(57)【要約】 【課題】  流路内における流体の流速の分布を考慮して、機器の温度調整を行うための流体を効率的に加熱する。【解決手段】  加熱装置１０は、被加熱流体Ａｗ１，Ａｗ２が流れる被加熱通路１９と、燃料ガスＡｈが流れる燃料用通路であって、燃料ガスＡｈを燃焼させるための触媒を内面に備え、少なくとも一部が被加熱通路１９と接している燃料用通路１７と、を有する。燃料用通路１７は、被加熱通路１９内における被加熱流体の流通方向に対して垂直な第１の方向ｄ１に沿ってみたとき、被加熱通路１９の中央Ｃｔに近い位置で被加熱通路と接する第１の部分Ａ１の内面に、第１の部分Ａ１よりも被加熱通路１９の中央Ｃｔから遠い位置で被加熱通路１９と接する第２の部分Ａ２，Ａ３よりも高い濃度で、触媒が配されている。【選択図】  図２
2006329562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱流体を加熱するための加熱装置であって、
被加熱流体が流れる被加熱通路と、
燃料ガスが流れる燃料用通路であって、前記燃料ガスを燃焼させるための触媒を内面に備える燃料用通路と、を有し、
前記被加熱通路内の所定の位置において、前記被加熱流体の流通方向に対して垂直な面における前記被加熱通路の断面形状は、第１の方向の寸法が、前記第１の方向に垂直な第２の方向の寸法よりも大きい形状であり、
前記燃料用通路は、
前記所定の位置において、前記第１の方向に沿って前記被加熱通路と接しており、
前記第１の方向に関して、前記被加熱通路の中央に近い位置で前記被加熱通路と接する第１の部分と、前記第１の方向に関して、前記第１の部分よりも前記被加熱通路の前記中央から遠い位置で前記被加熱通路と接する第２の部分とを含み、
前記燃料用通路の前記第１の部分の内面には、前記第２の部分よりも高い濃度で前記触媒が配されている、加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の加熱装置であって、
前記被加熱流体の流通方向と、前記燃料用通路内における前記燃料ガスの流通方向とは、ほぼ垂直であり、
前記燃料用通路が前記被加熱通路と接している部分のうち、前記接している部分の前記燃料ガスの流通方向の上流の端を含む部分が、前記第２の部分であり、
前記燃料用通路が前記被加熱通路と接している部分のうち、前記第２の部分よりも前記燃料ガスの流通方向の下流に位置する部分が、前記第１の部分である、加熱装置。
【請求項３】
請求項２記載の加熱装置であって、
前記被加熱通路と接している部分は、さらに、前記接している部分の前記燃料ガスの流通方向の下流の端を含む部分であって、前記第１の部分よりも前記被加熱通路の前記中央から遠い位置で前記被加熱通路と接する第３の部分を含み、
前記燃料用通路の前記第３の部分の内面には、前記第１の部分よりも低い濃度で前記触媒が配されている、加熱装置。
【請求項４】
請求項２記載の加熱装置であって、
前記第１の部分のうち、前記燃料ガスの流通方向の下流の部分においては、前記燃料ガスの前記流通方向の上流の部分であって前記被加熱流体の流通方向に沿った前記被加熱通路の中央からの距離が前記下流の部分と等しい部分よりも、前記燃料ガスの前記流通方向の単位長さ当たりの触媒の量が多い、加熱装置。
【請求項５】
請求項１記載の加熱装置であって、
前記被加熱流体の流通方向と、前記燃料用通路内における前記燃料ガスの流通方向とは、ほぼ平行であり、
前記燃料用通路の前記第１の部分のうち、前記燃料ガスの流通方向の下流の部分においては、前記燃料ガスの前記流通方向の上流の部分よりも、前記燃料ガスの前記流通方向の単位長さ当たりの触媒の量が多い、加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被加熱流体の加熱装置に関し、さらに詳しくは、触媒燃焼により被加熱流体を加熱する加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より燃料ガスの触媒燃焼によって冷却媒体を加熱する冷媒加熱システムが存在する（特許文献１）。特許文献１の冷媒加熱システムは、酸化触媒１５が担持された混合ガス経路１１と、冷媒経路１２と、の間で熱交換を行う。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１１９４５号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２１３１号公報
【０００４】
しかし、特許文献１の技術においては、冷媒経路内における冷媒の流速の分布を考慮した加熱は行われていなかった。このような点は、広く機器の温度を調整するための流体を加熱する際に、同様に問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を取り扱うためになされたものであり、流路内における流体の流速の分布を考慮して、機器の温度調整を行うための流体を効率的に加熱する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、被加熱流体を加熱するための加熱装置において、以下のような構成を備える。すなわち、この加熱装置は、被加熱流体が流れる被加熱通路と、燃料ガスが流れる燃料用通路であって燃料ガスを燃焼させるための触媒を内面に備える燃料用通路と、を有する。そして、被加熱通路内の所定の位置において、被加熱流体の流通方向に対して垂直な面における被加熱通路の断面形状は、第１の方向の寸法が、第１の方向に垂直な第２の方向の寸法よりも大きい形状である。
【０００７】
燃料用通路は、上記の所定の位置において、上記の第１の方向に沿って被加熱通路と接している。そして、燃料用通路は、第１の方向に関して、被加熱通路の中央に近い位置で被加熱通路と接する第１の部分と、第１の方向に関して、第１の部分よりも被加熱通路の中央から遠い位置で被加熱通路と接する第２の部分とを含む。燃料用通路の第１の部分の内面には、第２の部分よりも高い濃度で触媒が配されている。
【０００８】
このような態様とすれば、被加熱流体の流速が速い被加熱通路の中央近傍と接している燃料用通路の第１の部分から、中央から遠い第２の部分に比べてより多くの熱を、被加熱通路に供給できる。その結果、効率的に被加熱流体を加熱することができる。
【０００９】
なお、被加熱流体の流通方向と、燃料用通路内における燃料ガスの流通方向とがほぼ垂直である場合には、以下のような態様とすることが好ましい。すなわち、燃料用通路が被加熱通路と接している部分のうち、接している部分の燃料ガスの流通方向の上流の端を含む部分を、上記の第２の部分とする。そして、燃料用通路が被加熱通路と接している部分のうち、第２の部分よりも燃料ガスの流通方向の下流に位置する部分を、上記の第１の部分とする。
【００１０】
