JP2004035310A

JP2004035310A - Water vapor mixing apparatus and fuel reforming apparatus

Info

Publication number: JP2004035310A
Application number: JP2002193395A
Authority: JP
Inventors: Keigo Suematsu; 末松　啓吾; Takashi Shimazu; 志満津　孝
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-07-02
Also published as: JP4136497B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide techniques to suppress increase in the size of the apparatus for addition of steam to a reformed gas and to supply a reformed gas with a more uniform temperature distribution state to a shift part. SOLUTION: A large number of water passages and reformed gas passages are formed in a layered structure 17 of thin plates in a steam mixing part. The water supplied from the outside to the steam mixing part is passed through a main passage 76 to a branched passage 79 and discharged into each water passage. The discharged water exchanges heat with the reformed gas in the reformed gas passage. Thus, the reformed gas is cooled and discharged, while the water in the water passage is gradually vaporized, drained from the end of the water passage and then mixed with the reformed gas flowing into the reformed gas passage. The amount of the water discharged into the water passage is controlled to a specified uneven state depending on the position of the branch in the passage which guides the water to be discharged into each water passage. By supplying a larger amount of water to the zone where temperature is easily elevated, the temperature distribution state of the discharged reformed gas can be made uniform. COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、炭化水素系化合物を含む燃料を改質して水素リッチな燃料ガスを生成するための燃料改質装置、および、燃料改質装置内で改質ガスに水蒸気を混合するための水蒸気混合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池に供給するための水素を得る方法として、炭化水素系化合物を改質して水素リッチガスを生成する方法が知られている。改質反応によって生成した水素リッチガスは通常は一酸化炭素を含有しているため、上記水素リッチガスを燃料電池に供給するのに先立って、ガス中の一酸化炭素濃度の低減が図られる。改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減する方法の一つとして、一酸化炭素と水から水素と二酸化炭素を生じるシフト反応が利用されており、この場合には、改質触媒を備える改質器の下流側に、シフト触媒を備えるシフト部が配設される。
【０００３】
上記のように、シフト反応は水（水蒸気）を用いる反応であるため、シフト部に供給する改質ガスは、充分量の水蒸気を含有する必要がある。充分量の水蒸気を含有する改質ガスをシフト部に供給する方法として、別途水蒸気を生成しておき、この水蒸気を改質ガスに添加して、混合した両者をシフト部に導入する構成が知られている（例えば、特開昭６３−３０３８０１号公報等）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、予め生成しておいた水蒸気を改質ガスに添加する場合には、改質器やシフト部とは別に、水を気化させるための装置を設ける必要があるため、燃料改質装置全体が大型化してしまうという問題があった。特に、燃料電池システムを車両などの移動体に搭載する場合には、搭載可能なスペースに制限があるため、装置全体を小型化することが強く望まれている。
【０００５】
また、改質ガスをシフト部に供給する際には、改質反応の反応温度がシフト反応の反応温度よりも高いため、通常は、改質ガスの降温が行なわれる。改質ガスを降温する方法としては、例えば、所定の冷媒と改質ガスとを熱交換させる熱交換器を設ける方法が挙げられる。しかしながら、熱交換器を用いる場合には、熱交換器内において冷媒を引き回す流路の形状によって、熱交換器内における熱交換効率に偏りが生じ、熱交換器から排出される改質ガスの温度分布状態が不均一になるという問題があった。温度分布状態が不均一である改質ガスをシフト部に供給すると、シフト触媒全体で充分な活性を確保することが困難となるため、シフト反応の活性を確保するために、シフト部全体をより大型化する必要が生じる。シフト部の大型化は燃料改質装置全体の大型化を引き起こすため、改質ガスを降温させる際に、改質ガスの温度分布状態がより均一化される方法が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、改質ガスに水蒸気を添加するために装置が大型化するのを抑え、温度分布状態がより均一な改質ガスをシフト部に供給する技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的を達成するために、本発明の第１の水蒸気混合装置は、炭化水素系化合物を含む燃料を改質して水素リッチな燃料ガスを生成するための燃料改質装置に備えられ、前記燃料改質装置内を流れる改質ガスに水蒸気を混合するための水蒸気混合装置であって、
多数の薄板を積層した薄板積層構造と、
前記薄板に挟まれた空間に形成され、前記改質ガスが流れる複数の改質ガス流路と、
前記薄板に挟まれた空間に形成され、外部から供給された水が流れつつ、前記改質ガス流路を流れる改質ガスによって該水が加熱されて水蒸気となる複数の水流路と、
外部から供給される水を前記複数の水流路に導く水分配マニホールドと
を備え、
前記水流路と前記改質ガス流路とは、前記水流路において生成された水蒸気が前記改質ガス流路に流れ込むように接続されており、
前記薄板積層構造は、該薄板積層構造内における水の分配状態が所定の不均一状態となるように構成されていることを要旨とする。
【０００８】
以上のように構成された本発明の第１の水蒸気混合装置では、薄板積層構造に導入された水は、上記水流路を流れる間に、改質ガス流路を流れる改質ガスによって加熱されて水蒸気となり、また、水を加熱することで改質ガスは降温する。生成された水蒸気は、改質ガス流路に流れ込んで、改質ガスに混合される。このとき、薄板積層構造内における水の分配状態が所定の不均一状態となるように、複数の水流路に水が分配されるため、改質ガスが冷却される状態も、所定の不均一状態となる。上記所定の不均一状態として、例えば、薄板積層構造においてより温度が高い改質ガスが通過する領域に設けられた水流路に対して、より多くの水が分配される状態とすれば、より多くの水が分配される領域では改質ガスの冷却がより促進されるため、薄板積層構造内を通過する改質ガスにおける温度分布の偏りが減少する。あるいは、薄板積層構造においてより温度が高くなりやすい領域に設けられた水流路に対して、より多くの水が分配される状態とすれば、薄板積層構造自体における温度分布の偏りが減少する。したがって、このように水の分配状態を所定の不均一状態とすることで、水蒸気混合装置から排出される改質ガスの温度分布状態の均一化を図ることができる。また、本発明によれば、水を気化させるための特別な装置を設ける必要が無く、改質ガスと水との間の高い熱交換効率を実現しつつ水を気化させることができるため、改質ガスを加湿するための装置をより小型化することができる。
【０００９】
本発明の第１の水蒸気混合装置において、前記水分配マニホールドは、前記複数の水流路のそれぞれに分配される水の量が不均一となるように構成されていることとしても良い。複数の水流路のそれぞれに分配される水の量を不均一とすることで、薄板積層構造内における水の分配状態を不均一とすることができる。
【００１０】
このような本発明の第１の水蒸気混合装置において、
前記水分配マニホールドは、
前記複数の水流路の内の少なくとも一部の複数の水流路に連通して設けられ、該連通する水流路に対して水を吐出する分配流路と、
外部から供給された水を前記分配流路にまで導く水導入路と、
前記分配流路と前記水導入路とが接続する接続部と、を有し、
前記水分配マニホールドは、前記分配流路から水流路に対して水を吐出する際に、前記接続部の近傍から水を吐出される前記水流路に対しては、他の水流路に比べて多くの量の水を吐出することとしても良い。
【００１１】
このような構成とすれば、改質ガスの冷却をより積極的に行ないたい領域に形成される水流路に対して、上記接続部の近傍から水を吐出するように、水導入路と分配流路とを接続することで、水蒸気混合装置から排出される改質ガスの温度分布状態の均一化を図ることができる。
【００１２】
あるいは、上記本発明の第１の水蒸気混合装置において、
前記水分配マニホールドは、
前記複数の水流路の各々に対応して設けられ、各水流路に分配する水を吐出する吐水口と、
外部から水が供給される流路であって、途中で分岐しつつ前記水を前記それぞれの吐水口にまで導く導入流路と、を備え、
前記導入流路は、前記薄板積層構造内の所定の部位を通過することによって、該所定の部位の周辺の領域を、前記導入流路内部を通過する水によって冷却し、前記所定の部位を通過する流路よりも下流側に位置する導入流路のうち、分岐して前記冷却された領域を通過する流路において、分岐して他の領域を通過する流路よりも、流路内における水の気化を抑えるように構成されていることとしても良い。
【００１３】
このような構成とすれば、前記薄板積層構造内において、外部から供給された温度の低い水が流れる前記導入流路が通過する所定の部位の周辺領域が積極的に冷却されて、薄板積層構造内での温度分布状態が所定の不均一状態となる。このような所定の部位を通過する導入流路よりもさらに下流側は、各水流路に向けて分岐するが、分岐して上記冷却された領域を通過する流路では、分岐して他の領域を通過する流路よりも、流路内の温度がより低くなって、流路内における水の気化が抑えられる。流路内における水の気化が抑えられることで、流路内の圧力上昇が抑えられ、このような温度の低い流路を通過する水の流量は増加する。これによって、上記温度が低い導入流路を経由した水が吐出される水流路では、水の吐出量がより多くなる。このように、途中で分岐しつつ水を導く導入流路を配設する位置によって、水の分配状態を所定の不均一状態とすることができる。
【００１４】
また、本発明の第１の水蒸気混合装置において、
前記水分配マニホールドは、
前記複数の水流路の各々に対応して設けられ、各水流路に分配する水を吐出する吐水口と、
前記複数の吐水口の内の少なくとも一部の吐水口を開口部として有する流路であって、該吐水口を介して対応する水流路に対して水を供給する分配流路と、
外部から供給された水を前記分配流路にまで導く水導入路と
を備え、
前記分配流路は、前記複数の吐水口の各々が設けられる部位によってその流路径が異なるように形成されていることとしても良い。
【００１５】
このような構成とすれば、流路径の大きい部位に形成される前記吐水口は、流路径の小さい部位に形成される吐水口に比べて、より多くの水を水流路に対して吐出することができる。したがって、このように分配流路の流路径を変化させることによって、水の分配状態を所定の不均一状態とすることができる。
【００１６】
また、本発明の第１の水蒸気混合装置において、
前記水分配マニホールドは、前記複数の水流路を複数のグループに分けた各々のグループに対して設けられたサブマニホールドであって、グループ内の水流路に連通して、該連通する水流路に対して水を吐出する複数のサブマニホールドを備え、
前記サブマニホールドは、周囲の温度に応じて流路抵抗が変化する可変流路抵抗部を備えることとしても良い。
【００１７】
このような構成とすれば、周囲の温度が変化すると、これに応じてサブマニホールドにおける流路抵抗が変化して、各サブマニホールドからグループ内の水流路に吐出される水の量が変化する。これによって、水の分配状態を所定の不均一状態とすることができる。
【００１８】
本発明の第１の水蒸気混合装置において、
前記薄板積層構造を構成する前記薄板は、前記水流路を形成するための所定の形状を有する水流路板を含み、
前記薄板積層構造は、前記水流路板が配設される割合が不均一であることにより、前記水流路が形成される間隔が不均一となっていることとしても良い。
【００１９】
このような構成とすれば、前記水分配マニホールドは、形成される間隔が不均一である前記複数の水流路に水を分配することで、水の分配状態を前記所定の不均一状態とすることとができる。
【００２０】
本発明の第２の水蒸気混合装置は、炭化水素系化合物を含む燃料を改質して水素リッチな燃料ガスを生成するための燃料改質装置に備えられ、前記燃料改質装置内を流れる改質ガスに水蒸気を混合するための水蒸気混合装置であって、
多数の薄板を積層した薄板積層構造と、
前記薄板に挟まれた空間に形成され、前記改質ガスが流れる複数の改質ガス流路と、
前記薄板に挟まれた空間に形成され、外部から供給された水が流れつつ、前記改質ガス流路を流れる改質ガスによって該水が加熱されて水蒸気となる複数の水流路と、
外部から供給される水を前記複数の水流路に導く水分配マニホールドと
を備え、
前記水流路と前記改質ガス流路とは、前記水流路において生成された水蒸気が前記改質ガス流路に流れ込むように接続されており、
前記水分配マニホールドは、前記複数の水流路の各々に分配される水の量のばらつきを低減させるためのばらつき低減構造を有することを要旨とする。
【００２１】
以上のように構成された本発明の第２の水蒸気混合装置では、薄板積層構造に導入された水は、上記水流路を流れる間に、改質ガス流路を流れる改質ガスによって加熱されて水蒸気となり、また、水を加熱することで改質ガスは降温する。生成された水蒸気は、改質ガス流路に流れ込んで、改質ガスに混合される。このとき、複数の水流路の各々に分配される水の量のばらつきが低減されるため、改質ガスが冷却される状態が、意図していない不均一状態となることがない。そのため、上記水蒸気混合装置を用いて改質ガスを冷却する際に、改質ガスの温度分布状態が意図していない不均一状態となるのが抑えられ、水蒸気混合装置から排出される改質ガスの温度分布状態の均一化を図ることができる。また、本発明によれば、水を気化させるための特別な装置を設ける必要が無く、改質ガスと水との間の高い熱交換効率を実現しつつ水を気化させることができるため、改質ガスを加湿するための装置をより小型化することができる。
【００２２】
本発明の第２の水蒸気混合装置において、
前記ばらつき低減構造は、
前記複数の水流路を複数のグループに分けた各々のグループに対して設けられ、グループ内の水流路に連通して、該連通するグループ内の水流路に対して水を吐出する複数の分配流路と、
外部から供給された水を、前記複数の分配流路にまで導く水導入路と
を備えることとしても良い。
【００２３】
このような構成とすれば、複数の水流路を、より数の小さな複数のグループに分け、分配流路によって各グループごとに水を分配することにより、前記複数の水流路に対して一斉に水を分配する場合に比べて、水流路の各々に分配される水の量がばらつくのを抑えることができる。
【００２４】
このような本発明の第２の水蒸気混合装置において、
前記水導入路は、前記薄板積層構造内における水の分配状態を所定の不均一状態とするために、所定の分配流路に水を供給する流路を、他の分配流路に水を供給する流路に比べて太く形成していることとしても良い。
【００２５】
このような構成とすれば、前記所定の分配流路から水流路に吐出される水の量を、他の分配流路から水流路に吐出される水の量に比べて多くすることができる。そのため、上記したように複数の水流路の各々に分配される水の量が意図しないばらつきを示すのを抑制できることに加えて、水の供給先となる分配流路に応じて流路径を設定することによって、前記薄板積層構造全体で水の分配状態を所望の状態とすることができる。
【００２６】
あるいは、上記本発明の第２の水蒸気混合装置において、
前記複数の分配流路の各々は、前記薄板積層構造内における水の分配状態を所定の不均一状態とするために、連通する前記水流路の数が不均一となっていることとしても良い。
【００２７】
このような構成とすれば、連通する前記水流路の数に関わらず、各分配流路に対しては、比較的均等に水が供給される。そのため、連通する前記水流路の数がより多い分配流路ほど、連通する各々の水流路に対して吐出する水の量が少なくなる。したがって、上記したように複数の水流路の各々に分配される水の量が意図しないばらつきを示すのを抑制できることに加えて、各分配流路において連通する水流路の数を適宜設定することによって、前記薄板積層構造全体で水の分配状態を所望の状態とすることができる。
【００２８】
本発明の第２の水蒸気混合装置において、
前記ばらつき低減構造は、前記薄板積層構造から前記水分配マニホールドに熱が伝わるのを阻害する熱移動阻害部を備えることとしても良い。
【００２９】
このような構成とすれば、薄板積層構造の熱が伝わって、水分配マニホールドを構成する流路の特定の部位の温度が上昇するのを抑えることができる。水分配マニホールドにおいて特定部位の温度が上昇すると、この特定部位では水の気化が促進され、流路内の圧力が上昇して、この温度が上昇した部位よりも下流に水が供給されるのが抑えられてしまうが、このような状態となるのを防ぐことができる。これによって、水流路の各々に分配される水の量が意図しないばらつきを示すのを抑えることができる。
【００３０】
本発明の第２の水蒸気混合装置において、前記ばらつき低減構造は、前記複数の水流路に別個に水を供給するための細管からなる多管型マニホールドであることとしても良い。このように、各水水路に対して別個に水を供給することで、各水流路に供給される水の量がばらつくのを抑えることができる。
【００３１】
また、本発明の第２の水蒸気混合装置において、
前記ばらつき低減構造は、壁面の少なくとも一部を多孔質体によって形成すると共に、内部を通過する水を前記多孔質体からしみ出させることによって前記水流路に水を分配するしみ出し冷却式マニホールドであることとしても良い。
【００３２】
このような構成とすれば、水分配マニホールドの内部を通過する水を前記壁面からしみ出させることによって、マニホールド内部への熱の伝達の遮断と冷却とが行なわれる。これによって、望ましくない部位において局所的にマニホールドが昇温することで水の供給が阻害されてしまうのを防止することでき、各水流路に供給される水の量がばらつくのを抑えることができる。
【００３３】
本発明の第１または第２の水蒸気混合装置において、前記水分配マニホールドは、前記薄板積層構造を構成する前記薄板のそれぞれにおいて、互いに対応する位置に設けられた穴部によって形成されることとしても良い。このような構成とすれば、上記した形状の水分配マニホールドを備える本発明の水蒸気混合装置を、薄板を積層するという簡単な動作により容易に製造することが可能となる。
【００３４】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、上記水蒸気混合装置を備える燃料改質装置や、燃料改質装置を備える燃料電池システムなどの形態で実現することが可能である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．装置の全体構成：
Ｂ．熱交換部１０の構成：
Ｃ．第２実施例：
Ｄ．第３実施例：
Ｅ．第４実施例：
Ｆ．第５実施例：
Ｇ．第６実施例：
Ｈ．第７実施例：
Ｉ．第８実施例：
Ｊ．第９実施例：
Ｋ．第１０実施例：
Ｌ．第１１実施例：
Ｍ．第１２実施例：
Ｎ．第１３実施例：
Ｏ．変形例：
【００３６】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システム２０の構成の概略を表わす説明図である。燃料電池システム２０は、改質反応に供するガソリンを貯蔵するガソリンタンク３０、水を貯蔵する水タンク３２、加熱部３６を併設した蒸発器３４、改質反応により水素リッチな改質ガスを生成する改質器３８、改質ガスを降温させる熱交換部１０、改質ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度を低減するシフト部４０およびＣＯ選択酸化部４２、電気化学反応により起電力を得る燃料電池４４、空気を圧縮して燃料電池４４に供給するブロワ４６、コンピュータにより構成される制御部４５を主な構成要素とする。以下、それぞれの構成要素について順に説明する。
【００３７】
ガソリンタンク３０に貯蔵されるガソリンは、改質燃料流路５０を介して蒸発器３４に供給される。改質燃料流路５０にはポンプ４７が設けられており、このポンプ４７によって、蒸発器３４に供給するガソリンの量を制御する。
【００３８】
水タンク３２から蒸発器３４に水を送り込む水供給路５１にはポンプ４８が設けられており、このポンプ４８によって、蒸発器３４に供給する水量を調節する。ここで、水供給路５１は、改質燃料流路５０に合流して改質燃料供給路５２となり、蒸発器３４に接続する。改質燃料供給路５２において、ガソリンと水とは所定量ずつ混合されて、蒸発器３４に供給される。なお、水供給路５１には、水分岐路５９が接続しており、流路の接続部には、流量調整弁４９が設けられている。水分岐路５９は熱交換部１０に接続しており、水タンク３２が蓄える水の一部が熱交換部１０に供給される。
【００３９】
蒸発器３４は、上記のように供給されたガソリンおよび水を気化させる装置であり、昇温した水蒸気とガソリンとの混合気体を排出する。蒸発器３４から排出された水蒸気とガソリンとの混合気体は、混合気体流路５３を介して改質器３８に供給される。
【００４０】
蒸発器３４には、水およびガソリンを気化させる熱源として加熱部３６が併設されている。加熱部３６は、燃焼触媒を備えており、水およびガソリンを気化させるのに要する熱を燃焼反応によって発生する。この燃焼反応のために用いる燃料としては、ガソリンタンク３０に貯蔵するガソリンと、燃料電池４４のアノード側から排出されるアノード排ガスとを用いている（図示せず）。
【００４１】
また、混合気体流路５３には、ブロワ３９が接続されている。ブロワ３９は、改質器３８内で進行する部分酸化反応で要する酸素を供給する。ブロワ３９が取り込んだ空気は、混合気体流路５３において、上記混合気体に混合され、改質器３８に供給される。
【００４２】
改質器３８は、供給された混合気体を用いて改質反応を進行する。改質器３８では、部分酸化反応によって生じた熱を利用して、水蒸気改質反応を進行し、水素リッチな改質ガスを生成する。改質器３８は、このような水蒸気改質反応および部分酸化反応を促進する改質触媒を備えている。ガソリンを改質する触媒としては、ロジウム触媒などの貴金属触媒を用いることができる。改質器３８で生成された改質ガスは、改質ガス流路５４を介して熱交換部１０に供給される。
【００４３】
熱交換部１０は、改質ガスを、シフト部４０に供給するのに先立って降温するための装置である。シフト部４０内で進行するシフト反応の反応温度は、改質器３８における改質反応の反応温度よりも低いため、このように、熱交換部１０を用いて改質ガスを降温させる。すなわち、６００〜１０００℃程度で運転される改質器３８からの改質ガスを、２００〜６００℃程度で運転されるシフト部４０に供給するために、改質ガスを２００〜６００℃程度まで冷却する。なお、熱交換部１０においては、改質器３８から排出された改質ガスを降温させる他に、改質ガスの加湿（シフト反応で要する水の添加）が行なわれる。熱交換部１０の構成については、後に詳しく説明する。熱交換部１０で降温・加湿された改質ガスは、改質ガス流路５５を介して、シフト部４０に供給される。
【００４４】
シフト部４０は、水と一酸化炭素とから水素と二酸化炭素とを生成するシフト反応を促進するシフト触媒を備えており、シフト反応を進行することによって、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減する。シフト触媒としては、例えば、銅系触媒（Ｃｕ／Ｚｎ触媒など）や、白金を備える貴金属系触媒を用いることができる。シフト反応によって一酸化炭素濃度が低減された改質ガスは、改質ガス流路５６を介して、ＣＯ選択酸化部４２に供給される。
【００４５】
ＣＯ選択酸化部４２は、改質ガスに豊富に含まれる水素に優先して一酸化炭素を酸化する、一酸化炭素選択酸化反応によって、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減する。ＣＯ選択酸化部４２が備える一酸化炭素選択酸化触媒としては、白金触媒、ルテニウム触媒、パラジウム触媒、金触媒、あるいはこれらを第１元素とした合金触媒を挙げることができる。
【００４６】
なお、ＣＯ選択酸化部４２で進行する一酸化炭素選択酸化反応で要する酸素を供給するために、燃料電池システム２０は、外部から空気を圧縮して取り込むブロワ４３を備えている。ブロワ４３は、改質ガス流路５６に接続しており、これによって、取り込んだ圧縮空気をＣＯ選択酸化部４２に供給する。このように燃料電池システム２０では、シフト部４０およびＣＯ選択酸化部４２を用いて改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減することで、燃料電池４４が備える白金触媒に一酸化炭素が吸着して電池性能を低下させてしまうのを防止している。
【００４７】
ＣＯ選択酸化部４２で一酸化炭素濃度が下げられた改質ガスは、燃料ガス供給路５７によって燃料電池４４に導かれ、燃料ガスとしてアノード側における電池反応に供される。燃料電池４４で電池反応に供された後のアノード排ガスは、燃料排出路５８に排出される。このアノード排ガスは、既述したように、加熱部３６において燃焼のための燃料として用いる。一方、燃料電池４４のカソード側における電池反応に関わる酸化ガスは、ブロワ４６から酸化ガス供給路６０を介して圧縮空気として供給される。電池反応に用いられた残りのカソード排ガスは、酸化排ガス路６２を介して外部に排出される。
【００４８】
燃料電池４４は、固体高分子電解質型の燃料電池であり、構成単位である単セルを複数積層したスタック構造を有している。各々の単セルのアノード側に水素を含有する燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含有する酸化ガスを供給することで、電気化学反応が進行し、起電力を生じる。燃料電池４４が生じた電力は、燃料電池４４に接続される所定の負荷に供給される。
【００４９】
制御部４５は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、ＣＰＵやＲＯＭやＲＡＭ、あるいは、各種信号を入出力する入出力ポートを備える。制御部４５は、燃料電池システム２０が備える各種センサからの検出信号を入力すると共に、既述したブロワや弁およびポンプなどに駆動信号を出力して、燃料電池システム２０全体の運転状態を制御する。
【００５０】
Ｂ．熱交換部１０の構成：
図２は、第１実施例の熱交換部１０の構成の概略を表わす説明図である。熱交換部１０は、水蒸気混合部１２と、熱交換器１６とを備えている。なお、図１では、改質ガスは左から右に向かって流れるように表わしたが、図２およびこれ以下の図においては、改質ガスは右から左に向かって流れるように表わしている。改質ガス流路５４を介して供給される改質ガスは、水蒸気混合部１２において加湿されると共に冷却され、接続流路１４を介して熱交換器１６に供給される。この熱交換器１６において、改質ガスはさらに冷却され、改質ガス流路５５を介して既述したシフト部４０に供給される。
【００５１】
水蒸気混合部１２は、改質ガスの流入室１５Ｂおよび流出室１５Ａと、これらの間に挟まれた薄板積層構造１７とを備えている。薄板積層構造１７は、四角形の薄板状部材を積層した直方体形状を有し、その内部には、水流路１１と改質ガス流路１３とが形成されている。なお、図２では、水蒸気混合部１２の水平断面の概略が示されている。薄板積層構造１７に水が供給されると、この水は、水流路１１を通過しながら改質ガスによって加熱されて次第に気化して水蒸気となり、流入室１５Ｂにおいて、対向して流れる改質ガス中に混合されて、流れの向きが反転する。このとき、水蒸気と混合されることによって、流入室１５Ｂに流入した改質ガスは降温する。また、上記水蒸気中に液滴が残留している場合には、この液滴が気化することによってさらに改質ガスは降温する。水蒸気を含む改質ガスは、改質ガス流路１３を通過して、流出室１５Ａおよび接続流路１４を介して熱交換器１６に供給される。改質ガス流路１３を通過する際に改質ガスは、上記水流路１１内を通過する水と熱交換することによって、さらに降温する。
【００５２】
熱交換器１６は、水蒸気混合部１２から供給される改質ガスと、冷却水との間で熱交換を行なわせて、改質ガスを降温させる。熱交換器１６で用いる冷却水は、既述した水分岐路５９を介して供給される。熱交換器１６で降温された改質ガスは、改質ガス流路５５に排出される。また、熱交換器１６で改質ガスと熱交換することで昇温した冷却水は、水流路１８を介して水蒸気混合部１２の水流路１１に導かれ、改質ガスを加湿するために用いられる。
【００５３】
（Ｂ−１）水蒸気混合部１２の構成：
図３は、水蒸気混合部１２が備える薄板積層構造１７の構成を表わす分解斜視図である。薄板積層構造１７は、隔壁プレート７０と、流路プレート７２とが交互に積層された構造を有している。ここでは、板材と流路との区別をつけるために、板材にハッチングが施されている。なお、図３を始めとして本実施例の説明に用いる図では、図を単純化して、１枚の流路プレート７２は、３本の水流路１１と４本の改質ガス流路１３を形成することとしたが、さらに多くの流路を形成することが望ましい。
【００５４】
隔壁プレート７０および流路プレート７２は、各水流路１１に水を分配するための水分配マニホールド７５を形成するための複数の穴部を備えている。すなわち、各プレートを積層して薄板積層構造１７を形成したときに、上記複数の穴部が、積層方向に互いに連通して、所定の形状の水分配マニホールド７５が形成される。一枚の流路プレート７２によって３本の水流路１１が形成される薄板積層構造１７では、それぞれの水流路１１に対応して、３組の水分配マニホールド７５が形成される。薄板積層構造１７内において、３組の水分配マニホールド７５が形成される様子を、図４に模式的に示す。それぞれの水分配マニホールド７５は、薄板積層構造１７内で垂直方向に重なる位置に形成される各水流路１１に対して、水を分配・供給する。
【００５５】
図５は、図４に示した５−５断面において形成される水分配マニホールド７５の様子、および、この水分配マニホールド７５から各水流路１１に水が分配される様子を、模式的に示す説明図である。水分配マニホールド７５は、既述した水流路１８から水を供給される主水路７６と、主水路７６に接続して形成される第１分岐流路７７と、第１分岐流路７７から枝分かれして形成される２本の第２分岐流路７８と、各第２分岐流路７８に接続して形成され、各水流路１１に対して水を吐出する開口部を有する分配流路７９とを備えている。
【００５６】
図６ないし図１１は、薄板積層構造１７を構成する隔壁プレート７０あるいは流路プレート７２の構造を表わす平面図である。各隔壁プレート７０および流路プレート７２は、薄板積層構造１７内で配設される位置によって、水分配マニホールド７５を形成するために設けられた穴部の形状が異なっている。そのため、流路プレート７２としては、図６に示した流路プレート７２Ａと図１０に示した流路プレート７２Ｄの２種類のプレートが用いられている。また、隔壁プレート７０としては、図７に示した隔壁プレート７０Ａ、図８に示した隔壁プレート７０Ｂ、図９に示した隔壁プレート７０Ｃ、図１１に示した隔壁プレート７０Ｄの４種類のプレートが用いられている。
【００５７】
図６に示した流路プレート７２Ａは、図５に点線で囲んで示した領域Ａ、すなわち、第１分岐流路７７が形成される位置と第２分岐流路７８が形成される位置に挟まれた領域に配設される。この流路プレート７２Ａは、図の上端と下端に設けられた２つの側壁部材８０と、これらの側壁部材８０の間にほぼ等間隔に設けられた複数の（図６では３つの）流路形成部材８１Ａとで構成されている。流路形成部材８１Ａは、一辺が欠落した四角枠状に形成されており、さらに、欠落した一辺に対向する辺の近傍に、３つの穴部８４，８５，８６を有している。
【００５８】
流路形成部材８１Ａの内側に形成される空間８３は、薄板積層構造１７内で上下を隔壁プレート７０によって挟まれることで、水流路１１を形成する。また、流路形成部材８１Ａの外側に形成される空間８２は、同じく上下を隔壁プレート７０によって挟まれることで、改質ガス流路１３を形成する。
【００５９】
また、各流路形成部材８１Ａが備える穴部８４は、薄板積層構造１７内で、他のプレートの対応する位置に設けられた穴部と連通することで、主水路７６を形成する。各流路形成部材８１Ａが備える穴部８５は、図５に示した領域Ａに配設される他のプレートの対応する位置に設けられた穴部と連通することで、第２分岐流路７８のうち、プレートに対して垂直な流路部分を形成する。各流路形成部材８１Ａが備える穴部８６は、他のプレートの対応する位置に設けられた穴部と連通することで、分配流路７９を形成する。各流路形成部材８１Ａでは、さらに、穴部８６と上記空間８３とを接続する絞り部８９が形成されている。この絞り部８９は、薄板積層構造１７内で、分配流路７９から、空間８３が形成する各水流路１１に対して水を吐出する吐出口を形成する。この絞り部８９は、絞り部８９が形成する吐出口の口径が、分配流路７９の流路径に比べて充分に小さくなるように形成されている。
【００６０】
図７に示した隔壁プレート７０Ａは、図５に点線で囲んで示した領域Ａにおいて、上記流路プレート７２Ａと交互に配設される。隔壁プレート７０Ａは、流路プレート７２Ａが備える穴部８４〜８６と対応する位置に、同様の穴部８４〜８６を備えている。これらの穴部はそれぞれ、流路プレート７２Ａが備える穴部と共に、上記したように主水路７６、第２分岐流路７８、分配流路７９を形成する。
【００６１】
図８に示した隔壁プレート７０Ｂは、図５に示した領域Ｂにおいて、第１分岐流路７７を形成するために配設される。隔壁プレート７０Ｂは、穴部８７を備えている。穴部８７は、他のプレートと共に積層したときに、流路プレート７２Ａおよび隔壁プレート７０Ａの穴部８４と穴部８５の両方を覆うような長方形状に形成されている。図８では、隔壁プレート７０Ｂが備える穴部８７の一つにおいて、プレート積層時の穴部８４，８５の位置を点線で示している。薄板積層構造１７を構成する際には、隔壁プレート７０Ｂは、図５に示した上方の領域Ａの下端に配設される流路プレート７２Ａと、下方の領域Ａの上端に配設される流路プレート７２Ａとの間に配設される。このように隔壁プレート７０Ｂを配設することで、穴部８７は、領域Ａ内に形成される主水路７６と第２分岐流路７８とを接続する第１分岐流路７７を形成する。
【００６２】
図９に示した隔壁プレート７０Ｃは、図５に示した領域Ｃにおいて、第２分岐流路７８のうち、プレートと平行な流路部分を形成するために配設される。隔壁プレート７０Ｃは、穴部８４および穴部８８を備えている。穴部８４は、既述した他のプレートが備える穴部８４に対応する位置に設けられており、薄板積層構造１７内で主水路７６を形成する。穴部８８は、他のプレートと共に積層したときに、流路プレート７２Ａおよび隔壁プレート７０Ａの穴部８５と穴部８６の両方を覆うような長方形状に形成されている。図９では、隔壁プレート７０Ｃが備える穴部８８の一つにおいて、プレート積層時の穴部８５，８６の位置を点線で示している。薄板積層構造１７を構成する際には、隔壁プレート７０Ｃは、図５に示した上方の領域Ａの上端に配設される流路プレート７２Ａの上と、下方の領域Ａの下端に配設される流路プレート７２Ａの下のそれぞれに配設される。このように隔壁プレート７０Ｃを配設することで、穴部８８は、領域Ａ内に形成される第２分岐流路７８の一部（プレートに垂直な流路部分）と分配流路７９とを接続する第２分配流路の一部（プレートと平行な流路部分）を形成する。
【００６３】
図１０に示した流路プレート７２Ｄは、図５に点線で囲んで示した領域Ｄ、すなわち、第２分岐流路７８が形成される領域よりも上方、あるいは下方の領域に配設される。この流路プレート７２Ｄは、流路プレート７２Ａと同様に、２つの側壁部材８０と、これらの側壁部材８０の間にほぼ等間隔に設けられた流路形成部材８１Ｄとで構成されている。そして、これらの部材によって形成される空間８２，８３は、薄板積層構造１７内で、それぞれ改質ガス流路１３，水流路１１を形成する。流路形成部材８１Ｄは、流路プレート７２Ａが備える流路形成部材８１Ａとほぼ同様の形状を有しているが、穴部８５を有していない点が異なっている。
【００６４】
図１１に示した隔壁プレート７０Ｄは、図５に点線で囲んで示した領域Ｄにおいて、上記流路プレート７２Ｄと交互に配設される。隔壁プレート７０Ｄは、流路プレート７２Ｄが備える穴部８４，８６と対応する位置に、同様の穴部８４，８６を備えている。これらの穴部はそれぞれ、流路プレート７２Ａが備える穴部と共に、主水路７６と分配流路７９とを形成する。
【００６５】
水流路１８を介して水蒸気混合部１２に水が供給されると、この水は、上記した主水路７６、第１分岐流路７７，第２分岐流路７８、分配流路７９を介して、絞り部８９が形成する吐出口から、それぞれの水流路１１に分配される。なお、本実施例では、主水路７６は、薄板積層構造１７を積層方向に貫通して設けられており、主水路７６の上下両方向より水が供給される。各水流路１１内に吐出された水は、水流路１１内を通過しつつ、改質ガス流路１３内を対向する向きに流れる改質ガスと熱交換し、加熱されて水蒸気となる（図２参照）。水流路１１内で生成された水蒸気は、水流路１１を出て流入室１５Ｂ（図２）で改質ガスと混合されて、改質ガス流路１３に再び流入する。改質ガス流路１３においては、水蒸気と改質ガスとがさらに混合されて互いにほぼ等しい温度となると共に、水流路１１を流れる水と熱交換することによって降温する。
【００６６】
なお、水流路１１の幅Ｗｔ（図６参照）と改質ガス流路１３の幅Ｗｒ（図６参照）の値としては、約１ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲が好ましく、壁面の厚みｔ（図６参照）の値としては約０．５〜約２ｍｍの範囲が好ましい。また、各隔壁プレートおよび流路プレートの厚みは、約１ｍｍ以下とすることが好ましく、約０．２ｍｍとすることがさらに好ましい。また、各隔壁プレートおよび流路プレートの厚みは、異なる値としても良い。一般に、上記プレートの寸法を小さくするほど水蒸気混合部１２を小型化することができ、また、各部の寸法が小さいほど薄板積層構造１７の熱容量が小さくなるので、過渡応答性が改善されるという利点が得られる。但し、各部の寸法が過度に小さいと、機械的強度が低下し、製造が困難になるため、各部の幅や厚みは、約０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。各部の大きさを上記範囲とし、水流路１１および改質ガス流路１３の流路径を充分に小さくすることで、流路内をガスが通過する際にガスが層流化され、ガスが流れる際の圧損が低減されるという効果も得られる。
【００６７】
（Ｂ−２）水蒸気混合部１２の製造工程：
図１２は、薄板積層構造１７の製造方法を表わすフローチャートである。最初に、隔壁プレート７０および流路プレート７２となる板材を準備する（ステップＳ１００）。板材の材料としては、ニッケルベース合金のインコネル（インコ社商標）やステンレス鋼等の耐熱性合金が用いられる。あるいは、セラミックス製の板材を用いることも可能である。
【００６８】
次に、上記板材をエッチングによって所定の形状に加工して、最終的に隔壁プレート７０あるいは流路プレート７２となる原プレートをそれぞれ作製する（ステップＳ１１０）。ここでの形状加工は、既述した空間８２，８３や、穴部８４〜８８を形成するためのものである。図１３に、流路プレート７２Ａの元となる原流路プレート７１を示す。この原流路プレート７１は、完成後の流路プレート７２Ａの改質ガスの入口側と出口側（図６の右側と左側の辺の部分）に、接続片７１Ｐがそれぞれ追加された形状を有している。この状態では、図６に示した空間８，８３がそれぞれ部材で囲まれている。また、流路プレート７２Ａが互いに離間した複数の部材で構成されているのに対して、原流路プレート７１は、１枚の連続した板材で構成されている。流路プレート７２Ｄおよび隔壁プレート７０Ａ〜７０Ｄも、この接続片７１Ｐと同様の接続片が両側に追加された形状を有している。これらの原プレートは、同一の寸法を有している。
【００６９】
なお、エッチングの代わりに、カッター等を用いた機械加工によって原プレートを作製しても良いが、エッチングは、加工部に形成されるバリが少ないきれいなプレートを作製可能であり、好ましい。また、厚みが１ｍｍ以下という薄い板材を加工する方法として、エッチングは、より高い精度を得ることができる。
【００７０】
次に、流路プレート７２Ａ，７２Ｄおよび隔壁プレート７０Ａ〜７０Ｄを、所定の順序で積層する（ステップＳ１２０）。そして、これらの積層したプレートを拡散接合して、プレートの積層体を得る（ステップＳ１３０）。なお、拡散接合以外の方法によってプレートの接合を行なうことも可能であるが、拡散接合は、薄板同士をより強固に密着することができ、積層体の厚みが増すことも無いため、有利である。
【００７１】
その後、上記積層体の両端を、図１３に一点破線で示す２つの切断面ＣＰでそれぞれ切断することによって、最終的な薄板積層構造１７を完成する（ステップＳ１４０）。なお、この切断によって、改質ガス流路１３の入口と出口が開口する。また、水流路１１の出口も開口する。各流路プレートは、互いに離間した部分を有しており、比較的取り扱いがたい形状を有しているが、本実施例では、全体が１枚の板材である原プレートを用いて積層の動作を行なうことによって、製造工程の作業を容易化している。
【００７２】
完成した薄板積層構造１７を、所定のケーシング内に配設することで、水蒸気混合部１２が完成される。このような水蒸気混合部１２の外観を表わす斜視図を図１４に示す。上記ケーシングと薄板積層構造１７との間には、既述した流出室１５Ａおよび流入室１５Ｂが形成される（図２参照）。
【００７３】
（Ｂ−３）熱交換器１６の構成：
図１５は、熱交換器１６の構成の概略を表わす斜視図である。熱交換器１６は、図中右側から左側に改質ガスを通過させる改質ガス流路９０と、図中下方から上方に冷却水を通過させる冷却水流路９２とを備える。そして、改質ガス流路９０からなる層と、冷却水流路９２からなる層とを、互いに熱交換可能となるように交互に積層して構成されている。水蒸気混合部１２から供給された改質ガスは、改質ガス流路９０内を通過しつつ、冷却水流路９２内を通過する冷却水と熱交換することで降温する。熱交換器１６は、水蒸気混合部１２と同様に所定のケーシングを備えるが、図１５では、ケーシングの上面を取り除いた様子を表わしている。
【００７４】
図１６は、水蒸気混合部１２と熱交換器１６とを備える熱交換部１０全体の様子を模式的に表わす斜視図である。水蒸気混合部１２のケーシング側面と、熱交換器１６のケーシング側面との間は、円柱状の接続流路１４によって接続されている。これによって、水蒸気混合部１２内の改質ガス流路１３から熱交換器１６内の改質ガス流路９０へと、改質ガスが供給可能となっている。
【００７５】
（Ｂ−４）第１実施例の効果：
以上のように構成された本実施例の熱交換部１０によれば、上流側に水蒸気混合部１２を配置し、下流側に熱交換器１６を配置することで、改質ガスを降温するための熱交換部を小型化できるという効果が得られる。水蒸気混合部１２では、非常に流路幅の小さい水流路１１および改質ガス流路１３を形成することで高い熱交換効率を確保している。すなわち、水蒸気混合部内の水流路１１において、高温の改質ガスの熱を伝える壁面の面積が充分に広く確保されているため、水流路１１を通過する水は、この高温の壁面上で、非常に効率よく気化される。そのため、水蒸気混合部１２をより小さく形成しても、所望量の水を充分に気化させて改質ガス内に混入することが可能となる。さらに、改質ガスに添加するための水を気化させる特別な装置を設ける必要もない。また、熱交換器１６としては、改質ガスに添加すべき量の水を用いて水蒸気混合部１２で改質ガスを降温させたときに、改質ガスの降温の程度が、シフト部に導入するには不十分となるのを補うことができればよい。そのため、熱交換部１０全体を小型化することができる。特に、上記実施例のように、水蒸気混合部１２および熱交換器１６を、四角形の薄板状部材を積層した長方形状とすることで、設置スペースに無駄が生じるのを抑えることができる。
【００７６】
なお、このような構成とすることで、熱交換部の耐久性を向上することもできる。熱交換部１０では、改質器３８から供給された高温の改質ガスは、まず、上流側に配置された水蒸気混合部１２の流入室１５Ｂにおいて、水流路１１から吐出される水蒸気と混合されることによって降温する。そのため、水蒸気混合部１２内、あるいは熱交換器１６内に流れ込む改質ガスの温度がより低く抑えられて、熱交換部１０全体の耐久性を向上させることができる。
【００７７】
さらに、熱交換部１０によれば、水蒸気混合部１２を用いることで、熱交換部１０から排出される改質ガスの温度分布状態を均一化することができるという効果が得られる。すなわち、水蒸気混合部１２では、水分配マニホールド７５の形状を所定の形状とすることで、水蒸気混合部１２内の各水流路１１への水の分配状態を調節しており、これによって、水蒸気混合部１２から排出される改質ガスの温度分布状態を均一化している。水蒸気混合部１２内での各水流路１１への水の分配状態は、図５に示した矢印の長さとして表わしている。図５に示すように、水流路１１への水の分配量は、第２分岐流路７８と分配流路７９との接続部に近い吐出口から水が吐出される水流路１１（領域Ｃおよび領域Ｃの近傍に設けられる水流路１１）ほど多くなる。そのため、水蒸気混合部１２に導入される改質ガスのうち、より温度が高いガスが通過する領域、あるいは、水蒸気混合部１２のうち、より温度が高くなりやすい領域に、上記流路の接続部を設ければよい。これによって、上記流路の接続部付近からの水の分配量を多くして、このような領域において改質ガスの冷却を促進し、改質ガスの温度分布状態の均一化を図ることができる。水蒸気混合部１２の外側は放熱により温度が下がりやすいため、本実施例では、水蒸気混合部１２の中程に上記流路の接続部を設けることで、外側に分配される水の量を抑えて、改質ガスの温度分布状態を均一化している。
【００７８】
このように、より温度分布状態が均一化された改質ガスを、熱交換器１６に導入することで、熱交換部１０から排出される改質ガスの温度分布状態を均一化することができる。これによって、温度分布状態がより均一化された改質ガスをシフト部４０に供給することができる。
【００７９】
上記流路の接続部を設ける位置によって、各水流路１１への水の分配状態を異ならせた例を、以下に示す。図１７は、第１実施例の第１の変形例としての水蒸気混合部１２Ａにおける水分配状態を、図５と同様にして表わした説明図である。なお、これ以降の実施例の説明においても、水蒸気混合部内における水分配状態は、同様にして表わすものとする。水蒸気混合部１２Ａでは、水蒸気混合部１２に比べて、さらに中程よりに、上記流路の接続部が設けられている。これによって、水蒸気混合部１２Ａの中心部付近では水の分配量がより多くなり、水蒸気混合部１２Ａの外側（上端側および下端側）ほど、水の分配量が少なくなる。供給される改質ガスの温度分布状態や、水蒸気混合部の加熱・放熱状態に応じて、上記流路の接続部の位置を定めればよい。なお、流路の接続部の位置は、隔壁プレート７０Ｃを配設する位置を調節することで、すなわち、図５に示した領域Ａを構成する板材の枚数および領域Ｄを構成する板材の枚数を調節することで、任意に設定可能である。
【００８０】
図１８は、第１実施例の第２の変形例としての水蒸気混合部１２Ｂにおける水分配状態を表わす説明図である。水蒸気混合部１２Ｂは、水蒸気混合部１２と同様の主水路７６および第１分岐流路７７を有するが、この第１分岐流路７７に対して、積層された全ての水流路１１に水を分配する分配流路７９Ｂが接続している。水蒸気混合部１２Ｂでは、第１分岐流路７７と分配流路７９Ｂとの接続部の近傍の吐出口から水が吐出される水流路１１ほど、分配される水の量が多くなる。このように、第２分岐流路を設けない場合にも、上記流路の接続部の位置を適宜設定することで、排出される改質ガスの温度分布状態を均一化することができる。
【００８１】
さらに、本実施例の燃料電池システム２０では、シフト部４０の上流側に設けられた熱交換部１０において、改質ガスを降温させるのと同時に、シフト反応で要する水を添加することで、以下のような効果が得られる。まず第１に、シフト反応で要する水を、シフト部４０の直前で加えることにより、シフト反応に供する水の量を調節する際の応答性が向上する。すなわち、シフト反応に供する水の量を変化させる際に、シフト反応で要する水を、より上流に配設される蒸発器３４で気化させる場合に比べて、ガスが流れる時間によって生じる反応の遅れが少なくなる。第２に、シフト反応で要する水の少なくとも一部は、改質器３８よりも上流に設けられた蒸発器３４において改質燃料に加える必要がないため、蒸発器３４で蒸発させるべき水の量が削減されて、蒸発器３４の小型化が可能となる。第３に、蒸発器３４で蒸発させるべき水の量が削減されることで、燃料電池システム２０を始動して暖機運転を行なう際に、蒸発器３４および改質器３８の暖機時間を短縮し始動性を向上させることが可能となる。第４に、水蒸気混合部１２において改質ガスに加えられる水は、改質反応の反応温度にまで昇温する必要がないため、燃料電池システム２０のエネルギ効率の低下を抑えることができる。
【００８２】
Ｃ．第２実施例：
図１９は、第２実施例の水蒸気混合部１１２における水分配状態を表わす説明図である。本実施例、およびこれ以降の実施例の説明では、水蒸気混合部において、第１実施例の水蒸気混合部１２と共通する部分には同じ参照番号を付し、詳しい説明は省略する。水蒸気混合部１１２は、水分配マニホールド７５に代えて、水分配マニホールド１７５を備えている。水分配マニホールド１７５では、分配流路７９に代えて分配流路１７９が設けられている。また、水蒸気混合部１１２は、水蒸気混合部１２と同様に、隔壁プレート７０Ａ〜７０Ｄおよび流路プレート７２Ａ，７２Ｄによって構成されている。
【００８３】
水蒸気混合部１１２では、第２分岐流路７８と分配流路１７９との接続部を構成する２枚の隔壁プレート７０Ｃに挟持される領域（図１９の領域Ｅ）は、その外側の領域（図１９の領域Ｆ）に比べて、水流路１１が形成される密度が高くなっている。すなわち、領域Ｅは領域Ｆに比べて、隔壁プレートと流路プレートとの割合が高くなっている。本実施例では、領域Ｅでは、隔壁プレート７０Ａと流路プレート７２Ａとを１枚ずつ交互に積層しており（但し中央のみ隔壁プレート７０Ｂ）、領域Ｆでは、隔壁プレート７０Ｄ２枚と流路プレート７２Ｄ１枚とを交互に積層している。この、隔壁プレート７０Ｄと流路プレート７２Ｄとの割合は、異なる値としても良い。
