特許 5676336 燃料改質装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5676336

(24)【登録日】2015年1月9日

(45)【発行日】2015年2月25日

(54)【発明の名称】燃料改質装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/38 20060101AFI20150205BHJP

【ＦＩ】

   C01B3/38

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-70750(P2011-70750)

(22)【出願日】2011年3月28日

(65)【公開番号】特開2012-201583(P2012-201583A)

(43)【公開日】2012年10月22日

【審査請求日】2014年2月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000284

【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107308

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 修一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100128901

【弁理士】

【氏名又は名称】東 邦彦

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】アイシン精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107308

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 修一郎

(72)【発明者】

【氏名】若林 卓

(72)【発明者】

【氏名】桑葉 孝一

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 聡

【審査官】 廣野 知子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０５９０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０４８７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３３４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−００７３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３８４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２９２１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１６２８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ ３／００−６／３４

Ｂ０１Ｊ １０／００−１２／０２、１４／００−１９／３２

Ｃ０１Ｂ ２２０３／１２８８（ＣＰＣ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可燃性ガスを燃焼して燃焼熱を発生させる燃焼器と、
供給される蒸発用水を、前記燃焼器から伝えられる前記燃焼熱を用いて加熱して蒸発させる蒸発器と、
供給される原燃料ガスを前記蒸発器にて生成された水蒸気を用いて改質処理する改質器とを備える燃料改質装置であって、
前記蒸発器を構成する容器は、前記燃焼熱が直接伝えられる最外郭構造体と、前記燃焼器との間に前記最外郭構造体を挟んで位置し、前記容器の内部に供給される前記蒸発用水が接触する位置に設けられる内部構造体を有し、
前記内部構造体の、前記蒸発用水が接触する面は、供給される前記蒸発用水が広がる平面状に形成される平面部分を有し、
前記改質器は、前記蒸発器への前記蒸発用水の供給方向に沿って前記蒸発器の下流側に、前記蒸発器に隣接して設けられ、前記蒸発器と前記改質器とは通気性を有する仕切部材で仕切られており、前記平面部分にて生成された水蒸気が前記仕切部材を通して前記改質器に供給される燃料改質装置。

【請求項2】

前記内部構造体の前記平面部分の周囲の全部に又は部分的に、前記平面部分に存在する前記蒸発用水を堰き止めることができる堰構造が設けられている請求項１に記載の燃料改質装置。

【請求項3】

前記内部構造体の、前記蒸発用水が接触する面に親水化処理が施されている請求項１または２に記載の燃料改質装置。

【請求項4】

前記内部構造体は、供給された前記蒸発用水が下流側の前記改質器に向かう方向に流れるように形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料改質装置。

【請求項5】

前記蒸発器は、前記内部構造体を形成する部材を、前記最外郭構造体を形成する容器の内部の壁面で支持又は当該壁面に接合して構成される請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料改質装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原燃料ガスを水蒸気を用いて改質処理する燃料改質装置に関する。

【背景技術】

【0002】

天然ガス等の炭化水素を含む原燃料ガスを用いて燃料電池を運転するためには、原燃料ガスと水蒸気と混合して燃料改質を行う必要がある。その改質処理で用いるための水蒸気を生成するためには、可燃性ガスを燃焼させて得た燃焼熱を利用することが多い。特許文献１には、供給される蒸発用水を、燃焼器から伝えられる燃焼熱を用いて加熱して蒸発させる蒸発器が記載されている。具体的には、特許文献１に記載の蒸発器では、蒸発器を構成する容器の外側に燃焼熱を直接与えて容器を加熱した状態で、その容器の内側に蒸発用水を滴下して供給する。その結果、滴下された蒸発用水は容器の内側表面で気化する。

【0003】

尚、特許文献１に記載されているような容器の内側に蒸発用水を滴下する方式を採用する従来の蒸発器では、安定した水蒸気の発生が行えない可能性がある。例えば、蒸発器の容器の内側に滴下される蒸発用水の量が増加すると、容器に対して充分な加熱が行われていたとしても、容器の内側表面と接触した一部の蒸発用水のみが先に気化して蒸気の層を作ることで、容器の内側表面と接触しなかった残りの蒸発用水には充分な熱が伝わらずに気化せず、結果として、供給した蒸発用水の量に応じた水蒸気量を得られない可能性がある。或いは、供給されて容器の内側表面と接触した蒸発用水の一部が突沸することで瞬間的に気化し、残りはその突沸によって飛散された先で更に容器の内側表面と接触して瞬間的に気化されるというように安定した気化が行われない恐れがある。また、蒸発器の容器の内側に滴下される蒸発用水の量が少なすぎると、滴下された蒸発用水の全てが瞬間的に気化して水蒸気が発生し、次に蒸発用水が滴下されるまで水蒸気の発生が行われない（即ち、蒸気濃度の脈動が生じる）可能性がある。

