JP2003327407A - 改質装置 - Google Patents
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- JP2003327407A JP2003327407A JP2002134259A JP2002134259A JP2003327407A JP 2003327407 A JP2003327407 A JP 2003327407A JP 2002134259 A JP2002134259 A JP 2002134259A JP 2002134259 A JP2002134259 A JP 2002134259A JP 2003327407 A JP2003327407 A JP 2003327407A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率よく被蒸発物を蒸発させることができる
小型にして、安価な高性能の改質装置の提供。 【解決手段】 蒸発部と改質部とを備えた改質装置にお
いて、二重管を構成する内管の外面と外管の内面との間
の環状間隙を被蒸発物が流下する被蒸発物流下路とし、
当該被蒸発物流下路の上流側に前記蒸発部を設けると共
に下流側に改質部を設け、前記蒸発部は、前記被蒸発物
流下路の少なくとも一部に、被蒸発物が前記内管を軸と
して螺旋状に流下する螺旋状流下路を有することを内容
とする。又、前記の螺旋状流下路は、内管及び外管の一
方又は双方の管壁を当該管の軸方向において断面波形に
成形して設けたことを内容とする。
小型にして、安価な高性能の改質装置の提供。 【解決手段】 蒸発部と改質部とを備えた改質装置にお
いて、二重管を構成する内管の外面と外管の内面との間
の環状間隙を被蒸発物が流下する被蒸発物流下路とし、
当該被蒸発物流下路の上流側に前記蒸発部を設けると共
に下流側に改質部を設け、前記蒸発部は、前記被蒸発物
流下路の少なくとも一部に、被蒸発物が前記内管を軸と
して螺旋状に流下する螺旋状流下路を有することを内容
とする。又、前記の螺旋状流下路は、内管及び外管の一
方又は双方の管壁を当該管の軸方向において断面波形に
成形して設けたことを内容とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、固体高分
子型燃料電池等に用いられる蒸発部と改質部とを備えた
改質装置に関し、詳しくは、蒸発部及び改質部の改良に
関する。
子型燃料電池等に用いられる蒸発部と改質部とを備えた
改質装置に関し、詳しくは、蒸発部及び改質部の改良に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術を、図4及び図5に示す特開
2000−16801に掲載の燃料電池用蒸発器を例に
して説明する。図4は燃料電池用蒸発器を構成する二重
管の軸方向断面図、図5は蒸発器の全体構成を示す概念
図である。
2000−16801に掲載の燃料電池用蒸発器を例に
して説明する。図4は燃料電池用蒸発器を構成する二重
管の軸方向断面図、図5は蒸発器の全体構成を示す概念
図である。
【0003】図4において、蒸発部1は次のように構成
されている。先ず、二重管2を構成する内管3と外管4
との間に、円筒形の焼結金属管5が同軸的に嵌入されて
いる。嵌入された焼結金属管5の外面は前記外管4の内
面に密着し、焼結金属管5の内面は前記内管3の外面と
の間に、二重管2の軸方向に延在する蒸気用流路6が形
成されている。次に、前記外管4の内面には、焼結金属
管5の外面を螺旋状に巡って、液状の被蒸発物が当該焼
結金属管5に供給されるよう、螺旋状の溝7が形成され
ている。
されている。先ず、二重管2を構成する内管3と外管4
との間に、円筒形の焼結金属管5が同軸的に嵌入されて
いる。嵌入された焼結金属管5の外面は前記外管4の内
面に密着し、焼結金属管5の内面は前記内管3の外面と
の間に、二重管2の軸方向に延在する蒸気用流路6が形
成されている。次に、前記外管4の内面には、焼結金属
管5の外面を螺旋状に巡って、液状の被蒸発物が当該焼
結金属管5に供給されるよう、螺旋状の溝7が形成され
ている。
【0004】更に、図5において、二重管2の外面には
多数の伝熱フィン8が設けられており、この多数の伝熱
フィン8を包むように、二重管2を囲む中空円筒形のシ
ェル9が設けられている。このシェル9内は、当該二重
管2の軸方向に、互いに隣合う空間が連通するよう通気
穴9aを有するバッフル9bで複数の空間に適宜仕切ら
れている。
多数の伝熱フィン8が設けられており、この多数の伝熱
フィン8を包むように、二重管2を囲む中空円筒形のシ
ェル9が設けられている。このシェル9内は、当該二重
管2の軸方向に、互いに隣合う空間が連通するよう通気
穴9aを有するバッフル9bで複数の空間に適宜仕切ら
れている。
【0005】上記の構成によれば、シェル9内に供給さ
れた加熱媒体としての高温ガス(例えば燃焼ガス)が、
バッフル9bの貫通穴9aを通って二重管2の軸方向に
流れながら伝熱フィン8に接触し、外管4を介して焼結
金属管5を加熱する。他方、内管3の内側にもこの加熱
媒体が供給されて、焼結金属管5が内管3側から加熱さ
れる。外管4の溝7から焼結金属管5の外面に螺旋状に
巡りながら供給されて当該焼結金属管5に浸透した被蒸
発物は、加熱により当該焼結金属管5内で蒸発し、蒸気
用流路6を経て、図示されていない燃料電池用の改質器
等へと供給される。
れた加熱媒体としての高温ガス(例えば燃焼ガス)が、
バッフル9bの貫通穴9aを通って二重管2の軸方向に
流れながら伝熱フィン8に接触し、外管4を介して焼結
金属管5を加熱する。他方、内管3の内側にもこの加熱
媒体が供給されて、焼結金属管5が内管3側から加熱さ
れる。外管4の溝7から焼結金属管5の外面に螺旋状に
巡りながら供給されて当該焼結金属管5に浸透した被蒸
発物は、加熱により当該焼結金属管5内で蒸発し、蒸気
用流路6を経て、図示されていない燃料電池用の改質器