被加熱流体の流通方向と、燃料用通路内における燃料ガスの流通方向とが、ほぼ垂直である場合には、燃料用通路が被加熱通路と接している部分のうち燃料ガスの流通方向の上流の端の部分は、被加熱通路の中央から遠い位置に相当することが多い。その結果、中央に比べて流速の遅い流体が、当該部分から熱を受け取る。ここで、上記の態様においては、燃料ガスの流通方向の上流の端を含む第２の部分における燃料ガスの燃焼量を、中央近傍の第１の部分に比べて少なくすることができる。このため、燃料ガスの流通方向の上流の端の部分において、被加熱通路内の流速の遅い被加熱流体が沸騰してしまうという事態が生じにくい。
【００１１】
なお、被加熱通路と接している部分は、さらに、接している部分の燃料ガスの流通方向の下流の端を含む部分であって、第１の部分よりも被加熱通路の中央から遠い位置で被加熱通路と接する第３の部分を含むことができる。そのような場合には、燃料用通路の第３の部分の内面には、第１の部分よりも低い濃度で触媒を配することが好ましい。
【００１２】
燃料ガスの流通方向の下流の端においては、未燃焼の燃料ガスの残留量は少なく、その結果、燃料ガスの燃焼量も限られる。このため、上記のような態様とすれば、未燃焼ガスの増大を押さえつつ、燃料用通路の内面に担持させる触媒の量を低減することができる。
【００１３】
また、第１の部分のうち、燃料ガスの流通方向の下流の部分においては、燃料ガスの流通方向の上流の部分であって、被加熱流体の流通方向に沿った中央からの距離が下流の部分と等しい部分よりも、燃料ガスの流通方向の単位長さ当たりの触媒の量が多くすることが好ましい。
【００１４】
このような態様においては、燃料ガスが触媒との接触後、急激に燃焼してしまいやすい燃料用通路の上流部分において触媒の量が少なく、未燃焼の燃料ガスの量が低減している下流部分において触媒の量が多い。このため、上記のような態様とすれば、燃料ガスの流通方向の上流の部分に偏って燃料ガスが燃焼してしまう事態を防止し、燃料用通路において、均等に燃焼を起こさせることができる。その結果、被加熱通路内の被加熱流体は、被加熱通路の幅方向について左右均等に加熱されやすくなる。
【００１５】
なお、被加熱流体の流通方向と、燃料用通路内における燃料ガスの流通方向とは、ほぼ平行である場合には、以下のような態様とすることが好ましい。すなわち、燃料用通路の第１の部分のうち、燃料ガスの流通方向の下流の部分においては、燃料ガスの流通方向の上流の部分よりも、燃料ガスの流通方向の単位長さ当たりの触媒の量を多くすることが好ましい。
【００１６】
このような態様においては、均一に触媒が担持されている態様に比べて、被加熱通路内の被加熱流体を、被加熱通路の幅方向および被加熱流体の流通方向について、より均等に近い状態で加熱することができる。
【００１７】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、加熱装置、加熱装置の運転方法、加熱装置の制御装置等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．第５実施例：
Ｆ．変形例：
【００１９】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．装置の構成：
図１は、本発明の実施例の一つである冷却水ヒーター１を示す断面図である。冷却水ヒーター１は、空気を供給される空気供給口２と、燃料ガスとしての水素ガスを供給される水素供給口４と、水素ガスが冷却水ヒーター１中で燃焼した後の排ガスを排出する排気口５とを備えている。水素供給口４に供給される水素は、水素タンクＨＴから水素供給管Ｐｈ２、および流量調整弁９を介して供給される。
【００２０】
また、冷却水ヒーター１は、被加熱流体としての冷却水を供給される冷却水供給口６と、冷却水ヒーター１内で加熱された冷却水を排出する冷却水排出口７と、を備える。冷却水は、冷却水管Ｐｗ１，Ｐｗ２を介してポンプＰによって燃料電池ＦＣとの間で循環される。冷却水ヒーター１によって加熱された冷却水は、冷却水管Ｐｗ２を介して燃料電池ＦＣに供給され、燃料電池ＦＣ内を流通して燃料電池ＦＣを暖める。その結果、低温環境下でも、燃料電池ＦＣは早期に電気化学反応による発電を開始することができる。なお、冷却水はエチレングリコールと水の混合物であり、純粋な水ではなく、いわゆる不凍液である。
【００２１】
冷却水ヒーター１は、外壁１ｗで覆われた燃焼室１ｃの内部に熱交換器１０を備えている。熱交換器１０は、冷却水供給口６から供給された冷却水が冷却水排出口７まで流通する冷却水路１９と、水素供給口４から供給された水素ガスならびに空気供給口２から供給された空気が流通し、通過の過程においその内部で水素ガスが燃焼するガス流路１７と、を備えている。
【００２２】
図２は、熱交換器１０を示す斜視図である。熱交換器１０は、ガス流路１７と冷却水路１９とが交互に重ねられた構造を有する。図２の例では、３段の冷却水路１９の間、およびその両外側（図２において上下側）にガス流路１７が設けられている。
【００２３】
冷却水の流通方向に対して垂直な面における冷却水路１９の断面形状は、幅方向の寸法Ｌ１に対して厚み方向の寸法Ｌ２が小さい長方形である。なお、図２において、冷却水路１９の幅方向を矢印ｄ１で示し、冷却水路１９の厚みの方向矢印ｄ２で示す。冷却水の流通方向（図２の左右方向）を矢印ｄｗで示す。冷却水路１９の厚みの方向ｄ２は、冷却水路１９の幅方向ｄ１に対して垂直な方向である。そして、冷却水路１９の幅方向ｄ１と、冷却水路１９の厚みの方向ｄ２は、ともに冷却水の流通方向ｄｗに対して垂直な方向である。なお、冷却水路１９の冷却水の流通方向ｄｗに沿った奥行きはＬ３である。
【００２４】
ガス流路１７と冷却水路１９とは、冷却水路１９の幅Ｌ１と奥行きＬ３で張られる面で互いに接するように、冷却水路１９の厚みの方向に重ねられて構成される。すなわち、ガス流路１７と冷却水路１９とは、重ね合わせの方向（方向ｄ２に同じ）から見たときに同じ形状をしており、互いに完全に重なっている。このような構成とすることで、冷却水路１９の幅Ｌ１と奥行きＬ３で張られる接触面を介して、ガス流路１７から冷却水路１９に効率的に熱が伝えられる。
【００２５】
冷却水は、図２において冷却水路１９内を右から左に流通する。冷却水の流れを矢印Ａｗ１，Ａｗ２で示す。また、水素ガスおよび空気は、図２においてガス流路１７内を右上から左下に流通する。図２において、水素供給口４（図１参照）から供給される水素ガスの流れを矢印Ａｈで示す。そして、空気供給口２（図１参照）から供給される空気の流れをＡａで示す。なお、図２においては、一つの矢印で、同じ方向に流れる複数種類のガスの流れを示している。また、ガス流路１７から排出される排ガスの流れをＡｅで示す。図１においても、各流体の流れを同様の矢印で示す。図２の上方から見たとき、冷却水の流れＡｗ１，Ａｗ２と、ガスの流れＡｈ，Ａａ，Ａｅは、互いに直交する。
【００２６】
なお、本明細書では、一つの面内に含まれず、その結果、厳密には「ねじれの位置」にあると記述すべき二つの方向の関係についても、投影方向について言及せずに、そのまま「垂直である」または「直交する」ということがある。
【００２７】
