(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク（１１）から供給される高圧の液体燃料と熱媒体とを熱交換させることにより、前記燃料を気化させる燃料気化装置において、
前記燃料を流すための燃料通路（１４ａ、２１５ａ）と前記燃料を加熱する熱媒体を流すための熱媒体通路（１４ｂ、１５ｂ）とを区画する通路部材（１３ａ、１３ｂ）と、
前記燃料通路の下流部における前記燃料の流れ方向に関する断面積を前記燃料通路の上流部における前記燃料の流れ方向に関する断面積より小さく調節する通路調節部材を提供し、かつ前記通路部材から前記燃料へ伝達される熱を増加させる熱伝達向上手段でもあるインナーフィン（２１４ｆｆ、２１５ｆｆ）とを備え、
前記燃料通路は、
前記燃料が流される第１燃料通路（１４ａ）と、
前記第１燃料通路を流れた燃料が流される第２燃料通路（２１５ａ）とを有し、
前記インナーフィンは、
前記第１燃料通路の上流部に設けられることなく、前記第１燃料通路の下流部に設けられ、
前記第２燃料通路の上流部に設けられることなく、前記第２燃料通路の下流部に設けられており、
前記第１燃料通路の上流部は、前記燃料の液体成分が前記燃料通路の内面に付着しながら流れる環状流（ＡＮＦ）を生じる環状流領域であり、
前記第１燃料通路の下流部は、前記燃料の液体成分の粒が前記燃料の気体成分の中に漂いながら流れる霧状流（ＭＳＦ）を生じる霧状流領域であり、
前記第２燃料通路の上流部は、前記燃料の液体成分が前記燃料通路の内面に再び付着しながら流れる環状流（ＡＮＦ）を生じる環状流領域であり、
前記第２燃料通路の下流部は、前記燃料の液体成分の粒が前記燃料の気体成分の中に漂いながら流れる霧状流（ＭＳＦ）を生じる霧状流領域であることを特徴とする燃料気化装置。
【請求項２】
前記第２燃料通路（２１５ａ）は、前記第２燃料通路（２１５ａ）における燃料の流れ方向に関する断面積を前記第１燃料通路（１４ａ）における燃料の流れ方向に関する断面積より小さく調節する通路調節部材を提供することを特徴とする請求項１に記載の燃料気化装置。
【請求項３】
前記熱伝達向上手段は、前記燃料通路の下流部における前記熱媒体の温度が前記燃料通路の上流部における前記熱媒体の温度より高くなるように前記熱媒体を供給する熱媒体供給装置（２０、４０）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料気化装置。
【請求項４】
前記熱媒体供給装置は、前記燃料通路における前記燃料の流れ方向と、前記熱媒体通路における前記熱媒体の流れ方向とが対向流となるように前記熱媒体を流すことを特徴とする請求項３に記載の燃料気化装置。
【請求項５】
前記通路部材は、
前記燃料通路の上流部に設けられ、前記燃料を加熱する第１熱媒体を流すための第１熱媒体通路（１４ｂ）と、
前記燃料通路の下流部に設けられ、前記第１熱媒体以上の温度をもち、前記燃料を加熱する第２熱媒体を流すための第２熱媒体通路（１５ｂ）とを形成し、
前記熱媒体供給装置は、前記第１熱媒体を供給する第１熱源装置（２０）と、前記第２熱媒体を供給する第２熱源装置（４０）とを備えることを特徴とする請求項４に記載の燃料気化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧液体燃料を気化させる燃料気化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、高圧液体燃料を気化させる燃料気化装置を含む燃料供給システムを開示している。この燃料供給システムでは、燃料を気化させるための熱源として、蒸気圧縮式の冷凍サイクルの高温高圧冷媒を利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６４５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の燃料供給システムでは、供給可能な燃料量が、冷凍サイクルの運転状態に依存して変動するおそれがある。例えば、冷凍サイクルの冷却負荷が小さいときには、高温高圧冷媒から得られる熱量が少ない。このため、充分な量の燃料を気化させることができないことがある。この結果、エネルギ出力部が必要とする燃料を供給できないおそれがあった。
【０００５】
また、熱交換器内において、液体燃料は、液体から、気液混合状態を経由して、気体へと変化する。液体成分が多いとき、液体成分は熱交換器の内部の壁面に付着しながら流れる。このとき、燃料への熱伝達は良好である。燃料の気化が進行すると、液体成分が減り、気体成分が増加する。この結果、燃料は気体成分の中に液体成分の粒が漂う霧状態となる。霧状態では、液体成分の粒に熱を伝えることが困難となる。このため、液体燃料を完全に気化させることが困難であった。また、燃料気化装置の体格を小型化することが困難であった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑み、燃料供給システムの熱交換器における燃料の気化を促進することができる燃料気化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の目的は、圧力損失の増加を抑制しながら、燃料の気化を促進することができる燃料気化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、タンク（１１）から供給される高圧の液体燃料と熱媒体とを熱交換させることにより、燃料を気化させる燃料気化装置において、燃料を流すための燃料通路（１４ａ、２１５ａ）と燃料を加熱する熱媒体を流すための熱媒体通路（１４ｂ、１５ｂ）とを区画する通路部材（１３ａ、１３ｂ）と、燃料通路の下流部における燃料の流れ方向に関する断面積を燃料通路の上流部における燃料の流れ方向に関する断面積より小さく調節する通路調節部材を提供し、かつ通路部材から燃料へ伝達される熱を増加させる熱伝達向上手段でもあるインナーフィン（２１４ｆｆ、２１５ｆｆ）とを備え、燃料通路は、燃料が流される第１燃料通路（１４ａ）と、第１燃料通路を流れた燃料が流される第２燃料通路（２１５ａ）とを有し、インナーフィンは、第１燃料通路の上流部に設けられることなく、第１燃料通路の下流部に設けられ、第２燃料通路の上流部に設けられることなく、第２燃料通路の下流部に設けられており、第１燃料通路の上流部は、燃料の液体成分が燃料通路の内面に付着しながら流れる環状流（ＡＮＦ）を生じる環状流領域であり、第１燃料通路の下流部は、燃料の液体成分の粒が燃料の気体成分の中に漂いながら流れる霧状流（ＭＳＦ）を生じる霧状流領域であり、第２燃料通路の上流部は、燃料の液体成分が燃料通路の内面に再び付着しながら流れる環状流（ＡＮＦ）を生じる環状流領域であり、第２燃料通路の下流部は、燃料の液体成分の粒が燃料の気体成分の中に漂いながら流れる霧状流（ＭＳＦ）を生じる霧状流領域であることを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、気体成分が多くなる下流部には、熱伝達向上手段が設けられる。このため、熱伝達率が低下しやすい気体成分に対して効率的に熱を伝達することができる。この結果、燃料の気化が促進される。しかも、液体成分が多い上流部においては熱伝達向上手段が設けられていない。このため、熱伝達向上手段を設けることに起因する不利益が抑制される。例えば、過剰な気泡の発生による伝達熱量の低下、あるいは圧力損失の増加が抑制される。
【００１１】
なお、特許請求の範囲および上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料供給システムのブロック図である。
【図２】第１実施形態の熱交換器の分解斜視図である。
【図３】第１実施形態の熱交換器における流体の流れを示す斜視図である。
【図４】第１実施形態の熱交換器における燃料の状態変化を示すｐ−ｈ線図である。
【図５】第１実施形態の熱交換器を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る熱交換器の分解斜視図である。
【図７】第２実施形態の熱交換器の部品を示す平面図である。
【図８】第２実施形態の熱交換器を示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る熱交換器の部品を示す平面図である。
【図１０】第２実施形態の熱交換器を示す断面図である。
