(57)【要約】【課題】  触媒反応を利用して熱媒体を加熱する触媒反応式加熱装置において、触媒体から熱交換部への効率的な放射熱伝達を行うことが可能であるとともに、触媒体と熱交換部とを複数積層した際に大型化することを抑制する。【解決手段】  薄肉板状であって、触媒が担持された表面上で少なくとも燃料ガスと酸素とを含む混合ガスを触媒反応させて反応ガスを生成し、触媒反応による放射熱を反応ガスとともに発生する触媒体２０と、触媒反応により発生した熱を熱媒体に伝える熱交換部３０とを設け、触媒体２０を両面側から一対の熱交換部３０により所定の厚みを有するスペーサ３１ａを介して挟み込むことで、触媒体２０と熱交換部３０との間に混合ガスが通過可能なガス経路３１を形成する。【選択図】        図２
2005083614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉板状であって、触媒が担持された表面上で少なくとも燃料ガスと酸素とを含む混合ガスを触媒反応させて反応ガスを生成し、前記触媒反応による放射熱を発生することが可能な触媒体（２０）と、
前記触媒反応により発生した熱を前記熱媒体に伝える熱交換部（３０）とを備え、
前記触媒体（２０）を両面側から一対の前記熱交換部（３０）により所定の厚みを有するスペーサ（３１ａ）を介して挟み込むことで、前記触媒体（２０）と前記熱交換部（３０）との間に前記混合ガスが通過可能なガス経路（３１）が形成されていることを特徴とする触媒反応式加熱装置。
【請求項２】
前記スペーサ（３１ａ）は、前記熱交換部（３０）と一体的に構成されてることを特徴とする請求項１に記載の触媒反応式加熱装置。
【請求項３】
前記熱交換部（３０）のガス経路（３１）側に、前記触媒体（２０）と接触する突起部（３１ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の触媒反応式加熱装置。
【請求項４】
前記突起部（３１ｂ）が、前記ガス経路（３１）を流れる前記混合ガスの流れを整流するための整流部材として構成されていることを特徴とする請求項３に記載の触媒反応式加熱装置。
【請求項５】
前記突起部（３１ｂ）は、前記ガス経路（３１）におけるガス入り口側の流路幅がガス出口側の流路幅より狭くなるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の触媒反応式加熱装置。
【請求項６】
前記熱交換部（３０）のガス経路（３１）側には、前記触媒体（２０）からの放射熱伝達を促進する表面処理が施されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の触媒反応式加熱装置。
【請求項７】
前記触媒体（２０）は、表面に酸化被膜が形成された導電性金属から構成されているとともに、通電することで発熱させることができることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の触媒反応式加熱装置。
【請求項８】
回生エネルギを得ることが可能な車両に搭載され、前記触媒体に通電する際の電力源が前記回生エネルギであることを特徴とする請求項７に記載の触媒反応式加熱装置。
【請求項９】
前記熱交換部（３０）のガス経路（３１）側におけるガス流れ方向下流側には、前記反応ガスの熱を前記熱交換部（３０）に伝える伝熱部（３１ｃ）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の触媒反応式加熱装置。
【請求項１０】
前記触媒体（２０）における前記伝熱部（３１ｃ）に対向する領域では、他の触媒担持領域より触媒の担持量を少なくする、あるいは触媒を担持しないことを特徴とする請求項９に記載の触媒反応式加熱装置。
【請求項１１】
前記燃料は、水素、アルコール、若しくは炭化水素化合物のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の触媒反応式加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒反応により得られる熱を利用して熱媒体を加熱する触媒反応式加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、触媒反応により触媒担持多孔体（以下、触媒体）を加熱し、若しくは火炎燃焼により得られる高温ガスにて通気性多孔体（以下、多孔体）を加熱し、触媒体若しくは多孔体から放射される放射エネルギを利用して熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置が知られている。