等へと供給される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の上記構成では、
被蒸発物が流れる溝7と蒸気用流路6とが並列に設けら
れているため、供給される加熱媒体の熱が蒸発熱に比べ
て十分であったとしても、熱バランスや圧力バランスが
崩れると、局所的に焼結金属管5の熱負荷が大きくなっ
て、均等に蒸発しない場合が生じ、これにより、被蒸発
物が気化されず、液体のまま蒸気用流路6に流入してし
まう、という問題があった。又、外管4の内側に螺旋状
の溝7を設けるには、当該管の内面に螺旋状の溝加工を
施す必要があり、この溝加工によって製造コストが著し
く嵩んでしまう、という問題もあった。
被蒸発物が流れる溝7と蒸気用流路6とが並列に設けら
れているため、供給される加熱媒体の熱が蒸発熱に比べ
て十分であったとしても、熱バランスや圧力バランスが
崩れると、局所的に焼結金属管5の熱負荷が大きくなっ
て、均等に蒸発しない場合が生じ、これにより、被蒸発
物が気化されず、液体のまま蒸気用流路6に流入してし
まう、という問題があった。又、外管4の内側に螺旋状
の溝7を設けるには、当該管の内面に螺旋状の溝加工を
施す必要があり、この溝加工によって製造コストが著し
く嵩んでしまう、という問題もあった。
【0007】本発明は、上記のような問題を解消し、効
率よく被蒸発物を蒸発させることができる小型にして、
安価な高性能の改質装置の提供を目的とする。
率よく被蒸発物を蒸発させることができる小型にして、
安価な高性能の改質装置の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、蒸発部と改質
部とを備えた改質装置において、二重管を構成する内管
の外面と外管の内面との間の環状間隙を被蒸発物が流下
する被蒸発物流下路とし、当該被蒸発物流下路の上流側
に前記蒸発部を設けると共に下流側に改質部を設け、前
記蒸発部は、前記被蒸発物流下路の少なくとも一部に、
被蒸発物が前記内管を軸として螺旋状に流下する螺旋状
流下路を有することを内容とする。
部とを備えた改質装置において、二重管を構成する内管
の外面と外管の内面との間の環状間隙を被蒸発物が流下
する被蒸発物流下路とし、当該被蒸発物流下路の上流側
に前記蒸発部を設けると共に下流側に改質部を設け、前
記蒸発部は、前記被蒸発物流下路の少なくとも一部に、
被蒸発物が前記内管を軸として螺旋状に流下する螺旋状
流下路を有することを内容とする。
【0009】又、本発明は、螺旋状流下路は、内管及び
外管の一方又は双方の管壁を当該管の軸方向において断
面波形に成形して設けたことを内容とする。
外管の一方又は双方の管壁を当該管の軸方向において断
面波形に成形して設けたことを内容とする。
【0010】又、本発明は、螺旋状流下路は、内管及び
外管の一方に設けられた断面波形の管壁を他方の管壁に
接触させて設けたことを内容とする。
外管の一方に設けられた断面波形の管壁を他方の管壁に
接触させて設けたことを内容とする。
【0011】又、本発明は、螺旋状流下路は、内管及び
外管の双方に設けられた断面波形の管壁を互いに接触さ
せて設けたことを内容とする。
外管の双方に設けられた断面波形の管壁を互いに接触さ
せて設けたことを内容とする。
【0012】又、本発明は、螺旋状流下路は、管壁に螺
旋加工が施された第3の管部材を螺旋環状体として環状
間隙に挿入して設けたことを内容とする。
旋加工が施された第3の管部材を螺旋環状体として環状
間隙に挿入して設けたことを内容とする。
【0013】又、本発明は、螺旋状流下路は、流下路が
複数並列に形成された多重螺旋構造であること内容とす
る。
複数並列に形成された多重螺旋構造であること内容とす
る。
【0014】又、本発明は、内管に形成された断面波形
の管壁に対して、内管内に配置された加熱媒体案内手段
の外面を相補形状とし、当該加熱媒体案内手段の外面と
前記管壁の内面との間に、螺旋状の加熱媒体流路を形成
したことを内容とする。
の管壁に対して、内管内に配置された加熱媒体案内手段
の外面を相補形状とし、当該加熱媒体案内手段の外面と
前記管壁の内面との間に、螺旋状の加熱媒体流路を形成
したことを内容とする。
【0015】又、本発明は、蒸発部に供給される被蒸発
物は、水、又は水を含む液体、又は前記液体と気体との
混相物であって、液液混合物又は気液混合物であること
を内容とする。
物は、水、又は水を含む液体、又は前記液体と気体との
混相物であって、液液混合物又は気液混合物であること
を内容とする。
【0016】
【発明の実施の形態】実施の形態1.実施の形態1にお
いて、燃料電池用の改質装置を例にして、図1に基づい
て説明する。図1は改質装置の構成の概要を示す断面図
である。図1において、この実施の形態1の改質装置
は、垂直方向に延在するように配設された二重管20
と、当該二重管20の上流側に設けられた蒸発部70
と、二重管20の下流側に設けられた改質部200とを
主要構成要素としている。二重管20は、内管30と外
管40とが同軸的に嵌合されたもので、内管30の外面
と外管40の内面との間に形成される環状間隙を、被蒸
発物60が流下する被蒸発物流下路61としている。
いて、燃料電池用の改質装置を例にして、図1に基づい
て説明する。図1は改質装置の構成の概要を示す断面図
である。図1において、この実施の形態1の改質装置
は、垂直方向に延在するように配設された二重管20
と、当該二重管20の上流側に設けられた蒸発部70
と、二重管20の下流側に設けられた改質部200とを
主要構成要素としている。二重管20は、内管30と外
管40とが同軸的に嵌合されたもので、内管30の外面
と外管40の内面との間に形成される環状間隙を、被蒸
発物60が流下する被蒸発物流下路61としている。
【0017】この被蒸発物流下路61の上流側から供給
される被蒸発物60は、水、又は水を含む液体、又は前
記液体と気体との混相物であって、液液混合物又は気液
