(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気との混合燃料から水素が生成される改質ガスの流路中に配置される燃料改質器用空気混合装置において、第１の平板部と第２の平板部とを、前記改質ガスの流れ方向に対してほぼ垂直に、かつ改質ガスの流れ方向に沿って所定間隔をおいて配置し、前記第１，第２の各平板部に、互いに整合する貫通孔をそれぞれ複数設けるとともに、前記整合する各貫通孔相互を、両端が開口している筒部で連結し、この筒部周囲の前記第１の平板部と第２の平板部との間の、外部から空気が供給される空気流路と、前記改質ガスの流路とを連通する連通孔を設けたことを特徴とする燃料改質器用空気混合装置。
【請求項２】
第１の平板部と筒部とは一体化して第１の部材を構成するとともに、第２の平板部は平板状の第２の部材を構成し、前記第１の部材と第２の部材とを接合固定したことを特徴とする請求項１記載の燃料改質器用空気混合装置。
【請求項３】
連通孔は筒部に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料改質器用空気混合装置。
【請求項４】
連通孔は、筒部の改質ガス上流側に配置されている第１の平板部と第２の平板部とのいずれか一方に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料改質器用空気混合装置。
【請求項５】
連通孔は、筒部の改質ガス下流側に配置されている第１の平板部と第２の平板部とのいずれか一方に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料改質器用空気混合装置。
【請求項６】
第１の平板部と第２の平板部とのいずれか一方を多孔質材料で構成し、前記多孔質材料における多数の孔を連通孔としたことを特徴とする請求項１または２記載の燃料改質器用空気混合装置。
【請求項７】
第１の部材の筒部と第２の部材との接合部に隙間を設け、この隙間を連通孔としたことを特徴とする請求項２記載の燃料改質器用空気混合装置。
【請求項８】
第１の部材の筒部と第２の部材との少なくともいずれか一方に突起を設け、この突起を他方の部材に接合して隙間を形成したことを特徴とする請求項７記載の燃料改質器用空気混合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、炭化水素やアルコールなどの燃料と空気との混合燃料から水素が生成される改質ガスの流路中に配置される燃料改質器用空気混合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池に必要な水素を生成するために、ＣＯを含む水素リッチな改質ガスを生成する燃料改質器が用いられる（例えば、特開平７−３３５２３８号公報参照）。
【０００３】
燃料改質器用空気混合装置は、上記した燃料改質器から出た改質ガスに空気を混合し、この混合ガスを下流側に配置した改質触媒を通過させて水素リッチ度をさらに高めたり、あるいはＣＯ選択酸化反応用触媒を通過させてＣＯを除去するものであるが、その構成としては、例えば、改質ガスの流れの中に、空気を噴出する小孔を多数備えたパイプを挿入したものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パイプの小孔から空気を噴出するだけでは、改質ガスと空気との混合が充分ではなく、混合を促進するためにその下流に多孔板を配置すると、燃料改質器用空気混合装置として改質ガスの流れ方向の寸法が長くなって大型化を招き、特にコンパクト化が要求される自動車用燃料電池に適用するには問題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、コンパクト化を達成しつつ改質ガスと空気との混合を促進させることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、燃料と空気との混合燃料から水素が生成される改質ガスの流路中に配置される燃料改質器用空気混合装置において、第１の平板部と第２の平板部とを、前記改質ガスの流れ方向に対してほぼ垂直に、かつ改質ガスの流れ方向に沿って所定間隔をおいて配置し、前記第１，第２の各平板部に、互いに整合する貫通孔をそれぞれ複数設けるとともに、前記整合する各貫通孔相互を、両端が開口している筒部で連結し、この筒部周囲の前記第１の平板部と第２の平板部との間の、外部から空気が供給される空気流路と、前記改質ガスの流路とを連通する連通孔を設けた構成としてある。
【０００７】
このような構成の燃料改質器用空気混合装置によれば、改質ガスが筒部内を通過して絞りが加えられる一方、外部から空気流路に供給されている空気が、連通孔から改質ガスの流路中に流出して改質ガスと混合する。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、第１の平板部と筒部とは一体化して第１の部材を構成するとともに、第２の平板部は平板状の第２の部材を構成し、前記第１の部材と第２の部材とを接合固定した構成としてある。
