(57)【要約】【課題】装置の大型化を回避しつつ、原燃料と水蒸気との混合性を向上できる水素製造装置及びこれを用いた燃料電池システムを提供する。【解決手段】水素製造装置１では、燃料配管３７の端部が第２バッファ部４２内に所定長突出するように設けられていると共に、突出する円形のフランジ部３６が水蒸気配管１７ｚの上方を遮るように径方向外側に張り出して形成されている。また、フランジ部３６には、例えば同一円上に等間隔で形成された断面円形の流通孔５１が形成されている。したがって、水蒸気が複数の流通孔５１に分散して混合部５ｘ側に流通するので、装置の大型化を回避しつつ、原燃料と水蒸気との混合性を向上できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料及び水蒸気を改質することにより、水素を含有する改質ガスを生成する改質部と、
前記原燃料及び前記水蒸気を混合させて混合流体を生成する混合部を有し、前記混合流体を前記改質部に供給するフィード部と、を備え、
前記混合部には、前記水蒸気を前記混合部に供給する外管と、当該外管内にて前記外管よりも前記混合部内に突出し、前記原燃料を前記混合部に供給する内管とが接続され、
前記内管の端部には、前記外管の端部側に張り出すと共に、前記外管からの前記水蒸気を前記混合部側に流通させる複数の流通孔が形成されたフランジ部が設けられていることを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
前記流通孔における前記混合部への前記水蒸気の噴出口は、前記フランジ部の面内方向を向いていることを特徴とする請求項１記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記流通孔には、前記混合部側に突出する庇部が設けられていることを特徴とする請求項２記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記フランジ部の周縁部と前記混合部の内壁との間に所定の間隔が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の水素製造装置。
【請求項５】
前記流通孔は、前記フランジ部において同一円上に配置され、各流通孔の噴出口は、前記円の接線方向を向いていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載の水素製造装置。
【請求項６】
前記流通孔は、前記フランジ部において同一円上に配置され、各流通孔の噴出口は、前記円の接線に対して所定の角度だけ内側を向いていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載の水素製造装置。
【請求項７】
前記流通孔は、前記フランジ部において同一円上に配置され、各流通孔の噴出口は、前記円の接線方向を向いており、少なくとも一対の隣り合う前記流通孔の噴出口が互いに対向していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載の水素製造装置。
【請求項８】
前記流通孔は、前記フランジ部において同一円上に配置され、少なくとも一対の隣り合う前記流通孔の噴出口は、一方が前記円の接線に対して所定の角度だけ内側を向き、かつ他方が前記円の接線に対して所定の角度だけ外側を向いた状態で互いに対向していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載の水素製造装置。
【請求項９】
前記流通孔は、前記フランジ部において同心円上に複数列で配置され、各流通孔の噴出口は、異なる列の噴出口が互いに対向するように前記円の接線方向を向いていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載の水素製造装置。
【請求項１０】
前記流通孔は、前記フランジ部において渦巻状かつ放射状に配置されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載の水素製造装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項記載の水素製造装置と、
前記水素製造装置によって生成された前記改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素製造装置及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水素製造装置として、例えば特許文献１に記載の装置がある。この従来の装置では、供給管から供給された原燃料と、水供給管から供給された水蒸気とが混合され、これらの混合ガスが予熱層を経て改質触媒層に導入される。改質触媒層における改質反応は吸熱反応であるため、バーナで発生する燃焼熱を吸収して改質反応が進行する。また、例えば特許文献２に記載の装置では、原料供給部から供給された原料ガスが加熱部からの燃焼ガスによって所定温度に加熱されると共に、水供給部から供給された水蒸気と混合され、改質触媒に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４９２０３号公報