【0004】

特許文献２には、特許文献１に記載の発明において問題となり得る蒸気濃度の脈動を抑制可能な蒸発器が記載されている。具体的には、特許文献２に記載の発明では、蒸発用水を滴下して供給するのではなく、蒸発器の内部に蒸発用水を貯める貯水部を設け、蒸発用水は貯水部で一時的に保持されて予熱された後で気化される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−７３４９号公報

【特許文献2】特開２０１０−２３８４４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献２に記載の発明では、蒸発器において生成されて改質器へ供給される水蒸気量は、蒸発器への蒸発用水の供給量で決まるのではなく、蒸発器へ燃焼器から与えられる燃焼熱量で決まる。つまり、既に蒸発器の内部に貯留されている蒸発用水を気化させる方式が採用されているので、貯留されている蒸発用水に与えられる熱量（即ち、蒸発器へ燃焼器から与えられる燃焼熱量）を大きくすることで発生する水蒸気量が多くなり、蒸発用水に与えられる熱量を小さくすることで発生する水蒸気量が少なくなる。そのため、発生させる水蒸気量の増減を細かく制御するためには、燃焼器で発生する燃焼熱量を細かく制御しなければならないが、実際にはそのような細かな制御は困難である。更に、燃料電池の出力変動時には、改質器へ供給する水蒸気量も即座に変化させなければならないが、燃焼器から蒸発器へ与える燃焼熱量を変化させても、即座に所望の水蒸気量が得られるとは限らず、結果として、応答性が悪くなるという問題が生じる。

【0007】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、蒸発器で生成される水蒸気量を安定して制御可能な燃料改質装置を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するための本発明に係る燃料改質装置の特徴構成は、
可燃性ガスを燃焼して燃焼熱を発生させる燃焼器と
供給される蒸発用水を、前記燃焼器から伝えられる前記燃焼熱を用いて加熱して蒸発させる蒸発器と、
供給される原燃料ガスを前記蒸発器にて生成された水蒸気を用いて改質処理する改質器とを備える燃料改質装置であって、
前記蒸発器を構成する容器は、前記燃焼熱が直接伝えられる最外郭構造体と、前記燃焼器との間に前記最外郭構造体を挟んで位置し、前記容器の内部に供給される前記蒸発用水が接触する位置に設けられる内部構造体を有し、
前記内部構造体の、前記蒸発用水が接触する面は、供給される前記蒸発用水が広がる平面状に形成される平面部分を有し、
前記改質器は、前記蒸発器への前記蒸発用水の供給方向に沿って前記蒸発器の下流側に、前記蒸発器に隣接して設けられ、前記蒸発器と前記改質器とは通気性を有する仕切部材で仕切られており、前記平面部分にて生成された水蒸気が前記仕切部材を通して前記改質器に供給される点にある。

【0009】

上記特徴構成によれば、供給される蒸発用水が接触する内部構造体は、燃焼器で発生される燃焼熱が直接伝えられる最外郭構造体よりも燃焼器から離れて設けられる。つまり、内部構造体には燃焼熱が最外郭構造体を介して間接的に伝わるため、内部構造体に伝わる燃焼熱は最外郭構造体に伝わる燃焼熱よりも小さくなる。その結果、最外郭構造体に蒸発用水を接触させる場合に比べて、蒸発用水の気化が瞬間的に激しく行われないようにできる。例えば、最外郭構造体に蒸発用水を接触させた場合には、その蒸発用水の一部が突沸することで瞬間的に気化し、残りはその突沸によって飛散された先で瞬間的に気化されるというように安定した気化が行われない恐れがある。しかし、本特徴構成では、相対的に低温の内部構造体に対して蒸発用水を接触させるので蒸発用水の突沸の発生が抑制され、蒸発用水の蒸発が安定して進行するようにできる。
加えて、蒸発用水の蒸発が安定して進行するため、蒸発器に供給する蒸発用水の量の増減に応じて、蒸発器で発生する水蒸気量を変化させることができる。つまり、燃料電池を出力変動させようとした場合に、蒸発器で生成されて改質器へ供給される水蒸気量を速やかに変化させることもできる。
従って、蒸発器で生成される水蒸気量を安定して制御可能な燃料改質装置を提供できる。
また内部構造体上に滞留する蒸発用水の層が厚くなると、全ての蒸発用水に対して（特に上層部分の蒸発用水に対して）内部構造体の熱が均等に伝わり難くなる。
ところが本特徴構成によれば、内部構造体の平面部分において、供給される蒸発用水が広がるため、内部構造体上に滞留する蒸発用水の層の厚さは薄くなる。つまり、内部構造体から全ての蒸発用水に対して熱が均等に伝わり易くなる。特に、蒸発用水は、内部構造体上に供給されてから徐々に広がる過程で継続して内部構造体から良好に熱を受け続けることができる。

【0012】

本発明に係る燃料改質装置の更に別の特徴構成は、前記内部構造体の前記平面部分の周囲の全部に又は部分的に、前記平面部分に存在する前記蒸発用水を堰き止めることができる堰構造が設けられている点にある。

