JP2001345112A - 動的に調整された背圧を有する燃料電池 - Google Patents
動的に調整された背圧を有する燃料電池Info
- Publication number
- JP2001345112A JP2001345112A JP2001164446A JP2001164446A JP2001345112A JP 2001345112 A JP2001345112 A JP 2001345112A JP 2001164446 A JP2001164446 A JP 2001164446A JP 2001164446 A JP2001164446 A JP 2001164446A JP 2001345112 A JP2001345112 A JP 2001345112A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- fuel cell
- cathode
- controller
- anode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 周囲の温度及び圧力の様々な条件下で、水の
回復、システム効率、電池性能及びコンプレッサ性能を
最適化する。 【解決手段】 燃料電池システム２は、Ｈ2を含むアノ
ードテイルガスを吐出するアノード出口及びＯ2を含む
カソードテイルガスを吐出するカソード出口を有する燃
料電池４と、水素タンク１４と、燃料電池カソードに酸
素を提供するコンプレッサ１８とを備える。更に、カソ
ードテイルガスの背圧を変化させるよう調整可能な圧力
レギュレータ４２と、様々に変動する周囲温度及び圧力
を検出するセンサー（４６−５４）と、様々に変動する
周囲温度及び圧力の下で、システム２上の背圧を変化さ
せるため圧力レギュレータ４２を動的に制御するコント
ローラ４４と、を備える。
回復、システム効率、電池性能及びコンプレッサ性能を
最適化する。 【解決手段】 燃料電池システム２は、Ｈ2を含むアノ
ードテイルガスを吐出するアノード出口及びＯ2を含む
カソードテイルガスを吐出するカソード出口を有する燃
料電池４と、水素タンク１４と、燃料電池カソードに酸
素を提供するコンプレッサ１８とを備える。更に、カソ
ードテイルガスの背圧を変化させるよう調整可能な圧力
レギュレータ４２と、様々に変動する周囲温度及び圧力
を検出するセンサー（４６−５４）と、様々に変動する
周囲温度及び圧力の下で、システム２上の背圧を変化さ
せるため圧力レギュレータ４２を動的に制御するコント
ローラ４４と、を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、幅広い範囲の環境
及び作動上の条件に亘って使用される電動車を付勢する
ための燃料電池システムに係り、より詳しくは、該シス
テムの背圧を能動的に変化させることによって、かかる
条件下で該システムの性能を最適化することに関する。
及び作動上の条件に亘って使用される電動車を付勢する
ための燃料電池システムに係り、より詳しくは、該シス
テムの背圧を能動的に変化させることによって、かかる
条件下で該システムの性能を最適化することに関する。
【０００２】
【従来技術】燃料電池一般、特に、ＰＥＭ燃料電池は、
多数の用途の間で、とりわけ、内燃エンジンに取って代
わる電力プラントとして使用するために提案されてき
た。ＰＥＭ燃料電池は当該技術分野で周知されており、
薄い陽子透過性の固体ポリマー膜電極を含む「膜電極ア
センブリ（別称ＭＥＡ）」を備える。この固体ポリマー
膜電極は、その一方の表面にアノード、反対側の表面に
カソードを有する。ＭＥＡは、一対の導電性電流コレク
ターの間に挟持されている。該電流コレクターはアノー
ドに水素を、カソードに（圧縮空気からの）酸素を分配
するため役立つ。Ｈ2及びＯ2は反応して水を形成し、こ
の水は、主要にはカソード排出物（別称「カソードテイ
ルガス」）の一部分として燃料電池から出る。カソード
