JP4952011B2 - ガス混合器及び水素生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、異なる組成のガスを混合するためのガス混合器、及びこのガス混合器が適用され改質原料を改質して水素を生成するための水素生成装置に関する。

例えば、燃料電池に供給する水素を得るための水素供給装置として、水蒸気改質を含む改質反応によって炭化水素原料を水素含有ガスに改質する、改質式の水素供給装置が考えられている（例えば、特許文献１参照）。このような水素供給装置では、吸熱反応である改質反応を維持するため、改質反応を行う改質部と該改質部に熱を付与する燃焼部とを隣接して設け、改質反応を連続して行い得るように構成されている。そして、この燃焼部の燃料として、燃料電池のアノードオフガスを用いることが考えられている。アノードオフガスは、燃料電池の運転温度に近い比較的高温で燃焼部に供給されるので、燃焼ガスの温度上昇による顕熱ロスが少ないメリットがある。
特開２００１−２８３８９０明細書

ところで、改質部を加熱するための燃焼部においてアノードオフガスを触媒燃焼させる構成を採る場合、上記の如く比較的高温で供給されるアノードオフガスが燃焼用空気（支燃ガス）との接触によって自己着火し、燃焼部で気相燃焼が生じてしまうことが懸念される。この自己着火は、アノードオフの濃度が局所的に高い部分で生じやすいので、アノードオフガスと燃焼用空気とを均一に混合する混合器を設けることが自己着火の防止対策となり得る。

本発明は、上記事実を考慮して、組成の異なるガスを均一に混合することができるガス混合器を得ることが第１の目的である。また、本発明は、上記ガス混合器を適用して、自己着火を防止することができる水素生成装置を得ることが第２の目的である。

上記第１の目的を達成するために請求項１記載の発明に係るガス混合器は、複数の仕切板を積層することで、第１ガスを導入するための第１ガス流路と、前記積層方向から見て前記第１ガス流路とで所定角度の鋭角を成す直線形状とされ第２ガスを導入するための第２ガス流路とが、前記仕切板を介して隣接した単位隣接流路部が複数形成されているガス導入部と、前記ガス導入部を構成する各単位隣接流路部において前記第１ガス流路の下流端部と前記第２ガス流路の下流端部とを前記仕切板における下流端部側に設けられた連通路にて連通して、前記積層方向から見て前記第１ガス流路とでガス流方向が直線となるように設けられ、該単位隣接流路部毎に第１ガス流路の第１ガスと第２ガス流路の第２ガスとを混合するための隣接ガス混合部と、前記隣接ガス混合部における前記連通路に対する下流側に配置され、前記第１ガスを第２ガス側に案内するガス案内手段と、複数の前記隣接ガス混合部から流出した混合ガスを下流側の装置に供給する前に合流させる混合ガス合流部と、を備えている。

請求項１記載のガス混合器では、ガス導入部に独立して供給され各単位隣接流路部を構成する第１ガス流路、第２ガス流路を独立して流れる第１ガスと第２ガスとが、それぞれ隣接ガス混合部にて混合され、各隣接ガス混合部から流出した混合ガスが下流側に位置する混合ガス消費装置等に供給される。ここで、本ガス混合器では、各単位隣接流路部の第１流路第２流路にそれぞれ第１ガス、第２ガスが分散されるので、各単位隣接流路部を流れる第１ガス第２ガスは、それぞれ流量が小さく濃度のばらつきが小さい。そして、各隣接ガス混合部において、それぞれ流量が小さく濃度のばらつきが小さい第１ガスと第２ガスとが（他の隣接ガス混合部とは）独立して混合されるため、第１ガスと第２ガスとはバラつきのない流量バランス（流量比）で良好に混合される。

このように、請求項１記載のガス混合器では、組成の異なるガスを均一に混合することができる。特に、第１ガス流路、第２ガス流路の仕切板積層方向の寸法が小さい構成、例えば、扁平構造やマイクロチャンネル構造では、単位隣接流路部の第１ガスと第２ガスとが合流する予備混合部において高いせん断力を受けてガス流方向に拡散する（流れが乱れる）ため、混合が促進される。

また、本ガス混合器では、隣接ガス混合部は、単位隣接流路部を構成する第１ガス流路と第２ガス流路との間に介在している仕切板に設けられた連通路において、第１ガス流路と第２ガス流路とを連通している。連通路は、仕切板に切欠部や切り抜き部（孔）を設けて構成される。これにより、別部材を設けることのない簡単な構造で、各単位隣接流路部に連続する隣接ガス混合部が構成される。

また、本ガス混合器では、第１ガス流路を流通して連通部に至った第１ガスは、ガス案内手段に案内されて、該第１ガス流路とで単位隣接流路部を構成する第２ガス流路下流側に向けてガス流方向が強制的に変換される。これにより、第１ガスと第２ガスとが直接的に衝突するため、上記したせん断作用に頼ることなく、これらの混合が促進される。なお、第２ガス流路側にも連通路の下流で第２ガスを第１ガス側に案内するガス案内部を設けても良い。

また、本ガス混合器では、隣接ガス混合部に導入される（直前の）第１ガスのガス流方向と第２ガスのガス流方向とが異なるため、換言すれば、積層方向から見て第１ガスの速度ベクトルと第２ガスの速度ベクトルとが交差する部分に隣接ガス混合部が配設されているため、第１ガスと第２ガスとの混合が一層促進される。すなわち、ガスのせん断作用（流速差）を利用する構成では、第１ガスと第２ガスとの拡散方向を異ならせて混合効果が増大し、ガス案内手段を有する構成では、積層方向にも速度ベクトルを交差させることで混合効果が増大する。

また、本ガス混合器では、第１ガスは、マクロ的には積層方向から見て第１ガス流路、隣接ガス混合部、ガス合流部を直線的に流れ、第２ガスは隣接ガス混合部において斜め方向から第１ガスに合流し、流れ方向を変化しながら第１ガスと混合される。これにより、例えば、第１ガス流路と第２ガス流路とをガス合流部（混合ガスの流れ方向）に対し対称に形成した構成と比較して、混合性能が向上する。また、一方のガス流を直線状にするので、各ガス流の圧力損失を低減することができる。

請求項２記載の発明に係るガス混合器は、複数の仕切板を積層することで、第１ガスを導入するための第１ガス流路と第２ガスを導入するための第２ガス流路とが前記仕切板を介して隣接した単位隣接流路部が複数形成されているガス導入部と、前記ガス導入部において前記積層方向及び第１ガスのガス流方向に延在し、前記第１ガス流路を区画する複数の第１隔壁と、前記ガス導入部において前記積層方向及び第２ガスのガス流方向に延在し、前記第１ガスと第２ガスとの流量比が所定値である場合に前記第１ガス流路の圧力損失と第２ガス流路の圧力損失とが一致するように、前記第２ガス流路を区画する間隔が設定された複数の第２隔壁と、前記ガス導入部を構成する各単位隣接流路部において前記第１ガス流路の下流端部と前記第２ガス流路の下流端部とを連通して設けられ、該単位隣接流路部毎に第１ガス流路の第１ガスと第２ガス流路の第２ガスとを混合するための隣接ガス混合部と、複数の前記隣接ガス混合部から流出した混合ガスを下流側の装置に供給する前に合流させる混合ガス合流部と、を備えている。

