发泡镍片材卷起后从下游侧的端部(上端部)通过***遍及全长地压入到已完成的直线管部72的管体内。当弯曲加工后的压入困难时，也可以将平板状发泡镍片材卷起后通过***压入到弯曲加工前的直管中的作为直线管部72的部位中，之后通过弯曲加工来形成直线管部72。在直线管部72中，即使在弯曲加工前将发泡镍片材卷起后***，也由于管体在弯曲加工中不会受到加工，因此管体内的已卷起的发泡镍片材也不会产生变形。
如此，在从蒸发装置70的螺旋管部71至水平管部77的管体内***有耐热链73，并在构成直线管部72的管体内卷起并***有发泡镍片材。
下面，对蒸发装置70中的水蒸气生成机理进行说明。
经由给水管78向蒸发装置70供给纯水。被供给的纯水从螺旋管部71内经过水平管部77内被供给到直线管部72内。在此，蒸发装置70在预热过程中通过来自燃烧器式预热器40的辐射管42的辐射热被加热至高温，并且在发电过程中通过来自电池堆20的辐射热被加热至高温。另外，在螺旋管部71内遍及全长地***有耐热链73。
供给到螺旋管部71的纯水与管体内的耐热链73碰撞而产生乱流，并激烈地飞散，因此避免与管体内表面的接触的同时向下游侧流动。在此，构成螺旋管部71的管体为倾斜管。因此，管体内的纯水在倾斜的底面附近流通。另外，管体内的耐热链73被载置在倾斜的底面上，并且被配置在底面附近(在此为管体内的下半部)而覆盖底面。其结果，管体内的纯水避免与管体的倾斜的底面之间的接触的同时，与底面上的耐热链73有效地碰撞而飞散。因此，即使管体内表面被加热至产生莱顿弗罗斯特现象的温度域，也有效地避免莱顿弗罗斯特现象的同时，高效地推进蒸发。
产生在螺旋管部71中的蒸气从螺旋管部71内经过水平管部77内被送到直线管部72内。在螺旋管部71中，主要通过管体内的倾斜的顶面附近(在此为管体内的上半部)。由于管体内的该部分不存在耐热链73，因此通气阻力较小。这也是配置有耐热链73的螺旋管部71中的水蒸气生成效率较高的原因之一。
供给到蒸发装置70中的纯水的蒸发在上游侧的螺旋管部71内开始，最迟也在下游侧的水平管部77或直线管部72内的中途完成。当在水平管部77内未完成蒸发时，剩余的纯水与蒸气一同从水平管部77内流入到直线管部72内，并结束蒸发。
因此，在连结管部77和直线管部72中，即使管体内表面的温度处于受到莱顿弗罗斯特现象影响的高温域，其影响也会有效地减轻。因此，维持较高的水蒸气生成效率。
与前一实施方式中的蒸发装置60的情况相同，如此生成的水蒸气用于燃料电池用改性器30中的水蒸气改性中(参照图1)。
另外，不论是在运转开始时的预热过程中，还是在之后的发电过程中，避免莱顿弗罗斯特现象影响的同时高效率地生成水蒸气、以及进而在运转开始时的启动特性良好这几点也与蒸发装置60相同。
当在直线管部72内完成蒸发时，由于在构成直线管部72的管体内的外周部分，与管体内表面相接地***有由发泡镍构成的套筒状片材，因此流入到该直线管部72中的纯水与蒸气一同在套筒状片材的内侧空间流通，并在该过程中浸透到套筒状片材中。而且，浸透到套筒状片材中的纯水在向外侧扩散的过程中蒸发，并且在到达管体内表面之前基本上结束蒸发。
当在水平管部77内完成蒸发时，可省略金属主体发泡性部件向直线管部72内的***。由此，抑制蒸发装置70的管体内的莱顿弗罗斯特现象的材料仅为螺旋管部71内和水平管部77内的耐热链73。在该情况下，直线管部72为与前一实施方式中的蒸发装置60的圆筒管部63相同的缓冲罐。
另外，当在螺旋管部71内完成蒸发时，可省略耐热链73向水平管部77内的***。进一步，根据螺旋管部71中的蒸发的进行度，可以从上游侧的端部***到中间部，而无需在螺旋管部71内的全长***耐热链73。
实施例
