(57)【要約】【課題】水蒸気を用いた燃料改質において、燃料改質器に供給される原燃料ガスと水蒸気を均一に混合することができる燃料改質器用混合装置を提供すること目的とする。【解決手段】主管２１に同軸的に接続され、流れの方向に沿って断面積が徐々に減少する縮径管２２と、その縮径管２２の他端に同軸的に接続された平行管からなるスロート管２３と、そのスロート管２３の他端に同軸的に接続され、流れの方向に沿って断面積が徐々に増加し、他端が主管２１に接続された拡開管２４とから構成されている。スロート管２３には、原燃料ガスＦＧをスロート管２３内に供給するための１つの原燃料ガス供給管２５が、スロート管２３の側壁に接続されている。スロート管２３において水蒸気ＳＴの流速を上げて原燃料ガスＦＧと混合することで、混合を促進し、均一に混合された混合気を得ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料ガスと水蒸気との混合気を水素含有ガスに改質する燃料改質器に供給される混合気を形成する燃料改質器用混合装置であって、
水蒸気を供給する主管に接続され、該接続された側から水蒸気の主流方向に沿って断面積が徐々に減少する縮径部と、
前記縮径部の縮径した端部に接続された同径状の同径部と、
前記同径部の側部に接続された前記同径部内に原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給部と、
前記同径部に接続され、該接続された側から原燃料ガスと水蒸気との混合気の主流方向に沿って断面積が徐々に増加し、拡開した端部が燃料改質器側に混合気を導く主管に接続された拡開部と
を具備することを特徴とする燃料改質器用混合装置。
【請求項２】
前記原燃料ガス供給部が、前記同径部の側部に、前記原燃料ガス供給部が設けられた前記同径部の断面の中心に向けて穿設された少なくとも一つの貫通孔を備え、該貫通孔から前記同径部内に原燃料ガスを噴出することを特徴とする請求項１記載の燃料改質器用混合装置。
【請求項３】
前記原燃料ガス供給部が、前記同径部の側部に、前記同径部の内壁の周面に対して接線方向に穿設された少なくとも一つの貫通孔を備え、該貫通孔から前記同径部内に原燃料ガスを噴出することを特徴とする請求項１記載の燃料改質器用混合装置。
【請求項４】
前記拡開部の内壁の周方向に所定の間隔で配設され、前記拡開部の中心軸方向に突出する複数の板状部材により構成される混合促進部材をさらに具備したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の燃料改質器用混合装置。
【請求項５】
原燃料ガスと水蒸気との混合気を水素含有ガスに改質する燃料改質器に供給される混合気を形成する燃料改質器用混合装置であって、
原燃料ガスと水蒸気とを混合する混合空間を有し、水蒸気を供給する水蒸気供給管が一つの壁部に接続され、燃料改質器側に原燃料ガスと水蒸気との混合気を導く混合気導出管が該一つの壁部と対向する壁部に接続れた混合室と、
前記水蒸気供給管が接続された壁部と前記混合気導出管が接続された壁部との間の側壁部に設けられ、前記混合室内に原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給部と
を具備することを特徴とする燃料改質器用混合装置。
【請求項６】
前記原燃料ガス供給部が、前記側壁部に、前記側壁部の断面の中心に向けて穿設された少なくとも一つの貫通孔を備え、該貫通孔から前記混合室内に原燃料ガスを噴出することを特徴とする請求項５記載の燃料改質器用混合装置。
【請求項７】
前記原燃料ガス供給部が、前記側壁部に、前記側壁部の断面における接線方向に向けて穿設された少なくとも一つの貫通孔を備え、該貫通孔から前記混合室内に原燃料ガスを噴出することを特徴とする請求項５記載の燃料改質器用混合装置。
【請求項８】
前記側壁部の内壁の周方向に所定の間隔で配設され、前記混合室の中心軸方向に突出する複数の板状部材により構成される混合促進部材をさらに具備したことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載の燃料改質器用混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気改質法を用いて、原燃料ガスと水蒸気を水素リッチガスに改質する燃料改質器に供給する原燃料ガスと水蒸気とを均一に混合して供給することができる燃料改質器用混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の電力産業分野や自動車産業分野等では、化石燃料枯渇に対応して省エネルギ化、ＣＯ２やＮＯｘの濃度増加に伴う環境保全等から燃料の多様化が促進されており、その一つに水素ガスの利用技術がある。
【０００３】
水素ガスの利用技術の中でも、燃料電池発電プラントや水素燃焼発電プラントは代表的な利用例である。
【０００４】
燃料電池発電プラントは、炭化水素系燃料などから改質させた水素リッチな燃料改質ガスと酸素とを電気化学的に反応させ、直接電気エネルギを発生させるものであり、数多くの技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、水素燃焼発電プラントでは、高圧の水素ガスと純酸素ガスとを燃焼させることによって発生する高温の水蒸気をタービンで膨張仕事をさせ、その際に発生する動力で発電機を駆動して発電を行っている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
燃料電池発電プラントや水素燃焼発電プラントは、ＮＯｘ，ＳＯｘ，ＣＯ２などの環境汚染物質や温暖化効果ガスを発生させない極めてクリーンなエネルギを使用する点で、２１世紀の新エネルギ推進政策の一環として研究開発の成果が注目されている。
【０００７】
このような背景の中、水素を手広く提供、入手できるような、いわゆる水素社会の実現に向けた技術の開発が求められており、その１つに、例えば、ジメチルエーテル（(ＣＨ３)2Ｏ）と水蒸気とを混合させて水素を得る技術が開発されている。
【０００８】
このジメチルエーテルを水蒸気を用いて改質する場合には、次の式（１）および式（２）の反応により、ジメチルエーテルは、水素を含むガスに転換される。
（ＣＨ３      ）２Ｏ＋Ｈ２Ｏ  ⇔  ２ＣＯ＋４Ｈ２−２０５ｋＪ／ｍｏｌ  …式（１）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ  ⇔  ＣＯ２＋Ｈ２＋４１ｋＪ／ｍｏｌ  …式（２）
【０００９】
式（１）式の反応は吸熱反応であり、３００℃程度の温度のジメチルエーテルと水蒸気の混合気を触媒反応させることで、ジメチルエーテルと水蒸気は、高純度水素ガスに転化する。通常、ジメチルエーテルの改質反応には、耐熱温度が３５０℃程度の銅および亜鉛系の触媒が用いられる。
【特許文献１】特開２００１−８５０４０号公報
【特許文献２】特開平１１−３６８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記した水素ガスを得るための一例である水蒸気改質法を用いたジメチルエーテルの改質では、ジメチルエーテルの転化率を向上させる１つの条件として、触媒反応を生じさせる燃料改質器において、ジメチルエーテルと水蒸気が均一に混合された状態であることが挙げられる。
【００１１】
しかしながら、従来の燃料改質器においては、ジメチルエーテルと水蒸気の混合状態が十分であるとは言いがたく、さらに改善される必要がある。
【００１２】
また、燃料電池発電プラントや水素燃焼発電プラントでは、水蒸気が流れる主流にジメチルエーテルを供給して双方を混合しているが、水蒸気が流れる主管の内径は、数十ｍｍ〜１００ｍｍと比較的大きく、主管を流れる水蒸気の流速も高速ではないため、主管内でジメチルエーテルと水蒸気の混合が促進されないという問題があった。
【００１３】
このような問題は、ジメチルエーテルを用いた水蒸気改質に限らず、例えば、メタン（ＣＨ４）やプロパン（Ｃ３Ｈ８）を用いた水蒸気改質においても生じている。
【００１４】
本発明では、上記したような問題を解決するために、水蒸気を用いた燃料改質において、燃料改質器に供給される原燃料ガスと水蒸気を均一に混合することができる燃料改質器用混合装置を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の燃料改質器用混合装置は、原燃料ガスと水蒸気との混合気を水素含有ガスに改質する燃料改質器に供給される混合気を形成する燃料改質器用混合装置であって、水蒸気を供給する主管に接続され、該接続された側から水蒸気の主流方向に沿って断面積が徐々に減少する縮径部と、前記縮径部の縮径した端部に接続された同径状の同径部と、前記同径部の側部に接続された前記同径部内に原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給部と、前記同径部に接続され、該接続された側から原燃料ガスと水蒸気との混合気の主流方向に沿って断面積が徐々に増加し、拡開した端部が燃料改質器側に混合気を導く主管に接続された拡開部とを具備することを特徴とする。