／空気の供給流れ（及び時折アノード／Ｈ2流れ）は、
典型的にイオン交換膜を乾燥させないよう加湿される。
多数の用途の間で、とりわけ、内燃エンジンに取って代
わる電力プラントとして使用するために提案されてき
た。ＰＥＭ燃料電池は当該技術分野で周知されており、
薄い陽子透過性の固体ポリマー膜電極を含む「膜電極ア
センブリ（別称ＭＥＡ）」を備える。この固体ポリマー
膜電極は、その一方の表面にアノード、反対側の表面に
カソードを有する。ＭＥＡは、一対の導電性電流コレク
ターの間に挟持されている。該電流コレクターはアノー
ドに水素を、カソードに（圧縮空気からの）酸素を分配
するため役立つ。Ｈ2及びＯ2は反応して水を形成し、こ
の水は、主要にはカソード排出物（別称「カソードテイ
ルガス」）の一部分として燃料電池から出る。カソード
／空気の供給流れ（及び時折アノード／Ｈ2流れ）は、
典型的にイオン交換膜を乾燥させないよう加湿される。
【０００３】燃料電池システムの中には、燃料電池を燃
料供給するため、圧縮された即ち液体の水素を使用する
ものがある。他型式のシステムでは、熱解離性水素化物
として化学的に水素を蓄え、或いは、適切な吸着物（例
えば、カーボンナノファイバー）上の熱解放性吸着によ
って物理化学的に水素を蓄える。更に別のシステムで
は、燃料電池により使用される水素を提供するため、例
えばガソリン、メタノールなどの水素含有液体を分解す
る。それらの水素を解放するため、水素含有液体は、所
謂「燃料プロセッサ」内で分解される。ガソリンを分解
するための一つの既知の燃料プロセッサが、例えば「自
家熱改質器」として知られた２段階主要反応器である。
自家熱改質器では、ガソリン及び水蒸気（即ち、スチー
ム）は空気と混合され、２つの反応区分、即ち第１の
「部分酸化（ＰＯＸ）区分」及び第２の「蒸気改質（Ｓ
Ｒ）区分」を順次通過する。ＰＯＸ区分では、ガソリン
は、準化学量論通りの量の空気と発熱反応し、一酸化炭
素、水素及び低次の炭化水素（例えばメタン）を生成す
る。高温ＰＯＸ反応は、ＳＲ区分への通過を生成する。
該ＳＲ区分では、低次の炭化水素が蒸気と反応して、主
要には水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水、メタン及び
窒素を含む改質ガスを生成する。そのような自家熱改質
器の一つが、１９９８年３月５日に公開された、国際特
許公開番号ＷＯ９８／０８７７１号に記載されている。
メタノールから水素を生成するプロセスは、ガソリンに
対して使用されるものと類似しており、主要反応器は、
（１）ＰＯＸ区分のみ、（２）ＰＯＸ＋ＳＲ、或いは、
（３）ＳＲのみのいずれかであるとすることができる。
メタノールを分解する一つの既知の燃料プロセッサは、
例えばヴァンデルボルグに付与された米国特許番号４，
６５０，７２７号に説明された蒸気改質器である。いず
れの場合においても、蒸気改質器は、反応物の一つとし
て水を必要とする。
料供給するため、圧縮された即ち液体の水素を使用する
ものがある。他型式のシステムでは、熱解離性水素化物
として化学的に水素を蓄え、或いは、適切な吸着物（例
えば、カーボンナノファイバー）上の熱解放性吸着によ
って物理化学的に水素を蓄える。更に別のシステムで
は、燃料電池により使用される水素を提供するため、例
えばガソリン、メタノールなどの水素含有液体を分解す
る。それらの水素を解放するため、水素含有液体は、所
謂「燃料プロセッサ」内で分解される。ガソリンを分解
するための一つの既知の燃料プロセッサが、例えば「自
家熱改質器」として知られた２段階主要反応器である。
自家熱改質器では、ガソリン及び水蒸気（即ち、スチー
ム）は空気と混合され、２つの反応区分、即ち第１の
「部分酸化（ＰＯＸ）区分」及び第２の「蒸気改質（Ｓ
Ｒ）区分」を順次通過する。ＰＯＸ区分では、ガソリン
は、準化学量論通りの量の空気と発熱反応し、一酸化炭