請求項２記載のガス混合器では、ガス導入部に独立して供給され各単位隣接流路部を構成する第１ガス流路、第２ガス流路を独立して流れる第１ガスと第２ガスとが、それぞれ隣接ガス混合部にて混合され、各隣接ガス混合部から流出した混合ガスが下流側に位置する混合ガス消費装置等に供給される。ここで、本ガス混合器では、各単位隣接流路部の第１流路第２流路にそれぞれ第１ガス、第２ガスが分散されるので、各単位隣接流路部を流れる第１ガス第２ガスは、それぞれ流量が小さく濃度のばらつきが小さい。そして、各隣接ガス混合部において、それぞれ流量が小さく濃度のばらつきが小さい第１ガスと第２ガスとが（他の隣接ガス混合部とは）独立して混合されるため、第１ガスと第２ガスとはバラつきのない流量バランス（流量比）で良好に混合される。
このように、請求項２記載のガス混合器では、組成の異なるガスを均一に混合することができる。特に、第１ガス流路、第２ガス流路の仕切板積層方向の寸法が小さい構成、例えば、扁平構造やマイクロチャンネル構造では、単位隣接流路部の第１ガスと第２ガスとが合流する予備混合部において高いせん断力を受けてガス流方向に拡散する（流れが乱れる）ため、混合が促進される。
また、本ガス混合器では、第１ガスと第２ガスとの流量比が所定値である場合にガス導入部を通過する第１ガスの圧力損失と第２ガスの圧力損失とが略一致するため、両ガスを小さいエネルギで送出して混合することができる。

請求項３記載の発明に係るガス混合器は、請求項１記載のガス混合器において、前記ガス導入部は、前記積層方向及び第１ガスのガス流方向に延在し前記第１ガス流路を区画する複数の第１隔壁と、前記積層方向及び第２ガスのガス流方向に延在し前記第２ガス流路を区画する複数の第２隔壁とを有し、前記第１ガスと第２ガスとの流量比が所定値である場合に前記第１ガス流路の圧力損失と第２ガス流路の圧力損失とが一致するように、前記第１隔壁間の間隔と第２隔壁間の間隔とが設定されている。

請求項２及び請求項３記載の発明に係るガス混合器では、第１隔壁間、第２隔壁間の間隔が大きくなれば圧力損失（背圧）は低減し、第１隔壁間、第２隔壁間の間隔が小さくなれば圧力損失は増大するので、これら第１隔壁間、第２隔壁間の間隔の設定によって第１ガスの圧力損失と第２ガスの圧力損失とを略一致させている。

上記第２の目的を達成するために請求項４記載の発明に係る水素生成装置は、供給された改質原料から水素含有ガスを生成する改質反応を行う改質部と、供給された燃料を燃焼させて生じた熱を、前記改質反応を進行するための熱として前記改質部に供給する加熱部と、燃料電池のアノード出口から排出された前記燃料としてのアノードオフガス及び前記燃料電池の冷媒出口から排出され前記アノードオフガスを燃焼するための酸素を含む冷却オフガスの何れか一方を前記第１ガスとするとともに他方を前記第２ガスとして、該燃料と支燃ガスとの混合ガスを前記加熱部に供給するために適用された請求項１〜請求項３の何れか１項記載のガス混合器と、を備えている。

請求項４記載の水素生成装置では、加熱部は、ガス混合器によって混合された燃料と支燃ガスとの混合ガスが導入され、該混合ガス中の燃料を燃焼させることで生じた熱を、改質部に供給している。改質部では、加熱部から供給された熱を吸収しつつ改質反応が生じ、水素含有ガスが生成される。ここで、加熱部に導入される混合ガスは、請求項１乃至請求項８の何れか１項記載のガス混合器にて混合されているため、均一に混合されて局所的に燃料濃度が高い部分が生じることが防止され、加熱部に導入される前に燃料が自己着火を生じることが防止される。

このように、請求項４記載の水素生成装置では、自己着火を防止することができる。これにより、例えば加熱部に比較的高温の燃料や支燃ガスを導入することが可能となり、これら燃料や支燃ガスの顕熱を改質反応に供することも可能となる。

以上説明したように本発明に係るガス混合器は、組成の異なるガスを均一に混合することができるという優れた効果を有する。

また、本発明に係る水素生成装置は、上記ガス混合器を適用して、自己着火を防止することができるという優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係るガス混合器６０について、図１乃至図５に基づいて説明する。先ずガス混合器６０が適用された水素生成装置１０を含む燃料電池システム１２の全体システム構成を説明し、次いで、ガス混合器６０について詳細に説明することとする。

図４には、水素生成装置１０が適用された燃料電池システム１２のシステム構成図（プロセスフローシート）が示されている。この図に示される如く、水素生成装置１０は、水素を含有する燃料ガスを燃料電池１４に供給するようになっている。

燃料電池１４は、水素を含有する燃料ガスをアノード電極に導入するためのアノード流路１６と、酸化ガスとしての酸素を含有するカソード用空気をカソード電極に導入するためのカソード流路１８とを備えており、アノード電極に供給された水素とカソード電極に供給された酸素とが電気化学的に反応することで、起電力が生じるようになっている。具体的には、燃料電池１４は、図５に示す単セル２０が積層されたスタックを有して構成されている。単セル２０は、電解質層２２を一対のセパレータ２４、２６にて両側から挟み込んで構成されている。各セパレータ２４、２６は、導電性でかつガス不透過性の材料（例えばカーボン）等で構成されている。一方のセパレータ２４には、電解質層２２側に開口してカソード流路１８が形成されており、他方のセパレータ２４には、電解質層２２側に開口してアノード流路１６が形成されている。

電解質層２２は、固体酸化物である電解質膜２２Ａと、電解質膜２２Ａのセパレータ２４側に配置されたカソード２２Ｂと、電解質膜２２Ａのセパレータ２６側に配置されたアノード２２Ｃとで構成されている。電解質膜２２Ａは、例えばＢａＣｅＯ₃系、ＳｒＣｅＯ₃系等のペロブスカイト系電解質膜とすることができる。また、カソード２２Ｂ（カソード触媒）としては、例えば白金（Ｐｔ）系の拡散層を有するものが用いられる。

アノード２２Ｃは、セパレータ２６側の水素分子解離層２８と、電解質膜２２Ａ側の水素分離膜３０とを積層して構成されている。水素分子解離層２８としては、例えばパラジウム薄膜が用いられ、このパラジウム薄膜がアノード電極の触媒としても機能するようになっている。なお、アノード電極の触媒として、必要に応じて白金系の触媒を採用しても良い。水素分離膜３０は、例えば、バナジウム膜等の水素の選択的透過性を有する金属が用いられる。なお、水素分子解離層２８と水素分離膜３０との積層膜を水素分離膜として把握することも可能である。

