JP2006056722A - Fuel reformer - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for suppressing uneven supply of a fluid from a fluid passage having bent parts in a fuel reformer for producing hydrogen from a fuel to be reformed. <P>SOLUTION: The invention is for a fuel reformer which produces hydrogen from a fuel to be reformed. The fuel reformer is provided with a reaction part, and the fluid passage which is for supplying a fluid and has bent parts to bend the advancing direction of the fluid. The bent parts are characterised by being provided with flow velocity dispersion suppressing parts for suppressing the dispersion of the flow velocity of components in the fluid supply direction. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、炭化水素系化合物を含む改質燃料から水素を生成する燃料改質装置に関する。   The present invention relates to a fuel reformer that generates hydrogen from a reformed fuel containing a hydrocarbon-based compound.

従来から、燃料電池の燃料ガス供給元として燃料改質装置が提案されている。燃料改質装置は、燃料電池システムの車載化その他の理由により小型化されることが望まれている。燃料改質装置の小型化は、燃料改質装置の流体通路の一部に曲がり部を設けることによって実現することも可能である。   Conventionally, a fuel reformer has been proposed as a fuel gas supply source of a fuel cell. The fuel reformer is desired to be miniaturized due to the mounting of the fuel cell system on the vehicle and other reasons. Miniaturization of the fuel reformer can also be realized by providing a bent portion in a part of the fluid passage of the fuel reformer.

特開2003−261303号公報JP 2003-261303 A

しかし、燃料改質装置の流体通路に曲がり部を設けると、たとえば改質反応部への流体の供給が不均一となることが予想される。曲がり部は、流体の進行方向に速度ベクトルを有する乱流を発生させるからである。このような改質反応部への不均一な流体の供給は、改質反応部における反応温度の不均一その他の悪影響を改質反応に与えるおそれがある。さらに、このような不均一な流体の供給は、改質反応だけでなくシフト反応その他の反応に対しても悪影響を与えるおそれもある。   However, if a bent portion is provided in the fluid passage of the fuel reformer, for example, it is expected that the supply of fluid to the reforming reaction portion becomes non-uniform. This is because the bent portion generates a turbulent flow having a velocity vector in the traveling direction of the fluid. Such non-uniform fluid supply to the reforming reaction section may cause non-uniform reaction temperature in the reforming reaction section and other adverse effects on the reforming reaction. Further, such a non-uniform fluid supply may adversely affect not only the reforming reaction but also the shift reaction and other reactions.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、改質燃料から水素を生成する燃料改質装置において、曲がり部を有する流体通路からの流体の供給の不均一化を抑制する技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and in a fuel reformer that generates hydrogen from reformed fuel, it suppresses uneven supply of fluid from a fluid passage having a bent portion. The purpose is to provide technology.

本発明は、改質燃料から水素を生成する燃料改質装置であって、
反応部と、
前記反応部に流体を供給するとともに、前記流体の進行方向を曲げる曲がり部を有する流体通路と、
を備え、
前記曲がり部は、前記流体の供給方向成分の流速の分散を抑制する流速分散抑制部を備えることを特徴とする。
The present invention is a fuel reformer for generating hydrogen from reformed fuel,
A reaction part;
A fluid passage having a bent portion for supplying a fluid to the reaction portion and bending a traveling direction of the fluid;
With
The bending portion includes a flow velocity dispersion suppressing portion that suppresses dispersion of the flow velocity of the fluid supply direction component.

本発明の燃料改質装置では、流体の供給方向成分の流速の分散(ばらつき)が抑制されているので、曲がり部から供給される流体を反応部に均一に供給することができる。これにより、反応部における化学反応のばらつきを抑制しつつ燃料改質装置の小型化を実現することができる。   In the fuel reformer of the present invention, since the dispersion (variation) of the flow velocity of the fluid supply direction component is suppressed, the fluid supplied from the bent portion can be uniformly supplied to the reaction portion. Thereby, miniaturization of the fuel reformer can be realized while suppressing variation in chemical reaction in the reaction section.

ここで、「反応部」には、改質反応やシフト反応その他の化学反応を起こさせる構成品が含まれる。また、流体の供給方向成分の流速の分散の抑制は、曲がり部における流体の撹拌や境界層制御といった種々の技術によって実現することができる。これらの技術については後述する。   Here, the “reaction part” includes components that cause a reforming reaction, a shift reaction, and other chemical reactions. Moreover, suppression of dispersion | distribution of the flow velocity of the fluid supply direction component can be implement | achieved by various techniques, such as stirring of the fluid in a bending part and boundary layer control. These techniques will be described later.