混合物であるが、この実施の形態1において用いられる
被蒸発物60は、常温で気体である都市ガス等の炭化水
素と、この炭化水素を水蒸気改質するための水とを合わ
せた気液混合物であって、これが燃料電池の燃料であ
る。尚、被蒸発物の語は、以下、蒸発前後の状態に関わ
らず用いる。
される被蒸発物60は、水、又は水を含む液体、又は前
記液体と気体との混相物であって、液液混合物又は気液
混合物であるが、この実施の形態1において用いられる
被蒸発物60は、常温で気体である都市ガス等の炭化水
素と、この炭化水素を水蒸気改質するための水とを合わ
せた気液混合物であって、これが燃料電池の燃料であ
る。尚、被蒸発物の語は、以下、蒸発前後の状態に関わ
らず用いる。
【0018】被蒸発物流下路61の上流側に設けられた
蒸発部70では、供給された被蒸発物60が液状のまま
改質部200に至らないよう、完全に蒸発させる必要が
ある。被蒸発物60を蒸発させるに必要な熱は、内管3
0の内部に構成された加熱手段によって与えられる。こ
の加熱手段は、当該内管30内部に、その下方から上方
に向けて加熱媒体80としての燃焼ガスを供給する、例
えばカスバーナ等の加熱媒体供給手段(図示せず)や、
内管30内部における加熱媒体80の流路即ち加熱媒体
流路72や、加熱媒体80が内管30の内面側の管壁に
沿って流れるように誘導する加熱媒体案内手段等で構成
されている。図示の加熱媒体案内手段は、端部が閉じら
れた筒状体71であって、内管30の軸方向に同軸的に
挿入されて組み付けられており、当該筒状体71の外周
面と内管30の管壁との間に、加熱媒体80が通る加熱
媒体流路72を形成している。
蒸発部70では、供給された被蒸発物60が液状のまま
改質部200に至らないよう、完全に蒸発させる必要が
ある。被蒸発物60を蒸発させるに必要な熱は、内管3
0の内部に構成された加熱手段によって与えられる。こ
の加熱手段は、当該内管30内部に、その下方から上方
に向けて加熱媒体80としての燃焼ガスを供給する、例
えばカスバーナ等の加熱媒体供給手段(図示せず)や、
内管30内部における加熱媒体80の流路即ち加熱媒体
流路72や、加熱媒体80が内管30の内面側の管壁に
沿って流れるように誘導する加熱媒体案内手段等で構成
されている。図示の加熱媒体案内手段は、端部が閉じら
れた筒状体71であって、内管30の軸方向に同軸的に
挿入されて組み付けられており、当該筒状体71の外周
面と内管30の管壁との間に、加熱媒体80が通る加熱
媒体流路72を形成している。
【0019】上記の蒸発部10には、被蒸発物60を効
率的に蒸発させるため、被蒸発物流下路61の少なくと
も一部に、流下する被蒸発物60が内管30を軸として
当該内管30の外周面を螺旋状に巡って流下する流下路
を形成するように、螺旋状流下路62が設けられてい
る。この螺旋状流下路62は、内管30と外管40との
各々一部の管壁を絞り加工等で同位相のサイナスウエー
ブ状、この例では、管の軸方向には断面波形で、管の内
外面には周方向に、前記断面波形の谷に相応する溝が螺
旋状に巡るように形成されている。以下、このような螺
旋形状を施す加工を螺旋加工という。
率的に蒸発させるため、被蒸発物流下路61の少なくと
も一部に、流下する被蒸発物60が内管30を軸として
当該内管30の外周面を螺旋状に巡って流下する流下路
を形成するように、螺旋状流下路62が設けられてい
る。この螺旋状流下路62は、内管30と外管40との
各々一部の管壁を絞り加工等で同位相のサイナスウエー
ブ状、この例では、管の軸方向には断面波形で、管の内
外面には周方向に、前記断面波形の谷に相応する溝が螺
旋状に巡るように形成されている。以下、このような螺
旋形状を施す加工を螺旋加工という。
【0020】螺旋状流下路62は、予め、螺旋加工が施
された内管30と外管40とを用意しておき、外管40
に内管30を回転させながら挿入することによって、内
管30と外管40とが緩く螺合するので、容易に構成す
ることができる。この場合、内管30と外管40とのそ
れぞれの管壁の波形を成す山と谷との間に流下路が形成
される間隙、即ち、被蒸発物流下路61が形成されるよ
うに、予め、内管30と外管40との管径や螺旋形状を
設定しておく。尚、外管40に内管30を緩く螺合させ
た後、状態で、例えば、内管30と外管40とを当該管
の軸方向において逆方向にずらすことで、内管30及び
外管40の管壁の山と谷を成す一方側の傾斜部31と傾
斜部41との一部を接触させる。このように接触させ
て、液状の被蒸発物60が螺旋状に形成された流下路か
ら漏れ落ちないようにする。
された内管30と外管40とを用意しておき、外管40
に内管30を回転させながら挿入することによって、内
管30と外管40とが緩く螺合するので、容易に構成す
ることができる。この場合、内管30と外管40とのそ
れぞれの管壁の波形を成す山と谷との間に流下路が形成
される間隙、即ち、被蒸発物流下路61が形成されるよ
うに、予め、内管30と外管40との管径や螺旋形状を
設定しておく。尚、外管40に内管30を緩く螺合させ
た後、状態で、例えば、内管30と外管40とを当該管
の軸方向において逆方向にずらすことで、内管30及び
外管40の管壁の山と谷を成す一方側の傾斜部31と傾
斜部41との一部を接触させる。このように接触させ
て、液状の被蒸発物60が螺旋状に形成された流下路か
ら漏れ落ちないようにする。
【0021】このように、被蒸発物流下路61の少なく
とも一部に螺旋状流下路62を設けると、被蒸発物流下
路61の長さを二重管20の軸方向長さよりも、十分に
長くすることで、線速度を増すことができると共に伝熱
面積を拡大することができるので、装置を小型化するこ
とができると共に、小型の割に蒸発能力の高い蒸発部7
0を備えた改質装置を提供することができる。又、螺旋
状流下路62は、二重管20を構成する管に、絞り加工
等の比較的廉価で容易な加工手段を用いて形成すること