以上説明した燃料電池１４（単セル２０）では、アノード流路１６に導入された燃料ガス中の水素がアノード２２Ｃ（水素分子解離層２８）においてプロトン化され、このプロトンが水素分離膜３０を透過して電解質膜２２Ａに至り、さらにカソード２２Ｂに移動する。このカソード２２Ｂにおいて、このプロトンとカソード流路１８に導入された酸素とが反応して水（水蒸気）が生成される。このプロトンの移動に伴って電子がアノード２２Ｃ（セパレータ２６）から外部導体を通じてカソード（セパレータ２４）に向けて流れ、発電が行われる。

これにより、燃料電池１４は、アノード流路１６に水素含有の燃料ガスを供給すると共にカソード流路１８にカソード用空気を供給することで、発電を行う構成が実現されている。すなわち、燃料電池システム１２では、燃料電池１４に供給する前の燃料ガスから水素のみを分離することなく、水素と他のガスとの混合ガスをアノード流路に供給して発電を行うことができる構成とされている。

この水素分離膜３０を備えた燃料電池１４は、水素分離膜３０が高温になると拡散を生じ、また低温の水素分離膜３０が水素と接触すると水素脆化によって劣化する恐れがあるため、運転温度を所定の温度範囲（例えば、２００℃〜７００℃、好ましくは３００℃〜６００℃、より好ましくは４００℃〜５００℃）に保つようになっている。具体的には、燃料電池システム１２では、図４に模式的に示す如く、燃料電池１４内（単セル２０間）に冷媒流路３２が設けられており、この冷媒流路３２を通過する冷媒（この実施形態では、空気）によって燃料電池１４の運転温度を上記した所定の温度範囲内に保つ構成とされている。

燃料電池システム１２は、燃料電池１４のカソード流路１８に酸素含有ガスとしてのカソード用空気を供給するためのカソード用空気ポンプ３４を備えている。カソード用空気ポンプ３４の吐出部は、下流端がカソード流路１８のカソード用空気入口１８Ａに接続されたカソード用空気供給ライン３６の上流端が接続されている。一方、カソード流路１８のカソードオフガス出口１８Ｂには、カソードオフガスライン３８の上流端が接続されている。この実施形態では、水蒸気及び酸素（空気）を含むカソードオフガスを水素生成装置１０の改質器４５（後述）で改質用ガスとして利用するために、カソードオフガスライン３８の下流端は水素生成装置１０に導入されている。この構成については後述する。

また、燃料電池システム１２は、燃料電池１４の冷媒流路３２に冷媒として冷却用空気を供給するための冷却用空気ポンプ４０を備えている。冷却用空気ポンプ４０の吐出部は、下流端が冷媒流路３２の冷媒入口３２Ａに接続された冷媒ライン４２の上流端が接続されている。一方、冷媒流路３２の冷媒出口３２Ｂには、冷却オフガスライン４４の上流端が接続されている。この実施形態では、酸素を含む冷却オフガスを水素生成装置１０の改質器４５で支燃ガスとして利用するために、冷却オフガスライン４４の下流端は水素生成装置１０に導入されている。この構成については後述する。

水素生成装置１０は、炭化水素原料を改質して水素を含有する燃料ガスを得る改質式の水素供給源とされている。したがって、水素生成装置１０は、改質反応を行うための改質器４５を備えており、改質器４５は、改質反応を行う改質部４６と該改質部４６に改質用の熱を付与する加熱部４８とを備えている。以下、具体的に説明する。

改質部４６は、供給される炭化水素ガス（ガソリン、メタノール、天然ガス等）と改質用ガス（水蒸気、酸素）を触媒反応させることで、水素ガスを含む燃料ガスを生成する（改質反応を行う）ようになっている。改質反応は、以下の式（１）乃至（４）で表される各反応を含む。したがって、改質工程で得た燃料ガスには、水素（Ｈ₂）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ₄）、分解炭化水素や未反応の原料炭化水素（Ｃ_xＨ_y）等の可燃性ガス、及び二酸化炭素（ＣＯ₂）、水（Ｈ₂Ｏ）等の不燃性ガスを含むようになっている。

Ｃ_nＨ_m＋ｎＨ₂Ｏ → ｎＣＯ ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｈ₂ … （１）
Ｃ_nＨ_m＋ｎ／２Ｏ₂ → ｎＣＯ ＋ ｍ／２Ｈ₂ … （２）
ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ ⇔ ＣＯ₂＋Ｈ₂ … （３）
ＣＯ＋３Ｈ₂ ⇔ ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ … （４）
この改質反応の中で主となる式（１）の水蒸気改質反応は吸熱反応であり、かつ所定の温度以上（本実施形態では、７００℃〜８００℃程度）で行われることで、燃料電池１４の運転温度と略同域である４００℃〜５００℃の燃料ガスを生成するようになっている。このため、改質器４５は、改質部４６に改質反応を行い得る熱を供給して改質反応を維持させる加熱部４８を有している。加熱部４８は、内部に酸化触媒４９（図２参照）を有して改質部４６に隣接して設けられており、燃料を触媒燃焼させて得た熱を隔壁５０を介して改質部４６に供給するようになっている。このため、燃焼ガス等の熱媒（流体）を介して改質部を加熱する構成のように熱量を温度に変換することなく、改質部４６に熱量を直接的に付与することができる構成とされている。この実施形態では、改質器４５は、図２に示される如く、改質部４６と加熱部４８とが隔壁部５０を介して交互に積層されて熱交換型の改質器として構成されている。この図２に示される如く、酸化触媒４９は、加熱部４８の内面すなわち隔壁部５０に固定的に支持されている。

この水素生成装置１０は、図示しない燃料タンクに貯留している炭化水素原料を改質器４５の改質部４６に供給するための原料ポンプ５２を備えており、原料ポンプ５２の吐出部は原料供給ライン５４を介して改質部４６の原料入口４６Ａに接続されている。また、この原料供給ライン５４には、上記したカソードオフガスライン３８の下流端が合流している。これにより、改質部４６には、原料入口４６Ａから炭化水素原料及び改質用ガスとしてのカソードオフガス（水蒸気及び酸素）が共に供給される構成とされている。なお、原料供給ライン５４とカソードオフガスライン３８との合流部に混合器やインジェクタなどを設けて炭化水素原料と改質用ガスとの混合を促進するように構成しても良い。