上記燃料改質装置において、前記流速分散抑制部は、前記曲がり部において前記流体を撹拌する撹拌部を備えるようにしても良い。こうすれば、流体通路中の流体温度のばらつきについても均一化を図ることができる。   In the fuel reformer, the flow velocity dispersion suppressing unit may include a stirring unit that stirs the fluid in the bent portion. By so doing, it is possible to make uniform the variation in the fluid temperature in the fluid passage.

上記燃料改質装置において、前記撹拌部は、前記流体通路の進行方向の軸の回りに前記流体を旋回させるように構成された流体旋回部を備えるようにしても良い。   In the fuel reformer, the agitation unit may include a fluid swirl unit configured to swirl the fluid around an axis in a traveling direction of the fluid passage.

このように、流体通路の進行方向の軸の回りに流体を旋回させるようにすれば、流体の撹拌を実現しつつ流体通路の進行方向の速度ベクトルを過度に形成しないので、流体通路の進行方向の速度の均一化を効率的に実現することができる。   In this way, if the fluid is swirled around the axis of the fluid passage in the traveling direction, the velocity vector in the traveling direction of the fluid passage is not excessively formed while the fluid is agitated. It is possible to efficiently achieve uniform speed.

上記燃料改質装置において、前記撹拌部は、前記流体通路の進行方向の軸の回りに前記流体を旋回させるように構成された上流側の第1の流体旋回部と下流側の第2の流体旋回部と、
を備え
前記第1の流体旋回部と前記第2の流体旋回部は、前記流体通路の進行方向の軸について逆方向に前記流体を旋回させるように構成されているようにしても良い。
In the fuel reformer, the agitating unit is configured to swirl the fluid around an axis in a traveling direction of the fluid passage, and a first fluid swirling unit on the upstream side and a second fluid on the downstream side. A swivel unit;
The first fluid swirling unit and the second fluid swirling unit may be configured to swirl the fluid in opposite directions with respect to the axis of the fluid passage.

このように、流体通路の進行方向の軸の回りに形成される流体の旋回を反転させるようにすれば、流体通路の進行方向の速度をより均一化することができる。   Thus, if the swirl of the fluid formed around the axis of the fluid passage is reversed, the speed of the fluid passage in the direction of travel can be made more uniform.

上記燃料改質装置において、前記撹拌部は、前記流体通路の進行方向の軸の回りに前記流体を旋回させるように構成された上流側の第1の流体旋回部と下流側の第2の流体旋回部と、
を備え
前記第1の流体旋回部と前記第2の流体旋回部は、前記流体通路の進行方向の軸について同一方向に前記流体を旋回させるように構成されているようにしても良い。
In the fuel reformer, the agitating unit is configured to swirl the fluid around an axis in a traveling direction of the fluid passage, and a first fluid swirling unit on the upstream side and a second fluid on the downstream side. A swivel unit;
The first fluid swirl unit and the second fluid swirl unit may be configured to swirl the fluid in the same direction with respect to the axis of the fluid passage in the traveling direction.

このように、流体通路の進行方向の軸の回りに形成される流体を同一方向に旋回させるようにすれば、流体通路の流路抵抗を過大とすることなく進行方向の速度を均一化することができる。   Thus, if the fluid formed around the axis of the fluid passage is swung in the same direction, the speed in the direction of travel can be made uniform without excessively increasing the flow resistance of the fluid passage. Can do.

上記燃料改質装置において、前記流体通路は、前記流体の熱交換を行う熱交換部から前記流体を受給するようにしても良い。こうすれば、熱交換によって発生した流体中の温度勾配を小さくすることができるので、本発明の効果を顕著に奏することができる。   In the fuel reformer, the fluid passage may receive the fluid from a heat exchange unit that performs heat exchange of the fluid. In this way, the temperature gradient in the fluid generated by heat exchange can be reduced, and the effects of the present invention can be significantly achieved.

上記燃料改質装置において、前記反応部は、前記改質燃料を改質ガスに改質する改質反応を行うようにしても良い。こうすれば、反応の均一化は改質反応において特に重要なので、改質反応への流体の供給速度を均一化すれば本発明の効果を顕著に奏することができる。   In the fuel reformer, the reaction unit may perform a reforming reaction that reforms the reformed fuel into a reformed gas. In this case, since the homogenization of the reaction is particularly important in the reforming reaction, the effect of the present invention can be remarkably exhibited if the fluid supply rate to the reforming reaction is uniformized.

なお、本発明は、燃料改質装置を備える燃料電池システムや燃料改質装置を備える燃料電池システムを搭載する移動体などの装置その他の種々の態様で実現することができる。   The present invention can be realized in various other modes such as a fuel cell system including a fuel reforming device, a moving body equipped with a fuel cell system including a fuel reforming device, and the like.

