(57)【要約】  液体を気化させ、気化した液体を高温に加熱するための装置。この装置は、熱を受け取りその熱を内側表面に伝達するための外側表面を有する熱伝達壁を有する。ウイック材料が、ウイック材料の一部分が内側表面と接触し、別の部分が熱伝達壁から遠く離れるように配設される。熱伝達壁の内側表面と対向してウイック材料と接触しているウイック支持体がウイック材料に対する構造的支持を与え、且つ気化した液体がウイック材料から流れる流路をさらに形成する。気化可能液体が熱伝達壁から遠く離れたウイック材料の部分に配送され、内側表面と接触している部分に移動することができる。内側表面からの熱が、液体を気化した液体に変換させる。任意選択で、ガス状の燃料を予備加熱し且つ気化した液体と混合させるためにウイック支持体内に導入することができる。気化した液体は、ウイック支持体を通りウイック材料から流れ出し、熱交換装置を格納するのが好ましい下流の過熱器内に流れ込む。この熱交換装置は、熱を受け取り気化した液体に伝達するために熱伝達壁の内側表面と熱連通している。この装置は、共通の且つ／又は異なる熱源と接続される複数の気化ユニットを含むことができる。液体を気化させる装置を作る方法、及び液体を気化させる方法も開示される。
2009527726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側表面と熱を受け取り前記熱を前記内側表面に伝達することができる外側表面とを有する少なくとも１つの熱伝達壁と、
液体を受け取り前記液体を前記内側表面に導くためのウイック材料であって、前記ウイック材料の少なくとも一部分が前記内側表面と接触しているウイック材料と、
気化した液体が前記ウイック材料から流れる流路を形成する、前記内側表面と対向して前記ウイック材料と接触しているウイック支持体と、
気化した液体を受け取り前記気化した液体を高温に加熱するために前記ウイック支持体と流体連通している、前記ウイック支持体の下流に配設される過熱器とを備える、液体を気化させるための装置。
【請求項２】
前記内側表面と接触している前記ウイック材料の前記部分が、前記内側表面の上流部分と接触している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記過熱器が前記内側表面から前記気化した液体に熱を伝導するための熱伝導体を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記熱伝導体が波形付きの金属フィンを備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの熱伝達壁の前記外側表面に熱を供給するための熱源をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記熱源が輻射熱源である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
熱を加熱された流体から前記外側表面に伝導するために、前記ウイック材料と対向する前記外側表面の少なくとも一部分と接触している熱伝導体をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記熱伝導体が波形付きの金属フィンを備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記外側表面から間隔をあけて配置され、間に前記外側表面に熱を供給することができる加熱された流体の流れのための流路を形成する少なくとも１つの外壁をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの熱伝達壁及び前記少なくとも１つの外壁の各々が円筒状壁を備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの熱伝達壁が互いに間隔をあけて配置される２つの平面壁を備え、前記ウイック支持体及び過熱器が前記２つの平面壁の間に配設される、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記ウイック材料が、液体を前記内側表面に送ることができる織られた又は不織織物の繊維を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記繊維がアルミナを備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ウイック支持体が拡張された表面積を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記拡張された表面積が波形付きの金属フィンを備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
液体源及びポンプを備える、液体を前記ウイック材料に配送するための液体配送手段をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記過熱器と流体連通する蒸気出口をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記熱源が、加熱された液体の流れを前記少なくとも１つの熱伝達壁の前記外側表面に供給するための１つ又は複数のバーナー又は改質反応器を備える、請求項５に記載の装置。
【請求項１９】
液体を気化させるための装置において、
複数の気化ユニットであって、各気化ユニットが、
液体入り口、
前記液体入り口から液体を受け取り、前記液体を熱伝達壁に送るためのウイック材料、
内側表面と外側表面を有する少なくとも１つの熱伝達壁であって、前記外側表面は熱を受け取り前記熱を前記内側表面に伝達することができ、前記内側表面の少なくとも一部分が前記ウイック材料と接触している熱伝達壁、
気化した液体が前記ウイック材料から流れる流路を形成する、前記内側表面と対向して前記ウイック材料と接触するウイック支持体、
気化した液体を受け取り、前記気化した液体を高温に加熱するために前記ウイック支持体と流体連通する、前記ウイック支持体の下流に配設される過熱器、及び
前記過熱器と流体連通する蒸気出口を備える、複数の気化ユニットと、
加熱された流体の流れを１つ又は複数の前記気化ユニットの前記外側表面に供給することができる熱源入り口マニホールドと、
加熱された流体の前記流れを１つ又は複数の気化ユニットから外に導くことができる出口マニホールドとを備える、液体を気化させるための装置。
【請求項２０】
第２の加熱された流体の流れを１つ又は複数の前記気化ユニットに供給することができる第２の熱源入り口マニホールドと、前記第２の加熱された流体の流れを前記１つ又は複数の気化ユニットから外に導くことができる第２の出口マニホールドとをさらに備える、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
液体源、ポンプ、及び液体の均一な流れを前記液体入り口に配送するための計量手段を備える、液体を前記液体入り口に配送することができる液体配送手段をさらに備える、請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
液体を気化させるための装置を作る方法において、
拡張された表面積を有するウイック支持体の少なくとも上流部分上にウイック材料を被せる段階と、
前記ウイック支持体の下流部分に隣接して熱伝導体を配置する段階と、
前記ウイック支持体、ウイック材料及び熱伝導体を、内側表面及び外側表面を有する少なくとも１つの熱伝達壁で取り囲む段階であって、前記ウイック材料の一部分が、前記内側表面の上流部分と前記内側表面の下流部分に隣接する前記熱伝導体とに接触している段階とを含む、方法。
【請求項２３】
前記ウイック材料が気化可能液体を受け取るべき予想される流量を選択する段階と、
