気液供給装置及びその気液供給装置を備えた改質装置
【課題】液体の蒸気と気体とによる処理を安定して行い得る気液供給装置、及び、水蒸気による原燃料ガスの改質処理を安定して行い得る改質装置を提供する。
【解決手段】熱を発生させる熱発生部と共に収納容器１内に設けられて、供給される液体Ｗを熱発生部にて発生する熱を用いて加熱して蒸発させる処理装置Ｅに、液体Ｗと気体Ｇを供給する気液供給装置Ｓであって、外部から収納容器１内に挿通されて処理装置Ｅに接続され、液体Ｗと気体Ｇを共に処理装置Ｅに流動させる気液供給管４が備えられ、その気液供給管４の内壁４ｗには、液体Ｗの供給部位４ｅから処理装置Ｅまでの管長手方向全長にわたって、液体Ｗと気体Ｇとのうちの液体Ｗを内壁４ｗに付着させて管長手方向に流動させる混相流動部Ｃが備えられている。
【解決手段】熱を発生させる熱発生部と共に収納容器１内に設けられて、供給される液体Ｗを熱発生部にて発生する熱を用いて加熱して蒸発させる処理装置Ｅに、液体Ｗと気体Ｇを供給する気液供給装置Ｓであって、外部から収納容器１内に挿通されて処理装置Ｅに接続され、液体Ｗと気体Ｇを共に処理装置Ｅに流動させる気液供給管４が備えられ、その気液供給管４の内壁４ｗには、液体Ｗの供給部位４ｅから処理装置Ｅまでの管長手方向全長にわたって、液体Ｗと気体Ｇとのうちの液体Ｗを内壁４ｗに付着させて管長手方向に流動させる混相流動部Ｃが備えられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱を発生させる熱発生部と共に収納容器内に設けられて、供給される液体を前記熱発生部にて発生する熱を用いて加熱して少なくとも蒸発させる処理装置に、液体と液体とは別物質の気体を供給する気液供給装置、及び、その気液供給装置を備えた改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる気液供給装置は、例えば、燃料電池に備えられる気化器に液体と気体とを供給するためのものであり、処理装置を熱発生部により加熱した状態で、その処理装置に液体と気体を供給して液体を蒸発させ、生成される蒸気と気体とはその処理装置の下流側で改質等の所定の処理を受ける。
この種の気液供給装置が備えられる前述の改質装置は、水と炭化水素系の原燃料ガスが供給されて、水を加熱して蒸発させると共に、その水蒸気により原燃料ガスを改質処理して、水素を含む改質ガスを生成する。
【０００３】
このような気液供給装置において、従来は、液体供給管及び気体供給管が外部から収納容器内に挿通されて処理装置に接続され、液体供給管により液体を処理装置に流動させ、並びに、気体供給管により気体を処理装置に流動させるように構成されていた（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４３５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような気液供給装置では、処理装置において少なくとも蒸発あるいはその下手で液体の蒸気と気体とにより所定の処理を行うために、処理装置における液体の蒸気の量と気体の量との比率を所定の比率に調整すべく、処理装置に供給される液体及び気体夫々の供給量を調整する必要がある。
一方、気体供給管と液体供給管とを、装置構成の簡素化やコストダウン等のため、又、管からの放熱損失の抑制によるエネルギ効率向上を図るため、共通の単一の供給管とすることが考えられる。
ところが、単一の供給管で液体と気体との両方を供給すると、供給管が外部から収納容器内に挿通されて処理装置に接続されているので、供給管において収納容器内に位置する部分も熱発生部により加熱されることになり、その部分を流動する液体も加熱されることになる。
そして、供給管を流動する液体が処理装置の手前で蒸発して、所謂突沸が発生すると、液体蒸気の体積が急激に増大することによって、供給管においてその突沸部位よりも下流側の部分を流動している液体が急激に処理装置に供給され、突沸の後は一時的に液体の供給が途切れる又は供給量が少なくなるので、処理装置に供給される液体の供給量が大きく変動することになり、処理装置で生成される液体の蒸気の量も大きく変動することになる。
それによって、処理装置における液体の蒸気の量と気体の量との比率が所定の比率から大きく変動することになり、処理装置での処理が適正に行われなくなる虞があった。
【０００６】
又、そのような気液供給装置を備えた改質装置では、液体供給管を流動する水が上述のように処理装置の手前で突沸を起こすと、処理装置における水蒸気の量と原燃料ガスの量との比率が所定の比率から大きく変動することになるので、原燃料ガスの改質処理を安定して行うことができなくなる虞があった。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体の蒸気と気体とによる処理を安定して行い得る気液供給装置、及び、水蒸気による原燃料ガスの改質処理を安定して行い得る改質装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る気液供給装置は、熱を発生させる熱発生部と共に収納容器内に設けられて、供給される液体を前記熱発生部にて発生する熱を用いて加熱して少なくとも蒸発させる処理装置に、液体と液体とは別物質の気体を供給するものであって、
その特徴構成は、外部から前記収納容器内に挿通されて前記処理装置に接続され、液体と気体を共に前記処理装置に流動させる気液供給管が備えられ、
その気液供給管の内壁には、液体の供給部位から前記処理装置までの管長手方向全長にわたって、液体と気体とのうちの液体を内壁に付着させて管長手方向に流動させる混相流動部が備えられている点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、液体と気体とのうちの液体が混相流動部を気液供給管の内壁に付着した状態（管内壁面を濡らした状態）で集中的に流動して、気液供給管における毛細管状部よりも内方側の部分に空間が形成されるので、液体が混相流動部により気液供給管の内壁に実質上付着する状態で流動し、且つ、気体が気液供給管における混相流動部の内方側の空間を流動する形態で、液体と気体が気液供給管を共に流動して処理装置に供給される。
【００１０】
ところで、気液供給管が外部から収納容器内に挿通されて処理装置に接続されているので、気液供給管において収納容器内に位置する部分も熱発生部により加熱されて、その部分の混相流動部を内壁に付着した状態で流動している液体も加熱されることになる。
そして、混相流動部を内壁に付着した状態で流動している液体が気液供給管における処理装置の手前で蒸発しても、気液供給管における混相流動部の内方側には気体が流動している空間が存在していて、蒸気がその空間に拡散するので、混相流動部におけるそのような液体の蒸発部位よりも下流側の部分を流動している液体が処理装置に急激に押し込まれるのを抑制することができる。それによって、処理装置に供給される液体の量と気体の量との比率が変動するのを抑制することができるので、処理装置における液体の蒸気の量と気体の量との比率が所定の比率から変動するのを抑制することができる。
従って、液体の蒸気と気体とによる処理を安定して行い得る気液供給装置を提供することができるようになった。
【００１１】
又、処理装置に対して１本の管により液体と気体とを供給するので、従来のように液体供給管と気体供給管との２本の管により液体と気体を供給するものと比べて、構成の簡略化を図ることができるので、気液供給装置の低廉化を図ることができ、又、管からの放熱損失を抑制することができるので、エネルギ効率の向上も図ることができる。
【００１２】
本発明に係る気液供給装置の更なる特徴構成は、
前記混相流動部が、前記気液供給管の内壁における周方向全周にわたって備えられている点にある。
【００１３】
上記特徴構成によれば、混相流動部が気液供給管の内壁における周方向全周にわたって備えられていて、液体を気液供給管の内壁の全周又はその周方向における極力広い範囲にわたって付着した状態で処理装置へ流動させることができる。
つまり、液体を気液供給管の内壁に付着した状態で流動させるにしても、その流動量をより一層多くすることができて、処理装置への液体の供給量の調整範囲を広くすることができるので、処理装置への液体と気体との供給量比率の設定範囲を広くすることが可能となる。
従って、処理装置への液体と気体との供給量比率が種々の比率の気液供給装置に対応することができる。
【００１４】
本発明に係る気液供給装置の更なる特徴構成は、