【０００３】
このような熱媒体加熱装置として、通気性を有するコージェライトハニカム基材にＰｄやＰｔ系の触媒を担持した触媒体と、当該触媒体からの放射を受けやすいように触媒体通気孔に対面させた受熱部とを交互に複数積層した構成の触媒燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３９１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された触媒燃焼装置では、ハニカム形状の触媒体の通気孔内部で触媒反応が起こるため、触媒体内部面からの放射エネルギは受熱部との好適な角関係を得ることが難しく、触媒体から受熱部への効率的な放射熱伝達が困難である。
【０００５】
また、触媒体の通気孔内部で燃料が触媒反応するため、触媒体は燃料が触媒反応するために必要な厚さが必要となる。さらに、コージェライトハニカム基材は脆いため、スペーサ等を介して両側から受熱体によって機械的な圧力で挟み込むことが困難であり、触媒体と受熱体との間の適切な隙間管理を行うことが難しい。これらのことから、触媒体と受熱部とを積層する際に大型化してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、触媒体から受熱部への効率的な放射熱伝達を行うことが可能であるとともに、触媒体と受熱部とを複数積層した際に大型化することを抑制可能な触媒反応式加熱装置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】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、薄肉板状であって、触媒が担持された表面上で少なくとも燃料ガスと酸素とを含む混合ガスを触媒反応させて反応ガスを生成し、触媒反応による放射熱を発生することが可能な触媒体（２０）と、触媒反応により発生した熱を熱媒体に伝える熱交換部（３０）とを備え、触媒体（２０）を両面側から一対の熱交換部（３０）により所定の厚みを有するスペーサ（３１ａ）を介して挟み込むことで、触媒体（２０）と熱交換部（３０）との間に混合ガスが通過可能なガス経路（３１）が形成されていることを特徴としている。
【０００８】
このように、触媒体（２０）の表面を放射効率の高い平面状に形成することで、触媒反応により発生する放射エネルギは触媒体（２０）表面から射出されることとなり、触媒体（２０）表面に対向する熱交換部（３０）との角関係は良好なものとなる。このため、熱交換部（３０）は触媒体（２０）表面からの放射エネルギを効率的に吸収できる。これにより、熱交換部（３０）の熱媒体経路（３２）を流れる熱媒体を効率よく加熱することができる。
【０００９】
また、スペーサ（３１ａ）を介して熱交換部（３０）により触媒体（２０）を挟み込むことで、触媒体（２０）と熱交換部（３０）との間に形成される隙間の管理を適切に行うことが可能となる。この結果、ガス流路の確保が可能となるとともに、微細積層構造とすることができ、触媒体（２０）と熱交換部（３０）とを複数組積層する際に大型化を抑制できる。
【００１０】
さらに、触媒体（２０）を薄肉板状に構成しているので、スペーサ（３１ａ）を介して熱交換部（３０）で触媒体（２０）を挟み込んで固定する際、両側から圧力をかけて積層することが可能となる。これにより、ガスのシールに必要な圧力で熱交換部（３０）で触媒体（２０）を挟み込むことができる