ができるので、製造コストを大幅に下げることができ、
小型にして安価で高性能な改質装置を提供することがで
きる。尚、この実施の形態では、被蒸発物流下路61の
一部に螺旋状流下路62を設けているが、実質的に被蒸
発物流下路61の全長にわたって螺旋状流下路62を形
成してもよい(図示せず)。
とも一部に螺旋状流下路62を設けると、被蒸発物流下
路61の長さを二重管20の軸方向長さよりも、十分に
長くすることで、線速度を増すことができると共に伝熱
面積を拡大することができるので、装置を小型化するこ
とができると共に、小型の割に蒸発能力の高い蒸発部7
0を備えた改質装置を提供することができる。又、螺旋
状流下路62は、二重管20を構成する管に、絞り加工
等の比較的廉価で容易な加工手段を用いて形成すること
ができるので、製造コストを大幅に下げることができ、
小型にして安価で高性能な改質装置を提供することがで
きる。尚、この実施の形態では、被蒸発物流下路61の
一部に螺旋状流下路62を設けているが、実質的に被蒸
発物流下路61の全長にわたって螺旋状流下路62を形
成してもよい(図示せず)。
【0022】更に、この実施の形態では、上記の螺旋状
流下路62に対応させて、蒸発部70の加熱手段を構成
する加熱媒体案内手段としての筒状体71の外面に、同
様の螺旋加工を施して、加熱媒体80が螺旋状流下路6
2を構成する内管30の内面側を螺旋状に旋回しながら
上昇する螺旋状加熱媒体流路74を加熱媒体流路72の
一部に設けている。以下、説明する。
流下路62に対応させて、蒸発部70の加熱手段を構成
する加熱媒体案内手段としての筒状体71の外面に、同
様の螺旋加工を施して、加熱媒体80が螺旋状流下路6
2を構成する内管30の内面側を螺旋状に旋回しながら
上昇する螺旋状加熱媒体流路74を加熱媒体流路72の
一部に設けている。以下、説明する。
【0023】前記螺旋状流下路62を構成する内管30
の内面側に対面する筒状体71の外面に、当該内管30
の内面側の管壁に表れた波形形状に対して相補形状とな
る波形形状を絞り加工等による螺旋加工によって設け
る。この筒状体71を、前述の外管40に対する内管3
0の組み合わせ及び配置関係と同様に、内管30に対し
て、互いの波形を成す山と谷との間に、加熱媒体80が
通る流路としての間隙が生ずるように挿入し、当該筒状
体71及び内管30の山と谷を成す一方側の傾斜部31
と傾斜部73との一部を接触させる。こうして、加熱媒
体流路72の一部に、加熱媒体80が螺旋状に旋回しな
がら上昇して行く螺旋状加熱媒体流路74が設けられて
いる。
の内面側に対面する筒状体71の外面に、当該内管30
の内面側の管壁に表れた波形形状に対して相補形状とな
る波形形状を絞り加工等による螺旋加工によって設け
る。この筒状体71を、前述の外管40に対する内管3
0の組み合わせ及び配置関係と同様に、内管30に対し
て、互いの波形を成す山と谷との間に、加熱媒体80が
通る流路としての間隙が生ずるように挿入し、当該筒状
体71及び内管30の山と谷を成す一方側の傾斜部31
と傾斜部73との一部を接触させる。こうして、加熱媒
体流路72の一部に、加熱媒体80が螺旋状に旋回しな
がら上昇して行く螺旋状加熱媒体流路74が設けられて
いる。
【0024】このように、筒状体71の外面と内管30
の内面との間に螺旋状加熱媒体流路74を設けることに
よって、内管30の内部を加熱しつつ上昇する加熱媒体
80(高温ガス)が、内管30の軸中心側に位置する筒
状体71(管口は閉鎖されている)によって、内管30
の内面に沿って単に上昇して行くだけでなく、螺旋状に
旋回しながら上昇するため、内管30の内面を螺旋状に
巡る溝の奥まで達する。従って、加熱媒体80が内管3
0と接触する面積(伝熱面積)が拡大されるので、当該
内管30の管壁を介して、螺旋状流下路62を旋回しな
がら流下する被蒸発物60に対して、効率よく熱供給を
行うことができ、当該被蒸発物60を効果的に蒸発させ
ることができる。
の内面との間に螺旋状加熱媒体流路74を設けることに
よって、内管30の内部を加熱しつつ上昇する加熱媒体
80(高温ガス)が、内管30の軸中心側に位置する筒
状体71(管口は閉鎖されている)によって、内管30
の内面に沿って単に上昇して行くだけでなく、螺旋状に
旋回しながら上昇するため、内管30の内面を螺旋状に
巡る溝の奥まで達する。従って、加熱媒体80が内管3
0と接触する面積(伝熱面積)が拡大されるので、当該
内管30の管壁を介して、螺旋状流下路62を旋回しな
がら流下する被蒸発物60に対して、効率よく熱供給を
行うことができ、当該被蒸発物60を効果的に蒸発させ
ることができる。
【0025】蒸発部70によって効率よく蒸発されたガ
ス(水蒸気)は、二重管20の下流側に設けられた改質
部200に流れて行く。改質部200は、蒸発部70が
設けられた二重管20の下流側に、当該二重管20をそ
のまま改質部200の共通管として利用し、改質剤20
1が当該二重管20の環状間隙である被蒸発物流下路6
1を塞ぐよう充填されている。
ス(水蒸気)は、二重管20の下流側に設けられた改質
部200に流れて行く。改質部200は、蒸発部70が
設けられた二重管20の下流側に、当該二重管20をそ
のまま改質部200の共通管として利用し、改質剤20
1が当該二重管20の環状間隙である被蒸発物流下路6
1を塞ぐよう充填されている。
【0026】このように、二重管20の上流側に蒸発部
70を設け下流側に改質部200を設けることにより、
従来では蒸発部(70)と改質部(200)との間で必
要であった接続用管部材を不要とすることができると共
に、蒸発部70で気化された被蒸発物60の温度を低下
させることなく、速やかに改質部200に供給すること
ができるので、効率よく改質を行わせることができる。
尚、この改質反応に必要な熱は、内管30の管壁を介し
て、当該内管30内を上昇して行く加熱媒体80によっ
て供給される。
70を設け下流側に改質部200を設けることにより、