【００１６】
この燃料改質器用混合装置によれば、同径管において水蒸気の流速を上げて、原燃料ガスと混合することで、水蒸気と原燃料ガスとの混合を促進し、均一に混合された混合気を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の燃料改質器用混合装置は、原燃料ガスと水蒸気との混合気を水素含有ガスに改質する燃料改質器に供給される混合気を形成する燃料改質器用混合装置であって、原燃料ガスと水蒸気とを混合する混合空間を有し、水蒸気を供給する水蒸気供給管が一つの壁部に接続され、燃料改質器側に原燃料ガスと水蒸気との混合気を導く混合気導出管が該一つの壁部と対向する壁部に接続された混合室と、前記水蒸気供給管が接続された壁部と前記混合気導出管が接続された壁部との間の側壁部に設けられ、前記混合室内に原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給部とを具備することを特徴とする。
【００１８】
この燃料改質器用混合装置によれば、混合室に供給された原燃料ガスおよび水蒸気は、比較的大きな体積空間を有する混合室内への拡散および混合気導出管への縮流を経ることにより、原燃料ガスと水蒸気との混合が促進され、均一に混合した混合気を得ることができる。また、混合室に供給された原燃料ガスおよび水蒸気は、混合室内を流動するので、それによっても原燃料ガスと水蒸気との混合が促される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の燃料改質器用混合装置によれば、水蒸気を用いた燃料改質において、燃料改質器に供給される原燃料ガスと水蒸気を均一に混合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１には、本発明の一実施形態における混合部を備えた燃料改質システム１０の概要を示した図である。
【００２２】
燃料改質システム１０では、燃料改質器用混合装置として機能する混合部１１に対して水蒸気を供給する主管１２と原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給管１３が接続され、それぞれの配管から供給された原燃料ガスおよび水蒸気は混合部１１で混合し、均一に混合された混合気を形成する。
【００２３】
混合部１１によって形成された混合気は、燃料改質器１４に導かれ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２に改質される。例えば、原燃料にジメチルエーテルを用いた場合には、燃料改質器１４において上記した式（１）の水蒸気反応および式（２）のシフト反応により、ジメチルエーテルは、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２に改質される。これらの反応では、ＣＯと、ＣＯ２と、Ｈ２と、水蒸気との平衡から所定の濃度のＣＯが含まれることになる。このＣＯは、例えば、燃焼電池の電極触媒を被毒し、電池性能を低下させるので改質ガス中に含まれないのが好ましい。
【００２４】
そこで、燃料改質器１４で改質された改質ガスに微量の酸素または空気を混ぜて、ＣＯをＣＯ２に酸化させるＣＯ選択酸化反応部１５が燃料改質器１４の下流に設けられている。そして、ＣＯ選択酸化反応部１５においてＣＯ選択酸化反応が行われ、高純度のＨ２が得られる。
【００２５】
以下に、このような構成を備える燃料改質システム１０における混合部１１の実施の形態について、図を参照して説明する。なお、以上の各実施の形態においては、混合部を示す符号として２０、３０、４０、…、１７０、１８０をそれぞれ用いて説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
（混合部２０）
図２には、第１の実施の形態の混合部２０の断面図が示されている。混合部２０は、平行管からなる主管２１の間に介在し、主管２１に同軸的に接続され、流れの方向に沿って断面積が徐々に減少する縮径管（縮径部）２２と、その縮径管２２の他端に同軸的に接続された平行管からなるスロート管（同径部）２３と、そのスロート管２３の他端に同軸的に接続され、流れの方向に沿って断面積が徐々に増加し、他端が主管２１に接続された拡開管（拡開部）２４とから構成されている。また、スロート管２３には、原燃料ガスＦＧをスロート管２３内に供給するための１つの原燃料ガス供給管２５が、スロート管２３にほぼ垂直にスロート管２３の側壁に接続されている。なお、原燃料ガスＦＧの供給圧力は、スロート管２３内の圧力より大きく設定されている。
【００２７】
ここで、主管２１の内径（Ｄ１）に対してスロート管２３の内径（Ｄ２）は、Ｄ１の３０％程度（Ｄ２＝０．３×Ｄ１程度）に設定されている。また、スロート管２３の長さ（Ｌ）は、主管２１の内径（Ｄ１）の３〜５倍程度（Ｌ＝３×Ｄ１〜５×Ｄ１程度）に設定されている。また、混合部２０の中心軸に対する縮径管２２の傾き角度（α）および混合部２０の中心軸に対する拡開管２５の傾き角度（β）は、１５〜２０度に設定されている。また、混合部２０は、混合部２０を流れる水蒸気ＳＴの温度に対する耐熱性、耐腐食性などを満たす材料で形成され、例えば、ステンレス鋼などが用いられる。
【００２８】
次に、混合部２０を流れる水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧについて説明する。
原料ガスの一つである水蒸気ＳＴは、主管２１を通り、縮径管２２に流入する。縮径管２２に流入した水蒸気ＳＴは、縮径管２２の流路断面積の減少に伴い、その流速を増加させてスロート管２３へ流入する。これと同時に、原燃料ガスＦＧは、原燃料ガス供給管２５を通ってスロート管２３へ供給される。
【００２９】
流速を増加させてスロート管２３へ導入された水蒸気ＳＴは、原燃料ガス供給管２５から供給された原燃料ガスＦＧとスロート管２３内おいて衝突して混合し、所定の滞留時間を経て、拡開管２４に流入する。拡開管２４に流入した均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気は、拡開管２４の流路断面積の増加に伴い、その流速を減少させて主管２１へ流入する。そして、この混合気は、主管２１を通って、さらに下流に設けられた燃料改質器へ導かれる。
【００３０】
ここで、スロート管２３を流れる水蒸気ＳＴの流れのレイノルズ数は、１００００程度である。なお、レイノルズ数は、この値に限定されるものではなく、水蒸気ＳＴの流速などによって変化する。また、ここでいう均一に混合された混合気とは、混合気中に原燃料ガスＦＧの濃度分布がなく、その原燃料ガスＦＧの濃度が混合気中においてほぼ一定値となる混合気を意味する。
【００３１】
スロート管２３において、所定量の原燃料ガスＦＧを供給する場合には、原燃料ガス供給管２５の噴出部の口径を小さくし、流速を上げてスロート管２３内に原燃料ガスＦＧを噴出することが好ましい。これによって、原燃料ガスＦＧの有する水蒸気ＳＴへの貫通力が増加して、原燃料ガスＦＧが水蒸気ＳＴ内に混入し、それによって混合を促進することができる。
【００３２】
また、原燃料ガスＦＧの供給圧力とスロート管２３内の圧力との差圧が大きく取れない場合でも、スロート管２３を流れる加速された水蒸気ＳＴによるエジェクタ効果により発生する吸引力によって、原燃料ガスＦＧをスロート管２３内に導入することができる。これによって、スロート管２３内で原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合を図ることができる。
【００３３】
また、スロート管２３内における原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合気の滞留時間を増して、混合を促進するために、原燃料ガス供給管２５は、スロート管２３の縮径管２２側に接続されるのが好ましい。
【００３４】
この第１の実施の形態の混合部２０によれば、スロート管２３において水蒸気ＳＴの流速を上げて、原燃料ガスＦＧと混合することで、水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合を促進し、均一に混合された混合気を得ることができる。これによって、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【００３５】
特に、主管２１を流れる水蒸気ＳＴの流速が遅い場合であっても、流路断面積が主管２１よりも小さいスロート管２３において水蒸気ＳＴの流速を上げ、レイノルズ数を上昇させ流れを乱すことにより、水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合を促進することができる。