また、請求項２に記載の発明のように、スペーサ（３１ａ）を熱交換部（３０）と一体的に構成することで、スペーサ（３１ａ）から熱交換部（３０）への熱伝達率を向上させることができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、熱交換部（３０）のガス経路（３１）側に、触媒体（２０）と接触する突起部（３１ｂ）が設けられていることを特徴としている。これにより、突起部（３１ｂ）と触媒体（２０）との接触面からの熱伝導による放熱が可能となり、触媒温度の積極的な制御と空気供給系の小型・省電力化が可能となる。また、突起部（３１ｂ）をガスの流れを乱す配置に置くことで、燃料と空気の混合促進、および対流熱伝達を促進する効果が得られる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明のように、突起部（３１ｂ）をガス経路（３１）を流れる混合ガスの流れを整流するための整流部材として構成することで、混合ガスを整流することができ、触媒反応の均一性向上の効果が得られる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明では、突起部（３１ｂ）は、ガス経路（３１）におけるガス入り口側の流路幅がガス出口側の流路幅より狭くなるように配置されていることを特徴としている。これにより、流路幅によりガス流速が任意に設定できるため、ＳＶ（空間速度：触媒単位体積あたりの処理ガス流量）の制御が可能となって、燃料の消費に伴う反応分布を、抑制する制御が可能となる。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明では、熱交換部（３０）のガス経路（３１）側には、触媒体（２０）からの放射熱伝達を促進する表面処理が施されていることを特徴としている。これにより、効率良く放射エネルギを吸収することができる。放射熱伝達を促進する表面処理としては、例えばショットブラスト処理、酸化処理、染色等が挙げられる。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明では、触媒体（２０）は、表面に酸化被膜が形成された導電性金属から構成されているとともに、通電することで発熱させることができることを特徴としている。これにより、燃料ガス供給前に通電発熱により触媒を予熱し、触媒活性を上げておくことができる。また、表面の酸化被膜は電気的に絶縁であるため、導電性の熱交換部（３０）の突起部（３１ｂ）等が接触しても短絡することがない。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明では、回生エネルギを得ることが可能な車両に搭載され、触媒体に通電する際の電力源が回生エネルギであることを特徴としている。これにより、ハイブリッド車等の回生エネルギを回収して有効に利用することが可能となり、回生エネルギを用いて電気的発熱が起こっている間、燃料の供給量を減らす若しくは止めることで、燃料消費を抑制することができ、効率的な活用が可能となる。
【００１７】
また、請求項９に記載の発明では、熱交換部（３０）のガス経路（３１）側におけるガス流れ方向下流側には、反応ガスの熱を熱交換部（３０）に伝える伝熱部（３１ｃ）が設けられていることを特徴としている。ガス経路（３１）におけるガス流れ方向下流側では触媒反応が充分完結し得た領域が存在するため、熱交換部（３０）のガス経路（３１）面のこの領域に例えばフィン等で構成される伝熱部（３１ｃ）を設けることで、反応ガスの持つ熱エネルギを排気させることなく回収できる。
【００１８】
また、請求項１０に記載の発明では、触媒体（２０）における伝熱部（３１ｃ）に対向する領域では、他の触媒担持領域より触媒の担持量を少なくする、あるいは触媒を担持しないことを特徴としている。このように、伝熱部（３１ｃ）に対向する触媒体領域、即ち触媒反応が充分完結し得た領域において、触媒担持量を少なくことで、触媒量の低減が可能となりコスト低減に結びつく。
【００１９】
また、請求項１１に記載の発明では、燃料は、水素、アルコール、若しくは炭化水素化合物のいずれかであることを特徴としている。このように、燃料として水素を用いた場合には、反応性が高いので、より低温で自立反応による起動が行えるとともに、水素を燃料とする例えば燃料電池自動車の暖機等の熱源として好適に用いることができる。また、燃料としてアルコールや炭化水素化合物を用いた場合には、これらを改質原料として水素を生成する改質装置を備えた燃料電池自動車に好適に用いることができる。