ガス流路１７内は、ガスが流れる方向に沿って壁部１６によって仕切られ、三角形の断面を有する小流路１８に区分けされている。各小流路１８は独立しており、ガスは異なる小流路１８、１８間を流通しない。３個の冷却水路１９の間には、横に並んだ小流路１８がそれぞれ６段ずつ設けられている（図２参照）。ガス流路１７の内面、すなわち、ガス流路１７内の小流路１８を構成する壁部１６の表面には、触媒が担持されている。小流路１８に供給された水素ガスと空気とは、この触媒により燃焼する。この触媒には、白金、パラジウムなどを採用することができる。
【００２８】
図３は、ガスの流れの方向に沿って表示した、壁部１６の表面の触媒の濃度Ｄｃのグラフである。以下、各実施例で言及する触媒の濃度は、Ｄｃの後に数値を付して区別する。第１実施例の触媒の濃度はＤｃ１である。なお、触媒の「濃度」とは、「冷却水路とガス流路とが接している面に沿った方向であって、冷却水の流通方向に垂直な方向」と、「冷却水の流通方向」と、で張られる平面に投影したときの、その平面の単位面積あたりのガス流路中の触媒の重量である。ガスの流れの方向は、第１実施例においては、冷却水路１９とガス流路１７とが接している面（冷却水路１９の幅Ｌ１と奥行きＬ３で張られる面）に沿った方向であって、冷却水の流通方向に垂直な方向である。Ｅｎｆは、熱交換器１０のガス流路１７の入口側の端を示し、Ｅｘｆは、熱交換器１０のガス流路１７の出口側の端を示す。
【００２９】
図３に示すように、壁部１６の表面に担持される触媒の濃度Ｄｃは、一定ではない。すなわち、触媒の濃度Ｄｃは、ガスの流れの方向についてのガス流路１７の中央近辺の範囲Ａ１において、最も高い。なお、冷却水の流れの方向ｄｗとガスの流れの方向ｄ１とは垂直であることから、ガスの流れの方向ｄ１についてのガス流路１７の中央は、冷却水路１９の、冷却水路１９の幅方向ｄ１（図２において、右上から左下に向かう方向）についての中央Ｃｔと一致する。
【００３０】
壁部１６の表面に担持される触媒の濃度Ｄｃは、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆに近づくほど低くなる。同様に、壁部１６の表面に担持される触媒の濃度Ｄｃは、熱交換器１０のガス流路１７の出口側の端Ｅｘｆに近づくほど低くなる（図３参照）。その結果、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２および出口側の端Ｅｘｆの近傍の範囲Ａ３においては、触媒の濃度は中央Ｃｔ近辺の範囲Ａ１よりも低い。なお、ガスの流れの方向ｄ１についてのガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆと出口側の端Ｅｘｆは、冷却水路１９の幅方向ｄ１についての両端とほぼ一致する。壁部１６の表面に担持される触媒の濃度Ｄｃを図１の右上にも示す。ただし、図１に示したグラフと図２のグラフとは、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆと出口側の端Ｅｘｆの関係が逆である。
【００３１】
一方、第１実施例においては、ガスの流通方向に垂直な方向（図２の方向ｄｗ）に関しては、触媒の濃度は一定である。
【００３２】
図４は、冷却水路１９内を流れる冷却水の流速Ｖｗの分布を、冷却水路１９の幅方向ｄ１について示したグラフである。以下、各実施例における冷却水の流速は、Ｖｗの後に数値を付して示す。第１実施例の冷却水の流速はＶｗ１である。なお、グラフに示される流速Ｖｗは、冷却水路１９の厚み方向ｄ２について、冷却水の流速を平均したものである。図４のグラフから分かるように、冷却水路１９内を流れる冷却水の流速Ｖｗは、冷却水路１９の幅方向ｄ１の中央Ｃｔ近傍において最も大きく、冷却水路１９の幅方向ｄ１の両端（Ｅｎｆ，Ｅｘｆ）に近づくにつれて、小さくなる。冷却水路１９内を流れる冷却水の流速Ｖｗ１の分布を、を図１の上段にも示す。
【００３３】
一般に管の中を流通する流体の流速は、中心付近において大きく、管の内壁近傍において小さい。管が円形断面を有する態様や正方形断面を有する態様においては、壁面を通じて外部から熱を加える際には、熱はいずれも壁面近傍の流速の遅い流体に伝達されることとなる。このため、管の壁のどの位置から熱を加えるかによって、その熱を受け取る単位時間あたりの流体の量は大きく変動しない。
【００３４】
一方、第１実施例の冷却水路１９は、幅方向の寸法Ｌ１に対して厚み方向の寸法Ｌ２が小さい。このため、冷却水路１９の幅Ｌ１と奥行きＬ３で張られる接触面を介して、ガス流路１７から伝えられる熱は、冷却水路１９の厚み方向のいずれの位置にある冷却水にも効率的に伝達される。その結果、冷却水路１９とガス流路１７の接触面のうち、幅方向の中央Ｃｔ近傍においてガス流路１７から伝えられる熱は、接触面の単位面積および単位時間当たりで、より多くの冷却水に伝達される。そして、接触面の端部Ｅｎｆ，Ｅｘｆ近傍においてガス流路１７から伝えられる熱は、接触面の単位面積および単位時間当たりで、より少ない量の冷却水に伝達される。
【００３５】
図５は、ガスの流れの方向に沿って表示した、ガス流路１７の水素の残量Ｄｈを示すグラフである。第１実施例とは異なり、壁部１６の表面の触媒の濃度がガスの流れの方向ｄ１に沿って一定値Ｄｃ０である態様（図３参照。以下「比較例」という）においては、水素ガスの大部分は、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆ近傍の範囲Ａ２において燃焼する。その結果、図５に示すように、比較例における水素の残量Ｄｈ０はガスの流れの方向に沿って急速に低下する。そして、出口側の端Ｅｘｆの近傍の範囲Ａ３においては、水素はほとんど減少しない。すなわち、出口側の端Ｅｘｆの近傍の範囲Ａ３においては、水素ガスの燃焼はほとんど起こらない。
【００３６】
これに対して、第１実施例の熱交換器１０においては、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２においては、中央Ｃｔの近傍の範囲Ａ１に比べて触媒の濃度が低い（図３参照）。このため、比較例に比べて、水素は入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２において燃焼せず、第１実施例の水素の残量Ｄｈ１はガスの流れの方向に沿ってゆるやかに低下する。
【００３７】
図６は、ガスの流れの方向ｄ１に沿って表示した、冷却水の温度のグラフである。比較例の態様においては、前述のように、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２において大部分の水素が反応する。一方で、図４に示すように、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２においては、単位時間当たりの冷却水の通過量は、中央Ｃｔの近傍の範囲Ａ１に比べて少ない。このため、比較例の冷却水の温度Ｔｗ０は、図６に示すような分布となる。すなわち、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２において、冷却水は沸点Ｔｂを超えて加熱されてしまい、沸騰してしまう。その結果、冷却水が劣化し、熱交換器１０自体も損傷してしまう。また、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆが非常に高温になると、その部分から熱交換器１０の外部に熱が逃げやすい。その結果、熱交換器１０が冷却水を加熱する際の効率も低下する。