【００８４】
このような構成とすることで、領域Ｅに対して分配される水の量をより多くして、領域Ｅにおける改質ガスの冷却を促進することができる。したがって、領域Ｅを通過する改質ガスの温度が、他の領域を通過する改質ガスの温度よりも高い場合に、排出される改質ガスの温度分布状態を均一化することが可能となる。本実施例では、水流路１１が形成される割合をＥ領域において高めることとしたが、水蒸気混合部に供給される改質ガスの温度分布状態や、水蒸気混合部の加熱・放熱状態に応じて、隔壁プレート数に対する流路プレート数の割合を高める領域を定めればよい。
【００８５】
Ｄ．第３実施例：
図２０は、第３実施例の水蒸気混合部２１２における水分配状態を表わす説明図である。水蒸気混合部２１２は、水分配マニホールド７５に代えて水分配マニホールド２７５を備えている。水分配マニホールド２７５では、第２分岐流路７８の一方に代えて、第２分岐流路７８よりも流路径の太い（流路の断面積の大きい）第２分岐流路２７８が設けられている。また、この第２分岐流路２７８に接続して、分配流路７９に代えて、分配流路７９よりも流路径の太い分配流路２７９が設けられている。
【００８６】
水蒸気混合部２１２において、図２０に示した領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、第１実施例と同様に、隔壁プレート７０Ａ〜７０Ｄおよび流路プレート７２Ａ，７２Ｄによって構成している。図２０に示した領域Ａ’は、隔壁プレート７０Ａ（図６）および流路プレート７２Ａ（図７）と類似するプレートであって、穴部８５および穴部８６を、より大きく形成したプレートによって構成している。領域Ｃ’は、隔壁プレート７０Ｃ（図９）と類似するプレートであって、穴部８８を、より大きく形成したプレートによって構成している。領域Ｄ’は、隔壁プレート７０Ｄ（図１１）および流路プレート７２Ｄ（図１０）と類似するプレートであって、穴部８６を、より大きく形成したプレートによって構成している。このようにして、第２分岐流路７８よりも流路径が大きい第２分岐流路２７８と、分配流路７９よりも流路径が大きい分配流路２７９とを備える水蒸気混合部２１２を形成している。
【００８７】
本実施例によれば、一部の領域（領域Ａ’，Ｃ’，Ｄ’）の水流路１１に対して水を分配する流路を、残りの水流路に対して水を分配する流路に比べて太く形成することで、上記一部の領域の水流路に供給される水の量が他の流路に比べて多くすることができる。したがって、上記一部の領域を通過する改質ガスの温度がより高い場合には、この領域において改質ガスの冷却を促進することができ、排出される改質ガスの温度分布状態を均一化することが可能となる。水の供給量を多くすべき領域は、水蒸気混合部に供給される改質ガスの温度分布状態や、水蒸気混合部の加熱・放熱状態に応じて、適宜設定すればよい。目的の領域に水を分配する流路を形成するためのプレートの穴部を、上記実施例のように、より大きく形成すればよい。
【００８８】
Ｅ．第４実施例：
図２１は、第４実施例の水蒸気混合部３１２における水分配状態を表わす説明図である。水蒸気混合部３１２は、水分配マニホールド７５に代えて水分配マニホールド３７５を備えている。水分配マニホールド３７５では、主水路７６に代えて主水路３７６が、第１分岐流路７７に代えて流路３７７が設けられている。第１実施例の主水路７６は、第１分岐流路７７に対して上下両方向から水を供給する流路であるが、本実施例の主水路３７６は、主水路７６のうちの上方から水を供給する部分のみによって構成されている。流路３７７は、第１分岐流路７７と同様に水流路１１と平行に形成されており、主水路３７６と流路３７７とは、分岐部を有することなく、両者の接続部が略直角を形成するように互いに接続している。また、水分配マニホールド３７５では、２本の第２分岐流路７８に代えて、これらと同様の形状を有する第２分岐流路３７８Ａ，３７８Ｂが設けられている。さらに、２本の分配流路７９に代えて、これらと同様の形状を有する分配流路３７９Ａ，３７９Ｂが設けられている。
【００８９】
水蒸気混合部３１２の上半分の領域（図２１に示す領域Ｇ）は、水蒸気混合部１２の対応する領域（図５に示す上側の領域Ｄ，Ｃ，Ａ，Ｂ）と同様に、隔壁プレート７０Ａ〜７０Ｄおよび流路プレート７２Ａ，７２Ｄを、所定の順序で積層することによって構成される。これに対して下側の領域（図２１に示す領域Ｈ）は、上記プレートと同様のプレートであって、主水路を形成するための穴部８４だけを有しないプレートを、所定の順序で積層することによって構成される。
【００９０】
以上のように構成した水蒸気混合部３１２では、主水路３７６の近傍の領域は、主水路７６内を水が通過することによって積極的に冷却される。したがって、主水路３７６に対してより近くに形成される第２分岐流路３７８Ａおよび分配流路３７９Ａは、より遠くに形成される第２分岐流路３７８Ｂおよび分配流路３７９Ｂに比べて、積極的に冷却される。これにより、第２分岐流路３７８Ａおよび分配流路３７９Ａにおいては、内部を通過する水が気化するのが抑えられる。流路内で気化する水の量が少ないほど、流路内の圧力が低くなるため、その流路に対しては上流側から水が供給され易くなる。そのため、その内部で水がより気化し難い第２分岐流路３７８Ａおよび分配流路３７９Ａでは、主水路３７６からの水の供給がより促進される。したがって、分配流路３７９Ａから水が吐出される水流路１１（領域Ｇに形成される水流路１１）は、分配流路３７９Ｂから水が吐出される水流路１１（領域Ｈに形成される水流路１１）に比べて、供給される水の量が多くなる。本実施例によれば、領域Ｇを通過する改質ガスの温度が、領域Ｈを通過する改質ガスの温度よりも高いときに、領域Ｇに供給される水の量を増やすことによって、排出される改質ガスの温度分布状態を均一化する効果を得ることができる。
【００９１】
また、水蒸気混合部３１２の近傍に他の高温の装置が配設されて、領域Ｇがより加熱されやすい場合や、領域Ｇは領域Ｈに比べて放熱が抑えられる場合にも、同様の効果が得られる。薄板積層構造において領域Ｇが領域Ｈに比べて高温になると、第２分岐流路３７８Ａおよび分配流路３７９Ａ内では水の気化がより活発化して、これらの流路から水の供給を受ける領域Ｇの水流路１１への水供給量が減少してしまうことになる。本実施例によれば、第２分岐流路３７８Ａおよび分配流路３７９Ａが積極的に冷却されるため、領域Ｇの水流路１１への水の供給量が充分に確保可能となる。また、薄板積層構造において領域Ｇが領域Ｈに比べて高温になると、領域Ｇの水流路１１では領域Ｈの水流路１１に比べて、内部で水の気化が活発化して内部温度が上昇し、領域Ｇの水流路１１への水の供給が妨げられてしまう。本実施例では、領域Ｇの水流路１１に対して水を供給する流路を積極的に冷却することによって、領域Ｇの水流路１１への水の供給量が充分に確保可能となる。したがって、領域Ｇが領域Ｈに比べてより高温となる場合にも、排出される改質ガスの温度分布状態を均一化する同様の効果を得ることができる。
【００９２】
主水路３７６を引き回すことで積極的に冷却すべき領域は、水蒸気混合部に供給される改質ガスの温度分布状態や、水蒸気混合部の加熱・放熱状態に応じて、適宜設定すればよい。水の供給を促進したい領域に水を分配する流路（第２分岐流路３７８Ａおよび分配流路３７９Ａ）の近傍に、より上流側の流路（主水路３７６）を形成することで、上記した効果を得ることができる。
【００９３】
なお、上記主水路３７６を備える水蒸気混合部３１２のように、外部から水蒸気混合部内部へと特定の一方向より水を供給する場合には、主水路３７６の上流側の近傍ほど、薄板積層構造がより冷却されることになる。そのため、図２１に示す領域Ｇの中でも、各水流路１１とは垂直な方向に、薄板積層構造における温度勾配が生じる。すなわち、薄板積層構造の領域Ｇにおいて、上方ほど下方に比べて温度が低くなる。そのため、仮に、領域Ｇにおいて、主水路３７６から各水流路１１へと直接水を分配する場合には、領域Ｇの上方領域から下方領域へと、各水流路１１に分配する水の量が減少すると考えられる。しかしながら本実施例では、第２分岐流路３７８Ａおよび分配流路３７９Ａを介して水流路１１に対して水を分配しているため、領域Ｇ内におけるこのような温度分布の影響を抑えることができる。同様に、領域Ｈにおいても、第２分岐流路３７８Ｂおよび分岐流路３７９Ｂを介して水流路１１に対して水を分配しているため、領域Ｈ内の各水流路１１への水の分配量は、領域Ｈにおける温度勾配の影響が抑えられたものとなる。そのため、各領域ごと（分配流路３７９Ａ，３７９Ｂを設けたブロックごと）に水の分配量が調節され、領域Ｇ全体として、領域Ｈ全体よりも、水流路１１への水の分配量が多くなる状態が実現される。
【００９４】
Ｆ．第５実施例：
図２２は、第５実施例の水蒸気混合部４１２における水分配状態を表わす説明図である。水蒸気混合部４１２は、水分配マニホールド７５に代えて水分配マニホールド４７５を備えている。水分配マニホールド４７５は、水分配マニホールド７５と同様に、主水路７６、第１分岐流路７７、第２分岐流路７８を備えている。そして、分配流路７９に代えて、分配流路４７９Ａ，４７９Ｂを備えている。分配流路４７９は、その流路径が次第に変化する形状を有している。水蒸気混合部４１２の外壁面近傍（図２２では、分配流路４７９Ａの上方および分配流路４７９Ｂの下方）ほど、流路径がより小さく形成されている。また、水蒸気混合部４１２の中央部近傍（図２２では、分配流路４７９Ａの下方および分配流路４７９Ｂの上方）ほど、流路径がより大きく形成されている。
【００９５】
水蒸気混合部４１２は、水蒸気混合部１２と同様に、隔壁プレート７０Ａ〜７０Ｄおよび流路プレート７２Ａ，７２Ｄを、所定の順序で積層することによって構成される。ただし、水蒸気混合部４１２を構成する各プレートでは、分配流路を形成するための穴部８６の大きさが互いに異なっており、上記したように流路径が大きくなる部分に対応するプレートほど、穴部８６が大きく形成されている。
【００９６】
本実施例によれば、分配流路４７９Ａ，４７９Ｂの流路径を変化させることで、各水流路１１への水の供給量を異ならせることができる。すなわち、分配流路４７９Ａ，４７９Ｂにおける流路径のより大きい部位に設けられた吐出口の方が、水流路１１への水の供給量がより多くなる。これは、分配流路から水流路１１へと水を供給する吐出口に絞り部８９が形成されることにより、分配流路４７９Ａ，４７９Ｂ内では所定の圧力で水が充填される状態となるため、流路径が大きくより多くの水を保持する状態となる部位の方が、安定して多くの水を吐出可能となるためと考えられる。あるいは、流路径の大きい部位の方が、流路径の小さい部位に比べて流路抵抗が小さいため、より多くの水を吐出口から吐出可能となると考えられる。なお、第５実施例の水蒸気混合部４１２において、分配流路４７９Ａ，４７９Ｂと第２分岐流路７８との接続部近傍に設けられた吐出口では、吐出される水の量がより多くなる効果が得られるが、図２２で、矢印の長さによって水の吐出量を表わす際には、このような効果は省略して記載している。
【００９７】
したがって、水蒸気混合部４１２に供給される改質ガスの温度分布状態が不均一であって、分配流路４７９Ａ，４７９Ｂの流路径が大きい部分から水を供給される水流路１１の近傍を通過する改質ガスの温度がより高い場合には、この領域において改質ガスの冷却を促進することができる。これにより、水蒸気混合部４１２から排出される改質ガスの温度分布状態を均一化することが可能となる。水の供給量を多くすべき領域は、水蒸気混合部に供給される改質ガスの温度分布状態や、水蒸気混合部の加熱・放熱状態に応じて、適宜設定すればよい。分配流路において、目的の領域に水を分配する部分の流路径をより大きく形成すればよい。
【００９８】
図２３は、第５実施例の第１の変形例である水蒸気混合部４１２Ａにおける水分配状態を表わす説明図である。水蒸気混合部４１２Ａは、分配流路４７９Ａ，４７９Ｂに代えて分配流路４７９Ａ’，４７９Ｂ’を備える水分配マニホールド４７５Ａを備えている。ここでは、分配流路の流路径が変化する様子は、第５実施例とは逆になっている。すなわち、水蒸気混合部４１２Ａの外壁面近傍（図２３では、分配流路４７９Ａ’の上方および分配流路４７９Ｂ’の下方）ほど、流路径がより大きく形成されている。また、水蒸気混合部４１２の中央部近傍（図２３では、分配流路４７９Ａ’の下方および分配流路４７９Ｂ’の上方）ほど、流路径がより小さく形成されている。
【００９９】
このような構成とすれば、水蒸気混合部４１２Ａの外壁面に近い位置に形成される水流路１１ほど、供給される水の量が多くなる。したがって、水蒸気混合部４１２Ａに供給される改質ガスの温度分布状態が不均一であって、分配流路４７９Ａ’，４７９Ｂ’の流路径が大きい部分から水を供給される水流路１１の近傍を通過する改質ガスの温度がより高い場合には、この領域において改質ガスの冷却を促進することができる。これにより、水蒸気混合部４１２Ａから排出される改質ガスの温度分布状態を均一化することが可能となる。
【０１００】
図２４は、第５実施例の第２の変形例である水蒸気混合部４１２Ｂにおける水分配状態を表わす説明図である。水蒸気混合部４１２Ｂは、水蒸気混合部４１２と同様の主水路７６および第１分岐流路７７を有する水分配マニホールド４７５Ｂを備えている。この水分配マニホールド４７５Ｂでは、第１分岐流路７７に対して、積層された全ての水流路１１に水を分配する分配流路４７９’が接続している。分配流路４７９’は、水蒸気混合部４１２Ｂの中央部近傍（分配流路４７９’と第１分岐流路７７との接続部近傍）ほど、流路径がより大きく形成されている。また、水蒸気混合部４１２Ｂの外壁面近傍（図２４では、分配流路４７９’の上端および下端近傍）ほど、流路径がより小さく形成されている。
【０１０１】
このような構成とすれば、水蒸気混合部４１２Ｂの中央部に近い位置に形成される水流路１１ほど、供給される水の量が多くなる。したがって、水蒸気混合部４１２Ｂに供給される改質ガスの温度分布状態が不均一であって、分配流路４７９’の流路径が大きい部分から水を供給される水流路１１の近傍を通過する改質ガスの温度がより高い場合には、この領域において改質ガスの冷却を促進することができる。これにより、水蒸気混合部４１２Ｂから排出される改質ガスの温度分布状態を均一化することが可能となる。
【０１０２】
Ｇ．第６実施例：
図２５は、第６実施例の水蒸気混合部５１２における水分配状態を表わす説明図である。水蒸気混合部５１２は、水分配マニホールド５７５を備えている。水分配マニホールド５７５は、第１実施例の水分配マニホールド７５と同様に、主水路７６、第１分岐流路７７、第２分岐流路７８、分配流路７９を備えている。そして、第１分岐流路７７において、さらに、流量調整弁５７３を備えている。この流量調整弁５７３は、周囲の温度に応じて第１分岐流路７７における流路抵抗を変化させる可変流路抵抗部として働き、温度が上昇すると開き方向に動作し、温度が低下すると閉じ方向に動作する。本実施例の流量調整弁５７３は、バイメタルによって形成している。
【０１０３】
水蒸気混合部５１２は、水蒸気混合部１２と同様に、隔壁プレート７０Ａ〜７０Ｄおよび流路プレート７２Ａ，７２Ｄを、所定の順序で積層することによって構成される。その際、流量調整弁５７３の取り付け位置に対応するプレートが備える所定の穴部に、予めバイメタルの弁を取り付けた後に、プレートの積層を行なえば良い。完成した水蒸気混合部５１２では、第１実施例における図４に示したように、１枚の流路プレートによって形成される水流路１１の数と同数の水分配マニホールド５７５が形成され、それぞれの水分配マニホールド５７５に対して流量調整弁５７３が設けられている。
【０１０４】
本実施例によれば、水蒸気混合部５１２が備える薄板積層構造の温度分布状態に応じて、各水流路１１への水の供給量を異ならせることができる。薄板積層構造において、流量調整弁５７３が配設される近傍の温度が上昇すると、この流量調整弁は開方向に動作し、この流量調整弁５７３が設けられた流路から水を供給される水流路１１への水の供給量が増加する。これに対して、流量調整弁５７３が配設される近傍の温度が低下すると、この流量調整弁は閉方向に動作し、この流量調整弁５７３が設けられた流路から水を供給される水流路１１への水の供給量が減少する。なお、薄板積層構造の温度分布状態が不均一になる場合としては、例えば、水蒸気混合部５１２に供給される改質ガスの温度分布状態が不均一な場合が挙げられる。あるいは、水蒸気混合部５１２の近くに高温の装置が配設されているときに、この装置からの距離によって、この装置によって加熱される程度が不均一となる場合が挙げられる。また、このような周囲に配設される装置の影響などによって、薄板積層構造からの放熱の程度が、全体として不均一となる場合が挙げられる。
【０１０５】
したがって、本実施例では、上記のように薄板積層構造の温度分布状態が不均一になる場合に、高温の領域に形成される水流路１１に対しては、より多くの水が供給されて、改質ガスの冷却が促進される。これにより、水蒸気混合部５１２から排出される改質ガスの温度分布状態を均一化することが可能となる。本実施例の水蒸気混合部５１２は、薄板積層構造の温度分布状態が変化する場合にも、これに対応して供給する水の量を変更できるという利点を有する。
【０１０６】
Ｈ．第７実施例：
図２６は、第７実施例の水蒸気混合部６１２における水分配状態を表わす説明図である。水蒸気混合部６１２は、水分配マニホールド６７５を備えている。水分配マニホールド６７５は、第１実施例の水分配マニホールド７５と同様に、主水路７６および第１分岐流路７７を備えている。水分配マニホールド６７５では、第１分岐流路７７から分岐して、複数の第２分岐流路６７８が形成されている。これら第２分岐流路６７８の端部には、それぞれ、分配流路６７９が形成されている。分配流路６７９は、所定数の吐出口を有しており、各吐出口から、積層して形成される所定数の水流路１１に対して水が供給される。
【０１０７】
第１実施例の水蒸気混合部１２では、第２分岐流路７８および分配流路７９は、それぞれ２つずつ形成されており、第１分岐流路７７を通過した水は、２つに分配されることとした。これに対して、本実施例では、第１分岐流路７７を通過した水は、より多数形成される第２分岐流路６７８のそれぞれに分配される。第２分岐流路６７８およびこれに接続する分配流路６７９の数が、より多いほど、同時に水を分配される水流路１１の数（１つの分配流路６７９に接続する水流路１１の数）が、より少なくなる。同時に水を分配される水流路１１の数が少ないほど、同時に水を分配されるそれぞれの水流路１１への水の分配量のばらつきが小さくなり、その結果、水蒸気混合部６１２全体として、各水流路１１への水の分配量を均一化することができる。本実施例では、このように、各水流路１１への水の分配量が望ましくない程度にばらついてしまうのを防止することにより、水蒸気混合部６１２において冷却されて排出される改質ガスの温度分布状態を、均一化している。なお、第７実施例の水蒸気混合部６１２において、第１分岐流路７７と第２分岐流路６７８との接続部近傍に設けられた吐出口では、吐出される水の量がより多くなるという効果（図２６に示す水蒸気混合部６１２の中央部付近における吐出水量がより多くなる効果）が得られるが、図２６で、矢印の長さによって水の吐出量を表わす際には、このような効果は省略して記載している。
【０１０８】
このように、分配流路を多数形成して、各水流路１１への水の分配量のばらつきを小さくする際に、さらに、所定の水流路１１への水の分配量を意図的に増減して、水蒸気混合部から排出される改質ガスの温度分布状態を均一化する効果をより高めることが可能である。図２７は、第７実施例の第１の変形例である水蒸気混合部６１２Ａにおける水分配状態を表わす説明図である。水蒸気混合部６１２Ａは、第２分岐流路６７８に代えて、第２分岐流路６７８Ａを備える水分配マニホールド６７５Ａを備えている。ここでは、水蒸気混合部６１２Ａの中央部近傍（図２７では、第１分岐流路７７と第２分岐流路６７８との接続部近傍）に形成される第２分岐流路６７８Ａの流路径が、他の第２分岐流路６７８Ａの流路径に比べて太く形成されている。
【０１０９】
このような構成とすれば、太く形成される第２分岐流路６７８Ａには、より多くの水が分配され、これに接続する分配流路６７９からは、各水流路１１に対して、より多くの水が吐出される。したがって、水蒸気混合部６１２Ａに供給される改質ガスの温度分布状態が不均一であって、第２分岐流路６７８Ａの流路径が大きい部分から水を供給される水流路１１の近傍を通過する改質ガスの温度がより高い場合には、この領域において改質ガスの冷却を促進することができる。これにより、水蒸気混合部６１２Ａから排出される改質ガスの温度分布状態をより均一化することが可能となる。
【０１１０】
図２８は、第７実施例の第２の変形例である水蒸気混合部６１２Ｂにおける水分配状態を表わす説明図である。水蒸気混合部６１２Ｂは、分配流路６７９に代えて、分配流路６７９Ｂを備える水分配マニホールド６７５Ｂを備えている。ここでは、水蒸気混合部６１２Ｂの中央部近傍（図２８では、第１分岐流路７７と第２分岐流路６７８との接続部近傍）に形成される分配流路６７９Ｂが、他の分配流路６７９Ｂに比べて大きく、接続する水流路１１の数が多くなるように形成されている。
【０１１１】
このとき、第１分岐流路７７から各第２分岐流路６７８へと水が分配される際には、比較的均等に分配される。そのため、接続する水流路１１の数が多い第２分岐流路６７８から水を供給される水流路１１では、他の水流路１１に比べて、供給される水の量が少なくなる。本実施例では、分配流路６７９Ｂがより大きく形成される水蒸気混合部６１２Ｂの中央部近傍において、水流路１１への水の供給量が少なくなる。したがって、水蒸気混合部６１２Ｂに供給される改質ガスの温度分布状態が不均一であって、大きな分配流路６７９Ｂから水を供給される水流路１１の近傍を通過する改質ガスの温度がより高い場合には、この領域において改質ガスの冷却を促進することができる。これにより、水蒸気混合部６１２Ｂから排出される改質ガスの温度分布状態を均一化することが可能となる。
【０１１２】
Ｉ．第８実施例：
図２９は、第８実施例の水蒸気混合部７１２における水分配状態を表わす説明図である。水蒸気混合部７１２は、水分配マニホールド７７５を備えている。水分配マニホールド７７５は、主水路７７６、第１分岐流路７７７、第２分岐流路７７８、分配流路７７９を備えている。これらの流路は、第１実施例の水分配マニホールド７５と同様の形状を有している。ただし、本実施例では、これらの流路は、２重管構造を有している点で異なっている。
【０１１３】
水蒸気混合部７１２は、水蒸気混合部１２と同様に、隔壁プレート７０Ａ〜７０Ｄおよび流路プレート７２Ａ，７２Ｄを、所定の順序で積層することによって構成される。その際、水分配マニホールド７７５を構成する各流路は、各プレートを構成する材料に比べてより熱伝導率が低い材料から成る層をさらに有する２重管構造となるように形成する。２重管構造とするには、例えば、これらの流路を、充分な耐熱性を有する樹脂によってコートすればよい。あるいは、プレートを構成して組み立てる際に、これらの流路を形成する空間内に、セラミックス製の管を挿入することとしても良い。
【０１１４】
本実施例によれば、水分配マニホールド７７５が２重管構造を有することによって、水分配マニホールド７７５を構成する各流路内を通過する水に、外部から熱が伝わるのを妨げることができる。既述したように、外部からの加熱や放熱状態の不均一、あるいは、水蒸気混合部７１２に供給される改質ガスの温度分布状態が不均一であることにより、薄板積層構造の一部の温度が特に上昇する場合があるが、このような場合にも、流路内の水には熱が伝わりにくくなる。これによって、水分配マニホールド７７５全体で、内部で水が気化するのが抑えられ、水蒸気混合部７１２全体で、各水流路１１への水の分配量のばらつきを小さくすることができる。本実施例では、このように、各水流路１１への水の分配量が望ましくない程度にばらついてしまうのを防止することにより、水蒸気混合部７１２で冷却されて排出される改質ガスの温度分布状態を、均一化することができる。
【０１１５】
なお、水蒸気混合部７１２においては、薄板積層構造から水分配マニホールド７７５への熱の伝わりを抑えることにより、上記効果をさらに高めることができる。図３０は、水蒸気混合部７１２の形状を模式的に表わす斜視図である。水蒸気混合部７１２は、既述した各プレート（四角形の薄板状部材）を積層して製造される。ここで本実施例では、これらのプレートを積層して長方形状の薄板積層構造を形成した後に、各水分配マニホールド７７５が形成される領域であるマニホールド形成部７７４（図３０）の周辺であって、流路が形成されない領域を切り落として、水蒸気混合部７１２を完成している。このような構成とすることで、水分配マニホールド７７５を構成する各流路内を通過する水に対しては、さらに熱が伝わりにくくなり、上記効果を得ることができる。
【０１１６】
Ｊ．第９実施例：
図３１は、第９実施例の水蒸気混合部８１２における水分配の様子を模式的に表わす説明図である。水蒸気混合部８１２は、水分配マニホールド８７５を備えている。水分配マニホールド８７５は、薄板積層構造を貫通して配設され、放射状に形成した壁面によって内部が複数に分割された筒状の流路として形成されている。また、水分配マニホールド８７５の壁面には、複数の穴部８７９が形成されている。これらの穴部は、水分配マニホールド８７５の内部を分割して形成される複数の流路のそれぞれに、１つずつ対応して設けられている。また、これらの穴部は、それぞれ、この水分配マニホールド８７５から水を供給される水流路１１のいずれか１つと、互いに連通している。
【０１１７】
水蒸気混合部８１２は、既述した実施例と同様に、水流路１１および改質ガス流路１３を形成するように形状加工された流路プレートと、隔壁プレートとを、交互に積層して構成される。水分配マニホールド７７５は、上記薄板状部材と同様の金属材料によって、薄板積層構造とは別部材として予め用意し、薄板積層構造の所定の位置に挿入する。
【０１１８】
本実施例によれば、各水流路１１に対して水を供給する流路が、予め分割して形成されているため、マニホールドにおいて多数の水流路１１へと水を分配する必要が無く、水の供給量のばらつきを抑えることができる。水分配マニホールド８７５の特定の部分で、温度上昇によって水の気化が活発化する場合であっても、水分配マニホールド８７５の上流から、内部の分割された各流路に対して所定の流量で水を供給することにより、各水流路１１への水の分配量を充分に確保することができる。本実施例では、このように、各水流路１１への水の分配量が望ましくない程度にばらついてしまうのを防止することにより、水蒸気混合部８１２で冷却されて排出される改質ガスの温度分布状態を、均一化している。
【０１１９】
さらに、本実施例の水蒸気混合部８１２によれば、水分配マニホールド８７５の上流から、内部の分割された流路のそれぞれに対して供給する水の量を調節することとしてもよい。このような構成とすれば、水分配マニホールド８７５の途中における温度分布状態に関わらず、所定の水流路１１に対して、所望量の水を供給することが可能となる。このようにして、水蒸気混合部８１２で冷却されて排出される改質ガスの温度分布状態を、さらに均一化することが可能となる。
【０１２０】
図３２は、第９実施例の変形例である水蒸気混合部８１２Ａにおける水分配の様子を模式的に表わす説明図である。水蒸気混合部８１２Ａは、水分配マニホールド８７５に代えて、水分配マニホールド８７５Ａを備えている。水分配マニホールド８７５Ａは、積層されて形成される水流路１１と同数の、長さが互いに異なる細管８７９Ａを備えている。細管８７９Ａのそれぞれは、上記積層されて形成される水流路のいずれか一つにおいて開口し、この水流路１１に対して水を供給可能となっている。このような構成としても、上記第９実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１２１】
Ｋ．第１０実施例：
図３３は、第１０実施例の水蒸気混合部９１２における水分配の様子を模式的に表わす説明図である。水蒸気混合部９１２は、水分配マニホールド９７５を備えている。水分配マニホールド９７５は、薄板積層構造を貫通して配設され、多孔質体を備える円柱状の流路として形成されている。この水分配マニホールド９７５を構成する多孔質体としては、例えば、金属メッシュや発泡金属を用いることができる。水分配マニホールド９７５は、上記第９実施例と同様に、予め別部材として用意して、薄板積層構造の所定の位置に挿入すればよい。
【０１２２】
上記水分配マニホールド９７５に対して水を供給すると、内部を通過する水は、多孔質体の表面から、各水流路１１へとしみ出していく。このように多孔質体から水がしみ出す際には、水の気化潜熱によって多孔質体、すなわち水分配マニホールド９７５が冷却される。したがって、水分配マニホールド９７５内で水が気化してしまうのが抑えられ、一部の水流路１１への水の分配量が低下してしまうことが無く、水の分配状態を良好に保つことができる。これにより、各水流路１１への水の分配量のばらつきをおさえることができ、水蒸気混合部９１２で冷却されて排出される改質ガスの温度分布状態を、均一化することができる。
る。
【０１２３】
なお、図３３では、水分配マニホールド９７５に対して、図３３中の上方向からのみ水を供給することとしたが、上下両方向から水を供給し、冷却状態の均一化を図ることがさらに好ましい。
【０１２４】
図３４は、第１０実施例の変形例である水蒸気混合部９１２Ａにおける水分配の様子を模式的に表わす説明図である。水蒸気混合部９１２Ａは、水分配マニホールド９７５に代えて、水分配マニホールド９７５Ａを備えている。水分配マニホールド９７５Ａは、第９実施例の水分配マニホールド８７５と同様の筒状の流路の外周に、上記したセラミックス等の多孔質体からなる層を形成した２重管構造を有している。このような構成とすれば、第９実施例と同様に、各水流路１１への水の分配量のばらつきを抑えて所望の分配状態にする効果に加えて、水の気化潜熱を利用して水分配マニホールド９７５Ａを冷却することで、水の分配状態のばらつきを抑える効果を得ることができる。これによって、水蒸気混合部９１２で冷却されて排出される改質ガスの温度分布状態を、均一化する効果を、より高めることができる。
【０１２５】
Ｌ．第１１実施例：
既述した第１実施例の熱交換部１０では、上流側に水蒸気混合部１２を配設し、下流側に熱交換器１６を配設している。これに対して、水蒸気混合部と熱交換器とを、改質ガスの流れに対して逆の位置に配設することとしてもできる。このような熱交換部１１０を、第１１実施例として以下に説明する。図３５は、本実施例の熱交換部１１０を、第１実施例の熱交換部１０と並べて、それぞれの構成を模式的に示した説明図である。図３５（Ａ）は熱交換部１０を、図３５（Ｂ）は本実施例の熱交換部１１０を表わしている。本実施例の熱交換部１１０は、第１実施例の燃料電池システム２０において、熱交換部１０に代えて用いられる。また、本実施例およびこれ以降の実施例で説明する熱交換部が備える水蒸気混合部１２および熱交換器１６は、第１実施例と同様の構成を有している。第１１実施例の熱交換部１１０では、改質ガス流路５４を介して改質器３８から改質ガスが供給されると、この改質ガスは、まず熱交換器１６で降温されてから、水蒸気混合部１２において加湿・降温される。
【０１２６】
本実施例の熱交換部１１０によれば、水と改質ガスとの間で熱交換を行なわせる熱交換器１６と、加湿・降温の両方を行なう水蒸気混合部１２とを組み合わせることで、第１実施例と同様に装置を小型化できるという効果が得られる。そして、第１実施例に比べてさらに、熱交換部から排出される改質ガスの温度分布状態を均一化する効果を高めることができる。水蒸気混合部１２は、既述したように、水蒸気混合部１２に供給される改質ガスの温度分布状態や、水蒸気混合部１２を構成する薄板積層構造の温度分布状態に応じて、各水流路１１に供給する水の量が調節されており、ここから排出される改質ガスの温度分布状態を均一化する効果が極めて高い。そのため、このような水蒸気混合部１２を下流側に配設することにより、熱交換部から排出される改質ガスの温度分布状態を均一化する効果を、より高めることができる。
【０１２７】
Ｍ．第１２実施例：
図３６は、第１２実施例の熱交換部２１０の構成を模式的に表わす説明図である。熱交換部２１０は、２つの水蒸気混合部１２と１つの熱交換器１６とを備える。これらは、改質ガスの流れ方向の上流側から、水蒸気混合部１２、熱交換器１６、水蒸気混合部１２の順に、直列に接続されている。
【０１２８】
このような熱交換部２１０によれば、熱交換部２１０から排出される改質ガスの温度分布状態をより均一化する効果と、熱交換部２１０の耐久性を向上させる効果とを、共に向上させることができる。すなわち、最も下流である位置に水蒸気混合部１２を配設することによって、第１１実施例の熱交換部１１０と同様に、熱交換部２１０から排出される改質ガスの温度分布状態をより均一化することができる。また、最も上流である位置に水蒸気混合部１２を配設しているため、改質器３８から供給された高温の改質ガスは、まず、熱交換部２１０の入口部（流入室１５Ｂ）において水流路１１から吐出される水蒸気と混合されることによって降温する。そのため、これより下流側に流れ込む改質ガスの温度がより低く抑えられて、第１実施例の熱交換部１０と同様に、全体の耐久性を向上させることができる。
【０１２９】
Ｎ．第１３実施例：
図３７（Ａ）は、第１３実施例の熱交換部３１０Ａの構成を模式的に表わす説明図である。熱交換部３１０Ａは、２つの水蒸気混合部１２と２つの熱交換器１６とを備える。これらは、改質ガスの流れ方向の上流側から、水蒸気混合部１２、熱交換器１６、水蒸気混合部１２、熱交換器１６の順に、直列に接続されている。すなわち、第１実施例の熱交換部１０の構成を２つ重ねた構成を有している。
【０１３０】
また、図３７（Ｂ）は、第１３実施例の変形例としての熱交換部３１０Ｂの構成を模式的に表わす説明図である。熱交換部３１０Ｂは、２つの水蒸気混合部１２と２つの熱交換器１６とを備える。これらは、改質ガスの流れ方向の上流側から、熱交換器１６、水蒸気混合部１２、熱交換器１６、水蒸気混合部１２の順に、直列に接続されている。すなわち、第１１実施例の熱交換部１１０の構成を２つ重ねた構成を有している。
【０１３１】
このような熱交換部３１０Ａ、３１０Ｂによれば、第１実施例の熱交換部１０が示す効果や、第１１実施例の熱交換部１１０が示す効果を、より充分に得ることができる。ここで、図３７（Ａ）および（Ｂ）では、いずれも、水蒸気混合部１２と熱交換器１６とを備える構成を２つ直列に接続することとしたが、上記構成を３つ以上直列に接続することとしても良い。
【０１３２】
なお、上記第１１ないし第１３実施例では、熱交換部３１０Ａ，３１０Ｂは、第１実施例の水蒸気混合部１２を備えることとしたが、第２〜第１０実施例の水蒸気混合部を用いることとしても良い。第２〜６実施例の水蒸気混合部では、第１実施例の水蒸気混合部１２と同様に、水蒸気混合部に供給される改質ガスの温度分布状態や、水蒸気混合部を構成する薄板積層構造の温度分布状態に応じて、各水流路１１に供給される水の量が調節される。これによって、熱交換部から排出される改質ガスの温度分布状態をより均一化できる。第７〜１０実施例の水蒸気混合部では、水蒸気混合部に供給される改質ガスの温度分布状態や、水蒸気混合部を構成する薄板積層構造の温度分布状態によって、各水流路１１に供給される水の量がばらついてしまうのが、抑えらる。これによって、熱交換部から排出される改質ガスの温度分布状態をより均一化できる。
【０１３３】
また、第１１ないし第１３実施例の熱交換部において、用いる水蒸気混合部としては、実施例１〜１０に示した水蒸気混合部のように、水の分配量を調節するための構成、あるいは、水の分配状態を均一化するための構成を特別に設けていないものであってもよい。薄板積層構造を有し、その内部に改質ガス流路と水流路とを形成して、改質ガスと水とを熱交換させると共に、これによって生じた水蒸気を、対向して流入する改質ガス中に混合する水蒸気混合部を備えていればよい。水の分配状態に関する特別な構成を有していなくても、このような水蒸気混合部は、改質ガス流路と冷却水流路とが独立して設けられた通常の熱交換器に比べて、排出される改質ガスの温度分布状態をより均一化する効果を有している。そのため、このような水蒸気混合部を、上記第１１ないし第１３実施例の熱交換部で用いることとしても、同様の効果を得ることができる。
【０１３４】
Ｏ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１３５】
Ｏ１．変形例１：
既述した水蒸気混合部において、改質ガスが排出される下流側出口部付近に、液飛び防止部を設けることとしても良い。図３８は、第１実施例の水蒸気混合部１２内に、液飛び防止部１９を配設した様子を表わす説明図である。図３８では、液飛び防止部１９を、流出室１５Ａ内に配設する様子を示している。この液飛び防止部１９は、例えば、金属多孔質体である発泡金属や、フォームと呼ばれる樹脂多孔質体、あるいはハニカムによって構成することができる。このような液飛び防止部１９を配設すれば、改質ガス流路１３から排出される改質ガス中に気化していない微細な液滴が残留する場合に、この液滴を改質ガス中から捕捉することができる。これによって、シフト部４０に液滴が進入するのを防止することができる。液飛び防止部１９に捕捉された液水は、これを通過する改質ガスの熱によって次第に気化し、改質ガス中に混合されて、シフト反応に供される。
【０１３６】
Ｏ２．変形例２：
既述した実施例の熱交換部は、水蒸気混合部と熱交換器１６とを備え、これらを直列に接続して構成されている。これに対して、水蒸気混合部によって改質ガスを加湿・降温するだけで、シフト反応に供することができる温度にまで充分に改質ガスを冷却可能であるならば、熱交換部は水蒸気混合部だけで構成することとしても良い。この場合にも、第１ないし第６実施例の水蒸気混合部を用いることで、水蒸気混合部に供給される改質ガスの温度分布状態や、水蒸気混合部を構成する薄板積層構造の温度分布状態に応じて、各水流路１１に供給される水の量を、調節された所定の不均一状態とするため、排出される改質ガスの温度分布状態をより均一化する効果を得ることができる。また、第７ないし第１０実施例の水蒸気混合部を用いることで、水蒸気混合部に供給される改質ガスの温度分布状態や、水蒸気混合部を構成する薄板積層構造の温度分布状態によって、各水流路１１に供給される水の量がばらついてしまうのを抑えるため、排出される改質ガスの温度分布状態をより均一化する効果を得ることができる。そして、これらの実施例の水蒸気混合部を用いることで、改質ガスを加湿する装置を、より小型化する効果を得ることができる。
【０１３７】
Ｏ３．変形例３：
第１実施例では、水蒸気混合部１２の水流路１１へは、熱交換器１６で昇温した水を導入することとしたが、水蒸気混合部と熱交換器とを備える熱交換部において、熱交換器で用いた冷却水の少なくとも一部を、水蒸気混合部において用いない構成としても良い。熱交換器において改質ガスと熱交換することによって冷却水が回収した熱は、燃料電池システム内の他の装置で利用することとしても、システム全体のエネルギ効率を向上させる効果を得ることができる。例えば、熱交換器１６における熱交換によって昇温した水を、改質器３８における改質反応に供することとしてもよい。このようにすれば、蒸発器３４で水を昇温・気化させるために消費するエネルギを削減することができる。
【０１３８】
Ｏ４．変形例４：
既述した実施例の水蒸気混合部では、内部に形成される水流路１１に対して水を分配するマニホールドは、薄板積層構造を構成する板材に形成された穴部によって形成したが、マニホールドは薄板積層構造とは別体で形成することとしても良い。この場合には、例えば、薄板積層構造をケーシングに収納する代わりに、薄板積層構造に対して直接マニホールドを溶接することとすればよい。このような場合にも、マニホールドを構成する流路の一部の流路径を他の部分の流路径と異ならせたり、マニホールド内に形成される接続部の位置を適宜設定する等、実施例と同様の形状とすることで、実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１３９】
Ｏ５．変形例５：
実施例の燃料電池システム２０では、改質燃料としてガソリンを用いたが、他種の改質燃料を用いることとしても良い。改質燃料としては、ガソリンの他、天然ガスなどの炭化水素や、メタノールなどのアルコール、アルデヒドなど、改質して水素を生成可能な種々の炭化水素系燃料を適用可能である。用いる改質燃料に応じて改質触媒を選択し、適宜反応温度を設定すればよい。他種の改質燃料を用いる場合にも、通常は、シフト反応の反応温度よりも改質反応の反応温度の法が高いため、本発明を適用して同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池システム２０の構成の概略を表わす説明図である。
【図２】第１実施例の熱交換部１０の構成の概略を表わす説明図である。
【図３】水蒸気混合部１２が備える薄板積層構造１７の構成を表わす分解斜視図である。
【図４】薄板積層構造１７内において、３組の水分配マニホールド７５が形成される様子を模式的に示す説明図である。
【図５】水分配マニホールド７５の様子、および、この水分配マニホールド７５から各水流路１１に水が分配される様子を、模式的に示す説明図である。
【図６】流路プレート７２Ａの構成を表わす平面図である。
【図７】隔壁プレート７０Ａの構成を表わす平面図である。
【図８】隔壁プレート７０Ｂの構成を表わす平面図である。
【図９】隔壁プレート７０Ｃの構成を表わす平面図である。
【図１０】流路プレート７２Ｄの構成を表わす平面図である。
【図１１】隔壁プレート７０Ｄの構成を表わす平面図である。
【図１２】薄板積層構造１７の製造方法を表わすフローチャートである。
【図１３】流路プレート７２Ａの元となる原流路プレート７１を示す説明図である。
【図１４】薄板積層構造１７の外観を表わす斜視図である。
【図１５】熱交換器１６の構成の概略を表わす斜視図である。
【図１６】熱交換部１０の様子を模式的に表わす斜視図である。
【図１７】第１実施例の第１の変形例としての水蒸気混合部１２Ａにおける水分配状態を表わす説明図である。
【図１８】第１実施例の第２の変形例としての水蒸気混合部１２Ｂにおける水分配状態を表わす説明図である。
【図１９】第２実施例の水蒸気混合部１１２における水分配状態を表わす説明図である。
【図２０】第３実施例の水蒸気混合部２１２における水分配状態を表わす説明図である。
【図２１】第４実施例の水蒸気混合部３１２における水分配状態を表わす説明図である。
【図２２】第５実施例の水蒸気混合部４１２における水分配状態を表わす説明図である。
【図２３】第５実施例の第１の変形例である水蒸気混合部４１２Ａにおける水分配状態を表わす説明図である。
【図２４】第５実施例の第２の変形例である水蒸気混合部４１２Ｂにおける水分配状態を表わす説明図である。
【図２５】第６実施例の水蒸気混合部５１２における水分配状態を表わす説明図である。
【図２６】第７実施例の水蒸気混合部６１２における水分配状態を表わす説明図である。
【図２７】第７実施例の第１の変形例である水蒸気混合部６１２Ａにおける水分配状態を表わす説明図である。
【図２８】第７実施例の第２の変形例である水蒸気混合部６１２Ｂにおける水分配状態を表わす説明図である。
【図２９】第８実施例の水蒸気混合部７１２における水分配状態を表わす説明図である。
【図３０】水蒸気混合部７１２の形状の概略を表わす説明図である。
【図３１】第９実施例の水蒸気混合部８１２における水分配の様子を模式的に表わす説明図である。
【図３２】第９実施例の変形例である水蒸気混合部８１２Ａにおける水分配の様子を模式的に表わす説明図である。
【図３３】第１０実施例の水蒸気混合部９１２における水分配の様子を模式的に表わす説明図である。
【図３４】第１０実施例の変形例である水蒸気混合部９１２Ａにおける水分配の様子を模式的に表わす説明図である。
【図３５】熱交換部１０と熱交換部１１０とを、それぞれ模式的に表わす説明図である。
【図３６】第１２実施例の熱交換部２１０の構成を模式的に表わす説明図である。
【図３７】熱交換部３１０Ａ，３１０Ｂの構成を模式的に表わす説明図である。
【図３８】水蒸気混合部１２内に液飛び防止部１９を配設した様子を表わす説明図である。
【符号の説明】
１０，１１０，２１０，３１０Ａ，３１０Ｂ…熱交換部
１１…水流路
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１１２，２１２，３１２，４１２…水蒸気混合部
１３…改質ガス流路
１４…接続流路
１５Ａ…流出室
１５Ｂ…流入室
１６…熱交換器
１７…薄板積層構造
１８…水流路
１９…液飛び防止部
２０…燃料電池システム
３０…ガソリンタンク
３２…水タンク
３４…蒸発器
３６…加熱部
３８…改質器
３９…ブロワ
４０…シフト部
４２…ＣＯ選択酸化部
４３…ブロワ
４４…燃料電池
４５…制御部
４６…ブロワ
４７，４８…ポンプ
４９…流量調整弁
５０…改質燃料流路
５１…水供給路
５２…改質燃料供給路
５３…混合気体流路
５４，５５，５６…改質ガス流路
５７…燃料ガス供給路
５８…燃料排出路
５９…水分岐路
６０…酸化ガス供給路
６２…酸化排ガス路
７０，７０Ａ〜７０Ｄ…隔壁プレート
７１…原流路プレート
７１Ｐ…接続片
７２，７２Ａ，７２Ｄ…流路プレート
７５，１７５，２７５，３７５，４７５…水分配マニホールド
７６，３７６，７７６…主水路
７７…第１分岐流路
７８，２７８，３７８Ａ，３７８Ｂ…第２分岐流路
７９，７９Ｂ，１７９，２７９，３７９Ａ，３７９Ｂ…分配流路
８０…側壁部材
８１Ａ，８１Ｄ…流路形成部材
８２，８３…空間
８４〜８８…穴部
８９…絞り部
９０…改質ガス流路
９２…冷却水流路
３７７…流路
４１２Ａ，４１２Ｂ，５１２，６１２，６１２Ａ，６１２Ｂ…水蒸気混合部
４７５Ａ，４７５Ｂ…水分配マニホールド
４７９，４７９Ａ，４７９Ｂ…分配流路
５７３…流量調整弁
５７５，６７５，６７５Ａ，６７５Ｂ…水分配マニホールド
６７８，６７８Ａ…第２分岐流路
６７９，６７９Ｂ…分配流路
７１２，８１２，８１２Ａ，９１２，９１２Ａ…水蒸気混合部
７７４…マニホールド形成部
７７５，８７５，８７５Ａ，９７５，９７５Ａ…水分配マニホールド
７７７…第１分岐流路
７７８…第２分岐流路
７７９…分配流路
８７９…穴部
８７９Ａ…細管[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel reformer for reforming a fuel containing a hydrocarbon-based compound to generate a hydrogen-rich fuel gas, and a steam for mixing steam with the reformed gas in the fuel reformer. It relates to a mixing device.
[0002]
[Prior art]
As a method of obtaining hydrogen to be supplied to a fuel cell, a method of reforming a hydrocarbon-based compound to generate a hydrogen-rich gas is known. Since the hydrogen-rich gas generated by the reforming reaction usually contains carbon monoxide, the concentration of carbon monoxide in the gas is reduced before the hydrogen-rich gas is supplied to the fuel cell. As one method of reducing the concentration of carbon monoxide in the reformed gas, a shift reaction that produces hydrogen and carbon dioxide from carbon monoxide and water is used. In this case, a reforming reaction including a reforming catalyst is used. A shift unit including a shift catalyst is provided downstream of the vessel.
[0003]
As described above, since the shift reaction is a reaction using water (steam), the reformed gas supplied to the shift section needs to contain a sufficient amount of steam. As a method of supplying a reformed gas containing a sufficient amount of steam to the shift section, a configuration is known in which steam is separately generated, this steam is added to the reformed gas, and both of the mixed gases are introduced into the shift section. (For example, JP-A-63-303801).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when steam generated in advance is added to the reformed gas, it is necessary to provide a device for vaporizing the water separately from the reformer and the shift unit. There has been a problem that the entire apparatus becomes large. In particular, when the fuel cell system is mounted on a moving body such as a vehicle, the space in which the fuel cell system can be mounted is limited.
[0005]
When the reformed gas is supplied to the shift unit, the temperature of the reformed gas is usually lowered because the reaction temperature of the reforming reaction is higher than the reaction temperature of the shift reaction. As a method of lowering the temperature of the reformed gas, for example, a method of providing a heat exchanger for exchanging heat between a predetermined refrigerant and the reformed gas is exemplified. However, when a heat exchanger is used, the heat exchange efficiency in the heat exchanger is biased due to the shape of the flow path for circulating the refrigerant in the heat exchanger, and the temperature of the reformed gas discharged from the heat exchanger is increased. There is a problem that the distribution state becomes non-uniform. When a reformed gas having a non-uniform temperature distribution state is supplied to the shift unit, it becomes difficult to secure sufficient activity in the entire shift catalyst. It is necessary to increase the size. Since an increase in the size of the shift unit causes an increase in the size of the entire fuel reforming apparatus, a method of making the temperature distribution state of the reformed gas more uniform when lowering the temperature of the reformed gas has been desired.