【００２０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、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る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１、図２に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本第１実施形態の触媒反応式加熱装置の全体構成を示す概念図である。図１に示すように、触媒反応式加熱装置では、ケーシング１により加熱用ガスが通過する加熱用ガス経路２が形成されている。加熱用ガス経路２の最上流側には、燃料と空気との混合ガスを供給する混合ガス供給部１０が設けられている。本第１実施形態では、燃料として反応性に優れる水素を用いている。
【００２３】
混合ガス供給部１０は、燃料を供給する燃料供給装置１１、空気を供給する空気供給装置１２、燃料および空気を混合する混合部１３を有している。燃料供給装置１１としては、例えば改質反応により水素を生成する改質装置、あるいは水素吸蔵合金等を内蔵して純水素を貯蔵する水素タンクを用いることができる。空気供給装置１２としては、例えば送風ファンやコンプレッサを用いることができる。
【００２４】
加熱用ガス経路２における混合ガス供給部１０の下流側には、燃料と空気との混合気を触媒燃焼させて得られた熱で熱媒体を加熱する熱媒体加熱ユニット１００が設けられている。本第１実施形態では、熱媒体として冷却水を用いている。
【００２５】
図２は、熱媒体加熱ユニット１００の分解斜視図である。図２に示すように、熱媒体加熱ユニット１００は、燃料と空気の触媒反応により熱を発生する平板状の触媒体２０と、触媒体２０にて触媒反応により生じる熱エネルギとの熱交換により熱媒体を加熱する熱交換部３０とを備えている。触媒体２０と、これを両側から挟み込む一対の熱交換部３０とで、最小単位の加熱ユニット１００が構成される。加熱ユニット１００は、複数のユニットを積層して用いることが望ましいが、単ユニットで用いることもできる。
【００２６】
触媒体２０は、触媒担持部２２を有する薄肉板状の触媒担体２１から構成されている。触媒担体２１として、酸化面を有するステンレスやアルミニウム等の板状金属基材、或いは、アルミナファイバーやグラスファイバー等をクロス状に設けたクロス状基材を用いることができる。触媒担体２１の両面側には、触媒が担持された触媒担持部２２が形成されている。触媒としては、低温においても反応活性に優れるＰｔ（白金）あるいはＰｄ（パラジウム）に代表される貴金属類や金属酸化物を用いることができる。なお、本第１実施形態では、触媒担体２１の外周部に触媒担持部２２が形成されていない領域が存在している。
【００２７】
熱交換部３０は、平板状の触媒体２０とほぼ同等な投影面積を有しており、略板状に形成されている。熱交換部３０は、例えばアルミニウム、銅、ステンレス、カーボン材等から構成することができる。熱交換部３０のガス経路３１面は、触媒体２０に対向するように配置される。熱交換部３０と触媒体２０との間には、燃料と空気の混合ガスおよび触媒反応により生成した高温の反応ガスが通過するガス経路３１が形成されている。また、熱交換部３０におけるガス経路３１の反対面には複数の溝が形成されており、冷却水が通過する熱媒体経路３２が形成されている。
【００２８】
熱交換部３０のガス経路３１側における両縁（図２における上端と下端）には、所定の厚みを有するスペーサ３１ａがガス流れ方向に平行して設けられている。本第１実施形態のスペーサ３１ａは熱交換部３０と一体的に構成されている。一対の熱交換部３０で触媒体２０を両側から挟み込む際に、スペーサ３１ａにより触媒体２０と熱交換部３０との間に適切な隙間を確保してガス経路３１を確保することができる。また上述のように、触媒体２０として機械的強度の確保可能な板状金属基材や積層時の圧力を緩和可能なクロス状基材といった薄肉板状基材を用いているので、スペーサ３１ａを介して熱交換部３０で触媒体２０を挟み込んで固定する際、両側から圧力をかけて積層することが可能となる。
【００２９】
本第１実施形態の熱媒体経路３２には、複数のリブ３２ａが平行して設けられている。複数の加熱ユニット１００を積層する場合には、隣り合う熱交換部３０の熱媒体経路３２のリブ３２ａ同士が接触し、多穴管状の熱媒体経路３２が形成される。また、加熱ユニット１００を積層した場合の両端の熱媒体経路３２や、熱媒体加熱ユニット１００を単ユニットで使用する場合には、両外側に蓋として図示しない平板状カバーが配置される。