【特許文献２】特開２０１０−０３７１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような水素製造装置では、改質触媒において水蒸気改質反応を効率良く進め、かつ、コーキング（触媒表面に炭素が析出する現象）の発生を抑制するため、原燃料に対して水蒸気を十分に混合させる必要がある。しかしながら、従来の装置の構成では、原燃料に対して水蒸気を十分に混合させるためには混合部の寸法を長くする必要があり、装置の大型化を招く要因となっていた。
【０００５】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、装置の大型化を回避しつつ、原燃料と水蒸気との混合性を向上できる水素製造装置及びこれを用いた燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の解決のため、本発明に係る水素製造装置は、原燃料及び水蒸気を改質することにより、水素を含有する改質ガスを生成する改質部と、原燃料及び水蒸気を混合させて混合流体を生成する混合部を有し、混合流体を改質部に供給するフィード部と、を備え、混合部には、水蒸気を混合部に供給する外管と、当該外管内にて外管よりも混合部内に突出し、原燃料を混合部に供給する内管とが接続され、内管の端部には、外管の端部側に張り出すと共に、外管からの水蒸気を混合部側に流通させる複数の流通孔が形成されたフランジ部が設けられていることを特徴としている。
【０００７】
この水素製造装置では、水蒸気を混合部に供給する外管の端部を遮るように内管の端部のフランジ部が設けられており、このフランジ部に水蒸気を混合部側に流通させる複数の流通孔が形成されている。したがって、水蒸気が複数の流通孔に分散して混合部側に流通するので、装置の大型化を回避しつつ、原燃料と水蒸気との混合性を向上できる。
【０００８】
また、流通孔における混合部への水蒸気の噴出口は、フランジ部の面内方向を向いていることが好ましい。この場合、流通孔を通って混合部側に噴出した水蒸気がフランジ部の面内方向に拡散するので、原燃料と水蒸気との混合性を一層向上できる。
【０００９】
また、流通孔には、混合部側に突出する庇部が設けられていることが好ましい。この場合、庇部によって水蒸気が混合部側に直接流れてしまうことを抑制でき、水蒸気をフランジ部の面内方向により拡散させることができる。また、庇部が混合部側に突出していることにより、フランジ部の面内方向に拡散した水蒸気が庇部によってさらに拡散されることとなる。したがって、原燃料と水蒸気との混合性をさらに向上できる。このような庇部は、フランジ部が肉薄の場合であっても確実に水蒸気の向きをフランジ部の面内方向に向けられる点でも有意である。
【００１０】
また、フランジ部の周縁部と混合部の内壁との間に所定の間隔が設けられていることが好ましい。こうすると、流通孔を通った水蒸気と、フランジ部の周縁部と混合部の内壁との間を回り込んだ水蒸気とがぶつかり、水蒸気の拡散を促進できる。
【００１１】
また、流通孔は、フランジ部において同一円上に配置され、各流通孔の噴出口は、円の接線方向を向いていることが好ましい。このような構成により、流通孔を流通した水蒸気の渦をフランジ部の面内方向に形成することができ、水蒸気を十分に拡散させることが可能となる。
【００１２】
また、流通孔は、フランジ部において同一円上に配置され、各流通孔の噴出口は、円の接線に対して所定の角度だけ内側を向いていることが好ましい。このような構成により、流通孔を流通した水蒸気の渦をフランジ部の面内方向に形成することができ、水蒸気を十分に拡散させることが可能となる。
【００１３】
また、流通孔は、フランジ部において同一円上に配置され、各流通孔の噴出口は、円の接線方向を向いており、少なくとも一対の隣り合う流通孔の噴出口が互いに対向していることが好ましい。このような構成では、互いに対向する噴出口からの水蒸気がぶつかることでフランジ部の法線方向に水蒸気を対流させることができ、水蒸気の拡散を促進できる。
【００１４】
また、流通孔は、フランジ部において同一円上に配置され、少なくとも一対の隣り合う流通孔の噴出口は、一方が円の接線に対して所定の角度だけ内側を向き、かつ他方が円の接線に対して所定の角度だけ外側を向いた状態で互いに対向していることが好ましい。このような構成により、流通孔を流通した水蒸気の渦をフランジ部の面内方向に形成することができ、水蒸気を十分に拡散させることが可能となる。