前記少なくとも１つの熱伝達壁から遠く離れて気化可能液体の予想される流れを受け取り、前記気化可能液体を前記少なくとも１つの熱伝達壁と接触している前記ウイック材料の一部分に導くことができるウイック材料を設ける段階と、
気化していない液体が前記熱伝導体に接触するのを防止するように、気化可能液体の予想される流れを気化させるのに十分な熱を前記外側表面から前記内側表面に伝達することができる熱伝達率をもたらすであろう材料を、前記少なくとも１つの熱伝達壁ウイック材料及び／又はウイック支持体用に選択する段階と、
気化していない液体が前記熱伝導体に接触するのを防止するように、気化可能液体の予想される流れを気化させるのに十分な接触面積を、前記ウイック材料と前記内側表面の間に設ける段階のうちの１つ又は複数の段階をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの熱伝達壁の前記外側表面に隣接して第２の熱伝導体を配設する段階をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記ウイック支持体内にガスを導入するための開口部を前記ウイック材料内に設ける段階をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
気化可能液体を気化させ、気化した液体を高温に加熱するために外側表面から内側表面に熱を伝達することができる熱伝達壁の前記外側表面に熱を供給する段階と、
前記熱伝達壁から遠く離れたウイック材料の一部分に気化可能液体を配送する段階であって、前記ウイック材料は、前記熱伝達壁の前記内側表面と接触している前記ウイック材料の一部分に前記気化可能液体を送り、そこで前記気化可能液体が気化した液体を生じるように加熱される段階と、
前記気化した液体を高温に加熱するために、前記気化した液体を前記熱伝達壁の前記内側表面と熱連通する熱伝導体と接触させる段階とを含む、液体を気化させるための方法。
【請求項２７】
熱が、前記気化可能液体を気化させ、且つ気化していない液体が前記熱伝導体と接触するのを防止するのに十分な量で、前記熱伝達壁の前記外側表面に供給される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記熱伝達壁の前記外側表面が、加熱された流体の流れとの接触及び／又は輻射熱源からの熱の受け取りのうちの１つ又は複数によって加熱される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
加熱された流体の前記流れが、バーナー排気ガス及び／又は高温改質ガスのうちの１つ又は複数を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記熱伝達壁に沿った加熱された流体の前記流れが、気化した液体の前記流れに対して向流である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記気化可能液体が水を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
加熱された燃料と気化した液体の混合物を形成するために、燃料を気化した液体と混合させる段階をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記ウイック支持体内に前記燃料を直接導入することによって、前記燃料が前記気化した液体と混合される、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温で液体をガスに転換させるのに使用される気化器、ボイラ及び熱交換装置の分野に関する。より詳しくは、本発明の装置及び方法は、燃料処理用途を含む、ただしそれに限定されない様々な用途に使用するための高品質高温蒸気を発生するために使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
液体を気化させること、特に水の気化は非常に一般的な技術である。水を気化させる伝統的な手法は、水の貯留をその沸騰温度まで加熱し、液体から放出される蒸気を捕捉することを含む。一般的な気化技術は、管状式（ｓｈｅｌｌ  ａｎｄ  ｔｕｂｅ−ｔｙｐｅ）のボイラ設計を使用する。より小さな管状式ボイラの場合は、気化させられる水は熱交換チューブの回りの空間に存在する。より大きな管状式ボイラの場合は、水は、チューブに対し外側の熱により加熱される熱交換チューブを内部的に通り流れる。
【０００３】
需要に応答して迅速に蒸気を発生させることができないことは、ほとんどの従来型ボイラ技術に対し共通である。迅速スタート用途のために、従来型ボイラは高温の待機モードに維持しなければならない。従来型ボイラ技術の他の欠点には、移行期に対し遅い応答の原因となる液体の水の大きな熱容量、ボイラを多数の熱流又は熱源と熱的に一体化するための限られた能力、及び気化されるべき液体以外の材料を加熱するためにボイラを利用するための限られた能力が含まれる場合がある。
【０００４】
その上、従来型ボイラに関連する別のよく知られた欠点は、気化していない液体が気化液体とともに持ち越される、液体キャリーオーバー（ｃａｒｒｙ−ｏｖｅｒ）又はスラッギングの発生である。必要とされる気化製品が高品質の蒸気である場合、気化していない液体を蒸気から分離し且つ取り除く手段を使用しなければならない。そのようなキャリーオーバーを蒸気から取り除くために一般に使用される手段には、ノックアウト（ｋｎｏｃｋ−ｏｕｔ）又は蒸気ドラムが含まれる。しかしながら、ノックアウト・ドラムを利用するシステムに対しては、蒸気製品の製造を開始するのに必要な起動時間は、ノックアウト・ドラムのサイズに相当に依存し、そのような時間は数時間までに及ぶ可能性がある。さらに、気化した液体から液体成分を分離し取り除くのに必要な手段は、気化装置のサイズ、コスト及び複雑性を増加させるであろう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様では、液体を気化させ且つ気化した液体を高温に加熱するための装置が提供される。この装置は、内側表面と熱を受け取りその熱を内側表面に伝達することができる外側表面を有する少なくとも１つの熱伝達壁を含む。気化可能液体を受け取りその液体を熱伝達壁の内側表面に導くためのウイック材料が含まれる。このウイック材料の少なくとも一部分は、熱伝達壁の内側表面と、好ましくはその内側表面の上流部分と接触している。このウイック材料は、液体を内側表面に送ることができる織られた又は不織織物の、アルミナ繊維などの繊維を含むことができる。内側表面と対向してウイック材料と接触し、気化した液体がウイック材料から流れる流路を形成するウイック支持体が含まれる。このウイック支持体は、波形付きの金属フィンなどの拡張される表面積を含むことができる。気化した液体を受け取りこの気化した液体を高温に加熱するためにウイック支持体と流体連通している過熱器が、ウイック支持体の下流に配設される。この過熱器は、気化した液体に熱伝達壁の内側表面から熱を伝導するための、波形付きの金属フィンなどの熱伝導体を含むことができる。いくつかの実施例では、少なくとも１つの熱伝達壁は、２つの平面壁の間に配設されるウイック支持体、ウイック材料及び過熱器を有する、互いに間隔をあけて配置される２枚の平面の熱伝達壁を備えることができる。
【０００６】