【００３０】
図１に戻り、触媒反応式加熱装置には、熱交換部３０の熱媒体経路３２に冷却水を循環させる熱媒体循環経路４０が設けられている。熱媒体循環経路４０には、熱交換部３０にて高温となった冷却水で加熱される被加熱体４１、冷却水を循環させるウォータポンプ４２が設けられている。
【００３１】
また、触媒反応式加熱装置には制御部（ＥＣＵ）５０が設けられている。制御部５０は、燃料供給装置１１、空気供給装置１２、ウォータポンプ４２に制御信号を出力し、水素の供給量、空気の供給量、冷却水の供給量（循環量）の制御を行う。
【００３２】
次に、上記構成の触媒反応式加熱装置の作動を説明する。まず、燃料供給装置１１および空気供給装置１２から所定量の水素と空気が供給され、混合部１３で水素と空気との混合ガスが生成される。混合ガスは熱媒体加熱ユニット１００内に流入し、触媒体２０と熱交換部３０との間に形成されたガス経路３１を通過する。混合ガスは、ガス経路３１を通過する際に触媒体２０表面で触媒反応を生じる。この触媒反応により触媒体２０が加熱され、触媒体２０表面から放射エネルギが発生する。触媒体２０の表面で発生した放射エネルギは、熱交換部３０におけるガス経路３１側に伝えられ、さらに裏面側の熱媒体経路３２を流れる冷却水に伝えられる。熱交換部３０にて加熱された冷却水は熱媒体循環経路４２を介して輸送され、被加熱体４１を加熱する。
【００３３】
以上のように、触媒体２０の表面は放射効率の高い平面状に形成されているため、触媒反応により発生する放射エネルギは触媒体２０表面から射出されることとなり、触媒体２０表面に対向する熱交換部３０との角関係は良好である。このため、熱交換部３０は触媒体２０表面からの放射エネルギを好適な角関係のもとに効率的に吸収でき、高い形態係数で熱交換部３０のガス経路３１面を加熱することができる。これにより、熱交換部３０の熱媒体経路３２を流れる熱媒体を効率よく加熱することができる。
【００３４】
また、スペーサ３１ａを介して熱交換部３０で触媒体２０を挟み込むことで、触媒体２０と熱交換部３０との間に形成される隙間の管理を適切に行うことが可能となる。この結果、ガス流路の確保が可能となるとともに、微細積層構造とすることができ、熱媒体加熱ユニット１００を積層する際に大型化を抑制できる。さらに、スペーサ３１ａを熱交換部３０と一体的に構成することで、スペーサ３１ａから熱交換部３０への熱伝達を効率的に行うことができる。
【００３５】
また、触媒体２０を薄肉板状に構成しているので、スペーサ３１ａを介して熱交換部３０で触媒体２０を挟み込んで固定する際、両側から圧力をかけて積層することが可能となる。これにより、ガスのシールに必要な圧力で熱交換部３０で触媒体２０を挟み込んで熱媒体加熱ユニット１００を積層化することができる
また、複数の熱媒体加熱ユニット１００を積層して用いることで、１ユニット当たりの触媒燃焼量、即ち発熱密度を小さくすることができる。これにより、空気供給を過剰に行って反応温度を低く抑える必要がなく、触媒温度の積極的な制御（熱暴走の制御）と空気供給装置１２の小型・省動力化を図ることができる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態に比較して熱交換部３０の構成が異なるものである。
【００３７】
図３は、本第２実施形態の熱交換部３０の斜視図である。図３に示すように本第２実施形態では、触媒体２０と対向する熱交換部３０のガス経路３１面に複数のリブ（突起部）３１ｂを設けている。リブ３１ｂは任意の形状とすることができる。リブ３１ｂは、スペーサ３１ａと同等若しくはそれ以下の高さを有しており、熱交換部３０で触媒体２０を挟み込んだ際に、先端が触媒体２０と接触するように構成されている。このようなリブ３１ｂを熱交換部３０のガス経路３１側に設けることで、ガス経路３１の隙間管理をより適切に行うことが可能となる。
【００３８】
また、リブ３１ｂは触媒体２０表面に任意の面積で接触させることができる。この結果、触媒体２０とリブ３１ｂとの接触面からリブ３１ｂを介した、触媒体２０→リブ３１ｂ→熱交換部３０という経路での放熱が可能となり、熱交換効率を向上させることができる。これにより、触媒温度をより低温で作動させることができ、空気供給装置３１の小型・省電力化をより一層図ることができる。
【００３９】