【０００９】
上記構成によれば、改質ガスが、第１の平板部と一体の筒部内を通過して絞りが加えられる一方、外部から空気流路に供給されている空気が、連通孔から改質ガスの流路中に流出して改質ガスと混合する。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構成において、連通孔は筒部に設けられている構成としてある。
【００１１】
上記構成によれば、改質ガスが筒部内を通過する際に、外部から空気流路に供給されている空気が、筒部に設けた連通孔から筒部内に流出して改質ガスと混合する。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１または２の発明の構成において、連通孔は、改質ガスの流れに対向するよう第１の平板部と第２の平板部とのいずれか一方に設ける構成としてある。
【００１３】
上記構成によれば、外部から空気流路に供給されている空気は、改質ガスの流れに対向して連通孔から流出する。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１または２の発明の構成において、連通孔は、筒部の改質ガス下流側に配置されている第１の平板部と第２の平板部とのいずれか一方に設ける構成としてある。
【００１５】
上記構成によれば、外部から空気流路に供給されている空気は、改質ガスが筒部を通過後乱流となっている部位に流出する。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１または２の発明の構成において、第１の平板部と第２の平板部とのいずれか一方を多孔質材料で構成し、前記多孔質材料における多数の孔を連通孔とする構成としてある。
【００１７】
上記構成によれば、改質ガスの流れの中に、多孔質材料における多数の孔から広範囲にわたり空気が流出する。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項２の発明の構成において、第１の部材の筒部と第２の部材との接合部に隙間を設け、この隙間を連通孔とする構成としてある。
【００１９】
上記構成によれば、外部から空気流路に供給されている空気が、筒部と第２の部材との接合部間の隙間から改質ガス中に流出する。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項７の発明の構成において、第１の部材の筒部と第２の部材との少なくともいずれか一方に突起を設け、この突起を他方の部材に接合して隙間を形成する構成としてある。
【００２１】
上記構成によれば、外部から空気流路に供給されている空気が、筒部と第２の部材との接合部間の突起によって形成した隙間から、改質ガス中に流出する。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、改質ガス流路中に配置した二つの平板部相互間に筒部を形成してこの筒部内を改質ガスが通過する構成とし、この筒部周囲における各平板部相互間の空気流路から連通孔を通して改質ガス中に空気を供給するようにしたため、改質ガスは筒部に案内され、流れが均一化されることによって、大型化を招くことなくより効果的に改質ガスと空気との混合を促進させることができる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、第１の部材の筒部と第２の部材とを接合固定することで、容易に製造することができる。
【００２４】
請求項３の発明によれば、連通孔は筒部に設けられているため、筒部を通過する改質ガス中に空気流路内の空気が連通孔を通して流出し、改質ガスと空気との混合をより促進させることができる。
【００２５】
請求項４の発明によれば、連通孔は、筒部の改質ガス上流側に配置されている第１の平板部と第２の平板部とのいずれか一方に設けられているため、空気流路内の空気は、改質ガスの流れに対向して連通孔から流出し、改質ガスと空気との混合をより促進させることができる。
【００２６】
請求項５の発明によれば、連通孔は、筒部の改質ガス下流側に配置されている第１の平板部と第２の平板部とのいずれか一方に設けられているため、空気流路内の空気は、改質ガスが筒部を通過後乱流となっている部位に流出し、改質ガスと空気との混合をより促進させることができる。
【００２７】
請求項６の発明によれば、第１の平板部と第２の平板部とのいずれか一方を多孔質材料で構成し、前記多孔質材料における多数の孔を連通孔としたため、多数の孔を後加工することなく、改質ガスの広範囲にわたって空気が流出し、改質ガスと空気との混合をより促進させることがでる。
【００２８】
請求項７の発明によれば、第１の部材の筒部と第２の部材との接合部に隙間を設け、この隙間を連通孔としたため、空気流路内の空気は、第１の部材の筒部と第２の部材との接合部間の隙間から空気が流出し、改質ガスと空気との混合を促進させることができる。
