(57)【要約】【課題】液体燃料の保水性を向上させる。【解決手段】プレート１上に、台形状の溝９を、液体燃料の流れ方向に沿って複数平行に形成する。溝９を流れる液体燃料は、溝９の角部１３を中心として保水され、液体燃料の表面張力により液体燃料の自由表面が凹状に屈曲し、いわるゆるミニスカス１５が形成される。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱される表面を流れる液体燃料を蒸発させる蒸発器において、前記加熱される表面に、底部側が上部開口側より幅広となる台形状の凹部を設けたことを特徴とする蒸発器。
【請求項２】
前記台形状の凹部は、一方向に沿って形成した溝であることを特徴とする請求項１記載の蒸発器。
【請求項３】
前記溝は、前記液体燃料の流れ方向に沿って形成したことを特徴とする請求項２記載の蒸発器。
【請求項４】
前記台形状の凹部は、前記液体燃料の流れ方向に沿って形成した溝と、この溝と交差する方向に沿って形成した溝とを備えることを特徴とする請求項１記載の蒸発器。
【請求項５】
前記台形状の凹部は、有底状の穴であることを特徴とする請求項１記載の蒸発器。
【請求項６】
前記有底状の穴を複数設け、この複数の穴を底部側で互いに連通させたことを特徴とする請求項５記載の蒸発器。
【請求項７】
周囲４つの前記有底状の穴に囲まれる部位に、底部から立設する支柱部を備えていることを特徴とする請求項６記載の蒸発器。
【請求項８】
前記有底状の穴の内周面は円錐形状であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の蒸発器。
【請求項９】
前記有底状の穴の内周面は角錐形状であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の蒸発器。
【請求項１０】
前記加熱される表面を鉛直方向に沿って配置して前記液体燃料を鉛直方向上方に向けて供給し、前記台形状の凹部を、前記加熱される表面の下端部から、供給した液体燃料の表面張力による浸透可能な位置まで形成したことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の蒸発器。
【請求項１１】
前記台形状の凹部を、エッチングにより形成したことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の蒸発器。
【請求項１２】
前記台形状の凹部を、メッキにより形成したことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の蒸発器。
【請求項１３】
前記台形状の凹部の表面は、濡れ性を高める表面処理を施してあることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加熱される表面を流れる液体燃料を蒸発させる蒸発器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特許文献１に記載されているように、蒸発器における伝熱面積向上のため、伝熱面の表面に、Ｔ字型のフィンを設けたものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１５３５８０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のものは、伝熱面の表面に対してＴ字型のフィンが直角に立ち上がっているため、この表面に液体燃料を流して蒸発を行わせる蒸発器に適用した場合には、液体燃料の保水性が充分ではなく、蒸発器としての能力が低下する。
【０００５】
そこで、この発明は、液体燃料の保水性を向上させることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、加熱される表面を流れる液体燃料を蒸発させる蒸発器において、前記加熱される表面に、底部側が上部開口側より幅広となる台形状の凹部を設けた構成としてある。
【０００７】
【発明の効果】
この発明によれば、加熱される表面に形成した台形状の凹部の側面と底面とのなす角度が鋭角となって、より多くの液体燃料を保持でき、保水性を向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【０００９】