【００３８】
これに対して、第１実施例においては、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２においては、触媒の濃度が低い。このため、水素の残留濃度が高いガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２において、水素の燃焼が抑えられる。その結果、第１実施例の冷却水の温度Ｔｗ１の分布は、図６に示すような形となる。すなわち、第１実施例においては、冷却水の流速が遅い入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２において、冷却水の温度が沸点以下となる。
【００３９】
また、第１実施例においては、中央Ｃｔの近傍の範囲Ａ１において最も触媒の濃度が高い。このため、中央Ｃｔの近傍の範囲Ａ１において最も盛んに水素が燃焼する。しかし、範囲Ａ１においては、すでにその上流において一部の水素ガスが燃焼しているために、水素濃度は低下している。よって、範囲Ａ１における燃焼による熱量も、比較例の入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２に比べて少なくなる。このため、中央Ｃｔの近傍の範囲Ａ１における温度のピークｐ０は、冷却水の沸点に達することはない。
【００４０】
また、冷却水路１９の中央Ｃｔ近傍においては、範囲Ａ２に比べて単位時間当たりに流れる冷却水の量が多い（図４参照）。その結果、中央Ｃｔの近傍の範囲Ａ１において生じた熱は、より多くの冷却水に供給される。よって、この点からも、冷却水が沸騰しにくい。
【００４１】
よって、第１実施例においては、冷却水が劣化しにくく、熱交換器１０自体も損傷しにくい。そして、第１実施例においては、冷却水が過度に高温になる部分が生じにくいため、熱が装置外部に逃げにくい。その結果、効率的に冷却水を加熱することができる。
【００４２】
また、第１実施例においては、単位時間当たりの冷却水の通過量が、範囲Ａ２，Ａ３に比べて多い、中央Ｃｔの近傍の範囲Ａ１において、もっとも水素が多く燃焼する。このため、単位体積あたりの冷却水に与える熱量を比較例に比べて均等にすることができる。すなわち、第１実施例は、効率的に冷却水を加熱することができる。
【００４３】
さらに、第１実施例では、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２、およびガス流路１７の出口側の端Ｅｘｆの近傍の範囲Ａ３における触媒の濃度を、中央近傍の範囲Ａ１に比べて低くしている。そして、領域Ａ１における触媒の濃度は、比較例における触媒の濃度Ｄｃ０に等しく、領域Ａ２，Ａ３における触媒の濃度は、比較例における触媒の濃度よりも低い。このため、第１実施例においては、ガス流路１７の壁部１６に担持させる触媒の量を、熱交換器１０全体として少なくすることができる。
【００４４】
なお、図５のＤｈ０に示されるように、下流の範囲Ａ３においては残留している水素は少ない。このため、当該部分において大量の触媒が担持されていても燃焼はほとんど生じない。よって、範囲Ａ３に担持する触媒量を減らすことで、冷却水に与える熱量はほとんど低下させずに、ガス流路１７全体の触媒の量を低減することができる。
【００４５】
Ｂ．第２実施例：
図７は、第２実施例の熱交換器１０ｂを示す斜視図である。第２実施例の熱交換器１０ｂにおいては、冷却水路１９ｂは、ガス流路１７ｂと平行に設けられている。また、ガス流路１７ｂの壁部１６ｂおよび小流路１８ｂの構成も第１実施例とは異なっている。さらに、壁部１６ｂに担持された触媒の濃度分布も第１実施例とは異なっている。第２実施例の熱交換器１０ｂの他の点は、第１実施例の熱交換器１０と同じである。なお、第２実施例の熱交換器１０ｂを備えた冷却水ヒーターにおいては、冷却水管Ｐｗ１，Ｐｗ２（図１参照）の接続方法が第１実施例の冷却水ヒーター１の場合とは異なるが、これについては説明を省略する。
【００４６】
第２実施例においては、冷却水およびガスの流通方向は、図７において、左上から右下の方向である。この方向を図７において矢印ｄｗｂで示す。第２実施例においても、冷却水の流通ｄｗｂ方向に対して垂直な面における冷却水路１９の断面形状は、幅方向ｄ１ｂの寸法Ｌ１ｂに対して厚み方向ｄ２ｂの寸法Ｌ２ｂが小さい長方形である。なお、図７においては、図２で使用されている符号と同じ符号は、同じ要素を示している。
【００４７】
第２実施例においては、冷却水路１９ｂの幅方向は、冷却水路１９ｂとガス流路１７ｂとが接している面に沿った方向であって、冷却水の流れの方向ｄｗｂに垂直な方向である。図７においては、左右方向である。そして、冷却水路１９ｂの厚みの方向ｄ２ｂは、冷却水路１９ｂの幅方向ｄ１ｂに対して垂直な方向である。冷却水路１９ｂの幅方向ｄ１ｂと、冷却水路１９ｂの厚みの方向矢印ｄ２ｂは、ともに冷却水の流通方向ｄｗｂに対して垂直な方向である。なお、冷却水路１９ｂの冷却水の流通方向ｄｗｂに沿った奥行きはＬ３ｂである。
【００４８】
第２実施例においては、壁部１６ｂによって仕切られた小流路１８ｂは、冷却水路１９ｂとほぼ同じの幅を有している。その結果、水素ガスと空気とは、各小流路１８ｂ内を、冷却水路１９ｂの幅方向ｄ１ｂに流通することができる。
【００４９】
図７の上段に、熱交換器１０ｂのガス流路１７ｂの出口側の端Ｅｘｆにおいて、冷却水路１９ｂの幅方向ｄ１ｂについてみたときの、壁部１６ｂに担持された触媒の濃度Ｄｃ２を示す。ＬＳは、冷却水路１９ｂの幅方向ｄ１ｂについての冷却水路１９ｂの左端を示す。そして、ＲＳは、冷却水路１９ｂの幅方向ｄ１ｂについての冷却水路１９ｂの右端を示す。
【００５０】
図７上段に示すように、各小流路１８ｂを構成する壁部１６ｂに担持された触媒の濃度Ｄｃ２は、冷却水路１９ｂの幅方向について一定ではない。すなわち、触媒の濃度Ｄｃ２は、冷却水路１９ｂの、冷却水路１９ｂの幅方向ｄ１ｂについての中央Ｃｔ近辺において、最も高い。そして、壁部１６ｂの表面に担持される触媒の濃度Ｄｃ２は、冷却水路１９ｂの幅方向ｄ１ｂについての端ＲＳ，ＬＳに近づくほど低くなる。その結果、ガス流路１７ｂの入口側の端ＬＳの近傍の範囲Ａ２ｂおよび端ＲＳの近傍の範囲Ａ３ｂにおいては、触媒の濃度は中央Ｃｔ近辺の範囲Ａ１よりも低い。
【００５１】