【００２９】
請求項８の発明によれば、第１の部材の筒部と第２の部材との少なくともいずれか一方に突起を設け、この突起を他方の部材に接合して隙間を形成したため、空気流路内の空気は、突起を形成した部位を除く筒部周囲の隙間から改質ガス中に流出し、改質ガスと空気との混合をより促進させることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００３１】
図１は、この発明の第１の実施形態に係わる燃料改質器用空気混合装置（以下、単に空気混合装置と呼ぶ）１を備えた燃料改質器の概略を示す側面断面図で、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。空気混合装置１の両側には改質触媒３，５がそれぞれ配置されている。この燃料改質器は、炭化水素やメタノールなどの燃料と空気との混合燃料から水素が生成される改質ガスＧの流路中に配置され、この改質ガスＧは、燃料を改質する途上のガスであり、図１中で左から右方向に向けて流れるものとする。なお、上記した改質触媒３，５としては、燃料としてメタノールを使用する場合には、例えばＣu−Ｚn（銅−亜鉛）系やＰd−Ｚn（パラジウム−亜鉛）系などが使用される。
【００３２】
空気混合装置１は、図１のＢ部の拡大された断面図である図３に示すように、第１の部材７と、第２の平板部としての円形平板状の第２の部材９とから構成されている。第１の部材７は、第２の部材９に対し改質ガスＧの流れに沿って所定間隔をおいて配置される円形の第１の平板部１１と、図３中で左右両端が開口している筒部としての円筒部１３とが一体化して構成されている。上記第１の部材７の第１の平板部１１および第２の部材９は、改質ガスＧの流れにほぼ垂直に配置されている。図４は、図３のＣ−Ｃ断面図である。
【００３３】
第１の平板部１１および第２の部材９には、互いに整合する貫通孔１５および１７が複数形成され、この各貫通孔１５，１７相互を前記した円筒部１３が連結して、この円筒部１３内を改質ガスが流れる改質ガス通過路１９としている。第２の部材９は円筒部１３の端部に溶接により接合固定されており、前記改質ガス通過路１９の周囲の第１の部材７と第２の部材９との間に空気流路２１が形成される。この空気流路２１と前記した改質ガス通過路１９とを連通する連通孔１３ａが円筒部１３の周囲４カ所に等間隔に形成されている。なお、この連通孔１３の数と位置は上記のものに限定されるものではない。
【００３４】
空気流路２１には、空気混合装置１の外周部に設けてある環状の空気導入部２３から空気が供給され、空気導入部２３には図示しない空気供給源から空気が導入される。
【００３５】
次に作用を説明する。図１に示すように、改質ガスＧが上流側の改質触媒３を通過するが、このとき改質触媒３の上流側で空気が供給されており、この空気が混合された改質ガスＧが改質触媒３を通過することで部分酸化反応と、水蒸気改質反応による改質反応が発生して改質され、その改質ガスＧ1は、図３に示すように、空気混合装置１における改質ガス通過路１９を通過することで絞られる。つまり、改質ガスＧ1が改質ガス通過路１９を通過することで、空気混合装置１が多孔板として機能していることになる。一方、外部から空気流路２１に供給されている空気Ｋは、各円筒部１３における周囲４カ所の連通孔１３ａを通して改質ガス通過路１９中に流出し、改質ガスＧ1と効率よく混合する。
【００３６】
空気と効率よく混合した改質ガスＧ1は、下流側の改質触媒５を通過することで、更なる部分酸化反応と水蒸気改質反応によって改質が一層進み、水素リッチ度が高まり、図示しないさらに下流側のＣＯ選択除去装置などを通った後、燃料電池本体に供給される。
【００３７】
このような改質ガスと空気との混合が促進される空気混合装置１は、第１の部材７と第２の部材９とを溶接などにより接合した構成であるため、特に改質ガスの流れ方向の寸法が小さくなって全体としてコンパクト化が可能であり、自動車に搭載する燃料電池に適用しやすいものとなる。
【００３８】
図５および図６は、この発明の第２の実施形態に係わるもので、図５は前記図３に、図６は前記図４にそれぞれ対応している。第２の実施形態における空気混合装置１は、第２の部材９を多孔質材料で構成し、この多孔質材料における多数の孔を、空気流路２１と改質ガスＧ1が通る流路とを連通する連通孔としており、円筒部１３には連通孔は設けていない。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００３９】
この場合は、多孔質材料における多数の孔から改質ガスＧ1の広範囲にわたって空気が流出し、かつ空気が改質ガスＧ1に対向して流出するので、改質ガスＧ1と空気との混合がより一層促進される。また、小孔を多数備えた多孔質材料を使用することで、連通孔を構成するようにしているので、連通孔を後加工する必要がなく、製造が容易となる。