【0013】

上記特徴構成によれば、堰構造を設けることで、蒸発用水が広がる範囲を制限できる。

【0014】

本発明に係る燃料改質装置の更に別の特徴構成は、前記内部構造体の、前記蒸発用水が接触する面に親水化処理が施されている点にある。

【0015】

上記特徴構成によれば、親水化処理の効果によって、蒸発用水が内部構造体の表面に広がり易くなる。その結果、蒸発器に供給された蒸発用水に対して内部構造体から熱が均等に伝わり易くなるため、蒸発用水の気化が安定して行われるようになる。

【0016】

本発明に係る燃料改質装置の更に別の特徴構成は、前記内部構造体は、供給された前記蒸発用水が下流側の前記改質器に向かう方向に流れるように形成されている点にある。

【0017】

上記特徴構成によれば、蒸発用水を改質器に近い位置に移動させながら気化させることができる。その結果、発生する水蒸気が改質器に供給され易くなる。

【0018】

本発明に係る燃料改質装置の更に別の特徴構成は、前記蒸発器は、前記内部構造体を形成する部材を、前記最外郭構造体を形成する容器の内部の壁面で支持又は当該壁面に接合して構成される点にある。

【0019】

上記特徴構成によれば、適当な形状の内部構造体を、最外郭構造体を形成する容器の内部に設けて支持させる又は接合させることで、蒸発器を得ることができる。つまり、蒸発器を作製するにあたり、最外郭構造体は従来と同様の容器で流用し、内部構造体のみを新たに作製してその容器（最外郭構造体）の内部に設置すればよい。このような構成を採用することで、既存の蒸発器の容器に対しても内部構造体を設置することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】第１実施形態の燃料改質装置を備える燃料電池発電装置の構成を示す図である。

【図2】第１実施形態の燃料改質装置が備える蒸発器及び改質器の内部の構成を側方から見た透視図である。

【図3】第１実施形態の蒸発器の構成を示す図である。

【図4】第２実施形態の蒸発器の構成を示す図である。

【図5】第３実施形態の蒸発器の構成を示す図である。

【図6】第４実施形態の蒸発器の構成を示す図である。

【図7】第５実施形態の燃料改質装置が備える蒸発器及び改質器の内部の構成を側方から見た透視図である。

【図8】別の燃料改質装置が備える蒸発器及び改質器の内部の構成を側方から見た一部切欠き透視図である。

【図9】別の燃料改質装置が備える蒸発器の内部の構成を側方から見た一部切欠き透視図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の燃料改質装置Ｒを備える燃料電池発電装置の構成を示す図である。図２は、第１実施形態の燃料改質装置Ｒが備える蒸発器２及び改質器３の構成を示す図である。図３は、蒸発器２の内部の構成を斜め上方から見た透視図である。燃料電池発電装置は、水素を主成分とする改質ガスを生成する燃料改質装置Ｒと、燃料改質装置Ｒで生成された改質ガスと酸素（空気）とを用いて発電する燃料電池部２１とを装置筐体１の内部に備える。後述するように、第１実施形態の燃料改質装置Ｒは、燃焼器２２と蒸発器２と改質器３とを備える。

【0022】

〔燃料電池部〕
燃料電池部２１は、改質ガスが通流する燃料通流部２４と空気が通流する空気通流部２５とを備えた複数の固体酸化物型のセル２６を電気的に直列接続された状態で備えたセルスタックにて構成されている。図示は省略するが、セル２６は、燃料極と空気極との間に固体電解質層を備えた固体酸化物型に構成される。燃料通流部２４を改質ガスが通流することで燃料極に改質ガスが供給され、空気通流部２５を空気が通流することで空気極に空気が供給される。燃料電池部２１は、複数のセル２６が燃料通流部２４の改質ガス排出口２４ｅ及び空気通流部２５の空気排出口２５ｅが上向きになる姿勢で横方向に並ぶ状態で、装置筐体１の内部に設置されている。尚、セル２６としては、燃料通流部２４及び空気通流部２５を備えた各種の形状や構成のセルが使用可能であり、その形状や構成については上記に限定されるものではない。

【0023】

加えて、燃料電池部２１には、改質器３から改質ガス供給路２３を通して供給される改質ガスを受け入れるガスマニホールド２７が設けられる。複数のセル２６は、ガスマニホールド２７の上方側に上述のように並ぶ状態で配置され、ガスマニホールド２７と複数のセル２６における燃料通流部２４の下端のガス導入口（図示せず）とが連通接続されている。そして、ガスマニホールド２７に供給された改質ガスが複数のセル２６夫々の燃料通流部２４に対して下端のガス導入口から供給されて、各燃料通流部２４を下方側から上方側に通流して発電反応に供される。発電反応に供されたのちの排改質ガスは、上端の改質ガス排出口２４ｅから排出される。