【００３６】
また、水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合は、主管２１に介在させた混合部２０で行うことができるので、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００３７】
さらに、この混合部２０では、主管２１とスロート管２３との間に介在している縮径管２２は、所定の角度を有して滑らかに流れを縮流し、また、拡開管２４は、所定の角度を有して滑らかに流れを発散するので、混合部２０における圧力損失を抑制することができる。
【００３８】
（第１の実施の形態の混合部２０の他の構成の混合部）
スロート管２３への原燃料ガスＦＧの供給方法により、スロート管２３内における原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合促進を図ることができる第１の実施の形態の混合部２０の他の構成について、図３〜６を参照して説明する。
【００３９】
これらの他の構成の混合部では、スロート管２３内に原燃料ガスＦＧを供給するための供給部の構成が第１の実施の形態の混合部２０における供給部の構成と異なる。
【００４０】
図３は、混合部２０の他の構成の混合部３０における図２のＡ−Ａ断面からの断面図を示している。また、図４は、混合部２０の他の構成の混合部４０における図２のＡ−Ａ断面からの断面図を示している。さらに、図５は、混合部２０の他の構成の混合部５０の断面図を示している。なお、第１の実施の形態の混合部２０の構成部分と同一の部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【００４１】
（混合部３０）
図３に示された混合部３０では、４本の原燃料ガス供給管２５が、スロート管２３にほぼ垂直にスロート管２３の側壁にほぼ等間隔で接続されている。この場合に用いられる原燃料ガス供給管２５の内管径は、１本の原燃料ガス供給管２５が接続された混合部２０の原燃料ガス供給管２５の内管径よりも小さく設定することが好ましい。
【００４２】
この混合部３０では、原燃料ガスＦＧは、４方から分散してスロート管２３を流れる水蒸気ＳＴ中に、この断面の中心に向けて噴出される。
【００４３】
この混合部３０によれば、原燃料ガスＦＧを分散させてスロート管２３内に供給するので、スロート管２３内における原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合をさらに促進し、均一に混合された混合気を得ることができる。これによって、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【００４４】
なお、上記した混合部３０のスロート管２３に接続される原燃料ガス供給管２５は、４本に限らず２本以上であればよい。
【００４５】
（混合部４０）
図４に示された混合部４０では、４本の原燃料ガス供給管２５が、スロート管２３の断面におけるスロート管２３の内壁の内周に対して接線方向に原燃料ガス供給管２５の噴出部が向くようにスロート管２３の側壁にほぼ等間隔で接続されている。さらに、４本の原燃料ガス供給管２５の噴出部は、スロート管２３の内周に沿って同一方向になるように、つまり、スロート管２３内に原燃料ガス供給管２５から噴出された原燃料ガスＦＧによって一方向の旋回流を形成するように接続されている。この場合に用いられる原燃料ガス供給管２５の内管径は、１本の原燃料ガス供給管２５が接続された混合部２０の原燃料ガス供給管２５の内管径よりも小さく設定することが好ましい。
【００４６】
また、原燃料ガス供給管２５の噴出部の向きは、スロート管２３の内壁面の接線方向に限らず、スロート管２３断面中心に対して偏心した方向ならばよい。この場合にも、４本の原燃料ガス供給管２５の噴出部は、スロート管２３の内周に沿って同一方向になるように、つまり、スロート管２３内に原燃料ガス供給管２５から噴出された原燃料ガスＦＧによって一方向の旋回流を形成するように接続される。
【００４７】
この混合部４０では、原燃料ガス供給管２５から噴出された原燃料ガスＦＧは、旋回しながらスロート管２３を流れる水蒸気ＳＴと混合する。
【００４８】
この混合部４０によれば、スロート管２３内における流体の乱流強度が増加し、原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合をさらに促進して、均一に混合された混合気を得ることができる。これによって、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【００４９】
なお、上記した混合部４０のスロート管２３に接続される原燃料ガス供給管２５は、４本に限らず２本以上であればよい。
【００５０】
（混合部５０）
図５に示された混合部５０には、スロート管２３と同心円的に、スロート管２３の下流方向に断面積が減少する原燃料ガス供給用縮径管５１が配設され、最小断面積を有する一端がスロート管２３の外壁に当着されている。また、原燃料ガス供給用縮径管５１の一端がスロート管２３の外壁に当着された位置よりも縮径管２２側のスロート管２３には、スロート管２３の中心方向に向けて複数の貫通孔５２が開口されている。
【００５１】
また、スロート管２３内における原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合気の滞留時間を増して、混合を促進するために、貫通孔５２は、スロート管２３の縮径管２２側に形成されるのが好ましい。
【００５２】
原燃料ガス供給用縮径管５１の内部を流れる原燃料ガスＦＧは、貫通孔５２を介してスロート管２３を流れる水蒸気ＳＴ中に供給される。水蒸気ＳＴ中に供給された原燃料ガスＦＧは、水蒸気ＳＴと混合し、均一に混合された混合気となる。
【００５３】
ここで、所定量の原燃料ガスＦＧを供給する場合には、貫通孔５２の孔径を小さくし、流速を上げてスロート管２３内に原燃料ガスＦＧを噴出することが好ましい。これによって、原燃料ガスＦＧの有する水蒸気ＳＴへの貫通力が増加して、原燃料ガスＦＧが水蒸気ＳＴ内に混入し、それによって混合を促進することができる。
【００５４】
また、原燃料ガスＦＧの供給圧力とスロート管２３内の圧力との差圧が大きく取れない場合でも、スロート管２３を流れる加速された水蒸気ＳＴによるエジェクタ効果により発生する吸引力によって、貫通孔５２を介して原燃料ガスＦＧをスロート管２３内に流引することができる。これによって、スロート管２３内で原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合を図ることができる。
【００５５】
ここで、図５には、スロート管２３に形成された複数の貫通孔５２がスロート管２３断面の中心に向けて開口されている一例を示したが、この構成に限るものではない。例えば、図６にスロート管２３に形成された複数の貫通孔５３の他の一例を示す。この図６は、この他の一例の混合部における図５のＢ−Ｂ断面からの断面図である。
【００５６】
図６に示すように、スロート管２３に形成された複数の貫通孔５３は、スロート管２３の断面におけるスロート管２３の内壁の内周に対して接線方向にほぼ等間隔で開口されている。さらに、複数の貫通孔５３の方向がスロート管２３の内周に沿って同一方向になるように、つまり、スロート管２３内に貫通孔５３から噴出された原燃料ガスＦＧによって一方向の旋回流を形成するように開口されている。
【００５７】
また、貫通孔５３の向きは、スロート管２３の断面におけるスロート管２３の内壁の内周に対して接線方向に限らず、スロート管２３断面の中心と偏心した方向ならばよい。この場合にも、複数の貫通孔５３の方向がスロート管２３の内周に沿って同一方向になるように、つまり、スロート管２３内に貫通孔５３から噴出された原燃料ガスＦＧによって一方向の旋回流を形成するように開口されている。
【００５８】
図６に示されたスロート管２３の断面におけるスロート管２３の内壁の内周に対して接線方向に開口された複数の貫通孔５３を有する混合部５０では、貫通孔５３から噴出された原燃料ガスＦＧは、旋回しながらスロート管２３を流れる水蒸気ＳＴと混合する。これによって、スロート管２３内における流体の乱流強度が増加し、原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合をさらに促進して、均一に混合された混合気を得ることができ、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【００５９】
なお、スロート管２３内に原燃料ガスＦＧを旋回させて供給する構成は、複数の貫通孔５３により旋回力を与える以外に、例えば、原燃料ガス供給用縮径管５１内にスワーラのような旋回流発生器を備えるてもよい。原燃料ガス供給用縮径管５１内に設けられた旋回流発生器を原燃料ガスＦＧが通過することで、原燃料ガスＦＧは、スロート管２３の側壁に沿う旋回流となる。そして、この旋回流を、図５に示したスロート管２３の中心方向に向けて開口された貫通孔５２からスロート管２３内に供給してもよい。  