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
A.本発明の実施例における燃料電池システムの概略構成:
B.本発明の実施例における燃料改質装置のハードウェア構成:
C.変形例:
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Schematic configuration of a fuel cell system in an embodiment of the present invention:
B. Hardware configuration of a fuel reformer in an embodiment of the present invention:
C. Variations:

A.燃料電池システム10の概略構成:
図1は、本発明の実施例における燃料電池システム10の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム10は、燃料電池100と、燃料改質装置200と、酸化ガス供給部300と、燃料電池システム全体の動作を制御するための制御部600と、を備えている。燃料電池100は、燃料改質装置200から供給される燃料ガスと、酸化ガス供給部300から供給される酸化ガスとを用いて発電する。燃料改質装置200は、原燃料を改質して水素ガスを含む燃料ガスを燃料電池100に供給する。酸化ガス供給部300は、ブロワ310を用いて酸素ガスを含む酸化ガス(空気)を燃料電池100に供給する。
A. Schematic configuration of the fuel cell system 10:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 10 includes a fuel cell 100, a fuel reformer 200, an oxidizing gas supply unit 300, and a control unit 600 for controlling the operation of the entire fuel cell system. The fuel cell 100 generates power using the fuel gas supplied from the fuel reformer 200 and the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply unit 300. The fuel reformer 200 reforms the raw fuel and supplies fuel gas containing hydrogen gas to the fuel cell 100. The oxidizing gas supply unit 300 supplies an oxidizing gas (air) containing oxygen gas to the fuel cell 100 using the blower 310.

燃料改質装置200は、予混合燃料タンク210と、ブロワ220と、気化部230と、改質部240と、第1の熱交換部250と、シフト部260と、水素分離部270と、第2の熱交換部280と、浄化部290と、を備える。   The fuel reformer 200 includes a premixed fuel tank 210, a blower 220, a vaporizer 230, a reformer 240, a first heat exchange unit 250, a shift unit 260, a hydrogen separator 270, 2 heat exchange part 280 and purification part 290 are provided.

予混合燃料タンク210は、炭化水素系の原燃料と水とが予め混合された予混合燃料を貯蔵するタンクである。予混合燃料は、ポンプ212と噴射弁214とを用いて気化部230に供給される。ブロワ220は、第1の熱交換部250を介して、気化部230に空気を供給する。第1の熱交換部250を介して供給しているのは、気化部230に加熱された空気を供給するためである。   The premixed fuel tank 210 is a tank that stores a premixed fuel in which a hydrocarbon-based raw fuel and water are mixed in advance. The premixed fuel is supplied to the vaporizer 230 using the pump 212 and the injection valve 214. The blower 220 supplies air to the vaporization unit 230 via the first heat exchange unit 250. The reason why the air is supplied via the first heat exchange unit 250 is to supply heated air to the vaporization unit 230.

気化部230は、加熱部232を用いて噴射弁214によって噴射された予混合燃料を気化させる。これにより、原燃料と水蒸気と空気との混合ガスが生成されて改質部240に供給される。   The vaporizing unit 230 vaporizes the premixed fuel injected by the injection valve 214 using the heating unit 232. As a result, a mixed gas of raw fuel, water vapor, and air is generated and supplied to the reforming unit 240.

改質部240は、混合ガスに含まれる原燃料を、水蒸気と空気中の酸素ガスとを用いて、水素ガスと一酸化炭素ガスとを含む改質ガスに改質する。この改質反応は、図示しない改質触媒を用いて行われる。   The reforming unit 240 reforms the raw fuel contained in the mixed gas into a reformed gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas using water vapor and oxygen gas in the air. This reforming reaction is performed using a reforming catalyst (not shown).

第1の熱交換部250は、改質部240から供給された改質ガスを冷却して、シフト部260に供給する。改質ガスを冷却するのは、シフト部260における反応温度が、改質部240における反応温度よりも低いからである。   The first heat exchange unit 250 cools the reformed gas supplied from the reforming unit 240 and supplies it to the shift unit 260. The reformed gas is cooled because the reaction temperature in the shift unit 260 is lower than the reaction temperature in the reforming unit 240.

シフト部260は、改質ガス中の一酸化炭素ガスを、水素ガスと二酸化炭素ガスとに変換して改質ガス中の一酸化炭素ガス濃度を低下させる。改質ガス中の一酸化炭素ガス濃度を低下させるのは、燃料電池100内部の電極に担持された貴金属触媒の被毒を抑制するためである。シフト反応は、図示しないシフト触媒を用いて行われる。   The shift unit 260 converts the carbon monoxide gas in the reformed gas into hydrogen gas and carbon dioxide gas to reduce the carbon monoxide gas concentration in the reformed gas. The reason why the concentration of carbon monoxide gas in the reformed gas is lowered is to suppress poisoning of the noble metal catalyst supported on the electrode inside the fuel cell 100. The shift reaction is performed using a shift catalyst (not shown).

