(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱ガス部の内径側に、同心的に配置され、底部側に水気化部を、頭部側に燃料気化部をそれぞれ区分けする気化部とを備えたことを特徴とする燃料電池発電装置用燃料気化装置。
【請求項２】
気化部のうち、燃料気化部は、水気化部から供給された水空気混合体を分配する水蒸気分配部を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置用燃料気化装置。
【請求項３】
気化部は、加熱ガス部側の外壁に加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置用燃料気化装置。
【請求項４】
加熱手段は、電気、空気、ガス、蒸気のうち、いずれかを熱源として使用することを特徴とする請求項３記載の燃料電池発電装置用燃料気化装置。
【請求項５】
気化部のうち、水気化部は、中央に水通路を形成し、その外側に空気通路を形成する水空気入口を備えていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置用燃料気化装置。
【請求項６】
水空気入口は、水気化部に対し、接線方向に装着することを特徴とする請求項５記載の燃料電池発電装置用燃料気化装置。
【請求項７】
気化部のうち、燃料気化部は、中央に液体燃料を流す燃料通路を形成し、その外側に空気通路を形成する燃料口を備えていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置用燃料気化装置。
【請求項８】
燃料口は、燃料気化部に対し、接線方向に装着することを特徴とする請求項７記載の燃料電池発電装置用燃料気化装置。
【請求項９】
気化部は、加熱ガス部側の外壁にフィンを備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置用燃料気化装置。
【請求項１０】
気化部は、加熱ガス部との空間に充填材を充填させたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置用燃料気化装置。
【請求項１１】
気化部は、加熱ガス部側の外壁に螺旋状の流路を形成することを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置用燃料気化装置。
【請求項１２】
気化部のうち、水気化部および燃料気化部は、ともに充填材を充填させたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置用燃料気化装置。
【請求項１３】
充填材は、セラミックス製ボールおよび金属球のうち、いずれかを用いていることを特徴とする請求項１０または１２記載の燃料電池発電装置用燃料気化装置。
【請求項１４】
気化部のうち、燃料気化部は、燃料ガス出口に多孔質体を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置用燃料気化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原燃料に液体燃料を使用する際、液体燃料を気化させて燃料電池に供給する燃料電池発電装置用燃料気化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用または商業用電源として脚光を浴びている燃料電発電装置では、水素ガスに水蒸気改質する原燃料に都市ガス、ＬＰＧ、消化ガス等のガス燃料を使用している。
【０００３】
これらのガス燃料から選択された原燃料は、硫黄分を取り除いた後、水蒸気を加えて燃料処理装置に供給され、ここで水蒸気改質が行われた後、燃料電池に供給される。
【０００４】
燃料電池に供給された水蒸気改質ガスは、例えば固体高分子膜等を介して酸素ガスと電気化学的に反応し、その際に直流電力を発生させている。
【０００５】
ところで、上述のガス燃料を原燃料として選択する場合、立方メートル当りの単価、安全性や貯蔵性の手当て等設備の強固化、安全化に伴うコストの高騰を招くので、最近ではコストの低減化等を考慮して原燃料に液体燃料の適用が研究されている。
【０００６】
原燃料を、従来の気体燃料から液体燃料に変更する場合、燃料電池に供給するには、気化させる気化装置が必要とされる。
【０００７】
気化装置には、水と液体燃料とを同時に気化させる、いわゆる一缶式と、水と液体燃料とを別々に気化させ、気化後に混合器で合流させる、いわゆる二缶式とがある。これらは、必要度合に応じて選択されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述、一缶式の気化装置にしても、二缶式の気化装置にしても、幾つかの問題点が含まれている。
【０００９】
前者は、構造が簡素化され、コンパクト化されているので、設置面積が比較的容易に確保できる利点がある反面、同一装置で沸点の異なる、例えば水と液体燃料とを一定の混合比を保ちながら気化させることが難しく、効率のよい運転ができない隘路になっていた。
【００１０】
後者は、沸点の異なる、例えば水と液体燃料とを一定の混合比を保ちながら気化させることが容易になっているものの、設備が大型化して設置面積の確保に労苦を伴い、面積増加に伴う放熱の損失、あるいは発生する燃料ガスと水蒸気との混合器の必要性が出、設備の増加になる等の問題点が含まれていた。
【００１１】
本発明は、このような背景技術に照らしてなされたもので、一缶式および二缶式の持つ不具合、不都合を改善し、コンパクトで、安価で、かつ気化性能および安全性をより一層高くする燃料電池発電装置用燃料気化装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、加熱ガス部の内径側に、同心的に配置され、底部側に水気化部を、頭部側に燃料気化部をそれぞれ区分けする気化部とを備えたものである。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、気化部のうち、燃料気化部は、水気化部から供給された水空気混合体を分配する水蒸気分配部を備えたものである。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、気化部は、加熱ガス部側の外壁に加熱手段を備えたものである。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、加熱手段は、電気、空気、ガス、蒸気のうち、いずれかを熱源として使用するものである。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、気化部のうち、水気化部は、中央に水通路を形成し、その外側に空気通路を形成する水空気入口を備えているものである。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、水空気入口は、水気化部に対し、接線方向に装着するものである。