【0024】

装置筐体１には、空気導入口２８が設けられる、その空気導入口２８には空気供給路２９が接続される。ブロア３０の作動により、空気が空気供給路２９を通して装置筐体１内に供給される。複数のセル２６夫々における空気通流部２５の下端部近傍には、装置筐体１内と空気通流部２５内とを連通する空気供給孔（図示せず）が設けられている。複数のセル２６夫々の空気通流部２５には装置筐体１内の空気がこの空気供給孔を通して供給されて、各空気通流部２５を下方側から上方側に通流して発電反応に供される。発電反応に供されたのちの排空気は、上端の空気排出口２５ｅから排出される。

【0025】

燃料電池部２１の上方には、各セル２６の燃料通流部２４の改質ガス排出口２４ｅから排出される排改質ガスと空気通流部２５の空気排出口２５ｅから排出される排空気とを燃焼させる燃焼空間が形成される。つまり、燃料電池部２１により、燃焼器２２が実現される。加えて、後述するように、一体で構成された蒸発器２と改質器３とが、燃焼器２２として機能する燃料電池部２１の上方の燃焼空間に隣接して設けられている。

【0026】

装置筐体１には、燃焼器２２にて発生した燃焼排ガスを外部に排出させる排出部３１が下面部等に形成されている。そして、装置筐体１内には、排出部３１から外部に排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素ガスを除去する燃焼触媒部３２（例えば、白金系触媒）が設けられている。

【0027】

〔燃料改質装置〕
燃料改質装置Ｒは、燃料電池部２１により実現される燃焼器２２と蒸発器２と改質器３とを備える。
燃焼器２２は、可燃性ガスを燃焼して燃焼熱を発生させる。具体的には、上述したように、燃焼器２２は、各セル２６の燃料通流部２４の改質ガス排出口２４ｅから排出される排改質ガス（可燃性ガス）と空気通流部２５の空気排出口２５ｅから排出される排空気とを燃焼させて燃焼熱を発生させる。

【0028】

図２に示すように、蒸発器２を構成する容器Ｃ１と、改質器３を構成する容器Ｃ２とは単一の筐体Ｃで構成されている。つまり、蒸発器２と改質器３とは、単一の筐体Ｃの内部空間を、通気性を有する仕切部材３３を用いて上流側区域と下流側区域とに仕切り、上流側区域を蒸発器２とし、下流側区域を改質器３として形成される。本実施形態では、上流側区域の蒸発器２の部分における筐体Ｃの内部空間の断面積と、下流側区域の改質器３の部分における筐体Ｃの内部空間の断面積とは同一に形成されている。そして、蒸発器２の内部空間には、原燃料ガス（Ｇ）が供給される原燃料ガス供給管７と、蒸発用水が供給される蒸発用水供給管６とが、容器Ｃ１の外部から引き込まれて内部に突出し、蒸発器２として用いられる上流側区域の内部に、原燃料ガス及び蒸発用水が供給される。

【0029】

蒸発器２は、供給される蒸発用水を、燃焼器２２から伝えられる燃焼熱を用いて加熱して蒸発させる。蒸発器２に供給される蒸発用水は、蒸発用水タンク８に貯えられている水である。つまり、蒸発用水タンク８に貯えられている蒸発用水は、蒸発用水タンク８に連結される蒸発用水供給管６を介して蒸発器２に供給される。具体的には、蒸発用水ポンプ９が動作することで蒸発用水タンク８に貯えられている蒸発用水が蒸発用水供給管６を通流して蒸発器２の内部に流入する。

【0030】

改質器３は、供給される原燃料ガスを蒸発器２にて生成された水蒸気を用いて改質処理する。図２に示すように、改質器３の内部には改質触媒３ａが充填されており、この改質触媒３ａの触媒作用によって原燃料ガスが改質処理される。改質器３には原燃料ガス供給管７を介して原燃料ガスが供給される。原燃料ガス供給管７には昇圧ポンプ１０が設けられている。更に、昇圧ポンプ１０の下流側の原燃料ガス供給管７には、原燃料ガス（例えば、都市ガス等）に含まれる硫黄化合物を取り除くための脱硫器１１が設けられている。そして、昇圧ポンプ１０が動作することで、原燃料ガスが原燃料ガス供給管７を通流し且つ脱硫器１１で脱硫された後で蒸発器２の内部に流入する。