前記混相流動部が、液体を毛細管現象により前記気液供給管の内壁に付着させて流動させる毛細管状部にて構成されている点にある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、液体が、毛細管状部を毛細管現象により流動する形態で、気液供給管の内壁に付着状態で流動する。
つまり、毛細管現象によって液体を重力に逆らって流動させることができるので、混相流動部を毛細管状部により構成することにより、液体を気液供給管の内壁に付着した状態で流動させることを効果的に実現することができる。
【００１６】
本発明に係る気液供給装置の更なる特徴構成は、
前記混相流動部が、前記気液供給管の内壁を親水化処理した親水化部にて構成されている点にある。
【００１７】
上記特徴構成によれば、液体が、親水化部を伝って膜状に流動する形態で、気液供給管の内壁に付着した状態で流動する。
つまり、気液供給管の内壁を親水化処理すると、液体が内壁に極めて良くなじんで膜状に拡がるので、液体を気液供給管の内壁に付着した状態で重力に逆らって流動させることが可能となる。
そこで、混相流動部を気液供給管の内壁を親水化処理した親水化部にて構成することにより、液体を気液供給管の内壁に付着状態で流動させることを効果的に実現することができる。
【００１８】
本発明に係る気液供給装置の更なる特徴構成は、
前記気液供給管における液体の供給部位に、供給される液体を内壁に沿って管周方向に拡げる拡散部が設けられている点にある。
【００１９】
上記特徴構成によれば、気液供給管における液体の供給部位から供給された液体は、拡散部によって内壁の管周方向に拡げられて、混相流動部の基端にその周方向の全周又は略全周にわたって供給されるので、液体は、混相流動部の基端からその周方向全周又は略全周にわたって内壁に付着した状態で処理装置に向かって流動する。
つまり、液体が混相流動部により気液供給管の内壁に付着状態で流動し、且つ、気体が気液供給管における混相流動部の内方側の空間を流動する形態で、気液供給管を通して液体と気体を共に流動させることをより一層的確に行わせることができる。
【００２０】
本発明に係る改質装置は、これまで説明してきた気液供給装置を備えたものであって、
その特徴構成は、
供給される水を加熱して蒸発させる気化器、及び、供給される炭化水素系の原燃料ガスを前記気化器にて生成された水蒸気にて改質処理する改質器を前記処理装置として備え、
前記気化器及び前記改質器が、前記改質器にて改質処理された改質ガスと酸素含有ガスとが供給されて発電する燃料電池部、及び、その燃料電池部から排出される排改質ガスと排酸素含有ガスとを混合させて燃焼させる前記熱発生部としての燃焼部と共に、前記収納容器内に配設され、
前記気液供給管が外部から前記収納容器内に挿通されて前記気化器に接続されて、水と原燃料ガスを共に前記気液供給管により前記気化器に流動させるように構成され、
前記気化器から前記改質器へ水蒸気及び原燃料ガスの流動が可能なように構成され、
前記気化器が、前記燃焼部での燃焼により発生する燃焼熱を用いて水を加熱して蒸発させるように構成され、並びに、前記改質器が、前記燃焼熱を用いて原燃料ガスの改質処理を行うように構成されている点にある。
【００２１】
上記特徴構成によれば、収納容器内に改質器、燃料電池部及び燃焼部が設けられ、燃料電池部により、改質器にて改質処理された改質ガスと外部から供給される酸素含有ガスとを発電反応させて発電させ、燃焼部では、燃料電池部から排出される排改質ガスと排酸素含有ガスとを混合させて、排改質ガス中の可燃成分を燃焼させる。
気化器では、燃焼部での燃焼により発生する燃焼熱を用いて、水を加熱して蒸発させ、改質器では、燃焼部での燃焼により発生する燃焼熱を用いて、原燃料ガスを水蒸気により改質処理する。
そして、水が混相流動部により気液供給管の内壁に付着状態で流動し、且つ、原燃料ガスが気液供給管における混相流動部の内方側の空間を流動する形態で、水と原燃料ガスが気液供給管を共に流動して気化器に供給されるので、先に気液供給装置について説明したのと同様の作用で、気化器に供給される水の量と原燃料ガスの量との比率が変動するのを抑制することができるので、改質器における水蒸気の量と原燃料ガスの量との比率が所定の比率から変動するのを抑制することができる。
従って、水蒸気による原燃料ガスの改質処理を安定して行い得る改質装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態に係る改質装置を備えた燃焼電池発電装置の全体概略構成を示すブロック図
【図２】第１実施形態に係る気液供給装置の要部の一部切り欠き図
【図３】第１実施形態に係る気液供給装置の連結部を示す断面図
【図４】第１実施形態に係る気液供給装置の気液供給管の横断面図
【図５】第２実施形態に係る気液供給装置の気液供給管の横断面図
【図６】第３実施形態に係る気液供給装置の気液供給管の横断面図
【図７】第４実施形態に係る気液供給装置の気液供給管の横断面図
【図８】第５実施形態に係る気液供給装置の気液供給管の横断面図
【図９】別実施形態に係る気液供給装置の拡散部を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
〔第１実施形態〕
先ず、第１実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る改質装置Ｒを備えた燃料電池発電装置の全体概略構成を示すブロック図である。
改質装置Ｒには、本発明に係る気液供給装置Ｓが備えられている。
この気液供給装置Ｓは、熱を発生させる熱発生部Ｂと共に収納容器１内に設けられて、供給される液体Ｗを熱発生部Ｂにて発生する熱を用いて加熱して蒸発させる処理装置Ｅに、液体Ｗと気体Ｇを供給するように構成されている。
【００２４】
改質装置Ｒは、供給される水（液体の一例）Ｗを加熱して蒸発させる気化器２、及び、供給される炭化水素系の原燃料ガス（気体の一例）Ｇを気化器２にて生成された水蒸気にて改質処理する改質器３を前記処理装置Ｅとして備えて構成されている。
つまり、この実施形態では、この気液供給装置Ｓは、液体として水Ｗを、気体として原燃料ガスＧをそれぞれ処理装置Ｅに供給するように構成されている。
【００２５】
図１に基づいて、本願独特の気液供給装置Ｓについて説明を加える。
この気液供給装置Ｓには、外部から収納容器１内に挿通されて処理装置Ｅに接続され、水Ｗと原燃料ガスＧを共に処理装置Ｅに流動させる気液供給管４が備えられている。
更に、この気液供給装置Ｓには、気液供給管４の基端部に設けられた連結部５、その連結部５に連結された改質水供給管６及び原燃料ガス供給管７、改質室水タンク８内の水Ｗを改質水供給管６を通して気液供給管４に供給する改質水ポンプ９、原燃料ガスＧを原燃料ガス供給管７を通して気液供給管４に供給する昇圧ポンプ１０、並びに、原燃料ガス供給管７を流動する原燃料ガスＧを脱硫する脱硫器１１が備えられている。
【００２６】
そして、改質水ポンプ９の作用により改質室水タンク８内の水Ｗが改質水供給管６を流動して連結部５から気液供給管４に供給され、並びに、昇圧ポンプ１０の作用により、原燃料ガスＧが原燃料ガス供給管７を流動して脱硫器１１にて脱硫されたのち連結部５から気液供給管４に供給されて、この気液供給管４を通して水Ｗと原燃料ガスＧを共に処理装置Ｅに流動させる構成となっている。
【００２７】
図１に基づいて、燃料電池発電装置について説明を加える。
前記気化器２及び前記改質器３が、改質器３にて改質処理された改質ガスと酸素含有ガスとしての空気が供給されて発電する燃料電池部２１、及び、その燃料電池部２１から排出される排改質ガスと排空気とを混合させて燃焼させる前記熱発生部Ｂとしての燃焼部２２と共に、前記収納容器１内に配設されている。
気液供給管４が外部から収納容器１内に挿通されて気化器２に接続されて、水Ｗと原燃料ガスＧを共に気液供給管４により気化器２に流動させるように構成され、又、気化器２から改質器３へ水蒸気及び原燃料ガスＧの流動が可能なように構成されている。
そして、気化器２が、燃焼部２２での燃焼により発生する燃焼熱を用いて水Ｗを加熱して蒸発させるように構成され、並びに、改質器３が、燃焼部２２で発生する燃焼熱を用いて原燃料ガスＧの改質処理を行うように構成されている。
この実施形態では、気化器２と改質器３とが、気化器２から改質器３へ水蒸気及び原燃料ガスＧが流動可能な状態で、一体的に構成されている。
【００２８】
ちなみに、原燃料ガスがメタンガスを主成分とする天然ガスである場合は、メタンガスと水蒸気とが下記の反応式にて改質反応して、水素ガスと一酸化炭素ガスを含む改質ガスが生成される。
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2
【００２９】