[0006]
The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and suppresses an increase in the size of an apparatus for adding steam to a reformed gas, and allows a reformed gas having a more uniform temperature distribution to be produced. It is an object of the present invention to provide a technique for supplying a shift unit.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
In order to achieve the above object, a first steam mixing device of the present invention is provided in a fuel reforming device for reforming a fuel containing a hydrocarbon-based compound to generate a hydrogen-rich fuel gas, A steam mixing device for mixing steam with the reformed gas flowing in the fuel reforming device,
A thin plate lamination structure in which many thin plates are stacked,
A plurality of reformed gas channels formed in the space between the thin plates and through which the reformed gas flows,
A plurality of water flow paths that are formed in the space between the thin plates and are heated by the reformed gas flowing through the reformed gas flow path to become water vapor while the water supplied from the outside flows,
A water distribution manifold for guiding water supplied from outside to the plurality of water flow paths;
With
The water flow path and the reformed gas flow path are connected so that steam generated in the water flow path flows into the reformed gas flow path,
The gist of the present invention is that the laminated structure of the thin plate is configured so that the distribution state of water in the laminated structure of the thin plate becomes a predetermined non-uniform state.
[0008]
In the first steam mixing device of the present invention configured as described above, the water introduced into the thin plate laminated structure is heated by the reformed gas flowing through the reformed gas passage while flowing through the water passage. It becomes steam, and the temperature of the reformed gas is lowered by heating the water. The generated steam flows into the reformed gas flow path and is mixed with the reformed gas. At this time, since the water is distributed to the plurality of water flow paths so that the distribution state of the water in the thin-plate laminated structure is a predetermined non-uniform state, the state in which the reformed gas is cooled is also in the predetermined non-uniform state. It becomes. As the above-mentioned predetermined non-uniform state, for example, in a state in which more water is distributed to a water flow path provided in a region where a higher temperature reformed gas passes in a thin plate laminated structure, Since the cooling of the reformed gas is further promoted in the region where the water is distributed, the bias of the temperature distribution in the reformed gas passing through the thin-plate laminated structure is reduced. Alternatively, if more water is distributed to the water flow path provided in the region where the temperature is more likely to be higher in the thin-plate laminated structure, the bias of the temperature distribution in the thin-plate laminated structure itself is reduced. Therefore, by making the distribution state of water a predetermined non-uniform state, it is possible to make the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the steam mixing device uniform. Further, according to the present invention, there is no need to provide a special device for vaporizing water, and water can be vaporized while realizing high heat exchange efficiency between the reformed gas and water. The device for humidifying the quality gas can be further miniaturized.
[0009]
In the first steam mixing device of the present invention, the water distribution manifold may be configured such that the amount of water distributed to each of the plurality of water flow paths is not uniform. By making the amount of water distributed to each of the plurality of water channels non-uniform, the distribution state of water in the thin-plate laminated structure can be made non-uniform.
[0010]
In such a first steam mixing device of the present invention,
The water distribution manifold,
A distribution channel that is provided in communication with at least some of the plurality of water channels among the plurality of water channels, and that discharges water to the communicating water channels.
A water introduction path for guiding water supplied from the outside to the distribution flow path,
Having a connection portion connected to the distribution channel and the water introduction channel,
When the water distribution manifold discharges water from the distribution flow path to the water flow path, the water flow path from which water is discharged from the vicinity of the connection portion is more than other water flow paths. May be discharged.
[0011]
With such a configuration, the water introduction passage and the distribution flow passage are formed so that water is discharged from the vicinity of the connection portion to the water flow passage formed in the region where cooling of the reformed gas is more actively performed. By connecting to the passage, the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the steam mixing device can be made uniform.
[0012]
Alternatively, in the first steam mixing device of the present invention,
The water distribution manifold,
A water outlet that is provided corresponding to each of the plurality of water flow paths and discharges water distributed to each water flow path;
A flow path to which water is supplied from the outside, and an introduction flow path that guides the water to the respective water outlets while branching on the way,
The introduction flow path cools an area around the predetermined part by water passing through the introduction flow path by passing through a predetermined part in the thin plate laminated structure, and passes through the predetermined part. In the introduction flow path located downstream of the flow path to be branched, in the flow path that branches and passes through the cooled area, the water in the flow path branches more than the flow path that branches and passes through the other area. It is good also as being comprised so that vaporization of may be suppressed.
[0013]
With such a configuration, in the thin-plate laminated structure, a peripheral region of a predetermined portion through which the introduction flow path through which low-temperature water supplied from the outside flows passes is actively cooled, and the thin-plate laminated structure The temperature distribution in the inside becomes a predetermined non-uniform state. The downstream side of the introduction flow path passing through such a predetermined part is branched toward each water flow path. However, in the flow path that branches and passes through the cooled area, the flow path branches to another area. The temperature in the flow path is lower than that in the flow path passing through the flow path, and the vaporization of water in the flow path is suppressed. By suppressing the vaporization of water in the flow path, the pressure increase in the flow path is suppressed, and the flow rate of water passing through such a low-temperature flow path increases. As a result, in the water flow path from which the water is discharged through the low-temperature introduction flow path, the amount of discharged water is increased. As described above, the distribution state of water can be set to a predetermined non-uniform state depending on the position where the introduction flow path that leads water while branching on the way is provided.
[0014]
In the first steam mixing device of the present invention,
The water distribution manifold,
A water outlet that is provided corresponding to each of the plurality of water flow paths and discharges water distributed to each water flow path;
A flow path having at least a part of the plurality of water outlets as an opening, and a distribution flow path for supplying water to a corresponding water flow path via the water discharge port,
A water introduction channel for guiding water supplied from outside to the distribution channel;
With
The distribution flow path may be formed such that the flow path diameter differs depending on a portion where each of the plurality of water outlets is provided.
[0015]
With such a configuration, the water outlet formed in the portion having the larger flow path diameter discharges more water to the water flow path than the water discharge port formed in the portion having the smaller flow path diameter. Can be. Therefore, by changing the flow path diameter of the distribution flow path in this way, the distribution state of water can be set to a predetermined non-uniform state.
[0016]
In the first steam mixing device of the present invention,
The water distribution manifold is a sub-manifold provided for each group obtained by dividing the plurality of water flow paths into a plurality of groups, and communicates with the water flow paths in the group, with respect to the communicating water flow paths. Equipped with multiple sub-manifolds to discharge water
The sub-manifold may include a variable flow path resistance section whose flow path resistance changes according to an ambient temperature.
[0017]
With such a configuration, when the ambient temperature changes, the flow path resistance in the sub-manifold changes accordingly, and the amount of water discharged from each sub-manifold to the water flow path in the group changes. Thereby, the distribution state of water can be set to a predetermined non-uniform state.
[0018]
In the first steam mixing device of the present invention,
The thin plate constituting the thin plate laminated structure includes a water flow path plate having a predetermined shape for forming the water flow path,
In the thin plate laminated structure, the interval at which the water flow passages are formed may be non-uniform due to the non-uniform proportion of the water flow passage plates.
[0019]
With such a configuration, the water distribution manifold distributes the water to the plurality of water flow paths that are formed at uneven intervals, thereby setting the water distribution state to the predetermined non-uniform state. Can be.
[0020]
The second steam mixing device of the present invention is provided in a fuel reforming device for reforming a fuel containing a hydrocarbon-based compound to generate a hydrogen-rich fuel gas. A steam mixing device for mixing steam with the porous gas,
A thin plate lamination structure in which many thin plates are stacked,
A plurality of reformed gas channels formed in the space between the thin plates and through which the reformed gas flows,
A plurality of water flow paths that are formed in the space between the thin plates and are heated by the reformed gas flowing through the reformed gas flow path to become water vapor while the water supplied from the outside flows,
A water distribution manifold for guiding water supplied from outside to the plurality of water flow paths;
With
The water flow path and the reformed gas flow path are connected so that steam generated in the water flow path flows into the reformed gas flow path,
The gist of the invention is that the water distribution manifold has a variation reduction structure for reducing variation in the amount of water distributed to each of the plurality of water flow paths.
[0021]
In the second water vapor mixing apparatus of the present invention configured as described above, the water introduced into the thin plate laminated structure is heated by the reformed gas flowing through the reformed gas flow path while flowing through the water flow path. It becomes steam, and the temperature of the reformed gas is lowered by heating the water. The generated steam flows into the reformed gas flow path and is mixed with the reformed gas. At this time, since the variation in the amount of water distributed to each of the plurality of water flow paths is reduced, the state in which the reformed gas is cooled does not become an unintended non-uniform state. Therefore, when the reformed gas is cooled using the steam mixing device, the temperature distribution state of the reformed gas is prevented from becoming an unintended and non-uniform state, and the reformed gas discharged from the steam mixing device is suppressed. Temperature distribution can be made uniform. Further, according to the present invention, there is no need to provide a special device for vaporizing water, and water can be vaporized while realizing high heat exchange efficiency between the reformed gas and water. The device for humidifying the quality gas can be further miniaturized.
[0022]
In the second steam mixing device of the present invention,
The variation reduction structure includes:
A plurality of distribution flows provided for each of the plurality of water flow paths divided into a plurality of groups, communicating with the water flow paths in the group, and discharging water to the water flow paths in the connected group. Road and
A water introduction path for guiding water supplied from the outside to the plurality of distribution channels;
May be provided.
[0023]
With such a configuration, the plurality of water flow paths are divided into a plurality of smaller groups, and water is distributed to each group by the distribution flow path. As compared with the case of distributing the water, the amount of water distributed to each of the water flow paths can be suppressed from being varied.
[0024]
In such a second steam mixing device of the present invention,
The water introduction path supplies a water to a predetermined distribution flow path and supplies water to another distribution flow path in order to make a distribution state of water in the thin-plate laminated structure a predetermined non-uniform state. It may be formed thicker than the flow path.
[0025]
With such a configuration, the amount of water discharged from the predetermined distribution channel to the water channel can be made larger than the amount of water discharged from another distribution channel to the water channel. Therefore, in addition to suppressing the unintended variation in the amount of water distributed to each of the plurality of water flow paths as described above, the flow path diameter is set according to the distribution flow path to which the water is supplied. Thereby, the distribution state of water can be set to a desired state in the entire thin-plate laminated structure.
[0026]
Alternatively, in the second steam mixing device of the present invention,
In each of the plurality of distribution channels, the number of communicating water channels may be non-uniform in order to make the distribution state of water in the thin-plate laminated structure a predetermined non-uniform state.
[0027]
With such a configuration, water is relatively uniformly supplied to each distribution channel regardless of the number of the communicating water channels. Therefore, the amount of water discharged to each of the communicating water flow paths decreases as the number of the communicating water flow paths increases. Therefore, in addition to being able to suppress the unintended variation in the amount of water distributed to each of the plurality of water flow paths as described above, by appropriately setting the number of water flow paths communicating with each distribution flow path The distribution state of water can be set to a desired state in the entire thin-plate laminated structure.
[0028]
In the second steam mixing device of the present invention,
The variation reduction structure may include a heat transfer inhibition unit that inhibits heat from being transmitted from the laminated thin plate structure to the water distribution manifold.
[0029]
With such a configuration, it is possible to suppress an increase in the temperature of a specific portion of the flow path constituting the water distribution manifold due to the transmission of the heat of the thin plate laminated structure. When the temperature of a specific portion of the water distribution manifold rises, vaporization of water is promoted at this specific portion, and the pressure in the flow path increases, so that water is supplied downstream from the portion where the temperature has increased. Although it is suppressed, such a state can be prevented. Thereby, it is possible to suppress the amount of water distributed to each of the water flow paths from showing an unintended variation.
[0030]
In the second water vapor mixing apparatus of the present invention, the variation reduction structure may be a multi-tube manifold composed of a thin tube for separately supplying water to the plurality of water flow paths. In this way, by separately supplying water to each water channel, it is possible to suppress variations in the amount of water supplied to each water channel.
[0031]
In the second steam mixing device of the present invention,
The variation reduction structure is a seepage cooling type manifold in which at least a part of a wall surface is formed by a porous body, and water passing through the inside is exuded from the porous body to distribute water to the water flow path. It may be good.
[0032]
With such a configuration, the water that passes through the inside of the water distribution manifold is exuded from the wall surface, so that the transfer of heat to the inside of the manifold and the cooling are performed. Accordingly, it is possible to prevent the supply of water from being hindered due to the local temperature rise of the manifold in an undesired portion, and to suppress the variation in the amount of water supplied to each water flow path. .
[0033]
In the first or second steam mixing device of the present invention, the water distribution manifold may be formed by holes provided at positions corresponding to each other in each of the thin plates constituting the thin-plate laminated structure. good. With such a configuration, the steam mixing device of the present invention including the water distribution manifold having the above-described shape can be easily manufactured by a simple operation of stacking thin plates.
[0034]
The present invention can be realized in various forms other than the above. For example, the present invention can be realized in a form such as a fuel reforming apparatus including the above-described steam mixing apparatus, a fuel cell system including the fuel reforming apparatus, and the like. .
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Overall configuration of the device:
B. Configuration of heat exchange unit 10:
C. Second embodiment:
D. Third embodiment:
E. FIG. Fourth embodiment:
F. Fifth embodiment:
G. FIG. Sixth embodiment:
H. Seventh embodiment:
I. Eighth embodiment:
J. Ninth embodiment:
K. Tenth embodiment:
L. Eleventh embodiment:
M. Twelfth embodiment:
N. 13th embodiment:
O. Modification:
[0036]
A. Overall configuration of the device:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 20 as one embodiment of the present invention. The fuel cell system 20 includes a gasoline tank 30 for storing gasoline to be used for a reforming reaction, a water tank 32 for storing water, an evaporator 34 provided with a heating unit 36, and generates a hydrogen-rich reformed gas by the reforming reaction. A reformer 38, a heat exchange unit 10 for lowering the temperature of the reformed gas, a shift unit 40 for reducing the concentration of carbon monoxide (CO) in the reformed gas, and a CO selective oxidizing unit 42, and a fuel for obtaining an electromotive force by an electrochemical reaction. The main components are a battery 44, a blower 46 that compresses air and supplies the compressed air to the fuel cell 44, and a control unit 45 configured by a computer. Hereinafter, each component will be described in order.
[0037]
Gasoline stored in the gasoline tank 30 is supplied to the evaporator 34 via the reformed fuel flow path 50. A pump 47 is provided in the reformed fuel passage 50, and the pump 47 controls the amount of gasoline supplied to the evaporator 34.
[0038]
A pump 48 is provided in a water supply path 51 for feeding water from the water tank 32 to the evaporator 34, and the pump 48 controls the amount of water supplied to the evaporator 34. Here, the water supply path 51 joins the reformed fuel flow path 50 to form a reformed fuel supply path 52, which is connected to the evaporator 34. In the reformed fuel supply path 52, gasoline and water are mixed by a predetermined amount and supplied to the evaporator 34. Note that a water branch channel 59 is connected to the water supply channel 51, and a flow control valve 49 is provided at a connection portion of the channel. The water branch 59 is connected to the heat exchange unit 10, and a part of the water stored in the water tank 32 is supplied to the heat exchange unit 10.
[0039]
The evaporator 34 is a device for vaporizing the gasoline and water supplied as described above, and discharges a mixed gas of the heated steam and gasoline. The mixed gas of steam and gasoline discharged from the evaporator 34 is supplied to the reformer 38 via the mixed gas channel 53.
[0040]
The evaporator 34 is provided with a heating unit 36 as a heat source for vaporizing water and gasoline. The heating unit 36 includes a combustion catalyst, and generates heat required for vaporizing water and gasoline by a combustion reaction. As fuel used for this combustion reaction, gasoline stored in the gasoline tank 30 and anode exhaust gas discharged from the anode side of the fuel cell 44 are used (not shown).
[0041]
The blower 39 is connected to the mixed gas channel 53. The blower 39 supplies oxygen required for a partial oxidation reaction that proceeds in the reformer 38. The air taken in by the blower 39 is mixed with the mixed gas in the mixed gas channel 53 and supplied to the reformer 38.
[0042]
The reformer 38 performs a reforming reaction using the supplied gas mixture. In the reformer 38, the steam reforming reaction is advanced by utilizing heat generated by the partial oxidation reaction to generate a hydrogen-rich reformed gas. The reformer 38 includes a reforming catalyst that promotes such a steam reforming reaction and a partial oxidation reaction. As a catalyst for reforming gasoline, a noble metal catalyst such as a rhodium catalyst can be used. The reformed gas generated by the reformer 38 is supplied to the heat exchange unit 10 via the reformed gas channel 54.
[0043]