【図１１】第３実施形態の熱交換器を示す模式的な断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る熱交換器を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照しながら開示された発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１４】
（第１実施形態）
図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。この実施形態の燃料供給システム１は、燃料の気化潜熱によって熱交換対象物を冷却する熱管理システム、あるいは冷却システムを提供する。図１において、この実施形態に係る燃料供給システム１は、道路走行用の車両に適用されている。燃料供給システム１は、車両のエンジン（内燃機関）ＥＧに燃料（ＦＵＥＬ）を供給する。エンジンＥＧは、車両の動力源である。エンジンＥＧは、車両の走行用の駆動力を出力する。さらに、燃料供給システム１は、冷熱を利用する装置、例えば車両用の空調装置２に対して冷熱を提供する。空調装置２は、車室内へ調節された空気（Ａ／Ｃ＿ＡＩＲ）を送風する。燃料供給システム１は、空調装置２によって送風される空気を冷却する。
【００１５】
燃料供給システム１は、加圧されて液化された高圧液体燃料を貯蔵する高圧タンク（ＴＡＮＫ）１１を備える。高圧タンク１１は、液体燃料貯蔵部を提供する。燃料は、可燃性を有し、比較的気化潜熱が高く、さらに、高圧下においては常温（１５℃〜２５℃程度）で液化する燃料を採用している。
【００１６】
燃料は、エンジンＥＧにて燃焼するために可燃性が必要である。また、後述するように、気化潜熱によって空気を冷却するために、比較的高い気化潜熱をもつ燃料であることが望ましい。さらに、生産コストを低減するとともに、減圧によって容易に気化させることができるように、常温でも液化しやすい燃料であることが望ましい。
【００１７】
具体的には、可燃性を有し、気化潜熱が水の気化潜熱の２０％以上であり、常温であっても１．５ＭＰａ以下で液化する燃料を選定することができる。例えば、燃料は、アンモニア（ＮＨ３）である。アンモニアは水素を含有する水素化合物である。よって、改質することによって、可燃性の水素ガスを生成することができる。
【００１８】
アンモニアに代わる上記性質を有する燃料として、ジメチルエーテル、アルコール含有燃料等を採用してもよい。さらに、水素を含有する燃料であって、同燃料の分子中に、Ｓ（硫黄）、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）およびハロゲンのうち少なくとも１種の原子が含まれるものであり、かつ、分子間にて水素結合が発現するものを採用してもよい。
【００１９】
燃料供給システム１は、燃料を気化させる熱交換器１３を備える。熱交換器１３は、燃料気化装置を提供する。高圧タンク１１の燃料のための出口には、開閉弁１２を介して、熱交換器１３の燃料のための入口が接続されている。入口は、燃料流入ポート１３１とも呼ばれる。開閉弁１２は、高圧タンク１１の出口から熱交換器１３の入口へ至る燃料通路を開閉する電磁弁である。開閉弁１２は、制御装置（ＣＮＴＬ）３から出力される信号によって作動が制御される。
【００２０】
制御装置３が、開閉弁１２の開弁時間を調整することによって、熱交換器１３へ流入する燃料流量が調整される。従って、開閉弁１２は、燃料流量調整部を提供する。燃料流量調整部として、弁開度を調整することによって燃料流量を調整する流量調整弁を採用してもよい。また、開閉弁１２は、高圧タンク１１の出口に一体的に設けられてもよい。また、開閉弁１２は、熱交換器１３の入口に一体的に設けられてもよい。
【００２１】
熱交換器１３は、高圧タンク１１から供給される燃料を、熱媒体と熱交換させることによって加熱して気化させる気化用熱交換器である。熱交換器１３は、一体的に構成された第１気化部１４と第２気化部１５と有する。
【００２２】
第１気化部１４は、高圧タンク１１から供給された液相状態の燃料、すなわち液体燃料を気化させる。第１気化部１４は、液体燃料と、比較的低温の第１熱媒体とを熱交換させる。第１熱媒体は、空調装置２の第１熱源装置２０を循環する循環水である。循環水の温度は、第１気化部１４における燃料の温度より高い。循環水の温度は、空調装置２において空調用の空気を冷却できる程度に低い。
【００２３】
第２気化部１５は、第１気化部１４から流出した液体燃料あるいは気液二相状態の燃料、すなわち二相燃料を気化させる。第２気化部１５は、液体燃料あるいは二相燃料と、比較的高温の第２熱媒体とを熱交換させる。第２熱媒体は、第２熱源装置４０を循環するエンジンＥＧの冷却水である。冷却水は、第２気化部１５における燃料の温度より高い。冷却水の温度は、空調装置２において空調用の空気を加熱できる程度に高い。冷却水の温度は、循環水の温度より高いか、または同じである。エンジンＥＧが定常運転されているとき、冷却水の温度は、循環水の温度より高い。
【００２４】
熱交換器１３の下流には、バッファタンク１６が設けられている。バッファタンク１６は、気相状態の燃料、すなわち気体燃料を蓄える。バッファタンク１６の下流において気体燃料の流れは、２つの流れに分岐されている。
【００２５】
エンジンＥＧは、種々の燃焼機関によって提供することができる。例えば、エンジンＥＧは、レシプロ型の内燃機関によって提供される。エンジンＥＧは、熱交換器１３からバッファタンク１６を介して供給される気体燃料を燃焼させる。この燃焼によって、エンジンＥＧは、走行用の動力となる機械的エネルギを出力する。エンジンＥＧは、多気筒、例えば、４気筒のエンジンである。エンジンＥＧは、エネルギ出力部を提供する。
【００２６】
分岐部分の下流の一方には、インジェクタ１７が設けられている。分岐された一方の気体燃料は、インジェクタ１７に供給される。インジェクタ１７は、気体燃料をエンジンＥＧの燃焼室内へ噴射供給する。インジェクタ１７は、エンジンＥＧに燃料を直接的に供給する燃料供給器を提供する。
【００２７】
インジェクタ１７は、エンジンＥＧのシリンダヘッドに固定されている。インジェクタ１７は、エンジンＥＧの吸気ポート内に向けて気体燃料を噴射する。これにより、気体燃料と燃焼用の吸入空気（ＩＮ）とが混合された混合気が燃焼室内へ供給される。
【００２８】
インジェクタ１７は、吸気経路内に燃料を供給する燃料供給通路を開閉する電磁弁によって構成されている。この電磁弁は、制御装置３から出力される信号によってその作動が制御される。制御装置３は、電磁弁を開く開弁時間を調整することによって、燃焼室内へ供給される燃料の供給流量を調整する。燃料供給システム１は、エンジンＥＧの気筒数に対応する複数のインジェクタ１７を備える。
【００２９】
分岐部分の下流の他方には改質器（ＲＦＭＲ）１８が設けられている。分岐された他方の気体燃料は、改質器１８に供給される。改質器１８には、大気から空気（ＡＩＲ）が供給される。改質器１８は、気体燃料を改質して水素ガスＨ２を発生する。改質器１８は、気体燃料を触媒下で改質可能温度まで加熱して改質反応させることによって、水素ガスを発生させる。改質器１８は、アンモニアを所定温度に加熱して、触媒下にて改質反応をさせることにより、水素ガスを発生させる。
【００３０】
改質器１８にて発生した水素ガスは、補助燃料として吸気に混合されることによってエンジンＥＧの吸気ポートより燃焼室へ供給される。エンジンＥＧにて燃焼された排気ガスは、エンジンＥＧの排気ポートから排気される。
【００３１】
車両には、空調装置２が搭載されている。空調装置２は、第１熱源装置２０に配置された冷却器２１、蒸気圧縮式の冷凍サイクル３０の蒸発器３４、およびヒータ５０を備える。空調装置２は、冷却器２１、蒸発器３４およびヒータ５０を収容するケーシング２３を備える。
【００３２】
ケーシング２３は、車室内前部のインストルメントパネルの内側に配置されている。ケーシング２３は、車室内に向けて送風される空調用の空気のための空気通路を形成する。ケーシング２３の空気流れ上流には、空調用の空気を車室内へ向けて送風する送風機２４が配置されている。送風機２４は、制御装置３から出力される信号によって回転数、すなわち送風量が制御される電動送風機である。送風機２４の空気流れ下流側には、冷却器２１が配置されている。冷却器２１の下流には、蒸発器３４が配置されている。蒸発器３４の下流には、ヒータ５０が配置されている。冷却器２１と蒸発器３４とは、空気流れ方向に関して逆の順序に配置されてもよい。ケーシング２３の空気流れ最下流部には、空調空気を、空調対象空間である車室内へ吹き出す吹出口が配置されている。
