(57)【要約】【課題】  バーナ17を有する蒸発器25の排気ガス4a中の有害ガス成分を触媒６により取り除くと共に、触媒６に含まれている金属どうしが凝縮・肥大化（シンタリング）することを防止する。【解決手段】  触媒６を水タンク２の底部７及び内筒8aの壁面に接触させ、ジャケット部８及び底部７に存在する冷却水によって触媒６を冷却し、それが一定以上の温度に上昇することを防止する。【選択図】        図１
2009114014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発用の水(1)が供給される水タンク(2)を内部に有するケーシング(3)と、その水タンク(2)の外周に排気ガス(4a)が接するようにケーシング(3)内に設けられた排気ガス流通路(4)と、その排気ガス流通路(4)の上流に設けた燃料の燃焼装置(5)と、その排気ガス流通路(4)の下流に設けた排気ガス浄化用の触媒(6)と、を具備する蒸発器において、
前記触媒(6)が水タンク(2)の外面に接触して、その水タンク(2)により触媒(6)が冷却されるように構成されたことを特徴とする蒸発器。
【請求項２】
請求項１において、
前記水タンク(2)は、前記ケーシング(3)内に設けた平坦な底部(7)と、ケーシング(3)の内側で前記底部(7)の周囲に延在して、そのケーシング(3)内面に平行な内筒(8a)が設けられ、その内筒(8a)の外周と前記ケーシング(3)の内周とで構成されたジャケット部(8)とを具備し、そのジャケット部(8)内に水が流通し、ジャケット部(8)の内筒(8a)の内側に前記排気ガス流通路(4)が設けられ、
前記触媒(6)が、前記底部(7)外面と内筒(8a)内面とに接することを特徴とする蒸発器。
【請求項３】
請求項２において、
前記水タンク(2)は、前記ジャケット部(8)の内筒(8a)の内側に位置して、前記底部(7)に一端が連通する水パイプ(9)を複数有し、
前記触媒(6)がその水パイプ(9)の外面にも接する蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として水蒸気改質器に水蒸気を供給する小型の蒸発器であって、燃料をバーナにより燃焼させるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に用いられる改質器には、蒸発器からの水蒸気と原料ガスとが供給され、その原料ガスを水素リッチな改質ガスにする。そのための蒸発器は小型軽量の構造で、燃料をバーナで燃焼させた高温の排気ガスにより、水タンク内の水を蒸発させるものであって、下記特許文献１のものが提案されている。
この蒸発器は、小型で効率の良いものである。
【０００３】
このような蒸発器において、バーナで燃焼した排ガスは、それに含まれるNOｘ，ＣＯ，ＶＯＣ等の有害ガスの濃度が問題となっている。その濃度低下のために、従来から排気ガス浄化用触媒が使用されている。これは、白金（Ｐｔ），ロジューム（Ｒｈ），パラジューム（Ｐｄ）等の貴金属をアルミナ基材上に分散配置したものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２５４０２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の排気ガス浄化装置は、高温の排ガスのため、触媒中の貴金属どうしが凝縮し、表面積が小さくなり、浄化作用が低下するという触媒のシンタリングが進行し、触媒の活性が低下して当初の性能を維持することができなくなる。そのため、予め触媒の使用量を増やしておく必要があった。すると、触媒のコストが高価となるばかりでなく、排気ガスの流路抵抗が上昇し、排気ガスの流通を円滑に行い得ない欠点があった。
そこで本発明は、係る問題点を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の本発明は、蒸発用の水(1)が供給される水タンク(2)を内部に有するケーシング(3)と、その水タンク(2)の外周に排気ガス(4a)が接するようにケーシング(3)内に設けられた排気ガス流通路(4)と、その排気ガス流通路(4)の上流に設けた燃料の燃焼装置(5)と、その排気ガス流通路(4)の下流に設けた排気ガス浄化用の触媒(6)とを具備する蒸発器において、
前記触媒(6)が水タンク(2)の外面に接触して、その水タンク(2)により触媒(6)が冷却されるように構成されたことを特徴とする蒸発器である。