水素分離部270は、シフト部260から供給されたガスから水素ガスを抽出して第2の熱交換部280に供給する。シフト部260から供給されたガスは、水素分離部270の供給室272に入れられる。供給室272は、水素ガスを選択的に透過させる水素透過膜270fを介して抽出室274に面しているので、水素ガスのみが抽出室274に供給される。抽出室274に供給された水素ガスは、燃料電池100から供給された酸化オフガスによって第2の熱交換部280を介して燃料電池100に供給される。一方、水素透過膜270fを透過しなかった残存ガスは、浄化部290に送られる。   The hydrogen separation unit 270 extracts hydrogen gas from the gas supplied from the shift unit 260 and supplies it to the second heat exchange unit 280. The gas supplied from the shift unit 260 is put into the supply chamber 272 of the hydrogen separation unit 270. Since the supply chamber 272 faces the extraction chamber 274 through a hydrogen permeable membrane 270f that selectively permeates hydrogen gas, only the hydrogen gas is supplied to the extraction chamber 274. The hydrogen gas supplied to the extraction chamber 274 is supplied to the fuel cell 100 via the second heat exchange unit 280 by the oxidation off gas supplied from the fuel cell 100. On the other hand, the residual gas that has not permeated through the hydrogen permeable membrane 270 f is sent to the purification unit 290.

浄化部290は、シフト部260において変換されずに排出された一酸化炭素ガスを、空気中の酸素ガスを用いて無害の二酸化炭素ガスにして大気へ排出する。   The purification unit 290 converts the carbon monoxide gas discharged without being converted in the shift unit 260 into harmless carbon dioxide gas using oxygen gas in the air and discharges it to the atmosphere.

このように燃料改質装置200は、複数の段階で化学反応を行って燃料ガスを生成している。かかる複数の段階における化学反応を行う構成部品は、後述するように曲がり部を有する複数の流体通路によって接続されている。   Thus, the fuel reformer 200 generates fuel gas by performing chemical reactions in a plurality of stages. The components that perform chemical reactions in the plurality of stages are connected by a plurality of fluid passages having curved portions as described later.

B.本発明の実施例における燃料改質装置のハードウェア構成:
図2は、本発明の実施例における燃料改質装置200のハードウェア構成を示すレイアウト図である。このレイアウト図は、燃料電池システム10の概略構成図(図1)の中の燃料改質装置200の各構成品の配置を示している。
B. Hardware configuration of a fuel reformer in an embodiment of the present invention:
FIG. 2 is a layout diagram showing a hardware configuration of the fuel reformer 200 according to the embodiment of the present invention. This layout diagram shows the arrangement of each component of the fuel reformer 200 in the schematic configuration diagram (FIG. 1) of the fuel cell system 10.

燃料改質装置200の各構成品は、2つのU字型の流体通路110、120を用いてコンパクトに配置されている。具体的には、気化部230と改質部240の間および第1の熱交換部250とシフト部260との間は、それぞれU字型の流体通路110とU字型の流体通路120とによって接続されている。   Each component of the fuel reformer 200 is compactly arranged using two U-shaped fluid passages 110 and 120. Specifically, between the vaporization unit 230 and the reforming unit 240 and between the first heat exchange unit 250 and the shift unit 260, a U-shaped fluid passage 110 and a U-shaped fluid passage 120, respectively. It is connected.

図3は、本発明を適用しなかった場合にU字型の流体通路110aの内部において流体が流れる様子を示す説明図である。図3から分かるように、気化部230から供給された流体は、流体通路の内壁から剥離して乱流(渦)を生じさせている。この乱流は、流体の進行方向に速度ベクトルを有するので、改質部240への流体の供給を不均一とすることになる。すなわち、改質部240への入り口部において流体の流速の速い部分と遅い部分が生ずることになって、流体が多く供給される部分と少なく供給される部分とが生ずる。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing how the fluid flows inside the U-shaped fluid passage 110a when the present invention is not applied. As can be seen from FIG. 3, the fluid supplied from the vaporization unit 230 is separated from the inner wall of the fluid passage to generate a turbulent flow (vortex). Since this turbulent flow has a velocity vector in the fluid traveling direction, the supply of fluid to the reforming unit 240 becomes non-uniform. That is, a portion where the fluid flow rate is fast and a portion where the fluid is flowed are generated at the entrance to the reforming unit 240, and a portion where a large amount of fluid is supplied and a portion where a small amount of fluid is supplied are generated.