【００６０】
（第２の実施の形態）
なお、以下の各実施の形態においては、既に説明された構成と同一部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【００６１】
第２の実施の形態の混合部では、第１の実施の形態で示したスロート管２３内または拡開管２４内に原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合を促進する混合促進部材を設けた実施の形態について、図を参照して説明する。
【００６２】
ここでは、図２に示した第１の実施の形態の混合部２０のスロート管２３内または拡開管２４内に、原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合を促進する構成部材を設けた実施の形態の一例を示すが、この混合促進部材は、上述した第１の実施の形態の混合部２０の他の構成の混合部３０、４０、５０にも適用することができる。
【００６３】
そして、他の構成の混合部３０、４０、５０においても以下に示す実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、上述した第１の実施の形態の混合部２０の他の構成の混合部３０、４０、５０に適用する場合で、この混合促進部材が旋回流を形成して混合促進を図るようなときには、その旋回方向は、上述した混合部３０、４０、５０における原燃料ガスＦＧの旋回方向と同方向にすることが好ましい。
【００６４】
（混合部６０）
図７には、混合部６０の断面図を示す。
図７に示した混合部６０は、スロート管２３内に、旋回流を発生させる旋回流発生部材６１を備えている。この旋回流発生部材６１は、スロート管２３の内壁の周方向に所定の間隔で、かつ、スロート管２３を流動する流体の流れ方向に対して所定の角度を有して配設された羽根を有する、例えば、スワーラなどで構成されている。そして、スワーラを、スロート管２３内の所定の断面に渡って配設する。
【００６５】
また、図８に示すように、この旋回流発生部材６１は、例えば、スロート管２３の内壁に、所定の幅を有する金属性のテープ状部材を螺旋状に接続して、スロート管２３の内壁から螺旋状に連続的に突出する螺旋状突出部を形成して構成されてもよい。なお、金属性のテープ状部材は、高温耐熱金属で形成され、例えば、ニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）を主成分とした金属などが用いられる。
【００６６】
なお、旋回流発生部材６１は、原燃料ガスＦＧが供給される位置よりも流れに対して下流側に配設されるのが好ましい。
【００６７】
次に、混合部６０を流れる水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧについて説明する。
原料ガスの一つである水蒸気ＳＴは、主管２１を通り、縮径管２２に流入する。縮径管２２に流入した水蒸気ＳＴは、縮径管２２の流路断面積の減少に伴い、その流速を増加させてスロート管２３へ流入する。これと同時に、原燃料ガスＦＧは、原燃料ガス供給管２５を通ってスロート管２３へ供給される。
【００６８】
流速を増加させてスロート管２３へ導入された水蒸気ＳＴは、原燃料ガス供給管２５から供給された原燃料ガスＦＧとともに、旋回流発生部材６１を通過する。旋回流発生部材６１を通過することで旋回力が与えられ乱流強度が増加された混合気流は、スロート管２３内でさらに混合が促進され、所定の滞留時間を経て、拡開管２４に流入する。拡開管２４に流入した水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気は、拡開管２４の流路断面積の増加に伴い、その流速を減少させて主管２１へ流入する。そして、この混合気は、主管２１を通って、さらに下流に設けられた燃料改質器へ導かれる。
【００６９】
この混合部６０によれば、水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧの混合気流が旋回流発生部材６１を通過して旋回流となるため、混合気流の乱流強度が増加し、スロート管２３内における水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合が促進され、均一に混合された混合気を形成することができる。これによって、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【００７０】
ここで、旋回流発生部材６１に代えて、スロート管２３の内壁面に、螺旋状に溝部を形成し、旋回流を形成させてもよい。これによっても、上記した旋回流発生部材６１と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
（混合部７０）
図９には、混合部７０の断面図を示す。
図９に示した混合部７０には、拡開管２４の内壁の周面に、所定の間隔をおいて複数のバッフル板７１が配設され、これが拡開管２４の内壁の軸方向に沿って複数段流路に突出して配設されている。各バッフル板７１は、流れの下流方向に傾けて配設されても、流れの上流方向に傾けて配設されても、または、流れに対して垂直に配設されてもよい。また、ある拡開管２４の断面において配設されたバッフル板７１の配置構成と、この配置構成に隣接する他段のバッフル板７１の配置構成が同じでも、異なっていてもよい。
【００７２】
次に、混合部７０を流れる水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧについて説明する。
原料ガスの一つである水蒸気ＳＴは、主管２１を通り、縮径管２２に流入する。縮径管２２に流入した水蒸気ＳＴは、縮径管２２の流路断面積の減少に伴い、その流速を増加させてスロート管２３へ流入する。これと同時に、原燃料ガスＦＧは、原燃料ガス供給管２５を通ってスロート管２３へ供給される。
【００７３】
流速を増加させてスロート管２３へ導入された水蒸気ＳＴは、スロート管２３内で原燃料ガス供給管２５から供給された原燃料ガスＦＧと混合し、拡開管２４に流入する。拡開管２４に流入した水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気は、拡開管２４の内壁に配設されたバッフル板７１と接触し、バッフル板７１間を流れる際に乱され、混合気流の乱流強度が増加し、さらに混合が促進される。そして、拡開管２４内でさらに混合された混合気は、主管２１を通って、さらに下流に設けられた燃料改質器へ導かれる。
【００７４】
この混合部７０によれば、スロート管２３内で混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を、さらに複数のバッフル板７１が配設された拡開管２４内を通過させることで、混合気の均一度を向上することができる。これによって、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【００７５】
（混合部８０）
図１０には、混合部８０の断面図を示す。
図１０に示した混合部８０には、拡開管２４内の所定の断面に渡って流れを攪拌する攪拌部材８１が設置されている。
【００７６】
この攪拌部材８１は、拡開管２４の内壁の周方向に所定の間隔で、かつ、拡開管２４を流動する流体の流れ方向に対して所定の角度を有して配設された羽根を有する、例えば、固定ファンやスワーラなどで構成することができる。
【００７７】
次に、混合部８０を流れる水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧについて説明する。
原料ガスの一つである水蒸気ＳＴは、主管２１を通り、縮径管２２に流入する。縮径管２２に流入した水蒸気ＳＴは、縮径管２２の流路断面積の減少に伴い、その流速を増加させてスロート管２３へ流入する。これと同時に、原燃料ガスＦＧは、原燃料ガス供給管２５を通ってスロート管２３へ供給される。
【００７８】
流速を増加させてスロート管２３へ導入された水蒸気ＳＴは、スロート管２３内で原燃料ガス供給管２５から供給された原燃料ガスＦＧと混合し、拡開管２４に流入する。そして、拡開管２４に流入した水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気は、拡開管２４の内壁に設置された攪拌部材８１を通過する。攪拌部材８１を通過することで乱され乱流強度が増加された混合気流は、さらに拡開管２４内でも混合が促進され、均一に混合された混合気となる。そして、拡開管２４を通過した混合気は、主管２１を通って、さらに下流に設けられた燃料改質器へ導かれる。
【００７９】