また、冷却水路１９ｂ内を流れる冷却水の、冷却水路１９ｂの幅方向ｄ１ｂついての流速Ｖｗ２の分布を、触媒の濃度Ｄｃ２と同じグラフに示す。このグラフに示される流速Ｖｗ２は、冷却水路１９ｂの厚み方向ｄ２ｂについて、冷却水の流速を平均したものである。グラフから分かるように、冷却水路１９ｂ内を流れる冷却水の流速Ｖｗ２は、冷却水路１９ｂの中央Ｃｔ近傍において最も大きく、冷却水路１９ｂの両端ＲＳ，ＬＳに近づくにつれて、小さくなる。
【００５２】
図７の中段に、壁部１６ｂに担持された触媒の、ガスの流通方向ｄｗｂの単位長さ当たりの量Ｄｃｌを示す。なお、第２実施例における、触媒のガスの流通方向ｄｗｂの単位長さ当たりの量をＤｃｌ３とする。壁部１６ｂに担持された触媒の濃度Ｄｃ２は、冷却水およびガスの流れの方向にそって見た場合にも、一定ではない。すなわち、冷却水路１９ｂの幅方向ｄ１ｂについて同じ位置でみると、触媒の濃度Ｄｃ２は、ガス流路１７ｂの入口側の端Ｅｎｆにおいて０であり、ガス流路１７ｂの出口側の端Ｅｘｆに近づくにつれて高くなる。冷却水の流れの方向（ガスの流れの方向に同じ）ｄｗｂに沿った各位置においては、図７上段に示した出口側の端Ｅｘｆにおける分布と同様、中央Ｃｔ近傍の壁部１６ｂの触媒の濃度は高く、端ＲＳ，ＬＳ近傍の壁部１６ｂの触媒の濃度はそれに比べて低い。
【００５３】
ガスの流通方向ｄｗｂに沿った各位置における、ガスの流通方向ｄｗｂの単位長さ当たりの量Ｄｃｌ３は、各位置において冷却水路１９ｂの幅方向ｄ１ｂに触媒の量を足し合わせたものである。よって、壁部１６ｂに担持された触媒の、ガスの流通方向の単位長さ当たりの量（重量）Ｄｃｌ３は、図７の中段に示すように、ガス流路１７ｂの入口側の端Ｅｎｆにおいて０であり、ガス流路１７ｂの出口側の端Ｅｘｆに近づくにつれて高くなる。
【００５４】
第２実施例の熱交換器１０ｂでは、ガス流路１７ｂの冷却水の流れの方向ｄｗに沿った各位置においては、単位時間当たりの冷却水の通過量が両端近傍の範囲Ａ２ｂ，Ａ３ｂに比べて多い中央Ｃｔの近傍の範囲Ａ１ｂにおいて、もっとも触媒の濃度が高い（図７上段参照）。そして、ガス流路１７の端ＬＳ近傍の範囲Ａ２ｂおよび端ＲＳ近傍の範囲Ａ３ｂにおいては、触媒の濃度は中央Ｃｔ近辺の範囲Ａ１ｂよりも低い。その結果、第２実施例においては、中央Ｃｔの近傍の範囲Ａ１ｂにおいて、もっとも多く水素が燃焼し、最も多くの熱が生じる。このため、第２実施例の熱交換器１０ｂは、単位流量（単位体積）あたりの冷却水に与える熱量を均等に近いものとすることができる。すなわち、第２実施例は、効率的に冷却水を加熱することができる。
【００５５】
一方、冷却水の流通方向（ガスの流通方向と同じ）ｄｗｂについては、熱交換器１０ｂのガス流路１７ｂの下流の端Ｅｘｆを含む部分Ｂ２においては、上流の端Ｅｎｆを含む部分Ｂ１よりも、冷却水の流通方向の単位長さ当たりの触媒の量が多い（図７中段参照）。言い換えれば、第２実施例の熱交換器１０ｂにおいては、ガス流路１７ｂの入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ｂ１においては、出口側の端Ｅｘｆの近傍の範囲Ｂ２など他の部分に比べて、冷却水の流通方向の単位長さ当たりの触媒の量が少ない。このため、第２実施例においては、ガス流路１７ｂ中の上流部分において偏って水素ガスが燃焼し、下流部分において水素ガスが燃焼しない、という事態を防止することができる。そして、ガス流路１７ｂの入口側の端Ｅｎｆを含む範囲Ｂ１において、水素ガスの燃焼が起こりにくいため、当該部分において冷却水が沸騰してしまうこともない。
【００５６】
Ｃ．第３実施例：
図８は、第３実施例の熱交換器１０ｃを示す図である。図８は、冷却水路１９ｃの出口Ｅｘｗ側から入口Ｅｎｗ側を見たときの図である。第３実施例の熱交換器１０ｃにおいては、４段の冷却水路１９ｃの間、およびその両外側（図８において上下側）にガス流路１７ｃが設けられている。また、ガス流路１７ｃ内において小流路１８ｃ１，１８ｃ２を構成する壁部１６ｃ１，１６ｃ２の構成が第１実施例の熱交換器１０とは異なる。そして、壁部１６ｃ１，１６ｃ２に担持される触媒の濃度の分布も第１実施例の熱交換器１０とは異なる。第３実施例の熱交換器１０ｃの他の点は、第１実施例の熱交換器１０と同じである。
【００５７】
図８において、冷却水路１９ｃの幅方向ｄ１ｃは、冷却水の流通方向（図８において紙面億から手前に向かう方向）に対して垂直な面に含まれる方向である。そして、冷却水路１９ｃの厚みの方向ｄ２ｃは、冷却水の流通方向および冷却水路１９ｃの幅方向ｄ１ｃに対して垂直な方向（図２の上下方向）である。なお、図８においては、図２で使用されている符号と同じ符号は、同じ要素を示している。
【００５８】
冷却水路１９ｃと冷却水路１９ｃとの間には、ガス流路１７ｃの出口側（図８の右側）の端Ｅｘｆにおいては、６段の小流路１８ｃ１，１８ｃ２が設けられている。これに対して、ガス流路１７ｃの入口側（図８の左側）の端Ｅｎｆから冷却水路１９ｃの幅方向の中央Ｃｔまでは、中央の２段の小流路１８ｃ２は設けられておらず、上下各２段の小流路１８ｃ１の間は空間１７１となっている。ガス流路１７ｃの入口側の端Ｅｎｆから出口側の端Ｅｘｆにかけて設けられている小流路を、小流路１８ｃ１と呼ぶ。これに対して、冷却水路１９ｃの幅方向の中央Ｃｔと一致する地点ｐｃ３からガス流路１７ｃの出口側の端Ｅｘｆにかけて設けられている小流路を、小流路１８ｃ２と呼ぶ。また、ガス流路１７ｃの入口側の端Ｅｎｆから出口側の端Ｅｘｆにかけて設けられている壁部を壁部１６ｃ１と呼ぶ。これに対して、地点ｐｃ３からガス流路１７ｃの出口側の端Ｅｘｆにかけて設けられている壁部を、壁部１６ｃ２と呼ぶ。なお、図示しないが、各小流路１８ｃ１，１８ｃ２の断面形状は、第１実施例と同じく三角形である。
【００５９】
図８の中段には、小流路１８ｃ１を構成する壁部１６ｃ１に担持された触媒の濃度Ｄｃ４、および小流路１８ｃ２を構成する壁部１６ｃ２に担持された触媒の濃度Ｄｃ５を示す。小流路１８ｃ１を構成する壁部１６ｃ１の内面には、図８下段においてグラフＤｃ４として示すように、冷却水路１９ｃの幅方向の中央Ｃｔ近傍の区間Ａ１ｃにおいて一定の濃度で触媒が担持されている。区間Ａ１ｃは、ガス流路１７ｃの入口側の端Ｅｎｆから所定の距離にある地点ｐｃ１から、ガス流路１７ｃの出口側の端Ｅｘｆから所定の距離にある地点ｐｃ２までの区間である。すなわち、壁部１６ｃ１の内面においては、ガス流路１７ｃの入口側の端Ｅｎｆ近傍の範囲Ａ２ｃ、およびガス流路１７ｃの出口側の端Ｅｘｆ近傍の範囲Ａ３ｃには、触媒は担持されていない。
【００６０】
また、短い小流路１８ｃ２を構成する壁部１６ｃ２については、図８下段においてグラフＤｃ５として示すように、壁部１６ｃ２の上流側の端である地点ｐｃ３から、ガス流路１７ｃの出口側の地点ｐｃ２までの区間Ａ１２ｃにおいて、触媒が一定濃度で担持されている。なお、長い小流路１８ｃ１を構成している壁部１６ｃ１のうち、空間１７１と向かい合う側の面１６ｃ１ｓの触媒濃度の分布もグラフＤｃ５と同じである。
【００６１】