上記改質反応を適切に起こさせることが可能な流量比率で改質器３へ水蒸気と原燃料ガスＧとが供給されるように、気化器２に供給される水Ｗと原燃料ガスＧとの流量比率である気液流量比率が予め設定されている。
そして、気化器２へ水Ｗと原燃料ガスＧを設定気液流量比率で供給すべく、制御部（図示省略）によって改質水ポンプ９及び昇圧ポンプ１０夫々の作動が制御されるように構成されている。
【００３０】
改質器４にて生成された改質ガスは、改質ガス供給路２３を通して燃料電池部２１へ供給される。
燃料電池部２１は、改質ガスが通流する燃料通流部２４と空気が通流する空気通流部２５とを備えた複数の固体酸化物型のセル２６を電気的に直列接続された状態で備えたセルスタックにて構成されている。
図示は省略するが、セル２６は、燃料極と空気極との間に固体電解質層を備えた固体酸化物型に構成され、燃料通流部２４を改質ガスが通流することで燃料極に改質ガスが供給され、空気通流部２５を空気が通流することで空気極に空気が供給される。
そして、そのような燃料電池部２１が、複数のセル２６が燃料通流部２４の改質ガス排出口２４ｅ及び空気通流部２５の空気排出口２５ｅが上向きになる姿勢で横方向に並ぶ状態で、収納容器１内に配設されている。
ちなみに、セル２６としては、燃料通流部２４及び空気通流部２５を備えた各種の形状や構成のセルが使用可能であり、その形状や構成については上記に限定されるものではない。
【００３１】
図１に示すように、燃料電池部２１には、改質器３から改質ガス供給路２３を通して供給される改質ガスを受け入れるガスマニホールド２７が備えられており、複数のセル２６は、ガスマニホールド２７の上方側に上述のように並ぶ状態で配置され、ガスマニホールド２７と複数のセル２６における燃料通流部２４の下端のガス導入口（図示省略）とが連通接続されている。そして、ガスマニホールド２７に供給された改質ガスが複数のセル２６夫々の燃料通流部２４に対して下端のガス導入口から供給されて、各燃料通流部２４を下方側から上方側に通流して発電反応に供され、その発電反応に供されたのちの排改質ガスが上端の改質ガス排出口２４ｅから排出される。
【００３２】
収納容器１には、空気導入口２８が設けられると共に、その空気導入口２８に、空気供給路２９が接続されて、ブロア３０の作動により、空気が空気供給路２９を通して収納容器１内に供給される。
複数のセル２６夫々における空気通流部２５の下端部近傍には、収納容器１内と空気通流部２５内とを連通する空気供給孔（図示省略）が設けられている。そして、複数のセル２６夫々の空気通流部２５には収納容器１内の空気がこの空気供給孔を通して供給されて、各空気通流部２５を下方側から上方側に通流して発電反応に供され、その発電反応に供されたのちの排空気が上端の空気排出口２５ｅから排出される。
【００３３】
各セル２６の燃料通流部２４の改質ガス排出口２４ｅから排出される排改質ガスと空気通流部２５の空気排出口２５ｅから排出される排空気とを燃焼させる燃焼空間が、燃料電池部２１の上方に隣接して設けられて、この燃焼空間により、燃焼部２２が構成されている。
そして、一体構成された気化器２及び改質器３が、燃焼部２２の上方に隣接して設けられている。
【００３４】
収納容器１には、燃焼部２２にて発生した燃焼ガスを外部に排出させる排出部３１が下面部等に形成されている。そして、収納容器１内には、排出部３１から外部に排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素ガスを除去する燃焼触媒部３２（例えば、白金系触媒）が備えられている。
【００３５】
気液供給装置Ｓについて、更に説明を加える。
図２に示すように、本発明では、気液供給管４の内壁４ｗには、水Ｗの供給部位としての気液供給管４の基端４ｅから処理装置Ｅ（具体的には気化器２の入口）までの管長手方向全長にわたって、水Ｗと原燃料ガスＧとのうちの水Ｗを内壁４ｗに付着させて管長手方向に流動させる混相流動部Ｃが備えられている。
【００３６】
この実施形態では、混相流動部Ｃが、気液供給管４の内壁４ｗにおける周方向全周にわたって備えられている。
又、混相流動部Ｃが、水Ｗを毛細管現象により気液供給管４の内壁４ｗに付着させて流動させる毛細管状部１２にて構成されている。
更に、気液供給管４における水Ｗの供給部位である基端４ｅに、供給される水Ｗを内壁４ｗに沿って管周方向に拡げる拡散部Ｄが設けられている。
【００３７】
図３及び図４にも示すように、この実施形態では、気液供給管４の内壁４ｗには、基端４ｅから気化器２の入口までの管長手方向全長にわたって一連に連なる微細な多数の溝４ｇが管周方向に並ぶ状態で形成されている。
各溝４ｇは、水Ｗを毛細管現象により管長手方向に流動させることが可能な形状に形成され、各溝４ｇの幅は微細である。
そして、これら多数の溝４ｇからなる溝群により、毛細管状部１２が構成されている。
尚、図２〜図４では、各溝４ｇが明瞭に示されるように、各溝４ｇの幅及び深さは、気液供給管４の径や管壁の厚さに対して、大きく強調されて記載されており、気液供給管４の径や管壁の厚さと溝４ｇの幅や深さとの関係は、実際の関係を示すものではない。
【００３８】
図２に示すように、連結部５は、軸心が同心で対向する２つの接続口５ａ，５ｂと、軸心がそれら２つの接続口５ａ，５ｂの軸心に直交する１つの接続口５ｃとの３つの接続口を有するティーズ状の継手部材にて構成されている。
そして、連結部５における同心状の２つの接続口５ａ，５ｂのうちの一方の接続口５ａに、気液供給管４の基端４ｅが接続され、他方の接続口５ｂに原燃料ガス供給管７の先端が接続され、残りの接続口５ｃに改質水供給管６の先端が接続されている。
【００３９】
更に、図２及び図３に示すように、連結部５には、気液供給管４の基端４ｅを挿通して内嵌させる内嵌通路５ｄ、その内嵌通路５ｄの基端に連なると共に、その内嵌通路５ｄよりもやや大径で且つ内嵌通路５ｄの軸心方向に沿う方向での長さが短い扁平環状の拡散空間５ｅ、及び、接続口５ｃに接続された改質水供給管６と拡散空間５ｅを連通させると共に、内嵌通路５ｄの軸心方向に沿う方向での長さが拡散空間５ｅと同等の扁平状の改質水導入路５ｆが形成されている。
拡散空間５ｅには、環状の多孔状リング１３が嵌め込まれ、この多孔状リング１３により、拡散部Ｄが構成されている。
ている。
ちなみに、多孔状リング１３は、例えば、多孔状の焼結金属にて形成される。
【００４０】
そして、水Ｗは、改質水ポンプ９により改質水供給管６を圧送され、扁平状の改質水導入路５ｆを通過して多孔状リング１３に対して径方向の外方側から圧力がかけられて押し込まれる。そのように改質水ポンプ９により圧力がかけられて多孔状リング１３に押し込まれた水Ｗは、その多孔状リング１３を周方向全周に拡がって気液供給管４の内壁４ｗの毛細管状部１２の基端にその周方向全周にわたって供給され、その毛細管状部１２を周方向全周にわたって気液供給管４の内壁４ｗに付着する状態で毛細管作用により気化器２側に向かって流動して、気化器２に供給される。
一方、原燃料ガスＧは、昇圧ポンプ１０により、原燃料ガス供給管７を圧送されて気液供給管４の基端４ｅに供給され、その気液供給管４における毛細管状部１２の内方側の空間を気化器２側に向かって流動して気化器２に供給される。
つまり、水Ｗが毛細管状部１２により気液供給管４の内壁４ｗに付着する状態で流動し、原燃料ガスＧが気液供給管４における毛細管状部１２の内方側の空間を流動する形態で、水Ｗと原燃料ガスＧが気液供給管４を共に流動して気化器２に供給される。
【００４１】
従って、毛細管状部１２を内壁４ｗに付着する状態で流動している水Ｗが気液供給管４における気化器２の手前で蒸発しても、気液供給管４における毛細管状部１２の内方側には原燃料ガスＧが流動している空間が存在して、水蒸気がその空間に拡散する状態で水Ｗが蒸発するので、毛細管状部１２におけるそのような水Ｗの蒸発部位よりも下流側の部分を流動している水Ｗが気化器２に急激に押し込まれるのを抑制することができる。それによって、気化器２に供給される水Ｗの量と原燃料ガスＧの量との比率が変動するのを抑制することができるので、気化器２から改質器３へ供給される水蒸気の供給量と原燃料ガスＧの供給量との比率が予め設定された比率から変動するのを抑制することができるようになり、改質器３における原燃料ガスＧの改質処理を安定して行わせることができる。
【００４２】
以下、本発明の第２〜第５の実施形態を説明するが、各実施形態は混相流動部Ｃの別の実施形態を説明するものであって、改質装置Ｒを備えた燃焼電池発電装置の構成は上記の第１実施形態と同様であるので、各実施形態では、燃焼電池発電装置の構成の説明を省略する。
【００４３】
〔第２実施形態〕