さらに、改質部４６の燃料ガス出口４６Ｂは、下流端が燃料電池１４の燃料ガス入口１６Ａに接続された燃料ガス供給ライン５６の上流端に接続されている。これにより、改質部４６において炭化水素原料とカソードオフガスとを反応させて生成された水素含有の燃料ガスが燃料電池１４のアノード流路１６に供給されるようになっている。一方、上記の通り水素分離膜３０を備えた燃料電池１４は、燃料ガスのうち水素のみを消費して発電を行うようになっている。このため、アノードオフガスには、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（Ｃ_xＨ_y）等の可燃性ガスが含まれており、水素生成装置１０（改質器４５）は、燃料電池１４のアノードオフガスを加熱部４８の燃料として利用する構成とされている。すなわち、上流端がアノード流路１６のアノードオフガス出口１６Ｂに接続されたアノードオフガスライン５８は、その下流端が水素生成装置１０に導入されている。

したがって、水素生成装置１０すなわち改質器４５では、可燃ガスであるアノードオフガスを、冷却オフガス（中の酸素）を支燃ガスとして加熱部４８にて触媒燃焼させ、改質部４６の改質反応を維持する熱を確保する構成とされている。アノードオフガス及び冷却オフガスは、それぞれ燃料電池１４の運転温度に相当する温度（４００℃〜５００℃程度）で供給され、６００℃〜８００℃程度の温度域での触媒燃焼を生じる構成とされている。この加熱部４８から熱量供給を受けて、改質部４６は、上記の通り燃料電池１４の運転温度域と略同域の温度とされた燃料ガスを生成し、燃料電池１４に供給するようになっている。これにより、燃料電池システム１２では、熱交換器等を備えることなく熱効率の高い構成が実現されている。なお、運転状況に応じて（発熱量を制御するために）、カソードオフガス、冷却オフガスの一部を系外に排出する（改質部４６、加熱部４８への供給量を調節する）ように構成しても良い。

そして、本発明の実施形態に係る水素生成装置１０は、アノードオフガスと冷却オフガスとを加熱部４８に供給する前に混合するためのガス混合器６０を備えている。すなわち、ガス混合器６０は、その可燃ガス入口６０Ａにアノードオフガスライン５８の下流端が接続されると共に、その支燃ガス入口６０Ｂに冷却オフガスライン４４の下流端が接続されている。また、ガス混合器６０は、その混合ガス出口６０Ｃが加熱部４８の混合ガス入口４８Ａに接続されている。これにより、加熱部４８は、アノードオフガスと冷却オフガスとが略均一に混合された混合ガスがガス混合器６０から供給されるようになっている。また、加熱部４８の燃焼排ガス出口４８Ｂは、排ガスライン６２を介して排気部６４に接続されている。排気部６４は、燃焼排ガスを浄化して系外（大気中）に排気する構成とされている。
（混合器の構成）
図２に示される如く、ガス混合器６０は、アノードオフガス、冷却オフガスを、混合前に交互に積層配置された可燃ガス分割流路６６、支燃ガス分割流路６８に分割するガス流分割部７０を備えている。この実施形態では、後述するプレート本体９４を介して積層方向に隣接する１つの可燃ガス分割流路６６と１つの支燃ガス分割流路６８で隣接ユニット７４が構成されており、ガス流分割部７０は多数の単位隣接流路部としての隣接ユニット７４が積層されて構成されていると把握することができる。

各隣接ユニット７４では、可燃ガス分割流路６６、支燃ガス分割流路６８の下流端が連通されて隣接ガス混合部７６が形成されている。したがって、ガス流分割部７０の下流端には、それぞれの隣接ユニット７４でアノードオフガスと冷却オフガスとが混合される隣接ガス混合部７６が多数積層された分割混合部７５が配設されている。隣接ガス混合部７６の下流には、下流側に向けて徐々に流路断面を拡大するテーパ状の拡大混合部７８の上流端に連続している。拡大混合部７８の下流端は、加熱部４８の混合ガス入口４８Ａに断面形状が一致されており、混合ガス入口４８Ａに連通して接続されている。なお、この実施形態では、加熱部４８は、扁平形状の複数の流路に分割されており、同様に分割されている改質部４６と交互に積層されて熱交換型の改質器４５を構成している。

以上説明したガス混合器６０の具体的な構成例を説明する。図１に示される如く、ガス混合器６０は、混合器本体８０を備えている。混合器本体８０は、可燃ガス入口６０Ａが設けられた可燃ガス導入管部８２と、支燃ガス入口６０Ｂが設けられた支燃ガス導入管部８４と、アノードオフガスと冷却オフガスとを混合させるための分割混合部７５が配設される混合管部８６とが三叉状に連通して構成されている。この実施形態では、混合器本体８０は、支燃ガス導入管部８４と混合管部８６とが略一直線状に配置され、可燃ガス導入管部８２が所定角度で混合管部８６に合流する如く平面視で略「ｙ」字状を成している。

したがって、平面視では、冷却オフガスが略直線状（図１に示す矢印Ａ方向に沿って）に支燃ガス導入管部８４から混合管部８６に向けて流れ、アノードオフガスは、矢印Ａ方向に対し所定角度を成す矢印Ｂ方向に流れて混合管部８６に至り、矢印Ａ方向に流れ方向を変換するようになっている。

混合器本体８０内には、ガス流分割部７０、分割混合部７５（各隣接ガス混合部７６）を構成する積層コア８８が配設されている。図３に示される如く、積層コア８８は、複数の可燃ガス流路形成プレート９０、支燃ガス流路形成プレート９２を交互に積層して構成されている。可燃ガス流路形成プレート９０、支燃ガス流路形成プレート９２は、可燃ガス分割流路６６と支燃ガス分割流路６８とを隔てる平板状のプレート本体９４を備えている。

プレート本体９４は、可燃ガス導入管部８２、支燃ガス導入管部８４、混合管部８６のそれぞれに入り込むように、平面視で略「ｙ」字状に形成されている。このプレート本体９４における可燃ガス導入管部８２に入り込む部分を可燃側プレート部９４Ａ、支燃ガス導入管部８４に入り込む部分を支燃側プレート部９４Ｂ、混合管部８６に入り込む部分を混合プレート部９４Ｃと言うこととする。

また、可燃ガス流路形成プレート９０、支燃ガス流路形成プレート９２は、プレート本体９４の周縁における矢印Ａ方向両端及び矢印Ｂ方向の上流端を除く部分から立設された外壁９６を備えている。さらに、可燃ガス流路形成プレート９０は、外壁９６における可燃側プレート部９４Ａと支燃側プレート部９４Ｂとが鋭角を成す角部９６Ａから矢印Ｂ方向に沿って延設され支燃側プレート部９４Ｂ（支燃ガス入口６０Ｂ）と混合プレート部９４Ｃ（可燃ガス分割流路６６）とを隔てるガス間隔壁９８を備えている。一方、支燃ガス流路形成プレート９２は、外壁９６の角部９６Ａから矢印Ａ方向に沿って延設され可燃側プレート部９４Ａ（可燃ガス入口６０Ａ）と混合プレート部９４Ｃ（支燃ガス分割流路６８）とを隔てるガス間隔壁１００を備えている。