【0031】

〔蒸発器の構成〕
次に、蒸発器２の構成について説明する。
図２及び図３に示すように、蒸発器２を構成する容器Ｃ１は、燃焼器２２で発生される燃焼熱が直接伝えられる最外郭構造体２ａと、燃焼器２２との間に最外郭構造体２ａを挟んで位置し、容器Ｃ１の内部に供給される蒸発用水が接触する位置に設けられる内部構造体２ｂを有する。特に、図３（ａ）は蒸発器２の内部の構成を説明する斜視図であり、図３（ｂ）は蒸発器２の断面図である。蒸発器２を構成する容器Ｃ１の内部には、原燃料ガス供給管７と蒸発用水供給管６とが引き込まれ、各供給管の先端は容器Ｃ１の内部で開口されている。そして、蒸発用水供給管６を介して容器Ｃ１の内部に供給される蒸発用水が蒸発用水供給管６の先端から内部構造体２ｂ上に流出することで、内部構造体２ｂの表面と蒸発用水とが接触する。本実施形態では、蒸発用水供給管６の先端の高さは、内部構造体２ｂよりも僅かに高い位置にある。つまり、蒸発用水供給管６の先端は内部構造体２ｂに近い位置で開口されているので、蒸発用水供給管６の先端から流出した蒸発用水を、液滴が間欠的に滴下されるような状態ではなく、まとまったままで連続的に内部構造体２ｂの表面に到達するような状態で供給することができる。その結果、内部構造体２ｂの表面に対して、一定量の蒸発用水を連続的に安定供給できる。

【0032】

加えて、蒸発器２は、内部構造体２ｂを形成する部材を、最外郭構造体２ａを形成する容器Ｃ１の内部の壁面で支持又はその壁面に接合して構成される。具体的には、内部構造体２ｂは、例えば金属製の板状部材を折り曲げ加工、プレス加工、切削加工、接合加工等することで作製される。そして、内部構造体２ｂの、蒸発用水が接触する面は、上方から供給される蒸発用水を受ける盆状に形成されている。

【0033】

内部構造体２ｂの盆状部分Ｐは、蒸発器２から改質器３へ向かう方向を前方とした場合、底部Ｐｂの周囲に前端部Ｐｆと後端部Ｐｒと側部Ｐｓとが設けられた状態で構成される。加えて、内部構造体２ｂは、蒸発器２から改質器３へ向かう方向に沿った長手状に形成されている。内部構造体２ｂの盆状部分Ｐの底部Ｐｂは、供給される蒸発用水が広がる平面状に形成される。つまり、内部構造体２ｂの蒸発用水が接触する面は平面部分（即ち、底部Ｐｂ）を有する。この平面部分としての底部Ｐｂ上では、供給される蒸発用水が広がるため、内部構造体２ｂ上に滞留する蒸発用水の層の厚さは薄くなる。つまり、内部構造体２ｂ上に滞留する蒸発用水の層が厚くなると、内部構造体２ｂの熱が全ての蒸発用水に対して（特に上層部分の蒸発用水に対して）均等に伝わり難くなるが、本実施形態のように内部構造体２ｂ上に滞留する蒸発用水の層の厚さが薄くなると、内部構造体２ｂから全ての蒸発用水に対して均等に熱が伝わり易くなる。特に、蒸発用水は、内部構造体２ｂに供給されてから底部Ｐｂ上を流れて徐々に広がる過程で継続して内部構造体２ｂから良好に熱を受け続けることができる。

【0034】

更に具体的に説明すると、蒸発器２において蒸発用水供給管６の先端部は下流側の改質器３の方に向いて開口しているため、蒸発用水は内部構造体２ｂの後端部Ｐｒ側から前端部Ｐｆの方向に流出する。そして、平面部分としての底部Ｐｂは水平となるように設置されているため、内部構造体２ｂの後端部Ｐｒの付近の底部Ｐｂに対して前端部Ｐｆの方向に向けて供給された蒸発用水は、底部Ｐｂ上を前端部Ｐｆの方向に流れながら薄く広がる。そして、蒸発用水が内部構造体２ｂから熱を継続的に受けながら広がりつつ流れる間に、蒸発用水の蒸発が発生する。このように、内部構造体２ｂの底部Ｐｂ上では、後方（後端部Ｐｒ側）に蒸発用水が供給されて、前方（前端部Ｐｆ）へ行くにつれて蒸発により水量が減少するため、内部構造体２ｂに供給された蒸発用水は、内部構造体２ｂ上を下流側の改質器３に向かう方向に流れることとなる。

【0035】

更に、内部構造体２ｂの底部Ｐｂ（平面部分）の周囲の全部に、底部Ｐｂに存在する蒸発用水を堰き止めることができる堰構造としての前端部Ｐｆと後端部Ｐｒと側部Ｐｓとが設けられている。その結果、蒸発用水が広がる範囲を制限できる。特に、蒸発用水が内部構造体２ｂから溢れないようにできる。加えて、図２及び図３に示すように、改質器３に近い前端部Ｐｆは、改質器３から離れた後端部Ｐｒよりも、底部Ｐｂから上方への高さが低くなっている。従って、内部構造体２ｂの盆状部分Ｐに蒸発用水が貯まったとしても、貯まった蒸発用水は堰の低い前端部Ｐｆから溢れる。