図８の下段には、ガスの流通方向ｄ１ｃに沿ってみたときの、ガスの流通方向ｄ１ｃの単位長さ当たりの触媒の量Ｄｃｌ６を示す。小流路１８ｃ１，１８ｃ２において、上述のように触媒が担持される結果、第３実施例においては、ガスの流通方向ｄ１ｃに沿った熱交換器１０ｃのガス流路１７ｃにおける触媒量は、図８の下段に示すようになる。すなわち、下流の部分Ａ１２ｃにおいては、上流の部分Ａ１１ｃよりも、ガスの流通方向ｄ１ｃの単位長さ当たりの触媒の量Ｄｃｌ６が多くなる。言い換えれば、ガス流路１７ｃの入口側の範囲Ａ１１ｃに含まれる任意の地点ｐｃ４においては、出口側の範囲Ａ１２ｃに含まれる地点であって中央Ｃｔからの距離が等しい地点ｐｃ５に比べて、冷却水の流通方向の単位長さ当たりの触媒の量が少ない。
【００６２】
第３実施例の熱交換器１０ｃは、このような構成を有するため、ガス流路１７ｃ中の上流部分において偏って水素ガスが燃焼し、下流部分において水素ガスが燃焼しない、という事態を防止することができる。そして、ガス流路１７ｃの入口側の端Ｅｎｆの近傍Ｂ１においては、水素ガスの燃焼が起こりにくいため、当該部分において冷却水が沸騰してしまうこともない。
【００６３】
図９は、ガスの流れの方向に沿って表示した、冷却水の温度Ｔｗ３を示すグラフである。第３実施例においては、ガス流路１７ｃを通る水素ガスは、小流路１８ｃ１，１８ｃ２の触媒が担持されている部分Ａ１ｃ，Ａ１２ｃにそれぞれ侵入した際に、急激に燃焼する。その結果、まず、小流路１８ｃ１内において、ガス流路１７ｃの入口側の端Ｅｎｆ近傍の範囲Ａ２ｃを通過した地点ｐｃ１で、大量の水素ガスが燃焼する。その結果、地点ｐｃ１に一つの温度のピークｐ１が現れる。そして、小流路１８ｃ２内において、壁部１６ｃ２の上流側の端である地点ｐｃ３において、大量の水素ガスが燃焼する。その結果、地点ｐｃ３にもう一つの温度のピークｐ２が現れる。
【００６４】
第３実施例においては、ガス流路１７ｃの入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２ｃにおいては、触媒が担持されていない。このため、水素の残留濃度が高いガス流路１７ｃの入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２において、水素の燃焼が抑えられる。その結果、冷却水の流速が遅いガス流路１７ｃ入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２において、冷却水が沸騰しにくい。なお、図９においては、参考のために、比較例の冷却水の温度Ｔｗ０を示す。
【００６５】
また、第３実施例では、ガス流路１７ｃの入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２ｃ、およびガス流路１７ｃの出口側の端Ｅｘｆの近傍の範囲Ａ３ｃにおいて、壁部１６ｃ１，１６ｃ２に触媒を担持していない。このため、壁部１６に担持させる触媒の量を、熱交換器１０ｃ全体として少なくすることができる。
【００６６】
そして、第３実施例においては、単位時間当たりの冷却水の通過量が端の範囲Ａ２ｃ，Ａ３ｃに比べて多い、中央Ｃｔの近傍の範囲Ａ１ｃ，Ａ１２ｃにおいて、触媒によって水素が燃焼する。このため、単位体積あたりの冷却水に与える熱量を比較例に比べて均等にすることができる。すなわち、第１実施例は、効率的に冷却水を加熱することができる。
【００６７】
また、第３実施例においては、ガス流路１７ｃの中央Ｃｔの近傍の範囲Ａ１ｃのうち、ガスの流通方向の下流の部分Ａ１２ｃにおいては、上流の部分Ａ１１ｃよりも、燃料ガスの流通方向ｄ１ｃの単位長さ当たりの触媒の量が多い。このため、ガス流路１７ｃ中の上流部分Ａ１１ｃにおいて偏って水素ガスが燃焼し、下流部分Ａ１２ｃにおいて水素ガスが燃焼しない、という事態を防止することができる。
【００６８】
さらに、第３実施例においては、触媒を担持させる範囲を変えた複数種類の小流路１８ｃ１，１８ｃ２を設けている。このため、もっとも水素が燃焼しやすい地点を、それら複数種類の小流路１８ｃ１，１８ｃ２間でずらすことができる。その結果、ガス流路１７ｃの１カ所において大量の水素ガスが燃焼して、その結果、温度が上昇し、冷却水が沸騰してしなうという事態を防止することができる。
【００６９】
そして、第３実施例においては、小流路１８ｃ２において最も水素が燃焼しやすい地点ｐｃ３を、冷却水の流速が速い冷却水路１９ｃの中央Ｃｔ近傍としている。このため、冷却水を効率的に加熱することができる。
【００７０】
Ｄ．第４実施例：
図１０は、ガスの流れの方向ｄ１に沿って表示した、第４実施例の熱交換器１０ｄの壁部１６ｄの表面の触媒の濃度Ｄｃ４のグラフである。第４実施例の熱交換器１０ｄは、壁部１６ｄの表面の触媒の濃度の分布が第１実施例とは異なっている。第４実施例の熱交換器１０ｄの他の点は、第１実施例の熱交換器１０と同じである。なお、図１０において、図３と同じ符号は、同じ対象を表すのに使用されている。
【００７１】
図１０に示すように、第４実施例の熱交換器１０ｄの壁部１６ｄの表面の触媒の濃度Ｄｃ４は、階段状に変化している。そして、ガスの流れの方向に沿って区分された複数の領域Ａ１〜Ａ７は、冷却水路１９ｄの中央Ｃｔから遠い領域ほど、触媒の濃度が低い。具体的には、冷却水路１９ｄの中央Ｃｔ近傍の領域Ａ１ｄにおいて触媒の濃度はもっとも高く、領域Ａ１ｄに隣接する領域Ａ４ｄ，Ａ５ｄの触媒の濃度は、領域Ａ１ｄよりも低い。そして、領域Ａ４ｄ，Ａ５ｄにそれぞれ隣接する領域Ａ６ｄ，Ａ７ｄの触媒の濃度は、領域Ａ４ｄ，Ａ５ｄよりも低い。さらに、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆ、およびガス流路１７の出口側の端Ｅｘｆ近傍の領域Ａ２ｄ，Ａ３ｄには、触媒は担持されていない。
【００７２】
第４実施例のような構成としても、一部の領域において冷却水が沸騰する事態を防止することができる。そして、効率的に冷却水を加熱することができる。さらに、壁部１６に担持させる触媒の量を、熱交換器１０全体として少なくすることができる。
【００７３】
また、第４実施例の触媒の濃度Ｄｃ４は階段状に変化しているものであるため、なだらかに触媒の濃度が変化する態様に比べて、製造が容易である。
【００７４】
Ｅ．第５実施例：
図１１は、ガスの流れの方向ｄ１に沿って表示した、第５実施例の熱交換器１０ｅの壁部１６ｅの表面の触媒の濃度Ｄｃ５のグラフである。第５実施例の熱交換器１０ｅは、壁部１６ｅの表面の触媒の濃度の分布が第１実施例とは異なっている。第５実施例の熱交換器１０ｄの他の点は、第１実施例の熱交換器１０と同じである。なお、図１１において、図３と同じ符号は、同じ対象を表すのに使用されている。
【００７５】
第５実施例の熱交換器１０ｅでは、ガス流路１７ｅの冷却水の流れの方向ｄｗに沿った各位置においては、中央Ｃｔの近傍の範囲Ａ１ｅにおいて、もっとも触媒の濃度が高い（図１１参照）。そして、ガス流路１７ｅの端Ｅｎｆ近傍の範囲Ａ２ｅおよび端Ｅｘｆ近傍の範囲Ａ３ｅにおいては、触媒の濃度は中央Ｃｔ近辺の範囲Ａ１ｅよりも低い。その結果、第５実施例においては、中央Ｃｔの近傍の範囲Ａ１ｅにおいて、もっとも多く水素が燃焼し、最も多くの熱が生じる。このため、第５実施例は、効率的に冷却水を加熱することができる。