素、水素及び低次の炭化水素（例えばメタン）を生成す
る。高温ＰＯＸ反応は、ＳＲ区分への通過を生成する。
該ＳＲ区分では、低次の炭化水素が蒸気と反応して、主
要には水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水、メタン及び
窒素を含む改質ガスを生成する。そのような自家熱改質
器の一つが、１９９８年３月５日に公開された、国際特
許公開番号ＷＯ９８／０８７７１号に記載されている。
メタノールから水素を生成するプロセスは、ガソリンに
対して使用されるものと類似しており、主要反応器は、
（１）ＰＯＸ区分のみ、（２）ＰＯＸ＋ＳＲ、或いは、
（３）ＳＲのみのいずれかであるとすることができる。
メタノールを分解する一つの既知の燃料プロセッサは、
例えばヴァンデルボルグに付与された米国特許番号４，
６５０，７２７号に説明された蒸気改質器である。いず
れの場合においても、蒸気改質器は、反応物の一つとし
て水を必要とする。
【０００４】主要改質器から出た改質物の一酸化炭素濃
度は、非常に高過ぎて燃料電池を害すること無しに該改
質物を該燃料電池内で使用することはできない。従っ
て、ほとんどの燃料プロセッサは、改質物を、ＣＯ分離
膜、ＣＯ吸収媒質、或いは、所謂水−ガス−シフト（Ｗ
ＧＳ）反応に曝すことによって改質物をＣＯから浄化す
るための下流区分を備えている。このうち水−ガス−シ
フト（ＷＧＳ）反応では、（蒸気としての）水が一酸化
炭素と発熱反応して、ＣＯ2＋Ｈ2を生成する。ＷＧＳ反
応は、反応物として水も必要とする。所謂ＰｒＯｘ（即
ち、優先酸化）反応器が、ＷＧＳ反応器から出た残余の
ＣＯを除去するため水ガスシフト反応器の下流側で使用
されてもよい。
度は、非常に高過ぎて燃料電池を害すること無しに該改
質物を該燃料電池内で使用することはできない。従っ
て、ほとんどの燃料プロセッサは、改質物を、ＣＯ分離
膜、ＣＯ吸収媒質、或いは、所謂水−ガス−シフト（Ｗ
ＧＳ）反応に曝すことによって改質物をＣＯから浄化す
るための下流区分を備えている。このうち水−ガス−シ
フト（ＷＧＳ）反応では、（蒸気としての）水が一酸化
炭素と発熱反応して、ＣＯ2＋Ｈ2を生成する。ＷＧＳ反
応は、反応物として水も必要とする。所謂ＰｒＯｘ（即
ち、優先酸化）反応器が、ＷＧＳ反応器から出た残余の
ＣＯを除去するため水ガスシフト反応器の下流側で使用
されてもよい。
【０００５】水を形成するため下流の燃焼器で燃料電池
から出たカソード及びアノードテイルガスを燃焼させる
こと、及び、システムの他の箇所で使用するための熱を
提供すること、例えば燃料プロセッサを加熱することが
知られている。更に加えて、車両用途（即ち、自動車、
トラック、バス等）のため使用されるべき燃料電池シス
テムの水管理が重要なポイントであることも知られてい
る。この点に関し、燃料電池システムにより生成された
水を（例えば、燃焼器排出物及び／又は燃料電池テイル
ガスから）収集し、システム内の他の箇所（例えば、燃
料プロセッサ、水ガスシフト反応器、或いは、加湿器）
で再使用することが望ましい。そのようなシステムの必
要性にとっては、水は、搭載している水の超過供給分を
蓄えるというよりも必要とされる。オプションで、シス
テムは、「水中立状態（water neutrality）」として知
られている条件下、即ち、システムが、それが必要とす
る全ての水を生成する条件下で作動する。従って、様々
なガス流れから水を凝縮し、それを水収集タンクに差し
向け、該収集タンクから必要とされる場所に分配するた
め、システム内の様々な位置で１つ又はそれ以上の凝縮
器を設けることが知られている。システムによって生成
された水を効果的に凝縮する能力は、システムを取り巻
く環境条件に応じて変化する。従って、例えば、低温度
で且つ高い圧力で水を凝縮するよりも、より高い標高
（即ちより低い圧力）で且つより高い温度で水を凝縮す
ることの方がより困難となる。また、システムの効率、