図５に示すように、第２実施形態の混相流動部Ｃは、上記の第１実施形態と同様に毛細管状部１２にて構成されているが、この毛細管状部１２が、金網を円筒状に成形した円筒状金網体１４にて構成されている。
この円筒状金網体１４は、その外径が気液供給管４の内径よりもやや大きくなるように成形され、この円筒状金網体１４が縮径状態で気液供給管４に内嵌されることにより、円筒状金網体１４が、その弾性によって気液供給管４の内壁４ｗに当接する状態でその気液供給管４内に保持されている。
【００４４】
円筒状金網体１４は、水Ｗを毛細管現象により気液供給管４の内壁４ｗに付着した状態で管長手方向に流動させることが可能なように、微細なワイヤにより微細なメッシュサイズに形成されている。
尚、図５では、円筒状金網体１４が明瞭に示されるように、ワイヤ径及びメッシュサイズは、気液供給管４の径や管壁の厚さに対して大きく強調されて記載されており、気液供給管４の径や管壁の厚さと円筒状金網体１４のワイヤ径やメッシュサイズとの関係は、実際の関係を示すものではない。
【００４５】
〔第３実施形態〕
図６に示すように、第３実施形態の混相流動部Ｃは、上記の第１実施形態と同様に毛細管状部１２にて構成されているが、この毛細管状部１２が、円筒状のワイヤ集合体１５により構成されている。
円筒状のワイヤ集合体１５は、その内側に設けられたコイル１６によって、気液供給管４の内壁４ｗに当接する状態でその気液供給管４内に保持されている。
【００４６】
ワイヤ集合体１５は、水Ｗを毛細管現象により気液供給管４の内壁４ｗに付着させた状態で管長手方向に流動させることが可能なように、多数の微細なワイヤを凝集させた状態で円筒状に成形して構成されている。
尚、図６では、ワイヤ集合体１５が明瞭に示されるように、ワイヤ径及びワイヤ間の隙間は、気液供給管４の径や管壁の厚さに対して大きく強調されて記載されており、気液供給管４の径や管壁の厚さとワイヤ集合体１５のワイヤ径やワイヤ間の隙間との関係は、実際の関係を示すものではない。
【００４７】
〔第４実施形態〕
図７に示すように、第４実施形態の混相流動部Ｃは、上記の第１実施形態と同様に毛細管状部１２にて構成されているが、この毛細管状部１２が、多孔状円筒体１７により構成されている。
多孔状円筒体１７は、その外径が気液供給管４に内嵌可能なように気液供給管４の内径と略同径に構成されて、気液供給管４に内嵌されることにより、気液供給管４の内壁４ｗに当接する状態でその気液供給管４内に保持されている。
【００４８】
多孔状円筒体１７は、水Ｗを毛細管現象により気液供給管４の内壁４ｗに付着させた状態で管長手方向に流動させることが可能なように、気液供給管４の基端４ｅから気化器２までの管長手方向全長にわたる水Ｗの微細な通流経路を多数備えるように形成されている。ちなみに、多孔状円筒体１７は、焼結金属、多孔状セラミック等の多孔状体により形成される。
【００４９】
〔第５実施形態〕
図８に示すように、第５実施形態の混相流動部Ｃは、気液供給管４の内壁４ｗを親水化処理した親水化部１８にて構成されている。
この親水化部１８は、水Ｗが気液供給管４の内壁４ｗに付着して流動可能なように濡れ性を向上させるように処理したものである。
親水化処理は種々の手法により可能であり、例えば、気液供給管４の内壁４ｗを機械的又は化学的に粗面化する手法、あるいは、気液供給管４の内壁４ｗに親水性を有する親水性材（有機高分子材等）から成る膜を形成する手法等を採用することができる。
【００５０】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 拡散部Ｄの具体構成は、上記の第１〜第５の各実施形態において例示した多孔状リング１３に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、連結部５の拡散空間５ｅに嵌め込み可能な歯付座金状リング１９を用いることができる。尚、図９の（ａ）は歯付座金状リング１９の正面図、図９の（ｂ）は歯付座金状リング１９の側面図である。
ちなみに、歯付座金状リング１９としては、例えばＪＩＳＢ１２５５規格のものを用いることができる。
【００５１】
（ロ） 上記の第１〜第５の各実施形態では、混相流動部Ｃを、気液供給管４の内壁４ｗにおける周方向全周にわたって備える場合について例示したが、気液供給管４の内壁４ｗにおける周方向の一部に備えても良い。但し、気液供給管４を流動する水Ｗの全量を気液供給管４の内壁４ｗに付着した状態で流動させるようにするには、混相流動部Ｃを、気液供給管４の内壁４ｗにおける周方向の極力広い範囲にわたって備えるのが好ましい。
【００５２】
（ハ） 混相流動部Ｃを構成する毛細管状部１２の具体例は、上記の第１〜第４の各実施形態で例示した例に限定されるものではない。例えば、微細な金属ワイヤのフェルト状体を円筒状に成形した円筒状フェルト体を用いることができる。
【００５３】
（ニ） 上記の第１〜第５の各実施形態では、気化器２と改質器３とを一体的に構成する場合について例示したが、気化器２と改質器３とを別体に構成して、それら別体の気化器２と改質器３とを水蒸気と原燃料ガスとの混合気を流動させる管路で接続しても良い。
【００５４】
（ホ） 熱発生部Ｂの具体構成は、上記の第１〜第５の各実施形態において例示した如き燃焼部２２に限定されるものではない。
例えば、処理装置Ｅを加熱するように設けられたバーナや、電気ヒータでも良い。
【００５５】
（ヘ） 液体Ｗ及び気体Ｇを供給する対象の処理装置としては、上記の実施形態において例示した気化器２と改質器３とにより構成されるものに限定されるものではなく、種々のものが適用可能である。
又、液体及び気体夫々の具体例の組み合わせは、上記の実施形態において例示した水及び炭化水素系の原燃料ガスの組み合わせに限定されるものではなく、適用される処理装置の種類に応じた種々の組み合わせのものを用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、液体の蒸気と気体とによる処理を安定して行い得る気液供給装置、及び、水蒸気による原燃料ガスの改質処理を安定して行い得る改質装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 収納容器
２ 気化器
３ 改質器
４ 気液供給管
４ｅ 水（液体）の供給部位
４ｗ 内壁
１２ 毛細管状部
１７ 親水化部
２１ 燃料電池部
２２ 燃焼部
Ｂ 熱発生部
Ｃ 混相流動部
Ｄ 拡散部
Ｅ 処理装置
Ｇ 原燃料ガス（気体）
Ｓ 気液供給装置
Ｗ 水（液体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱を発生させる熱発生部と共に収納容器内に設けられて、供給される液体を前記熱発生部にて発生する熱を用いて加熱して少なくとも蒸発させる処理装置に、液体と液体とは別物質の気体を供給する気液供給装置、及び、その気液供給装置を備えた改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる気液供給装置は、例えば、燃料電池に備えられる気化器に液体と気体とを供給するためのものであり、処理装置を熱発生部により加熱した状態で、その処理装置に液体と気体を供給して液体を蒸発させ、生成される蒸気と気体とはその処理装置の下流側で改質等の所定の処理を受ける。
この種の気液供給装置が備えられる前述の改質装置は、水と炭化水素系の原燃料ガスが供給されて、水を加熱して蒸発させると共に、その水蒸気により原燃料ガスを改質処理して、水素を含む改質ガスを生成する。
【０００３】
このような気液供給装置において、従来は、液体供給管及び気体供給管が外部から収納容器内に挿通されて処理装置に接続され、液体供給管により液体を処理装置に流動させ、並びに、気体供給管により気体を処理装置に流動させるように構成されていた（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４３５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような気液供給装置では、処理装置において少なくとも蒸発あるいはその下手で液体の蒸気と気体とにより所定の処理を行うために、処理装置における液体の蒸気の量と気体の量との比率を所定の比率に調整すべく、処理装置に供給される液体及び気体夫々の供給量を調整する必要がある。
一方、気体供給管と液体供給管とを、装置構成の簡素化やコストダウン等のため、又、管からの放熱損失の抑制によるエネルギ効率向上を図るため、共通の単一の供給管とすることが考えられる。