そして、この実施形態では、可燃ガス流路形成プレート９０における混合プレート部９４Ｃの矢印Ａ方向下流側部分に、隣接ガス混合部７６を構成する連通路としての切欠部１０２が形成されている。したがって、可燃ガス流路形成プレート９０は、その下側（プレート本体９４側）に隣接する支燃ガス流路形成プレート９２とで隣接ユニット７４を構成し、切欠部１０２によって可燃ガス分割流路６６と支燃ガス分割流路６８とが合流する隣接ガス混合部７６を構成している。

また、この実施形態では、可燃ガス流路形成プレート９０は、矢印Ｂ方向に沿って長手とされプレート本体９４から外壁９６と同じ側に立設されて可燃ガス分割流路６６を複数の並行流路６６Ａに分割する流路間隔壁１０４を備えている。流路間隔壁１０４は、その上流端が可燃側プレート部９４Ａの矢印Ｂ方向上流縁部とされると共に、その下流端が切欠部１０２の上流縁部とされている。同様に、支燃ガス流路形成プレート９２は、矢印Ａ方向に沿って長手とされ、プレート本体９４から外壁９６と同じ側に立設されて支燃ガス分割流路６８を複数の並行流路６８Ａに分割する流路間隔壁１０６を備えている。流路間隔壁１０６は、その上流端が支燃側プレート部９４Ｂの矢印Ａ方向上流縁部とされると共に、その下流端が混合プレート部９４Ｃの下流端とされている。これら流路間隔壁１０４、１０６にて分割された並行流路６６Ａ、６８Ａは所謂マイクロチャンネル構造とされている。さらに、可燃ガス側の流路間隔壁１０４を切欠部１０２の下流縁部まで延伸した構成としても良い。その場合、流路間隔壁１０４における切欠部１０２の上流縁部から下流縁部までは、流路間隔壁１０６と接するよう平行に配置することが好ましい。

以上説明した可燃ガス流路形成プレート９０、支燃ガス流路形成プレート９２を交互に積層して気密に接合することで、ガス流分割部７０、分割混合部７５が形成された積層コア８８が構成されており、この積層コア８８を混合器本体８０に収容することで、ガス混合器６０が構成されている。

以上まとめると、ガス混合器６０は、可燃ガス入口６０Ａから可燃ガス導入管部８２を通じて積層コア８８内に形成された各可燃ガス分割流路６６に導入され、切欠部１０２すなわち隣接ガス混合部７６に至ったアノードオフガスＧａ（図２参照）が、支燃ガス入口６０Ｂから支燃ガス導入管部８４を通じて積層コア８８内に各支燃ガス分割流路６８を流れる冷却オフガスＧｒに対し隣接ガス混合部７６にて合流して混合されるようになっている。また、ガス混合器６０では、分割混合部７５の各隣接ガス混合部７６でアノードオフガスＧａと冷却オフガスＧｒとが混合した混合ガスＧｍが、拡大混合部７８にてさらに混合され、又は均一な混合状態を維持しつつ加熱部４８に送給されるようになっている。

また、ガス混合器６０は、アノードオフガスの流量と冷却オフガスの流量とが一定の流量比である場合（燃焼ストイキが略一定である場合）に、ガス混合器６０でのアノードオフガスの圧力損失と冷却オフガスの圧力損失とが略一定となるように各部の寸法、形状が決められている。この実施形態では、図１に示される如く、可燃ガス分割流路６６の可燃ガス入口６０Ａから隣接ガス混合部７６までの流路長さＬａと、支燃ガス分割流路６８の支燃ガス入口６０Ｂから隣接ガス混合部７６までの流路長さＬｒとが同じである設定とされている。さらに、冷却オフガスの方がアノードオフガスよりも流量が大きいことを考慮して、該冷却オフガスの流れ方向を矢印Ａに沿う一直線としている。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。

上記構成の水素生成装置１０を備えた燃料電池システム１２では、この水素生成装置１０の改質器４５において改質部４６が加熱部４８からの熱供給を受けつつ行う改質反応によって生成した水素含有の燃料ガスが、燃料ガス供給ライン５６を通じて燃料電池１４のアノード流路１６に供給される。この燃料電池１４のカソード流路１８には、カソード用空気供給ライン３６を通じてカソード用空気ポンプ３４からのカソード用空気が常時供給されている。そして、燃料電池１４では、アノード流路１６に導入された燃料ガス中の水素がアノード２２Ｃ（水素分子解離層２８）においてプロトン化され、このプロトンが水素分離膜３０を透過して電解質膜２２Ａに至り、さらにカソード２２Ｂに移動する。このプロトンの移動に伴って電子がアノード２２Ｃ（セパレータ２６）から外部導体を通じてカソード（セパレータ２４）に向けて流れ、発電が行われる。また、カソード２２Ｂにおいて、プロトンとカソード流路１８に導入された酸素とが反応して水（水蒸気）が生成される。またこのとき、燃料電池１４は、冷媒ライン４２を通じて供給される冷却用空気ポンプ４０の冷却用空気によって冷却され、発電（発熱反応）に伴う温度上昇が防止され、運転温度が一定の範囲に維持される。

そして、上記の通りカソード２２Ｂで生成した水蒸気を含むカソードオフガスは、カソードオフガスライン３８を経由して原料供給ライン５４に合流し、原料ポンプ５２からの炭化水素原料と共に改質用ガスとして改質部４６に供給される。改質部４６では、炭化水素原料及びカソードオフガス（の水蒸気及び酸素）が改質触媒と接触することで上式（１）乃至（４）の反応を含む改質反応が行われて、水素、一酸化炭素等を含む燃料ガスが生成され、この燃料ガスは上記の通り燃料電池１４に供給される。

また、燃料電池１４のアノードオフガスは、アノードオフガスライン５８を通じてガス混合器６０の可燃ガス導入管部８２に導入され、燃料電池１４の冷却オフガスは、冷却オフガスライン４４を通じてガス混合器６０の支燃ガス導入管部８４に導入される。アノードオフガス及び冷却オフガスは、それぞれガス流分割部７０において独立して安定した濃度分布の微小流に分割され、隣接ガス混合部７６で予混合される。このとき、図２に模式的に示す如く、断面視扁平状の多数の微小流路を通過するアノードオフガスＧａ及び冷却オフガスＧｒには、それぞれせん断力が作用し、またアノードオフガスＧａと冷却オフガスＧｒとには、隣接ガス混合部７６（連通空間）への突出流速の差に基づく高いせん断力が作用する。このため、隣接ガス混合部７６に突出したアノードオフガスＧａ及び冷却オフガスＧｒは、それぞれ流れ方向に拡散したり渦を形成して相手方ガスと効率的に混合し、混合ガスＧｍになる。