並びに、燃料電池それ自体の効率は、周囲の温度及び圧
力によって影響される。従って、例えば、燃料電池がよ
り高圧力で作動するとき、燃料電池はより効率的とな
り、より大きなパワーを生成することができる。更に加
えて、圧縮空気を燃料電池スタックに提供するコンプレ
ッサは、画定された範囲の作動パラメータ内でしか効率
的に作動することができない。この点に関し、各コンプ
レッサの性能は、それが遠心式又は容積式のいずれの型
式のコンプレッサであろうと、コンプレッサの性能マッ
プにより画定される。このマップは、（１）垂直軸上の
コンプレッサ圧力比率（即ち、コンプレッサ出力圧力／
コンプレッサ入口圧力）、対、水平軸上の空気流量率の
プロットであり、（２）許容可能な性能が特定のコンプ
レッサに対して可能であるところの作動エンベロープを
示している。コンプレッサの入口圧力は、周囲圧力から
入口損失を引いた値に等しい。作動エンベロープ（以
下、「通常作動エンベロープ」という）は、２つの端点
により境界付けられ、該端点を超えた場合には、コンプ
レッサは、例えば、サージ、過熱、詰まった流れ、或い
は、コンプレッサ即ちその性能に害を及ぼす幾つかの他
の条件のため、効果的には作動しなくなる。
から出たカソード及びアノードテイルガスを燃焼させる
こと、及び、システムの他の箇所で使用するための熱を
提供すること、例えば燃料プロセッサを加熱することが
知られている。更に加えて、車両用途（即ち、自動車、
トラック、バス等）のため使用されるべき燃料電池シス
テムの水管理が重要なポイントであることも知られてい
る。この点に関し、燃料電池システムにより生成された
水を（例えば、燃焼器排出物及び／又は燃料電池テイル
ガスから）収集し、システム内の他の箇所（例えば、燃
料プロセッサ、水ガスシフト反応器、或いは、加湿器）
で再使用することが望ましい。そのようなシステムの必
要性にとっては、水は、搭載している水の超過供給分を
蓄えるというよりも必要とされる。オプションで、シス
テムは、「水中立状態（water neutrality）」として知
られている条件下、即ち、システムが、それが必要とす
る全ての水を生成する条件下で作動する。従って、様々
なガス流れから水を凝縮し、それを水収集タンクに差し
向け、該収集タンクから必要とされる場所に分配するた
め、システム内の様々な位置で１つ又はそれ以上の凝縮
器を設けることが知られている。システムによって生成
された水を効果的に凝縮する能力は、システムを取り巻
く環境条件に応じて変化する。従って、例えば、低温度
で且つ高い圧力で水を凝縮するよりも、より高い標高
（即ちより低い圧力）で且つより高い温度で水を凝縮す
ることの方がより困難となる。また、システムの効率、
並びに、燃料電池それ自体の効率は、周囲の温度及び圧
力によって影響される。従って、例えば、燃料電池がよ
り高圧力で作動するとき、燃料電池はより効率的とな
り、より大きなパワーを生成することができる。更に加
えて、圧縮空気を燃料電池スタックに提供するコンプレ
ッサは、画定された範囲の作動パラメータ内でしか効率
的に作動することができない。この点に関し、各コンプ
レッサの性能は、それが遠心式又は容積式のいずれの型
式のコンプレッサであろうと、コンプレッサの性能マッ
プにより画定される。このマップは、（１）垂直軸上の
コンプレッサ圧力比率（即ち、コンプレッサ出力圧力／
コンプレッサ入口圧力）、対、水平軸上の空気流量率の
プロットであり、（２）許容可能な性能が特定のコンプ
レッサに対して可能であるところの作動エンベロープを
示している。コンプレッサの入口圧力は、周囲圧力から
入口損失を引いた値に等しい。作動エンベロープ（以
下、「通常作動エンベロープ」という）は、２つの端点
により境界付けられ、該端点を超えた場合には、コンプ
レッサは、例えば、サージ、過熱、詰まった流れ、或い
は、コンプレッサ即ちその性能に害を及ぼす幾つかの他