【００３３】
第１熱源装置２０は、循環水を循環させる循環回路を提供する。循環水は、水またはエチレングリコール水溶液によって提供される。第１熱源装置２０は、第１気化部１４の第１熱媒体通路１４ｂ、冷却器２１、および循環水のためのポンプ２２を備える。これらの部品は、環状の通路上に配置されている。ポンプ２２は、循環水、すなわち第１熱媒体を循環させる循環部を提供する。
【００３４】
ポンプ２２は、第１熱媒体通路１４ｂへ循環水を圧送する電動式のポンプである。ポンプ２２は、制御装置３から出力される信号によって回転数、すなわち流量が制御される。制御装置３がポンプ２２を作動させると、循環水は、ポンプ２２から、第１熱媒体通路１４ｂを経由して、冷却器２１に流れ、再びポンプ２２に戻る。
【００３５】
これにより、第１気化部１４の第１燃料通路１４ａを流通する液体燃料が、第１熱媒体通路１４ｂを流通する循環水によって加熱されて気化する。一方、循環水は、第１熱媒体通路１４ｂにて第１燃料通路１４ａを流通する燃料の気化潜熱によって冷却されて、冷却器２１へ流入する。冷却器２１では、燃料の気化潜熱によって冷却された循環水と送風機２４によって送風された空気とが熱交換して、空気が冷却される。この結果、循環水を介して、燃料の気化潜熱によって空気を間接的に冷却することができる。従って、冷却器２１は、空調用の空気を冷却する冷却用熱交換器を提供する。空調用の空気は、熱交換対象物の一例である。熱交換対象物として、水、他の熱伝達媒体などを採用してもよい。
【００３６】
送風機２４から送風される空気の温度は、車室の外の気温、または車室内の気温となる。従って、ポンプ２２から第１熱媒体通路１４ｂへ圧送される循環水の第１温度Ｔ１は、外気温あるいは内気温に近い温度、すなわち常温と呼べる温度になる。第１温度Ｔ１は、多くの場合、例えば、２０°Ｃから４０°Ｃの範囲内となる。
【００３７】
蒸発器３４は、冷凍サイクル３０において低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。蒸発器３４は、冷却器２１にて冷却された空気をさらに冷却する。冷凍サイクル３０は、冷媒圧縮機３１、放熱器３２、膨張器３３、および蒸発器３４を備える。これらの冷凍サイクル部品３１−３４は、環状の冷媒通路上に配置されている。冷媒圧縮機３１は、冷媒を圧縮して吐出する。放熱器３２は、冷媒圧縮機３１から吐出された冷媒を外気と熱交換させて放熱させる。膨張器３３は、放熱器３２から流出した冷媒を減圧膨張させる。
【００３８】
ヒータ５０は、冷却器２１および蒸発器３４を通過して冷却された空気を加熱する空気加熱部である。ヒータ５０は、電力を供給されることによって発熱する電気ヒータによって提供することができる。ヒータ５０の加熱能力は、制御装置３から出力される信号によって制御される。ヒータ５０として、高温流体と空気とを熱交換させて空気を加熱する加熱用熱交換器を採用してもよい。このような高温流体としては、例えば、第２熱源装置４０を循環するエンジン冷却水、またはヒートポンプサイクルの高温高圧冷媒等を採用することができる。
【００３９】
第２熱源装置４０は、エンジンＥＧの冷却水を循環させる循環回路を提供する。冷却水は、例えば、水またはエチレングリコール水溶液によって提供される。第２熱源装置４０は、第２気化部１５の第２熱媒体通路１５ｂ、エンジンＥＧ内に形成された冷却用通路４２、およびポンプ４３を備える。これらの部品は、環状の通路上に配置されている。ポンプ４３は、冷却水、すなわち第２熱媒体を循環させる循環部を提供する。
【００４０】
ポンプ４３は、第２熱媒体通路１５ｂへ冷却水を圧送する電動式のポンプである。ポンプ４３は、制御装置３から出力される信号によって回転数、すなわち流量が制御される。制御装置３が、ポンプ４３を作動させると、冷却水は、ポンプ４３から、冷却用通路４２を経由して、第２熱媒体通路１５ｂに流れ、再びポンプ４３に戻る。
【００４１】
これにより、第２燃料通路１５ａを流通する液体燃料あるいは二相燃料が、第２熱媒体通路１５ｂを流通する冷却水によって加熱されて気化される。一方、冷却水は、第２熱媒体通路１５ｂにて、第２燃料通路１５ａを流通する燃料の気化潜熱によって冷却されて、冷却用通路４２へ流入する。冷却用通路４２では、冷却水がエンジンＥＧの廃熱を吸熱して、エンジンＥＧが冷却される。
【００４２】
制御装置３は、エンジンＥＧの温度が８０°Ｃから１００°Ｃの範囲内になるように、ポンプ４３の流量を調整する。これにより、エンジンＥＧのオーバーヒートの抑制およびエンジンＥＧの潤滑用オイルの粘度増加に起因するフリクションロスの増加の抑制が図られる。従って、ポンプ４３から供給される冷却水の温度、すなわち第２温度Ｔ２は、８０°Ｃから１００°Ｃの範囲内の比較的高い温度となる。
【００４３】
エンジンＥＧの多くの運転状態において、第２温度Ｔ２は、第１温度Ｔ１よりも高くなる。エンジンＥＧの廃熱が多く、第２気化部１５にて冷却水を充分に冷却することができない場合は、第２熱源装置４０に、外気と熱媒体とを熱交換させるラジエータを追加してもよい。
【００４４】
図２、および図３において、熱交換器１３は、燃料のための通路と、循環水のための通路と、冷却水のための通路とを提供する。熱交換器１３は、燃料と循環水との間の熱交換と、燃料と冷却水との間の熱交換とを提供する。燃料は、循環水と熱交換した後に、冷却水と熱交換する。
【００４５】
図２において、熱交換器１３は、複数のプレート部材を積層して構成された積層型プレート熱交換器である。図中には、熱交換器１３の一部が分解して図示されている。複数のプレート部材は、略長方形状の金属板材にプレス加工を施すことによって形成されている。複数のプレート部材の間には、燃料の通路のための隙間、循環水の通路のための隙間、および冷却水の通路のための隙間が形成されている。熱交換器１３は、複数の伝熱プレート１３ａ、１３ｂと、仕切のための区画プレート１３ｃと、両端を提供するエンドプレート１３ｄ、１３ｅを備える。
【００４６】
熱交換器１３では、第１伝熱プレート１３ａと第２伝熱プレート１３ｂとを介して、燃料と循環水との間の熱交換、および燃料と冷却水との間の熱交換が提供される。伝熱プレート１３ａ、１３ｂは、燃料を流すための燃料通路１４ａ、１５ａと、燃料を加熱する熱媒体を流すための熱媒体通路１４ｂ、１５ｂとを区画する通路部材を提供する。燃料と循環水とが熱交換する熱交換領域と、燃料と冷却水とが熱交換する熱交換領域との間が、区画プレート１３ｃによって区画されている。よって、熱交換器１３は、第１気化部１４および第２気化部１５に分割されている。
【００４７】
第１気化部１４では、複数の伝熱プレート１３ａ、１３ｂが交互に積層されている。複数の第１伝熱プレート１３ａと第２伝熱プレート１３ｂとの間に、燃料を流通させる第１燃料通路１４ａ、および循環水を流通させる第１熱媒体通路１４ｂが積層方向に関して交互に形成されている。
【００４８】
さらに、第１熱媒体通路１４ｂの内部には、伝熱プレート１３ａ、１３ｂと循環水との間の熱交換を促進するためのインナーフィン１４ｆｗが配置されている。インナーフィン１４ｆｗは、薄板状金属を、波状に折り曲げて形成したものである。インナーフィン１４ｆｗは、通路１４ｂを流通する流体の流れ方向から見たときに波状となるように折り曲げられ、配置されている。第１燃料通路１４ａには、インナーフィンは配置されていない。
【００４９】
伝熱プレート１３ａ、１３ｂの長辺方向の両端部には、それぞれ２個、合計４個のタンク形成部が設けられている。タンク形成部は、積層方向に打ち出し成形されている。タンク形成部は、その中央部に貫通穴を有している。タンク形成部は、伝熱プレート１３ａ、１３ｂが積層された際に、燃料および循環水を分配あるいは集合させる４つのタンク部を形成する。伝熱プレート１３ａ、１３ｂの両端に位置する２つのタンク部が第１燃料通路１４ａに連通する。残りの２つのタンク部が第１熱媒体通路１４ｂに連通する。
【００５０】
第１気化部１４の積層方向一端側には、第１エンドプレート１３ｄが配置されている。第１エンドプレート１３ｄには、燃料を第１気化部１４へ流入させる燃料入口１３１が形成されている。第１エンドプレート１３ｄには、循環水を第１気化部１４へ流入させる第１熱媒体入口１３２が形成されている。第１エンドプレート１３ｄには、循環水を第１気化部１４から流出させる第１熱媒体出口１３３が形成されている。
【００５１】