この混合部８０によれば、スロート管２３内で混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を、さらに攪拌部材８１が配設された拡開管２４内を通過させることで、混合気の均一度を向上することができる。これによって、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【００８０】
（混合部９０）
図１１には、混合部９０の断面図を示す。
図１１に示した混合部９０には、混合部９０の中心軸上に、拡開管２４の入口から拡開管２４と接続された主管２１の入口近傍にかけて、旋回流発生部材９１が設置されている。この旋回流発生部材９１は、その一部に設けられた支持部材（図示しない）を介して拡開管２４または主管２１の内壁に固定されている。
【００８１】
この旋回流発生部材９１は、例えば、スロート管２３の内径よりも小さい所定の外径を有し、その側面に螺旋状の溝が形成された柱体または筒体で構成される。また、旋回流発生部材９１は、例えば、スロート管２３の内径よりも小さい所定の外径を有し、その側面に螺旋状に連続的に突出部が形成された柱体または筒体で構成することもできる。なお、筒体が使用される場合には、スロート管２３側の端面は、開口または閉鎖されていてもよいが、開口されている方が螺旋状の溝などに混合気が流入しやすいので好ましい。
【００８２】
次に、混合部９０を流れる水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧについて説明する。
原料ガスの一つである水蒸気ＳＴは、主管２１を通り、縮径管２２に流入する。縮径管２２に流入した水蒸気ＳＴは、縮径管２２の流路断面積の減少に伴い、その流速を増加させてスロート管２３へ流入する。これと同時に、原燃料ガスＦＧは、原燃料ガス供給管２５を通ってスロート管２３へ供給される。
【００８３】
流速を増加させてスロート管２３へ導入された水蒸気ＳＴは、スロート管２３内で原燃料ガス供給管２５から供給された原燃料ガスＦＧと混合し、拡開管２４に流入する。そして、拡開管２４に流入した水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気の一部は、旋回流発生部材９１の螺旋状に形成された溝部、または螺旋状に形成された突出部間を流れ、旋回流を形成する。形成された旋回流は、それ自身およびその周囲を流れる他の混合気とさらに混合し、均一に混合された混合気となる。そして、拡開管２４を通過した混合気は、主管２１を通って、さらに下流に設けられた燃料改質器へ導かれる。
【００８４】
この混合部９０によれば、スロート管２３内で混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を、さらに旋回流発生部材９１が配設された拡開管２４内を通過させることで、混合気の均一度を向上することができる。これによって、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【００８５】
（混合部１００）
図１２には、混合部１００の断面図を示す。
図１２に示した混合部１００には、スロート管２３および拡開管２４の内部に、それぞれの配管の内壁から所定の距離をおいて、それぞれの配管に沿って、原燃料ガス分散筒１０１が設置されている。この原燃料ガス分散筒１０１は、その一部に設けられた支持部材（図示しない）を介してスロート管２３または拡開管２４の内壁に固定されている。
【００８６】
この原燃料ガス分散筒１０１は、スロート管２３の内径よりも小さな外径を有する筒体からなる平行管１０１ａと、その平行管１０１ａの一端に同軸的に接続され、断面積が徐々に増加する筒体からなる拡開管１０１ｂとで形成されている。この平行管１０１ａおよび拡開管１０１ｂの長さは、設置されるスロート管２３および拡開管２４の長さに対応させて形成され、さらに、拡開管１０１ｂの傾き角度も拡開管２４に対応させて形成されている。また、平行管１０１ａおよび拡開管１０１ｂには、多数の貫通孔１０１ｃが開口されている。
【００８７】
次に、混合部１００を流れる水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧについて説明する。
原料ガスの一つである水蒸気ＳＴは、主管２１を通り、縮径管２２に流入する。縮径管２２に流入した水蒸気ＳＴの一部は、スロート管２３と原燃料ガス分散筒１０１との間に流入する。一方、残りの大部分の水蒸気ＳＴは、原燃料ガス分散筒１０１の内部に流入する。これと同時に、原燃料ガスＦＧは、原燃料ガス供給管２５を通ってスロート管２３と原燃料ガス分散筒１０１との間に供給される。
【００８８】
スロート管２３と原燃料ガス分散筒１０１との間に供給された原燃料ガスＦＧは、そこを流れる水蒸気ＳＴの一部と混合し、原燃料ガス分散筒１０１の内部を流れによるエジェクタ効果および原燃料ガス分散筒１０１との差圧により、原燃料ガス分散筒１０１に開口された複数の貫通孔１０１ｃから原燃料ガス分散筒１０１内へ流引される。また、原燃料ガス分散筒１０１に開口された複数の貫通孔１０１ｃからスロート管２３と原燃料ガス分散筒１０１との間に水蒸気ＳＴが流入することもある。
【００８９】
原燃料ガス分散筒１０１内へ流引された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気は、さらに、原燃料ガス分散筒１０１内を流れる水蒸気ＳＴと混合し、均一に混合された混合気となる。そして、原燃料ガス分散筒１０１の拡開管１０１ｂに沿って徐々に流速を減少しながら主管２１に流入する。そして、この均一に混合された混合気は、主管２１を通って、さらに下流に設けられた燃料改質器へ導かれる。
【００９０】
ここで、スロート管２３と原燃料ガス分散筒１０１との間の大部分の混合気は、原燃料ガス分散筒１０１の拡開管１０１ｂの端部に到達するまでに、原燃料ガス分散筒１０１内に流引される。たとえ、その混合気が、原燃料ガス分散筒１０１内に流引されずに残ったとしても微量であるため、拡開管２４と接続された主管２１内の入口から間もない部分で、原燃料ガス分散筒１０１内を通過した混合気と均一に混合し、全体として均一に混合された混合気が形成される。
【００９１】
なお、拡開管１０１ｂの端部と拡開管２４との間の隙間を閉鎖し、スロート管２３と原燃料ガス分散筒１０１との間のすべての混合気を原燃料ガス分散筒１０１の貫通孔１０１ｃを通過せて、原燃料ガス分散筒１０１内に導く構造にしてもよい。
【００９２】
この混合部１００によれば、原燃料ガス分散筒１０１から分散して原燃料ガスＦＧの濃度の高い水蒸気ＳＴとの混合気を、原燃料ガス分散筒１０１内に導き、水蒸気ＳＴと混合することができるので、例えば、一箇所から局所的に原燃料ガスＦＧを供給して混合するよりも、原燃料ガスＦＧがリッチとなる領域を抑制することができ、均一な濃度の混合気を形成し易くなる。また、原燃料ガス分散筒１０１に設けられた多数の貫通孔１０１ｃを介する流体の移動（流出または流入）により乱流強度が増加し、混合気のさらなる混合促進および均一化を図ることができる。
【００９３】
これによって、混合気の均一度を向上することができ、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【００９４】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の混合部の基本構造は、平行管からなる主管２１の間に介在させた混合室で構成される。まず、この混合室を有する混合部１１０について説明する。
【００９５】
（混合部１１０）
図１３には、第３の実施の形態の混合部１１０の断面図が示されている。混合部１１０は、平行管からなる主管２１の間に介在し、主管２１に同軸的に接続された筐体からなる混合室１１１で構成されている。ここで、混合室１１１に水蒸気ＳＴを供給する側の主管２１と、混合室１１１から混合気を燃料改質器側に流動する側の主管２１は、それぞれ混合室１１１の対向する壁部に接続されている。
【００９６】
また、混合室１１１には、原燃料ガスＦＧをスロート管２３内に供給するための１つの原燃料ガス供給管２５が、混合室１１１の１つの壁部に接続されている。なお、原燃料ガスＦＧの供給圧力は、混合室１１１内の圧力より大きく設定されている。
【００９７】
ここで、混合室１１１内の主管２１に対して垂直な断面積は、主管２１の断面積よりも大きく構成されている。また、混合部１１０は、混合部１１０を流れる水蒸気ＳＴの温度に対する耐熱性、耐腐食性などを満たす材料で形成され、例えば、ステンレス鋼などが用いられる。
【００９８】
次に、混合部１１０を流れる水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧについて説明する。
原料ガスの一つである水蒸気ＳＴは、主管２１を通り、混合室１１１に流入する。混合室１１１に流入した水蒸気ＳＴは、混合室１１１内の空間に広がる。これと同時に、原燃料ガスＦＧは、原燃料ガス供給管２５を通って混合室１１１へ供給され、混合室１１１内に広がる。