ところが、単一の供給管で液体と気体との両方を供給すると、供給管が外部から収納容器内に挿通されて処理装置に接続されているので、供給管において収納容器内に位置する部分も熱発生部により加熱されることになり、その部分を流動する液体も加熱されることになる。
そして、供給管を流動する液体が処理装置の手前で蒸発して、所謂突沸が発生すると、液体蒸気の体積が急激に増大することによって、供給管においてその突沸部位よりも下流側の部分を流動している液体が急激に処理装置に供給され、突沸の後は一時的に液体の供給が途切れる又は供給量が少なくなるので、処理装置に供給される液体の供給量が大きく変動することになり、処理装置で生成される液体の蒸気の量も大きく変動することになる。
それによって、処理装置における液体の蒸気の量と気体の量との比率が所定の比率から大きく変動することになり、処理装置での処理が適正に行われなくなる虞があった。
【０００６】
又、そのような気液供給装置を備えた改質装置では、液体供給管を流動する水が上述のように処理装置の手前で突沸を起こすと、処理装置における水蒸気の量と原燃料ガスの量との比率が所定の比率から大きく変動することになるので、原燃料ガスの改質処理を安定して行うことができなくなる虞があった。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体の蒸気と気体とによる処理を安定して行い得る気液供給装置、及び、水蒸気による原燃料ガスの改質処理を安定して行い得る改質装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る気液供給装置は、熱を発生させる熱発生部と共に収納容器内に設けられて、供給される液体を前記熱発生部にて発生する熱を用いて加熱して少なくとも蒸発させる処理装置に、液体と液体とは別物質の気体を供給するものであって、
その特徴構成は、外部から前記収納容器内に挿通されて前記処理装置に接続され、液体と気体を共に前記処理装置に流動させる気液供給管が備えられ、
その気液供給管の内壁には、液体の供給部位から前記処理装置までの管長手方向全長にわたって、液体と気体とのうちの液体を内壁に付着させて管長手方向に流動させる混相流動部が備えられている点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、液体と気体とのうちの液体が混相流動部を気液供給管の内壁に付着した状態（管内壁面を濡らした状態）で集中的に流動して、気液供給管における毛細管状部よりも内方側の部分に空間が形成されるので、液体が混相流動部により気液供給管の内壁に実質上付着する状態で流動し、且つ、気体が気液供給管における混相流動部の内方側の空間を流動する形態で、液体と気体が気液供給管を共に流動して処理装置に供給される。
【００１０】
ところで、気液供給管が外部から収納容器内に挿通されて処理装置に接続されているので、気液供給管において収納容器内に位置する部分も熱発生部により加熱されて、その部分の混相流動部を内壁に付着した状態で流動している液体も加熱されることになる。
そして、混相流動部を内壁に付着した状態で流動している液体が気液供給管における処理装置の手前で蒸発しても、気液供給管における混相流動部の内方側には気体が流動している空間が存在していて、蒸気がその空間に拡散するので、混相流動部におけるそのような液体の蒸発部位よりも下流側の部分を流動している液体が処理装置に急激に押し込まれるのを抑制することができる。それによって、処理装置に供給される液体の量と気体の量との比率が変動するのを抑制することができるので、処理装置における液体の蒸気の量と気体の量との比率が所定の比率から変動するのを抑制することができる。
従って、液体の蒸気と気体とによる処理を安定して行い得る気液供給装置を提供することができるようになった。
【００１１】
又、処理装置に対して１本の管により液体と気体とを供給するので、従来のように液体供給管と気体供給管との２本の管により液体と気体を供給するものと比べて、構成の簡略化を図ることができるので、気液供給装置の低廉化を図ることができ、又、管からの放熱損失を抑制することができるので、エネルギ効率の向上も図ることができる。
【００１２】
本発明に係る気液供給装置の更なる特徴構成は、
前記混相流動部が、前記気液供給管の内壁における周方向全周にわたって備えられている点にある。
【００１３】
上記特徴構成によれば、混相流動部が気液供給管の内壁における周方向全周にわたって備えられていて、液体を気液供給管の内壁の全周又はその周方向における極力広い範囲にわたって付着した状態で処理装置へ流動させることができる。
つまり、液体を気液供給管の内壁に付着した状態で流動させるにしても、その流動量をより一層多くすることができて、処理装置への液体の供給量の調整範囲を広くすることができるので、処理装置への液体と気体との供給量比率の設定範囲を広くすることが可能となる。
従って、処理装置への液体と気体との供給量比率が種々の比率の気液供給装置に対応することができる。
【００１４】
本発明に係る気液供給装置の更なる特徴構成は、
前記混相流動部が、液体を毛細管現象により前記気液供給管の内壁に付着させて流動させる毛細管状部にて構成されている点にある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、液体が、毛細管状部を毛細管現象により流動する形態で、気液供給管の内壁に付着状態で流動する。
つまり、毛細管現象によって液体を重力に逆らって流動させることができるので、混相流動部を毛細管状部により構成することにより、液体を気液供給管の内壁に付着した状態で流動させることを効果的に実現することができる。
【００１６】
本発明に係る気液供給装置の更なる特徴構成は、
前記混相流動部が、前記気液供給管の内壁を親水化処理した親水化部にて構成されている点にある。
【００１７】
上記特徴構成によれば、液体が、親水化部を伝って膜状に流動する形態で、気液供給管の内壁に付着した状態で流動する。
つまり、気液供給管の内壁を親水化処理すると、液体が内壁に極めて良くなじんで膜状に拡がるので、液体を気液供給管の内壁に付着した状態で重力に逆らって流動させることが可能となる。
そこで、混相流動部を気液供給管の内壁を親水化処理した親水化部にて構成することにより、液体を気液供給管の内壁に付着状態で流動させることを効果的に実現することができる。
【００１８】
本発明に係る気液供給装置の更なる特徴構成は、
前記気液供給管における液体の供給部位に、供給される液体を内壁に沿って管周方向に拡げる拡散部が設けられている点にある。
【００１９】
上記特徴構成によれば、気液供給管における液体の供給部位から供給された液体は、拡散部によって内壁の管周方向に拡げられて、混相流動部の基端にその周方向の全周又は略全周にわたって供給されるので、液体は、混相流動部の基端からその周方向全周又は略全周にわたって内壁に付着した状態で処理装置に向かって流動する。
つまり、液体が混相流動部により気液供給管の内壁に付着状態で流動し、且つ、気体が気液供給管における混相流動部の内方側の空間を流動する形態で、気液供給管を通して液体と気体を共に流動させることをより一層的確に行わせることができる。
【００２０】
本発明に係る改質装置は、これまで説明してきた気液供給装置を備えたものであって、
その特徴構成は、
供給される水を加熱して蒸発させる気化器、及び、供給される炭化水素系の原燃料ガスを前記気化器にて生成された水蒸気にて改質処理する改質器を前記処理装置として備え、
前記気化器及び前記改質器が、前記改質器にて改質処理された改質ガスと酸素含有ガスとが供給されて発電する燃料電池部、及び、その燃料電池部から排出される排改質ガスと排酸素含有ガスとを混合させて燃焼させる前記熱発生部としての燃焼部と共に、前記収納容器内に配設され、
前記気液供給管が外部から前記収納容器内に挿通されて前記気化器に接続されて、水と原燃料ガスを共に前記気液供給管により前記気化器に流動させるように構成され、
前記気化器から前記改質器へ水蒸気及び原燃料ガスの流動が可能なように構成され、
前記気化器が、前記燃焼部での燃焼により発生する燃焼熱を用いて水を加熱して蒸発させるように構成され、並びに、前記改質器が、前記燃焼熱を用いて原燃料ガスの改質処理を行うように構成されている点にある。
【００２１】
上記特徴構成によれば、収納容器内に改質器、燃料電池部及び燃焼部が設けられ、燃料電池部により、改質器にて改質処理された改質ガスと外部から供給される酸素含有ガスとを発電反応させて発電させ、燃焼部では、燃料電池部から排出される排改質ガスと排酸素含有ガスとを混合させて、排改質ガス中の可燃成分を燃焼させる。