【０００７】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記水タンク(2)は、前記ケーシング(3)内に設けた平坦な底部(7)と、ケーシング(3)の内側で前記底部(7)の周囲に延在して、そのケーシング(3)内面に平行な内筒(8a)が設けられ、その内筒(8a)の外周と前記ケーシング(3)の内周とで構成されたジャケット部(8)とを具備し、そのジャケット部(8)内に水が流通し、ジャケット部(8)の内筒(8a)の内側に前記排気ガス流通路(4)が設けられ、
前記触媒(6)が、前記底部(7)外面と内筒(8a)内面とに接することを特徴とする蒸発器である。
【０００８】
請求項３に記載の本発明は、請求項２において、
前記水タンク(2)は、前記ジャケット部(8)の内筒(8a)の内側に位置して、前記底部(7)に一端が連通する水パイプ(9)を複数有し、
前記触媒(6)がその水パイプ(9)の外面にも接する蒸発器である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の蒸発器は、触媒６が水タンク２の外面に接触して、その水タンク２により触媒６が冷却されるように構成したから、触媒６の高温によるシンタリングを防止し、触媒の劣化を抑制して、触媒の寿命を延ばし、排気ガスの浄化性能を長期間維持することができる。即ち、水タンク２により触媒６を冷却することにより、触媒の温度管理を行うことができ、触媒の活性温度域にそれを保つことができる。そのため、従来のように触媒の劣化を見込んで触媒量を増やす必要がなく、それに基づくコスト高になることや、流路抵抗が上昇することを必要最小限におさえることができる。
また、触媒６自体が水タンク２と接し、両者間に熱交換が行われるため、触媒から水タンク２への伝熱が促進され、水の蒸発効果を促進することができる。
【００１０】
上記構成において、水タンク２を平坦な底部７とその周囲に設けたジャケット部８とで構成し、触媒６を底部７とジャケット部８の内筒8aとの両者に接触させることができる。この場合には、さらに触媒６の温度管理を有効に行い、触媒を活性温度域に保つことができる。それと共に、水タンク２への伝熱効果を増し、水の蒸発をさらに促進し得る。
【００１１】
上記構成において、さらに水タンク２の底部７に複数の水パイプ９の一端を連通し、触媒６を水パイプ９の外面にも接触させることができる。この場合には、さらに触媒６の温度管理を有効且つ迅速に行い、その活性温度域をより確実に保つことができる。そして、触媒６と水パイプ９との間に熱交換を行い、水タンク２内の水の蒸発を促進し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の蒸発器の縦断面説明図である。
この蒸発器25は、ケーシング３の下部にバーナ17を有する燃焼装置５が設けられ、ケーシング３の下部内に底部７を上にした有底の内筒8aが設けられている。また、その底部７に対向して補助底板27が配置されている。そして補助底板27により、その上方に補助タンク21を形成する。また、内筒8aの下端縁とケーシング３の下端縁との間が閉塞され、それらの間にジャケット部８が形成される。そして、底部７と内筒8aとケーシング３と補助底板27とで囲まれた空間に水タンク２が設けられる。そして、水タンク２と補助タンク21とが蒸気案内部22によって連通される。また、ケーシング３の上端には水供給管13と蒸気管14とが設けられ、蒸気管14と蒸気案内部22との間にバッファ11が設けられている。
【００１３】
次に、内筒8aの内側には空間を介して筒状の火炎案内管24が配置され、その下端とケーシング３との間が閉塞されている。火炎案内管24の上端と底部７との間には触媒６が配置され、火炎案内管24の内部と触媒６内及び火炎案内管24と内筒8aとの間に断面逆Ｕ状の排気ガス流路４が形成される。そしてこの例では、排気ガス流路４の下流端に排気管15の端部が連通し、それが外部に導かれる。
バーナ17には、燃料18と一次空気19及び二次空気20が供給され、燃料18の点火により火炎16が発生し、その排気ガス4aが火炎案内管24内を上昇し、その上端部から触媒６を通過し、次いで火炎案内管24の外周を流下し、排気管15から流出する。
【００１４】
また、水供給管13からは水１が補助タンク21に供給され、それが補助底板27上に貯められる。補助底板27には連通パイプ10の上端が連通し、その連通パイプ10がジャケット部８内に挿通され、その下端が開放される。そしてその連通パイプ10を介し、補助タンク21内の水１が水タンク２内に導かれる。その水１は図示の如く、ジャケット部８に充満すると共に、底部７の上方まで満たされる。なお、燃焼装置５の稼働前には、水タンク２内には水が充満する。燃焼装置５が稼働し、水蒸気が発生すると、その蒸気圧にバランスして水面が図示の位置に低下する。
【００１５】
（作用）