【００１８】
また、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、気化部のうち、燃料気化部は、中央に液体燃料を流す燃料通路を形成し、その外側に空気通路を形成する燃料口を備えているものである。
【００１９】
また、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、燃料口は、燃料気化部に対し、接線方向に装着するものである。
【００２０】
また、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、気化部は、加熱ガス部側の外壁にフィンを備えたものである。
【００２１】
また、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、気化部は、加熱ガス部との空間に充填材を充填させたものである。
【００２２】
また、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、気化部は、加熱ガス部側の外壁に螺旋状の流路を形成するものである。
【００２３】
また、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、気化部のうち、水気化部および燃料気化部は、ともに充填材を充填させたものである。
【００２４】
また、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、充填材は、セラミックス製ボールおよび金属球のうち、いずれかを用いているものである。
【００２５】
また、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、上述の目的を達成するために、請求項１４に記載したように、気化部のうち、燃料気化部は、燃料ガス出口に多孔質体を備えたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置の第１実施形態を示す概念図である。
【００２８】
本実施形態に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、筒状に形成する加熱ガス部１と、内径側に同心状に配置され、かつ筒状に形成する気化部２とを備える構成になっている。
【００２９】
また、本実施形態に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、気化部２を、仕切板３で区分けし、底部側に水気化部４を備えるとともに、頭部側に燃料ガス出口５と連通する燃料気化部６を備えている。
【００３０】
燃料気化部６は、水気化部４と連通する筒状の水蒸気分配部７を収容している。
【００３１】
このような構成を備える燃料電池発電装置用燃料気化装置は、高温ガスが加熱ガス入口８から供給され、加熱ガス出口９から排出される間に、加熱ガス部１が予め定められた温度になると、水気化部４に設けられ、中央に水通路１０を形成し、その外側に空気通路１１を形成する水空気入口１２から供給された水と空気とを水気化部４で混合気化させ、その混合気を仕切板３に設けた透口１３を介して水蒸気分配部７に供給し、ここで一旦溜めた後、供給口１４ａ，１４ｂを介して燃料気化部６に供給する。
【００３２】
燃料気化部６は、水蒸気分配部７から供給される水蒸気に空気通路１６と燃料通路１７とを備える燃料口１５から供給された空気および液体燃料を混合させ、ここで燃料ガスにし、さらに燃料ガス出口５を介して燃料処理装置等（図示せず）に供給する。
【００３３】
このように、本実施形態は、加熱ガス部１の内径側に同心状に配置された気化部２のうち、水気化部４に水空気の混合体が供給され、ここで加熱ガス部１からの加熱媒体により気化させ、さらに気化した水空気の混合ガスを水蒸気分配部７を介して燃料気化部６で液体燃料と混合させ、その混合体を加熱ガス部１の加熱媒体により加熱させて気化させるので、構造の簡素化の下、燃料と水蒸気とを効果的に混合させ良好に気化させることができる。
【００３４】
図２は、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置の第２実施形態を示す概念図である。
【００３５】
なお、第１実施形態の構成部分と同一構成部分には同一符号を付す。
【００３６】
本実施形態に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、加熱ガス部１の内径側に同心状に配置され、水気化部４と燃料気化部６とに区分けする気化部２の加熱ガス部１側の壁面に加熱部１８を設けたものである。
【００３７】
この加熱部１８は、電気、空気、ガス、蒸気のうち、いずれかの熱源が選択される。
【００３８】
このように、本実施形態は、気化部２の加熱ガス部側の壁面に加熱部１８を設けたので、起動運転時等で水と燃料との混合ガスを気化させる加熱ガスが得られない場合や寒冷地等の氷点下以下の地域での熱源を確保しにくい場合、水と燃料との混合ガスを容易、かつ良好に気化させることができる。
【００３９】
図３は、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置に適用する水空気入口１２および燃料口１５の実施形態を示す概念図である。
【００４０】
本実施形態に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、筒状の気化部２の水気化部４に対し、水空気入口１２を接線方向に装着するとともに、筒状の気化部２の燃料気化部６に対し、燃料口１５を接線方向に装着したものである。
【００４１】
このように、本実施形態は、水気化部４に対し、水空気入口１２を接線方向に装着する一方、燃料気化部６に対し、燃料口１５を接線方向に装着したので、水および空気あるいは液体燃料および空気のそれぞれの混合体に旋回流を与えることができ、旋回流に基づく熱伝達の向上により一層早く良好に気化させることができる。
【００４２】
図４は、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置に適用する水気化部４および燃料気化部６の実施形態を示す概念図である。