改質部240への流体の供給が不均一になると、改質反応の量も不均一となる。これにより、改質反応によって発生する熱も不均一となるため、改質部240において熱勾配が発生することになる。このような熱勾配は、改質部240における反応温度の制御を困難とするため適切な改質反応を阻害する要因となる。さらに、このような熱勾配は、改質反応だけでなくシフト反応その他の化学反応においても悪影響を与えるおそれがある。   If the supply of fluid to the reforming unit 240 becomes non-uniform, the amount of reforming reaction also becomes non-uniform. As a result, the heat generated by the reforming reaction also becomes non-uniform, and a thermal gradient is generated in the reforming unit 240. Such a thermal gradient makes it difficult to control the reaction temperature in the reforming unit 240, and thus becomes a factor that hinders an appropriate reforming reaction. Furthermore, such a thermal gradient may adversely affect not only the reforming reaction but also the shift reaction and other chemical reactions.

図4は、本発明の実施例におけるU字型の流体通路110の内部構成を示す説明図である。この流体通路110は、上流側外管111uと、上流側内管112uと、下流側外管111dと、下流側内管112dと、これらを連結する連結管118と、上流側外管111uと連結管118との間に装備された上流側絞り板116u、下流側外管111dと連結管118との間に装備された下流側絞り板116dと、上流側内管112uに装備された上流側旋回翼群114uと、下流側内管112dに装備された下流側旋回翼群114dとを備えている。なお、U字型の流体通路120の内部構成は、U字型の流体通路110と同一である。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing the internal configuration of the U-shaped fluid passage 110 in the embodiment of the present invention. The fluid passage 110 is connected to the upstream outer pipe 111u, the upstream inner pipe 112u, the downstream outer pipe 111d, the downstream inner pipe 112d, the connecting pipe 118 connecting them, and the upstream outer pipe 111u. An upstream throttle plate 116u provided between the pipe 118, a downstream throttle plate 116d provided between the downstream outer pipe 111d and the connecting pipe 118, and an upstream swivel provided on the upstream inner pipe 112u. The blade group 114u and the downstream swirl blade group 114d provided in the downstream inner pipe 112d are provided. The internal configuration of the U-shaped fluid passage 120 is the same as that of the U-shaped fluid passage 110.

U字型の流体通路110の内部において流体は以下のように流れる。気化部230から供給された流体は、まず上流側内管112uの内部に流れ込む。この流体は、上流側内管112uに装備された上流側旋回翼群114uの隙間を通じて、旋回しつつ上流側外管111uに流れ込む。この旋回流は流体通路110の中心軸線に垂直な方向に速度ベクトルを有するので、流体通路110の中心軸線に垂直な方向に流体を撹拌することができる。この撹拌は、流体通路110の中心軸線に垂直な方向における流体通路110の中心軸線方向の速度勾配(あるいは分散)を小さくする効果を奏することができる。   In the U-shaped fluid passage 110, the fluid flows as follows. The fluid supplied from the vaporization unit 230 first flows into the upstream inner pipe 112u. This fluid flows into the upstream outer pipe 111u while swirling through the gap between the upstream swirl blade groups 114u mounted on the upstream inner pipe 112u. Since this swirling flow has a velocity vector in a direction perpendicular to the central axis of the fluid passage 110, the fluid can be stirred in a direction perpendicular to the central axis of the fluid passage 110. This agitation can produce an effect of reducing the velocity gradient (or dispersion) in the direction of the central axis of the fluid passage 110 in the direction perpendicular to the central axis of the fluid passage 110.

このようにして撹拌された流体は、上流側絞り板116uで形成された上流側の絞りを通過して、連結管118に供給される。この絞りは、流体通路110の中心軸線方向の速度勾配をさらに小さくする効果を奏することができる。連結管118を通過した流体は、下流側絞り板116dで形成された下流側の絞りを通過して、下流側外管111dの内部に流れ込む。この流体は、下流側内管112dに装備された下流側旋回翼群114dの隙間を通じて、旋回しつつ下流側内管112dの内部を経由して改質部240に供給される。   The fluid stirred in this manner passes through the upstream throttle formed by the upstream throttle plate 116u and is supplied to the connecting pipe 118. This restriction can produce an effect of further reducing the velocity gradient in the central axis direction of the fluid passage 110. The fluid that has passed through the connecting pipe 118 passes through the downstream throttle formed by the downstream throttle plate 116d and flows into the downstream outer pipe 111d. The fluid is supplied to the reforming unit 240 via the inside of the downstream inner pipe 112d while swirling through the gap between the downstream swirl blade groups 114d provided in the downstream inner pipe 112d.