ある装置は任意選択で少なくとも１つの熱伝達壁の外側表面に熱を供給するための熱源を含むことができる。この任意選択の熱源は、輻射熱源及び／又は加熱された流体の流れを熱伝達壁の外側表面に供給するためのバーナー又は改質反応器の１つ又は複数を含むことができる。外側表面に熱を伝導するためにウイック材料と反対側の、熱伝達壁の外側表面の少なくとも一部分と接触している熱伝導体を設けることができる。そのような熱伝導体は、波形付きの金属フィンを備えることができる。この熱伝達壁の外側表面から間隔をあけて配置される外壁を、その間に外側表面に熱を供給することができる加熱された流体の流れのための流路を設けるために含むことができる。この熱伝達壁及び外壁は各々、円筒状の壁又は平面の壁を備えることができる。液体をウイック材料に配送するための液体配送手段を任意選択で含むことができる。この液体配送手段は、液体源及びポンプを含むことができる。気化した液体を高温で装置から取り出すための、過熱器と流体連通する蒸気出口を設けることができる。
【０００７】
本発明の別の態様では、液体を気化させるための装置が提供される。この装置は複数の気化ユニットを含む。各気化ユニットは、液体入り口と、この液体入り口から気化可能な液体を受け取りその液体を熱伝達壁に送るためのウイック材料とを含む。この熱伝達壁は、内側表面と熱を受け取りこの熱を内側表面に伝達することができる外側表面とを有する。この熱伝達壁の内側表面の少なくとも一部分は、ウイック材料と接触している。各気化ユニットは、熱伝達壁の内側表面と対向してウイック材料と接触し、気化した液体がウイック材料から流れる流路を形成するウイック支持体を含む。気化した液体を受け取りこの気化した液体を高温に加熱するための、ウイック支持体と流体連通する過熱器が、ウイック支持体の下流に配設される。各気化ユニットは、この過熱器と流体連通する蒸気出口を含む。この装置は、加熱された流体の流れを１つ又は複数の気化ユニットの熱伝達壁の外側表面に供給することができる熱源入り口マニホールドと、加熱された流体の流れを１つ又は複数の気化ユニットから外に導くことができる出口マニホールドとを含む。任意選択でこの装置は、第２の加熱された流体の流れを１つ又は複数の気化ユニットに供給することができる第２の熱源入り口マニホールドと、この第２の加熱された流体の流れをこの１つ又は複数の気化ユニットから外に導くための第２の出口マニホールドとを含むことができる。この装置は、液体を液体入り口に配送するための、液体源、ポンプ、及び液体の均一な流れを液体入り口に配送するための計量手段とを備える液体配送手段を含むことができる。
【０００８】
本発明の方法の態様では、液体を気化させるための装置を作るための方法が提供される。この方法は、拡張された表面積を有するウイック支持体の少なくとも上流部分上にウイック材料を被せる段階と、このウイック支持体の下流部分に隣接して熱伝導体を配置する段階と、このウイック支持体、ウイック材料及び熱伝導体を少なくとも１つの熱伝達壁で取り囲む段階を含む。この熱伝達壁は内側表面及び外側表面を有し、ウイック支持体、ウイック材料及び熱伝導体が取り囲まれるとき、ウイック材料の一部分は内側表面の上流部分と接触しており、熱伝導体は内側表面の下流部分に隣接している。任意選択でこの方法は、ウイック支持体内にガスを導入するために、ウイック材料内に開口部を設ける段階をさらに含むことができる。第２の熱伝導体を任意選択で熱伝達壁の外側表面に隣接して配設することができる。この方法は、以下の任意選択の段階の１つ又は複数をさらに含むことができる：ウイック材料が気化可能液体を受け取るべき予想される流量を選択する段階；少なくとも１つの熱伝達壁から遠く離れて気化可能液体の予想される流れを受け取り、この気化可能液体を少なくとも１つの熱伝達壁と接触しているウイック材料の一部分に送ることができるウイック材料を設ける段階；且つ／又は気化していない液体が熱伝導体に接触するのを防止するように、気化可能液体の予想される流れを気化させるのに十分な熱を外側表面から内側表面に伝達することができる熱伝達率をもたらすであろう材料を、この少なくとも１つの熱伝達壁、ウイック材料及び／又はウイック支持体用に選択する段階；及び気化していない液体が熱伝導体に接触するのを防止するように、気化可能液体の予想される流れを気化させるのに十分な接触面積を、ウイック材料と熱伝達壁の内側表面の間に設ける段階。
【０００９】
本発明の別の方法態様では、液体を気化させる方法が提供される。この方法は、気化可能液体を気化させ、気化した液体を高温に加熱するために外側表面から内側表面に熱を伝達することができる熱伝達壁の外側表面に熱を供給する段階と、この熱伝達壁から遠く離れたウイック材料の一部分に気化可能液体を配送する段階であって、このウイック材料は熱伝達壁の内側表面と接触しているウイック材料の一部分に気化可能液体を送り、そこでこの気化可能液体が気化した液体を生じるように加熱される段階と、この気化した液体を高温に加熱するために、この気化した液体と熱伝達壁の内側表面と熱連通する熱伝導体との間の接触を提供する段階とを含む。この気化可能液体を気化させ、且つ気化していない液体が熱伝導体と接触するのを防止するのに十分な量で、熱をこの熱伝達壁の外側表面に供給することができる。熱はこの熱伝達壁の外側表面に、加熱された流体の流れとの接触及び／又は輻射熱源からの熱の受け取りのうちの１つ又は複数によって供給することができる。加熱された流体のこの流れは、バーナー排気ガス及び／又は高温改質ガスのうちの１つ又は複数を含むことができ、熱伝達壁に沿った加熱された流体の流れは、気化した液体の流れに対して向流であることができる。この方法はさらに、加熱された燃料と気化した液体の混合物を形成するために、燃料を気化した液体と混合させる段階を含むことができる。ウイック支持体内に燃料を導入することによって気化した液体と燃料を混合させることができる。好ましい実施例では、この気化可能液体は水を含む。
【００１０】
本発明は、添付の図面とともに行われる以下の説明を参照することによって、理解することができる。
【実施例】
【００１１】
本発明は様々な改変及び代替形態を受け易いが、その具体的な実施例は例示として図面に示されてきており、本明細書で詳細に説明する。しかしながら、具体的な実施例の本明細書での説明は、本発明を開示される特定の形態に限定するためではなく、逆にその意図は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨及び範囲内にある全ての改変、均等物、及び代替形態を包含することである。
【００１２】
本発明の例示的な実施例を以下に説明する。分かり易くするために、実際の実施例の全ての特徴をこの明細書で説明しない。勿論、どのようなそのような実際の実施例の開発においても、１つの実施から別の実施で変化するであろうシステム関連の且つ事業関連の制約の遵守などの、開発者の具体的な目標を達成するための多くの実施−具体的な決定を行わなければならないことは理解されるであろう。さらに、そのような開発努力は複雑で時間の掛かる可能性はあるけれども、それにも関わらずこの開示の利益を有する当業者にとって日常の仕事であろうことは理解されるであろう。
【００１３】
本発明の装置は、液体を気化させ、気化した液体を高温に加熱するためのものである。この開示で使用されるとき、「高温」は、気化温度又は気化可能液体の沸点より上のそれらの温度を指すことを意図している。その上、以下の説明は時には水を、本発明の装置で気化され得る気化可能液体の一例として指す。蒸気発生は本発明の技術の一用途であるけれども、当業者は特許請求の範囲に記載された発明の範囲はそのように限定されないことを理解するであろう。
【００１４】
本発明の気化装置は、コンパクトで熱的に効率的である。この装置は、必要とされる気化した液体を供給できるようにシステム内に容易に一体化することができるが、システムの熱効率を全体として改善するために多数の熱源からの熱を利用することもできる。その上、本発明の気化装置は、ガスを予熱しそれらを加熱されたガスの混合物が必要とされる用途に使用するために気化液体と混合させることができる。さらに、本発明の気化装置は、要求に応じて装置が高品質の気化液体を迅速に発生することを可能にする短い起動時間を有する。
【００１５】