図１は、この発明の第１の実施形態を示す蒸発器の正面図である図２の拡大されたＡ−Ａ断面図である。この蒸発器は、プレート１上の加熱される表面３に、底部５側が、上部開口７側より幅広となる台形状の凹部となる溝９を形成してある。この溝９は、図２中で上下方向に向けて、液体燃料の流れ方向（下部から上部）に沿って形成したものを、同図中で左右方向に沿って複数形成してある。溝９を図１に示すように台形状に形成することで、溝９の側面１１と底部５とがなす角度θが鋭角となる。
【００１０】
なお、上記したプレート１の表面３側（図１中で上部側）には、図示しない他のプレート状の隔壁を配置して液体燃料流路を構成している。この隔壁を境にして液体燃料流路と反対側に、液体燃料を蒸発させるべく表面３側を加熱する高温ガスが流通する高温ガス流路を備えている。
【００１１】
このような蒸発器は、燃料電池に供給する水素を生成するための燃料改質システムに使用される。すなわちこの燃料改質システムは、水およびメタノールからなる混合液（液体燃料）を、本蒸発器で蒸発させる。蒸発した水とメタノールの混合蒸気は空気と混合し、メタノールを、水並びに空気中の酸素を用いて触媒反応により燃料改質し、水素リッチな改質ガスを生成する。
【００１２】
上記した蒸発器によれば、液体燃料が、図２中矢印Ｆで示すように液体燃料流路を、下部側から鉛直方向上方に向けて流れる際に、高温ガスと熱交換して蒸発し、上端部から蒸発ガスとして吐出する。
【００１３】
上記した液体燃料は、図１に示すように、溝９内を流れる際に、左右の両角部１３を中心として保水される。この保水時には、液体燃料の表面張力により液体燃料の自由表面が凹状に屈曲し、いわるゆるミニスカス１５が形成される。
【００１４】
この場合、溝９の側面１１と底部５とがなす角度θが鋭角であるため、図３（ａ），（ｂ）のように、溝９０の側面１１０と底部５０とがなす角度αが直角の場合に比べ、より多くの液体燃料のミニスカスを形成でき、液体燃料の保水性が向上する。保水性の向上により、より多くの液体燃料を蒸発させることができ、蒸発器としての熱交換性能向上および液滴吐出防止を図ることができる。
【００１５】
なお、各部の寸法例としては、溝９における底部５の幅ａが８０μｍ、上部開口部７の幅ｂが６０μｍ、隣接する溝９相互間の幅ｃが３０μｍ、溝９の深さｈが３０μｍである。
【００１６】
図４は、この発明の第２の実施形態を示す蒸発器の正面図である。この実施形態は、前記図２における上下方向の溝９に加え、左右方向に延長される溝１７を形成してある。この溝１７のＢ−Ｂ断面で示す形状は、溝９のＡ−Ａ断面である図１と同様である。すなわち溝１７は、溝９と同様に、底部側が上部開口側より幅広となる台形状となっている。これら溝９と溝１７とが互いに交差して格子状となっている。
【００１７】
上記した第２の実施形態の場合は、格子状となる溝９と溝１７とに囲まれた部分に、先端側（図４中で紙面手前側）が幅広となる四角錐状の凸部１９が形成される。
【００１８】
この第２の実施形態では、上記した凸部１９の全周に液体燃料の前記したミニスカスが形成されるので、第１の実施形態に比べてより保水性が向上する。
【００１９】
図５は、この発明の第３の実施形態を示す蒸発器の正面図である。この実施形態は、図５の拡大したＣ−Ｃ断面図である図６に示すように、プレート２１の加熱される表面２３に、台形状の凹部となる有底状の穴２５を複数設けている。この複数の穴２５は、底部２５ａ側が、上部開口２５ｂ側より幅広となっており、底部２５ａ側で連通部２７により互いに連通している。また、この台形状の穴２５の内周面２５ｃの形状は、円錐形状となっている。
【００２０】
穴２５を図６に示すように台形状に形成することで、穴２５の内周面２５ｃと底部２５ａとがなす角度θが鋭角となる。そして、図５の部分的な拡大図である図７に示すように、周囲４つの穴２５に囲まれた部分が、プレート２１の底部２５ａから立設される支柱部２９となっている。
【００２１】
なお、上記第３の実施形態における各部の寸法例としては、底部２５ａの直径ｄが４５μｍ、上部開口２５ｂの直径ｅが３０μｍ、穴２５の深さｆが３０μｍ、穴２５相互の間隔ｇが３５μｍ、連通部２７の高さｉが２０μｍ、連通部２７の下部の幅ｊが１０μｍである。
【００２２】
図８は、この発明の第４の実施形態を示す蒸発器の正面図である。図９は図８の拡大したＤ−Ｄ断面図、図１０は図８の部分的な拡大図である。この実施形態は、前記図５〜図７に示した第３の実施形態の穴２５を円錐形状としたのに対し、四角錐形状の穴３１を設けている。すなわち、この台形状の穴３１は、底部３１ａおよび上部開口３１ｂが正方形であって、全体として内面３１ｃが四角錐形状となっている。この場合も、穴３１を図９に示すように台形状に形成することで、穴３１の内面３１ｃと底部３１ａとがなす角度θが鋭角となる。