このように、本実施例では、混合ガスである流体を撹拌することによって流体通路中の濃度分布や流体温度のバラツキ、さらには、流体通路110の中心軸方向の流速のバラツキが抑制されることになる。このように、混合ガスである流体の濃度分布、温度分布、および供給量が流体通路で均一化された状態で改質部240に供給されるので、改質部240における均質な化学反応を実現することができる。   As described above, in this embodiment, by stirring the fluid that is the mixed gas, variations in the concentration distribution and fluid temperature in the fluid passage, and further, variations in the flow velocity in the central axis direction of the fluid passage 110 are suppressed. become. In this way, since the concentration distribution, temperature distribution, and supply amount of the fluid that is the mixed gas are supplied to the reforming unit 240 in a state of being uniformized in the fluid passage, a homogeneous chemical reaction in the reforming unit 240 is realized. can do.

なお、本実施例では、下流側旋回翼群114dを備える下流側内管112dと、上流側旋回翼群114uを備える上流側内管112uと、2つの絞り板116u、116dとが特許請求の範囲における「流速分散抑制部」に相当する。   In this embodiment, the downstream inner pipe 112d including the downstream swirl blade group 114d, the upstream inner pipe 112u including the upstream swirl blade group 114u, and the two throttle plates 116u and 116d are claimed. This corresponds to the “flow velocity dispersion suppression unit”.

また、旋回の方向は、上流側旋回翼群114uおよび下流側旋回翼群114dは、流体通路の進行方向の軸について同一方向に旋回させるように構成しても良いし、反転させるように構成しても良い。ただし、同一方向に旋回させるように構成すれば、流体通路の流路抵抗を小さくすることができるという利点があり、反転させるように構成すれば流体通路の進行方向の速度をより均一化することができるという利点がある。   In addition, the swirl direction may be configured such that the upstream swirl blade group 114u and the downstream swirl blade group 114d are swung in the same direction with respect to the axis of the fluid passage. May be. However, if it is configured to rotate in the same direction, there is an advantage that the flow path resistance of the fluid passage can be reduced, and if it is configured to be reversed, the speed in the traveling direction of the fluid passage can be made more uniform. There is an advantage that can be.

C.変形例:
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。
C. Variations:
As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, and implementation in a various aspect is possible within the range which does not deviate from the summary. It is. For example, the following modifications are possible.

C−1.上記実施例では、改質部240に流体を供給するU字型の流体通路110と、シフト部260に流体を供給するU字型の流体通路120の双方に流速分散抑制部が装備されているが、たとえば改質部240に流体を供給するU字型の流体通路110にのみ流速分散抑制部を装備するように構成しても良い。本発明は、一般に、改質反応やシフト反応といった化学反応を行う構成品に流体を供給する流体通路の少なくとも一部に流速分散抑制部が装備されるように構成されていれば良い。 C-1. In the above embodiment, both the U-shaped fluid passage 110 that supplies fluid to the reforming unit 240 and the U-shaped fluid passage 120 that supplies fluid to the shift unit 260 are equipped with flow velocity dispersion suppression units. However, for example, only the U-shaped fluid passage 110 that supplies the fluid to the reforming unit 240 may be provided with the flow velocity dispersion suppression unit. In general, the present invention only needs to be configured such that a flow velocity dispersion suppression unit is provided in at least a part of a fluid passage that supplies a fluid to a component that performs a chemical reaction such as a reforming reaction or a shift reaction.

ただし、一部の反応部に流体を供給する流体通路にのみ流速分散抑制部を装備する場合には、改質燃料を改質ガスに改質する改質反応を行う改質部240に流体を供給する流体通路に流速分散抑制部を装備することが好ましい。反応の均一化は改質反応において特に重要なので、改質反応への流体の供給速度を均一化すれば本発明の効果を顕著に奏することができるからである。   However, when the flow velocity dispersion suppression unit is provided only in the fluid passage that supplies the fluid to some of the reaction units, the fluid is supplied to the reforming unit 240 that performs the reforming reaction to reform the reformed fuel into the reformed gas. It is preferable to equip the fluid passage to be supplied with a flow velocity dispersion suppressing portion. This is because the homogenization of the reaction is particularly important in the reforming reaction, so that the effect of the present invention can be remarkably exhibited if the fluid supply rate to the reforming reaction is uniformized.