従来では蒸発部(70)と改質部(200)との間で必
要であった接続用管部材を不要とすることができると共
に、蒸発部70で気化された被蒸発物60の温度を低下
させることなく、速やかに改質部200に供給すること
ができるので、効率よく改質を行わせることができる。
尚、この改質反応に必要な熱は、内管30の管壁を介し
て、当該内管30内を上昇して行く加熱媒体80によっ
て供給される。
【0027】実施の形態2.実施の形態2は、上記実施
の形態1における蒸発部70の加熱媒体案内手段の構成
を簡略化したものである。即ち、内管30の内面側に同
軸的に挿通された加熱媒体案内手段としての筒状体71
を、例えば、実施の形態4の図3に示す筒状体71のよ
うに、単なる円筒状の筒状体71とした(図示せず)。
この場合、螺旋状流下路62を構成する内管30の内面
と当該筒状体71の外面との間に形成される加熱媒体流
路72は、一方の内管30の内面側が波形形状、他方の
筒状体71の外面側が平滑面となるので、加熱媒体80
の全てが螺旋状に旋回して上昇する加熱媒体流路72と
はならず(図1参照)、加熱媒体80の一部が、内壁3
0の内側の螺旋状の溝を伝って上昇するものの、その余
は筒状体71の外面に沿って垂直方向に上昇することに
なる。
の形態1における蒸発部70の加熱媒体案内手段の構成
を簡略化したものである。即ち、内管30の内面側に同
軸的に挿通された加熱媒体案内手段としての筒状体71
を、例えば、実施の形態4の図3に示す筒状体71のよ
うに、単なる円筒状の筒状体71とした(図示せず)。
この場合、螺旋状流下路62を構成する内管30の内面
と当該筒状体71の外面との間に形成される加熱媒体流
路72は、一方の内管30の内面側が波形形状、他方の
筒状体71の外面側が平滑面となるので、加熱媒体80
の全てが螺旋状に旋回して上昇する加熱媒体流路72と
はならず(図1参照)、加熱媒体80の一部が、内壁3
0の内側の螺旋状の溝を伝って上昇するものの、その余
は筒状体71の外面に沿って垂直方向に上昇することに
なる。
【0028】従って、この実施の形態2の構成では、実
施の形態1に比べると、内管30の螺旋加工が施された
管壁に対する加熱媒体80からの熱供給に比べて、熱効
率は下がるものの、被蒸発物60の蒸発に必要な熱に比
べて、加熱媒体80からの熱供給量が十分に大きい場合
には十分に有用である。
施の形態1に比べると、内管30の螺旋加工が施された
管壁に対する加熱媒体80からの熱供給に比べて、熱効
率は下がるものの、被蒸発物60の蒸発に必要な熱に比
べて、加熱媒体80からの熱供給量が十分に大きい場合
には十分に有用である。
【0029】実施の形態3.実施の形態3は、上記実施
の形態1及びにおける螺旋状流下路62を比較的簡単な
構成としたものであって、内管30のみの一部の管壁に
螺旋加工を施して、当該内管30に形成された波形形状
の各山の頂部を外管40の内面に接触させ、内管30の
外面側の各谷と外管40の内面との間の間隙が当該内管
30の外面を螺旋状に巡るようにして、螺旋状流下路6
2を構成したものである。以下、この実施の形態3を図
2に基づいて説明する。図2は蒸発部の構成の概要を示
す断面図である。
の形態1及びにおける螺旋状流下路62を比較的簡単な
構成としたものであって、内管30のみの一部の管壁に
螺旋加工を施して、当該内管30に形成された波形形状
の各山の頂部を外管40の内面に接触させ、内管30の
外面側の各谷と外管40の内面との間の間隙が当該内管
30の外面を螺旋状に巡るようにして、螺旋状流下路6
2を構成したものである。以下、この実施の形態3を図
2に基づいて説明する。図2は蒸発部の構成の概要を示
す断面図である。
【0030】図2において、外管40は、その管壁に螺
旋加工が施されていない直管であり、内管30の一部の
管壁には、実施の形態1と同様に螺旋加工を施してあ
る。この場合にも、予め、外管40に内管30を挿入し
た際、内管30の螺旋加工による波形形状の各山の頂部
が外管40の内面に接触するように形成しておく。そし
て、外管40に内管30を挿入して組み付けることによ
り、外管40の内面と内管30の外面側の谷との間の環
状間隙が、内管30の外周面を螺旋状に巡る螺旋状流下
路62となる。この螺旋状流下路62を通る被蒸発物6
0は、上記実施の形態1の螺旋状流下路62と同様に、
内管30の外面に沿って螺旋状に巡って流下する旋回流
となる。
旋加工が施されていない直管であり、内管30の一部の
管壁には、実施の形態1と同様に螺旋加工を施してあ
る。この場合にも、予め、外管40に内管30を挿入し
た際、内管30の螺旋加工による波形形状の各山の頂部
が外管40の内面に接触するように形成しておく。そし
て、外管40に内管30を挿入して組み付けることによ
り、外管40の内面と内管30の外面側の谷との間の環
状間隙が、内管30の外周面を螺旋状に巡る螺旋状流下
路62となる。この螺旋状流下路62を通る被蒸発物6
0は、上記実施の形態1の螺旋状流下路62と同様に、
内管30の外面に沿って螺旋状に巡って流下する旋回流
となる。
【0031】この実施の形態3の加熱媒体案内手段とし
ての筒状体71には、上記実施の形態2の場合と同様
に、その外面に螺旋加工が施されていない。この筒状体
71は、内管30の内面側に同軸的に挿通されており、
当該筒状体71の外面即ち平坦な外周面を、図示のよう
に、内管30の内面側に表れた波形形状の谷の底部に対
して、加熱媒体流路72として若干の間隔が生ずるよう
に近接させて組み付けられている。従って、この場合、
当該筒状体71の外面と内管30の内面との間に形成さ
れる加熱媒体流路72は、上記実施の形態2と同様に、
加熱媒体80の全てが螺旋状に旋回して上昇する加熱媒
体流路72とはならず、加熱媒体80の一部が、内壁3
0の内側の螺旋状の溝を伝って上昇するものの、その余
は、筒状体71の周縁側面に沿って垂直方向に上昇する
ことになる。
ての筒状体71には、上記実施の形態2の場合と同様