【００９９】
混合室１１１内に広がった水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧは、混合室１１１内を流動することで混合し、混合された混合気は、混合室１１１に接続された下流側の主管２１に縮流して流入する。この縮流の際、さらに混合が促進され、均一に混合した混合気が形成される。そして、この均一に混合した混合気は、主管２１を通って、さらに下流に設けられた燃料改質器へ導かれる。
【０１００】
スロート管２３において、所定量の原燃料ガスＦＧを供給する場合には、原燃料ガス供給管２５の噴出部の口径を小さくし、流速を上げて混合室１１１内に原燃料ガスＦＧを噴出することが好ましい。これによって、原燃料ガスＦＧの有する水蒸気ＳＴへの貫通力が増加して、原燃料ガスＦＧが水蒸気ＳＴ内に混入し、それによって混合を促進することができる。
【０１０１】
また、混合室１１１内における原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合を促進するために、原燃料ガス供給管２５は、混合室１１１の側壁の水蒸気ＳＴが供給される主管２１側に接続されるのが好ましい。
【０１０２】
この第３の実施の形態の混合部１１０によれば、混合室１１１に供給された原燃料ガスＦＧおよび水蒸気ＳＴは、比較的大きな体積空間を有する混合室１１１への拡散工程および主管２１への縮流工程を経ることにより、原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合が促進され、均一に混合した混合気を得ることができる。また、混合室１１１に供給された原燃料ガスＦＧおよび水蒸気ＳＴは、混合室１１１内を流動するので、それによっても原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合が促される。これによって、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【０１０３】
ここで、混合室１１１内の８つの角部に、混合室１１１内部に内曲面を有するようにＲ部を設けてもよい。これによって、混合室１１１内の混合気の流動をスムーズに行わせることができ、さらに、角部における渦流の形成を防止することができる。
【０１０４】
また、混合室１１１の形状は、筐体に限るものではなく、例えば、円筒体や中空の球体などで構成されてもよい。
【０１０５】
さらに、図１３に示された混合部１１０では、主管２１と混合室１１１は同軸的に接続されているが、この構成に限られるものではない。例えば、図１４に示すように、混合室１１１と、水蒸気ＳＴを混合室１１１に供給する主管２１と、水蒸気ＳＴを混合室１１１から燃料改質器に導く主管２１とは、それぞれ非同軸的に接続されてもよい。この場合、水蒸気ＳＴを混合室１１１に供給する主管２１は、原燃料ガス供給管２５側に配設されるのが好ましい。また、水蒸気ＳＴを混合室１１１に供給する主管２１と、水蒸気ＳＴを混合室１１１から燃料改質器に導く主管２１とは、混合室１１１に対して対角に配設されるのが好ましい。
【０１０６】
（第３の実施の形態の混合部１１０の他の構成の混合部）
また、図１５および１６には、第３の実施の形態の混合部１１０の他の構成の混合部を示している。これらの他の構成の混合部では、混合室１１１内に原燃料ガスＦＧを供給するための供給部の構成が、第３の実施の形態の混合部１１０における供給部の構成と異なる。
【０１０７】
図１５は、他の構成の混合部１２０における図１３のＣ−Ｃ断面からの断面図を示している。また、図１６は、他の構成の混合部１３０における図１３のＣ−Ｃ断面からの断面図を示している。
【０１０８】
（混合部１２０）
図１５に示された混合部１２０では、主管２１が接続された以外の４つの各壁部の幅方向の中心部に、原燃料ガス供給管２５が、各壁部にほぼ垂直に接続されている。この場合に用いられる原燃料ガス供給管２５の内管径は、１本の原燃料ガス供給管２５が接続された混合部１１０の原燃料ガス供給管２５の内管径よりも小さく設定することが好ましい。
【０１０９】
この混合部１２０では、原燃料ガスＦＧは、４方から分散して混合室１１１内の水蒸気ＳＴ中に、この断面中心に向けて噴出される。
【０１１０】
この混合部１２０によれば、４方から分散して原燃料ガスＦＧを、混合室１１１内に導き、水蒸気ＳＴと混合することができるので、例えば、一箇所から局所的に原燃料ガスＦＧを供給して混合するよりも、原燃料ガスＦＧがリッチとなる領域を抑制することができ、均一な濃度の混合気を形成し易くなる。これによって、混合気の均一度を向上することができ、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【０１１１】
なお、上記した混合部１２０の混合室１１１に接続される原燃料ガス供給管２５は、４本に限らず２本以上であればよい。
【０１１２】
（混合部１３０）
図１６に示された混合部１３０では、主管２１が接続された以外の４つの壁部からなる流路断面において、この内壁の内周に沿って原燃料ガス供給管２５の噴出部が向くように、それぞれ原燃料ガス供給管２５が接続されている。さらに、この４本の各原燃料ガス供給管２５の噴出部は、主管２１が接続された以外の４つの壁部からなる流路断面において、内周に対して同一方向になるように、つまり、混合室１１１内に原燃料ガス供給管２５から噴出された原燃料ガスＦＧによって一方向の旋回流を形成するように接続されている。この場合に用いられる原燃料ガス供給管２５の内管径は、１本の原燃料ガス供給管２５が接続された混合部１１０の原燃料ガス供給管２５の内管径よりも小さく設定することが好ましい。
【０１１３】
また、原燃料ガス供給管２５の噴出部の向きは、主管２１が接続された以外の４つの壁部からなる流路断面において、内壁の内周に沿う方向に限らず、この流路断面の中心に対して偏心した方向ならばよい。この場合にも、４本の各原燃料ガス供給管２５の噴出部は、主管２１が接続された以外の４つの壁部からなる流路断面において、内周に対して同一方向になるように、つまり、スロート管２３内に原燃料ガス供給管２５から噴出された原燃料ガスＦＧによって一方向の旋回流を形成するように接続される。
【０１１４】
この混合部１３０では、原燃料ガス供給管２５から噴出された原燃料ガスＦＧは、旋回しながらスロート管２３を流れる水蒸気ＳＴと混合する。
【０１１５】
この混合部１３０によれば、混合室１１１内における流体の乱流強度が増加し、原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合をさらに促進して、均一に混合された混合気を得ることができる。これによって、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【０１１６】
なお、上記した混合部１３０の混合室１１１に接続される原燃料ガス供給管２５は、４本に限らず２本以上であればよい。また、混合室１１１が、例えば、円筒体で形成されている場合には、原燃料ガス供給管２５は、その噴出部がこの円筒体の断面における内壁の内周に対して接線方向に向くように接続される。
【０１１７】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態の混合部では、第３の実施の形態で示した混合室１１１内に原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合を促進する混合促進部材を設けた実施の形態について、図を参照して説明する。
【０１１８】
ここでは、図１３に示した第３の実施の形態の混合部１１０の混合室１１１内に、原燃料ガスＦＧと水蒸気ＳＴとの混合を促進する構成部材を設けた実施の形態の一例を示すが、この混合促進部材は、上述した第３の実施の形態の混合部１１０の他の構成の混合部１２０、１３０にも適用することができる。
【０１１９】
そして、他の構成の混合部１２０、１３０においても以下に示す実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、上述した第３の実施の形態の混合部１１０の他の構成の混合部１２０、１３０に適用する場合で、この混合促進部材が旋回流を形成して混合促進を図るようなときには、その旋回方向は、上述した混合部１２０、１３０における原燃料ガスＦＧの旋回方向と同方向にすることが好ましい。
【０１２０】
（混合部１４０）
図１７には、混合部１４０の断面図を示す。
図１７に示した混合部１４０には、混合室１１１の主管２１が接続された以外の４つの壁部からなる内壁の周面に、所定の間隔をおいて複数のバッフル板７１が配設され、これがこの４つの壁部で形成される流路の軸方向に沿って複数段突出して配設されている。
【０１２１】