【００１５】
また、流通孔は、フランジ部において同心円上に複数列で配置され、各流通孔の噴出口は、異なる列の噴出口が互いに対向するように円の接線方向を向いていることが好ましい。このような構成により、流通孔を流通した水蒸気の渦をフランジ部の面内方向に形成することができ、水蒸気を十分に拡散させることが可能となる。
【００１６】
また、流通孔は、フランジ部において渦巻状かつ放射状に配置されていることが好ましい。このような構成により、流通孔を流通した水蒸気の渦をフランジ部の面内方向に形成することができ、水蒸気を十分に拡散させることが可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池システムは、上記の水素製造装置と、水素製造装置によって生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、を備えたことを特徴としている。
【００１８】
この燃料電池システムでは、水蒸気を混合部に供給する外管の端部を遮るように内管の端部のフランジ部が設けられており、このフランジ部に水蒸気を混合部側に流通させる複数の流通孔が形成されている。したがって、水蒸気が複数の流通孔に分散して混合部側に流通するので、装置の大型化を回避しつつ、原燃料と水蒸気との混合性を向上できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、装置の大型化を回避しつつ、原燃料と水蒸気との混合性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの主要部を示すブロック図である。
【図２】図１に示した燃料電池システムにおける水素製造装置を示す概略図である。
【図３】図２に示した水素製造装置のフィード部周辺を拡大して示す概略図である。
【図４】内管のフランジ部の構成を示す概略図である。
【図５】フランジ部の変形例を示す概略図である。
【図６】フランジ部の別の変形例を示す概略図である。
【図７】フランジ部の更に別の変形例を示す概略図である。
【図８】フランジ部の更に別の変形例を示す概略図である。
【図９】フランジ部の更に別の変形例を示す概略図である。
【図１０】フランジ部の更に別の変形例を示す概略図である。
【図１１】フランジ部の更に別の変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る水素製造装置及び燃料電池システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、「上」「下」等の語は、図面の方向に対応する便宜的なものである。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの主要部を示すブロック図である。図１に示すように、水素製造装置（ＦＰＳ：Fuel Processing System）１は、例えば家庭用の燃料電池システム１００において水素供給源として利用されるものである。水素製造装置１では、原燃料として例えば石油系炭化水素が用いられ、水素を含有する改質ガスをセルスタック（燃料電池スタック）２０に供給する。
【００２３】
原燃料としては、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料、天然ガス、都市ガスを用いてもよい。また、石油系炭化水素としては、灯油、ＬＰガスのほか、ナフサ、軽油などを原燃料として使用することができる。また、セルスタック２０としては、固体高分子形、リン酸形、溶融炭酸塩形或いは固体酸化物形等の種々のものを用いてもよい。
【００２４】
図２は、図１の水素製造装置を示す概略図である。図１及び図２に示すように、水素製造装置１は、中心軸を軸Ｇとする円筒状外形の脱硫部２と、中心軸を軸Ｇとする円柱状外形の本体部３とが筐体４に収容されて構成されている。また、筐体４内において脱硫部２及び本体部３の周囲には、粉状の断熱材（不図示）が充填されている。
【００２５】
脱硫部２は、外部から導入された原燃料を脱硫触媒によって脱硫して硫黄分を除去し、この原燃料を後述のフィード部５へ供給する。脱硫部２は、パイプ２１によって筐体４の側板４ｘに固定され、本体部３の上部を所定の隙間を有して囲うように保持されている。なお、脱硫部２は、本体部３に固定されてもよい。また、本体部３は、フィード部５、改質部６、シフト反応部７、選択酸化反応部８及び蒸発部９を備え、これらが一体的となって構成されている。この本体部３は、筒状のステー２２によって筐体４の床板４ｙに固定されている。
【００２６】