本発明の装置は、内側表面及び外側表面を有する少なくとも１つの熱伝達壁を備える。熱伝達壁の外側表面は、輻射熱源などの熱源から、又は外側表面と接触する加熱された流体の流れから熱を受け取る。外側表面で受け取られた熱は、内側表面に伝達されそこでそれは気化可能液体を気化させるために、又は気化した液体を過熱するために使用される。熱伝達壁は、上流及び下流部分を有する細長いものであるのが好ましいであろう。この点に関して、相対的な用語「上流」及び「下流」は、ウイック支持体及び過熱器を通る気化液体の流れの全体的な方向に関連している。いくつかの実施例では、少なくとも１つの熱伝達壁は形状が円筒状であり、一方他の実施例では、この壁は形態が平面である。さらに、本発明の装置は少なくとも１つの熱伝達壁を備えるであろうが、いくつかの実施例では２つ以上の熱伝達壁を備えるであろう。例えば、この熱伝達壁が事実上平面である場合は、ウイック支持体及び過熱器は２つの平面の熱伝達壁の間に配設されるのが好ましい。
【００１６】
この熱伝達壁は、本明細書で説明される動作条件及び化学的環境に耐えることができる任意の材料又は材料の組合せから製造することができる。例えば、熱伝達壁の外側表面は、約１０００℃又はそれ以上の温度でバーナー排気ガスの流れからの熱を伝達するように選択することができる。さらに、この熱伝達壁は、気化可能液体の予期される流れの気化及び気化した流体の所望の高温に過熱することができるであろう材料又は材料の組合せから製造すべきである。適切な量の熱を伝達することができる熱伝導材料はよく知られており、熱交換用途に一般に使用される。より具体的には、熱伝達壁を製造するために使用するのに適した材料には、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、ニッケル、クロム、鉄、鉄合金等が含まれ得る。その上、この熱伝達壁は、気化した液体及び／又はガスが壁を横切って移動するのを防止するように、ガス不浸透性材料から製造されるのが好ましい。
【００１７】
熱伝達壁のサイズは、ウイック材料内で所望の量の気化可能液体を気化させ、気化した液体を過熱器内で所望の温度まで過熱するのに必要な熱伝達壁の内側表面の表面積に依存するであろう。これらの表面積は、気化可能液体の気化温度、ウイック及び過熱区画の熱伝達率、及び他の要因の中でも熱伝達壁の外側表面に供給される熱量から決めることができる。
【００１８】
本発明の装置は、気化可能液体を受け且つ熱伝達壁の内側表面に導くことができるウイック材料を含む。ウイック材料を通り１つの領域又は部分から他への気化可能液体の移動は、毛細管作用及び／又はサイホン効果によって駆動することができる。ウイック材料の少なくとも一部分は、ウイック材料のその部分に導かれる気化可能液体がその熱伝達表面で気化した液体を発生させるようにその気化温度に加熱されるように、熱伝達壁の内側表面と接触している。熱伝達壁の内側表面と接触しているウイック材料のこの部分は、内側表面の上流部分と接触しているのが好ましい。
【００１９】
このウイック材料は、気化可能液体を液体入り口、マニホールド又は他の液体配送手段から受けるための、熱伝達壁から遠く離れた部分も有することができる。この装置をガスを予備加熱し、且つ／又はガスを気化した液体と混合するために使用すべきときは、ガスが直接ウイック支持体内に導入される１つ又は複数の開口部をウイック材料内に設けることができる。熱伝達壁と接触しているウイック材料の部分は、時には本明細書で「サイド（ｓｉｄｅ）」部分と呼ばれる。熱伝達壁から遠く離れたウイック材料の部分は、時には「トップ（ｔｏｐ）」部分と呼ばれる。この装置が１対の間隔をおいて配置される平面の熱伝達壁を備える実施例では、組み立てたときウイック材料のサイド部分がウイック支持体と熱伝達壁の内側表面の間に配設され、ウイック材料のトップ部分がこのサイド部分の間で且つサイド部分を架橋してウイック支持体の縁部上に配設されるように、平面のウイック材料を平面のウイック支持体上に配置することができる。
【００２０】
ウイック材料は知られており、加湿器及び気化器技術で一般に使用される。そのような用途用に知られているウイック材料は、装置の高温環境によって容易に劣化し又は不活性化されない場合は、本発明の装置内でウイック材料として使用するのに適している。適切なウイック材料の例には、液体を灯心送りし又は導くことができる、多孔質の且つ開放気孔の発泡材料並びに織った織物及び不織織物の繊維状材料が含まれる。適切な織ったウイック材料は、均一な織り模様及び寸法を有することができるが、多数の層、織り模様及び／又は寸法を有する織物を備えることもできる。適切な繊維状ウイック材料の具体的な例は、ガラス、シリカ、アルミナ、セラミック及び金属などの１つ又は複数の無機繊維、並びに装置の内部温度に耐えることができる有機繊維を含むことができる。好ましい実施例ではこのウイック材料は、ウイック支持体覆って折り畳むため又はウイック支持体の回りで円筒に巻くためなどの所望の形態に材料を折り畳む、折り目をつける又は巻くことができるのに十分に柔軟性がある、アルミナ繊維の織物を備える。そのようなアルミナ材料はよく知られており、商業的に入手可能である。
【００２１】
本発明の装置は、熱伝達壁の内側表面と反対側でウイック材料と接触するウイック支持体をさらに備える。このウイック支持体は、ウイック材料に構造的支持を与え、ウイック材料の一部分と内側表面の間の接触を保証し、且つ気化した液体がウイック材料から下流に配設される過熱器に流れるための流路を提供する。そのようなものとして、このウイック支持体は必要とされる構造的支持部を提供するように十分に堅固であるべきであるが、この支持部が所望の形状に曲げられ、又は巻かれることができるのに十分柔軟でもあることが好ましい。ウイック支持体が円筒状形態に巻かれるべきときなどの、いくつかの形態に対して、ウイック支持体は、ウイック材料を熱伝達壁の内側表面との接触に押しやるためにそれを使用できるように、ある程度の弾力性も有するべきである。その上、このウイック支持体は、気化した液体、及び予備加熱し且つ気化した液体と混合させるためにウイック支持体内に導入される場合のある任意のガスに熱を伝達するために使用することもできる。そのようなものとして、このウイック支持体は、気化した液体及びガスと接触するための拡張された表面積を有するのが好ましく、本明細書で説明されるような熱交換器材料から製造することができる。好ましい実施例では、このウイック支持体は波形を付けられた金属フィンを備える。適切な金属フィンは通常、アルミニウム及び／又はいくつかの他の高度に熱伝導性金属を備える。そのような材料は、Ｏｈｉｏ，ＫｅｎｔｏｎのＲｏｂｉｎｓｏｎ  Ｆｉｎ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ，Ｉｎｃ．などの、熱交換器の分野で活動する供給者から商業的に入手可能である。
【００２２】
気化していない液体がウイック支持体を通過し下流に配置される過熱器に接触するのを気化速度が防止するように、十分な接触面積をウイック材料の一部分と熱伝達壁の内側表面の間に設けるべきである。さらに、気化速度は気化した液体の所望の流れを生じさせるのに十分であるべきである。ウイック材料と熱伝達壁の間の接触面積の総計は、気化されるべき液体の気化温度、熱伝達率、及び他の要因の中でも熱伝達壁の外側表面に供給される熱の温度及び量に依存するであろう。
【００２３】
ウイック材料と熱伝達壁の内側表面との間の接触面積は、一般的な公式：
Ｑｗｉｃｋ＝ＵｗｉｃｋＡΔＴＬＭＴＤ