【0036】

以上のように、供給される蒸発用水が接触する内部構造体２ｂは、燃焼器２２で発生される燃焼熱が直接伝えられる最外郭構造体２ａよりも燃焼器２２から離れて設けられる。つまり、内部構造体２ｂには燃焼熱が最外郭構造体２ａを介して間接的に伝わるため、内部構造体２ｂに伝わる燃焼熱は最外郭構造体２ａに伝わる燃焼熱よりも小さくなる。その結果、最外郭構造体２ａに蒸発用水を接触させる場合に比べて、蒸発用水の気化が瞬間的に激しく行われないようにできる。例えば、最外郭構造体２ａに蒸発用水を接触させた場合には、その蒸発用水の一部が突沸することで瞬間的に気化し、残りはその突沸によって飛散された先で瞬間的に気化されるというように安定した気化が行われない恐れがある。しかし、本実施形態では、相対的に低温の内部構造体２ｂに対して蒸発用水を接触させるので蒸発用水の突沸の発生が抑制され、蒸発用水の蒸発が安定して進行するようにできる。

【0037】

加えて、燃焼器２２で発生される燃焼熱は最外郭構造体２ａを介して内部構造体２ｂに伝わるので、燃焼器２２で発生される燃焼熱量が変動してもその燃焼熱量の変動は最外郭構造体２ａで緩和された上で内部構造体２ｂに伝わる。つまり、燃焼器２２での燃焼状態が変動しても、内部構造体２ｂに伝わる熱はその変動に対して過敏に追従せずに緩やかに変化するため、内部構造体２ｂで発生する水蒸気量を過敏に変化させないようにできる。

【0038】

更に、内部構造体２ｂの、蒸発用水が接触する面に親水化処理を施してもよい。親水化処理の効果によって、蒸発用水が内部構造体２ｂの表面の特定の部位において表面積が小さくなるように集まるのではなく、蒸発用水が内部構造体２ｂの表面で更に薄く広がり易くなる。その結果、蒸発器２に供給された蒸発用水に対して内部構造体２ｂから熱が均等に伝わり易くなるため、蒸発用水の気化が安定して行われるようになる。

【0039】

＜第２実施形態＞
第２実施形態の燃料改質装置は、蒸発器の内部構造体の形状が第１実施形態に示した形状と異なり、他は第１実施形態に示したのと同様である。従って、以下の説明では、第２実施形態の蒸発器の内部構造体の形状のみを説明する。

【0040】

図４（ａ）は第２実施形態の蒸発器２の内部の構成を説明する斜視図であり、図４（ｂ）は第２実施形態の蒸発器２の断面図である。
本実施形態でも、内部構造体２ｂは、燃焼器２２との間に最外郭構造体２ａを挟んで位置し、容器Ｃ１の内部に供給される蒸発用水が接触する位置に設けられる。そして、蒸発用水供給管６を介して容器Ｃ１の内部に供給される蒸発用水が蒸発用水供給管６の先端から内部構造体２ｂ上に流出することで、内部構造体２ｂの表面と蒸発用水とが接触する。加えて、蒸発器２は、内部構造体２ｂを形成する部材を、最外郭構造体２ａを形成する容器Ｃ１の内部の壁面で支持又はその壁面に接合して構成される。具体的には、内部構造体２ｂは、例えば金属製の板状部材を折り曲げ加工、プレス加工、切削加工、接合加工等することで作製される。そして、内部構造体２ｂの、蒸発用水が接触する面は、上方から供給される蒸発用水を受ける盆状に形成されている。

【0041】

本実施形態の内部構造体２ｂの盆状部分Ｐは、蒸発器２から改質器３へ向かう方向を前方とした場合、底部Ｐｂの周囲に前端部Ｐｆと後端部Ｐｒと側部Ｐｓとが設けられた状態で構成される。本実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、内部構造体２ｂの盆状部分Ｐの底部Ｐｂは、供給される蒸発用水が広がる平面状に形成される。つまり、内部構造体２ｂの蒸発用水が接触する面は平面部分（即ち、底部Ｐｂ）を有する。更に、内部構造体２ｂの側部Ｐｓは、底部Ｐｂを基準として上向きの上行側部Ｐｓ１と、下向きの下行側部Ｐｓ２とで構成される。そして、２つの上行側部Ｐｓ１の間に底部Ｐｂが連結され、２つの下行側部Ｐｓ２は容器Ｃ１の内壁面と接触して支持され又は接合される。例えば、一枚の金属製の板状部材で構成される側部Ｐｓを上行側部Ｐｓ１と下行側部Ｐｓ２とに折り曲げて構成できる。

【0042】

＜第３実施形態＞
第３実施形態の燃料改質装置は、蒸発器の内部構造体の形状が第１実施形態に示した形状と異なり、他は第１実施形態に示したのと同様である。従って、以下の説明では、第３実施形態の蒸発器の内部構造体の形状のみを説明する。