さらに本第２実施形態の変形例として、燃料濃度が高く反応熱が高くなりやすいガス経路３１入り口近傍のリブ３１ｂ数を増やすことで、熱伝導よりガス経路３１入り口近傍における反応熱を積極的に放熱させることができ、ガス経路面全体での触媒温度を均一にする効果も得られる。
【００４０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図４に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第２実施形態に比較して、リブ３１ｂの構成が異なるものである。
【００４１】
図４は、本第３実施形態の熱交換部３０の斜視図である。図４に示すように本第３実施形態では、熱交換部３０のガス経路３１側に設けられたリブ３１ｂをガス経路３１を流れるガスの流れを乱すように配置している。これにより、ガス経路３１に供給される燃料ガスと空気の混合促進効果が得られ、混合ガス濃度を均一化できる。また、触媒反応で得られた反応ガスの対流熱伝達を促進する効果をも得られる。これにより、反応ガスの対流による放熱が向上し、熱交換効率を向上させることができるとともに、触媒温度をより低温で作動させることができる。
【００４２】
さらに本第３実施形態の変形例として、燃料濃度が高く反応熱が高くなりやすいガス経路３１入り口近傍において、ガス流れを積極的に乱す位置に配置するリブ３１ｂの数を増やすことで、反応熱を対流より積極的に放熱させ、面全体での触媒温度を均一にする効果も得られる。
【００４３】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図５に基づいて説明する。本第４実施形態は、上記第２実施形態に比較して、リブ３１ｂの構成が異なるものである。
【００４４】
図５は、本第４実施形態の熱交換部３０の斜視図である。図５に示すように本第４実施形態では、熱交換部３０のガス経路３１側において、リブ３１ｂをガス流れ方向に平行となるように配置している。これにより、リブ３１ｂがガス経路３１におけるガス流れを整流するための整流部材として機能するため、ガス流れをガイドして混合ガスの流れを整流することができ、触媒反応の均一性向上の効果が得られる。
【００４５】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図６に基づいて説明する。本第５実施形態は、上記第２実施形態に比較して、リブ３１ｂの構成が異なるものである。
【００４６】
図６は、本第５実施形態の熱交換部３０の斜視図である。図６に示すように本第５実施形態では、リブ３１ｂをガス経路３１の流路幅を任意に設定するガス流れのガイドとして設置することで、触媒反応面を通過するガス流速を任意に設定している。これにより、ＳＶ（空間速度：触媒単位体積あたりの処理ガス流量）を任意に設定することができる。
【００４７】
本第５実施形態では、ガス経路３１の入り口近傍ではガス流路幅が狭くなり、出口近傍では入り口近傍よりガス流路幅が広くなるようにリブ３１ｂを配置している。これにより、燃料リッチな入り口近傍ではガス流速が速くなり、高ＳＶで反応させることができ、燃料がある程度消費された出口近傍ではガス流速が遅くなり、低ＳＶで反応させることができる。この結果、ガス経路３１の入り口側と出口側における燃料濃度に起因する反応分布が生じることを抑制することが可能となる。
【００４８】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について図７に基づいて説明する。本第６実施形態は、上記第１実施形態に比較して、熱交換部３０におけるガス経路３１側の構成が異なるものである。
【００４９】
図７は、本第６実施形態の熱交換部３０の斜視図である。図７に示すように本第６実施形態は、熱交換部３０のガス経路３１面を、放射熱伝達に適した表面性状に処理することで、触媒体２０表面からの放射エネルギをより効率良く吸収できるように構成している。本第６実施形態では、熱交換部３０をアルミニウムで作成し、ガス経路３１面にショットブラストとアルマイト処理を施すことで、熱交換部３０の表面性状を放射伝熱に適した面に改善している。さらにガス経路３１面に黒色の染色処理を施すことで、黒体に近い高い放射率（熱吸収率）に改善できる。
【００５０】