The heat exchange unit 10 is a device for lowering the temperature before supplying the reformed gas to the shift unit 40. Since the reaction temperature of the shift reaction that proceeds in the shift section 40 is lower than the reaction temperature of the reforming reaction in the reformer 38, the temperature of the reformed gas is lowered using the heat exchange section 10 in this way. That is, in order to supply the reformed gas from the reformer 38 operated at about 600 to 1000 ° C. to the shift unit 40 operated at about 200 to 600 ° C., the reformed gas is cooled to about 200 to 600 ° C. Cooling. In the heat exchange unit 10, in addition to lowering the temperature of the reformed gas discharged from the reformer 38, humidification of the reformed gas (addition of water required for the shift reaction) is performed. The configuration of the heat exchange unit 10 will be described later in detail. The reformed gas whose temperature has been lowered and humidified in the heat exchange unit 10 is supplied to the shift unit 40 via the reformed gas channel 55.
[0044]
The shift unit 40 includes a shift catalyst that promotes a shift reaction that generates hydrogen and carbon dioxide from water and carbon monoxide. By performing the shift reaction, the carbon monoxide concentration in the reformed gas is reduced. Reduce. As the shift catalyst, for example, a copper-based catalyst (such as a Cu / Zn catalyst) or a noble metal-based catalyst including platinum can be used. The reformed gas whose carbon monoxide concentration has been reduced by the shift reaction is supplied to the CO selective oxidizing unit 42 via the reformed gas channel 56.
[0045]
The CO selective oxidation unit 42 reduces the concentration of carbon monoxide in the reformed gas by a carbon monoxide selective oxidation reaction in which carbon monoxide is oxidized in preference to hydrogen abundantly contained in the reformed gas. Examples of the carbon monoxide selective oxidation catalyst included in the CO selective oxidation unit 42 include a platinum catalyst, a ruthenium catalyst, a palladium catalyst, a gold catalyst, and an alloy catalyst using these as a first element.
[0046]
The fuel cell system 20 includes a blower 43 that compresses and takes in air from the outside in order to supply oxygen required for the carbon monoxide selective oxidation reaction that proceeds in the CO selective oxidation section 42. The blower 43 is connected to the reformed gas flow path 56, and thereby supplies the taken-in compressed air to the CO selective oxidation unit 42. As described above, in the fuel cell system 20, the carbon monoxide is adsorbed on the platinum catalyst included in the fuel cell 44 by reducing the concentration of carbon monoxide in the reformed gas by using the shift unit 40 and the CO selective oxidation unit 42. To prevent battery performance from deteriorating.
[0047]
The reformed gas whose carbon monoxide concentration has been reduced in the CO selective oxidizing section 42 is led to the fuel cell 44 by the fuel gas supply path 57 and is supplied to the cell reaction on the anode side as a fuel gas. The anode exhaust gas that has been subjected to the cell reaction in the fuel cell 44 is discharged to a fuel discharge path 58. As described above, this anode exhaust gas is used as fuel for combustion in the heating unit 36. On the other hand, the oxidizing gas related to the cell reaction on the cathode side of the fuel cell 44 is supplied as compressed air from the blower 46 via the oxidizing gas supply path 60. The remaining cathode exhaust gas used for the battery reaction is exhausted to the outside via the oxidation exhaust gas passage 62.
[0048]
The fuel cell 44 is a solid polymer electrolyte type fuel cell, and has a stack structure in which a plurality of unit cells serving as constituent units are stacked. By supplying a fuel gas containing hydrogen to the anode side and supplying an oxidizing gas containing oxygen to the cathode side of each single cell, an electrochemical reaction proceeds and an electromotive force is generated. The electric power generated by the fuel cell 44 is supplied to a predetermined load connected to the fuel cell 44.
[0049]
The control unit 45 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer, and includes a CPU, a ROM, a RAM, and input / output ports for inputting and outputting various signals. The control unit 45 receives detection signals from various sensors included in the fuel cell system 20 and outputs drive signals to the above-described blowers, valves, pumps, and the like to control the operation state of the entire fuel cell system 20. .
[0050]
B. Configuration of heat exchange unit 10:
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically illustrating the configuration of the heat exchange unit 10 according to the first embodiment. The heat exchange section 10 includes a steam mixing section 12 and a heat exchanger 16. In FIG. 1, the reformed gas is shown to flow from left to right, but in FIG. 2 and the drawings thereafter, the reformed gas is shown to flow from right to left. The reformed gas supplied through the reformed gas passage 54 is humidified and cooled in the steam mixing section 12, and is supplied to the heat exchanger 16 through the connection passage 14. In the heat exchanger 16, the reformed gas is further cooled and supplied to the above-described shift section 40 via the reformed gas channel 55.
[0051]
The steam mixing section 12 includes an inflow chamber 15B and an outflow chamber 15A for the reformed gas, and a thin plate laminated structure 17 interposed therebetween. The thin plate laminated structure 17 has a rectangular parallelepiped shape in which rectangular thin plate members are laminated, and a water flow path 11 and a reformed gas flow path 13 are formed therein. FIG. 2 shows a schematic horizontal cross section of the steam mixing section 12. When water is supplied to the laminated thin plate structure 17, the water is heated by the reformed gas while passing through the water channel 11, and is gradually vaporized to become steam. And the direction of the flow is reversed. At this time, the temperature of the reformed gas that has flowed into the inflow chamber 15B is reduced by being mixed with the steam. If droplets remain in the steam, the droplets are vaporized, and the temperature of the reformed gas further decreases. The reformed gas containing steam passes through the reformed gas flow path 13 and is supplied to the heat exchanger 16 via the outflow chamber 15A and the connection flow path 14. When the reformed gas passes through the reformed gas flow path 13, the temperature of the reformed gas further decreases by exchanging heat with water passing through the water flow path 11.
[0052]
The heat exchanger 16 causes heat exchange between the reformed gas supplied from the steam mixing section 12 and the cooling water to lower the temperature of the reformed gas. The cooling water used in the heat exchanger 16 is supplied via the water branch 59 described above. The reformed gas whose temperature has been lowered in the heat exchanger 16 is discharged to the reformed gas channel 55. The cooling water that has been heated by exchanging heat with the reformed gas in the heat exchanger 16 is guided to the water flow path 11 of the steam mixing section 12 through the water flow path 18 and used to humidify the reformed gas. Can be
[0053]
(B-1) Configuration of Steam Mixing Unit 12:
FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating the configuration of the thin plate laminated structure 17 provided in the steam mixing section 12. The thin plate laminated structure 17 has a structure in which partition plates 70 and flow path plates 72 are alternately laminated. Here, the plate material is hatched in order to distinguish between the plate material and the flow path. In the drawings used in the description of the present embodiment including FIG. 3, the drawing is simplified, and one flow path plate 72 forms three water flow paths 11 and four reformed gas flow paths 13. However, it is desirable to form more channels.
[0054]
The partition plate 70 and the flow path plate 72 include a plurality of holes for forming a water distribution manifold 75 for distributing water to each water flow path 11. That is, when the thin plate laminated structure 17 is formed by laminating the respective plates, the plurality of holes communicate with each other in the laminating direction to form the water distribution manifold 75 having a predetermined shape. In the thin-plate laminated structure 17 in which three water channels 11 are formed by one channel plate 72, three sets of water distribution manifolds 75 are formed corresponding to the respective water channels 11. FIG. 4 schematically shows how three sets of water distribution manifolds 75 are formed in the thin-plate laminated structure 17. Each of the water distribution manifolds 75 distributes and supplies water to each of the water flow paths 11 formed at vertically overlapping positions in the thin-plate laminated structure 17.
[0055]
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a state of the water distribution manifold 75 formed in the 5-5 cross section illustrated in FIG. 4 and a state in which water is distributed from the water distribution manifold 75 to the respective water flow paths 11. FIG. The water distribution manifold 75 is branched from the main channel 76 to which water is supplied from the water channel 18 described above, the first branch channel 77 connected to the main channel 76, and the first branch channel 77. And a distribution channel 79 formed to be connected to each second branch channel 78 and having an opening for discharging water to each water channel 11. Have.
[0056]
FIGS. 6 to 11 are plan views showing the structure of the partition plate 70 or the flow path plate 72 constituting the laminated thin plate structure 17. The shape of the hole provided for forming the water distribution manifold 75 differs depending on the position where each partition plate 70 and the flow path plate 72 are disposed in the thin plate laminated structure 17. Therefore, as the flow path plate 72, two types of plates, that is, the flow path plate 72A shown in FIG. 6 and the flow path plate 72D shown in FIG. 10, are used. Also, as the partition plate 70, four types of plates are used: a partition plate 70A shown in FIG. 7, a partition plate 70B shown in FIG. 8, a partition plate 70C shown in FIG. 9, and a partition plate 70D shown in FIG. Have been.
[0057]
The flow path plate 72A shown in FIG. 6 is sandwiched between a region A surrounded by a dotted line in FIG. 5, that is, a position where the first branch flow path 77 is formed and a position where the second branch flow path 78 is formed. Is arranged in a closed area. The flow path plate 72A has two side wall members 80 provided at the upper end and the lower end of the drawing, and a plurality of (three in FIG. 6) flow path formations provided at substantially equal intervals between the side wall members 80. It is composed of a member 81A. The flow path forming member 81A is formed in a rectangular frame shape with one side missing, and further has three holes 84, 85, 86 near the side facing the missing side.
[0058]
The space 83 formed inside the flow path forming member 81A forms the water flow path 11 by being vertically sandwiched between the partition plates 70 in the thin plate laminated structure 17. In addition, the space 82 formed outside the flow path forming member 81 A similarly forms the reformed gas flow path 13 by being vertically sandwiched between the partition plates 70.
[0059]
The hole 84 provided in each flow path forming member 81A communicates with a hole provided at a corresponding position of another plate in the thin plate laminated structure 17, thereby forming the main water passage 76. The hole 85 provided in each flow path forming member 81A communicates with a hole provided at a corresponding position of another plate disposed in the area A shown in FIG. Of these, a channel portion perpendicular to the plate is formed. The hole 86 provided in each flow path forming member 81A communicates with a hole provided at a corresponding position on another plate, thereby forming the distribution flow path 79. In each of the flow path forming members 81A, a throttle portion 89 connecting the hole 86 and the space 83 is further formed. The throttle section 89 forms a discharge port for discharging water from the distribution flow path 79 to each of the water flow paths 11 formed by the space 83 in the thin plate laminated structure 17. The throttle section 89 is formed such that the diameter of the discharge port formed by the throttle section 89 is sufficiently smaller than the flow path diameter of the distribution flow path 79.
[0060]
The partition plate 70A shown in FIG. 7 is disposed alternately with the flow path plate 72A in a region A surrounded by a dotted line in FIG. The partition plate 70A includes similar holes 84 to 86 at positions corresponding to the holes 84 to 86 provided in the flow path plate 72A. These holes together with the holes provided in the flow path plate 72A form the main water passage 76, the second branch flow path 78, and the distribution flow path 79 as described above.
[0061]
The partition plate 70B shown in FIG. 8 is provided to form the first branch flow channel 77 in the region B shown in FIG. The partition plate 70B has a hole 87. The hole 87 is formed in a rectangular shape so as to cover both the hole 84 and the hole 85 of the flow path plate 72A and the partition plate 70A when stacked with other plates. In FIG. 8, in one of the holes 87 provided in the partition plate 70B, the positions of the holes 84 and 85 when the plates are stacked are indicated by dotted lines. When configuring the thin-plate laminated structure 17, the partition plate 70B includes a flow path plate 72A provided at the lower end of the upper region A shown in FIG. It is arranged between the road plate 72A. By arranging the partition plate 70B in this manner, the hole 87 forms the first branch channel 77 that connects the main water channel 76 formed in the area A and the second branch channel 78.
[0062]
The partition plate 70C shown in FIG. 9 is provided in the region C shown in FIG. 5 so as to form a channel portion of the second branch channel 78 that is parallel to the plate. The partition plate 70C has a hole 84 and a hole 88. The hole portion 84 is provided at a position corresponding to the hole portion 84 provided in the other plate described above, and forms the main channel 76 in the thin plate laminated structure 17. The hole 88 is formed in a rectangular shape so as to cover both the hole 85 and the hole 86 of the flow path plate 72A and the partition plate 70A when laminated with another plate. In FIG. 9, in one of the holes 88 provided in the partition plate 70C, the positions of the holes 85 and 86 when the plates are stacked are indicated by dotted lines. When configuring the thin plate laminated structure 17, the partition plate 70C is disposed above the flow path plate 72A disposed at the upper end of the upper region A shown in FIG. Are disposed below the flow path plate 72A. By arranging the partition plate 70C in this manner, the hole 88 allows the part of the second branch channel 78 (the channel portion perpendicular to the plate) formed in the region A to be connected to the distribution channel 79. A part of a second distribution channel to be connected (a channel portion parallel to the plate) is formed.
[0063]
The flow path plate 72D shown in FIG. 10 is disposed in a region D surrounded by a dotted line in FIG. 5, that is, in a region above or below a region where the second branch flow passage 78 is formed. Like the flow path plate 72A, the flow path plate 72D includes two side wall members 80 and a flow path forming member 81D provided at substantially equal intervals between the side wall members 80. The spaces 82 and 83 formed by these members form the reformed gas flow path 13 and the water flow path 11 in the thin-plate laminated structure 17, respectively. The flow path forming member 81D has substantially the same shape as the flow path forming member 81A provided in the flow path plate 72A, except that the flow path forming member 81D does not have the hole 85.
[0064]
The partition plate 70D shown in FIG. 11 is disposed alternately with the flow path plate 72D in a region D surrounded by a dotted line in FIG. The partition plate 70D has similar holes 84 and 86 at positions corresponding to the holes 84 and 86 of the flow path plate 72D. These holes together with the holes provided in the flow path plate 72A form a main channel 76 and a distribution channel 79, respectively.
[0065]
When water is supplied to the steam mixing section 12 via the water flow path 18, the water is supplied via the main water path 76, the first branch flow path 77, the second branch flow path 78, and the distribution flow path 79. The water is distributed to the respective water flow paths 11 from the discharge port formed by the throttle unit 89. In the present embodiment, the main water channel 76 is provided so as to penetrate the thin plate laminated structure 17 in the laminating direction, and water is supplied from both upper and lower directions of the main water channel 76. The water discharged into each of the water flow paths 11 exchanges heat with the reformed gas flowing in the opposite direction in the reformed gas flow path 13 while passing through the water flow path 11 and is heated to be steam (FIG. 2). The steam generated in the water flow path 11 exits the water flow path 11, is mixed with the reformed gas in the inflow chamber 15B (FIG. 2), and flows into the reformed gas flow path 13 again. In the reformed gas passage 13, the steam and the reformed gas are further mixed to have substantially the same temperature, and the temperature is lowered by exchanging heat with the water flowing through the water passage 11.
[0066]
The width Wt of the water flow channel 11 (see FIG. 6) and the width Wr of the reformed gas flow channel 13 (see FIG. 6) are preferably in the range of about 1 mm to about 10 mm, and the thickness t of the wall surface (see FIG. 6). Is preferably in the range of about 0.5 to about 2 mm. Further, the thickness of each partition plate and the flow path plate is preferably about 1 mm or less, and more preferably about 0.2 mm. Further, the thickness of each partition plate and the flow path plate may be different. In general, the smaller the size of the plate, the smaller the steam mixing section 12 can be, and the smaller the size of each section, the smaller the heat capacity of the thin-plate laminated structure 17, so that the transient response is improved. Is obtained. However, if the dimensions of each part are excessively small, the mechanical strength is reduced and the production becomes difficult. Therefore, it is preferable that the width and thickness of each part be about 0.1 mm or more. By setting the size of each part to the above range and making the flow path diameters of the water flow path 11 and the reformed gas flow path 13 sufficiently small, when the gas passes through the flow path, the gas becomes laminar and the gas flows. The effect that the pressure loss at the time is reduced is also obtained.
[0067]
(B-2) Manufacturing process of the steam mixing section 12:
FIG. 12 is a flowchart illustrating a method for manufacturing the thin plate laminated structure 17. First, plate materials to be the partition plate 70 and the flow path plate 72 are prepared (Step S100). As a material of the plate material, a heat-resistant alloy such as nickel-based alloy Inconel (trademark of Inco Corporation) or stainless steel is used. Alternatively, a ceramic plate may be used.
[0068]
Next, the above-mentioned plate material is processed into a predetermined shape by etching, and an original plate which will eventually become the partition plate 70 or the flow path plate 72 is manufactured (step S110). The shape processing here is for forming the spaces 82 and 83 and the holes 84 to 88 described above. FIG. 13 shows an original flow path plate 71 that is a source of the flow path plate 72A. The original flow path plate 71 has a shape in which connection pieces 71P are added to the completed flow path plate 72A on the reformed gas inlet and outlet sides (the right and left sides in FIG. 6). are doing. In this state, the spaces 8, 83 shown in FIG. 6 are each surrounded by a member. Further, while the flow path plate 72A is configured by a plurality of members separated from each other, the original flow path plate 71 is configured by one continuous plate material. The flow path plate 72D and the partition plates 70A to 70D also have a shape in which connection pieces similar to the connection pieces 71P are added to both sides. These original plates have the same dimensions.
[0069]
Note that the original plate may be manufactured by machining using a cutter or the like instead of etching. However, etching is preferable because a clean plate with few burrs formed in a processed portion can be manufactured. Further, as a method of processing a thin plate material having a thickness of 1 mm or less, higher accuracy can be obtained by etching.
[0070]
Next, the flow path plates 72A and 72D and the partition plates 70A to 70D are stacked in a predetermined order (Step S120). Then, these stacked plates are diffusion-bonded to obtain a stacked body of the plates (Step S130). The plates can be joined by a method other than the diffusion joining. However, the diffusion joining is advantageous because the thin plates can be more firmly adhered to each other and the thickness of the laminate does not increase. .
[0071]
Thereafter, both ends of the laminated body are cut along two cut planes CP indicated by dashed lines in FIG. 13 to complete the final thin laminated structure 17 (Step S140). In addition, by this cutting, the inlet and the outlet of the reformed gas channel 13 are opened. The outlet of the water flow path 11 is also opened. Each of the flow path plates has portions that are spaced apart from each other and has a shape that is relatively difficult to handle. In this embodiment, however, the lamination operation is performed using an original plate that is entirely a single plate material. , The work of the manufacturing process is facilitated.
[0072]
By disposing the completed thin plate laminated structure 17 in a predetermined casing, the steam mixing section 12 is completed. FIG. 14 is a perspective view showing the appearance of such a steam mixing section 12. The outflow chamber 15A and the inflow chamber 15B described above are formed between the casing and the thin-plate laminated structure 17 (see FIG. 2).
[0073]
(B-3) Configuration of heat exchanger 16:
FIG. 15 is a perspective view schematically illustrating the configuration of the heat exchanger 16. The heat exchanger 16 includes a reformed gas passage 90 that allows the reformed gas to pass from the right side to the left side in the drawing, and a cooling water passage 92 that allows the cooling water to pass upward from the bottom in the drawing. Then, a layer made up of the reformed gas flow path 90 and a layer made up of the cooling water flow path 92 are alternately stacked so that they can exchange heat with each other. The reformed gas supplied from the steam mixing section 12 passes through the reformed gas flow path 90 and exchanges heat with the cooling water passing through the cooling water flow path 92 to lower the temperature. The heat exchanger 16 includes a predetermined casing similarly to the steam mixing section 12, but FIG. 15 illustrates a state in which the upper surface of the casing is removed.