バーナ17に燃料18，一次空気19，二次空気20が供給されると共に、燃料18に点火されると火炎16が生じ、高温の排気ガス4aが火炎案内管24内を流通し、触媒６を通過して内筒8aと火炎案内管24との間を流下する。そして、その排気ガス4aが排気管15より外部に導かれる。それにより、水タンク２内の水１が加熱蒸発され、その水蒸気が蒸気案内部22を介し補助タンク21内に流入する。このときバッファ11によって、水蒸気中の水分が分離して補助タンク21内に落下する。そして、水蒸気のみが蒸気管14を介して外部に導かれる。
【００１６】
触媒６は、高温の排気ガス4aにより加熱されるが、水タンク２及びジャケット部８に接しているため、その内側の水との間に熱交換が行われ、触媒６は一定以上の温度に上昇することがない。そのため、触媒６中の貴金属どうしが凝縮することを抑制し、触媒６の浄化性能を維持し得る。特に、触媒６は水タンク２の底部７のみならず、ジャケット部８にも接触しているため、それらに収納された水１との熱交換により触媒６の温度が高温に上昇することを防止できる。
【００１７】
次に、図２及び図３は本発明の蒸発器25の第二の実施の形態を示し、図２はその縦断面図、図３は図２のIII−III矢視断面図である。
図１の実施例の構造と同一の部品は同一符号を付してある。
この例が、図１の構造と異なる点は、次の各構造が付け加えられているものである。
先ず、火炎案内管24の外周に空間を挟んで釣り鐘部材23が被嵌され、その上方に複数の水パイプ９が設けられている。この水パイプ９は、下端が閉塞し上端開口が水タンク２の底部７に連通する。即ち、水パイプ９の上端が底部７を貫通する。そして水パイプ９内には、下端開放の水連通パイプ10が挿通され、その上端が補助タンク21内に連通する。
【００１８】
そして、釣り鐘部材23の上方にはプレート26が上下方向に離間して千鳥状に配置されている。それにより、排気ガス流路４が蛇行状に形成され、その上端部に排気管15が連通されている。そして排気ガス流路４の上流端に触媒６が配置され、その触媒６が水タンク２の底部７に接触すると共に、各水パイプ９の外周に接触し且つ、内筒8aの上端部の内周に接触する（図３参照）。そして、バーナ17に燃料18，一次空気19，二次空気20が供給され、燃料18が点火されて、火炎16及び排気ガス4aが生じる。排気ガス4aは、火炎案内管24の外周と釣り鐘部材23の内周との間を下降し、その釣り鐘部材23の外周と内筒8aとの間を上昇する。次いで、各プレート26の間を蛇行状に流通し、触媒６を通過して排気管15から外部に導かれる。
【００１９】
水供給管13から供給される水１は、補助タンク21内に貯えられ、それが連通パイプ10を介し水パイプ９内を満たすと共に、そこから溢れ出しジャケット部８内を満たし、さらに底部７の上方まで満たされる。そして高温の排気ガス4aとの間に熱交換が行われ、水タンク２内の水１が蒸発し、補助タンク21とケーシング３との間に形成された蒸気案内部22を上昇し、補助タンク21の内面とバッファ11との間を下降する。このとき水分が分離され補助タンク21内に落下し、蒸気12のみが蒸気管14から外部に導かれる。
【００２０】
排気ガス流路４の上流端には前述の如く触媒６が配置され、それによって排気ガス4a内の有害ガス成分を取り除く。このとき、高温の排気ガス4aにより触媒６は加熱される。その触媒６は、水パイプ９，底部７，内筒8aの一方側に接触し、それらの他方側に存在する水１との間に熱交換が行われ、水１の蒸発が促進される。それと共に、触媒６が相対的に冷却され、触媒６が異常に高温になるのを防止して、それに含まれる貴金属どうしが凝縮すること（シンタリング）を防止する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の蒸発器25の縦断面略図。
【図２】本発明の第二の実施の形態を示す蒸発器25の縦断面図。
【図３】図２のIII−III矢視断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１  水
２  水タンク
３  ケーシング
４  排気ガス流路
4a  排気ガス
５  燃焼装置
６  触媒
７  底部
８  ジャケット部
8a  内筒
【００２３】
９  水パイプ
10  連通パイプ
11  バッファ
12  蒸気
13  水供給管
14  蒸気管
15  排気管
16  火炎
17  バーナ
【００２４】
18  燃料
19  一次空気
20  二次空気
21  補助タンク
22  蒸気案内部
23  釣り鐘部材
24  火炎案内管
25  蒸発器
26  プレート
27  補助底板
【図１】
2009114014.tif 000003
【図２】
2009114014.tif 000004
【図３】
2009114014.tif 000005