図３に示すように、第１気化部１４では、燃料は、燃料入口１３１から流入し、実線矢印に示すように流れる。循環水は、第１熱媒体入口１３２から流入し、破線矢印に示すように流れた後に、第１熱媒体出口１３３から流出する。
【００５２】
図２に戻り、第１気化部１４の積層方向の他端側には、区画プレート１３ｃが配置されている。この区画プレート１３ｃは、第１気化部１４と第２気化部１５との間の熱移動を抑制する断熱部としての機能を果たす。具体的には、区画プレート１３ｃは、２枚の板状部材を貼り合わせて中空状に形成したものである。区画プレート１３ｃの内部空間には空気が封入されている。区画プレート１３ｃの内部空間は、断熱性能を高めるために真空としてもよい。
【００５３】
区画プレート１３ｃには、その表裏を貫通する貫通穴１３４が形成されている。貫通穴１３４は、第１気化部１４から流出した液体燃料あるいは二相燃料を第２気化部１５へ流入させる燃料通路として機能する。
【００５４】
第２気化部１５の基本的構成は、第１気化部１４と同様である。第２気化部１５でも、複数の伝熱プレート１３ａ、１３ｂが積層されている。複数の第１伝熱プレート１３ａと第２伝熱プレート１３ｂとの間に、第２燃料通路１５ａおよび第２熱媒体通路１５ｂが積層方向に交互に形成されている。第２燃料通路１５ａには、第１気化部１４から流出した液体燃料あるいは二相燃料が流通する。第２熱媒体通路１５ｂには、冷却水が流通する。
【００５５】
第２燃料通路１５ａおよび第２熱媒体通路１５ｂの両方の内部には、インナーフィン１５ｆｆが配置されている。インナーフィン１５ｆｆは、燃料と伝熱プレート１３ａ、１３ｂとの間の熱伝達を促進する。また、インナーフィン１５ｆｆは、冷却水と伝熱プレート１３ａ、１３ｂとの間の熱伝達を促進する。この結果、第２気化部１５においては、インナーフィン１５ｆｆによって燃料と冷却水との間の熱伝達が促進される。
【００５６】
第２気化部１５の積層方向の他端、すなわち区画プレート１３ｃの反対側には、第２エンドプレート１３ｅが配置されている。第２エンドプレート１３ｅには、気体燃料を第２気化部１５から流出させる燃料出口１３５が形成されている。第２エンドプレート１３ｅには、冷却水を第２気化部１５へ流入させる第２熱媒体入口１３６が形成されている。第２エンドプレート１３ｅには、冷却水を第２気化部１５から流出させる第２熱媒体出口１３７が形成されている。
【００５７】
図３に示すように、第２気化部１５では、燃料は、区画プレート１３ｃの貫通穴１３４から、実線矢印に示すように流れて、燃料出口１３５から流出する。冷却水は、第２熱媒体入口１３６から流入し、一点破線矢印に示すように流れて、第２熱媒体出口１３７から流出する。
【００５８】
熱交換器１３の構成部材１３ａ−１３ｅ、１４ｆｗ、１５ｆｆは、燃料に対して耐食性に優れる金属、例えば、ステンレス合金で形成されている。第１気化部１４の体積と、第２気化部１５の体積との比率は、およそ１：２である。
【００５９】
制御装置３は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納している。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクによって提供されうる。プログラムは、制御装置３によって実行されることによって、制御装置３をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置３を機能させる。制御装置３が提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。
【００６０】
制御装置３の出力側には、複数の機器１２、１７、２２、２４、４３が接続されている。制御装置３はこれらの制御対象となる機器の作動を制御する。制御装置３の入力側には、エンジンＥＧの作動を制御するために用いられる物理量を検出するエンジン制御用のセンサ群、空調装置２の作動を制御するために用いられる物理量を検出する空調制御用のセンサ群が接続されている。
【００６１】
エンジン制御用のセンサ群は、例えば、以下に列挙するセンサの少なくともひとつを備えることができる：（１）アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、（２）エンジンＥＧの回転数を検出する回転数センサ、（３）インジェクタ１７へ流入する燃料圧力を検出する燃圧センサ、（４）エンジンＥＧの吸気経路に配置されて吸気流量を調整するスロットルバルブの弁開度を検出するスロットルポジションセンサ、（５）エンジンＥＧの冷却用通路４２から流出した冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ。
【００６２】
また、空調制御用のセンサ群は、例えば、以下に列挙するセンサの少なくともひとつを備えることができる：（１）車室内温度を検出する内気温センサ、（２）車室外気温を検出する外気温センサ、（３）車室内の日射量を検出する日射センサ、（４）冷却器２１から吹き出される空気の温度を検出する冷風温度センサ、（５）蒸発器３４における冷媒蒸発温度に相関を有する温度、例えば蒸発器３４の温度を検出する蒸発器温度センサ、（６）ヒータ５０にて加熱された空気の温度を検出する温度センサ。
【００６３】
さらに、制御装置３の入力側には、車両を起動あるいは停止させるスタートスイッチ、およびエンジンＥＧを始動させるイグニションスイッチ等のエンジン操作用のスイッチ群を接続することができる。また、制御装置３の入力側には、空調装置２の作動スイッチ、空調装置２の自動制御を設定あるいは解除するオートスイッチ、車室内の目標温度を設定する目標温度設定部としての車室内温度設定スイッチ等の空調操作用のスイッチ群を接続することができる。
【００６４】
制御装置３は、エンジン制御および空調制御の双方を実行するように構成されている。これに代えて、主にエンジン制御を実行うるエンジン制御用の制御装置と、主に空調制御を実行する空調制御用の制御装置とによって制御装置３を構築してもよい。
【００６５】
制御装置３は、複数の制御部を提供する。それぞれの制御部は、制御対象となる機器を制御するための構成要素、すなわちハードウェアおよびソフトウェアによって提供される。例えば、ポンプ２２を制御する部分が第１熱媒体流量制御部を構成する。また、ポンプ４３を制御する部分が第２熱媒体流量制御部を構成している。
【００６６】
燃料供給システム１の作動を説明する。イグニションスイッチが投入されてエンジンＥＧが始動すると、制御装置３は記憶媒体に記憶されたエンジン制御プログラムを実行する。エンジン制御プログラムでは、エンジンの運転状態に応じて、インジェクタ１７からエンジンＥＧへ供給される燃料の供給流量等を決定して、インジェクタ１７等の作動を制御する。
【００６７】
エンジン制御プログラムが実行されると、制御装置３は、所定の制御周期毎にエンジン制御用のセンサ群の各種検出値を読み込む。制御装置３は、検出値に基づいて、ポンプ４３の能力、インジェクタ１７の開弁時間、開閉弁１２の開弁時間等を決定する。制御装置３は、例えば、冷却水温度センサの検出温度が８０°Ｃから１００°Ｃの範囲内となるようにポンプ４３の能力を決定する。
【００６８】
制御装置３は、例えば、エンジン回転数、アクセル開度信号、スロットルバルブの弁開度等の検出値に基づいて、インジェクタ１７の開弁時間を決定する。例えば、エンジンＥＧに要求されている駆動トルクを発生させるようにインジェクタ１７の開弁時間を決定する。具体的には、制御装置３は、エンジン回転数、アクセル開度信号、スロットルバルブの弁開度等の検出値に基づいて、予め記憶装置に記憶されている制御マップを参照して、エンジンＥＧに要求されている駆動トルクを発生させるために必要な目標燃料供給流量を決定する。制御装置３は、目標燃料供給流量、エンジン回転数、インジェクタ１７入口側の燃料圧力等に基づいて、予め記憶装置に記憶されている制御マップを参照して、インジェクタ１７から燃焼室へ供給される供給流量が、目標燃料供給流量となるインジェクタ１７の開弁時間を決定する。
【００６９】
エンジンＥＧには、熱交換器１３にて気化された燃料が供給される。さらに、熱交換器１３にて気化された燃料は、エンジンＥＧのみならず改質器１８にも供給される。したがって、熱交換器１３にて気化される燃料の質量流量は、インジェクタ１７から燃焼室へ供給される燃料の質量流量より多くなっている必要がある。
【００７０】