作为本发明的实施例，调查在蒸发装置中，在从外部被加热的管体内(加热室内)的管内表面(加热面)附近与该管内表面(加热面)相接地配置的发泡镍(套筒状片材)相对于其它材料的优越性。另外，调查被配置在该管体内(加热室内)的耐热链(SUS系扭链)相对于其它材料的优越性。作为其它材料，采用由SUS系耐热金属构成的发泡金属片材、同样由SUS系耐热金属构成的金属网、同样由SUS系耐热金属构成的膨胀合金以及氧化铝长纤维织物(氧化铝套筒)。在表1中示出调查结果。
[表1]
调查项目为材料获取性(市场流通性)、加工性、与管内表面的紧贴性、吸水性、压力脉动抑制效果、水蒸气气氛下的耐久性、还原气氛下的行迹(还原性)、对管内的固定性、材料强度、耐热性、传热性、轻量性、成本、乱流效果以及螺旋加工追随性这15个项目。评价设为优(◎)、良(○)、可(△)、不可(×)这四个等级评价，在此的允许范围为优(◎)和良(○)这两个等级。
13个调查项目中的加工性通过将材料遍及4m长度地***到外径为12mm的直管内时的作业性和材料状态、***后的管的加工性来评价，将在材料未经加工而保持原形的状态下，通过由***进行的压入可***到整个区域中，并且在***之后可进行管的弯曲加工的加工性设为“优(◎)”，将虽然需要卷起材料的作业，但可***到整个区域中，并且在***之后可进行管的弯曲加工的加工性设为“良(○)”。另外，将虽然卷起材料后一开始可***，但因纵弯曲等而只能***到中途的情况设为“可(△)”，将无法卷起材料的情况或者因其它理由而***自身不可行的情况设为“不可(×)”。
与管内表面的紧贴性通过在外径为12mm、内径为10mm、长度为30cm的直管内***材料时的与管内表面的接触状态来评价，将材料通过回弹力与管内表面整体且稳定地接触，并且起因于材料形状而能确保较大的接触面积的情况设为“优(◎)”，将因材料的折叠及弯曲而部分产生间隙，并且起因于材料形状而无法确保较大的接触面积的情况以及因材料的伸缩而有可能在广范围内产生间隙的情况设为“可(△)”，将间隙广泛且切实地产生的情况设为“不可(×)”。
吸水性以优(◎)、良(○)、可(△)、不可(×)这四个等级来评价对材料滴下水滴时向材料中的浸透量的程度。越为致密且气孔率高的材料，因毛细管现象而水滴向材料的浸透度越高。
压力脉动抑制效果通过制作在管内的外周部实际***并配置有材料的样本，并向该样本供给水且进行加热的实验来评价，将与在管内未***材料时的情况相比确认出压力脉动减少效果的情形中的、该效果较大的情况设为“优(◎)”，该效果较小的情况设为“良(○)”，将未能确认实验效果的情况设为不能评价“-”。
水蒸气气氛下的耐久性通过材料因水蒸气氧化带来的化学反应而变质的程度来评价，在具有耐热性和耐腐蚀性的材料中，能增粗线径的材料被判断为不易受到氧化的影响，从而将评价设为“优(◎)”，在具有耐热性和耐腐蚀性的材料中，不能增粗线径的材料被判断为具有受到氧化的影响而产生破损等的危险性，但在由样本试验进行的200小时连续运转中未发现破损的情况设为“良(○)”，将因水蒸气氧化而材料中的二氧化硅(SiO2)进行熔融并再凝固，从而确认出堵塞的情况设为“不可(×)”，将未能确认实验效果的情况设为不能评价“－”。
还原气氛下的行迹(还原性)通过与还原气体的反应性来评价。这是因为水蒸气生成用管体在燃料电池的燃料气体线路中被使用，因此存在暴露于氢气等还原性气体的危险性，从而需要预先确认对还原性气体的影响的缘故。将一旦氧化的金属通过还原性气氛返回到原来的金属的情况设为“优(◎)”，将一旦氧化后即使暴露于还原性气氛也不会返回到原来的金属、并且氧化的影响虽然蓄积但耐氧化性优异的情况设为“良(○)”，将在还原气氛下产生不良影响的情况设为“不可(×)”。