気化器では、燃焼部での燃焼により発生する燃焼熱を用いて、水を加熱して蒸発させ、改質器では、燃焼部での燃焼により発生する燃焼熱を用いて、原燃料ガスを水蒸気により改質処理する。
そして、水が混相流動部により気液供給管の内壁に付着状態で流動し、且つ、原燃料ガスが気液供給管における混相流動部の内方側の空間を流動する形態で、水と原燃料ガスが気液供給管を共に流動して気化器に供給されるので、先に気液供給装置について説明したのと同様の作用で、気化器に供給される水の量と原燃料ガスの量との比率が変動するのを抑制することができるので、改質器における水蒸気の量と原燃料ガスの量との比率が所定の比率から変動するのを抑制することができる。
従って、水蒸気による原燃料ガスの改質処理を安定して行い得る改質装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態に係る改質装置を備えた燃焼電池発電装置の全体概略構成を示すブロック図
【図２】第１実施形態に係る気液供給装置の要部の一部切り欠き図
【図３】第１実施形態に係る気液供給装置の連結部を示す断面図
【図４】第１実施形態に係る気液供給装置の気液供給管の横断面図
【図５】第２実施形態に係る気液供給装置の気液供給管の横断面図
【図６】第３実施形態に係る気液供給装置の気液供給管の横断面図
【図７】第４実施形態に係る気液供給装置の気液供給管の横断面図
【図８】第５実施形態に係る気液供給装置の気液供給管の横断面図
【図９】別実施形態に係る気液供給装置の拡散部を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
〔第１実施形態〕
先ず、第１実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る改質装置Ｒを備えた燃料電池発電装置の全体概略構成を示すブロック図である。
改質装置Ｒには、本発明に係る気液供給装置Ｓが備えられている。
この気液供給装置Ｓは、熱を発生させる熱発生部Ｂと共に収納容器１内に設けられて、供給される液体Ｗを熱発生部Ｂにて発生する熱を用いて加熱して蒸発させる処理装置Ｅに、液体Ｗと気体Ｇを供給するように構成されている。
【００２４】
改質装置Ｒは、供給される水（液体の一例）Ｗを加熱して蒸発させる気化器２、及び、供給される炭化水素系の原燃料ガス（気体の一例）Ｇを気化器２にて生成された水蒸気にて改質処理する改質器３を前記処理装置Ｅとして備えて構成されている。
つまり、この実施形態では、この気液供給装置Ｓは、液体として水Ｗを、気体として原燃料ガスＧをそれぞれ処理装置Ｅに供給するように構成されている。
【００２５】
図１に基づいて、本願独特の気液供給装置Ｓについて説明を加える。
この気液供給装置Ｓには、外部から収納容器１内に挿通されて処理装置Ｅに接続され、水Ｗと原燃料ガスＧを共に処理装置Ｅに流動させる気液供給管４が備えられている。
更に、この気液供給装置Ｓには、気液供給管４の基端部に設けられた連結部５、その連結部５に連結された改質水供給管６及び原燃料ガス供給管７、改質室水タンク８内の水Ｗを改質水供給管６を通して気液供給管４に供給する改質水ポンプ９、原燃料ガスＧを原燃料ガス供給管７を通して気液供給管４に供給する昇圧ポンプ１０、並びに、原燃料ガス供給管７を流動する原燃料ガスＧを脱硫する脱硫器１１が備えられている。
【００２６】
そして、改質水ポンプ９の作用により改質室水タンク８内の水Ｗが改質水供給管６を流動して連結部５から気液供給管４に供給され、並びに、昇圧ポンプ１０の作用により、原燃料ガスＧが原燃料ガス供給管７を流動して脱硫器１１にて脱硫されたのち連結部５から気液供給管４に供給されて、この気液供給管４を通して水Ｗと原燃料ガスＧを共に処理装置Ｅに流動させる構成となっている。
【００２７】
図１に基づいて、燃料電池発電装置について説明を加える。
前記気化器２及び前記改質器３が、改質器３にて改質処理された改質ガスと酸素含有ガスとしての空気が供給されて発電する燃料電池部２１、及び、その燃料電池部２１から排出される排改質ガスと排空気とを混合させて燃焼させる前記熱発生部Ｂとしての燃焼部２２と共に、前記収納容器１内に配設されている。
気液供給管４が外部から収納容器１内に挿通されて気化器２に接続されて、水Ｗと原燃料ガスＧを共に気液供給管４により気化器２に流動させるように構成され、又、気化器２から改質器３へ水蒸気及び原燃料ガスＧの流動が可能なように構成されている。
そして、気化器２が、燃焼部２２での燃焼により発生する燃焼熱を用いて水Ｗを加熱して蒸発させるように構成され、並びに、改質器３が、燃焼部２２で発生する燃焼熱を用いて原燃料ガスＧの改質処理を行うように構成されている。
この実施形態では、気化器２と改質器３とが、気化器２から改質器３へ水蒸気及び原燃料ガスＧが流動可能な状態で、一体的に構成されている。
【００２８】
ちなみに、原燃料ガスがメタンガスを主成分とする天然ガスである場合は、メタンガスと水蒸気とが下記の反応式にて改質反応して、水素ガスと一酸化炭素ガスを含む改質ガスが生成される。
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2
【００２９】
上記改質反応を適切に起こさせることが可能な流量比率で改質器３へ水蒸気と原燃料ガスＧとが供給されるように、気化器２に供給される水Ｗと原燃料ガスＧとの流量比率である気液流量比率が予め設定されている。
そして、気化器２へ水Ｗと原燃料ガスＧを設定気液流量比率で供給すべく、制御部（図示省略）によって改質水ポンプ９及び昇圧ポンプ１０夫々の作動が制御されるように構成されている。
【００３０】
改質器４にて生成された改質ガスは、改質ガス供給路２３を通して燃料電池部２１へ供給される。
燃料電池部２１は、改質ガスが通流する燃料通流部２４と空気が通流する空気通流部２５とを備えた複数の固体酸化物型のセル２６を電気的に直列接続された状態で備えたセルスタックにて構成されている。
図示は省略するが、セル２６は、燃料極と空気極との間に固体電解質層を備えた固体酸化物型に構成され、燃料通流部２４を改質ガスが通流することで燃料極に改質ガスが供給され、空気通流部２５を空気が通流することで空気極に空気が供給される。
そして、そのような燃料電池部２１が、複数のセル２６が燃料通流部２４の改質ガス排出口２４ｅ及び空気通流部２５の空気排出口２５ｅが上向きになる姿勢で横方向に並ぶ状態で、収納容器１内に配設されている。
ちなみに、セル２６としては、燃料通流部２４及び空気通流部２５を備えた各種の形状や構成のセルが使用可能であり、その形状や構成については上記に限定されるものではない。
【００３１】
図１に示すように、燃料電池部２１には、改質器３から改質ガス供給路２３を通して供給される改質ガスを受け入れるガスマニホールド２７が備えられており、複数のセル２６は、ガスマニホールド２７の上方側に上述のように並ぶ状態で配置され、ガスマニホールド２７と複数のセル２６における燃料通流部２４の下端のガス導入口（図示省略）とが連通接続されている。そして、ガスマニホールド２７に供給された改質ガスが複数のセル２６夫々の燃料通流部２４に対して下端のガス導入口から供給されて、各燃料通流部２４を下方側から上方側に通流して発電反応に供され、その発電反応に供されたのちの排改質ガスが上端の改質ガス排出口２４ｅから排出される。
【００３２】
収納容器１には、空気導入口２８が設けられると共に、その空気導入口２８に、空気供給路２９が接続されて、ブロア３０の作動により、空気が空気供給路２９を通して収納容器１内に供給される。
複数のセル２６夫々における空気通流部２５の下端部近傍には、収納容器１内と空気通流部２５内とを連通する空気供給孔（図示省略）が設けられている。そして、複数のセル２６夫々の空気通流部２５には収納容器１内の空気がこの空気供給孔を通して供給されて、各空気通流部２５を下方側から上方側に通流して発電反応に供され、その発電反応に供されたのちの排空気が上端の空気排出口２５ｅから排出される。
【００３３】
各セル２６の燃料通流部２４の改質ガス排出口２４ｅから排出される排改質ガスと空気通流部２５の空気排出口２５ｅから排出される排空気とを燃焼させる燃焼空間が、燃料電池部２１の上方に隣接して設けられて、この燃焼空間により、燃焼部２２が構成されている。
そして、一体構成された気化器２及び改質器３が、燃焼部２２の上方に隣接して設けられている。
【００３４】
収納容器１には、燃焼部２２にて発生した燃焼ガスを外部に排出させる排出部３１が下面部等に形成されている。そして、収納容器１内には、排出部３１から外部に排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素ガスを除去する燃焼触媒部３２（例えば、白金系触媒）が備えられている。