から求めることができ、ここでＱｗｉｃｋはウイック材料内で気化可能液体を気化させるのに必要な熱、Ｕｗｉｃｋは熱伝達率、Ａは接触面積、及びΔＴＬＭＴＤは対数平均温度差である。気化可能液体が蒸気に転換されるべき水である場合、ウイック材料及びウイック支持体に対する熱伝達率は約２５００と約１００，０００Ｗ／ｍ２／Ｋ間にあるはずである。しかしながら、この公式は、気化がウイック材料を含む装置の部分でのみ起きるであろうことを仮定している。いくつかの実施例では、気化と予備加熱の両方がウイック材料及びウイック支持体内で起きることが望ましい。そのような実施例では、ウイック材料及びウイック材料と熱伝達壁の間の接触面積は大きすぎ、この大きすぎる接触面積に対する熱伝達率は気化構成要素及びガスを加熱することに関連する構成要素を含むであろう。したがって、接触面積の選択並びに熱伝達壁、ウイック材料及びウイック支持体用の材料の選択も、気化した液体を高温又は過熱温度に加熱するのに適用可能な熱伝達率も考慮に入れることが好ましい。そのような熱伝達率は、以下に過熱器と関連して説明する。
【００２４】
本発明の装置は、気化した液体の流れを受けるためにウイック支持体と流体連通する、ウイック支持体の下流に配置される過熱器をさらに備えるであろう。過熱器の主な機能は、気化した液体を高温の又は過熱された温度に加熱することである。この過熱器は、熱伝達壁の内側表面の下流部分と熱連通しており、気化した液体と接触し、それを高温に加熱するための熱伝導体を含むことができる。この熱伝達体は、アルミニウムなどの高度な熱伝導金属から製造され、気化した液体に熱を伝導し且つ伝達するための拡張された表面積を有するのが好ましい。適切な熱伝導体は、プレート式熱交換器の分野の供給者から商業的に入手可能なものなどの波形付けられた金属フィンを備えるのが好ましい。
【００２５】
本発明の装置で発生させることができる過熱蒸気の最大温度は、熱伝達壁の外側表面に供給される熱の温度及び熱伝達率に大部分は依存する。この過熱器は、過熱器内で気化は全く起きるはずがないので、ウイック材料及びウイック支持体と関連する熱伝達率と異なる熱伝達率を有する。この過熱器の熱伝達率は、多量の気化した液体を所望の高温に上昇させるのに必要な熱伝達壁の表面積を決めるために使用することができる。より具体的には、過熱器と関連する熱伝達壁の表面積は、一般的な公式：
Ｑｓｕｐｈｅａｔ＝ＵｓｕｐｈｅａｔＡΔＴＬＭＴＤ
から求めることができ、ここでＱｓｕｐｈｅａｔは過熱器内で気化した液体の温度を所望の温度に上昇させるのに必要な熱、Ｕｓｕｐｈｅａｔは熱伝達率、Ａは面積、ΔＴＬＭＴＤは対数平均温度差である。気化した液体が過熱蒸気に転換されるべき蒸気である場合、過熱器に対する熱伝達率は約２５と約２５０Ｗ／ｍ２／Ｋ間にあるはずである。
【００２６】
装置に供給される加熱蒸気と装置を出る過熱蒸気の間の温度差は、時にはピンチ温度として呼ばれる。ピンチ温度は、熱交換効率の指標として使用することができる。本発明の装置では、約２４℃より低いピンチ温度が観察されてきている。しかしながらこの装置は、本発明の範囲から逸脱することなく、所望通りより高い又はより低いピンチ温度を達成するように改変できることは想定している。
【００２７】
熱伝達壁の外側表面少なくとも一部分と熱連通する熱伝導体は、様々な熱源から熱を受け取り／吸収し、この熱を熱伝達壁に伝導するために任意選択で使用することができる。この熱伝導体は熱伝達壁の外側表面と接触しており、ウイック材料及び／又は過熱器と対向して配設できるのが好ましい。この熱伝導体は、波形付き金属フィンによって供給することができるなどの、熱を受け取り／吸収するための拡張された表面積を有するのが好ましい。適切な熱伝導体は、アルミニウムなどの高度に熱伝導性の金属から製造することができ、プレート式熱交換器の分野の供給者から商業的に入手できる。
【００２８】
本発明の装置は、少なくとも１つの熱伝達壁の外側表面に熱を供給するための、輻射熱源などの熱源を任意選択で含むことができる。輻射熱源は、熱伝達壁の外側表面に隣接して又は外側表面と接触して配置される電気加熱要素を含むことができる。他の任意選択の熱源は、熱伝達壁の外側表面及び／又はそのような壁と熱連通する熱伝導体に導くことができる加熱された流体の蒸気を発生させるプロセス・ユニットを含むことができる。例示として、そのような熱発生ユニットは、高温の排気ガスを発生させるバーナー及び燃焼器、及び高温の改質ガス又は他の高温の反応生成物を生じさせる改質反応器などの反応器を含むことができる。他の熱発生器又は熱源も、本発明の範囲から逸脱することなく熱伝達壁の外側表面に熱を供給するために使用することができる。
【００２９】
いくつかの実施例では、本発明の装置は熱伝達壁の外側表面から間隔をおいて配置される外壁を備えることができる。そのような外壁と熱伝達壁の外側表面の間に画成される空間は、加熱された流体の熱伝達壁の外側表面に沿った流れのための流路としての役割を果たすことができる。外壁が存在するとき、それが熱伝達壁と同様な形状及びサイズを有することが好ましい。例えば、熱伝達壁が円筒状である場合は、この外壁はより大きな直径を有するけれども円筒状であり且つ熱伝達壁と同心であることが好ましい。熱伝達壁が事実上平面である場合は、この外壁も同様に平面であることが好ましい。
【００３０】
液体入り口を気化可能液体をウイック材料に導くために設けることができる。液体配送手段も液体をウイック材料に配送するために任意選択で設けることができ、それは液体源、ポンプを備えることができ、且つ液体入り口に液体の均一な流れを供給することができる計量手段も含むことができる。装置から高温の気化した液体を取り出すための過熱器と流体連通する蒸気出口も設けることができる。その上、熱電気対及び他の温度検知装置のための孔を装置の様々な位置で使用することができる。
【００３１】
別の実施例では、本発明の装置は複数の気化ユニットを備えることができる。そのような実施例では、各気化ユニットは液体入り口及び液体入り口から気化可能液体を受け取り、その液体を少なくとも１つの熱伝達壁に送るためのウイック材料を備える。少なくとも１つの熱伝達壁は、内側表面と熱を受け取りその熱を内側表面に伝達することのできる外側表面とを有する。熱伝達壁の内側表面の少なくとも一部分は、そこで気化が起きるべきウイック材料と接触している。その上、各気化ユニットは、内側表面と反対側でウイック材料と接触しているウイック支持体を備える。このウイック支持体は気化した液体がウイック材料から出て且つウイック材料から離れて流れるための流路を提供する。各気化ユニットは、このウイック支持体の下流に配設される過熱器も含むであろう。この過熱器はウイック支持体と流体連通しており、気化した液体の流れをウイック支持体から受け取り、この気化した液体を高温に加熱することができる。各気化ユニットは、過熱器と流体連通する蒸気出口をさらに含む。これらの特徴のそれぞれの説明は、この開示の中のどこか他の場所で与えられており、ここで繰り返す必要はない。
【００３２】
複数の気化ユニットに加え、そのような装置は、複数の気化ユニットの１つ又は複数の外側表面に加熱された流体の流れを供給することができる熱源マニホールドをさらに備える。この熱源マニホールドは、熱流を２つ以上の気化ユニットに向けるために２つ以上の流れに分割するためのダイバータを含むことができる。同様に、そのような装置は、加熱された流体の流れを、複数の気化ユニットの１つ又は複数から外に導くことができる出口マニホールドをさらに備える。
【００３３】
添付の図面と関連して説明されるように、隣接する気化ユニットは、隣接する熱伝達壁の外側表面への熱の流れのために、隣接するユニットの熱伝達壁間に形成される流路が存在するように互いから離れて間隔をおいて配置することができる。さらに熱伝導体を、熱をそれらの熱伝達壁の外側表面に伝導するためにそのような流路内に設けることができる。特定の気化ユニットが隣接する気化ユニットを有さない場合は、本明細書で説明するような外壁を、熱が熱伝達壁の外側表面に沿って流れる流路を提供するように使用することができる。同様に熱伝導体を、熱をその熱伝達壁の外側表面に伝導するためにそのような流路内に設けることができる。
【００３４】