に、その外面に螺旋加工が施されていない。この筒状体
71は、内管30の内面側に同軸的に挿通されており、
当該筒状体71の外面即ち平坦な外周面を、図示のよう
に、内管30の内面側に表れた波形形状の谷の底部に対
して、加熱媒体流路72として若干の間隔が生ずるよう
に近接させて組み付けられている。従って、この場合、
当該筒状体71の外面と内管30の内面との間に形成さ
れる加熱媒体流路72は、上記実施の形態2と同様に、
加熱媒体80の全てが螺旋状に旋回して上昇する加熱媒
体流路72とはならず、加熱媒体80の一部が、内壁3
0の内側の螺旋状の溝を伝って上昇するものの、その余
は、筒状体71の周縁側面に沿って垂直方向に上昇する
ことになる。
【0032】この実施の形態3の構成では、実施の形態
1に比べると、内管30の螺旋加工が施された管壁に対
する加熱媒体80からの熱供給効率は下がるものの、被
蒸発物60の蒸発に必要な熱に比べて、加熱媒体80か
らの熱供給容量が十分に大きい場合には十分に有用であ
る。
1に比べると、内管30の螺旋加工が施された管壁に対
する加熱媒体80からの熱供給効率は下がるものの、被
蒸発物60の蒸発に必要な熱に比べて、加熱媒体80か
らの熱供給容量が十分に大きい場合には十分に有用であ
る。
【0033】又、この実施の形態3によれば、内管30
のみを螺旋加工するだけで螺旋状流下路62を設けるこ
とができ、しかも、外管40と内管30と筒状体71と
の組付けが容易となるため、これ等の全てに螺旋加工を
施して組み付ける上記実施の形態1に比べて、製造コス
トを約1/3と大幅に低減させることができる。
のみを螺旋加工するだけで螺旋状流下路62を設けるこ
とができ、しかも、外管40と内管30と筒状体71と
の組付けが容易となるため、これ等の全てに螺旋加工を
施して組み付ける上記実施の形態1に比べて、製造コス
トを約1/3と大幅に低減させることができる。
【0034】尚、この実施の形態3では、内管30に螺
旋加工を施して螺旋状流下路62を構成した例を示した
が、外管40のみに螺旋加工を施して螺旋状流下路62
を構成し、当該外管40の外面側に加熱媒体80を流通
させるように構成することもできる(図示せず)。又、
この実施の形態3において、筒状体71の外面に、上記
実施の形態1と同様に、螺旋加工を施して、内管30の
内面の波形形状との間に螺旋状加熱媒体流路74を構成
することもできる(図示せず)。この場合、加熱媒体流
路72は、加熱媒体80の全てが螺旋状に旋回して上昇
する加熱媒体流路72となるため、実施の形態1と同様
の熱供給効率を発揮することができる。
旋加工を施して螺旋状流下路62を構成した例を示した
が、外管40のみに螺旋加工を施して螺旋状流下路62
を構成し、当該外管40の外面側に加熱媒体80を流通
させるように構成することもできる(図示せず)。又、
この実施の形態3において、筒状体71の外面に、上記
実施の形態1と同様に、螺旋加工を施して、内管30の
内面の波形形状との間に螺旋状加熱媒体流路74を構成
することもできる(図示せず)。この場合、加熱媒体流
路72は、加熱媒体80の全てが螺旋状に旋回して上昇
する加熱媒体流路72となるため、実施の形態1と同様
の熱供給効率を発揮することができる。
【0035】実施の形態4.実施の形態4は、上記実施
の形態1及び3における螺旋状流下路62を、更に簡単
な構成としたものであって、外管40や内管30や筒状
体71には螺旋加工を施さずに直管のままとし、別途
に、第3の管部材を用意し、この管部材の管壁に予め螺
旋加工を施して螺旋環状体を形成しておき、この螺旋環
状体を外管40と内管30との間の被蒸発物流下路61
に挿入した構成としたものである。以下、これを図3に
基づいて説明する。図3は蒸発部の構成の概要を示す断
面図である。
の形態1及び3における螺旋状流下路62を、更に簡単
な構成としたものであって、外管40や内管30や筒状
体71には螺旋加工を施さずに直管のままとし、別途
に、第3の管部材を用意し、この管部材の管壁に予め螺
旋加工を施して螺旋環状体を形成しておき、この螺旋環
状体を外管40と内管30との間の被蒸発物流下路61
に挿入した構成としたものである。以下、これを図3に
基づいて説明する。図3は蒸発部の構成の概要を示す断
面図である。
【0036】図3に示す螺旋環状体90は、上記実施の
形態1で説明したと同様の螺旋加工が管壁に施された第
3の管部材である。この螺旋環状体90を、直管の内管
30及び外管40とで構成される二重管20の被蒸発物
流下路61に挿入して組み付ける。この場合、当該螺旋
環状体90の外面側の波形形状の各山の頂部を外管40
の内面に、又、当該螺旋環状体90の内面側の波形形状
の各山の頂部を内管30の外面に、それぞれ液状の被蒸
発物60が漏れて落ちないように接触させる。従って、
被蒸発物60は、螺旋環状体90に形成された波形形状
の各山と谷との間の一方の斜面を流下路として、内管3
0の外面に沿って螺旋状に巡る旋回流となって流下す
る。
形態1で説明したと同様の螺旋加工が管壁に施された第
3の管部材である。この螺旋環状体90を、直管の内管
30及び外管40とで構成される二重管20の被蒸発物
流下路61に挿入して組み付ける。この場合、当該螺旋
環状体90の外面側の波形形状の各山の頂部を外管40
の内面に、又、当該螺旋環状体90の内面側の波形形状
の各山の頂部を内管30の外面に、それぞれ液状の被蒸
発物60が漏れて落ちないように接触させる。従って、
被蒸発物60は、螺旋環状体90に形成された波形形状
の各山と谷との間の一方の斜面を流下路として、内管3
0の外面に沿って螺旋状に巡る旋回流となって流下す
る。
【0037】この実施の形態4によれば、外管40や内
管30に螺旋加工を施す必要がなく、その代わりに、第
3の管部材(螺旋環状体90)に螺旋加工を施して、外
管40と内管30との間の間隙に挿入して組み付けるだ
けで、螺旋状流下路62を形成することができるので、