【００２３】
上記した複数の四角錐形状の穴３１は、図８中で上下方向および左右方向にそれぞれ隣接するもの同士で互いの角部が対向するよう配置し、その角部の下部に形成した連通部３３によって互いに連通している。そして、周囲４つの穴３１に囲まれた部分が、プレート３５の底部３１ａから立設される支柱部３７となっている。
【００２４】
なお、上記第４の実施形態における各部の寸法例としては、底部３１ａの１辺の長さｋが４５μｍ、上部開口３１ｂの１辺の長さｌが２５μｍ、穴３１の深さｍが３０μｍ、隣接する穴３１相互の間隔ｎが３５μｍである。
【００２５】
上記した第３の実施形態および第４の実施形態によれば、互いに隣接する穴２５同士および互いに隣接する穴３１同士が、連通部２７および３３によってそれぞれ連通しているので、液体燃料が接触する表面積が、第１の実施形態や第２の実施形態に比べ大きくなる。この結果、液体燃料の気泡成長時に加熱表面と気泡との間に形成される数ミクロン程度の厚みの薄液膜であるマイクロレイヤの形成を容易にし、熱伝達特性が向上する。
【００２６】
また、この場合表面張力により液の浸透が促進されるので、保水性が向上する。
【００２７】
図１１は、この発明の第５の実施形態を示す蒸発器の正面図である。この実施形態は、前記図８および図９に示した四角錐形状の穴３１を、プレート３９の上下方向ほぼ半分の高さＨまでの下部側部分に形成している。この高さＨは、図中下部から供給した液体燃料が表面張力により浸透可能な位置である。
【００２８】
上記した高さＨより上の部分については、穴３１を設けず、単に平面としたままとするか、あるいは平面として濡れ性を高めるなど表面処理を行うことにより、加工コストの低下を図る。
【００２９】
なお、図１１においては、四角錐形状の穴３１に代えて、前記図５および図６に示した円錐形状の穴２５としてもよく、また第１，第２の実施形態における溝９や溝１７を設けてもよい。
【００３０】
また、この発明の第６の実施形態を示す図１２のように、前記図８の四角錐状の穴３１を、図８の状態から４５度回転させた状態の穴４１としてもよい。すなわち、この場合の複数の穴４１は、図１２中で上下方向および左右方向にそれぞれ隣接するもの同士で互いの１辺が対向するよう配置する。
【００３１】
また、図１２における複数の穴４１は、隣接するもの同士を、適宜形成する連通路よって連通させる。
【００３２】
以上説明した第１，第２の各実施形態における溝９，１７および第３，ないし第６の実施形態における穴２５，３１，４１は、エッチングまたはメッキの積み上げにより形成することができる。これにより、熱伝達および液滴の捕捉機能に対して各部の形状（角度、曲率など）の最適化を図ることができる。また、溝および穴の形成後、酸化チタンなどにより表面処理を行うことで、濡れ性が向上し、保水性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２の拡大されたＡ−Ａ断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態を示す蒸発器の正面図である。
【図３】従来構造におけるミニスカスが形成される状態を示す説明図である。
【図４】この発明の第２の実施形態を示す蒸発器の正面図である。
【図５】この発明の第３の実施形態を示す蒸発器の正面図である。
【図６】図５の拡大されたＣ−Ｃ断面図である。
【図７】図５の部分的な拡大図である。
【図８】この発明の第４の実施形態を示す蒸発器の正面図である。
【図９】図８の拡大されたＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】図８の部分的な拡大図である。
【図１１】この発明の第５の実施形態を示す蒸発器の正面図である。
【図１２】この発明の第６の実施形態を示す蒸発器の正面図である。
【符号の説明】
３，２３　加熱される表面
５，２５ａ，３１ａ　底部
７，２５ｂ，３１ｂ　上部開口
９，１７　溝（台形状の凹部）
２５，３１，４１　有底状の穴（台形状の凹部）
２７，３３　連通部
【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】
2004108628.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2004108628.tif 000012
【図１１】
2004108628.tif 000013
【図１２】
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