对管体的固定性为安装在管内的材料的固定强度，将即使不采取固定措施也没有因在管内流通的流体而引起错位的危险性的情况设为“优(◎)”，将通过管的弯曲即使不采取固定措施也能消除因流体引起的错位的危险性的情况设为“良(○)”，将虽然需要积极的固定措施，但该固定措施为焊接等简易的情况设为“可(△)”，将需要积极的固定措施，而且该固定措施复杂的情况设为“不可(×)”。
乱流效果为示出供给到管内的水通过被配置在管内的材料而成为乱流的程度的效果，将能期待显著的乱流的情况设为“优(◎)”，将能期待一定程度的乱流的情况设为“良(○)”，将能期待仅仅一点乱流的情况设为“可(△)”，将无法期待乱流的情况设为“不可(×)”。
螺旋加工追随性为在直管内***材料之后，将该直管加工成螺旋形状时的管内的材料的追随性，在外径为12mm、内径为10mm、长度为3m的直管内***材料之后，通过切开螺旋管来对将该直管弯曲加工成半径为30mm的螺旋管时管内材料中所产生的异常变形的程度进行了调查并评价。链以外的材料通过卷起片材状材料后***到直管内。将管内材料完全不产生异常变形的情况设为“优(◎)”，将管内材料发生轻微的纵弯曲变形的情况设为“良(○)”。另外，将在纵弯曲变形部中的少数部位中重叠部打开的情况设为“可(△)”，将在多个部位发生重叠部打开的显著的纵弯曲的情况设为“不可(×)”。
对于剩余的项目，以优(◎)、良(○)、可(△)、不可(×)这四个等级来评价了程度。
另外，从15个项目的调查结果来看，通过所述四个等级评价给出了关于直线管的情况和螺旋管的情况的综合评价。作为***到管内的链的尺寸，对于10mm的管内径D，环的长度L为8.5mm，环的最大宽度W为5.7mm，环材的粗度d为1.2mm。
由表1可知，对蒸发装置来说，当在从外部被加热的管体内(加热室内)的管内表面(加热面)附近与该管内表面(加热面)相接地配置的材料为发泡镍和SUS系发泡金属时，除乱流效果和螺旋加工追随性之外的项目为优(◎)或良(○)，处于允许范围内。这些材料与其它材料的决定性的不同在于与管内表面的紧贴性以及吸水性优异这两点。由此，弥补了较差的乱流效果。另外，螺旋加工追随性不良通过使对象为直管或弯曲半径较大的螺旋管来弥补。
另一方面，链与管道内表面的紧贴性以及吸水性较差，其结果蒸发性变差，但这些可通过乱流效果来弥补。但是，直管中的综合评价并不好。这是因为在直管的情况下管内的链与管内表面未充分接触，从而露出面增多。与此相对地，在螺旋管的情况下，构成蒸发装置的管体为倾斜管，管内的链因重力而与倾斜管内的底面接触。倾斜管内的水与底面接触的同时在底面附近通过。通过在包括该底面的下半部存在链，推进了水在管内的乱流化。在直管的情况下，特别是在纵管(垂直管)的情况下，因管内的链悬吊在管内而与内表面不接触。由于内表面全面露出，莱顿弗罗斯特现象的抑制效果较小。
氧化铝长纤维织物成为问题的原因在于水蒸气气氛下的耐久性和还原性气氛下的行迹，前者由于为使氧化铝为柔软的纤维而所使用的纤维中的二氧化硅(SiO2)通过水蒸气氧化进行熔融和再凝结而引起管的堵塞，后者由于该二氧化硅(SiO2)在还原性气氛中被还原为Si而丧失纤维质。
发泡镍优于SUS系发泡金属的是在还原性气氛下的行迹，镍即使一旦被氧化而成为氧化金属，也能通过还原性气氛回到原来的金属状态。这种特性也被利用于发泡镍的制造中。SUS系耐热金属虽然耐热性优异，但一旦成为氧化金属，则不可能还原到原来的金属。在富氢还原性气体被用作燃料气体的燃料电池中该特性为重要的特性。
关于成本，在发泡镍、SUS系金属材料和氧化铝长纤维之间并不存在较大的差异。虽然镍自身为昂贵的金属，但发泡镍的镍使用量较少，而且在太阳能电池领域中的需求较大，并且因量产效果而价格下跌。
附图标记说明
10壳体
20电池堆
30改性器