各バッフル板１４１は、水蒸気ＳＴを混合室１１１に供給する主管２１側に傾けて配設されても、流れの上流方向に傾けて配設されても、または、各内壁面に垂直に配設されてもよい。また、ある混合室１１１の断面において配設されたバッフル板１４１の配置構成と、この配置構成に隣接する他段のバッフル板１４１の配置構成が同じでも、異なっていてもよい。なお、図１７に示した混合室１１１では、主管２１が接続された以外の４つの壁部の各内壁面に、複数のバッフル板１４１が配設された一例を示したが、バッフル板１４１は、主管２１が接続された以外の４つの壁部の各内壁面の少なくとも一つの面に配設されていればよい。
【０１２２】
次に、混合部１４０を流れる水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧについて説明する。
原料ガスの一つである水蒸気ＳＴは、主管２１を通り、混合室１１１に流入する。混合室１１１に流入した水蒸気ＳＴは、混合室１１１内の空間に広がる。これと同時に、原燃料ガスＦＧは、原燃料ガス供給管２５を通って混合室１１１へ供給され、混合室１１１内に広がる。
【０１２３】
混合室１１１内に広がった水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧは、混合室１１１の内壁に配設されたバッフル板１４１と接触し、バッフル板１４１間を流れる際に乱され、混合気流の乱流強度が増加し、さらに混合が促進される。そして、混合室１１１内をで混合された混合気は、混合室１１１に接続された下流側の主管２１に縮流して流入する。この縮流の際、さらに混合が促進され、均一に混合した混合気が形成される。そして、この均一に混合した混合気は、主管２１を通って、さらに下流に設けられた燃料改質器へ導かれる。
【０１２４】
この混合部１４０によれば、混合室１１１内に広がった水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧを、複数のバッフル板１４１が配設された混合室１１１内を通過させることで、水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合を促進することができる。さらに、混合室１１１に供給された原燃料ガスＦＧおよび水蒸気ＳＴは、比較的大きな体積を有する混合室１１１への拡散工程および主管２１への縮流工程を経ることにより、混合気の均一度を向上することができる。これによって、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【０１２５】
（混合部１５０）
図１８には、混合部１５０の断面図を示す。
図１８に示した混合部１５０には、混合室１１１内の所定の断面に渡って流れを攪拌する攪拌部材１５１が設置されている。
【０１２６】
この攪拌部材１５１は、混合室１１１の主管２１が接続された以外の４つの壁部からなる内壁の周方向に所定の間隔で、かつ、混合室１１１を流動する流体の流れ方向に対して所定の角度を有して配設された羽根を有する、例えば、固定ファンやスワーラなどで構成することができる。なお、スワーラを用いる場合には、旋回流発生部材としての機能も発揮する。
【０１２７】
次に、混合部１５０を流れる水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧについて説明する。
原料ガスの一つである水蒸気ＳＴは、主管２１を通り、混合室１１１に流入する。混合室１１１に流入した水蒸気ＳＴは、混合室１１１内の空間に広がる。これと同時に、原燃料ガスＦＧは、原燃料ガス供給管２５を通って混合室１１１へ供給され、混合室１１１内に広がる。
【０１２８】
混合室１１１内に広がった水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧは、混合室１１１の内壁に設置された攪拌部材１５１を通過する。攪拌部材１５１を通過することで乱され乱流強度が増加された混合気流は、混合室１１１に接続された下流側の主管２１に縮流して流入する。この縮流の際、さらに混合が促進され、均一に混合した混合気が形成される。そして、この均一に混合した混合気は、主管２１を通って、さらに下流に設けられた燃料改質器へ導かれる。
【０１２９】
この混合部１５０によれば、混合室１１１内に広がった水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧを、攪拌部材１５１が配設された混合室１１１内を通過させることで、水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合を促進することができる。さらに、混合室１１１に供給された原燃料ガスＦＧおよび水蒸気ＳＴは、比較的大きな体積を有する混合室１１１への拡散工程および主管２１への縮流工程を経ることにより、混合気の均一度を向上することができる。これによって、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【０１３０】
（混合部１６０）
図１９には、混合部１６０の断面図を示す。
図１９に示した混合部１６０には、混合部１６０の中心軸上に、旋回流発生部材１６１が設置されている。この旋回流発生部材１６１は、その一部に設けられた支持部材（図示しない）を介して混合室１１１の内壁に固定されている。
【０１３１】
この旋回流発生部材１６１は、その側面に螺旋状の溝が形成された柱体または筒体で構成される。また、旋回流発生部材１６１は、その側面に螺旋状に連続的に突出部が形成された柱体または筒体で構成されてもよい。なお、筒体が使用される場合には、水蒸気ＳＴを混合室１１１の供給する主管２１側の端面は、開口または閉鎖されていてもよいが、開口されている方が螺旋状の溝などに混合気が流入しやすいので好ましい。
【０１３２】
次に、混合部１６０を流れる水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧについて説明する。
原料ガスの一つである水蒸気ＳＴは、主管２１を通り、混合室１１１に流入する。混合室１１１に流入した水蒸気ＳＴは、混合室１１１内の空間に広がる。これと同時に、原燃料ガスＦＧは、原燃料ガス供給管２５を通って混合室１１１へ供給され、混合室１１１内に広がる。
【０１３３】
混合室１１１内に広がった水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧの一部は、旋回流発生部材１６１の螺旋状に形成された溝部、または螺旋状に形成された突出部間を流れ、旋回流を形成する。形成された旋回流は、それ自身およびその周囲を流れる他の混合気とさらに混合し、均一に混合された混合気となる。そして、この混合気は、混合室１１１に接続された下流側の主管２１に縮流して流入する。この縮流の際、さらに混合が促進され、均一に混合した混合気が形成される。そして、この均一に混合した混合気は、主管２１を通って、さらに下流に設けられた燃料改質器へ導かれる。
【０１３４】
この混合部１６０によれば、混合室１１１内に広がった水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧを、旋回流発生部材１６１が配設された混合室１１１内を通過させることで、水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合を促進することができる。さらに、混合室１１１に供給された原燃料ガスＦＧおよび水蒸気ＳＴは、比較的大きな体積を有する混合室１１１への拡散工程および主管２１への縮流工程を経ることにより、混合気の均一度を向上することができる。これによって、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【０１３５】
ここで、旋回流発生部材１６１に代えて、混合室１１１の内壁面に、螺旋状に溝部を形成し、旋回流を形成させてもよい。この場合には、混合室１１１の主管２１が接続された以外の４つの壁部が当接する軸方向に伸びた角部に、混合室１１１内部に内曲面を有するようにＲ部を設けることが好ましい。この混合室１１１の内壁面に螺旋状の溝部を設けた構成によっても、上記した旋回流発生部材１５１と同様の効果を得ることができる。なお、この螺旋状の溝部は、旋回流発生部材１６１と併設されてもよい。
【０１３６】
（混合部１７０）
図２０には、混合部１７０の断面図を示す。
図２０に示した混合部１７０には、混合室１１１の内部に、混合室１１１の主管２１が接続された以外の４つの壁部で形成される流路において、各壁部の内壁から所定の距離をおいて、その内壁の軸方向に沿って、原燃料ガス分散筒１７１が設置されている。この原燃料ガス分散筒１７１は、その一部に設けられた支持部材（図示しない）を介して混合室１１１の内壁に固定されている。また、この原燃料ガス分散筒１７１は、混合室１１１の軸方向の両端部と若干隙間を設けて配置されている。
【０１３７】
この原燃料ガス分散筒１７１は、混合室１１１の内部断面よりも小さな外部断面を有する筒体からなる平行管で形成されている。また、原燃料ガス分散筒１７１には、多数の貫通孔１７１ａが開口されている。