フィード部５は、脱硫部２で脱硫した原燃料及び水蒸気を合流・混合させて混合ガス（混合流体）を生成する混合部５ｘを有し、生成した混合ガスを改質部６に供給する。改質部（ＳＲ：Steam Reforming）６は、フィード部５により供給された混合ガスを改質触媒６ｘによって水蒸気改質して改質ガスを生成する。そして、改質部６は、生成した改質ガスをシフト反応部７に供給する。
【００２７】
改質部６は、中心軸を軸Ｇとする円筒状の外形を呈し、脱硫部２の筒内に位置するように本体部３の上端側に設けられている。改質部６では、水蒸気改質反応が吸熱反応であるため、改質部６の改質触媒６ｘを加熱するための熱源としてバーナ１０が導入されている。バーナ１０では、例えば外部から供給される原燃料がバーナ燃料として燃焼される。このバーナ１０は、本体部３の上端部に設けられ軸Ｇを中心軸とする燃焼筒１１に、バーナ１０による火炎が取り囲まれるよう取り付けられている。バーナ１０においては、脱硫部２で脱硫した原燃料の一部をバーナ燃料として供給してもよい。
【００２８】
シフト反応部７は、改質部６から供給された改質ガスの一酸化炭素濃度を低下させるためのものであり、改質ガス中の一酸化炭素をシフト反応させて水素及び二酸化炭素に転換する。ここでのシフト反応部７は、低温（例えば１５０°Ｃ〜３５０°Ｃ）でのシフト反応である低温シフト反応を行う低温シフト反応部（ＬＴＳ：Low Temperature Shift）１３を有している。
【００２９】
低温シフト反応部１３は、改質部６から供給された改質ガス中の一酸化炭素を低温シフト触媒１３ｘによって低温シフト反応させ、改質ガスの一酸化炭素濃度を低下させる。低温シフト反応部１３は、中心軸を軸Ｇとする円筒状の外形を呈しており、本体部３の下端側に配設されている。この低温シフト反応部１３は、一酸化炭素濃度を低下させた改質ガスを改質ガス配管１４ｘを介して選択酸化反応部８へ供給する。
【００３０】
選択酸化反応部（ＰＲＯＸ：Preferential Oxidation）８は、低温シフト反応部１３で低温シフト反応させた改質ガス中の一酸化炭素濃度をさらに低下させる。これは、セルスタック２０に高濃度の一酸化炭素を供給すると、セルスタック２０の触媒が被毒して大きく性能が低下してしまうためである。具体的には、選択酸化反応部８は、改質ガス中の一酸化炭素と空気配管１５を介して導入される空気とを選択酸化触媒８ｘで反応させて選択的に酸化し、二酸化炭素に転換する。
【００３１】
この選択酸化反応部８は、中心軸を軸Ｇとする円筒状の外形を呈しており、本体部３の下端から所定長上端側に該本体部３の最外周側を構成するよう配設されている。選択酸化反応部８は、一酸化炭素濃度をさらに低下させた改質ガスを、改質ガス配管１４ｙを介して外部へ導出する。
【００３２】
蒸発部９は、熱交換部（不図示）から供給された水を内部に貯留させると共に、この水を低温シフト反応部１３、選択酸化反応部８及び排ガス流路Ｌ１から移動させた（低温シフト反応部１３、選択酸化反応部８及び排ガスを冷却して得た）熱で気化させて水蒸気を生成する。蒸発部９は、例えばジャケット型のものが用いられ、中心軸を軸Ｇとする円筒状を呈している。この蒸発部９は、低温シフト反応部１３の径方向外側で且つ選択酸化反応部８の径方向内側、すなわち、シフト反応部７と選択酸化反応部８との間に位置するよう配設されている。蒸発部９は、水蒸気配管１７ｚを介し、生成した水蒸気をフィード部５の混合部５ｘに供給する。
【００３３】
以上のような構成を有する水素製造装置１では、まず、バーナ燃料及びセルスタック２０からのオフガス（セルスタック２０で反応に使用されない残ガス）の少なくとも一方と空気とがバーナ１０に供給されて燃焼され、かかる燃焼によって改質触媒６ｘが加熱される。そして、バーナ１０の排ガス（排気ガス）が排ガス流路Ｌ１及びガス配管１８を流通して外部へ排気される。
【００３４】
これと共に、脱硫部２で脱硫された原燃料と蒸発部９からの水蒸気とが混合部５ｘで混合され、混合ガスが生成される。この混合ガスは、改質部６に供給されて改質触媒６ｘで水蒸気改質され、改質ガスが生成される。そして、生成された改質ガスは、シフト反応部７によって一酸化炭素濃度が例えば１％以下程度まで低下され、更に選択酸化反応部８によって一酸化炭素濃度が１０ｐｐｍ以下まで低下された後、熱交換部で冷却され、後段のセルスタック２０へ導出される。
【００３５】
続いて、水素製造装置１のフィード部５の周辺構成について、更に詳細に説明する。
【００３６】
図３は、水素製造装置のフィード部周辺を拡大して示す概略図である。同図に示すように、フィード部５は、改質部６の導入口（下端）側に混合ガスを供給する部分である。改質部６は、その外囲を構成するものとして、円筒状（円管状）の内筒壁６１及び外筒壁６２を有している。内筒壁６１は、燃焼筒１１を覆うように軸Ｇ方向に延在し、外筒壁６２は、内筒壁６１の径方向外側で軸Ｇ方向に延在している。これら内筒壁６１及び外筒壁６２の間には、円筒状の中間筒壁６３が設けられている。中間筒壁６３と内筒壁６１との間には、軸Ｇを中心軸とする円筒状の改質触媒６ｘが配設されている。