[0074]
FIG. 16 is a perspective view schematically illustrating the entire heat exchange unit 10 including the steam mixing unit 12 and the heat exchanger 16. The casing side surface of the steam mixing section 12 and the casing side surface of the heat exchanger 16 are connected by a cylindrical connection flow path 14. Thereby, the reformed gas can be supplied from the reformed gas channel 13 in the steam mixing section 12 to the reformed gas channel 90 in the heat exchanger 16.
[0075]
(B-4) Effects of the first embodiment:
According to the heat exchange unit 10 of the present embodiment configured as described above, the temperature of the reformed gas is reduced by disposing the steam mixing unit 12 on the upstream side and disposing the heat exchanger 16 on the downstream side. This has the effect of reducing the size of the heat exchange section. In the steam mixing section 12, a high heat exchange efficiency is secured by forming the water flow path 11 and the reformed gas flow path 13 having a very small flow path width. That is, in the water flow path 11 in the steam mixing section, the area of the wall surface for transmitting the heat of the high-temperature reformed gas is sufficiently large, so that the water passing through the water flow path 11 is extremely It is vaporized efficiently. Therefore, even if the steam mixing section 12 is formed smaller, it is possible to sufficiently vaporize a desired amount of water and mix it into the reformed gas. Further, there is no need to provide a special device for evaporating water to be added to the reformed gas. In the heat exchanger 16, when the temperature of the reformed gas is decreased in the steam mixing section 12 using the amount of water to be added to the reformed gas, the degree of the temperature decrease of the reformed gas is introduced into the shift section. What is necessary is just to make up for the insufficiency. Therefore, the entire heat exchange unit 10 can be reduced in size. In particular, as in the above-described embodiment, the steam mixing section 12 and the heat exchanger 16 are formed in a rectangular shape in which quadrangular thin plate-like members are stacked, so that waste in an installation space can be suppressed.
[0076]
In addition, by adopting such a configuration, the durability of the heat exchange unit can be improved. In the heat exchange section 10, the high-temperature reformed gas supplied from the reformer 38 is first mixed with steam discharged from the water flow path 11 in the inflow chamber 15B of the steam mixing section 12 disposed on the upstream side. To lower the temperature. Therefore, the temperature of the reformed gas flowing into the steam mixing section 12 or into the heat exchanger 16 can be kept lower, and the durability of the entire heat exchange section 10 can be improved.
[0077]
Further, according to the heat exchange unit 10, the use of the steam mixing unit 12 has an effect that the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the heat exchange unit 10 can be made uniform. That is, in the steam mixing section 12, the distribution state of water to each water flow path 11 in the steam mixing section 12 is adjusted by making the shape of the water distribution manifold 75 into a predetermined shape. The temperature distribution state of the reformed gas discharged from the section 12 is made uniform. The distribution state of water to each water channel 11 in the steam mixing section 12 is represented by the length of the arrow shown in FIG. As shown in FIG. 5, the distribution amount of water to the water flow path 11 depends on the water flow path 11 (area C and water flow area 11) where water is discharged from the discharge port near the connection between the second branch flow path 78 and the distribution flow path 79. The number increases as the water flow path 11) is provided near the region C. Therefore, in the region through which the higher temperature gas is passed among the reformed gas introduced into the steam mixing section 12, or in the region where the temperature is more likely to be higher among the steam mixing sections 12, the connection portion of the flow path is provided. May be provided. This makes it possible to increase the distribution amount of water from near the connection portion of the flow path, promote cooling of the reformed gas in such a region, and achieve a uniform temperature distribution state of the reformed gas. . Since the temperature of the outside of the steam mixing section 12 tends to decrease due to heat radiation, in this embodiment, by providing a connection portion of the flow path in the middle of the steam mixing section 12, the amount of water distributed to the outside can be suppressed. In addition, the temperature distribution of the reformed gas is made uniform.
[0078]
Thus, by introducing the reformed gas having a more uniform temperature distribution state into the heat exchanger 16, the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the heat exchange unit 10 can be uniformed. . Thus, the reformed gas having a more uniform temperature distribution can be supplied to the shift unit 40.
[0079]
An example in which the distribution state of water to each water flow path 11 differs depending on the position where the connection portion of the flow path is provided will be described below. FIG. 17 is an explanatory diagram showing a water distribution state in the steam mixing section 12A as a first modification of the first embodiment in the same manner as FIG. In the following description of the embodiments, the water distribution state in the steam mixing section will be expressed in the same manner. In the steam mixing section 12 A, a connection portion of the flow path is provided further in the middle than in the steam mixing section 12. Thereby, the distribution amount of water becomes larger near the center of the steam mixing section 12A, and the distribution amount of water becomes smaller outside (upper end side and lower end side) of the steam mixing section 12A. The position of the connecting portion of the flow channel may be determined according to the temperature distribution state of the supplied reformed gas and the heating / radiating state of the steam mixing section. In addition, the position of the connection part of the flow path is adjusted by adjusting the position where the partition plate 70C is provided, that is, the number of plate members constituting the region A and the number of plate members constituting the region D shown in FIG. It can be set arbitrarily by adjusting.
[0080]
FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating a water distribution state in the steam mixing section 12B as a second modification of the first embodiment. The steam mixing section 12B has the same main water channel 76 and the first branch channel 77 as the steam mixing section 12, but distributes water to all the stacked water channels 11 to the first branch channel 77. Is connected. In the water vapor mixing section 12B, the amount of water to be distributed increases in the water flow path 11 where water is discharged from the discharge port near the connection between the first branch flow path 77 and the distribution flow path 79B. As described above, even when the second branch flow path is not provided, the temperature distribution state of the discharged reformed gas can be made uniform by appropriately setting the position of the connection portion of the flow path.
[0081]
Further, in the fuel cell system 20 of the present embodiment, in the heat exchange unit 10 provided on the upstream side of the shift unit 40, the temperature required for the reformed gas is lowered, and at the same time, water required for the shift reaction is added. The following effects can be obtained. First, by adding the water required for the shift reaction immediately before the shift section 40, the responsiveness in adjusting the amount of water to be provided for the shift reaction is improved. That is, when changing the amount of water to be supplied to the shift reaction, the delay of the reaction caused by the gas flow time is shorter than when the water required for the shift reaction is vaporized by the evaporator 34 disposed further upstream. Less. Secondly, since at least a part of the water required for the shift reaction does not need to be added to the reformed fuel in the evaporator 34 provided upstream of the reformer 38, the amount of water to be evaporated in the evaporator 34 Is reduced, and the evaporator 34 can be reduced in size. Third, since the amount of water to be evaporated in the evaporator 34 is reduced, the warm-up time of the evaporator 34 and the reformer 38 can be reduced when the fuel cell system 20 is started and the warm-up operation is performed. It is possible to reduce the length and improve the startability. Fourth, since the water added to the reformed gas in the steam mixing section 12 does not need to be heated to the reaction temperature of the reforming reaction, a decrease in the energy efficiency of the fuel cell system 20 can be suppressed.
[0082]
C. Second embodiment:
FIG. 19 is an explanatory diagram illustrating a water distribution state in the steam mixing section 112 of the second embodiment. In the description of the present embodiment and the subsequent embodiments, in the steam mixing section, the same reference numerals are given to portions common to the steam mixing section 12 of the first embodiment, and detailed description will be omitted. The steam mixing section 112 includes a water distribution manifold 175 instead of the water distribution manifold 75. In the water distribution manifold 175, a distribution channel 179 is provided instead of the distribution channel 79. Similarly to the steam mixing section 12, the steam mixing section 112 includes partition plates 70A to 70D and flow path plates 72A and 72D.
[0083]
In the steam mixing section 112, a region (region E in FIG. 19) sandwiched between two partition plates 70C constituting a connection portion between the second branch channel 78 and the distribution channel 179 is a region outside the region (FIG. 19). The density at which the water flow passages 11 are formed is higher than in the region F) of 19). That is, the ratio of the partition plate and the flow path plate in the region E is higher than that in the region F. In this embodiment, in the area E, the partition plates 70A and the flow path plates 72A are alternately stacked one by one (however, only the center is the partition plate 70B), and in the area F, two partition plates 70D and the flow path plate 72D1 are provided. Are alternately stacked. The ratio between the partition plate 70D and the flow path plate 72D may be different values.
[0084]
With such a configuration, the amount of water distributed to the region E can be increased, and cooling of the reformed gas in the region E can be promoted. Therefore, when the temperature of the reformed gas passing through the region E is higher than the temperature of the reformed gas passing through the other regions, the temperature distribution state of the discharged reformed gas can be made uniform. . In the present embodiment, the rate at which the water flow path 11 is formed is increased in the region E, but depending on the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the steam mixing section and the heating / radiating state of the steam mixing section. What is necessary is just to define an area for increasing the ratio of the number of flow path plates to the number of partition plates.
[0085]
D. Third embodiment:
FIG. 20 is an explanatory diagram illustrating a water distribution state in the steam mixing section 212 of the third embodiment. The steam mixing section 212 includes a water distribution manifold 275 instead of the water distribution manifold 75. In the water distribution manifold 275, instead of one of the second branch channels 78, a second branch channel 278 having a larger channel diameter (larger cross-sectional area of the channel) than the second branch channel 78 is provided. . Further, a distribution flow path 279 having a larger diameter than the distribution flow path 79 is provided in place of the distribution flow path 79, connected to the second branch flow path 278.
[0086]
In the steam mixing section 212, the regions A, B, C, and D shown in FIG. 20 are constituted by partition plates 70A to 70D and flow passage plates 72A and 72D, as in the first embodiment. The region A ′ shown in FIG. 20 is a plate similar to the partition plate 70A (FIG. 6) and the flow path plate 72A (FIG. 7), and is configured by a plate in which the holes 85 and 86 are formed larger. are doing. The region C ′ is a plate similar to the partition plate 70C (FIG. 9), and is formed by a plate in which the hole 88 is formed larger. The region D ′ is a plate similar to the partition plate 70D (FIG. 11) and the channel plate 72D (FIG. 10), and is configured by a plate in which the hole 86 is formed larger. In this way, the water vapor mixing section 212 including the second branch flow path 278 having a larger diameter than the second branch flow path 78 and the distribution flow path 279 having a larger diameter than the distribution flow path 79 is formed. I have.
[0087]
According to the present embodiment, the flow path for distributing water to the water flow path 11 in some areas (areas A ′, C ′, and D ′) and the flow path for distributing water to the remaining water flow paths By making it thicker than the above, the amount of water supplied to the water flow path in the above part of the area can be increased as compared with the other flow paths. Therefore, when the temperature of the reformed gas passing through the partial region is higher, the cooling of the reformed gas can be promoted in this region, and the temperature distribution state of the discharged reformed gas is made uniform. It is possible to do. The region where the supply amount of water is to be increased may be appropriately set according to the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the steam mixing section and the heating / radiating state of the steam mixing section. The hole of the plate for forming the flow path for distributing water to the target area may be formed larger as in the above embodiment.
[0088]
E. FIG. Fourth embodiment:
FIG. 21 is an explanatory diagram illustrating a water distribution state in the steam mixing section 312 of the fourth embodiment. The steam mixing section 312 includes a water distribution manifold 375 instead of the water distribution manifold 75. In the water distribution manifold 375, a main water channel 376 is provided instead of the main water channel 76, and a flow channel 377 is provided instead of the first branch flow channel 77. The main water channel 76 of the first embodiment is a flow channel for supplying water to the first branch flow channel 77 from both upper and lower directions, but the main water channel 376 of the present embodiment is a water channel from above the main water channel 76. Is provided only by the part that supplies. The flow path 377 is formed parallel to the water flow path 11 similarly to the first branch flow path 77. The main water path 376 and the flow path 377 do not have a branching part, and the connecting part between them has a substantially right angle. Connected to each other to form. Further, in the water distribution manifold 375, instead of the two second branch flow paths 78, second branch flow paths 378A and 378B having the same shape as these are provided. Further, instead of the two distribution channels 79, distribution channels 379A and 379B having the same shape as these are provided.
[0089]
The upper half region (region G shown in FIG. 21) of the steam mixing unit 312 is similar to the corresponding region of the steam mixing unit 12 (upper region D, C, A, B shown in FIG. 5). To 70D and the flow path plates 72A, 72D are laminated in a predetermined order. On the other hand, the lower region (region H shown in FIG. 21) is a plate similar to the above-mentioned plate, in which a plate not having only the hole 84 for forming the main channel is laminated in a predetermined order. It is constituted by doing.
[0090]
In the water vapor mixing section 312 configured as described above, the area near the main water channel 376 is actively cooled by water passing through the main water channel 76. Therefore, the second branch channel 378A and the distribution channel 379A formed closer to the main water channel 376 are more aggressive than the second branch channel 378B and the distribution channel 379B formed farther. Is cooled. Thereby, in the second branch flow path 378A and the distribution flow path 379A, vaporization of water passing through the inside is suppressed. The smaller the amount of water that evaporates in the flow path, the lower the pressure in the flow path, so that water is more likely to be supplied to the flow path from the upstream side. Therefore, in the second branch flow path 378A and the distribution flow path 379A in which water is less likely to evaporate, the supply of water from the main water path 376 is further promoted. Therefore, the water flow path 11 from which the water is discharged from the distribution flow path 379A (the water flow path 11 formed in the area G) is the water flow path 11 from which the water is discharged from the distribution flow path 379B (the water flow path formed in the area H). As compared with 11), the amount of supplied water is increased. According to the present embodiment, when the temperature of the reformed gas passing through the region G is higher than the temperature of the reformed gas passing through the region H, the amount of water supplied to the region G is increased to thereby reduce the amount of water discharged. The effect of making the temperature distribution of the reformed gas uniform can be obtained.
[0091]
Further, the same effect can be obtained when another high-temperature device is disposed near the water vapor mixing section 312 and the region G is more easily heated, or when the region G has less heat radiation than the region H. can get. When the region G has a higher temperature than the region H in the thin-plate laminated structure, the vaporization of water in the second branch flow path 378A and the distribution flow path 379A becomes more active, and the area G receiving water supply from these flow paths. The amount of water supplied to the water flow path 11 will decrease. According to the present embodiment, since the second branch flow path 378A and the distribution flow path 379A are actively cooled, the supply amount of water to the water flow path 11 in the region G can be sufficiently ensured. Further, when the region G has a higher temperature than the region H in the thin-plate laminated structure, water vaporization is more activated inside the water flow channel 11 in the region G than in the water flow channel 11 in the region H, and the internal temperature rises. The supply of water to the water flow path 11 in the region G is hindered. In the present embodiment, the flow rate of water supplied to the water flow path 11 in the area G can be sufficiently secured by actively cooling the flow path for supplying water to the water flow path 11 in the area G. Therefore, even when the temperature of the region G becomes higher than that of the region H, the same effect of making the temperature distribution state of the discharged reformed gas uniform can be obtained.
[0092]
The region to be actively cooled by circulating the main water channel 376 may be appropriately set according to the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the steam mixing section and the heating / radiating state of the steam mixing section. The flow path (main water path 376) on the more upstream side is formed in the vicinity of the flow path (second branch flow path 378A and distribution flow path 379A) for distributing water to the area where the supply of water is to be promoted, thereby making the above-mentioned description. The effect can be obtained.
[0093]
In the case where water is supplied from the outside to the inside of the steam mixing section in one specific direction as in the steam mixing section 312 having the main water path 376, the thinner laminated structure becomes closer to the upstream side of the main water path 376. Will be cooled more. Therefore, a temperature gradient occurs in the thin-plate laminated structure in a direction perpendicular to each of the water channels 11 even in the region G illustrated in FIG. That is, in the region G of the thin plate laminated structure, the temperature is lower at the upper side than at the lower side. Therefore, if the water is directly distributed from the main water channel 376 to each water flow channel 11 in the region G, the amount of water distributed to each water flow channel 11 from the upper region to the lower region of the region G decreases. It is thought that. However, in the present embodiment, since the water is distributed to the water flow path 11 via the second branch flow path 378A and the distribution flow path 379A, the influence of such a temperature distribution in the region G can be suppressed. . Similarly, in the area H, since water is distributed to the water flow path 11 via the second branch flow path 378B and the branch flow path 379B, the distribution amount of water to each water flow path 11 in the area H Is such that the influence of the temperature gradient in the region H is suppressed. Therefore, the distribution amount of water is adjusted for each region (each block provided with the distribution channels 379A and 379B), and the distribution amount of water to the water flow channel 11 is larger in the entire region G than in the entire region H. The state is realized.
[0094]
F. Fifth embodiment:
FIG. 22 is an explanatory diagram illustrating a water distribution state in the steam mixing section 412 of the fifth embodiment. The steam mixing section 412 includes a water distribution manifold 475 instead of the water distribution manifold 75. The water distribution manifold 475 includes a main water channel 76, a first branch channel 77, and a second branch channel 78, similarly to the water distribution manifold 75. Further, in place of the distribution channel 79, distribution channels 479A and 479B are provided. The distribution channel 479 has a shape whose channel diameter gradually changes. The flow path diameter is formed smaller near the outer wall surface of the steam mixing section 412 (in FIG. 22, above the distribution flow path 479A and below the distribution flow path 479B). In addition, the flow path diameter is formed larger near the center of the steam mixing section 412 (in FIG. 22, below the distribution flow path 479A and above the distribution flow path 479B).