制御装置３では、インジェクタ１７の開弁時間と同様に、目標燃料供給流量、高圧タンク１１から流出する燃料の圧力等に基づいて、予め記憶回路に記憶されている制御マップを参照して、熱交換器１３へ供給される燃料流量が、目標燃料供給流量よりも所定量多くなるように、開閉弁１２の開弁時間を決定する。制御装置３は、決定された制御状態となるように、出力回路あるいは駆動回路から複数の機器４３、１７、１２に対して制御信号を出力する。
【００７１】
その後、制御装置３は、イグニッションスイッチによって車両の停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の制御ルーチンを繰り返す。
【００７２】
制御装置３は、エンジンＥＧの始動に応答して、改質器１８に設けられた改質用加熱部としての電気ヒータに通電する。この結果、燃料は改質可能な温度に加熱される。これにより、エンジンＥＧの燃焼室に水素ガスを補助燃料として供給することができる。
【００７３】
エンジンＥＧの運転中に、空調装置２の作動スイッチが投入され、かつオートスイッチが投入されると、制御装置３は、空調制御プログラムを実行する。制御装置３は、空調制御プログラムの実行中に、空調負荷に応じて、空調用の機器の制御状態を決定し、決定された制御状態となるように、機器の作動を制御する。例えば、空調制御プログラムが実行されると、制御装置３は、予め定めた基準回転数となるように、ポンプ２２を作動させる。さらに、制御装置３は、車室内温度、車室外気温、日射量等に基づいて、各吹出口から車室内に吹き出される空気の目標吹出温度ＴＡＯを決定する。
【００７４】
制御装置３は、目標吹出温度ＴＡＯおよび空調制御用のセンサ群の検出信号に基づいて、制御対象機器の作動を制御する。制御装置３は、例えば、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め記憶装置に記憶されている制御マップを参照して、送風機２４の風量を決定する。制御装置３は、例えば、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて、予め記憶装置に記憶されている制御マップを参照して、目標冷媒蒸発温度ＴＥＯを決定し、フィードバック制御手法を用いて目標冷媒蒸発温度ＴＥＯと蒸発器温度センサによって検出された検出値との偏差が縮小するように冷媒圧縮機３１の能力を決定する。制御装置３は、例えば、ヒータ５０に加熱された空気の温度と車室内温度設定スイッチによって設定された目標温度との偏差に基づいて、フィードバック制御手法を用いてヒータ５０から吹き出される空気の温度が目標温度に近づくようにヒータ５０に出力される制御電圧を決定する。
【００７５】
制御装置３は、出力回路あるいは駆動回路から上記の如く決定された制御信号を制御対象機器に対して出力する。その後、空調装置２の作動停止が要求されるまで、所定の制御周期毎に、上述の制御ルーチンを繰り返す。
【００７６】
図４は、燃料の状態変化を示す。縦軸は圧力Ｐ、横軸は比エンタルピｈを示す。図中には、燃料の飽和蒸気圧線が図示されている。図示されるように、熱交換器１３では、第１気化部１４および第２気化部１５にて、エンジンＥＧに要求出力を出力させるために充分な量の燃料が気化される。高圧タンク１１から供給された液体燃料は、図中のＦａで示される液状態にある。燃料は、開閉弁１２を通過する際の圧力損失によって減圧され、図中のＦｂで示される気液混合状態、すなわち二相状態に移行する。燃料は、二相状態で第１気化部１４の第１燃料通路１４ａへ流入する。
【００７７】
第１燃料通路１４ａへ流入した二相状態の燃料は、第１熱媒体通路１４ｂへ流入した第１温度Ｔ１の循環水と熱交換する。この結果、燃料のエンタルピは増加する。第１気化部１４によって、燃料は、Ｆｃで示される状態に移行する。この状態では、燃料は依然として二相状態である。第１気化部１４では、循環水が冷却される。また、第１気化部１４では、燃料の一部が気化する。二相状態の燃料は、第２気化部１５の第２燃料通路１５ａへ流入する。
【００７８】
第２燃料通路１５ａへ流入した二相状態の燃料は、第２熱媒体通路１５ｂへ流入した第２温度Ｔ２の冷却水と熱交換する。この結果、燃料のエンタルピは、さらに増加する。第２気化部１５によって、燃料は、Ｆｄで示される状態に移行する。すなわち、第２気化部１５によって燃料は完全に気化する。第２気化部１５では、冷却水が冷却される。第２気化部１５では、二相状態の燃料がさらに気化し、気体燃料となって熱交換器１３から流出する。
【００７９】
熱交換器１３では、冷却水の第２温度Ｔ２が循環水の第１温度Ｔ１よりも高い。このため、第２気化部１５における燃料の平均的なエンタルピは、第１気化部１４における燃料の平均的なエンタルピよりも高い。換言すると、第２気化部１５の所定の部位における燃料のエンタルピは、第１気化部１４の対応する部位における燃料のエンタルピよりも高い。
【００８０】
第２気化部１５の燃料入口における燃料のエンタルピは、第１気化部１４の燃料入口における燃料のエンタルピよりも高い。第２気化部１５の燃料出口における燃料のエンタルピは、第１気化部１４の燃料出口における燃料のエンタルピよりも高い。
【００８１】
空調装置２の作動時であっても、開閉弁１２の開弁時間は、熱交換器１３へ流入させる燃料の流量が、目標燃料供給流量よりも多くなるように決定されている。よって、熱交換器１３では、要求されている駆動トルクを発生させるために充分な量の燃料を気化させることができる。
【００８２】
空調装置２では、送風機２４から送風された空気が、冷却器２１および蒸発器３４にて冷却される。冷却された空気は、ヒータ５０によって乗員の所望の温度に温度調整されて、吹出口を介して車室内へ吹き出される。この結果、冷房、または暖房が提供される。
【００８３】
この実施形態の燃料供給システム１によると、以下のような優れた作用効果が得られる。燃料供給システム１は、第１気化部１４から流出した燃料を第２気化部１５にて気化させる熱交換器１３を備えている。さらに、第２気化部１５における燃料のエンタルピは、第１気化部１４における燃料のエンタルピよりも高い。よって、第１気化部１４における燃料の気化よりも、第２気化部１５における燃料の気化を促進できる。この構成では、空調装置２を作動させない場合、または空調装置２の作動時であっても冷却器２１に要求される冷却負荷が小さい場合に、第１気化部１４にて気化させることのできる燃料量が減少する。このような場合でも、第１気化部１４にて気化させることのできなかった燃料を第２気化部１５にて気化させることができる。
【００８４】
従って、第１気化部１４にて気化させることのできる燃料量に依存することなく、第２気化部１５にて充分な量の燃料を気化させることができる。すなわち、冷却器２１に要求される冷却負荷に依存することなく、エネルギ出力部へ充分な量の燃料を供給することができる。
【００８５】
また、熱交換器１３では、第２熱媒体通路１５ｂへ流入させる冷却水の第２温度Ｔ２を、第１気化部１４の第１熱媒体通路１４ｂへ流入させる循環水の第１温度Ｔ１よりも高くしている。よって、容易に、第２気化部１５における燃料のエンタルピを、第１気化部１４における燃料のエンタルピよりも高くすることができる。
【００８６】
また、熱交換器１３では、第１気化部１４を構成する第１熱交換領域および第２気化部１５を構成する第２熱交換領域を断熱性を有する区画プレート１３ｃによって区画しているので、燃料のエンタルピの差を効率的に確保することができる。
【００８７】
また、燃料供給システム１では、バッファタンク１６を備えているので、エンジンＥＧの要求出力が急増した場合であっても、バッファタンク１６に蓄えられた気体燃料をエンジンＥＧへ供給できる。従って、より一層確実に、エンジンＥＧへ充分な量の燃料を供給することができる。
【００８８】
さらに、第１気化部１４では、第１熱源装置２０を循環する循環水を介して、間接的に熱交換対象物である空気を冷却している。よって、第１気化部１４を空調装置２のケーシング２３の外部に配置することができる。
【００８９】
図５において、熱交換器１３における通路のモデルが図示されている。さらに、図中には、第１燃料通路１４ａおよび第２燃料通路１５ａ内における燃料の状態を示すモデルが図示されている。第１燃料通路１４ａにはインナーフィンが設けられていない。これに対して、第２燃料通路１５ａには、インナーフィン１５ｆｆが設けられている。
【００９０】
インナーフィン１５ｆｆは、第２燃料通路１５ａ内における燃料の通路の断面積を減らす。伝熱プレート１３ａ、１３ｂは、第１燃料通路１４ａおよび第２燃料通路１５ａにおいて同じ断面積の通路を区画する。しかし、第２燃料通路１５ａにだけインナーフィン１５ｆｆが設けられる。このため、第２燃料通路１５ａにおける燃料の流れ方向に関する通路の断面積は、第１燃料通路１４ａにおける燃料の流れ方向に関する通路の断面積より小さい。