【００３７】
本実施形態では、フィード部５は、第１バッファ部４１及び第２バッファ部４２を有している。図３に示すように、第１バッファ部４１は、軸Ｇを中心軸とする略円柱形状のスペースであって、改質部６の筒内で且つバーナ燃焼室１９の下方側に隣接配置されている。バーナ燃焼室１９は、バーナ１０（図２参照）の燃焼空間を構成する。バーナ燃焼室１９は、例えば軸Ｇを中心軸とする円柱状空間とされ、改質部６によって囲まれるようにして改質部６の筒内に配設されている。
【００３８】
この第１バッファ部４１の上部は、円板状壁３３により画設されている。円板状壁３３は、改質部６の内筒壁６１の下端に該内筒壁６１の筒内を閉塞するように設けられており、内筒壁６１と円板状壁３３とで閉塞された空間が、上記バーナ燃焼室１９を構成する。一方、第１バッファ部の下部は，円板状壁３４により画設されている。円板状壁３４は、改質部６の中間壁６３の筒内を閉塞するように設けられ、円板状壁３４の中心部には、断面円形状の流通孔Ｏが形成されている。これにより、第１バッファ部４１は、外周部が改質部６の下端部と連通し、中央部が第２バッファ部４２と連通する。
【００３９】
第２バッファ部４２は、軸Ｇを中心軸とする略円柱形状のスペースであり、第１バッファ部４１の下方側に隣接して配置されている。この第２バッファ部４２の上部は、上記円板状壁３４により画設され、第２バッファ部４２の下部は、円板状壁３５により画設されている。円板状壁３５は、中間壁６３の筒内を閉塞するように設けられている。
【００４０】
また、第２バッファ部４２内には、混合部５ｘが配設されている。混合部５ｘは、軸Ｇに沿って設けられた水蒸気配管（外管）１７ｚと、水蒸気配管１７ｚ内で軸Ｇに沿って設けられた燃料配管（内管）３７とが接続されている。この混合部５ｘにおいて、水蒸気配管１７ｚから供給される水蒸気と、燃料配管３７から供給される原燃料とが合流することにより、混合ガスが生成される。
【００４１】
ここで、燃料配管３７の端部は、第２バッファ部４２内に所定長突出するように設けられていると共に、突出する円形のフランジ部３６が水蒸気配管１７ｚの上方を遮るように径方向外側に張り出して形成されている。フランジ部３６の径は、混合部５ｘの内壁を構成する中間壁６３の径よりも小径となっており、フランジ部３６の周縁部と中間壁６３との間には所定の間隔が形成されている。また、図３及び図４に示すように、フランジ部３６には、例えば同一円上に等間隔で形成された断面円形の流通孔５１が形成されている。流通孔５１は、フランジ部３６の厚み方向に水蒸気配管１７ｚと略平行に形成され、流通孔５１の径は、燃料配管３７の径よりも小径となっている。
【００４２】
このようなフィード部５では、混合部５ｘで原燃料と水蒸気とが混合するにあたり、図４に示すように、水蒸気配管１７ｚから第２バッファ部４２内に供給された水蒸気が、流通孔５１を経由するルートとフランジ部３６の外側から回り込むルートとに分岐してフランジ部３６の上方に向かうこととなる。したがって、フランジ部３６の上方において、複数の流通孔５１を流通した水蒸気と、フランジ部３６の外側から回り込んでフランジ部３６の中心側に向かう水蒸気とがぶつかり、水蒸気を十分に拡散させながら原燃料と混合させることができる。水蒸気の拡散性の向上は、フランジ部３６に形成した流通孔５１によって実現できるので、装置の大型化も回避できる。
【００４３】
図５は、フランジ部の変形例を示す概略図である。同図に示す例では、フランジ部３６の上面側において、混合部５ｘ側に突出する庇部５２ａが各流通孔５２に設けられている。庇部５２ａは、例えば１／４球体状を呈しており、これにより、各流通孔５２における水蒸気の噴出口が、フランジ部３６の面内方向において、流通孔５２が配置されている円の接線方向を向くようになっている。
【００４４】
このような構成によれば、水蒸気が混合部５ｘ側に直接流れてしまうことを庇部５２ａによって抑制でき、水蒸気をフランジ部３６の面内方向により拡散させることができる。また、各流通孔５２の噴出口が、流通孔５２が配置されている円の接線方向を向くことで、流通孔５２を流通した水蒸気がフランジ部３６の面内方向において外向きの渦流を形成する。この渦流がフランジ部３６の外側から回り込んできた水蒸気とぶつかることで、水蒸気の拡散を一層促進できる。
【００４５】