【００３５】
気液供給装置Ｓについて、更に説明を加える。
図２に示すように、本発明では、気液供給管４の内壁４ｗには、水Ｗの供給部位としての気液供給管４の基端４ｅから処理装置Ｅ（具体的には気化器２の入口）までの管長手方向全長にわたって、水Ｗと原燃料ガスＧとのうちの水Ｗを内壁４ｗに付着させて管長手方向に流動させる混相流動部Ｃが備えられている。
【００３６】
この実施形態では、混相流動部Ｃが、気液供給管４の内壁４ｗにおける周方向全周にわたって備えられている。
又、混相流動部Ｃが、水Ｗを毛細管現象により気液供給管４の内壁４ｗに付着させて流動させる毛細管状部１２にて構成されている。
更に、気液供給管４における水Ｗの供給部位である基端４ｅに、供給される水Ｗを内壁４ｗに沿って管周方向に拡げる拡散部Ｄが設けられている。
【００３７】
図３及び図４にも示すように、この実施形態では、気液供給管４の内壁４ｗには、基端４ｅから気化器２の入口までの管長手方向全長にわたって一連に連なる微細な多数の溝４ｇが管周方向に並ぶ状態で形成されている。
各溝４ｇは、水Ｗを毛細管現象により管長手方向に流動させることが可能な形状に形成され、各溝４ｇの幅は微細である。
そして、これら多数の溝４ｇからなる溝群により、毛細管状部１２が構成されている。
尚、図２〜図４では、各溝４ｇが明瞭に示されるように、各溝４ｇの幅及び深さは、気液供給管４の径や管壁の厚さに対して、大きく強調されて記載されており、気液供給管４の径や管壁の厚さと溝４ｇの幅や深さとの関係は、実際の関係を示すものではない。
【００３８】
図２に示すように、連結部５は、軸心が同心で対向する２つの接続口５ａ，５ｂと、軸心がそれら２つの接続口５ａ，５ｂの軸心に直交する１つの接続口５ｃとの３つの接続口を有するティーズ状の継手部材にて構成されている。
そして、連結部５における同心状の２つの接続口５ａ，５ｂのうちの一方の接続口５ａに、気液供給管４の基端４ｅが接続され、他方の接続口５ｂに原燃料ガス供給管７の先端が接続され、残りの接続口５ｃに改質水供給管６の先端が接続されている。
【００３９】
更に、図２及び図３に示すように、連結部５には、気液供給管４の基端４ｅを挿通して内嵌させる内嵌通路５ｄ、その内嵌通路５ｄの基端に連なると共に、その内嵌通路５ｄよりもやや大径で且つ内嵌通路５ｄの軸心方向に沿う方向での長さが短い扁平環状の拡散空間５ｅ、及び、接続口５ｃに接続された改質水供給管６と拡散空間５ｅを連通させると共に、内嵌通路５ｄの軸心方向に沿う方向での長さが拡散空間５ｅと同等の扁平状の改質水導入路５ｆが形成されている。
拡散空間５ｅには、環状の多孔状リング１３が嵌め込まれ、この多孔状リング１３により、拡散部Ｄが構成されている。
ている。
ちなみに、多孔状リング１３は、例えば、多孔状の焼結金属にて形成される。
【００４０】
そして、水Ｗは、改質水ポンプ９により改質水供給管６を圧送され、扁平状の改質水導入路５ｆを通過して多孔状リング１３に対して径方向の外方側から圧力がかけられて押し込まれる。そのように改質水ポンプ９により圧力がかけられて多孔状リング１３に押し込まれた水Ｗは、その多孔状リング１３を周方向全周に拡がって気液供給管４の内壁４ｗの毛細管状部１２の基端にその周方向全周にわたって供給され、その毛細管状部１２を周方向全周にわたって気液供給管４の内壁４ｗに付着する状態で毛細管作用により気化器２側に向かって流動して、気化器２に供給される。
一方、原燃料ガスＧは、昇圧ポンプ１０により、原燃料ガス供給管７を圧送されて気液供給管４の基端４ｅに供給され、その気液供給管４における毛細管状部１２の内方側の空間を気化器２側に向かって流動して気化器２に供給される。
つまり、水Ｗが毛細管状部１２により気液供給管４の内壁４ｗに付着する状態で流動し、原燃料ガスＧが気液供給管４における毛細管状部１２の内方側の空間を流動する形態で、水Ｗと原燃料ガスＧが気液供給管４を共に流動して気化器２に供給される。
【００４１】
従って、毛細管状部１２を内壁４ｗに付着する状態で流動している水Ｗが気液供給管４における気化器２の手前で蒸発しても、気液供給管４における毛細管状部１２の内方側には原燃料ガスＧが流動している空間が存在して、水蒸気がその空間に拡散する状態で水Ｗが蒸発するので、毛細管状部１２におけるそのような水Ｗの蒸発部位よりも下流側の部分を流動している水Ｗが気化器２に急激に押し込まれるのを抑制することができる。それによって、気化器２に供給される水Ｗの量と原燃料ガスＧの量との比率が変動するのを抑制することができるので、気化器２から改質器３へ供給される水蒸気の供給量と原燃料ガスＧの供給量との比率が予め設定された比率から変動するのを抑制することができるようになり、改質器３における原燃料ガスＧの改質処理を安定して行わせることができる。
【００４２】
以下、本発明の第２〜第５の実施形態を説明するが、各実施形態は混相流動部Ｃの別の実施形態を説明するものであって、改質装置Ｒを備えた燃焼電池発電装置の構成は上記の第１実施形態と同様であるので、各実施形態では、燃焼電池発電装置の構成の説明を省略する。
【００４３】
〔第２実施形態〕
図５に示すように、第２実施形態の混相流動部Ｃは、上記の第１実施形態と同様に毛細管状部１２にて構成されているが、この毛細管状部１２が、金網を円筒状に成形した円筒状金網体１４にて構成されている。
この円筒状金網体１４は、その外径が気液供給管４の内径よりもやや大きくなるように成形され、この円筒状金網体１４が縮径状態で気液供給管４に内嵌されることにより、円筒状金網体１４が、その弾性によって気液供給管４の内壁４ｗに当接する状態でその気液供給管４内に保持されている。
【００４４】
円筒状金網体１４は、水Ｗを毛細管現象により気液供給管４の内壁４ｗに付着した状態で管長手方向に流動させることが可能なように、微細なワイヤにより微細なメッシュサイズに形成されている。
尚、図５では、円筒状金網体１４が明瞭に示されるように、ワイヤ径及びメッシュサイズは、気液供給管４の径や管壁の厚さに対して大きく強調されて記載されており、気液供給管４の径や管壁の厚さと円筒状金網体１４のワイヤ径やメッシュサイズとの関係は、実際の関係を示すものではない。
【００４５】
〔第３実施形態〕
図６に示すように、第３実施形態の混相流動部Ｃは、上記の第１実施形態と同様に毛細管状部１２にて構成されているが、この毛細管状部１２が、円筒状のワイヤ集合体１５により構成されている。
円筒状のワイヤ集合体１５は、その内側に設けられたコイル１６によって、気液供給管４の内壁４ｗに当接する状態でその気液供給管４内に保持されている。
【００４６】
ワイヤ集合体１５は、水Ｗを毛細管現象により気液供給管４の内壁４ｗに付着させた状態で管長手方向に流動させることが可能なように、多数の微細なワイヤを凝集させた状態で円筒状に成形して構成されている。
尚、図６では、ワイヤ集合体１５が明瞭に示されるように、ワイヤ径及びワイヤ間の隙間は、気液供給管４の径や管壁の厚さに対して大きく強調されて記載されており、気液供給管４の径や管壁の厚さとワイヤ集合体１５のワイヤ径やワイヤ間の隙間との関係は、実際の関係を示すものではない。
【００４７】
〔第４実施形態〕
図７に示すように、第４実施形態の混相流動部Ｃは、上記の第１実施形態と同様に毛細管状部１２にて構成されているが、この毛細管状部１２が、多孔状円筒体１７により構成されている。
多孔状円筒体１７は、その外径が気液供給管４に内嵌可能なように気液供給管４の内径と略同径に構成されて、気液供給管４に内嵌されることにより、気液供給管４の内壁４ｗに当接する状態でその気液供給管４内に保持されている。
【００４８】
多孔状円筒体１７は、水Ｗを毛細管現象により気液供給管４の内壁４ｗに付着させた状態で管長手方向に流動させることが可能なように、気液供給管４の基端４ｅから気化器２までの管長手方向全長にわたる水Ｗの微細な通流経路を多数備えるように形成されている。ちなみに、多孔状円筒体１７は、焼結金属、多孔状セラミック等の多孔状体により形成される。
【００４９】
〔第５実施形態〕
図８に示すように、第５実施形態の混相流動部Ｃは、気液供給管４の内壁４ｗを親水化処理した親水化部１８にて構成されている。
この親水化部１８は、水Ｗが気液供給管４の内壁４ｗに付着して流動可能なように濡れ性を向上させるように処理したものである。
親水化処理は種々の手法により可能であり、例えば、気液供給管４の内壁４ｗを機械的又は化学的に粗面化する手法、あるいは、気液供給管４の内壁４ｗに親水性を有する親水性材（有機高分子材等）から成る膜を形成する手法等を採用することができる。