【００９１】
燃料は、第１燃料通路１４ａの入口においては、多くの液体成分を含んでいる。このため、第１燃料通と１４ａの上流部では、燃料はバブル流、またはスラグ流の状態にある。このとき、第１燃料通路１４ａの内面には、液体成分が付着している。液体成分の燃料の中には、多数の気泡が混じっている。この上流部では、燃料は、循環水によって加熱され、気泡を生じながら気化する。気泡は、第１燃料通路１４ａの内面に付着した液体成分の膜の中に生じる。気体成分が増加すると、第１燃料通路１４ａの中央部に気体成分が多く流れる。
【００９２】
液体成分の膜内に生じた気泡は、第１燃料通路１４ａの内壁から液体成分への熱伝達を妨げる。特に、第１燃料通路１４ａと液体成分との接触面において大量の気泡が発生すると、燃料全体へ伝達される熱量が減る。よって、過剰な気泡の発生を抑制しながら、徐々に燃料を加熱することが望ましい。よって、第１燃料通路１４ａの上流部においては、過剰に熱伝達率を向上する手段を設けることは望ましくない。
【００９３】
第１燃料通路１４ａの中流部では、第１燃料通路１４ａの中央部に液体成分の粒が流れる霧状態が生じる。この中流部でも、第１燃料通路１４ａの内面に液体成分が膜状に付着する。この中流部でも、燃料は、循環水によって加熱され、気泡を生じながら気化する。燃料の気化が進行するにつれて、第１燃料通路１４ａの内面に付着する燃料の膜厚は薄くなってゆく。
【００９４】
第１燃料通路１４ａの下流部では、液体成分の膜はほとんど消滅する。この下流部では、燃料は、液体成分の粒が流れる霧状態となっている。第１燃料通路１４ａと第２燃料通路１５ａとの境界付近では、液体成分の膜はほとんど消滅している。
【００９５】
第２燃料通路１５ａの内部では、燃料は、液体成分の粒が流れる霧状態となっている。液体成分は、第２燃料通路１５ａの内面に部分的に付着することがある。しかし、第２燃料通路１５ａの内面上では、液体成分はすぐに気化する。一方、気体成分の中に漂う液体成分は、気体成分によって熱伝達が阻害されている。よって、液体成分の粒は気化しにくい。
【００９６】
この実施形態では、第１燃料通路１４ａの内部においては、内面に液体成分が環状に付着した環状流（ＡＮＦ）が生じる。ここでは、バブル流、スラグ流、および環状噴霧流も含めて環状流と呼ぶ。熱交換器１３内の燃料通路の上流部である燃料通路１４ａは、燃料の液体成分が通路の内面に付着しながら流れる環状流を生じる環状流領域である。この環状流の領域では、壁面と燃料の液体成分との間において高い熱伝達が得られる。このため、循環水から燃料へ効率的に熱伝達が図られる。
【００９７】
第２燃料通路１５ａの内部においては、粒状の液体成分が流れる霧状流（ＭＳＦ）または噴霧流が生じる。熱交換器１３内の燃料通路の下流部である燃料通路１５ａは、燃料の液体成分の粒が燃料の気体成分の中に漂いながら流れる霧状流を生じる霧状流領域である。この霧状流の領域では、壁面と燃料との間において高い熱伝達が得られない。
【００９８】
エンジンＥＧの運転状態に応じて燃料の流量は変化する。よって、環状流の領域と霧状流の領域との境界は、燃料の流量、第１温度Ｔ１、および第２温度Ｔ２などの運転条件に応じて変動する。しかし、多くの運転領域において、第１気化部１４には環状流が生じ、第２気化部１５では霧状流が生じる。また、環状流は、少なくとも第１燃料通路１４ａの上流部では、いつでも生じている。また、霧状流は、第２燃料通路１５ａのいずれかの部位において生じている。
【００９９】
第２燃料通路１５ａには、インナーフィン１５ｆｆが設けられている。インナーフィン１５ｆｆは、燃料通路の下流部１５ａにおける燃料の流れ方向に関する断面積を燃料通路の上流部１４ａにおける燃料の流れ方向に関する断面積より小さく調節する通路調節部材を提供する。インナーフィン１５ｆｆは、燃料通路の上流部１４ａに設けられることなく、燃料通路の下流部１５ａに設けられ、通路部材１３ａ、１３ｂから燃料へ伝達される熱を増加させる熱伝達向上手段でもある。
【０１００】
第２燃料通路１５ａの断面積は、第１燃料通路１４ａの断面積より小さい。断面積の減少により、燃料の流速が増加する。よって、下流部における燃料の流速は、上流部における燃料の流速より速くなる。燃料の流速が増加すると、壁面と燃料との間における熱伝達が促進される。このため、霧状流となった燃料に冷却水の熱を効率的に伝達することができる。すなわち、下流部の燃料へ伝達される熱が増加する。この結果、燃料の気化を促進することができる。
【０１０１】
この構成によると、第１燃料通路１４ａにおいては、熱交換器１３の中で最も大きい通路断面積が提供される。このため、液体成分が多い第１燃料通路１４ａにおける圧力損失の増加が回避される。言い換えると、液体成分が多く流れる通路において大きい断面積が提供されるから、圧力損失の増加を抑制することができる。よって、熱交換器１３の全体においても、圧力損失の増加が抑制される。
【０１０２】
第２燃料通路１５ａにおいては、インナーフィン１５ｆｆによって内部の表面積が拡大される。よって、霧状流となった燃料に冷却水の熱を効率的に伝達することができる。この結果、燃料の気化を促進することができる。
【０１０３】
環状流の領域においては、燃料と第１熱媒体との間に、温度差ＤＴａｎｆが得られる。霧状流の領域においては、燃料と第２熱媒体との間に、温度差ＤＴｍｓｆが得られる。しかも、第２熱媒体の第２温度Ｔ２は、第１熱媒体の第１温度Ｔ１より高い。よって、温度差ＤＴｍｓｆは、温度差ＤＴａｎｆより大きい。この結果、霧状流の領域において燃料に与えられる熱を増加させることができる。この結果、燃料の気化を促進することができる。
【０１０４】
第１熱源装置２０と第２熱源装置４０とは、燃料通路の下流部１５ａにおける熱媒体の温度が燃料通路の上流部１４ａにおける熱媒体の温度より高くなるように熱媒体を供給する熱媒体供給装置を提供する。下流部１５ａにだけ設けられた第２熱源装置４０は、熱伝達向上手段でもある。
【０１０５】
第１気化部１４においては、燃料の流れ方向と循環水の流れ方向とが互いに対向する。このため、第１燃料通路１４ａの下流部における燃料と循環水との間の温度差を、第１燃料通路１４ａの上流部における燃料と循環水との間の温度差より大きくすることができる。このため、気体成分の燃料が多い領域においても、循環水から燃料へ熱が効率的に伝達される。
【０１０６】
第２気化部１５においては、燃料の流れ方向と冷却水の流れ方向とが互いに対向する。このため、第２燃料通路１５ａの下流部における燃料と冷却水との間の温度差を、第２燃料通路１５ａの上流部における燃料と冷却水との間の温度差より大きくすることができる。このため、気体成分の燃料が多い領域においても、冷却水から燃料へ熱が効率的に伝達される。
【０１０７】
第１熱源装置２０と第２熱源装置４０とは、燃料通路１４ａ、１５ａにおける燃料の流れ方向と、熱媒体通路１４ｂ、１５ｂにおける熱媒体の流れ方向とが対向流となるように熱媒体を流す熱媒体供給装置を提供する。
【０１０８】
この実施形態によると、気体成分が多くなる下流部１５ａには、熱伝達向上手段１５ｆｆ、４０が設けられる。このため、熱伝達率が低下しやすい気体成分に対して効率的に熱を伝達することができる。この結果、燃料の気化が促進される。しかも、液体成分が多い上流部１４ａにおいては熱伝達向上手段が設けられていない。このため、熱伝達向上手段を設けることに起因する不利益が抑制される。例えば、過剰な気泡の発生による伝達熱量の低下、あるいは圧力損失の増加が抑制される。
【０１０９】
この実施形態によると、霧状流領域に熱伝達向上手段１５ｆｆ、４０が設けられる。このため、霧状の燃料の気化が促進される。しかも、環状流領域には熱伝達向上部が設けられない。このため、環状流の領域において熱伝達を向上することによる不利益が抑制される。
【０１１０】
（第２実施形態）
上記実施形態では、第１燃料通路１４ａにインナーフィンを設けずに、第２燃料通路１５ａにインナーフィン１５ｆｆを設けた。この実施形態では、第１燃料通路１４ａの下流部にインナーフィン２１４ｆｆを設ける。また、第２燃料通路２１５ａの下流部にインナーフィン２１５ｆｆを設ける。
【０１１１】
図６において、熱交換器１３は、燃料通路の上流部にインナーフィンを備えず、下流部にインナーフィン２１４ｆｆ、２１５ｆｆを備える。第１燃料通路１４ａの下流部には、インナーフィン２１４ｆｆが設けられている。第１熱媒体通路１４ｂの上流部にもインナーフィン２１４ｆｗが設けられている。同様に、第２燃料通路２１５ａの下流部にインナーフィン２１５ｆｆが設けられている。第２熱媒体通路１５ｂの上流部にもインナーフィン２１５ｆｗが設けられている。