いくつかの実施例では、複数の気化ユニットを備える装置は、複数の気化ユニットの１つ又は複数に第２の加熱された流体の流れを供給することができる第２の熱源入り口マニホールドと第２の加熱された流体の流れを複数の気化ユニットの１つ又は複数から外に導くための第２の出口マニホールドを備えることができる。２つ以上の熱流を利用する本発明の装置の能力は、多数の熱発生構成要素からの熱を利用できるとき、装置による過熱蒸気の発生の点から見てのみならず、システム全体の効率の点から見ても熱効率を増進させる。
【００３５】
さらに別の実施例では、複数の気化ユニットを備える装置は、複数の気化ユニットの液体入り口に気化可能液体を配送することができる液体配送手段を備えることができる。液体配送手段は、液体源、ポンプ及び気化ユニットの液体入り口に液体の均一な流れを配送するための計量手段を備えるのが好ましい。
【００３６】
本発明の具体的な利点は、気化装置の製造の容易さにある。結果として、本発明の方法態様で、液体を気化させる装置を作る方法が提供される。この方法は、ウイック材料を拡張される表面積を有するウイック支持体の少なくとも上流側の上にウイック材料を被せる又は配置する段階を含む。上記で言及したように、このウイック材料は、この材料が折り畳まれ又は折られ、ウイック支持体上に置くことができるのに十分に柔軟であるべきである。この装置が全体的な円筒形状を有すべきとき、このウイック材料はウイック及びウイック支持体を円筒状の熱伝達壁内に挿入するのに先立ち、円筒状ウイック支持体の周りに円筒に巻かれる。そのような実施例では、ウイック支持体は熱伝達壁の内側直径に対しぴったりとしたサイズにされ且つ形態にされ、且つ／又はウイック支持体がウイック材料と熱伝達壁の間の接触を確実にするように、ウイック材料に対し圧縮力を与えるように十分に弾力的であるべきである。装置が事実上平面であるとき、このウイック材料は、ウイック材料がウイック支持体の拡張された表面領域上を実質的に延びる２つの側面部分、及びこの２つの側面部分を架橋し且つウイック支持体の縁部を覆う頂部部分を形成するように、ウイック支持体の１つの縁部上で折り畳むことができる。この方法は、熱伝導体がウイック支持体と流体連通するように、熱伝導体をウイック支持体の下流側端部に隣接して配置する段階をさらに含む。次いでこのウイック支持体、ウイック材料及び熱伝導体は、取り囲まれるときウイック材料の一部分が内側表面の上流部分と接触し、熱伝導体が内側表面の下流部分に隣接するように、内側表面を有する少なくとも１つの熱伝達壁によって取り囲まれる。
【００３７】
気化装置を作るための方法は、（ａ）ウイック材料が受け取るべき気化可能液体の予想される流量を選択する段階と、（ｂ）少なくとも１つの熱伝達壁から遠く離れて気化可能液体の予想される流れを受け取ることができるウイック材料を設け、少なくとも１つの熱伝達壁と接触しているウイック材料の一部分にこの気化可能液体を送る段階と、（ｃ）気化していない液体が熱伝導体に接触するのを防止するように、気化可能液体の予想される流れを気化させるのに十分な熱を外側表面から内側表面に伝達することができる熱伝達率をもたらすであろう少なくとも１つの熱伝達壁、ウイック材料及び／又はウイック支持体用の材料を選択する段階と、（ｄ）気化していない液体が熱伝導体に接触するのを防止するように、気化可能液体の予想される流れを気化させるのに十分な接触面積をウイック材料と内側表面の間に設ける段階のうちの、１つ又は複数の段階をさらに含むことができる。任意選択で、気化装置を作るためのこの方法は、熱を熱伝達壁の外側表面に伝導することができる第２の熱伝導体を少なくとも１つの熱伝達壁の外側表面に隣接して配設する段階をさらに含むことができる。さらにこの方法は、ガスを予熱し且つ気化した液体とガスを混合するために、ガスをウイック支持体内に導くための開口部をウイック材料内に設ける段階をさらに含むことができる。
【００３８】
本発明の別の実施例では、液体を気化させる方法が提供される。この方法は、気化可能液体を気化させるのに使用し且つ気化した液体を高温に加熱するための熱を、外側表面から内側表面に伝達することができる熱伝達壁の外側表面に熱を供給する段階を含む。気化可能液体を気化させ、気化していない液体が下流に配設される熱伝導体に接触するのを防止するのに十分な量で、熱が熱伝達壁の外側表面に供給されるのが好ましい。熱は、加熱された流体の流れとの１つ又は複数の接触によって、且つ／又は輻射熱源から熱を受け取ることによって、熱伝達壁の外側表面に供給することができる。熱が加熱流体の流れによって熱伝達壁の外側表面に配送されるとき、この熱流体は、１つ又は複数のバーナー排気及び／又は高温改質ガスを含むことができる。熱伝達壁の外側表面に沿った加熱流体の流れは、熱伝達壁の最も熱い部分がウイック材料の下流に配設される熱伝導体に隣接するように、熱伝達壁の内側表面に沿った気化した液体の流れに対して向流であることが好ましい。
【００３９】
この方法は、気化可能液体を熱伝達壁から遠く離れたウイック材料の一部分に配送する段階をさらに含む。好ましい実施例では、この気化可能液体は水を含む。ウイック材料は、気化可能液体を熱伝達壁から遠く離れたウイック材料の部分から熱伝達壁の内側表面と接触するウイック材料の部分に送る。ウイック材料のこの部分内で、熱は容易に気化可能液体に伝達され、気化した液体を生じさせるように気化可能液体をその気化温度に加熱する。気化した液体は、ウイック材料からウイック支持体によって形成される空間、すなわち通路内に流れ込む。ガスが予熱される、且つ／又は気化した液体と混合されるはずのとき、ガスを直接ウイック支持体の空間内に導入することができ、そこでそれは加熱され気化した液体と混合される。
【００４０】
この気化した液体又は気化した液体とガスの混合物は、ウイック支持体を通り流れ過熱器区画内に流入し、そこで気化した液体又は気化した液体とガスの混合物は、熱伝達壁の内側表面と熱連通する熱伝導体と接触する。熱伝達壁の内側表面からの熱は、この伝導体の拡張された表面領域を横切って伝導され、そこでそれは気化した液体を高温に加熱するために気化した液体に容易に伝達される。上記で言及したように、好ましい実施例では、内側表面に沿った気化した液体の流れに対する外側表面に沿った加熱された流体の向流は、熱伝達壁が熱伝導体の区域で最も熱いことを保証する。
【００４１】
図の詳細な説明
図１に示すように、気化装置１０は燃料を予備加熱し、且つ改質器１に使用するための蒸気を発生させるために使用される。気化装置１０は、バーナー３からバーナー排気６ａの形態で熱を受け取る。その上、装置１０は高温改質ガス６ｂの形態で改質器１から熱を受け取る。これらの加熱された蒸気は、装置１０内に導入され、そこでそれらは過熱蒸気と予熱された燃料の混合物４を生じさせるために利用され、次いで気化装置から外に出て改質器に導かれる。詳細に図示されていないけれども、水と燃料は別々に気化装置に供給され、水が蒸気に転換された後装置１０内で混合される。冷却されたバーナー排気７は、装置から排出口又は下流の使用に導かれ、一方冷却された改質ガスは電力発生に使用するために燃料電池に導かれる。水素に富んだ改質ガスの他の使用を優先することができ、したがって、燃料電池５は水素貯蔵装置又は何らかの他の水素消費装置と交換することができる。さらに、図１に示すように、バーナー３によって発生した熱は、燃料改質工程で使用するために改質器１に導くことができる。
【００４２】
図１で気化装置は３つの区画を有するとして示されているけれども、これは説明のための一般化に過ぎないことに留意されたい。図２に示すように、本発明の気化装置は、３つの区画を有する装置を加熱するために単一の熱源を使用することができるが、一方図４〜６は、５つの区画を有する装置を加熱するために２つの熱流を利用する装置を示す。本発明の気化装置の利点は、装置の設計を異なる用途に適用させる柔軟性である。
【００４３】