また、熱交換は、流体温度の不均一化を生じさせやすいので、流体の熱交換を行う熱交換部から流体を受給する流体通路の曲がり部に流速分散抑制部が装備されるように構成することが好ましい。   In addition, since heat exchange tends to cause non-uniformity in fluid temperature, the flow rate dispersion suppressing unit is configured to be provided in a bent portion of a fluid passage that receives fluid from a heat exchange unit that performs heat exchange of fluid. It is preferable.

C−2.上記実施例では、流速分散抑制部は、下流側旋回翼群114dを備える下流側内管112dと、上流側旋回翼群114uを備える上流側内管112uとを用いて流体を旋回させることによって流体を撹拌し、これにより流速を均一化させているが、たとえば図5に示すように、2つの内管112mに旋回翼の代わりに多数の孔を形成して流体を撹拌するように構成しても良い。 C-2. In the above embodiment, the flow velocity dispersion suppressing unit swirls the fluid by using the downstream inner tube 112d including the downstream swirl blade group 114d and the upstream inner tube 112u including the upstream swirl blade group 114u. As shown in FIG. 5, for example, a plurality of holes are formed in the two inner pipes 112m instead of swirling blades to stir the fluid. Also good.

C−3.上記実施例では、撹拌することによって流体の供給方向成分の流速の分散(ばらつき)を抑制しているが、たとえば曲がり部における流体の流体通路内壁からの剥離を抑制して流体通路からの流体の供給の不均一化を抑制するようにしても良い。かかる流体の剥離は、たとえば流体通路内壁に小さな突起を多数設けて近傍の流体の境界層に小さな多数の渦を発生させることによって抑制することができる(境界層制御)。本発明で使用する流速分散抑制部は、一般に、流体の供給方向成分の流速の分散を抑制するように構成されていれば良い。 C-3. In the above embodiment, the dispersion (variation) in the flow velocity of the component in the fluid supply direction is suppressed by stirring. However, for example, separation of the fluid from the inner wall of the fluid passage at the bent portion is suppressed, and the fluid from the fluid passage is prevented. You may make it suppress supply nonuniformity. Such fluid separation can be suppressed, for example, by providing a large number of small protrusions on the inner wall of the fluid passage and generating a large number of small vortices in the boundary layer of the nearby fluid (boundary layer control). Generally, the flow velocity dispersion suppressing unit used in the present invention only needs to be configured to suppress the dispersion of the flow velocity of the fluid supply direction component.

C−4.上記実施例では、曲がり部を有する流体通路としてU字型の流体通路110、120が使用されて流体の進行方向が180度曲げられているが、流体の進行方向をたとえば90度曲げる場合にも本発明は適用することができる。本発明は、角度に関わりなく、広く流体の進行方向を曲げる曲がり部を有する流体通路を使用する燃料改質装置に適用することができる。 C-4. In the above embodiment, the U-shaped fluid passages 110 and 120 are used as the fluid passages having the bent portions, and the fluid traveling direction is bent by 180 degrees. However, the fluid traveling direction may be bent by 90 degrees, for example. The present invention is applicable. The present invention can be applied to a fuel reformer that uses a fluid passage having a bent portion that bends the traveling direction of fluid widely regardless of the angle.

本発明の実施例における燃料電池システム10の概略構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system 10 in the Example of this invention. 本発明の実施例における燃料改質装置200のハードウェア構成を示すレイアウト図。The layout figure which shows the hardware constitutions of the fuel reforming apparatus 200 in the Example of this invention. 本発明を適用しなかった場合にU字型の流体通路110aの内部において流体が流れる様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows a mode that a fluid flows in the inside of the U-shaped fluid channel | path 110a when this invention is not applied. 本発明の実施例におけるU字型の流体通路110の内部構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the internal structure of the U-shaped fluid channel | path 110 in the Example of this invention. 本発明の変形例におけるU字型の流体通路の内部構成の一部を示す説明図。Explanatory drawing which shows a part of internal structure of the U-shaped fluid channel | path in the modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池システム
100…燃料電池
110、110a…流体通路
111d…下流側外管
111u…上流側外管
112d…下流側内管
112u…上流側内管
112m…変形例の内管
114d…下流側旋回翼群
114u…上流側旋回翼群
116d、116u…絞り形成板
118…連結管
120…流体通路
200…燃料改質装置
210…予混合燃料タンク
212…ポンプ
214…噴射弁
220…ブロワ
230…気化部
232…加熱部
240…改質部
250…第1の熱交換部
260…シフト部
270…水素分離部
270f…水素透過膜
272…供給室
274…抽出室
280…第2の熱交換部
290…浄化部
300…酸化ガス供給部
310…ブロワ
600…制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 100 ... Fuel cell 110, 110a ... Fluid passage 111d ... Downstream side outer tube 111u ... Upstream side outer tube 112d ... Downstream side inner tube 112u ... Upstream side inner tube 112m ... Modified inner tube 114d ... Downstream side Swirling blade group 114u ... Upstream swirl blade group 116d, 116u ... Restriction forming plate 118 ... Connecting pipe 120 ... Fluid passage 200 ... Fuel reformer 210 ... Premixed fuel tank 212 ... Pump 214 ... Injection valve 220 ... Blower 230 ... Vaporization Unit 232 ... heating unit 240 ... reforming unit 250 ... first heat exchange unit 260 ... shift unit 270 ... hydrogen separation unit 270f ... hydrogen permeable membrane 272 ... supply chamber 274 ... extraction chamber 280 ... second heat exchange unit 290 ... Purification unit 300 ... oxidizing gas supply unit 310 ... blower 600 ... control unit