の条件のため、効果的には作動しなくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】周囲の温度及び圧力の
様々な条件下で、水の回復、システム効率、電池性能及
びコンプレッサ性能を最適化するため、システムの背圧
を動的に制御することが望ましい。
様々な条件下で、水の回復、システム効率、電池性能及
びコンプレッサ性能を最適化するため、システムの背圧
を動的に制御することが望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、変動する周囲
条件（即ち、温度及び圧力）の下で、燃料電池システム
の性能（例えば、電気出力、コンプレッサ効率、水中立
状態、システム効率等）を最適化するための方法及び装
置を包含する。本発明は、（１）Ｈ2を含むアノードテ
イルガスを吐出するアノード出口及びＯ2を含むカソー
ドテイルガスを吐出するカソード出口を有する燃料電
池、（２）該燃料電池のアノードに水素を提供するため
の水素源、及び、（３）該燃料電池のカソードに酸素を
提供するための空気コンプレッサを備えた型式の燃料電
池システムを含む。本発明は、システムの反応物流れの
うち１つ又はそれ以上から水を凝縮するための１つ又は
それ以上の凝縮器と、電極テイルガスを燃焼させるため
の燃焼器と、を備えていてもよい。
条件（即ち、温度及び圧力）の下で、燃料電池システム
の性能（例えば、電気出力、コンプレッサ効率、水中立
状態、システム効率等）を最適化するための方法及び装
置を包含する。本発明は、（１）Ｈ2を含むアノードテ
イルガスを吐出するアノード出口及びＯ2を含むカソー
ドテイルガスを吐出するカソード出口を有する燃料電
池、（２）該燃料電池のアノードに水素を提供するため
の水素源、及び、（３）該燃料電池のカソードに酸素を
提供するための空気コンプレッサを備えた型式の燃料電
池システムを含む。本発明は、システムの反応物流れの
うち１つ又はそれ以上から水を凝縮するための１つ又は
それ以上の凝縮器と、電極テイルガスを燃焼させるため
の燃焼器と、を備えていてもよい。
【０００８】本発明の一態様によれば、（ａ）カソード
テイルガスの背圧を変化させるためカソード出口の下流
に、調整可能な圧力レギュレータを設け、（ｂ）システ
ムを取り囲む環境の周囲状態（例えば温度、圧力、湿度
等）を検出し、該周囲状態を表す信号をコントローラに
送出し、（ｃ）システムの少なくとも１つの作動条件
（例えば、水の収集、コンプレッサの入口／出口圧力、
システム背圧等）を検出し、該作動条件を表す信号をコ
ントローラに送り、（ｄ）これらの周囲環境／作動条件
の下でシステムの性能を最適化するためこれらの信号に
応答して、コントローラを介してレギュレータを調整す
る、各工程を含む方法が示される。レギュレータは、カ
ソードテイルガスの流れ内、又は、カソードテイルガス
及びアノードテイルガスを大気に放出する前にこれらの
ガスを燃焼させる燃焼器の下流側に、単独で配置するこ
とができる。本発明の一実施形態によれば、上昇した温
度で水をより容易に凝縮させるため、周囲温度が上昇す
るにつれてシステムの背圧が増加される。本発明の別の
実施形態では、実質的に一定のコンプレッサ出力圧力を
維持し、従って、燃料電池内で実質的に一定の作動圧力
を維持するのを援助するため周囲圧力が（例えば、高い
高度で）減少するにつれてシステムの背圧は増加され
る。本発明の更に別の実施形態では、コンプレッサ圧力
比率（即ち、コンプレッサ出力圧力／コンプレッサ入口
圧力）が、該コンプレッサをその許容可能な作動エンベ
ロープ（例えば、遠心性コンプレッサのサージ領域な
ど）の範囲外で作動するようにさせている場合、背圧は
減少される。
テイルガスの背圧を変化させるためカソード出口の下流
に、調整可能な圧力レギュレータを設け、（ｂ）システ
ムを取り囲む環境の周囲状態（例えば温度、圧力、湿度
等）を検出し、該周囲状態を表す信号をコントローラに