また、庇部５２ａが混合部５ｘ側に突出していることにより、フランジ部３６の面内方向に拡散した水蒸気が庇部５２ａによってさらに拡散される。したがって、原燃料と水蒸気との混合性をさらに向上できる。なお、このような庇部５２ａは、フランジ部３６が肉薄の場合であっても確実に水蒸気の向きをフランジ部３６の面内方向に向けられる点でも有意である。
【００４６】
図６は、フランジ部の別の変形例を示す概略図である。同図に示す例では、各流通孔５３の噴出口が円の接線に対して所定の角度だけ内側を向いている点で図５に示した形態と異なっている。このような構成においても、流通孔５３を流通した水蒸気がフランジ部３６の面内方向において内向きの渦流を形成するので、この渦流がフランジ部３６の外側から回り込んできた水蒸気とぶつかることで、水蒸気の拡散を一層促進できる。また、庇部５３ａにより、庇部５２ａと同様の効果を奏する。
【００４７】
図７は、フランジ部の更に別の変形例を示す概略図である。同図に示す例では、一対の隣り合う流通孔５４，５４の噴出口が互いに対向している点で図５に示した形態と異なっている。このような構成によれば、互いに対向する噴出口からの水蒸気がぶつかることでフランジ部３６の法線方向に水蒸気を対流させることができ、水蒸気の拡散を促進できる。また、庇部５４ａにより、庇部５２ａと同様の効果を奏する。
【００４８】
図８は、フランジ部の更に別の変形例を示す概略図である。同図に示す例では、一対の隣り合う流通孔５５，５５の噴出口の一方が円の接線に対して所定の角度だけ内側を向き、かつ他方が円の接線に対して所定の角度だけ外側を向いた状態で互いに対向している点で、図７に示した形態と異なっている。このような構成によれば、流通孔５５を流通した水蒸気がフランジ部３６の面内方向において内向きの渦流と外向きの渦流とを形成する。したがって、この渦流がフランジ部３６の外側から回り込んできた水蒸気とぶつかることで、水蒸気の拡散を一層促進できる。また、庇部５５ａにより、庇部５２ａと同様の効果を奏する。
【００４９】
図９は、フランジ部の更に別の変形例を示す概略図である。同図に示す例では、流通孔５６がフランジ部３６において同心円上に２列で配置されている。また、外側の円上に配置された各流通孔５６の噴出口は、時計回りで円の接線方向を向いているのに対し、内側の円上に配置された各流通孔５６の噴出口は、反時計回りで円の接線方向を向いている。このような構成によっても、流通孔５６を流通した水蒸気がフランジ部３６の面内方向において内向きの渦流と外向きの渦流とを形成する。したがって、この渦流がフランジ部３６の外側から回り込んできた水蒸気とぶつかることで、水蒸気の拡散を一層促進できる。また、庇部５６ａにより、庇部５２ａと同様の効果を奏する。
【００５０】
図１０は、フランジ部の更に別の変形例を示す概略図である。同図に示す例では、流通孔５７は、フランジ部３６において渦巻状かつ放射状に配置されている。また、各流通孔５７の噴出口は、渦巻状かつ放射状のラインの接線方向に一致すると共にフランジ部３６の外側を向いた状態となっている。このような構成によっても、流通孔５７を流通した水蒸気がフランジ部３６の面内方向において外向きの渦流を形成する。したがって、この渦流がフランジ部３６の外側から回り込んできた水蒸気とぶつかることで、水蒸気の拡散を一層促進できる。また、庇部５７ａにより、庇部５２ａと同様の効果を奏する。
【００５１】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば、流通孔及び噴出口の寸法・形状は、混合部５ｘの寸法・形状、水蒸気の流量、圧力等を考慮して適宜設計される。これらの条件によっては、例えば図１１に示すように、フランジ部３６の径を中間壁６３の内径と一致させ、フランジ部３６の周縁部と中間壁６３との間の間隔を無くすこともできる。
【００５２】
また、図４に示した例では、流通孔５１は、フランジ部３６の厚み方向に水蒸気配管１７ｚと略平行に形成されているが、流通孔５１の軸は必ずしも水蒸気配管１７ｚと略平行である必要はない。この場合、フランジ部３６の下側から上側に向かって外側に傾斜するように各流通孔５１を形成してもよい。こうすると、流通孔５１を流通した水蒸気がフランジ部３６の外側に向かうので、フランジ部３６の外側から回り込んできた水蒸気との拡散をより促進できる。
【符号の説明】
【００５３】
１…水素製造装置、５…フィード部、５ｘ…混合部、６…改質部、１７ｚ…水蒸気配管（外管）、２０…セルスタック（燃料電池スタック）、３６…フランジ部、３７…燃料配管（内管）、５１〜５７…流通孔、５２ａ〜５７ａ…庇部、１００…燃料電池システム。
【図１】
2014009128.tif 000003
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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