図２は、その間に通路３を画成する１対の間隔をおいて配置される平面熱伝達壁２０及び２０’を有する気化装置１０を示す。熱伝達壁２０及び２０’は、それぞれ内側表面２２及び２２’、及びそれぞれ外側表面２４及び２４’を有する。ウイック支持体４０及びウイック材料３０が、通路３の上流部分内に配設される。熱交換装置５０が通路３の下流部分内に配設される。
【００４４】
ウイック材料３０は、通路内に下方に延び、それぞれ内側表面２２及び２２’の上流部分と接触している側面部分３４及び３４’を有する。さらに、ウイック材料３０は熱伝達壁から遠く離れ、側面部分３４及び３４’を架橋する頂部部分３２を有する。頂部部分３２は、液体入り口又は液体配送手段（図示せず）から気化可能液体を受け取り、この液体を毛細管作用及び／又はサイホン効果を介して側面部分３４及び３４’に伝える。側面部分３４及び３４’の内部で、この気化可能液体は内側表面２２及び２２’から熱を受け取り、且つその気化温度に加熱される。
【００４５】
気化した液体はウイック材料の側面部分３４及び３４’からウイック支持体内に曲線の矢印で示すように展開する。気化した液体は、気化した液体が通路３の上流部分から流れ出る流路を形成するウイック支持体内の空間内に流れ込む。図示のように、このウイック支持体は拡張された表面積を有する熱伝導材料、すなわち波形付き金属フィン４０である。波形付き金属フィン４０は、熱伝達機能を提供し且つ脚部分３４及び３４’と内側表面２２及び２２’の間の接触を維持する役割を果たす。
【００４６】
気化した液体は下流に流れ、熱交換装置、すなわち波形付きの金属フィン５０を備える過熱器内に流れ込む。波形付きの金属フィン５０は、内側表面２２及び２２’の下流部分から熱を受け取り、その熱をフィンを通り流れる気化した液体に伝達する。
【００４７】
平面の外壁７０及び７０’は、その間に通路５及び５’を画成するように熱伝達壁２０及び２０’の外側表面から間隔が開いている。通路５及び５’の各々は、熱伝達壁の外側表面２４及び２４’に熱を伝達するために、熱伝導体、具体的には波形付きの金属フィン６０及び６０’を収容する。図示のように、通路３を通る気化した液体の流れは、通路５及び５’を流れる加熱された流体の流れに対して向流であり、波形付きフィン５０を通り流れる気化した液体が高温に過熱されるのを可能にする。
【００４８】
図３ａは、フレーム３０１内に過熱器を有して組み立てられたウイック材料、ウイック支持体の正面図である。気化されるべき気化可能液体は、液体がウイック材料の頂部部分３３２に接触するように、フレーム３０１内の開口部（図示せず）を通り導入される。組立て中、且つ図３ｃに示すように、ウイック材料３３０は、側面部分３３４及び３３４’、及び頂部部分３３２が形成されるように波形付きの金属フィン３４０を覆って折り畳まれる。予熱され且つ気化した液体と混合されるべきガスが波形付きの金属フィン３４０の通路３４１内に直接導入できるように、開口部３０３ｄを頂部部分３３２の両端部に設けることができる。図３ｄ及び３ｅは、通路３４１をより明瞭に詳細に示すフィン３４０の追加の図を提供する。波形付きフィン３４０の外側部分３４２及び３４２’は、側面部分３４４及び３４４’と接触しており、それらの側面部分と熱伝達壁の内側表面の間の接触を保証する。通路３４１及び３４１’は、拡張された表面積及び気化した液体及び他のガスの流れが熱伝達壁に沿ってウイック支持体を通る流路を形成し、それによってウイック支持体の熱伝達機能に貢献する。
【００４９】
気化可能液体は、ウイック材料によって頂部部分３３２から側面部分３３４及び３３４’に送られ、そこで熱伝達壁からの熱がこの液体を気化させる。気化した液体は、通路３４１内に展開し、波形付きの金属フィン３５０を備える過熱器を通り下に流れ、そこでこの気化した液体は高温に加熱される。気化した液体は、波形付きの金属フィンを出て、フレーム３１０内に設けられる出口（図示せず）に流れる。図示のように、波形付きの金属フィン３５１の形態の追加の熱交換表面積を、追加の熱伝達表面及び装置の形状及び剛性を維持するための構造支持体をもたらすために使用することができる。図３ｂは、熱を熱伝達壁の外側表面に導くために使用するための熱伝導体を示す正面図である。この熱伝導体は、フレーム３６１を有する波形付きの金属フィン３６０を備える。
【００５０】
フレーム３０１及び３６１などの枠組みを、構成部品をモジュール式区画内に固定し、且つ装置を所望の形態に組み立てるのを容易にするために使用することができる。例示として、図３ａに示すようにフレーム３０１内に固定された構成部品は、本明細書で時には「ボイラ区画」又は「ボイラ通路」と呼ばれる。フレーム３６１内に固定された構成部品は、波形付きフィン３６０及び熱伝達壁の外側表面がバーナー排気ガスの流れで加熱される場合があることに関連して、本明細書で時には「バーナー区画」又は「バーナー通路」と呼ばれる。
【００５１】
図４は、２つの異なる熱源からの熱流を利用し、且つガスを予熱しこの予熱されたガスを気化した液体と混合するための構造の気化装置４００を示す。より具体的には、装置４００は、高温のバーナー排気ガスを受け取る取り、それをフレーム４６１及び４６１’内のバーナー通路に導くためのバーナー排気ガス入り口マニホールド４１０を有する。バーナー排気ガス出口マニホールド４１５が冷却されたバーナー排気ガスを装置から導くために設けられる。装置４００によって利用すべき第２の熱流は、燃料処理反応器からの高温改質ガスであるのが好ましい。この高温改質ガスは、改質ガス入り口４４０を通り装置４００に入り、フレーム４８１内の中央通路を通過する。冷却された改質ガスは改質ガス出口４４５を通り中央通路から流れ出る。気化可能液体入り口ポート４０２が気化可能液体をフレーム４０１及び４０１’によって枠組みされたボイラ通路内に導入するために設けられる。ガス入り口ポート４０３が、予熱及び気化した液体と混合させるために、ガスをウイック支持体内に導入することができように、ボイラ区画の上流部分に設けられる。蒸気出口４０４が、気化した液体と予備加熱されたガスの混合物を装置から外に導くために、装置の下流部分に設けられる。
【００５２】
より具体的には、外壁４７０及び４７０’は、装置４００の５つの通路又は区画の組立て品を取り囲む。外壁４７０から外壁４７０’に移動する順番に、フレーム４６１内に取り囲まれるバーナー通路、熱伝達壁４２０ｄ、フレーム４０１内のボイラ通路、熱伝達壁４２０ｃ、フレーム４８１内の中央通路、熱伝達壁４２０ｂ、フレーム４０１’内のボイラ通路、熱伝達壁４２０ａ、及びフレーム４６１’内に取り囲まれるバーナー通路が存在する。その上、熱電対ポート４０９が複数の位置に設けられる。このフレーム、熱伝達壁及び外壁は、ロウ付けによって互いに固定されるのが好ましく、一方マニホールド、ポート等は、溶接で取り付けられるのが好ましい。本発明の装置を組み立てるための他の手段は、この分野で知られている。
【００５３】
図５は、装置の上方からバーナー排気ガス出口マニホールド５１５内の出口を通して下方を見た視野からの図４に示す装置の正面図である。出口開口部を通して、波形付きの金属フィン５６０、熱伝達壁５２０ｄ、フレーム５０１内のボイラ通路、熱伝達壁５２０ｃ、フレーム５８１内に取り囲まれた中央通路、熱伝達壁５２０ｂ、フレーム５０１’内に取り囲まれたボイラ通路、熱伝達壁５２０ａ、及び波形付きの金属フィン５６０’を見ることができる。高温の改質ガス入り口５４０及び冷却された改質ガス出口５４５も注目される。気化可能液体入り口ポート５０２及びガス入り口ポート５０３も同様に示されている。
【００５４】
図６は、図４に示す装置の分解図である。外壁６７０及び６７０’が装置６００の５つの通路又は区画の組立て品を取り囲む。外壁６７０から外壁６７０’に移動する順番に、フレーム６６１によって取り囲まれるバーナー通路、熱伝達壁６２０ｄ、フレーム６０１内に取り囲まれたボイラ通路、熱伝達壁６２０ｃ、フレーム６８１内に取り囲まれる中央通路、熱伝達壁６２０ｂ、フレーム６０１’内に取り囲まれるボイラ通路、熱伝達壁６２０ａ、及びフレーム６６１’内に取り囲まれるバーナー通路が存在する。