加工や組み立てが容易となり、製造コストを大幅に低減
することができる。又、この実施の形態4では、第3の
管部材に螺旋加工を施して螺旋環状体90を構成した
が、螺旋環状体90はこのような管部材に限らず、例え
ば、帯状部材の一側の面を流下路として螺旋状に形成し
たものでもよい。
管30に螺旋加工を施す必要がなく、その代わりに、第
3の管部材(螺旋環状体90)に螺旋加工を施して、外
管40と内管30との間の間隙に挿入して組み付けるだ
けで、螺旋状流下路62を形成することができるので、
加工や組み立てが容易となり、製造コストを大幅に低減
することができる。又、この実施の形態4では、第3の
管部材に螺旋加工を施して螺旋環状体90を構成した
が、螺旋環状体90はこのような管部材に限らず、例え
ば、帯状部材の一側の面を流下路として螺旋状に形成し
たものでもよい。
【0038】尚、上記実施の形態1乃至4において、被
蒸発物流下路61の途中に設けられる螺旋状流下路62
は、流下路が1本の例で説明したが、流下路を複数本並
列に設けることが好ましい。流下路を複数本並列に設け
ると、被蒸発物60を並列に供給して蒸発させることが
できるので、圧力損失を小さくすることができるだけで
なく、各流下路の断面を小さく形成することによって表
面積の比率を上げることができるので、一段と蒸発能力
の高い蒸発部を備えた改質装置を提供することができ
る。
蒸発物流下路61の途中に設けられる螺旋状流下路62
は、流下路が1本の例で説明したが、流下路を複数本並
列に設けることが好ましい。流下路を複数本並列に設け
ると、被蒸発物60を並列に供給して蒸発させることが
できるので、圧力損失を小さくすることができるだけで
なく、各流下路の断面を小さく形成することによって表
面積の比率を上げることができるので、一段と蒸発能力
の高い蒸発部を備えた改質装置を提供することができ
る。
【0039】又、上記実施の形態1乃至4において、内
管30、外管40、及び管部材で形成された螺旋環状体
90等の肉厚を、例えば、0.3〜1.5mmの薄肉と
して、その断面を管肉厚にあまり差がない同位相サイナ
スウエーブ形状の螺旋状に形成することによって、熱伝
導にムラが無く、均等に加熱することができると共に、
比較的簡易で廉価な絞り加工等によって成形することが
できるので、量産性と分留まりの向上とを期待すること
ができ、製造コストの低下を図ることができる。
管30、外管40、及び管部材で形成された螺旋環状体
90等の肉厚を、例えば、0.3〜1.5mmの薄肉と
して、その断面を管肉厚にあまり差がない同位相サイナ
スウエーブ形状の螺旋状に形成することによって、熱伝
導にムラが無く、均等に加熱することができると共に、
比較的簡易で廉価な絞り加工等によって成形することが
できるので、量産性と分留まりの向上とを期待すること
ができ、製造コストの低下を図ることができる。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、二重管の環状間隙の上
流側に蒸発部を、下流側に改質部を設け、前記蒸発部の
被蒸発物流下路の途中に螺旋状流下路を設けたので、効
率よく被蒸発物を蒸発させることができる小型で高性能
の改質装置を提供することができる。
流側に蒸発部を、下流側に改質部を設け、前記蒸発部の
被蒸発物流下路の途中に螺旋状流下路を設けたので、効
率よく被蒸発物を蒸発させることができる小型で高性能
の改質装置を提供することができる。
【0041】又、本発明によれば、二重管を構成する内
管及び外管の一方又は双方に、比較的容易で廉価な加工
手段による螺旋加工を施して、螺旋状流下路を設けるこ
とができるので、製造コストを大幅に低減することがで
き、安価で高性能の改質装置を提供することができる。
管及び外管の一方又は双方に、比較的容易で廉価な加工
手段による螺旋加工を施して、螺旋状流下路を設けるこ
とができるので、製造コストを大幅に低減することがで
き、安価で高性能の改質装置を提供することができる。
【0042】又、本発明によれば、二重管を構成する内
管及び外管を直管とし、二重管の環状間隙に、予め、流
下路が螺旋状に形成された螺旋環状体を挿入することに
よって容易に螺旋状流下路を設けることができるので、
更に一段と製造コストを低減することができる。
管及び外管を直管とし、二重管の環状間隙に、予め、流
下路が螺旋状に形成された螺旋環状体を挿入することに
よって容易に螺旋状流下路を設けることができるので、
更に一段と製造コストを低減することができる。
【0043】又、本発明によれば、二重管を共通管とし
て、その上流側に蒸発部を、下流側に改質部を設けたの
で、蒸発部と改質部との間の接続用管部材が不要となる
と共に、装置の小型化を図ることができ、しかも、蒸発
部で気化された被蒸発物の温度を低下させることなく、
速やかに改質部に供給することができる。
て、その上流側に蒸発部を、下流側に改質部を設けたの
で、蒸発部と改質部との間の接続用管部材が不要となる
と共に、装置の小型化を図ることができ、しかも、蒸発
部で気化された被蒸発物の温度を低下させることなく、
速やかに改質部に供給することができる。
【0044】又、本発明によれば、被蒸発物流下路の途
中に設けられる螺旋状流下路の溝(流下路)を、複数本
並列に設けることにより、被蒸発物を並列に供給して蒸
発させることができるので圧力損失を小さくすることが
できる。又、当該溝(流下路)1本の断面を小さくし
て、表面積の比率を上げることにより、被蒸発物の蒸発
効率を更に一段と高めることができる。
中に設けられる螺旋状流下路の溝(流下路)を、複数本
並列に設けることにより、被蒸発物を並列に供給して蒸
発させることができるので圧力損失を小さくすることが
できる。又、当該溝(流下路)1本の断面を小さくし
て、表面積の比率を上げることにより、被蒸発物の蒸発
効率を更に一段と高めることができる。
【0045】又、本発明によれば、内管に形成された断