さらに、各隣接ガス混合部７６から拡大混合部７８に突出した混合ガスＧｍは、拡大混合部７８にて拡散したり渦を形成してより均一に混合されつつ（少なくとも良好な混合状態を維持しつつ）下流側に送給される。そして、ガス混合器６０で混合された混合ガスＧｍは、加熱部４８に導入されて酸化触媒４９に接触して触媒燃焼を生じる。この触媒燃焼に伴う発熱が隔壁部５０を介して隣接する改質部４６に供給され、改質部４６における吸熱反応である改質反応が維持される。すなわち、燃料電池１４への水素供給、燃料電池１４による発電が維持される。加熱部４８で生成された燃焼排ガスは、排ガスライン６２を経由して導入された排気部６４にて浄化され、系外に排気される。

ここで、水素生成装置１０では、アノードオフガス及び冷却オフガスを加熱部４８に供給する前に混合するガス混合器６０を設けたため、このような混合器を備えない構成と比較して、アノードオフガスと冷却オフガスとの混合時間、すなわち酸化触媒４９への接触前の混合のためにアノードオフガスと冷却オフガスとが気相で接触する気相滞在時間が短縮される。

特に、ガス混合器６０は、それぞれ独立して（混合前に）多数の微小流に分割されたアノードオフガスと冷却オフガスとが、先ず隣接ガス混合部７６において共通の隣接ユニット７４を構成する（隣接する）流路の互いに安定した濃度分布の相手方ガスと微小流量同士で予混合されるので、アノードオフガスＧａと冷却オフガスＧｒとが同等の流量分布の部分間において、バラつきの少ない流量バランス（流量比）で良好に混合される。

しかも、ガス混合器６０のガス流分割部７０は、それぞれ扁平状に形成された多数の可燃ガス分割流路と支燃ガス分割流路とが交互に積層されて構成されているため、上記の通りアノードオフガスＧａ及び冷却オフガスＧｒには高いせん断力が作用し、さらに隣接ガス混合部７６への突出速度の差によるせん断力が作用するため、これらのガスがより効率的に混合される。すなわち、隣接ガス混合部７６の混合ガスＧｍは、アノードオフガスＧａと冷却オフガスＧｒとのマクロ的な混合比に略一致する混合比をミクロ的にも確保した微小混合ガスの集合のように、局所的な高濃度部分が存在しないきわめて均一に混合される。

またここで、ガス混合器６０では、平面視で直線的に流れる冷却オフガスＧｒに対しアノードオフガスＧａを所定角度で合流させる構成であるため、アノードオフガスＧａと冷却オフガスＧｒとを合流部分に対し対称となる流れで合流させる構成と比較して、ガスの混合性能が向上することが実験的に確かめられている。以上により、ガス混合器６０では、アノードオフガスＧａと冷却オフガスＧｒとの均一混合が促進され易く、加熱部４８に供給される前の混合ガスＧｍ中に局所的に可燃ガス濃度が高い部位が生じることが抑制される。この実施形態では、混合ガスＧｍの可燃成分の濃度分布について、±５％以内を実現した。

さらに、それぞれ微小量に分割されたガスを上記の如く高いせん断力の作用によって混合するため、アノードオフガスと冷却オフガスとの上記均一な混合に要する空間的距離及び混合時間、すなわち混合ガスの気相滞在時間が短縮される。このため、ガス混合器６０が適用された水素生成装置１０では、アノードオフガスＧａと冷却オフガスＧｒとをガス混合器６０を短時間で通過させることができ、アノードオフガス（中の可燃成分）の自己着火を抑制することができる。これにより、水素生成装置１０では、４００℃〜５００℃でガス混合器６０（加熱部４８）に導入されるアノードオフガスが、同域の温度の冷却オフガスに接触することによる自己着火に伴う気相燃焼の発生が抑制される。また、仮に気相燃焼が生じた場合でも、ガス混合器６０によってアノードオフガスと冷却オフガスとが均一に混合されることで、可燃成分の濃度が極端に高い部分は生じないので、加熱部４８での気相燃焼に伴う燃焼温度が抑制される。

このように、第１の実施形態に係るガス混合器６０では、組成の異なるアノードオフガスと冷却オフガスとを均一に混合することができる。また、ガス混合器６０が適用された水素生成装置１０では、アノードオフガスの自己着火を防止することができる。

また、ガス混合器６０では、上記の通り隣接ガス混合部７６でアノードオフガスと冷却オフガスとが良好に混合されるため、拡大混合部７８をテーパ形状としても、流路断面が一定の混合空間に各可燃ガス分割流路６６、支燃ガス分割流路６８から未混合のアノードオフガスと冷却オフガスとが流出する比較例の混合器と比較して、全体としての混合性能が維持、向上される。そして、ガス混合器６０は、テーパ形状の拡大混合部７８を用いることで、ガス流分割部７０（積層コア８８）の断面を加熱部４８（のマニホルド）の断面と比較して小さく設定することができるので、全体としてコンパクトに構成される。

この実施形態では、ガス混合器６０よりも性能が劣る（可燃成分の濃度分布で±１０％以内）上記比較例に係る混合器と比較して、ガス流分割部７０の流路断面積で略１／４、全体の質量で略１／３まで、小型軽量化することができた。これにより、ガス混合器６０は、熱容量が低減されると共に表面積が低減され、適用された水素生成装置１０の始動性改善に寄与し、また自らの放熱損失の低減が図られた。

さらに、ガス混合器６０では、アノードオフガスの流量と冷却オフガスの流量とが一定の流量比である場合（燃焼ストイキが略一定である場合）に、ガス混合器６０でのアノードオフガスの圧力損失と冷却オフガスの圧力損失とが略一定であるため、アノードオフガス及び冷却オフガスの両者の供給圧力を小さくすることができ、システム全体の動作圧力を低減してエネルギ効率を向上することができる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第１の実施形態又は前出の構成と基本的に同一の部品・部分については上記第１の実施形態又は前出の構成と同一の符号を付して説明を省略し、図示を省略する場合がある。

（第２の実施形態）
図６には、第２の実施形態に係るガス混合器１１０の要部が拡大された断面図が示されている。この図に示される如く、ガス混合器１１０は、可燃ガス分割流路６６のアノードオフガスＧａを同じ隣接ユニット７４を構成する支燃ガス分割流路６８側に案内するガイド部１１２を備える点で、第１の実施形態に係るガス混合器６０とは異なる。ガイド部１１２は、切欠部１０２の上流側縁部１０２Ａよりも下流側で可燃ガス分割流路６６を矢印Ａ方向に閉止して構成されている。

これにより、矢印Ａ方向に流れてガイド部１１２に突き当たったアノードオフガスＧａは強制的に支燃ガス分割流路６８側に押し込まれるようになっている。ガイド部１１２は、例えば外壁９６に連続する壁部として構成しても良く、別部材を取り付けて構成しても良い。ガス混合器１１０の他の構成は、図示しない部分を併せてガス混合器６０の対応する構成と同じである。