【００５５】
本明細書で説明するように、熱伝達壁の各々は、それぞれ熱を受け取りその熱をボイラ通路に伝達するための外側表面及び内側表面を有する。図示のように、バーナー排気ガスの形態の加熱された流体は、装置の底部に配置されるバーナー排気ガス入り口マニホールド６１０を通り装置６００に入る。ダイバータ６０７が、バーナー排気ガスが波形付きフィン６６０及び６６０’を上向きに通過するようにその流れを変更し、そこで熱は吸収され且つ外側表面６２４ｄ（図示せず）及び６２４ａに伝導される。この熱は熱伝達壁を通り内側表面６２２ｄ及び６２２ａ（図示せず）に流れ、そこで液体を気化し且つ気化した液体を過熱するために使用可能である。その上、高温の改質ガスが改質ガス入り口６４０を通り装置に入り、フレーム６８１によって取り囲まれる中央通路を通り上へ流れる。この中央通路は高温改質ガスの熱を外側表面６２４ｃ及び６２４ｂ（図示せず）に伝導するための波形付きの金属フィン６８０を含む。この熱は、熱伝達壁を通り内側表面６２２ｂ及び６２２ｄ（図示せず）に流れ、そこで液体を気化し且つ気化した液体を過熱するために使用可能である。冷却された改質ガス及びバーナー排気ガスの流れは中央及びバーナー通路を通過し、改質ガス出口６４５及びバーナー排気ガス出口マニホールド６１５をそれぞれ通り装置を出る。
【００５６】
気化可能液体は、開口部６０３ｃと流体連通する入り口ポート６０２を通りボイラ通路に入る。動作中、気化可能液体は開口部６０３ｃを通過しそれぞれのウイック材料の頂部部分６３２及び６３２’上に到達する。この気化可能液体は、ウイック材料の側面部分６３４及び６３４’を通り下方に移動し、そこで液体は加熱され気化される。次いで気化した液体は、ウイック支持体（図示せず）内に流れ込む。ガス入り口ポート６０３ａを通り導入されたガスは、開口部６０３ｃを通りボイラ通路に入り開口部６０３ｄを通りウイック支持体内に下降して流れ込む。そのようなガスは予熱され、ウイック支持体の波形付きの金属フィン内で気化した液体と混合される。次いで気化した液体と予熱されたガスの混合物は、下流側に過熱器区画に流れ、そこでそれらは波形付きの金属フィン６５０及び６５０’内で過熱される。次いで過熱された混合物は、出口マニホールド６０４と流体連通する開口部６５２及び６５２’を通りボイラ通路から流れ出る。
【００５７】
本発明は本明細書での教示の利益を有する当業者に明らかな異なった均等な方法で改変でき且つ実施できるので、上記で開示された具体的な実施例は例示に過ぎない。さらに、添付の特許請求の範囲に記載された以外で、本明細書で示された構造又は設計の詳細に限定することは全く意図していない。したがって上記で開示された具体的な実施例は、変更又は改変できることは明らかであり、全てのそのような変形形態は本発明の範囲及び趣旨内であるとみなされる。したがって、本明細書で目指す保護は、添付の特許請求の範囲に記載されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】改質リアクター用の高温蒸気／燃料混合供給物を発生させることができる本発明の装置が使用される、燃料処理システムの概略図である。
【図２】本発明の装置の横断面図である。
【図３ａ】本発明の装置のウイック材料及び過熱器の詳細図である。
【図３ｂ】本発明の装置の熱伝導体の詳細図である。
【図３ｃ】本発明のウイック支持体を覆うウイック材料の斜視図である。
【図３ｄ】本発明のウイック支持体の端面図である。
【図３ｅ】本発明のウイック支持体の正面図である。
【図４】高温蒸気／燃料混合供給物を発生させることができる、本発明の装置の斜視図である。
【図５】図４に示す装置の上面図である。
【図６】図４に示す装置の分解図である。
【図１】
2009527726.tif 000003
【図２】
2009527726.tif 000004
【図３Ａ】
2009527726.tif 000005
【図３Ｂ】
2009527726.tif 000006
【図３Ｃ】
2009527726.tif 000007
【図３Ｄ】
2009527726.tif 000008
【図３Ｅ】
2009527726.tif 000009
【図４】
2009527726.tif 000010
【図５】
2009527726.tif 000011
【図６】
2009527726.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月20日(2009.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側表面と熱を受け取り前記熱を前記内側表面に伝達することができる外側表面とを有する少なくとも１つの熱伝達壁と、
液体を受け取り前記液体を前記内側表面に導くためのウイック材料であって、前記ウイック材料の少なくとも一部分が前記内側表面と接触しているウイック材料と、
気化した液体が前記ウイック材料から流れる流路を形成する、前記内側表面と対向して前記ウイック材料と接触しているウイック支持体と、
気化した液体を受け取り前記気化した液体を高温に加熱するために前記ウイック支持体と流体連通している、前記ウイック支持体の下流に配設される過熱器とを備える、液体を気化させるための装置。
【請求項２】
液体を気化させるための装置において、
複数の気化ユニットであって、各気化ユニットが、
液体入り口、
前記液体入り口から液体を受け取り、前記液体を熱伝達壁に送るためのウイック材料、
内側表面と外側表面を有する少なくとも１つの熱伝達壁であって、前記外側表面は熱を受け取り前記熱を前記内側表面に伝達することができ、前記内側表面の少なくとも一部分が前記ウイック材料と接触している熱伝達壁、
気化した液体が前記ウイック材料から流れる流路を形成する、前記内側表面と対向して前記ウイック材料と接触するウイック支持体、
気化した液体を受け取り、前記気化した液体を高温に加熱するために前記ウイック支持体と流体連通する、前記ウイック支持体の下流に配設される過熱器、及び
前記過熱器と流体連通する蒸気出口を備える、複数の気化ユニットと、
加熱された流体の流れを１つ又は複数の前記気化ユニットの前記外側表面に供給することができる熱源入り口マニホールドと、
加熱された流体の前記流れを１つ又は複数の気化ユニットから外に導くことができる出口マニホールドとを備える、液体を気化させるための装置。
【請求項３】
液体を気化させるための装置を作る方法において、
拡張された表面積を有するウイック支持体の少なくとも上流部分上にウイック材料を被せる段階と、
前記ウイック支持体の下流部分に隣接して熱伝導体を配置する段階と、
前記ウイック支持体、ウイック材料及び熱伝導体を、内側表面及び外側表面を有する少なくとも１つの熱伝達壁で取り囲む段階であって、前記ウイック材料の一部分が、前記内側表面の上流部分と前記内側表面の下流部分に隣接する前記熱伝導体とに接触している段階とを含む、方法。
【請求項４】
気化可能液体を気化させ、気化した液体を高温に加熱するために外側表面から内側表面に熱を伝達することができる熱伝達壁の前記外側表面に熱を供給する段階と、
前記熱伝達壁から遠く離れたウイック材料の一部分に気化可能液体を配送する段階であって、前記ウイック材料は、前記熱伝達壁の前記内側表面と接触している前記ウイック材料の一部分に前記気化可能液体を送り、そこで前記気化可能液体が気化した液体を生じるように加熱される段階と、
前記気化した液体を高温に加熱するために、前記気化した液体を前記熱伝達壁の前記内側表面と熱連通する熱伝導体と接触させる段階とを含む、液体を気化させるための方法。
【国際調査報告】
2009527726.tif 000013