【００４３】
本実施形態に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、筒状の気化部２の水気化部４および燃料気化部６のそれぞれの外壁面にフィン１９を設けたものである。
【００４４】
このように、本実施形態は、筒状の気化部２の水気化部４および燃料気化部６のそれぞれの外壁面にフィン１９を設けたので、伝熱性能を向上させることができ、より一層早く、良好に水および空気あるいは液体燃料および空気のそれぞれの混合体を気化させることができる。
【００４５】
図５は、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置に適用する加熱ガス部１と気化部２の実施形態を示す概念図である。
【００４６】
本実施形態に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、加熱ガス部１と気化部２との間の空間に、例えばセラミックス製ボールまたは金属球等の充填材２０を充填させたものである。
【００４７】
このように、本実施形態は、加熱ガス部１と気化部２との空間に充填材２０を充填し、充填材２０間の空隙を通過する加熱媒体の流れに乱れを与えて熱伝達率を向上させるので、加熱媒体の熱伝達率の増加の下、水および空気の混合体等を良好に気化させることができる。
【００４８】
なお、本実施形態は、加熱ガス部１と気化部２との間の空間に充填材２０を充填されたが、この例に限らず、例えば図６に示すように、気化部２の加熱ガス部１側の壁面に螺旋状の流路２１を形成し、螺旋状の流路２１を流れる加熱媒体に旋回流を与えて熱伝達率を増加させ、水気化部４の水空気混合体や燃料気化部６の空気液体燃料の混合体により多くの熱を与えて気化を促進させてもよい。
【００４９】
図７は、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置に適用する気化部２の水気化部４および燃料気化部６の実施形態を示す概念図である。
【００５０】
本実施形態に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、筒状の気化部２を仕切板３で区分けする水気化部４と燃料気化部６とのそれぞれに、例えばセラミックス製ボールまたは金属球等の充填材２０を充填させたものである。
【００５１】
このように、本実施形態は、水気化部４および燃料気化部６のそれぞれに充填材２０を充填して各部４，６の伝熱面積を増加させたので、水および空気、あるいは空気および液体燃料のそれぞれの混合体をより一層早く、良好に気化させることができる。
【００５２】
図８は、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置に適用する気化部２の燃料ガス出口５の実施形態を示す概念図である。
【００５３】
本実施形態に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、気化部２の燃料ガス出口６に、例えばセラミックス等の多孔質体２２を設けたものである。
【００５４】
このように、本実施形態は、気化部２の燃料ガス出口６に、多孔質体２２を設け、この多孔質体２２に周辺部分や機器から出る熱を蓄熱させておくので、燃料気化部６で気化し、燃料ガスが燃料ガス出口６を出るとき加熱され、ドレン化が防止され、燃料ガスを気化させた状態を維持して燃料処理装置等に供給することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、外径側に加熱手段を備え、内径側に水および空気、あるいは空気および液体燃料のそれぞれの混合体を気化させる気体手段を備え、加熱手段から気化手段に熱を加えて混合体を気化させるので、構造を簡素化、コンパクトにして混合体を良好に気化させることができる。
【００５６】
また、本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置は、加熱手段および気化手段のそれぞれに伝熱促進手段を備えているので、水および空気、あるいは空気および液体燃料のそれぞれの混合体をより早く気化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置の第１実施形態を示す概念図。
【図２】本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置の第２実施形態を示す概念図。
【図３】本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置に適用する水空気入口および燃料口の実施形態を示す概念図。
【図４】本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置に適用する水気化部および燃料気化部の実施形態を示す概念図。
【図５】本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置に適用するガス加熱部と気化部の実施形態を示す概念図。
【図６】本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置に適用する気化部の実施形態を示す概念図。
【図７】本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置に適用する水気化部および燃料気化部の実施形態を示す概念図。
【図８】本発明に係る燃料電池発電装置用燃料気化装置に適用する気化部の実施形態を示す概念図。
【符号の説明】
１  加熱ガス部
２  気化部
３  仕切板
４  水気化部
５  燃料ガス出口
６  燃料気化部
７  水蒸気分配部
８  加熱ガス入口
９  加熱ガス出口
１０  水通路
１１  空気通路
１２  水空気入口
１３  透口
１４ａ，１４ｂ  供給口
１５  燃料口
１６  空気通路
１７  燃料通路
１８  加熱部
１９  フィン
２０  充填材
２２  多孔質体
【図１】
0003806362.tif 000002
【図２】
0003806362.tif 000003
【図３】
0003806362.tif 000004
【図４】
0003806362.tif 000005
【図５】
0003806362.tif 000006
【図６】
0003806362.tif 000007
【図７】
0003806362.tif 000008
【図８】
0003806362.tif 000009