したがって、第２の実施形態に係るガス混合器１１０では、第１の実施形態に係るガス混合器６０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。ガス混合器１１０の作用でガス混合器６０とは異なる部分を補足すると、ガス混合器１１０では、ガイド部１１２が設けられているため、主にアノードオフガスＧａを冷却オフガスＧｒに衝突させる（速度ベクトルを交差させる）ことで、アノードオフガスＧａと冷却オフガスＧｒとの突出速度差に起因するせん断力を利用した場合と同等の良好な混合性能を実現している。

（第３の実施形態）
図７には、第３の実施形態に係るガス混合器１２０の要部が拡大された断面図が示されている。この図に示される如く、ガス混合器１２０は、ガイド部１１２に代えて同じ機能のガイド部１２２を備える点で第２の実施形態とは異なる。ガイド部１２２は、矢印Ａ方向上流側の面が該上流側及び支燃ガス分割流路６８側を共に向くテーパ面１２２Ａとされており、アノードオフガスＧａをスムースに支燃ガス分割流路６８に案内するようになっている。ガス混合器１２０の他の構成は、図示しない部分を併せてガス混合器１１０の対応する構成と同じである。

したがって、第３の実施形態に係るガス混合器１２０では、第２の実施形態に係るガス混合器１１０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、ガス混合器１２０では、ガイド部１２２がテーパ面１２２Ａを有するため、アノードオフガスＧａの剥離が防止され、アノードオフガスＧａは均一な分布のまま冷却オフガスＧｒに衝突し、良好に混合される。また、圧力損失の低減が図られる。

（第４の実施形態）
図８には、第４の実施形態に係るガス混合器１３０の要部が拡大された断面図が示されている。この図に示される如く、ガス混合器１３０は、ガイド部１１２の下流に混合ガスＧｍを可燃ガス分割流路６６側に案内するガイド部１３２が設けられている点で、第２の実施形態とは異なる。ガイド部１３２は、ガイド部１１２の下流側で支燃ガス分割流路６８を矢印Ａ方向に閉止して構成されている。すなわち、ガス混合器１３０では、多段案内部が形成されている。

これにより、矢印Ａ方向に流れてガイド部１３２に突き当たった混合ガスＧｍは、可燃ガス分割流路６６側に押し込まれるようになっている。ガイド部１３２は、例えば外壁９６に連続する壁部として構成しても良く、別部材を取り付けて構成しても良い。ガス混合器１３０の他の構成は、図示しない部分を併せてガス混合器１１０の対応する構成と同じである。

したがって、第４の実施形態に係るガス混合器１３０では、第２の実施形態に係るガス混合器１１０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、ガス混合器１３０では、隣接ユニット７４の隣接ガス混合部７６での混合流路が長いため、アノードオフガスＧａと冷却オフガスＧｒとは拡大混合部７８に流出する前に良好に混合される。

（第５の実施形態）
図９には、第５の実施形態に係るガス混合器１４０の要部が拡大された断面図が示されている。この図に示される如く、ガス混合器１４０は、アノードオフガスＧａを支燃ガス分割流路６８側に案内するガイド部１４２と、冷却オフガスＧｒを可燃ガス分割流路６６側に案内するガイド部１４４とが矢印Ａ方向の同じ位置にそれぞれ設けられている点で、第２の実施形態とは異なる。

ガイド部１４２、１４４は、それぞれ可燃ガス分割流路６６の略半分、支燃ガス分割流路６８の略半分を閉止して構成されており、該ガイド部１４２、１４４の間においてアノードオフガスＧａと冷却オフガスＧｒとを混合するようになっている。この構成によっても、アノードオフガスＧａと冷却オフガスＧｒとは速度ベクトルが交差し、直接的に衝突して混合されるようになっている。ガス混合器１４０の他の構成は、図示しない部分を併せてガス混合器１１０の対応する構成と同じである。

したがって、第５の実施形態に係るガス混合器１３０では、第２の実施形態に係るガス混合器１１０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。

（第６の実施形態）
図１０には、第６の実施形態に係るガス混合器１５０の要部が拡大された断面図が示されている。この図に示される如く、ガス混合器１５０は、ガイド部１４２、１４４に代えて同じ機能のガイド部１５２、１５４を備える点で第５の実施形態とは異なる。ガイド部１５２は、矢印Ａ方向上流側の面が該上流側及び支燃ガス分割流路６８側を共に向くテーパ面１５２Ａとされており、アノードオフガスＧａをスムースに支燃ガス分割流路６８側に案内するようになっている。同様に、機能のガイド部１５４は、矢印Ａ方向上流側の面が該上流側及び可燃ガス分割流路６６側を共に向くテーパ面１５４Ａとされており、冷却オフガスＧｒをスムースに可燃ガス分割流路６６側に案内するようになっている。ガス混合器１５０の他の構成は、図示しない部分を併せてガス混合器１４０の対応する構成と同じである。

したがって、第６の実施形態に係るガス混合器１５０では、第５の実施形態に係るガス混合器１４０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、ガス混合器１５０では、ガイド部１５２、１５４がテーパ面１５２Ａ、１５４Ａを有するため、アノードオフガスＧａ、冷却オフガスＧｒの剥離が防止され、アノードオフガスＧａと冷却オフガスＧｒとは互いに均一な分布のまま衝突し、良好に混合される。また、圧力損失の低減が図られる。

（第７の実施形態）
図１１には、第７の実施形態に係るガス混合器１６０の要部が拡大された断面図が示されている。この図に示される如く、ガス混合器１６０は、１つの可燃ガス分割流路６６と１つの支燃ガス分割流路６８とで構成された隣接ユニット７４に代えて、２つの可燃ガス分割流路６６間に１つの支燃ガス分割流路６８を挟んだ３層構造の隣接ユニット１６２を備える点で、第１、第２の実施形態とは異なる。

隣接ユニット１６２では、２つの可燃ガス分割流路６６の下流端側にそれぞれ１１２（１２２でも良い）を設けることで、各可燃ガス分割流路６６のアノードオフガスＧａを支燃ガス分割流路６８に案内して冷却オフガスＧｒに衝突させるようになっている。このため、隣接ユニット１６２では、積層方向中央の支燃ガス分割流路６８と可燃ガス分割流路６６とを仕切る可燃ガス流路形成プレート９０、支燃ガス流路形成プレート９２の各プレート本体９４にそれぞれ切欠部１０２が形成されており、別の隣接ユニット１６２との間を仕切る可燃ガス流路形成プレート９０、支燃ガス流路形成プレート９２の各プレート本体９４には切欠部１０２が形成されない構成とされている。

以上説明したガス混合器１６０は、アノードオフガスＧａと冷却オフガスＧｒとの混合メカニズムはガス混合器１１０、１２０等と同様である。ガス混合器１６０の他の構成は、図示しない部分を併せてガス混合器６０、１１０の対応する構成と同じである。