面波形の管壁に対して、内管内に配置された加熱媒体案
内手段(筒状体)の外面を相補形状として、螺旋状加熱
媒体流路を形成したので、加熱媒体が、内管に形成され
た断面波形による各溝の谷の奥まで達しながら旋回流と
なって螺旋状に上昇して行くので、当該内管の管壁を介
して、螺旋状流下路を旋回しながら流下する被蒸発物に
効率よく熱供給を行うことができ、効果的に蒸発させる
ことができる。
面波形の管壁に対して、内管内に配置された加熱媒体案
内手段(筒状体)の外面を相補形状として、螺旋状加熱
媒体流路を形成したので、加熱媒体が、内管に形成され
た断面波形による各溝の谷の奥まで達しながら旋回流と
なって螺旋状に上昇して行くので、当該内管の管壁を介
して、螺旋状流下路を旋回しながら流下する被蒸発物に
効率よく熱供給を行うことができ、効果的に蒸発させる
ことができる。
【0046】又、本発明は、被蒸発物を、水とアルコー
ルの液体混合物、又は、水とメタン等の炭化水素系気体
燃料の混合物とし、液液混合物、又は気液混合物の状態
で蒸発部に供給することにより、水とアルコール又は炭
化水素が十分に混合された良質の蒸気(ガス)を得るこ
とができる。
ルの液体混合物、又は、水とメタン等の炭化水素系気体
燃料の混合物とし、液液混合物、又は気液混合物の状態
で蒸発部に供給することにより、水とアルコール又は炭
化水素が十分に混合された良質の蒸気(ガス)を得るこ
とができる。
【図1】 実施の形態1の改質装置の構成の概要を示す
断面図である。
断面図である。
【図2】 実施の形態3の改質装置の蒸発部の構成の概
要を示す断面図である。
要を示す断面図である。
【図3】 実施の形態4の改質装置の蒸発部の構成の概
要を示す断面図である。
要を示す断面図である。
【図4】 従来の燃料電池用蒸発器を構成する二重管の
軸方向断面図である。
軸方向断面図である。
【図5】 従来の燃料電池用蒸発器の全体構成を示す概
念図である。
念図である。
10 二重管、30 内管、40 外管、60 被蒸発
物、61 蒸発部流下路、62 螺旋状流下路、70
加熱手段、71 筒状体(加熱媒体案内手段)、72
加熱媒体流路、74 螺旋状加熱媒体流路、90 第3
の管部材(螺旋環状体)、200 改質部、201 改
質剤。
物、61 蒸発部流下路、62 螺旋状流下路、70
加熱手段、71 筒状体(加熱媒体案内手段)、72
加熱媒体流路、74 螺旋状加熱媒体流路、90 第3
の管部材(螺旋環状体)、200 改質部、201 改
質剤。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 市村 英男
東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三
菱電機株式会社内
(72)発明者 篠木 俊雄
東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三
菱電機株式会社内
(72)発明者 篠原 芳裕
東京都千代田区大手町二丁目6番2号 三
菱電機エンジニアリング株式会社内
Fターム(参考) 4G140 EA02 EA03 EA06 EB03 EB04
EB14 EB24 EB42 EB46
5H026 AA06
5H027 AA06 BA01
Claims (8)
- 【請求項1】 蒸発部と改質部とを備えた改質装置にお
いて、 二重管を構成する内管の外面と外管の内面との間の環状
間隙を被蒸発物が流下する被蒸発物流下路とし、当該被
蒸発物流下路の上流側に前記蒸発部を設けると共に下流
側に改質部を設け、 前記蒸発部は、前記被蒸発物流下路の少なくとも一部
に、被蒸発物が前記内管を軸として螺旋状に流下する螺
旋状流下路を有することを特徴とする改質装置。 - 【請求項2】 螺旋状流下路は、内管及び外管の一方又
は双方の管壁を当該管の軸方向において断面波形に成形
して設けたことを特徴とする請求項1に記載の改質装
置。 - 【請求項3】 螺旋状流下路は、内管及び外管の一方に
設けられた断面波形の管壁を他方の管壁に接触させて設
けたことを特徴とする請求項2に記載の改質装置。 - 【請求項4】 螺旋状流下路は、内管及び外管の双方に
設けられた断面波形の管壁を互いに接触させて設けたこ
とを特徴とする請求項2に記載の改質装置。 - 【請求項5】 螺旋状流下路は、管壁に螺旋加工が施さ
れた第3の管部材を螺旋環状体として環状間隙に挿入し
て設けたことを特徴とする請求項1に記載の改質装置。 - 【請求項6】 螺旋状流下路は、流下路が複数並列に形
成された多重螺旋構造であること特徴とする請求項1乃
至請求項5の何れかに記載の改質装置。 - 【請求項7】 内管に形成された断面波形の管壁に対し
て、内管内に配置された加熱媒体案内手段の外面を相補
形状とし、当該加熱媒体案内手段の外面と前記管壁の内
面との間に、螺旋状の加熱媒体流路を形成したことを特
徴とする請求項2乃至請求項4、及び請求項6の何れか
に記載の改質装置。 - 【請求項8】 蒸発部に供給される被蒸発物は、水、又
は水を含む液体、又は前記液体と気体との混相物であっ
て、液液混合物又は気液混合物であることを特徴とする
請求項1乃至請求項7の何れかに記載の改質装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002134259A JP2003327407A (ja) | 2002-05-09 | 2002-05-09 | 改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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Publications (1)
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---|---|
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