本第６実施形態の変形例として、熱交換部３０のガス経路３１面の表面性状の改善に、表面粗さ・溝加工等の機械加工で表面積を大きくしたり、塗料の塗布、吸収選択膜の形成、酸化・蒸着等を施すといった物理的・化学的表面処理を用いることができる。
【００５１】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について図８に基づいて説明する。本第７実施形態は、上記第１実施形態に比較して、触媒体２０の構成が異なるものである。
【００５２】
図８は、本第７実施形態の熱媒体加熱ユニット１００の分解斜視図である。本第７実施形態は、触媒体２０として表面に酸化被膜が形成された導電性金属基材を用い、これに通電して発熱させるように構成している。本第７実施形態では、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属基材を高温酸化処理により表面にアルミナ系の絶縁被膜を析出させ触媒担体２１としている。
【００５３】
図８に示すように、触媒担体２１の両端の一部の酸化被膜を剥がして電極２１ａを形成している。両電極２１ａ間に通電することで、触媒体２０を加熱することが可能となる。この触媒担体２１の表面被膜は電気的に絶縁であるため、熱媒体加熱ユニット１００積層時に導電性の熱交換部３０のリブ３１ｂが接触しても短絡することがない。
【００５４】
燃料ガス供給前に触媒体２０に通電して触媒体２０を予熱しておくことにより、触媒活性を上げ、反応性を向上させることができる。また、触媒体２０に吸着水や凍結水が存在している場合には、予熱することによりこれらを排除することもできる。
【００５５】
図９は、本第７実施形態の触媒体２０の変形例を示している。図９に示すように、触媒担体２１にスリット２１ｂを形成し、このスリット２１ｂにより触媒体２０を任意の幅（断面積）に区切っている。これにより、触媒体２０の各領域は、その幅（断面積）に応じて発熱量を任意に設定することが可能となる。具体的には、幅を小さくした方がより高温とすることができ、幅を大きくした方がより低温とすることができる。図９に示した例では、触媒が担持されていない領域を含む上端と下端で、触媒体２０の幅を広く設定し、触媒が担持されていない領域での発熱量を抑えるように構成している。
【００５６】
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について説明する。本第８実施形態は、上記第７実施形態の触媒反応式加熱装置を、ハイブリッド車両、電気自動車のような減速時等に回生エネルギを発生する車両に適用したものである。
【００５７】
本第８実施形態では、例えば車両減速時に発生する回生エネルギ（電力）を上記第７実施形態の触媒担体２１を通電加熱するための電力源として用いている。このような構成により、回生エネルギが発生している間は触媒体２０が通電加熱されることになる。このため、回生エネルギによる電気的発熱が生じている間は、触媒体２０が発生する熱量の総和が一定となるように、空気供給装置１２による空気の供給を継続した状態で燃料供給装置１１による燃料の供給を減らす若しくは止める。これにより、電気的発熱量に相対して触媒反応による発熱を抑える若しくは止めることができ、燃料消費を抑えることができる。さらに、本発明の触媒反応式加熱装置を回生エネルギの回収装置として活用することができる。
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態について図１０に基づいて説明する。本第９実施形態は、上記第１実施形態に比較して、熱交換部３０のガス経路３１側の構成が異なるものである。
【００５８】
図１０は、本第９実施形態の熱交換部３０の斜視図である。図１０に示すように本第９実施形態では、熱交換部３０のガス経路３１側におけるガス流れ方向下流側領域にフィン３１ｃを設置して対流熱伝達部（伝熱部）を構成している。ガス経路３１下流側では触媒反応が充分完結し得た領域が存在する。このため、熱交換部３０のガス経路３１側におけるガス流れ下流側に熱回収用のフィン３１ｃを設けることで、反応ガスの持つ熱エネルギを排気させることなく、反応ガス→フィン３１ｃ→熱交換部３０へと回収でき熱交換効率を向上させることができる。
【００５９】