[0095]
The steam mixing section 412, like the steam mixing section 12, is configured by stacking the partition plates 70A to 70D and the flow path plates 72A and 72D in a predetermined order. However, in each plate constituting the steam mixing section 412, the sizes of the holes 86 for forming the distribution flow path are different from each other. The portion 86 is formed large.
[0096]
According to the present embodiment, the supply amount of water to each water flow path 11 can be varied by changing the flow path diameter of the distribution flow paths 479A and 479B. That is, the supply amount of water to the water flow path 11 is larger at the discharge ports provided at the portions of the distribution flow paths 479A and 479B where the flow path diameter is larger. This is because water is filled at a predetermined pressure in the distribution channels 479A and 479B by forming the throttle portion 89 at the discharge port that supplies water from the distribution channel to the water channel 11. It is conceivable that a portion having a large flow path diameter and capable of holding more water can stably discharge more water. Alternatively, it is conceivable that more water can be discharged from the discharge port in a portion having a larger flow path diameter because the flow path resistance is smaller than a portion having a smaller flow path diameter. In the water vapor mixing section 412 of the fifth embodiment, the discharge port provided near the connection between the distribution flow paths 479A and 479B and the second branch flow path 78 has the effect of increasing the amount of discharged water. In FIG. 22, when the discharge amount of water is represented by the length of the arrow, such an effect is omitted.
[0097]
Accordingly, the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the steam mixing section 412 is not uniform, and the reformed gas passes through the vicinity of the water flow path 11 to which water is supplied from a portion where the flow path diameter of the distribution flow paths 479A and 479B is large. If the temperature of the reformed gas is higher, cooling of the reformed gas can be promoted in this region. This makes it possible to make the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the steam mixing section 412 uniform. The region where the supply amount of water is to be increased may be appropriately set according to the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the steam mixing section and the heating / radiating state of the steam mixing section. What is necessary is just to form the flow path diameter of the part which distributes water to the target area | region in a distribution flow path larger.
[0098]
FIG. 23 is an explanatory diagram showing a water distribution state in a steam mixing section 412A which is a first modification of the fifth embodiment. The steam mixing section 412A includes a water distribution manifold 475A having distribution channels 479A 'and 479B' instead of the distribution channels 479A and 479B. Here, the manner in which the flow path diameter of the distribution flow path changes is opposite to that in the fifth embodiment. That is, the flow path diameter is formed larger near the outer wall surface of the steam mixing section 412A (in FIG. 23, above the distribution flow path 479A ′ and below the distribution flow path 479B ′). Further, the flow path diameter is formed smaller near the center of the steam mixing section 412 (in FIG. 23, below the distribution flow path 479A ′ and above the distribution flow path 479B ′).
[0099]
With such a configuration, the amount of supplied water increases as the water flow path 11 is formed closer to the outer wall surface of the steam mixing section 412A. Therefore, the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the steam mixing section 412A is not uniform, and the vicinity of the water flow path 11 to which water is supplied from the large flow path diameters of the distribution flow paths 479A 'and 479B'. If the temperature of the passing reformed gas is higher, cooling of the reformed gas can be promoted in this region. Thereby, the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the steam mixing section 412A can be made uniform.
[0100]
FIG. 24 is an explanatory diagram illustrating a water distribution state in a steam mixing section 412B that is a second modification of the fifth embodiment. The steam mixing section 412B includes a water distribution manifold 475B having the same main water channel 76 and the first branch channel 77 as the steam mixing section 412. In the water distribution manifold 475B, a distribution flow path 479 ′ for distributing water to all the laminated water flow paths 11 is connected to the first branch flow path 77. The distribution channel 479 'has a larger channel diameter near the center of the steam mixing section 412B (near the connection between the distribution channel 479' and the first branch channel 77). Further, the flow path diameter is formed smaller near the outer wall surface of the steam mixing section 412B (in FIG. 24, near the upper end and lower end of the distribution flow path 479 ′).
[0101]
With such a configuration, the amount of supplied water increases as the water flow path 11 is formed closer to the center of the steam mixing section 412B. Therefore, the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the steam mixing section 412B is not uniform, and the reforming gas passing through the vicinity of the water flow path 11 to which the water is supplied from the portion of the distribution flow path 479 'where the flow path diameter is large is provided. If the temperature of the reformed gas is higher, cooling of the reformed gas can be promoted in this region. This makes it possible to make the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the steam mixing section 412B uniform.
[0102]
G. FIG. Sixth embodiment:
FIG. 25 is an explanatory diagram illustrating a water distribution state in the steam mixing section 512 of the sixth embodiment. The steam mixing section 512 includes a water distribution manifold 575. The water distribution manifold 575 includes a main water channel 76, a first branch channel 77, a second branch channel 78, and a distribution channel 79, similarly to the water distribution manifold 75 of the first embodiment. In the first branch channel 77, a flow rate adjusting valve 573 is further provided. The flow control valve 573 functions as a variable flow path resistance section that changes the flow path resistance in the first branch flow path 77 according to the surrounding temperature, and operates in the opening direction when the temperature rises, and in the closing direction when the temperature falls. Works. The flow control valve 573 of this embodiment is formed of a bimetal.
[0103]
The steam mixing section 512 is configured by stacking the partition plates 70A to 70D and the flow path plates 72A and 72D in a predetermined order, similarly to the steam mixing section 12. At this time, the plates may be laminated after a bimetal valve is attached to a predetermined hole provided in the plate corresponding to the attachment position of the flow rate adjustment valve 573 in advance. In the completed water vapor mixing section 512, as shown in FIG. 4 in the first embodiment, the same number of water distribution manifolds 575 as the number of water channels 11 formed by one channel plate are formed. A flow control valve 573 is provided for the distribution manifold 575.
[0104]
According to the present embodiment, the amount of water supplied to each water flow path 11 can be made different depending on the temperature distribution state of the thin-plate laminated structure provided in the steam mixing section 512. In the laminated thin plate structure, when the temperature in the vicinity of the position where the flow control valve 573 is provided rises, the flow control valve operates in the opening direction, and the water flow supplied from the flow path provided with the flow control valve 573 is increased. The supply amount of water to the road 11 increases. On the other hand, when the temperature in the vicinity where the flow control valve 573 is disposed decreases, the flow control valve operates in the closing direction, and the water flow supplied from the flow path provided with the flow control valve 573 is reduced. The amount of water supplied to the road 11 decreases. In addition, as a case where the temperature distribution state of the thin plate laminated structure becomes non-uniform, for example, there is a case where the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the steam mixing unit 512 is non-uniform. Alternatively, when a high-temperature device is disposed near the steam mixing section 512, the degree of heating by the device may be uneven depending on the distance from the device. Further, there is a case where the degree of heat radiation from the thin plate laminated structure becomes non-uniform as a whole due to the influence of the devices arranged around the periphery.
[0105]
Therefore, in the present embodiment, when the temperature distribution state of the thin-plate laminated structure becomes uneven as described above, more water is supplied to the water flow path 11 formed in the high-temperature region, Cooling of the reformed gas is promoted. This makes it possible to make the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the steam mixing section 512 uniform. The steam mixing section 512 of the present embodiment has an advantage that even when the temperature distribution state of the laminated thin plate structure changes, the amount of supplied water can be changed correspondingly.
[0106]
H. Seventh embodiment:
FIG. 26 is an explanatory diagram illustrating a water distribution state in the steam mixing section 612 of the seventh embodiment. The steam mixing section 612 includes a water distribution manifold 675. The water distribution manifold 675 includes a main water channel 76 and a first branch channel 77, similarly to the water distribution manifold 75 of the first embodiment. In the water distribution manifold 675, a plurality of second branch flow paths 678 are formed by branching from the first branch flow path 77. Distribution channels 679 are formed at the ends of the second branch channels 678, respectively. The distribution channel 679 has a predetermined number of discharge ports, and water is supplied from each discharge port to a predetermined number of water flow paths 11 formed by lamination.
[0107]
In the steam mixing section 12 of the first embodiment, the second branch channel 78 and the distribution channel 79 are formed two each, and the water that has passed through the first branch channel 77 is distributed to two. I decided to. On the other hand, in the present embodiment, the water that has passed through the first branch channel 77 is distributed to each of the second branch channels 678 that are formed in greater numbers. As the number of the second branch channels 678 and the number of the distribution channels 679 connected thereto increases, the number of the water channels 11 to which water is simultaneously distributed (the number of the water channels 11 connected to one distribution channel 679). But less. The smaller the number of water channels 11 to which water is simultaneously distributed, the smaller the variation in the amount of water distributed to each of the water channels 11 to which water is distributed at the same time. The distribution amount of water to the passage 11 can be made uniform. In the present embodiment, by preventing the distribution amount of water to each water flow path 11 from varying to an undesired degree, the temperature of the reformed gas cooled and discharged in the steam mixing section 612 is reduced. The distribution is made uniform. In the steam mixing section 612 of the seventh embodiment, the discharge port provided near the connection between the first branch flow path 77 and the second branch flow path 678 increases the amount of discharged water. Although the effect (the effect of increasing the amount of discharged water near the center of the steam mixing section 612 shown in FIG. 26) is obtained, when the amount of discharged water is represented by the length of the arrow in FIG. The effects are omitted.
[0108]
In this way, when a large number of distribution channels are formed and the variation in the amount of water distributed to each water channel 11 is reduced, the amount of water distributed to a predetermined water channel 11 is intentionally increased or decreased. Thus, the effect of making the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the steam mixing section uniform can be further enhanced. FIG. 27 is an explanatory diagram illustrating a water distribution state in the steam mixing section 612A according to the first modification of the seventh embodiment. The steam mixing section 612A includes a water distribution manifold 675A having a second branch flow path 678A instead of the second branch flow path 678. Here, the flow path diameter of the second branch flow path 678A formed near the center of the steam mixing section 612A (in FIG. 27, near the connection between the first branch flow path 77 and the second branch flow path 678) is The other second branch flow path 678A is formed thicker than the flow path diameter.
[0109]
With such a configuration, more water is distributed to the thick second branch flow path 678A, and more water is distributed to each water flow path 11 from the distribution flow path 679 connected thereto. Of water is discharged. Therefore, the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the steam mixing section 612A is not uniform, and the reformed gas passes near the water flow path 11 to which water is supplied from a portion where the flow path diameter of the second branch flow path 678A is large. If the temperature of the reformed gas is higher, cooling of the reformed gas can be promoted in this region. This makes it possible to make the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the steam mixing section 612A more uniform.
[0110]
FIG. 28 is an explanatory diagram illustrating a water distribution state in a steam mixing section 612B that is a second modification of the seventh embodiment. The steam mixing section 612B includes a water distribution manifold 675B having a distribution channel 679B instead of the distribution channel 679. Here, the distribution channel 679B formed near the center of the steam mixing section 612B (in FIG. 28, near the connection between the first branch channel 77 and the second branch channel 678) is different from the other distribution channels. The number of the water flow paths 11 to be connected is larger than that of the 679B.
[0111]
At this time, when the water is distributed from the first branch flow channel 77 to each of the second branch flow channels 678, the water is relatively uniformly distributed. Therefore, in the water flow path 11 to which water is supplied from the second branch flow path 678 having a large number of connected water flow paths 11, the amount of supplied water is smaller than in the other water flow paths 11. In the present embodiment, the amount of water supplied to the water flow path 11 decreases near the center of the steam mixing section 612B where the distribution flow path 679B is formed larger. Therefore, the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the steam mixing section 612B is non-uniform, and the temperature of the reformed gas passing in the vicinity of the water channel 11 supplied with water from the large distribution channel 679B becomes higher. If higher, cooling of the reformed gas can be promoted in this region. This makes it possible to make the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the steam mixing section 612B uniform.
[0112]
I. Eighth embodiment:
FIG. 29 is an explanatory diagram illustrating a water distribution state in the steam mixing section 712 of the eighth embodiment. The steam mixing section 712 includes a water distribution manifold 775. The water distribution manifold 775 includes a main water channel 776, a first branch channel 777, a second branch channel 778, and a distribution channel 779. These channels have the same shape as the water distribution manifold 75 of the first embodiment. However, in the present embodiment, these channels are different in that they have a double pipe structure.
[0113]
The steam mixing section 712 is configured by stacking the partition plates 70A to 70D and the flow path plates 72A and 72D in a predetermined order, similarly to the steam mixing section 12. At this time, each flow path constituting the water distribution manifold 775 is formed so as to have a double-pipe structure further having a layer made of a material having a lower thermal conductivity than the material constituting each plate. In order to form a double pipe structure, for example, these channels may be coated with a resin having sufficient heat resistance. Alternatively, when forming and assembling the plate, a ceramic tube may be inserted into the space where these flow paths are formed.
[0114]
According to the present embodiment, since the water distribution manifold 775 has a double-pipe structure, it is possible to prevent heat from being transmitted from the outside to the water passing through each flow path constituting the water distribution manifold 775. As described above, due to the non-uniformity of the state of heat and heat radiation from the outside or the non-uniform temperature distribution of the reformed gas supplied to the steam mixing section 712, the temperature of a part of the thin plate laminated structure can be reduced. In some cases, heat is less likely to be transmitted to water in the flow path. This suppresses the evaporation of water inside the water distribution manifold 775 as a whole, and reduces the variation in the amount of water distributed to each water flow path 11 in the entire steam mixing section 712. In the present embodiment, by preventing the distribution amount of water to each water flow path 11 from varying to an undesired degree, the temperature of the reformed gas cooled and discharged in the steam mixing section 712 is reduced. The distribution state can be made uniform.
[0115]
In the steam mixing section 712, the above effect can be further enhanced by suppressing the transfer of heat from the laminated thin plate structure to the water distribution manifold 775. FIG. 30 is a perspective view schematically showing the shape of the steam mixing section 712. The steam mixing section 712 is manufactured by stacking the above-described plates (square thin plate-shaped members). Here, in this embodiment, after these plates are laminated to form a rectangular thin plate laminated structure, the periphery of the manifold forming portion 774 (FIG. 30) which is a region where each water distribution manifold 775 is formed. Then, the region where the flow path is not formed is cut off to complete the steam mixing section 712. By adopting such a configuration, it becomes more difficult for heat to be transmitted to the water passing through each flow path constituting the water distribution manifold 775, and the above-described effect can be obtained.
[0116]
J. Ninth embodiment:
FIG. 31 is an explanatory diagram schematically showing a state of water distribution in the steam mixing section 812 of the ninth embodiment. The steam mixing section 812 includes a water distribution manifold 875. The water distribution manifold 875 is provided so as to penetrate through the thin-plate laminated structure, and is formed as a cylindrical flow path whose inside is divided into a plurality of parts by radially formed wall surfaces. A plurality of holes 879 are formed on the wall surface of the water distribution manifold 875. These holes are provided one by one for each of a plurality of flow paths formed by dividing the inside of the water distribution manifold 875. Each of these holes communicates with one of the water channels 11 to which water is supplied from the water distribution manifold 875.
[0117]
The steam mixing section 812 is formed by alternately laminating flow path plates, which are shaped so as to form the water flow path 11 and the reformed gas flow path 13, and partition plates, similarly to the above-described embodiment. Is done. The water distribution manifold 775 is prepared in advance as a separate member from the thin-plate laminated structure using the same metal material as the thin-plate member, and inserted into a predetermined position of the thin-plate laminated structure.
[0118]
According to the present embodiment, the flow path for supplying water to each water flow path 11 is formed in advance in a divided manner, so that there is no need to distribute water to a large number of water flow paths 11 in the manifold, and Can be suppressed from varying. Even when water vaporization is activated due to a temperature rise in a specific portion of the water distribution manifold 875, water is supplied at a predetermined flow rate from the upstream of the water distribution manifold 875 to each of the internal divided flow paths. By supplying the water, a sufficient amount of water to be distributed to each water flow path 11 can be secured. In this embodiment, by preventing the distribution amount of water to each water flow path 11 from varying to an undesired degree, the temperature of the reformed gas cooled and discharged in the steam mixing section 812 is reduced. The distribution is made uniform.
[0119]
Further, according to the steam mixing section 812 of the present embodiment, the amount of water supplied to each of the internal divided flow paths from the upstream of the water distribution manifold 875 may be adjusted. With such a configuration, a desired amount of water can be supplied to the predetermined water flow path 11 regardless of the temperature distribution state in the middle of the water distribution manifold 875. In this manner, the temperature distribution state of the reformed gas that is cooled and discharged in the steam mixing section 812 can be made more uniform.
[0120]
FIG. 32 is an explanatory diagram schematically showing a state of water distribution in a steam mixing section 812A which is a modification of the ninth embodiment. The steam mixing section 812A includes a water distribution manifold 875A instead of the water distribution manifold 875. The water distribution manifold 875A includes the same number of thin tubes 879A having different lengths as the number of water channels 11 formed by lamination. Each of the thin tubes 879A is opened in any one of the water flow paths formed by lamination, so that water can be supplied to the water flow path 11. Even with such a configuration, the same effect as in the ninth embodiment can be obtained.
[0121]
K. Tenth embodiment:
FIG. 33 is an explanatory diagram schematically showing a state of water distribution in the steam mixing section 912 of the tenth embodiment. The steam mixing section 912 includes a water distribution manifold 975. The water distribution manifold 975 is provided so as to penetrate through the laminated thin plate structure, and is formed as a column-shaped flow path having a porous body. As the porous body constituting the water distribution manifold 975, for example, a metal mesh or a foamed metal can be used. As in the ninth embodiment, the water distribution manifold 975 may be prepared as a separate member in advance and inserted into a predetermined position of the thin plate laminated structure.
[0122]
When water is supplied to the water distribution manifold 975, the water passing through the inside of the water distribution manifold 975 oozes out from the surface of the porous body to each water flow path 11. When water seeps out of the porous body, the porous body, that is, the water distribution manifold 975 is cooled by the latent heat of vaporization of the water. Therefore, water is prevented from being vaporized in the water distribution manifold 975, and the amount of water distributed to some of the water flow paths 11 does not decrease. it can. Thereby, variation in the distribution amount of water to each water flow path 11 can be suppressed, and the temperature distribution state of the reformed gas cooled and discharged in the steam mixing section 912 can be made uniform.
You.
[0123]
In FIG. 33, the water is supplied only to the water distribution manifold 975 from the upper direction in FIG. 33. However, it is more preferable to supply the water from both the upper and lower directions to make the cooling state uniform. .
[0124]
FIG. 34 is an explanatory diagram schematically showing a state of water distribution in the steam mixing section 912A which is a modification of the tenth embodiment. The steam mixing section 912A includes a water distribution manifold 975A instead of the water distribution manifold 975. The water distribution manifold 975A has a double pipe structure in which a layer made of a porous body such as the above-described ceramics is formed on the outer periphery of a cylindrical flow passage similar to the water distribution manifold 875 of the ninth embodiment. . With this configuration, similarly to the ninth embodiment, in addition to the effect of suppressing the variation in the distribution amount of water to each water flow path 11 to achieve a desired distribution state, the latent heat of vaporization of water is used. By cooling the water distribution manifold 975A, it is possible to obtain an effect of suppressing variations in the distribution state of water. Thereby, the effect of making the temperature distribution state of the reformed gas cooled and discharged in the steam mixing section 912 uniform can be further enhanced.
[0125]
L. Eleventh embodiment:
In the heat exchange section 10 of the first embodiment described above, the steam mixing section 12 is provided on the upstream side, and the heat exchanger 16 is provided on the downstream side. On the other hand, the steam mixing section and the heat exchanger may be disposed at positions opposite to the flow of the reformed gas. Such a heat exchange unit 110 will be described below as an eleventh embodiment. FIG. 35 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the heat exchange unit 110 of this embodiment, which is arranged side by side with the heat exchange unit 10 of the first embodiment. FIG. 35 (A) shows the heat exchange unit 10 and FIG. 35 (B) shows the heat exchange unit 110 of this embodiment. The heat exchange unit 110 of this embodiment is used in place of the heat exchange unit 10 in the fuel cell system 20 of the first embodiment. Further, the steam mixing section 12 and the heat exchanger 16 provided in the heat exchange section described in the present embodiment and the subsequent embodiments have the same configuration as the first embodiment. In the heat exchange unit 110 of the eleventh embodiment, when the reformed gas is supplied from the reformer 38 via the reformed gas flow path 54, the temperature of the reformed gas is first lowered in the heat exchanger 16, And the temperature is humidified and cooled in the steam mixing section 12.
[0126]
According to the heat exchange unit 110 of the present embodiment, by combining the heat exchanger 16 for performing heat exchange between water and the reformed gas and the steam mixing unit 12 for performing both humidification and temperature reduction, As in the first embodiment, the effect that the device can be downsized can be obtained. Further, as compared with the first embodiment, the effect of making the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the heat exchange unit uniform can be enhanced. As described above, the water vapor mixing section 12 is provided in each of the water flow paths according to the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the water vapor mixing section 12 and the temperature distribution state of the thin laminated structure constituting the water vapor mixing section 12. The amount of water supplied to 11 is adjusted, and the effect of making the temperature distribution state of the reformed gas discharged therefrom uniform is extremely high. Therefore, by disposing such a steam mixing section 12 on the downstream side, the effect of making the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the heat exchange section uniform can be further enhanced.
[0127]
M. Twelfth embodiment:
FIG. 36 is an explanatory diagram schematically illustrating the configuration of the heat exchange unit 210 according to the twelfth embodiment. The heat exchange section 210 includes two steam mixing sections 12 and one heat exchanger 16. These are connected in series in the order of the steam mixing section 12, the heat exchanger 16, and the steam mixing section 12 from the upstream side in the flow direction of the reformed gas.
[0128]
According to such a heat exchange unit 210, the effect of making the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the heat exchange unit 210 more uniform and the effect of improving the durability of the heat exchange unit 210 are both improved. Can be done. That is, by disposing the steam mixing section 12 at the most downstream position, the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the heat exchange section 210 can be made more uniform, similarly to the heat exchange section 110 of the eleventh embodiment. Can be In addition, since the steam mixing section 12 is disposed at the most upstream position, the high-temperature reformed gas supplied from the reformer 38 firstly enters the inlet section (inflow chamber 15B) of the heat exchange section 210. The temperature is lowered by being mixed with the steam discharged from the water channel 11. For this reason, the temperature of the reformed gas flowing downstream is further reduced, and the overall durability can be improved as in the heat exchange unit 10 of the first embodiment.
[0129]
N. 13th embodiment:
FIG. 37A is an explanatory diagram schematically illustrating a configuration of the heat exchange unit 310A according to the thirteenth embodiment. The heat exchange unit 310A includes two steam mixing units 12 and two heat exchangers 16. These are connected in series in the order of the steam mixing section 12, the heat exchanger 16, the steam mixing section 12, and the heat exchanger 16 from the upstream side in the flow direction of the reformed gas. That is, it has a configuration in which two configurations of the heat exchange unit 10 of the first embodiment are stacked.
[0130]
FIG. 37B is an explanatory diagram schematically illustrating a configuration of a heat exchange unit 310B as a modification of the thirteenth embodiment. The heat exchange unit 310B includes two steam mixing units 12 and two heat exchangers 16. These are connected in series from the upstream side in the flow direction of the reformed gas in the order of the heat exchanger 16, the steam mixing section 12, the heat exchanger 16, and the steam mixing section 12. That is, the heat exchange unit 110 of the eleventh embodiment has a configuration in which two heat exchange units 110 are stacked.
[0131]
According to the heat exchange units 310A and 310B, the effect exhibited by the heat exchange unit 10 of the first embodiment and the effect exhibited by the heat exchange unit 110 of the eleventh embodiment can be more sufficiently obtained. Here, in FIGS. 37 (A) and (B), in each case, two configurations including the steam mixing section 12 and the heat exchanger 16 are connected in series, but three or more of the above configurations are connected in series. It may be connected.
[0132]
In the above-described eleventh to thirteenth embodiments, the heat exchange units 310A and 310B include the steam mixing unit 12 of the first embodiment, but use the steam mixing units of the second to tenth embodiments. It is good. In the steam mixing section of the second to sixth embodiments, similarly to the steam mixing section 12 of the first embodiment, the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the steam mixing section and the laminated sheet structure constituting the steam mixing section The amount of water supplied to each water flow path 11 is adjusted according to the temperature distribution state. Thereby, the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the heat exchange unit can be made more uniform. In the steam mixing section of the seventh to tenth embodiments, the steam is supplied to each water flow path 11 depending on the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the steam mixing section and the temperature distribution state of the thin laminated structure constituting the steam mixing section. The variation in the amount of water flowing is suppressed. Thereby, the temperature distribution state of the reformed gas discharged from the heat exchange unit can be made more uniform.
[0133]
In the heat exchange units of the eleventh to thirteenth embodiments, as a steam mixing unit to be used, a configuration for adjusting a water distribution amount as in the steam mixing unit shown in the first to tenth embodiments, or A configuration for making the distribution state of water uniform may not be provided. It has a laminated thin plate structure, in which a reformed gas flow path and a water flow path are formed to allow heat exchange between the reformed gas and water, and the steam generated by the reformed gas flow is opposed to the reformed gas. What is necessary is just to provide the water vapor mixing part which mixes in gas. Even without having a special configuration regarding the distribution state of water, such a steam mixing section, compared with a normal heat exchanger in which the reformed gas flow path and the cooling water flow path are independently provided, This has the effect of making the temperature distribution state of the discharged reformed gas more uniform. Therefore, the same effect can be obtained by using such a steam mixing section in the heat exchange sections of the eleventh to thirteenth embodiments.
[0134]
O. Modification:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, but can be implemented in various modes without departing from the gist of the invention, and for example, the following modifications are possible.
[0135]
O1. Modification 1
In the above-described steam mixing section, a liquid splash prevention section may be provided near the downstream outlet where the reformed gas is discharged. FIG. 38 is an explanatory diagram showing a state in which a liquid splash prevention unit 19 is provided in the steam mixing unit 12 of the first embodiment. FIG. 38 shows a state in which the liquid splash prevention unit 19 is provided in the outflow chamber 15A. The liquid splash preventing portion 19 can be made of, for example, a foamed metal that is a metal porous body, a resin porous body called a foam, or a honeycomb. If such a liquid splash prevention unit 19 is provided, when fine droplets that have not been vaporized remain in the reformed gas discharged from the reformed gas flow path 13, the droplets are formed into the reformed gas. Can be captured from inside. Thus, it is possible to prevent the droplet from entering the shift unit 40. The liquid water captured by the liquid splash prevention unit 19 is gradually vaporized by the heat of the reformed gas passing therethrough, mixed into the reformed gas, and subjected to a shift reaction.
[0136]
O2. Modified example 2:
The heat exchange section of the embodiment described above includes a steam mixing section and a heat exchanger 16, and is configured by connecting these in series. On the other hand, if the reformed gas can be sufficiently cooled to a temperature that can be used for the shift reaction only by humidifying and lowering the temperature of the reformed gas by the steam mixing section, the heat exchange section is used as the steam mixing section. It is good also as comprising just. Also in this case, by using the steam mixing section of the first to sixth embodiments, the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the steam mixing section, and the temperature distribution state of the thin laminated structure constituting the steam mixing section. According to the above, the amount of water supplied to each water flow path 11 is adjusted to a predetermined non-uniform state, so that an effect of making the temperature distribution state of the discharged reformed gas more uniform can be obtained. . Further, by using the steam mixing section of the seventh to tenth embodiments, depending on the temperature distribution state of the reformed gas supplied to the steam mixing section and the temperature distribution state of the thin laminated structure constituting the steam mixing section, Since the amount of water supplied to the water channel 11 is suppressed from varying, an effect of making the temperature distribution state of the discharged reformed gas more uniform can be obtained. By using the steam mixing section of these embodiments, the effect of further reducing the size of the device for humidifying the reformed gas can be obtained.
[0137]
O3. Modification 3:
In the first embodiment, the water whose temperature has been increased by the heat exchanger 16 is introduced into the water flow path 11 of the steam mixing section 12. However, the heat exchange section including the steam mixing section and the heat exchanger generates heat. At least a part of the cooling water used in the exchanger may not be used in the steam mixing section. The heat recovered by the cooling water by exchanging heat with the reformed gas in the heat exchanger can be used for other devices in the fuel cell system, and can also have the effect of improving the energy efficiency of the entire system. . For example, water heated by heat exchange in the heat exchanger 16 may be subjected to a reforming reaction in the reformer 38. In this way, it is possible to reduce energy consumed for elevating and vaporizing water in the evaporator 34.
[0138]
O4. Modification 4:
In the steam mixing section of the above-described embodiment, the manifold for distributing water to the water flow path 11 formed inside is formed by the holes formed in the plate material constituting the thin plate laminated structure. It may be formed separately from the laminated structure. In this case, for example, the manifold may be directly welded to the thin-plate laminated structure, instead of being housed in the casing. Even in such a case, the flow path diameter of a part of the flow path constituting the manifold may be different from the flow path diameter of the other part, or the position of the connection part formed in the manifold may be appropriately set, for example. By using the same shape, the same effect as that of the embodiment can be obtained.
[0139]
O5. Modification 5:
In the fuel cell system 20 of the embodiment, gasoline is used as the reformed fuel, but another type of reformed fuel may be used. As the reformed fuel, in addition to gasoline, various hydrocarbon-based fuels that can generate hydrogen by reforming, such as hydrocarbons such as natural gas, alcohols such as methanol, and aldehydes, can be applied. A reforming catalyst may be selected according to the reforming fuel to be used, and the reaction temperature may be set appropriately. Even when another type of reformed fuel is used, since the method of the reaction temperature of the reforming reaction is usually higher than the reaction temperature of the shift reaction, the same effect can be obtained by applying the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 20 as one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a heat exchange unit 10 of the first embodiment.
FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a laminated sheet structure 17 provided in the steam mixing section 12.
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a state in which three sets of water distribution manifolds 75 are formed in the thin-plate laminated structure 17;
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing a state of a water distribution manifold 75 and a state in which water is distributed from the water distribution manifold 75 to each water flow path 11;
FIG. 6 is a plan view illustrating a configuration of a flow path plate 72A.
FIG. 7 is a plan view illustrating a configuration of a partition plate 70A.
FIG. 8 is a plan view illustrating a configuration of a partition plate 70B.
FIG. 9 is a plan view illustrating a configuration of a partition plate 70C.
FIG. 10 is a plan view illustrating a configuration of a flow path plate 72D.
FIG. 11 is a plan view illustrating a configuration of a partition plate 70D.
FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thin plate laminated structure 17;
FIG. 13 is an explanatory view showing an original flow path plate 71 which is a base of the flow path plate 72A.
FIG. 14 is a perspective view showing an appearance of a thin plate laminated structure 17;
FIG. 15 is a perspective view schematically showing a configuration of a heat exchanger 16.
FIG. 16 is a perspective view schematically showing a state of the heat exchange unit 10.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a water distribution state in a steam mixing section 12A as a first modification of the first embodiment.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a water distribution state in a steam mixing section 12B as a second modification of the first embodiment.
FIG. 19 is an explanatory diagram illustrating a water distribution state in the steam mixing section 112 of the second embodiment.
FIG. 20 is an explanatory diagram showing a water distribution state in a steam mixing section 212 of the third embodiment.
FIG. 21 is an explanatory diagram showing a water distribution state in a steam mixing section 312 of the fourth embodiment.
FIG. 22 is an explanatory diagram showing a water distribution state in a steam mixing section 412 of the fifth embodiment.
FIG. 23 is an explanatory diagram showing a water distribution state in a steam mixing section 412A which is a first modification of the fifth embodiment.
FIG. 24 is an explanatory diagram showing a water distribution state in a steam mixing section 412B which is a second modification of the fifth embodiment.
FIG. 25 is an explanatory diagram showing a water distribution state in a steam mixing section 512 of a sixth embodiment.
FIG. 26 is an explanatory diagram showing a water distribution state in the steam mixing section 612 of the seventh embodiment.
FIG. 27 is an explanatory diagram showing a water distribution state in a steam mixing section 612A which is a first modification of the seventh embodiment.
FIG. 28 is an explanatory diagram showing a water distribution state in a steam mixing section 612B which is a second modification of the seventh embodiment.
FIG. 29 is an explanatory diagram showing a water distribution state in the steam mixing section 712 of the eighth embodiment.
FIG. 30 is an explanatory diagram schematically showing the shape of a steam mixing section 712.
FIG. 31 is an explanatory diagram schematically showing a state of water distribution in a steam mixing section 812 of the ninth embodiment.
FIG. 32 is an explanatory diagram schematically showing a state of water distribution in a steam mixing section 812A which is a modification of the ninth embodiment.
FIG. 33 is an explanatory diagram schematically showing a state of water distribution in the steam mixing section 912 of the tenth embodiment.
FIG. 34 is an explanatory diagram schematically showing a state of water distribution in a steam mixing section 912A which is a modification of the tenth embodiment.
FIG. 35 is an explanatory diagram schematically showing each of the heat exchange unit 10 and the heat exchange unit 110.
FIG. 36 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a heat exchange unit 210 according to a twelfth embodiment.
FIG. 37 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of heat exchange units 310A and 310B.
FIG. 38 is an explanatory diagram showing a state in which a liquid splash prevention unit 19 is provided in the water vapor mixing unit 12.
[Explanation of symbols]
10, 110, 210, 310A, 310B ... heat exchange section
11 ... Water channel
12, 12A, 12B, 112, 212, 312, 412 ... steam mixing section
13. Reformed gas channel
14 Connection channel
15A: Outflow chamber
15B: Inflow chamber
16 ... Heat exchanger
17 ... thin-plate laminated structure
18 ... Water channel
19: Liquid splash prevention part
20 Fuel cell system
30 ... Gasoline tank
32 ... Water tank
34 ... Evaporator
36 ... Heating section
38 ... Reformer
39 ... Blower
40 ... Shift section
42… CO selective oxidation part
43 ... Blower
44… Fuel cell
45 ... Control unit
46 ... Blower
47, 48… Pump
49… Flow regulating valve
50: reformed fuel flow path
51: Water supply channel
52: reformed fuel supply path
53 ... mixed gas flow path
54, 55, 56 ... reformed gas flow path
57 ... Fuel gas supply path
58: Fuel discharge path
59 ... Water branch road
60: oxidizing gas supply path
62 ... Oxidation exhaust gas path
70, 70A to 70D: Partition plate
71… Original channel plate
71P ... connecting piece
72, 72A, 72D: Channel plate
75,175,275,375,475 ... water distribution manifold
76,376,776… Main waterway
77 ... First branch flow path
78, 278, 378A, 378B ... second branch flow path
79, 79B, 179, 279, 379A, 379B ... distribution channel
80 ... side wall member
81A, 81D: flow path forming member
82, 83… space
84-88 ... hole
89 ... Aperture part
90 ... reformed gas channel
92 ... Cooling water channel
377: Channel
412A, 412B, 512, 612, 612A, 612B ... steam mixing section
475A, 475B ... Water distribution manifold
479, 479A, 479B ... distribution channel
573 ... Flow control valve
575,675,675A, 675B ... Water distribution manifold
678, 678A: Second branch flow path
679, 679B ... distribution channel
712, 812, 812A, 912, 912A ... steam mixing section
774: Manifold forming part
775, 875, 875A, 975, 975A ... water distribution manifold
777: First branch channel
778: Second branch flow path
779 ... Distribution channel
879: Hole
879A: Thin tube