【０１１２】
第２燃料通路２１５ａにおける燃料の流れ方向に関する通路の断面積は、第１燃料通路１４ａにおける燃料の流れ方向に関する通路の断面積より小さい。このような断面積の差は、伝熱プレート１３ａ、１３ｂの形状の差によって提供することができる。
【０１１３】
第２燃料通路２１５ａは、熱交換器１３の燃料通路の下流部２１５ａにおける燃料の流れ方向に関する断面積を燃料通路の上流部１４ａにおける燃料の流れ方向に関する断面積より小さく調節する通路調節部材を提供する。第２燃料通路２１５ａを区画する部材である伝熱プレート１３ａ、１３ｂは、熱伝達向上手段でもある。
【０１１４】
図７に図示されるように、インナーフィン２１４ｆｆは、第１燃料通路１４ａの下流側の半部を占めるように設けられている。インナーフィン２１５ｆｆも、第２燃料通路１５ａの下流側の半部を占めるように設けられている。
【０１１５】
図８に図示されるように、燃料は、第１燃料通路１４ａの上流部においてスラグ流を生じる。燃料の気化が進行するにつれて、第１燃料通路１４ａの中央部には、霧状の領域が生じる。上流部と中流部では、燃料は環状流となって流れる。第１燃料通路１４ａの下流部では、燃料は霧状流となって流れる。
【０１１６】
第１燃料通路１４ａの下流部にはインナーフィン２１４ｆｆが設けられている。インナーフィン２１４ｆｆは、第１燃料通路１４ａの断面積を減少させる。インナーフィン２１４ｆｆが設けられた範囲で燃料の流速が増加する。このため、燃料への熱伝達が促進される。また、第１熱媒体通路１４ｂの上流部にはインナーフィン２１４ｆｗが設けられるから、循環水から燃料への熱伝達が促進される。
【０１１７】
インナーフィン２１４ｆｆは、第１燃料通路１４ａの下流部における燃料の流れ方向に関する断面積を第１燃料通路１４ａの上流部における燃料の流れ方向に関する断面積より小さく調節する通路調節部材を提供する。インナーフィン２１４ｆｆは、熱伝達向上手段でもある。
【０１１８】
第２燃料通路２１５ａの上流部では、燃料の液体成分が再び内面に付着し、環状流の領域を生じる。環状流の領域は、上流部においてだけ生じる。第２燃料通路２１５ａの中流部と下流部では、燃料は霧状流となる。
【０１１９】
第２燃料通路２１５ａの下流部にはインナーフィン２１５ｆｆが設けられている。インナーフィン２１５ｆｆは、第２燃料通路２１５ａの断面積を減少させる。インナーフィン２１５ｆｆが設けられた範囲で燃料の流速が増加する。このため、燃料への熱伝達が促進される。また、第２熱媒体通路１５ｂの上流部にはインナーフィン２１５ｆｗが設けられるから、循環水から燃料への熱伝達が促進される。
【０１２０】
インナーフィン２１５ｆｆは、第２燃料通路２１５ａの下流部における燃料の流れ方向に関する断面積を第２燃料通路２１５ａの上流部における燃料の流れ方向に関する断面積より小さく調節する通路調節部材を提供する。インナーフィン２１５ｆｆは、熱伝達向上手段でもある。
【０１２１】
燃料は、第１燃料通路１４ａの多くの領域で環状流を生じる。燃料は、第２燃料通路２１５ａの多くの領域で霧状流を生じる。霧状流は、第１燃料通路１４ａより第２燃料通路２１５ａにおいて長い範囲にわたって生じる。第２燃料通路２１５ａの断面積は、第１燃料通路１４ａの断面積より小さい。よって、霧状流が多く生じる第２燃料通路２１５ａにおいて燃料の流速が増加する。この結果、第２燃料通路２１５ａの全体において、燃料への熱伝達が促進される。
【０１２２】
さらに、第１燃料通路１４ａの上流部においては、熱交換器１３の中で最も大きい通路断面積が提供される。このため、液体成分が多い第１燃料通路１４ａの上流部における圧力損失の増加が回避される。よって、熱交換器１３の全体においても、圧力損失の増加が抑制される。また、インナーフィン２１４ｆｆ、２１５ｆｆが設けられていない上流部においては、液膜中における過剰な気泡の発生が抑制されるから、熱伝達の低下が抑制される。
【０１２３】
（第３実施形態）
上記実施形態では、インナーフィンによって通路断面積を調節した。この実施形態では、第１燃料通路３１４ａの下流部に、燃料の通路を絞る凸部３１４ｐｆを設ける。また、第２燃料通路３１５ａの下流部に、燃料の通路を絞る凸部３１５ｐｆを設ける。
【０１２４】
図９は、この実施形態に係る伝熱プレート１３ａの平面図である。図１０は、図９のＸ−Ｘ断面を示す。図示されるように、熱交換器１３は、燃料通路の下流部だけに凸部３１４ｐｆ、３１５ｐｆを備える。第１燃料通路３１４ａの下流部には、凸部３１４ｐｆが設けられている。同様に、第２燃料通路３１５ａの下流部に凸部３１５ｐｆが設けられている。凸部３１４ｐｆ、３１５ｐｆは、伝熱プレート１３ａ、１３ｂの内面から、燃料通路の内部に向けて突出するように形成されている。凸部３１４ｐｆ、３１５ｐｆは、台形である。凸部３１４ｐｆ、３１５ｐｆは、ペデスタルとも呼ばれる。
【０１２５】
凸部３１４ｐｆは、第１燃料通路３１４ａの下流部に、上流部の断面積より小さい断面積をもつ狭窄部分を少なくとも部分的に形成する。凸部３１５ｐｆは、第２燃料通路３１５ａの下流部に、上流部の断面積より小さい断面積をもつ狭窄部分を少なくとも部分的に形成する。
【０１２６】
第２燃料通路３１５ａにおける燃料の流れ方向に関する通路の断面積は、第１燃料通路３１４ａにおける燃料の流れ方向に関する通路の断面積より小さい。このような断面積の差は、伝熱プレート１３ａ、１３ｂの形状の差によって提供することができる。
【０１２７】
図１１に図示されるように、燃料は、第１燃料通路３１４ａの上流部においてスラグ流を生じる。燃料の気化が進行するにつれて、第１燃料通路３１４ａの中央部には、霧状の領域が生じる。上流部と中流部では、燃料は環状流となって流れる。第１燃料通路３１４ａの下流部では、燃料は霧状流となって流れる。
【０１２８】
第１燃料通路３１４ａの下流部には凸部３１４ｐｆが設けられている。凸部３１４ｐｆは、第１燃料通路３１４ａの断面積を減少させる。凸部３１４ｐｆが設けられた範囲で燃料の流速が増加する。このため、燃料への熱伝達が促進される。凸部３１４ｐｆは、第１燃料通路３１４ａの下流部における燃料の流れ方向に関する断面積を第１燃料通路３１４ａの上流部における燃料の流れ方向に関する断面積より小さく調節する通路調節部材を提供する。凸部３１４ｐｆは、熱伝達向上手段でもある。
【０１２９】
第２燃料通路３１５ａの上流部では、燃料の液体成分が再び内面に付着し、環状流の領域を生じる。環状流の領域は、上流部においてだけ生じる。第２燃料通路３１５ａの中流部と下流部では、燃料は霧状流となる。
【０１３０】
第２燃料通路３１５ａの下流部には凸部３１５ｐｆが設けられている。凸部３１５ｐｆは、第２燃料通路３１５ａの断面積を減少させる。凸部３１５ｐｆが設けられた範囲で燃料の流速が増加する。このため、燃料への熱伝達が促進される。凸部３１５ｐｆは、第２燃料通路３１５ａの下流部における燃料の流れ方向に関する断面積を第２燃料通路３１５ａの上流部における燃料の流れ方向に関する断面積より小さく調節する通路調節部材を提供する。凸部３１５ｐｆは、熱伝達向上手段でもある。
【０１３１】
燃料は、第１燃料通路３１４ａの多くの領域で環状流を生じる。燃料は、第２燃料通路３１５ａの多くの領域で霧状流を生じる。霧状流は、第１燃料通路３１４ａより第２燃料通路３１５ａにおいて長い範囲にわたって生じる。第２燃料通路３１５ａの断面積は、第１燃料通路３１４ａの断面積より小さい。よって、霧状流が多く生じる第２燃料通路３１５ａにおいて燃料の流速が増加する。この結果、第２燃料通路３１５ａの全体において、燃料への熱伝達が促進される。
【０１３２】
さらに、第１燃料通路３１４ａの上流部においては、熱交換器１３の中で最も大きい通路断面積が提供される。このため、液体成分が多い第１燃料通路３１４ａの上流部における圧力損失の増加が回避される。よって、熱交換器１３の全体においても、圧力損失の増加が抑制される。また、凸部３１４ｐｆ、３１５ｐｆが設けられていない上流部では、液膜中における過剰な気泡の発生が抑制されるから、熱伝達の低下が抑制される。
【０１３３】
（第４実施形態）
上記実施形態では、インナーフィンまたは凸部によって通路の一部の断面積を調節した。この実施形態では、燃料通路だけで燃料の通路の断面積を調節する。第２燃料通路２１５ａの全体にわたる断面積を、第１燃料通路１４ａの全体にわたる断面積より小さくしている。