40燃烧器式预热器
41燃烧器
42辐射管
50换热器
60蒸发装置
61直线管部
62螺旋管部
63圆筒管部
64发泡性部件(由发泡镍构成的套筒状片材)
65重叠部
66连接管部
67管体
68加热室
69加热面
70蒸发装置
71螺旋管部
72直线管部
73耐热链
74纵管
75开口部
76盖体
77水平管部
78给水管

Claims (20)

1.一种蒸发装置，具备：
加热室，通过从外部被加热而使沿其内部的加热面供给的水蒸发；和
发泡性部件，以金属为主体，并被配置成在所述加热室内的加热面附近与该加热面相接。
2.根据权利要求1所述的蒸发装置，其中，
构成发泡性部件的主体的金属示出通过暴露于还原性气体中而从氧化状态返回到原来的金属的氧化还原特性。
3.根据权利要求2所述的蒸发装置，其中，
所述金属为镍。
4.根据权利要求3所述的蒸发装置，其中，
发泡性部件为发泡镍。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的蒸发装置，其中，
所述加热室形成在管体的内部。
6.根据权利要求5所述的蒸发装置，其中，
发泡性部件为被配置在所述管体的内表面附近且与该内表面相接的套筒状片材。
7.根据权利要求6所述的蒸发装置，其中，
所述套筒状片材通过将平板状片材卷起并压入到所述管体内时的回弹力与管体内表面接触。
8.根据权利要求7所述的蒸发装置，其中，
在通过将平板状片材卷起并***到管体内而构成的套筒状片材中，管体周向的两端部构成叠加的重叠部。
9.根据权利要求8所述的蒸发装置，其中，
所述重叠部被配置成与管体的中心线平行。
10.根据权利要求5～9中的任一项所述的蒸发装置，其中，
管体在其长度方向的至少一部分具有沿纵向从上向下延伸的螺旋管部。
11.根据权利要求10所述的蒸发装置，其中，
在螺旋管部的下游侧设置有圆筒管部，所述圆筒管部的直径大于所述管体的直径，并且沿纵向从下向上延伸，在所述圆筒管部的下部连接有作为螺旋管部的出口的下端部，并在上部具有蒸气出口。
12.根据权利要求10或11所述的蒸发装置，其中，
所述管体在所述螺旋管部的上游侧或下游侧具有直线管部，所述直线管部沿纵向从下向上延伸并与螺旋管部的上游端或下游端连接。
13.根据权利要求12所述的蒸发装置，其中，
在所述直线管部内配置有所述套筒状片材，在所述螺旋管部内配置有耐热链。
14.根据权利要求13所述的蒸发装置，其中，
在螺旋管部的入口部分设置有能从与流动方向交叉的方向侵入到管体内的开口部，在用于堵塞该开口部的盖体上安装有所述耐热链的基端。
15.根据权利要求14所述的蒸发装置，其中，
所述开口部位于螺旋管部在管体周向的上侧部分。
16.一种蒸发装置，具备加热室，所述加热室通过从外部被加热而使沿其内部的加热面供给的水蒸发，其中，
所述加热室形成在管体的内部，
该管体在其长度方向的至少一部分具有沿纵向从上向下延伸的螺旋管部，
在该螺旋管部内配置有耐热链。
17.根据权利要求16所述的蒸发装置，其中，
所述耐热链为金属链，并且为扭链。
18.根据权利要求16或17所述的蒸发装置，其中，
在螺旋管部的入口部分设置有能从与流动方向交叉的方向侵入到管体内的开口部，在用于堵塞该开口部的盖体上安装有所述耐热链的基端。
19.根据权利要求18所述的蒸发装置，其中，
所述开口部位于螺旋管部在管体周向的上侧部分。
20.一种燃料电池***，在水蒸气改性中所使用的水蒸气的生成中使用权利要求1～19中的任一项所述的蒸发装置，其中，所述水蒸气改性用于生成作为燃料气体向固体电解质型燃料电池的燃料极供给的富氢还原性气体。
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