Claims (7)

改質燃料から水素を生成する燃料改質装置であって、
反応部と、
前記反応部に流体を供給するとともに、前記流体の進行方向を曲げる曲がり部を有する流体通路と、
を備え、
前記曲がり部は、前記流体の供給方向成分の流速の分散を抑制する流速分散抑制部を備えることを特徴とする、燃料改質装置。
A fuel reformer that generates hydrogen from reformed fuel,
A reaction part;
A fluid passage having a bent portion for supplying a fluid to the reaction portion and bending a traveling direction of the fluid;
With
The fuel reforming apparatus according to claim 1, wherein the bending portion includes a flow velocity dispersion suppressing portion that suppresses dispersion of the flow velocity of the fluid supply direction component.
請求項1記載の燃料改質装置であって、
前記流速分散抑制部は、前記曲がり部において前記流体を撹拌する撹拌部を備える、燃料改質装置。
The fuel reformer according to claim 1, wherein
The said flow velocity dispersion | distribution suppression part is a fuel reformer provided with the stirring part which stirs the said fluid in the said bending part.
請求項2記載の燃料改質装置であって、
前記撹拌部は、前記流体通路の進行方向の軸の回りに前記流体を旋回させるように構成された流体旋回部を備える、燃料改質装置。
The fuel reformer according to claim 2, wherein
The fuel reformer, wherein the agitation unit includes a fluid swirl unit configured to swirl the fluid around an axis in a traveling direction of the fluid passage.
請求項2記載の燃料改質装置であって、
前記撹拌部は、前記流体通路の進行方向の軸の回りに前記流体を旋回させるように構成された上流側の第1の流体旋回部と下流側の第2の流体旋回部と、
を備え
前記第1の流体旋回部と前記第2の流体旋回部は、前記流体通路の進行方向の軸について逆方向に前記流体を旋回させるように構成されている、燃料改質装置。
The fuel reformer according to claim 2, wherein
The agitation unit includes an upstream first fluid swirl unit and a downstream second fluid swirl unit configured to swirl the fluid about an axis in a traveling direction of the fluid passage;
The fuel reformer is configured such that the first fluid swirl unit and the second fluid swirl unit are configured to swirl the fluid in a reverse direction with respect to an axis in a traveling direction of the fluid passage.
請求項2記載の燃料改質装置であって、
前記撹拌部は、前記流体通路の進行方向の軸の回りに前記流体を旋回させるように構成された上流側の第1の流体旋回部と下流側の第2の流体旋回部と、
を備え
前記第1の流体旋回部と前記第2の流体旋回部は、前記流体通路の進行方向の軸について同一方向に前記流体を旋回させるように構成されている、燃料改質装置。
The fuel reformer according to claim 2, wherein
The agitation unit includes an upstream first fluid swirl unit and a downstream second fluid swirl unit configured to swirl the fluid about an axis in a traveling direction of the fluid passage;
The fuel reformer is configured such that the first fluid swirling unit and the second fluid swirling unit are configured to swirl the fluid in the same direction with respect to an axis in a traveling direction of the fluid passage.
請求項1ないし5のいずれかに記載の燃料改質装置であって、
前記流体通路は、前記流体の熱交換を行う熱交換部から前記流体を受給する、燃料改質装置。
A fuel reformer according to any one of claims 1 to 5,
The fluid passage is a fuel reformer that receives the fluid from a heat exchange unit that performs heat exchange of the fluid.
請求項1ないし6のいずれかに記載の燃料改質装置であって、
前記反応部は、前記改質燃料を改質ガスに改質する改質反応を行う、燃料改質装置。
The fuel reformer according to any one of claims 1 to 6,
The said reaction part is a fuel reformer which performs the reforming reaction which reforms the said reformed fuel into reformed gas.
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