【００７６】
なお、第１実施例では、触媒の濃度は、冷却水路１９ｅの中央Ｃｔを中心として対象に分布していた（図３参照）。しかし、第５実施例では、冷却水路１９ｅの中央Ｃｔからの距離が等しい場合、入口側（Ｅｎｆ側）の地点ｐｃ４ｅにおける触媒の濃度は、出口側（Ｅｘｆ側）の地点ｐｃ５ｅの触媒の濃度よりも低い。なお、冷却水路１９ｅの中央近辺の範囲Ａ１ｅにおける触媒の濃度が、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆの近傍の範囲Ａ２ｅおよび出口側の端Ｅｘｆの近傍の範囲Ａ３ｅよりも高い点は第１実施例と同じである。
【００７７】
第５実施例においては、第１実施例と同様、ガスの流通方向に垂直な方向（図２の方向ｄｗ参照）に関しては、触媒の濃度は一定である。このため、ガスの流通方向ｄ１に関する、ガスの流通方向ｄ１の単位長さ当たりの触媒の量の分布は、図１１と相似形となる。すなわち、冷却水路１９ｅの中央Ｃｔからの距離が等しい場合、入口側（Ｅｎｆ側）の地点ｐｃ４ｅにおける触媒の量は、出口側（Ｅｘｆ側）の地点ｐｃ５ｅの触媒の量よりも低い。
【００７８】
水素ガスは、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆからガス流路１７のの中央（冷却水路１９ｂの中央Ｃｔと同じ）までの間に燃焼してしまいやすい。このため、触媒の分布を、冷却水路１９ｂの中央Ｃｔを中心として対称とすると、冷却水路１９ｅの中央Ｃｔから入口側（Ｅｎｆ側）の温度の方が、冷却水路１９ｅの中央Ｃｔから出口側（Ｅｘｆ側）の温度よりも高くなりやすい（図６のＴｗ１参照）。
【００７９】
しかし、第５実施例においては、冷却水路１９ｅの中央Ｃｔからガス流路１７ｅの入口側に位置する範囲Ａ１１ｅの各地点において、ガス流路１７の出口側に位置する範囲Ａ１２ｅ内の冷却水路１９ｂの中央Ｃｔから同じ距離にある各地点よりも、単位距離あたりの触媒の量が少ない。このため、第５実施例においては、冷却水路１９ｅの中央Ｃｔを中心として、ガス流路１７ｅの温度分布をより均等にすることができる。冷却水の流速の分布は、冷却水路１９ｅの中央Ｃｔを中心として、ほぼ左右均等である。よって、第５実施例のような態様とすることで、異なる速さで流れる冷却水に対して均等に熱を与えることができる。すなわち、効率的に冷却水を加熱することができる。
【００８０】
Ｆ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８１】
Ｆ１．変形例１：
上記各実施例では、主として熱交換器内の構成について説明した。そして、冷却水が流通する流路のうち、熱交換器内の流路において、冷却水路１９，１９ｂ，１９ｃは、幅方向（図２のｄ１，図７のｄ１ｂ，図８のｄ１ｃ参照）の寸法が、厚み方向（図２のｄ２，図７のｄ２ｂ，図８のｄ２ｃ参照）の寸法に比べて大きい断面形状であった。そして、そのような断面形状を有する部分において、ガス流路１７，１７ｂ，１７ｃは、冷却水路１９，１９ｂ，１９ｃの断面の長辺に沿って、冷却水路１９，１９ｂ，１９ｃと接していた。しかし、冷却水ヒータの冷却水路の、ガス流路と接していない他の部分における断面形状は、円形、正方形など、他の形状であってもよい。
【００８２】
Ｆ２．変形例２：
上記第１実施例では、冷却水路１９とガス流路１７とが重ねられている方向（図２において上下方向）から見たとき、冷却水路１９とガス流路１７の形状は一致していた。しかし、冷却水路１９とガス流路１７とは、その様な態様に限られず、たとえば、互いに一部が接しているような構成とすることができる。そして、ガス流路１７は、その接触面のうち、冷却水路の中央近傍を流れる冷却水（被加熱流体）と接する部分に、冷却水路の端部近傍を流れる冷却水と接する部分よりも高い濃度で、触媒が配されていることが好ましい。
【００８３】
Ｆ３．変形例３：
第１、第２および第５実施例では、冷却水路とガス流路とが接している面に平行な方向であって、冷却水の流通方向に垂直な方向に沿ってみたとき、ガス流路内に触媒が担持されていない所定幅の領域は設けられていなかった（図３，７および１１参照）。しかし、第１、第２および第５実施例のように、触媒の濃度を連続的になめらかに変化させる態様において、冷却水路の端に近い領域（図２のＡ２，Ａ３等）には、触媒を担持させない態様とすることもできる。
【００８４】
Ｆ４．変形例４：
第２実施例では、冷却水路１９ｂ内を流れる冷却水と、ガス流路１７内を流れる空気および水素ガスとは、同じ向きに流れていた（図７参照）。しかし、冷却水路内を流れる冷却水と、ガス流路内を流れる空気および水素ガスとは、逆の向きに流れていてもよい。また、冷却水路内を流れる冷却水と、ガス流路内を流れる空気および水素ガスとは、所定の角度をなして流れていてもよい。たとえば、第１実施例では、冷却水路内を流れる冷却水と、ガス流路内を流れる空気および水素ガスとは、互いに９０度の角度をなして流れている。
【００８５】
なお、ガス流路内を流れる空気および水素ガスとが互いにほぼ垂直な角度で流れる態様においては、ガス流路の入口側の端の所定幅を有する領域における触媒の濃度は、０であることが好ましい。そのような態様とすれば、ガス流路の入口側の端に偏って水素が燃焼し、冷却水を沸騰させる事態を緩和することができる。なお、ここで、「ほぼ垂直」とは、８５°〜９０°を意味する。ガス流路の出口側の端の所定幅を有する領域における触媒の濃度を、０とすることも好ましい。ガス流路の入口側と出口側のいずれか一方の領域のみについて、触媒の濃度を０としてもよいし、両方について触媒の濃度を０としてもよい。
【００８６】
また、ガス流路内を流れる空気および水素ガスとが互いにほぼ平行な角度で流れる態様においては、ガス流路が冷却水路と接している部分のうち、燃料ガスの流通方向の下流の部分においては、その部分と重複しない上流の部分よりも、燃料ガスの流通方向の単位長さ当たりの触媒の量を多くすることが好ましい。このような態様とすれば、ガス流路の上流側において偏って水素が燃焼する事態を緩和することができる。なお、ここで、「ほぼ平行」とは、−５°〜５°を意味する。
【００８７】
Ｆ５．変形例５：
上記第３実施例の熱交換器１０ｃは、ガス流路１７の入口側の端Ｅｎｆから出口側の端Ｅｘｆにかけて設けられている壁部１６ｃ１と、ガス流路１７の途中（地点ｐｃ３）からガス流路１７の出口側の端Ｅｘｆにかけて設けられている壁部１６ｃ２と、を備えていた。しかし、熱交換器は、他の態様とすることもできる。たとえば、ガス流路１７の途中からフィンを設けて、触媒を担持させる内面の面積を増大させてもよい。すなわち、熱交換器の燃料用通路は、冷却水流路の中央近傍と接しておりほぼ均等の濃度で触媒が担持されているの第１の部分のうち、燃料ガスの流通方向の下流の部分においては、上流の部分よりも、燃料ガスの流通方向に沿った単位長さ当たりの内面の面積が大きいものとすることができる。