【0043】

図５（ａ）は第３実施形態の蒸発器２の内部の構成を説明する斜視図であり、図５（ｂ）は第３実施形態の蒸発器２の断面図である。
本実施形態の内部構造体２ｂの盆状部分Ｐは、蒸発器２から改質器３へ向かう方向を前方とした場合、底部Ｐｂの前方及び後方に前端部Ｐｆと後端部Ｐｒとが夫々設けられた状態で構成される。本実施形態でも、上記実施形態と同様に、内部構造体２ｂの盆状部分Ｐの底部Ｐｂは、供給される蒸発用水が広がる平面状に形成される。つまり、内部構造体２ｂの蒸発用水が接触する面は平面部分（即ち、底部Ｐｂ）を有する。そして、底部Ｐｂの左右側方部分は、容器Ｃ１の内壁面に対して直接接合されている。つまり、本実施形態では、内部構造体２ｂの底部Ｐｂ（平面部分）の周囲は、堰構造としての前端部Ｐｆと後端部Ｐｒとで部分的に囲まれているだけである。但し、内部構造体２ｂの底部Ｐｂの、前端部Ｐｆと後端部Ｐｒとで囲まれていない部分は容器Ｃ１の内壁面で直接接合されているため、その容器Ｃ１の内壁面が、蒸発用水を堰き止めることができる堰構造として実質的に機能する。その結果、内部構造体２ｂの底部Ｐｂの周囲が、前端部Ｐｆと後端部Ｐｒと容器Ｃ１の内壁面とで囲まれ、その囲まれた部分で蒸発用水の広がりが制限される。

【0044】

＜第４実施形態＞
第４実施形態の燃料改質装置は、蒸発器の内部構造体の形状が第１実施形態に示した形状と異なり、他は第１実施形態に示したのと同様である。従って、以下の説明では、第４実施形態の蒸発器の内部構造体の形状のみを説明する。

【0045】

図６（ａ）は第３実施形態の蒸発器２の内部の構成を説明する斜視図であり、図６（ｂ）は第３実施形態の蒸発器２の断面図である。
本実施形態の内部構造体２ｂの盆状部分Ｐは、蒸発器２から改質器３へ向かう方向を前方とした場合、底部Ｐｂの周囲に前端部Ｐｆと後端部Ｐｒと側部Ｐｓとが設けられた状態で構成される。本実施形態でも、上記実施形態と同様に、内部構造体２ｂの盆状部分Ｐの底部Ｐｂは、供給される蒸発用水が広がる平面状に形成される。つまり、内部構造体２ｂの蒸発用水が接触する面は平面部分（即ち、底部Ｐｂ）を有する。更に、底部Ｐｂの下方には２つの脚部Ｐｌが連結されて、底部Ｐｂを下方から支えている。そして、２つの脚部Ｐｌが容器Ｃ１の内壁面に対して接合されている。

【0046】

＜第５実施形態＞
第５実施形態の燃料改質装置は、蒸発器の構造が第１実施形態に示した構造と異なり、他は第１実施形態に示したのと同様である。従って、以下の説明では、第５実施形態の蒸発器の構造のみを説明する。

【0047】

図７（ａ）は第５実施形態の燃料改質装置Ｒが備える蒸発器２及び改質器３の内部の構成を側方から見た透視図であり、図７（ｂ）は第５実施形態の蒸発器２の断面図である。
本実施形態では、蒸発器２の容器Ｃ１を二重底構造としている。そして、二重底構造の内側を内部構造体２ｄとして機能させ、外側を最外郭構造体２ｃとして機能させる。加えて、内部構造体２ｂは、蒸発器２から改質器３へ向かう方向に沿った長手状に形成されている。具体的には、図７（ｂ）に示すように、断面視でＵ字型の金属性又はセラミック製等の部材（即ち、最外郭構造体２ｃ）を内部構造体２ｄの外側底面に接合することで、最外郭構造体２ｃが内部構造体２ｄの下方を覆うように構成してある。その結果、その最外郭構造体２ｃに対して燃焼器２２の燃焼熱が直接伝わり、他方で、内部構造体２ｄに対して燃焼器２２の燃焼熱が直接伝わらないようにしている。

【0048】

このように、蒸発用水供給管６を介して容器Ｃ１の内部に供給される蒸発用水が蒸発用水供給管６の先端から内部構造体２ｄ上に流出することで、内部構造体２ｄの表面と蒸発用水とが接触する。そして、供給される蒸発用水が接触する内部構造体２ｄは、燃焼器２２で発生される燃焼熱が直接伝えられる最外郭構造体２ｃよりも燃焼器２２から離れて設けられる。つまり、相対的に低温の内部構造体２ｄに対して蒸発用水を接触させるので蒸発用水の突沸の発生が抑制され、蒸発器２で生成される水蒸気量を安定して推移させることが可能となる。