したがって、第７の実施形態に係るガス混合器１６０では、第２の実施形態に係るガス混合器１１０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態では、２つの可燃ガス分割流路６６を含む３層構造の隣接ユニット１６２を有する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、２つの支燃ガス分割流路６８で１つの可燃ガス分割流路６６を挟んだ３層構造の隣接ユニットを構成しても良い。この構成によって、流量の大きい冷却オフガスＧｒを多数の支燃ガス分割流路６８に分散させ、アノードオフガスＧａと冷却オフガスＧｒとの圧力損失を一定にすることも可能である。

（第８の実施形態）
図１２には、第８の実施形態に係るガス混合器１７０を構成する可燃ガス流路形成プレート９０、支燃ガス流路形成プレート９２が平面図にて示されている。これらの図に示される如く、可燃ガス流路形成プレート９０、支燃ガス流路形成プレート９２は、可燃ガス分割流路６６をさらに分割する流路間隔壁１０４間の間隔Ｗ１が、支燃ガス分割流路６８をさらに分割する流路間隔壁１０６間の間隔Ｗ２よりも狭く設定されている。この設定により、ガス混合器１７０では、アノードオフガスの流量と冷却オフガスの流量とが一定の流量比である場合（燃焼ストイキが略一定である場合）に、ガス混合器６０でのアノードオフガスの圧力損失と冷却オフガスの圧力損失とが略一定となるように各部の寸法、形状が決められている。ガス混合器１７０の他の構成は、図示しない部分を併せてガス混合器６０の対応する構成と同じである。

したがって、第８の実施形態に係るガス混合器１６０では、第１の実施形態に係るガス混合器６０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。

上記した各実施形態に係る構成のガス混合器６０〜１７０のガス混合性能を比較すると、第１の実施形態に係るガス混合器６０が最も良好であり、次いで第２の実施形態に係るガス混合器１１０が良好であり、残余のガス混合器１２０〜１７０の性能はほぼ同等であった。

なお、上記した各実施形態では、ガス混合器６０等が水素生成装置１０に適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、各種用途の混合器に本発明を適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る混合器の内部構造を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る混合器によるガス混合状態を模式的に示す側断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る混合器の流路分割構造を分解して示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る水素供給装置が適用された燃料電池システムの概略全体構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る水素供給装置から燃料ガスの供給を受ける燃料電池単セルの模式的な断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る混合器の要部を拡大して示す側断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る混合器の要部を拡大して示す側断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る混合器の要部を拡大して示す側断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る混合器の要部を拡大して示す側断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る混合器の要部を拡大して示す側断面図である。 本発明の第７の実施形態に係る混合器の要部を拡大して示す側断面図である。 本発明の第８の実施形態に係る混合器を構成する積層プレートを分解して示す平面図である。

符号の説明

１０ 水素生成装置
４６ 改質部
４８ 加熱部
６０ ガス混合器
６６ 可燃ガス分割流路（第１流路）
６８ 支燃ガス分割流路（第２流路）
７０ ガス流分割部（ガス導入部）
７４ 隣接ユニット（単位隣接流路部）
７６ 隣接ガス混合部
８０ 混合器本体（ガス導入部）
９０ 可燃ガス流路形成プレート（仕切板）
９２ 支燃ガス流路形成プレート（仕切板）
９４ プレート本体（仕切板）
１０２ 切欠部（連通路）
１０４ 流路間隔壁（第１隔壁）
１０６ 流路間隔壁（第２隔壁）
１１０・１２０・１３０・１４０・１５０・１６０・１７０ ガス混合器
１１２・１２２・１３２・１４２・１４４・１５２・１５４ ガイド部
１６２ 隣接ユニット（単位隣接流路部）

Claims (4)

1. 複数の仕切板を積層することで、第１ガスを導入するための第１ガス流路と、前記積層方向から見て前記第１ガス流路とで所定角度の鋭角を成す直線形状とされ第２ガスを導入するための第２ガス流路とが、前記仕切板を介して隣接した単位隣接流路部が複数形成されているガス導入部と、
   前記ガス導入部を構成する各単位隣接流路部において前記第１ガス流路の下流端部と前記第２ガス流路の下流端部とを前記仕切板における下流端部側に設けられた連通路にて連通して、前記積層方向から見て前記第１ガス流路とでガス流方向が直線となるように設けられ、該単位隣接流路部毎に第１ガス流路の第１ガスと第２ガス流路の第２ガスとを混合するための隣接ガス混合部と、
   前記隣接ガス混合部における前記連通路に対する下流側に配置され、前記第１ガスを第２ガス側に案内するガス案内手段と、
   複数の前記隣接ガス混合部から流出した混合ガスを下流側の装置に供給する前に合流させる混合ガス合流部と、
   を備えたガス混合器。
2. 複数の仕切板を積層することで、第１ガスを導入するための第１ガス流路と第２ガスを導入するための第２ガス流路とが前記仕切板を介して隣接した単位隣接流路部が複数形成されているガス導入部と、
   前記ガス導入部において前記積層方向及び第１ガスのガス流方向に延在し、前記第１ガス流路を区画する複数の第１隔壁と、
   前記ガス導入部において前記積層方向及び第２ガスのガス流方向に延在し、前記第１ガスと第２ガスとの流量比が所定値である場合に前記第１ガス流路の圧力損失と第２ガス流路の圧力損失とが一致するように、前記第２ガス流路を区画する間隔が設定された複数の第２隔壁と、
   前記ガス導入部を構成する各単位隣接流路部において前記第１ガス流路の下流端部と前記第２ガス流路の下流端部とを連通して設けられ、該単位隣接流路部毎に第１ガス流路の第１ガスと第２ガス流路の第２ガスとを混合するための隣接ガス混合部と、
   複数の前記隣接ガス混合部から流出した混合ガスを下流側の装置に供給する前に合流させる混合ガス合流部と、
   を備えたガス混合器。
3. 前記ガス導入部は、前記積層方向及び第１ガスのガス流方向に延在し前記第１ガス流路を区画する複数の第１隔壁と、前記積層方向及び第２ガスのガス流方向に延在し前記第２ガス流路を区画する複数の第２隔壁とを有し、前記第１ガスと第２ガスとの流量比が所定値である場合に前記第１ガス流路の圧力損失と第２ガス流路の圧力損失とが一致するように、前記第１隔壁間の間隔と第２隔壁間の間隔とが設定されている請求項１記載のガス混合器。
4. 供給された改質原料から水素含有ガスを生成する改質反応を行う改質部と、
   供給された燃料を燃焼させて生じた熱を、前記改質反応を進行するための熱として前記改質部に供給する加熱部と、
   燃料電池のアノード出口から排出された前記燃料としてのアノードオフガス及び前記燃料電池の冷媒出口から排出され前記アノードオフガスを燃焼するための酸素を含む冷却オフガスの何れか一方を前記第１ガスとするとともに他方を前記第２ガスとして、該燃料と支燃ガスとの混合ガスを前記加熱部に供給するために適用された請求項１〜請求項３の何れか１項記載のガス混合器と、
   を備えた水素生成装置。

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