【００８８】
また、上記第３実施例では、上流部分と下流部分とで、２段階にガス流路１７（燃料用通路）の内面の触媒担持範囲が異なっていた。その結果、ガスの流通方向の単位長さ当たりの触媒の量が２段階に異なっていた。しかし、触媒量の変化は、２段階には限られず、３段階以上の多段階とすることもできる。また、第２実施例に示したように、ガスの流通方向の単位長さ当たりの触媒の量を、連続的になめらかに変化させてもよい。
【００８９】
Ｆ６．変形例６：
上記実施例では、冷却水路とガス流路とは、平面で接していた（図２、図７および図８参照）。しかし、冷却水路の断面形状が楕円や長円であったり、断面形状の一部が波状であるなど、冷却水路を構成する間の外表面が湾曲していてもよく、冷却水路とガス流路とが、所定の曲面で接している態様としてもよい。そのような態様において、燃料用通路（ガス流路）は、被加熱通路（冷却水路）中を被加熱流体が流れる方向に対して垂直な所定の方向に沿ってみたとき、被加熱通路の中央の近傍と接する部分に、被加熱通路の端部の近傍と接する部分よりも高い濃度で、触媒を保持している態様とすることが好ましい。なお、ここでいう「所定の方向」は、被加熱通路と燃料用通路とが接している曲面に沿った方向とすることができる。
【００９０】
Ｆ７．変形例７：
上記第１、第２、および第５実施例では、燃料用通路における触媒の濃度の分布は、被加熱通路（冷却水路）の中央に近いほど高く、中央から遠いほど低いものであった。そして、触媒の濃度は、連続的になめらかに変化していた。また、第３および第４実施例では、燃料用通路の内面が、それぞれ一定の濃度の触媒が担持された複数の領域に区分されており、被加熱通路の中央に近い領域ほど、その触媒の濃度は高いものであった。しかし、燃料用通路における触媒の濃度は、他の分布であってもよく、たとえば、燃料用通路の内面の一部の領域が、その領域よりも被加熱通路の中央に近い領域よりも高い濃度の触媒を有していてもよい。すなわち、燃料用通路が、所定断面に含まれる第１の方向に関して、被加熱通路の中央に近い位置で被加熱通路と接する第１の部分と、被加熱通路の中央から遠い位置で被加熱通路と接する第２の部分とを含み、第１の部分の内面には、第２の部分よりも高い平均濃度で触媒が配されているものであればよい。
【００９１】
この触媒の分布は、たとえば、燃料用通路のうち、被加熱通路の中央に近い１／５の部分の平均の濃度が、被加熱通路の中央から最も遠い１／５の部分の平均の濃度の２倍以上であることが好ましく、３倍以上であることがさらに好ましい。また、被加熱通路の中央に近い１／５の部分の平均の濃度が、被加熱通路の全体の平均濃度の１．５倍以上であることが好ましく、２倍以上であることがさらに好ましい。なお、ここでいう平均の濃度とは、燃料用通路と被加熱通路との接触面における所定の領域に、その接触面について垂直な方向に燃料用通路内の触媒を投影したときの、触媒の量の平均である。
【００９２】
Ｆ８．変形例８：
上記実施例では、被加熱通路（冷却水路）内の所定の位置において、被加熱流体の流通方向に対して垂直な面における被加熱通路の断面形状は、第１の方向の寸法が、第１の方向に垂直な第２の方向の寸法よりも大きい形状であった。しかし、被加熱通路の断面形状は、他の形状とすることもでき、たとえば、第２の方向の寸法が、第１の方向の寸法よりも大きいか、または等しい形状とすることもできる。
【００９３】
Ｆ９．変形例９：
上記実施例では、燃料ガスとして水素ガスを使用したが、燃料ガスとしてはメタンやプロパンなど、他のガスとすることもできる。すなわち、燃料ガスは、触媒を使用して燃焼させることができるものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施例の一つである冷却水ヒーターシステムの冷却水ヒーター１を示す断面図。
【図２】熱交換器１０を示す斜視図。
【図３】ガスの流れの方向に沿って表示した、壁部１６の表面の触媒の濃度Ｄｃ１のグラフ。
【図４】冷却水路１９内を流れる冷却水の流速Ｖｗの分布を、冷却水の流れの方向に垂直な方向について示したグラフ
【図５】ガスの流れの方向に沿って表示した、ガス流路１７の水素の残量Ｄｈを示すグラフ。
【図６】ガスの流れの方向に沿って表示した、冷却水の温度のグラフ。
【図７】第２実施例の熱交換器１０ｂを示す斜視図。
【図８】第３実施例の熱交換器１０ｃを示す図。
【図９】ガスの流れの方向に沿って表示した、冷却水の温度Ｔｗ３を示すグラフ。
【図１０】ガスの流れの方向に沿って表示した触媒の濃度Ｄｃ４のグラフ。
【図１１】ガスの流れの方向に沿って表示した触媒の濃度Ｄｃ５のグラフ。
【符号の説明】
【００９５】
１…冷却水ヒーター
１ｃ…燃焼室
１ｗ…外壁
２…空気供給口
４…水素供給口
５…排気口
６…冷却水供給口
７…冷却水排出口
９…流量調整弁
１０，１０ｂ〜１０ｅ…熱交換器
１６，１６ｂ，１６ｃ１，１６ｃ２，１６ｄ，１６ｅ…壁部
１７，１７ｂ，１７ｃ…ガス流路
１７１…ガス流路１７ｃ内に設けられた空間
１８，１８ｂ…小流路
１８ｂ，１８ｃ１，１８ｃ２…小流路
１９，１９ｂ〜１９ｅ…冷却水路
Ａ１，Ａ１ｂ〜Ａ１ｄ…冷却水路の中央Ｃｔ近傍の所定の範囲
Ａ２，Ａ２ｂ〜Ａ２ｄ…ガス流路の入口側の端の近傍の範囲
Ａ３，Ａ３ｂ〜Ａ３ｄ…ガス流路の出口側の端の近傍の範囲
Ａ４ｄ，Ａ５ｄ…範囲Ａ１ｄに隣接する範囲
Ａ６ｄ…範囲Ａ４ｄに隣接する範囲
Ａ７ｄ…範囲Ａ５ｄに隣接する範囲
Ａｈ…水素ガスの流れを示す矢印
Ａｗ１…熱交換器に供給される冷却水の流れを示す矢印
Ａｗ２…熱交換器から排出される冷却水の流れを示す矢印
Ｂ１…ガス流路の入口側の端の近傍の範囲
Ｂ２…ガス流路の出口側の端の近傍の範囲
Ａ１１ｃ…範囲Ａ１ｃのうち中央Ｃｔから上流側の部分
Ａ１２ｃ…範囲Ａ１ｃのうち中央Ｃｔから下流側の部分
Ｃｔ…冷却水路の幅方向の中央
Ｄｃ，Ｄｃ１，Ｄｃ２，Ｄｃ４，Ｄｃ５…触媒の濃度
Ｄｃｌ，Ｄｃｌ３，Ｄｃｌ６…ガスの流通方向の単位長さ当たりの触媒の量
Ｄｈ…水素ガスの残量
Ｄｈ０…比較例の水素ガスの残量
Ｄｈ１…第１実施例の水素ガスの残量
Ｅｎｆ…ガス流路の入口側の端
Ｅｎｗ…冷却水路の入口
Ｅｘｆ…ガス流路の出口側の端
Ｅｘｗ…冷却水路の出口
ＦＣ…燃料電池
ＨＴ…水素タンク
Ｐ…ポンプ
Ｐｈ２…水素供給管
Ｐｗ１，Ｐｗ２…冷却水管
ＲＳ…冷却水路の右端
Ｔｂ…冷却水の沸点
Ｔｗ０…比較例における冷却水の温度
Ｔｗ１…第１実施例における冷却水の温度
Ｔｗ３…第３実施例における冷却水の温度
Ｖｗ，Ｖｗ２…冷却水の流速
ｐ０，ｐ１，ｐ２…冷却水の温度のピーク
ｐｃ１…ガス流路の入口側の端から所定の距離にある地点
ｐｃ２…ガス流路の出口側の端から所定の距離にある地点
ｐｃ３…冷却水路の中央と一致する地点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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