【００４０】
図７および図８は、この発明の第３の実施形態に係わるもので、図７は前記図３に、図８は前記図４にそれぞれ対応している。第３の実施形態における空気混合装置１は、第１の部材７を改質ガスＧ1の流れの上流側に、第２の部材９を同下流側にそれぞれ配置した構成であり、第２の部材９に、空気流路２１と改質ガスＧ1が通る流路とを連通する連通孔９ａを設けている。円筒部１３には、第２の実施形態と同様に連通孔は設けていない。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４１】
この場合は、改質ガスＧ1が改質ガス通過路１９を通過すると、改質ガス通過路１９の下流側で乱流が発生し、この乱流中に連通孔９ａから空気が流出するので、改質ガスＧ1と空気との混合がより一層促進される。また、連通孔９ａは、平板状の第２の部材９に形成してあるので、円筒部１３に連通孔９ａを形成してある第１の実施形態に比べ、製造が容易でありコスト低下を図ることができる。
【００４２】
なお、前記図５に示した第２の実施形態において、多孔質材料からなる第２の部材９を図７に示してある第３の実施形態のように、下流側に配置することで第３の実施形態と同様の効果が得られ、また第３の実施形態において、第２の部材９を第２の実施形態のように、上流側に配置することで第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４３】
図９および図１０は、この発明の第４の実施形態に係わるもので、図９は前記図３に対応しており、図１０は図９のＤ−Ｄ断面図である。第４の実施形態における空気混合装置１は、平板状の第２の部材９の第１の部材７側に、円筒部１３の図９中で左側の端部に当接して溶接などにより固定される突起９ｂを設けている。突起９ｂは、円筒部１３の円周方向に沿って適宜位置に複数設ける。ここでの突起９ｂは、図１０に示すように、１つの円筒部１３に対し図１０中で左右２カ所に設けている。
【００４４】
上記した突起９ｂを設けることで、第２の部材９と円筒部１３との間に、突起９ｂの部分を除く環状の隙間２５が形成され、この隙間２５が空気流路２１と改質ガス通過路１９とを連通する連通孔となる。円筒部１３には、第２の実施形態と同様に連通孔は設けていない。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４５】
この場合は、改質ガスＧ1が改質ガス通過路１９を通過する際に、空気流路２１内の空気が、突起９ｂの部分を除く環状の隙間２５から改質ガス中に流出するので、改質ガスＧ1と空気との混合がより一層促進される。
【００４６】
なお、上記第４の実施形態において、隙間２５を形成するにあたり、円筒部１３側に突起を設けてもよく、円筒部１３と第２の部材９との双方に突起を設けてもよい。
【００４７】
なお、図１に示してある下流側の改質触媒５は、改質ガス中の一酸化炭素を選択酸化して除去するものとしてもよく、この場合の改質触媒５は、ＣＯ選択酸化反応用触媒となる。ＣＯ選択酸化反応用触媒としては、例えば、Ｒu−Ｐt（ルテニウム−白金）系などが使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係わる燃料改質器用空気混合装置を備えた燃料改質器の概略を示す側面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ部の拡大された断面図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】この発明の第２の実施形態に係わる、図３に対応する断面図である。
【図６】この発明の第２の実施形態に係わる、図４に対応する断面図である。
【図７】この発明の第３の実施形態に係わる、図３に対応する断面図である。
【図８】この発明の第３の実施形態に係わる、図４に対応する断面図である。
【図９】この発明の第４の実施形態に係わる、図３に対応する断面図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ断面図である。
【符号の説明】
１  燃料改質器用空気混合装置
９  第２の部材（第２の平板部）
９ａ  連通孔
９ｂ  突起
１１  第１の平板部
１３  円筒部（筒部）
１３ａ  連通孔
１５，１７  貫通孔
２１  空気流路
２５  隙間（連通孔）
【図１】
0003709772.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003709772.tif 000007
【図７】
0003709772.tif 000008
【図８】
0003709772.tif 000009
【図９】
0003709772.tif 000010
【図１０】
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