【0049】

本実施形態でも、上記実施形態と同様に、内部構造体２ｂの、蒸発用水が接触する底部２ｅは、供給される蒸発用水が広がる平面状に形成される。つまり、内部構造体２ｂの蒸発用水が接触する面は平面部分（即ち、底部２ｅ）を有する。蒸発器２において蒸発用水供給管６の先端部は下流側の改質器３の方に向いて開口しているため、蒸発用水は前方の改質器３の方向に流出する。そして、平面部分としての底部２ｅは水平となるように設置されているため、内部構造体２ｂの底部２ｅに対して前方の改質器３の方向に向けて供給された蒸発用水は、底部２ｅ上を前方に流れながら薄く広がる。そして、蒸発用水が内部構造体２ｂから熱を継続的に受けながら広がりつつ流れる間に、蒸発用水の蒸発が発生する。このように、内部構造体２ｂの底部２ｅ上では、後方に蒸発用水が供給されて前方で蒸発が行われて水量が減少するため、内部構造体２ｂに供給された蒸発用水は、内部構造体２ｂ上を下流側の改質器３に向かう方向に流れることとなる。

【0050】

更に、図７に例示した二重底の構造（特に、最外郭構造体２ｃ及び内部構造体２ｄの構造）を他の構造に変更してもよい。例えば、図８（ａ）は別の燃料改質装置Ｒが備える蒸発器２及び改質器３の内部の構成を側方から見た一部切欠き透視図であり、図８（ｂ）はその蒸発器２の断面図である。
本例でも、蒸発器２の容器Ｃ１を二重底構造とし、二重底構造の内側を内部構造体２ｄとして機能させ、外側を最外郭構造体２ｃとして機能させる。この例でも、内部構造体２ｂの、蒸発用水が接触する底部２ｅは、供給される蒸発用水が広がる平面状に形成される。つまり、内部構造体２ｂの蒸発用水が接触する面は平面部分（即ち、底部２ｅ）を有する。更に、図８（ｂ）に示すように、最外郭構造体２ｃとなる金属性又はセラミック製等の部材（即ち、最外郭構造体２ｃ）を、内部構造体２ｄの外側側面に接合することで、最外郭構造体２ｃが内部構造体２ｄの下方から側方を覆うように構成してある。その結果、その最外郭構造体２ｃに対して燃焼器２２の燃焼熱が直接伝わり、他方で、内部構造体２ｄに対して燃焼器２２の燃焼熱が直接伝わらないようにしている。

【0051】

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態において、蒸発器２の内部空間への蒸発用水供給管６の引き込み方を変更してもよい。例えば、図９は、蒸発器２の内部の構成を側方から見た透視図である。図９（ａ）に示すように、蒸発用水供給管６が容器Ｃ１の側壁を斜めに貫通するように引き込んでもよい。また、図９（ｂ）に示すように、蒸発用水供給管６が容器Ｃ１の側壁を垂直に貫通するように引き込んだ後、斜め下方向に屈曲させてもよい。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示した何れの例でも、蒸発用水供給管６の先端が内部構造体２ｂの非常に近くで開口されるので、蒸発用水供給管６の先端から流出した蒸発用水を、液滴が間欠的に滴下されるような状態ではなく、まとまったままで連続的に内部構造体２ｂの表面に到達するような状態で供給することができる。

【0052】

＜２＞
上記実施形態において、最外郭構造体２ａ、２ｃ及び内部構造体２ｂ、２ｄの形状を例示したが、上述した以外の形状に構成してもよい。

【0053】

＜３＞
上記実施形態において、内部構造体２ｂの平面部分としての底部Ｐｂ、２ｅが水平となるように設置する例を説明したが、例えば、底部Ｐｂを下流側に向けて傾斜させる（即ち、改質器３に近い側が低くなるように傾斜させる）ように設置してもよい。このように底部Ｐｂ、２ｅを下流側に向けて傾斜させておくことで、供給された蒸発用水を下流側の改質器３に向かう方向に強制的に流すことができる。

【0054】

＜４＞
上記実施形態において、内部構造体２ｂの、蒸発用水が接触する面は、供給される蒸発用水が広がる平面状に形成される平面部分（上述した底部Ｐｂ、２ｅ）を有する例を説明したが、それら底部Ｐｂ、２ｅが完全な平面でなくてもよい。例えば、底部Ｐｂ、２ｅが下に凸の形状で僅かに湾曲していてもよい。或いは、底部Ｐｂ、２ｅの表面に微細な凹凸があってもよい。

【0055】

＜５＞
上記実施形態において、内部構造体２ｂの後端部Ｐｒを設けず、蒸発器２を構成する容器Ｃ１の側壁でその後端部Ｐｒの役割を兼用してもよい。具体的には、内部構造体２ｂの底部Ｐｂを容器Ｃ１の上流側の側壁（即ち、蒸発用水供給管６が貫通して引き込まれている側壁）に接合することで、容器Ｃ１の側壁が蒸発用水を堰き止めることができる堰構造として機能するように構成してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0056】

本発明は、蒸発器において安定した水蒸気の発生を行える燃料改質装置を提供するために利用できる。

【符号の説明】

【0057】

２ 蒸発器
２ａ、２ｃ 最外郭構造体
２ｂ、２ｄ 内部構造体
３ 改質器
２２ 燃焼器
３３ 仕切部材
Ｃ 筐体
Ｃ１ 容器（蒸発器）
Ｐｂ 底部（平面部分）
Ｒ 燃料改質装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】