なお、本第９実施形態の構成は、上記第５実施形態のようにガス経路３１が蛇行している場合にも適用できる。また、本第９実施形態の変形例として、コルゲートフィン、オフセットフィン等を熱交換部３０にロウ付けすることでフィン３１ｃを形成してもよい。
（第１０実施形態）
次に、本発明の第１０実施形態について図１１に基づいて説明する。本第１０実施形態は、上記第９実施形態に比較して、触媒体２０の構成が異なるものである。
【００６０】
図１１は、本第１０実施形態の触媒体２０の側面図である。上述の通り、ガス経路３１下流側では触媒反応が充分完結し得た領域が存在するため、触媒が効果的に作用しない。このため、本第１０実施形態では、図１１に示すように上記第９実施形態の熱交換部３０でフィン３１ｃを形成した領域と対向する触媒体２０の領域において、触媒の担持量を他の領域より少なくする低反応領域２１ｃを設けている。図１１の例では、低反応領域２１ｃは触媒を担持しない触媒非担持領域としている。
このように、触媒体２０において、ガス経路３１下流側領域の触媒を他の領域より少なくする、あるいは無くすことで、高価な触媒使用量を減らすことができ、コスト低減を図ることができる。
【００６１】
なお、本第１０実施形態の構成は、上記第５実施形態のようにガス経路３１が蛇行している場合にも適用できる。また、本第１０実施形態の変形例として、ガス流れ方向下流側の燃料濃度、即ち反応転化率に応じて触媒量を減らす方法を用いても良い。
【００６２】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、触媒体２０の触媒担体２１として、酸化面を有する板状金属基材やアルミナファイバー等からなるクロス状基材を用いたが、これに限らず、触媒担体２１として発泡金属や焼結金属を用いることもできる。
【００６３】
また、上記各実施形態では、隣り合う熱交換部３０の熱媒体経路３２のリブ３２ａ同士を接触させて多穴管状の熱媒体経路３２を形成したが、これに限らず、熱交換部３０として、断面はしご状のアルミや銅からなる扁平チューブ、あるいは複数の円管を羅列して多穴管状に構成したものを用いることができる。
【００６４】
また、上記各実施形態では触媒反応させる燃料として水素を用いたが、これに限らず、燃料としてアルコールや炭化水素化合物を用いることができる。
【００６５】
また、上記各実施形態では熱媒体として冷却水を用いたが、これに限らず、冷却水以外の液体や気体を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１実施形態の触媒反応式加熱装置の概念図である。
【図２】第１実施形態の熱媒体加熱ユニットの分解斜視図である。
【図３】第２実施形態の熱交換部をガス経路側から見た斜視図である。
【図４】第３実施形態の熱交換部をガス経路側から見た斜視図である。
【図５】第４実施形態の熱交換部をガス経路側から見た斜視図である。
【図６】第５実施形態の熱交換部をガス経路側から見た斜視図である。
【図７】第６実施形態の熱交換部をガス経路側から見た斜視図である。
【図８】第７実施形態の熱媒体加熱ユニットの分解斜視図である。
【図９】第７実施形態の触媒体の変形例を示す側面図である。
【図１０】第９実施形態の熱交換部をガス経路側から見た斜視図である。
【図１１】第１０実施形態の触媒体の側面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１００…熱媒体加熱ユニット、１０…混合ガス供給部、１１…燃料供給装置、１２…空気供給装置、２０…触媒体、２１…触媒担体、２２…触媒担持部、３０…熱交換部、３１…ガス経路、３１ａ…スペーサ、３１ｂ…リブ（突起部）、３２…熱媒体経路。
【図１】
2005083614.tif 000003
【図２】
2005083614.tif 000004
【図３】
2005083614.tif 000005
【図４】
2005083614.tif 000006
【図５】
2005083614.tif 000007
【図６】
2005083614.tif 000008
【図７】
2005083614.tif 000009
【図８】
2005083614.tif 000010
【図９】
2005083614.tif 000011
【図１０】
2005083614.tif 000012
【図１１】
2005083614.tif 000013