【０１３４】
図１２に図示されるように、第２燃料通路２１５ａにおける燃料の流れ方向に関する通路の断面積は、第１燃料通路１４ａにおける燃料の流れ方向に関する通路の断面積より小さい。このような断面積の差は、伝熱プレート１３ａ、１３ｂの形状の差によって提供することができる。
【０１３５】
燃料は、第１燃料通路１４ａの上流部においてスラグ流を生じる。燃料の気化が進行するにつれて、第１燃料通路１４ａの中央部には、霧状の領域が生じる。燃料は、第１燃料通路１４ａの多くの領域で環状流を生じる。
【０１３６】
第２燃料通路２１５ａの上流部では、燃料の液体成分が再び内面に付着し、わずかに環状流の領域を生じることがある。環状流の領域は、上流部においてだけ生じる。第２燃料通路２１５ａの中流部と下流部では、燃料は霧状流となる。燃料は、第２燃料通路２１５ａの多くの領域で霧状流を生じる。霧状流は、第１燃料通路１４ａより第２燃料通路２１５ａにおいて長い範囲にわたって生じる。
【０１３７】
第２燃料通路２１５ａの断面積は、第１燃料通路１４ａの断面積より小さい。よって、霧状流が多く生じる第２燃料通路２１５ａにおいて燃料の流速が増加する。この結果、第２燃料通路２１５ａの全体において、燃料への熱伝達が促進される。
【０１３８】
さらに、第１燃料通路１４ａにおいては、熱交換器１３の中で最も大きい通路断面積が提供される。このため、液体成分が多い第１燃料通路１４ａにおける圧力損失の増加が回避される。よって、熱交換器１３の全体においても、圧力損失の増加が抑制される。また、第１燃料通路１４ａにおいては、液膜中における過剰な気泡の発生が抑制されるから、熱伝達の低下が抑制される。
【０１３９】
（他の実施形態）
以上、開示された発明の好ましい実施形態について説明したが、開示された発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、開示された発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。開示された発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【０１４０】
（１）上記実施形態では、第１気化部および第２気化部を熱交換器１３として一体化した。第１気化部および第２気化部の構成は、上記実施形態に限定されない。例えば、第１気化部および第２気化部を、それぞれ別々の熱交換器で構成してもよい。また、積層型プレート熱交換器以外の他の形式の熱交換器によって構成してもよい。
【０１４１】
例えば、第１熱媒体が流通する第１チラータンクの内部に、第１燃料通路を構成する燃料配管を配置し、第２熱媒体が流通する第２チラータンクの内部に第２燃料通路を構成する燃料配管を配置した熱交換器を採用してもよい。この場合、第１チラータンクと第２チラータンクとを断熱部材を介在させて一体化することができる。
【０１４２】
さらに、第１気化部および第２気化部として、燃料を気化させる気化空間を形成する気化容器、および、気化空間内に配置された熱媒体通路に向けて高圧液化燃料を霧状に噴射する噴射弁等を有して構成される噴射式の気化器を採用してもよい。
【０１４３】
（２）上記実施形態では、第１熱媒体として熱媒体第１熱源装置２０を循環する循環水を採用し、第２熱媒体として第２熱源装置４０を循環する冷却水を採用した。第１熱媒体および第２熱媒体は上記実施形態に限定されない。第２熱媒体の第２温度Ｔ２が第１熱媒体の第１温度Ｔ１よりも高くなるように媒体は選定することができる。例えば、第２熱媒体として改質器１８を冷却するための冷却水を採用してもよい。
【０１４４】
（３）上記実施形態では、熱交換対象物として車室内に送風される空気を採用した。熱交換対象物は、上記実施形態に限定されない。熱交換対象物としては、燃料の気化潜熱によって冷却可能なものを採用することができる。例えば、内燃機関、燃料電池などのエネルギ出力部、または電動モータ、インバータ回路などの電気機器などの、作動時に発熱を伴う発熱機器を熱交換対象物とすることができる。また、例えば、飲料水や熱媒体のような流体を熱交換対象物としてもよい。
【０１４５】
また、上記実施形態では、熱交換対象物を間接的に冷却した。これに代えて、熱交換対象物を直接的に冷却してもよい。さらに、上記実施形態では、第２気化部１５にて気化する燃料によって、エンジンＥＧを間接的に冷却した。これに代えて、第２気化部１５にて気化する燃料によって、他のものを冷却してもよい。例えば、第２気化部１５によって改質器１８を冷却してもよい。また、エネルギ出力部として燃料電池を採用する場合には、第２気化部１５によって燃料電池を冷却してもよい。
【０１４６】
（４）上記実施形態では、バッファタンク１６を熱交換器１３の燃料流れ下流側、すなわち第２気化部１５の燃料流れ下流側に配置した。バッファタンク１６の配置は上記実施形態に限定されない。例えば、バッファタンク１６は、第１気化部１４の燃料出口と第２気化部１５の燃料入口との間に配置してもよい。例えば、上記実施形態のように、第１気化部１４と第２気化部１５が１つの積層型熱交換器として一体的に構成されている場合は、区画プレート１３ｃの内部空間を利用してバッファタンクを提供してもよい。
【０１４７】
（５）上記実施形態では、燃料が開閉弁１２を通過する際に燃料が減圧されることによって気化が促進される。これに代えて、例えば、開閉弁１２の下流側に減圧機構、例えばノズル、またはオリフィスなどを配置してもよい。この構成によると、熱交換器１３へ流入する燃料を減圧させ、二相状態にすることができる。
【０１４８】
（６）上記実施形態では、エネルギ出力部として、エンジンＥＧを採用した。エネルギ出力部は、上記実施形態に限定されない。例えば、エネルギ出力部として、タービン燃焼器のような外燃機関を採用することができる。例えば、エネルギ出力部として燃料電池を採用してもよい。燃料電池は、改質器１８にて発生させた水素ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応させることによって燃料を消費して、電気エネルギを出力する。
【０１４９】
（７）上記実施形態では、燃料供給システムを車両に適用した。ここに開示された発明の適用範囲は、上記実施形態に限定されない。例えば、開示された発明は、エンジン駆動式の定置型空調装置、あるいは冷凍装置に適用することができる。開示された発明は、燃料を燃焼させて熱エネルギを出力するボイラ装置に適用してもよい。この場合、温水と冷水とを同時に作り出すシステムを提供できる。
【０１５０】
（８）上記実施形態では、エンジンＥＧへ補助燃料としての水素ガスを供給するために、改質器１８を採用した。ここに開示された発明は、改質器１８を備えない構成においても実施可能である。また、上記実施形態では、冷凍サイクル３０によって空気を冷却した。これに代えて、冷却器２１だけで充分に空気を冷却できる場合には、冷凍サイクル３０を廃止してもよい。
【符号の説明】
【０１５１】
１  燃料供給システム、ＥＧ  エンジン、  ２  空調装置、  ３  制御装置、
１１  高圧タンク、  １２  開閉弁、
１３  熱交換器、  １４  第１気化部、  １５  第２気化部、
１４ａ、３１４ａ  第１燃料通路、  １５ａ、２１５ａ、３１５ａ  第２燃料通路、
１４ｂ  第１熱媒体通路、  １５ｂ  第２熱媒体通路、
１４ｆｗ、１５ｆｆ、１５ｆｗ  インナーフィン、
２１４ｆｆ、２１４ｆｗ、２１５ｆｆ、２１５ｆｗ  インナーフィン、
３１４ｐｆ、３１５ｐｆ  凸部、
１６  バッファタンク、  １７  インジェクタ、  １８  改質器、
２０  第１熱源装置、  ３０  冷凍サイクル、  ４０  第２熱源装置、  ５０  ヒータ。
【図１】
0005831313.tif 000002
【図２】
0005831313.tif 000003
【図３】
0005831313.tif 000004
【図４】
0005831313.tif 000005
【図５】
0005831313.tif 000006
【図６】
0005831313.tif 000007
【図７】
0005831313.tif 000008
【図８】
0005831313.tif 000009
【図９】
0005831313.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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