【００５０】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 拡散部Ｄの具体構成は、上記の第１〜第５の各実施形態において例示した多孔状リング１３に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、連結部５の拡散空間５ｅに嵌め込み可能な歯付座金状リング１９を用いることができる。尚、図９の（ａ）は歯付座金状リング１９の正面図、図９の（ｂ）は歯付座金状リング１９の側面図である。
ちなみに、歯付座金状リング１９としては、例えばＪＩＳＢ１２５５規格のものを用いることができる。
【００５１】
（ロ） 上記の第１〜第５の各実施形態では、混相流動部Ｃを、気液供給管４の内壁４ｗにおける周方向全周にわたって備える場合について例示したが、気液供給管４の内壁４ｗにおける周方向の一部に備えても良い。但し、気液供給管４を流動する水Ｗの全量を気液供給管４の内壁４ｗに付着した状態で流動させるようにするには、混相流動部Ｃを、気液供給管４の内壁４ｗにおける周方向の極力広い範囲にわたって備えるのが好ましい。
【００５２】
（ハ） 混相流動部Ｃを構成する毛細管状部１２の具体例は、上記の第１〜第４の各実施形態で例示した例に限定されるものではない。例えば、微細な金属ワイヤのフェルト状体を円筒状に成形した円筒状フェルト体を用いることができる。
【００５３】
（ニ） 上記の第１〜第５の各実施形態では、気化器２と改質器３とを一体的に構成する場合について例示したが、気化器２と改質器３とを別体に構成して、それら別体の気化器２と改質器３とを水蒸気と原燃料ガスとの混合気を流動させる管路で接続しても良い。
【００５４】
（ホ） 熱発生部Ｂの具体構成は、上記の第１〜第５の各実施形態において例示した如き燃焼部２２に限定されるものではない。
例えば、処理装置Ｅを加熱するように設けられたバーナや、電気ヒータでも良い。
【００５５】
（ヘ） 液体Ｗ及び気体Ｇを供給する対象の処理装置としては、上記の実施形態において例示した気化器２と改質器３とにより構成されるものに限定されるものではなく、種々のものが適用可能である。
又、液体及び気体夫々の具体例の組み合わせは、上記の実施形態において例示した水及び炭化水素系の原燃料ガスの組み合わせに限定されるものではなく、適用される処理装置の種類に応じた種々の組み合わせのものを用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、液体の蒸気と気体とによる処理を安定して行い得る気液供給装置、及び、水蒸気による原燃料ガスの改質処理を安定して行い得る改質装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 収納容器
２ 気化器
３ 改質器
４ 気液供給管
４ｅ 水（液体）の供給部位
４ｗ 内壁
１２ 毛細管状部
１７ 親水化部
２１ 燃料電池部
２２ 燃焼部
Ｂ 熱発生部
Ｃ 混相流動部
Ｄ 拡散部
Ｅ 処理装置
Ｇ 原燃料ガス（気体）
Ｓ 気液供給装置
Ｗ 水（液体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を発生させる熱発生部と共に収納容器内に設けられて、供給される液体を前記熱発生部にて発生する熱を用いて加熱して少なくとも蒸発させる処理装置に、液体と液体とは別物質の気体を供給する気液供給装置であって、
外部から前記収納容器内に挿通されて前記処理装置に接続され、液体と気体を共に前記処理装置に流動させる気液供給管が備えられ、
その気液供給管の内壁には、液体の供給部位から前記処理装置までの管長手方向全長にわたって、液体と気体とのうちの液体を内壁に付着させて管長手方向に流動させる混相流動部が備えられている気液供給装置。
【請求項２】
前記混相流動部が、前記気液供給管の内壁における周方向全周にわたって備えられている請求項１に記載の気液供給装置。
【請求項３】
前記混相流動部が、液体を毛細管現象により前記気液供給管の内壁に付着させて流動させる毛細管状部にて構成されている請求項１又は２に記載の気液供給装置。
【請求項４】
前記混相流動部が、前記気液供給管の内壁を親水化処理した親水化部にて構成されている請求項１又は２に記載の気液供給装置。
【請求項５】
前記気液供給管における液体の供給部位に、供給される液体を内壁に沿って管周方向に拡げる拡散部が設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の気液供給装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の気液供給装置を備えた改質装置であって、
供給される水を加熱して蒸発させる気化器、及び、供給される炭化水素系の原燃料ガスを前記気化器にて生成された水蒸気にて改質処理する改質器を前記処理装置として備え、
前記気化器及び前記改質器が、前記改質器にて改質処理された改質ガスと酸素含有ガスとが供給されて発電する燃料電池部、及び、その燃料電池部から排出される排改質ガスと排酸素含有ガスとを混合させて燃焼させる前記熱発生部としての燃焼部と共に、前記収納容器内に配設され、
前記気液供給管が外部から前記収納容器内に挿通されて前記気化器に接続されて、水と原燃料ガスを共に前記気液供給管により前記気化器に流動させるように構成され、
前記気化器から前記改質器へ水蒸気及び原燃料ガスの流動が可能なように構成され、
前記気化器が、前記燃焼部での燃焼により発生する燃焼熱を用いて水を加熱して蒸発させるように構成され、並びに、前記改質器が、前記燃焼熱を用いて原燃料ガスの改質処理を行うように構成されている改質装置。
【請求項１】
熱を発生させる熱発生部と共に収納容器内に設けられて、供給される液体を前記熱発生部にて発生する熱を用いて加熱して少なくとも蒸発させる処理装置に、液体と液体とは別物質の気体を供給する気液供給装置であって、
外部から前記収納容器内に挿通されて前記処理装置に接続され、液体と気体を共に前記処理装置に流動させる気液供給管が備えられ、
その気液供給管の内壁には、液体の供給部位から前記処理装置までの管長手方向全長にわたって、液体と気体とのうちの液体を内壁に付着させて管長手方向に流動させる混相流動部が備えられている気液供給装置。
【請求項２】
前記混相流動部が、前記気液供給管の内壁における周方向全周にわたって備えられている請求項１に記載の気液供給装置。
【請求項３】
前記混相流動部が、液体を毛細管現象により前記気液供給管の内壁に付着させて流動させる毛細管状部にて構成されている請求項１又は２に記載の気液供給装置。
【請求項４】
前記混相流動部が、前記気液供給管の内壁を親水化処理した親水化部にて構成されている請求項１又は２に記載の気液供給装置。
【請求項５】
前記気液供給管における液体の供給部位に、供給される液体を内壁に沿って管周方向に拡げる拡散部が設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の気液供給装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の気液供給装置を備えた改質装置であって、
供給される水を加熱して蒸発させる気化器、及び、供給される炭化水素系の原燃料ガスを前記気化器にて生成された水蒸気にて改質処理する改質器を前記処理装置として備え、
前記気化器及び前記改質器が、前記改質器にて改質処理された改質ガスと酸素含有ガスとが供給されて発電する燃料電池部、及び、その燃料電池部から排出される排改質ガスと排酸素含有ガスとを混合させて燃焼させる前記熱発生部としての燃焼部と共に、前記収納容器内に配設され、
前記気液供給管が外部から前記収納容器内に挿通されて前記気化器に接続されて、水と原燃料ガスを共に前記気液供給管により前記気化器に流動させるように構成され、
前記気化器から前記改質器へ水蒸気及び原燃料ガスの流動が可能なように構成され、
前記気化器が、前記燃焼部での燃焼により発生する燃焼熱を用いて水を加熱して蒸発させるように構成され、並びに、前記改質器が、前記燃焼熱を用いて原燃料ガスの改質処理を行うように構成されている改質装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１９２５４５（Ｐ２０１１−１９２５４５Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５８１７４（Ｐ２０１０−５８１７４）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
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