【０１３８】
次に、混合部１７０を流れる水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧについて説明する。
原料ガスの一つである水蒸気ＳＴは、主管２１を通り、混合室１１１に流入する。混合室１１１に流入した水蒸気ＳＴの一部は、混合室１１１と原燃料ガス分散筒１７１との間に流入する。一方、残りの大部分の水蒸気ＳＴは、原燃料ガス分散筒１７１の内部に流入する。これと同時に、原燃料ガスＦＧは、原燃料ガス供給管２５を通って混合室１１１と原燃料ガス分散筒１７１との間に供給される。
【０１３９】
混合室１１１と原燃料ガス分散筒１７１との間に供給された原燃料ガスＦＧは、そこを流れる水蒸気ＳＴの一部と混合し、原燃料ガス分散筒１７１の内部を流れによるエジェクタ効果および原燃料ガス分散筒１７１内との差圧により、原燃料ガス分散筒１７１に開口された複数の貫通孔１７１ａから原燃料ガス分散筒１７１内へ流引される。
【０１４０】
原燃料ガス分散筒１７１内へ流引された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気は、さらに、原燃料ガス分散筒１７１内を流れる水蒸気ＳＴと混合し、均一に混合された混合気となる。そして、この混合気は、混合室１１１に接続された下流側の主管２１に縮流して流入する。この縮流の際、さらに混合が促進され、均一に混合した混合気が形成される。そして、この均一に混合した混合気は、主管２１を通って、さらに下流に設けられた燃料改質器へ導かれる。
【０１４１】
ここで、混合室１１１と原燃料ガス分散筒１７１との間の大部分の混合気は、原燃料ガス分散筒１７１の端部に到達するまでに、原燃料ガス分散筒１７１内に流引される。たとえ、その混合気が、原燃料ガス分散筒１７１内に流引されずに残ったとしても微量であるため、混合室１１１に接続された下流側の主管２１に縮流する前に、原燃料ガス分散筒１７１内を通過した混合気と均一に混合し、全体として均一に混合された混合気が形成される。
【０１４２】
なお、流れを縮流させる主管２１側の原燃料ガス分散筒１７１の端部と混合室１１１との間の隙間を閉鎖し、混合室１１１と原燃料ガス分散筒１７１との間のすべての混合気を原燃料ガス分散筒１７１の貫通孔１７１ａを通過せて、原燃料ガス分散筒１７１内に導く構造にしてもよい。
【０１４３】
この混合部１７１によれば、原燃料ガス分散筒１７１から分散して原燃料ガスＦＧの濃度の高い水蒸気ＳＴとの混合気を、原燃料ガス分散筒１７１内に導き、水蒸気ＳＴと混合することができるので、例えば、一箇所から局所的に原燃料ガスＦＧを供給して混合するよりも、原燃料ガスＦＧがリッチとなる領域を抑制することができ、均一な濃度の混合気を形成し易くなる。さらに、混合室１１１に供給された原燃料ガスＦＧおよび水蒸気ＳＴは、比較的大きな体積を有する混合室１１１への拡散工程および主管２１への縮流工程を経ることにより、混合気の均一度を向上することができる。これによって、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【０１４４】
（混合部１８０）
図２１には、混合部１８０の断面図を示す。
図２１に示した混合部１８０には、振動や脈動を発生する加振部１８１ａと、その加振部１８１で発生した振動や脈動を混合室１１１に伝達する伝達部１８１ｂとから構成される加振装置１８１が備えられている。
【０１４５】
混合部１８０の混合室１１１を形成する一つの壁部に伝達部１８１ｂが接続され、加振部１８１ａで発生した振動や脈動を混合室１１１内に伝達する。この加振装置１８１を備える場合には、主管２１および原燃料ガス供給管２５と混合室１１１とは、例えば、ステンレス製のフレキシブル管などを介して接続される。
【０１４６】
次に、混合部１４０を流れる水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧについて説明する。
原料ガスの一つである水蒸気ＳＴは、主管２１を通り、混合室１１１に流入する。混合室１１１に流入した水蒸気ＳＴは、混合室１１１内の空間に広がる。これと同時に、原燃料ガスＦＧは、原燃料ガス供給管２５を通って混合室１１１へ供給され、混合室１１１内に広がる。
【０１４７】
混合室１１１内に広がった水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧは、混合室１１１内を流動することで混合する。また、加振装置１８１によって、混合室１１１が振動し、この振動によって、混合室１１１内の混合気は、さらに混合される。そして、混合された混合気は、混合室１１１に接続された下流側の主管２１に縮流して流入する。この縮流の際、さらに混合が促進され、均一に混合した混合気が形成される。そして、この均一に混合した混合気は、主管２１を通って、さらに下流に設けられた燃料改質器へ導かれる。
【０１４８】
なお、加振装置１８１によって混合室１１１に振動を与える場合には、上述したバッフル板１４１、攪拌部材１５１、旋回流発生部材１６１などを併設させることが好ましく、これによって、水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合をさらに促進することができる。
【０１４９】
この混合部１８０によれば、加振装置１８１によって、混合室１１１を振動させることで、混合室１１１内に広がった水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合を促進することができる。さらに、混合室１１１に供給された原燃料ガスＦＧおよび水蒸気ＳＴは、比較的大きな体積を有する混合室１１１への拡散工程および主管２１への縮流工程を経ることにより、混合気の均一度を向上することができる。これによって、燃料改質器に、均一に混合された水蒸気ＳＴと原燃料ガスＦＧとの混合気を供給することができる。
【０１５０】
（他の実施の形態）
なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限られるものではなく、例えば、水蒸気ＳＴおよび原燃料ガスＦＧの少なくとも一方をパルス流として混合部に供給させてもよい。また、原燃料ガスＦＧは、第１および２の実施の形態の混合部では、スロート管２３よりも上流側（水蒸気ＳＴを供給する主管２１側）、第１および２の実施の形態の混合部では、水蒸気ＳＴを供給する主管２１と混合室１１１との接続部付近の主管２１に供給されてもよい。
【０１５１】
また、混合部を構成するスロート管は、平行管に限定されるものではなく、曲部を有するものであってもよく、いわゆる同径管であればよい。また、本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想の範囲で拡張、変更することができ、この拡張、変更した実施の形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】本発明の一実施形態における混合部を備えた燃料改質システムの概要を示した図。
【図２】第１の実施の形態の混合部２０の断面図。
【図３】第１の実施の形態の混合部３０における図２のＡ−Ａ断面からの断面図。
【図４】第１の実施の形態の混合部４０における図２のＡ−Ａ断面からの断面図。
【図５】第１の実施の形態の混合部５０の断面図。
【図６】第１の実施の形態のスロート管に形成された複数の貫通孔の他の一例を示す図。
【図７】第２の実施の形態の混合部６０の断面図。
【図８】第２の実施の形態の混合部６０の他の一例を示す断面図。
【図９】第２の実施の形態の混合部７０の断面図。
【図１０】第２の実施の形態の混合部８０の断面図。
【図１１】第２の実施の形態の混合部９０の断面図。
【図１２】第２の実施の形態の混合部１００の断面図。
【図１３】第３の実施の形態の混合部１１０の断面図。
【図１４】第３の実施の形態の混合部１１０の他の一例を示す断面図。
【図１５】第３の実施の形態の混合部１２０の断面図。
【図１６】第３の実施の形態の混合部１３０の断面図。
【図１７】第４の実施の形態の混合部１４０の断面図。
【図１８】第４の実施の形態の混合部１５０の断面図。
【図１９】第４の実施の形態の混合部１６０の断面図。
【図２０】第４の実施の形態の混合部１７０の断面図。
【図２１】第４の実施の形態の混合部１８０の断面図。
【符号の説明】
【０１５３】
２０…混合部、２１…主管、２２…縮径管（縮径部）、２３…スロート管（同径部）、２４…拡開管（拡開部）、２５…原燃料ガス供給管。
【図１】
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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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