Claims

Steam mixing for reforming a fuel containing a hydrocarbon compound to generate a hydrogen-rich fuel gas in a fuel reformer, and mixing steam with the reformed gas flowing in the fuel reformer. A device,
A thin plate lamination structure in which many thin plates are stacked,
A plurality of reformed gas channels formed in the space between the thin plates and through which the reformed gas flows,
A plurality of water flow paths that are formed in the space between the thin plates and are heated by the reformed gas flowing through the reformed gas flow path to become water vapor while the water supplied from the outside flows,
A water distribution manifold for guiding water supplied from outside to the plurality of water flow paths,
The water flow path and the reformed gas flow path are connected so that steam generated in the water flow path flows into the reformed gas flow path,
The steam mixing device, wherein the laminated sheet structure is configured such that a distribution state of water in the laminated sheet structure becomes a predetermined non-uniform state.

The steam mixing device according to claim 1, wherein
The predetermined non-uniform state in the water distribution state is a water vapor mixing apparatus in which the distribution of water is biased so as to reduce the bias of the temperature distribution in the reformed gas passing through the laminated thin plate structure.

The steam mixing device according to claim 1, wherein
The predetermined non-uniform state in the water distribution state is a water vapor mixing apparatus in which the water distribution is biased so as to reduce the temperature distribution bias in the thin-plate laminated structure itself.

The steam mixer according to any one of claims 1 to 3, wherein
The water distribution manifold, wherein the water distribution manifold is configured such that the amount of water distributed to each of the plurality of water flow paths is not uniform.

The steam mixing device according to claim 4,
The water distribution manifold,
A distribution channel that is provided in communication with at least some of the plurality of water channels among the plurality of water channels, and that discharges water to the communicating water channels.
A water introduction path for guiding water supplied from the outside to the distribution flow path,
Having a connection portion connected to the distribution channel and the water introduction channel,
When the water distribution manifold discharges water from the distribution flow path to the water flow path, the water flow path from which water is discharged from the vicinity of the connection portion is more than the other water flow paths. Steam mixing device that discharges an amount of water.

The steam mixing device according to claim 4,
The water distribution manifold,
A water outlet that is provided corresponding to each of the plurality of water flow paths and discharges water distributed to each water flow path;
A flow path to which water is supplied from the outside, and an introduction flow path that guides the water to the respective water outlets while branching on the way,
The introduction flow path cools an area around the predetermined part by water passing through the introduction flow path by passing through a predetermined part in the thin plate laminated structure, and passes through the predetermined part. In the introduction flow path located downstream of the flow path to be branched, in the flow path that branches and passes through the cooled area, the water in the flow path branches more than the flow path that branches and passes through the other area. A steam mixing device configured to suppress the vaporization of water.

The steam mixing device according to claim 4,
The water distribution manifold,
A water outlet that is provided corresponding to each of the plurality of water flow paths and discharges water distributed to each water flow path;
A flow path having at least a part of the plurality of water outlets as an opening, and a distribution flow path for supplying water to a corresponding water flow path via the water discharge port,
A water introduction path for guiding water supplied from the outside to the distribution flow path,
The steam mixing device, wherein the distribution flow path is formed such that the flow path diameter differs depending on a portion where each of the plurality of water outlets is provided.

The steam mixing device according to claim 4,
The water distribution manifold is a sub-manifold provided for each group obtained by dividing the plurality of water flow paths into a plurality of groups, and communicates with the water flow paths in the group, with respect to the communicating water flow paths. Equipped with multiple sub-manifolds to discharge water
The water vapor mixing device, wherein the sub-manifold includes a variable flow path resistance section whose flow path resistance changes according to an ambient temperature.

The steam mixer according to any one of claims 1 to 3, wherein
The thin plate constituting the thin plate laminated structure includes a water flow path plate having a predetermined shape for forming the water flow path,
In the steam mixing device, the thin plate laminated structure has a non-uniform distribution ratio of the water flow path plates, so that intervals at which the water flow paths are formed are non-uniform.

Steam mixing for reforming a fuel containing a hydrocarbon compound to generate a hydrogen-rich fuel gas in a fuel reformer, and mixing steam with the reformed gas flowing in the fuel reformer. A device,
A thin plate lamination structure in which many thin plates are stacked,
A plurality of reformed gas channels formed in the space between the thin plates and through which the reformed gas flows,
A plurality of water flow paths that are formed in the space between the thin plates and are heated by the reformed gas flowing through the reformed gas flow path to become water vapor while the water supplied from the outside flows,
A water distribution manifold for guiding water supplied from outside to the plurality of water flow paths,
The water flow path and the reformed gas flow path are connected so that steam generated in the water flow path flows into the reformed gas flow path,
The water mixing apparatus, wherein the water distribution manifold has a variation reduction structure for reducing variation in the amount of water distributed to each of the plurality of water flow paths.

The steam mixing device according to claim 10, wherein
The variation reduction structure includes:
A plurality of distribution flows provided for each of the plurality of water flow paths divided into a plurality of groups, communicating with the water flow paths in the group, and discharging water to the water flow paths in the connected group. Road and
A water introduction path for guiding water supplied from outside to the plurality of distribution flow paths;

The steam mixing device according to claim 11, wherein
The water introduction path supplies water to a predetermined distribution flow path and supplies water to another distribution flow path in order to make the distribution state of water in the thin laminated structure a predetermined non-uniform state. The steam mixing device is formed thicker than the flow path.

The steam mixing device according to claim 11, wherein
In the steam mixing device, each of the plurality of distribution channels has a non-uniform number of the communicating water channels in order to make a distribution state of water in the thin laminated structure a predetermined non-uniform state.

The steam mixing device according to claim 10, wherein
The steam mixing device, wherein the variation reduction structure includes a heat transfer inhibition unit that inhibits heat from being transmitted from the thin plate laminated structure to the water distribution manifold.

The steam mixing device according to claim 14,
The steam mixing device, wherein the heat transfer inhibition unit is a double pipe that constitutes at least a part of the water distribution manifold.

The steam mixing device according to claim 10, wherein
The water vapor mixing device, wherein the variation reduction structure is a multi-tube manifold configured to supply water to the plurality of water flow paths separately.

The steam mixing device according to claim 10, wherein
The variation reduction structure is formed by a seepage cooling type manifold that forms at least a part of a wall surface with a porous body and distributes water to the water flow path by allowing water passing inside to seep out of the porous body. Some steam mixing equipment.

The steam mixing device according to any one of claims 1 to 17, wherein
The water distribution manifold is a water vapor mixing device formed by holes provided at positions corresponding to each other in each of the thin plates constituting the thin plate laminated structure.

A fuel reformer for reforming a fuel containing a hydrocarbon compound to produce a hydrogen-rich fuel gas,
A reformer for generating a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide from the fuel; and a heat exchanger for performing heat exchange between the reformed gas and a predetermined refrigerant to lower the temperature of the reformed gas. Exchanger and
A steam mixing device that is provided connected to the heat exchanger and has a thin-plate laminated structure in which a large number of thin plates are laminated, and that mixes steam with the reformed gas;
A shift catalyst that promotes a shift reaction that generates hydrogen and carbon dioxide from water and carbon monoxide, and receives the reformed gas via the heat exchanger and the steam mixing device to perform the reforming. A shift unit that generates a fuel gas by reducing the concentration of carbon monoxide in the gas,
The steam mixing device,
A plurality of reformed gas channels formed in a space sandwiched between the thin plates and through which the reformed gas flows,
A plurality of water flow paths that are formed in a space sandwiched between the thin plates and are heated by the reformed gas flowing through the reformed gas flow path to form water vapor while the water supplied from the outside flows,
A water supply manifold for guiding water supplied from the outside to the plurality of water flow paths,
Has,
A fuel reformer in which the water flow path and the reformed gas flow path are connected so that steam generated in the water flow path flows into the reformed gas flow path.

The fuel reformer according to claim 19, wherein:
The steam mixing device is disposed upstream of the heat exchanger with respect to the flow of the reformed gas,
A fuel reformer in which both are connected so that the reformed gas mixed with steam in the steam mixer is guided to the heat exchanger.

The fuel reformer according to claim 19, wherein:
The heat exchanger is disposed upstream of the steam mixing device with respect to the flow of the reformed gas,
A fuel reformer connected to the steam mixer so that the reformed gas cooled by the heat exchanger is guided to the steam mixing device.

The fuel reformer according to claim 19, wherein:
Comprising at least one heat exchanger and at least two steam mixing devices;
The heat exchanger and the steam mixing device are connected in series in a predetermined order to the flow of the reformed gas,
A fuel reformer in which the steam mixing device is disposed at the most upstream side and the most downstream side.

The fuel reformer according to claim 19, wherein:
A plurality of the heat exchanger and the steam mixing device,
The heat exchanger and the steam mixing device are alternately arranged with respect to the flow of the reformed gas, and are connected to each other so that the reformed gas is guided according to the arrangement order. Quality equipment.

The fuel reformer according to any one of claims 19 to 23,
The predetermined refrigerant used in the heat exchanger is water,
A fuel reformer further comprising: a water flow path that leads water heated by heat exchange with the reformed gas in the heat exchanger to the water supply manifold provided in the steam mixing device.

The fuel reformer according to any one of claims 19 to 24,
The fuel reformer includes a porous member in the vicinity of an outlet of the reformed gas mixed with steam.

The fuel reformer according to any one of claims 19 to 25,
19. The fuel reforming device according to claim 1, wherein the steam mixing device is the steam mixing device according to any one of claims 1 to 18.