送出し、（ｃ）システムの少なくとも１つの作動条件
（例えば、水の収集、コンプレッサの入口／出口圧力、
システム背圧等）を検出し、該作動条件を表す信号をコ
ントローラに送り、（ｄ）これらの周囲環境／作動条件
の下でシステムの性能を最適化するためこれらの信号に
応答して、コントローラを介してレギュレータを調整す
る、各工程を含む方法が示される。レギュレータは、カ
ソードテイルガスの流れ内、又は、カソードテイルガス
及びアノードテイルガスを大気に放出する前にこれらの
ガスを燃焼させる燃焼器の下流側に、単独で配置するこ
とができる。本発明の一実施形態によれば、上昇した温
度で水をより容易に凝縮させるため、周囲温度が上昇す
るにつれてシステムの背圧が増加される。本発明の別の
実施形態では、実質的に一定のコンプレッサ出力圧力を
維持し、従って、燃料電池内で実質的に一定の作動圧力
を維持するのを援助するため周囲圧力が（例えば、高い
高度で）減少するにつれてシステムの背圧は増加され
る。本発明の更に別の実施形態では、コンプレッサ圧力
比率（即ち、コンプレッサ出力圧力／コンプレッサ入口
圧力）が、該コンプレッサをその許容可能な作動エンベ
ロープ（例えば、遠心性コンプレッサのサージ領域な
ど）の範囲外で作動するようにさせている場合、背圧は
減少される。
【０００９】本発明の別の態様は、前述した方法を実行
するための装置を含む。これに関して、（１）Ｈ2を含
むアノードテイルガスを吐出するアノード出口及びＯ2
を含むカソードテイルガスを吐出するカソード出口を有
する燃料電池、（２）該燃料電池のアノードに水素を提
供するための水素源、及び、（３）該燃料電池のカソー
ドに酸素を提供するための空気コンプレッサを含む、燃
料電池システムが提供される。本発明のこの態様の装置
によれば、本システムは、（ａ）カソードテイルガスの
背圧を変化させるため前記カソード出口と連係される、
調整可能な圧力レギュレータと、（ｂ）コンプレッサの
出力圧力を検出し、該出力圧力を表す信号をコントロー
ラに送出するための圧力センサーと、（ｃ）コンプレッ
サの出力圧力に応答して背圧を変化させ、周囲圧力に係
らず出力圧力を実質的に一定に維持するようにレギュレ
ータを調整するため該圧力レギュレータ及びセンサーと
連係されたコントローラと、を更に備える。本装置の別
の実施形態では、（ｉ）アノードテイルガス及びカソー
ドテイルガスを燃焼させて水を含む排気ガスを生成する
燃焼器、（ｉｉ）該排気ガスを該燃焼器から吐出するた
め該燃焼器からの排気出口、（ｉｉｉ）排気ガスの背圧
を変化させるため排気出口と連係された、調整可能な圧
力レギュレータ、（ｉｖ）周囲圧力を検出し、該周囲圧
力を表す信号をコントローラに送出するための第１の圧
力センサーと、（ｖ）周囲温度を検出し、該周囲温度を
表す信号をコントローラに送出するための第１の温度セ
ンサー、（ｖｉ）排気ガスの背圧を検出し該背圧を表す
信号をコントローラに送出するための第２の圧力センサ
ー、並びに、（ｖｉｉ）周囲温度／周囲圧力、及び背圧
に応答して該背圧を変化させるようにレギュレータを調
整するため該圧力レギュレータと連係されたコントロー
ラが更に提供される。別の実施形態は、コンプレッサの
出力圧力を検出するためのセンサーを更に備え、コント
ローラは、周囲温度／周囲圧力、コンプレッサ出力圧力
及びシステム背圧に応答して、該圧力レギュレータを介
してシステムの背圧を変化させる。更に別の実施形態で
は、本システムは、排気ガスから水を凝縮させるための
凝縮器、システム内で使用するため凝縮された水を収集
するためのタンク、タンク内の水のレベルを検出し、該
レベルを表す信号をコントローラに送出するため該タン
クと連係されたレベル検出器、及び、周囲温度／周囲圧
力、背圧及びタンク内の水のレベルに応答してシステム
上の背圧を変化させるようにレギュレータを調整するた
め該圧力レギュレータと連係されたコントローラを備え
る。
するための装置を含む。これに関して、（１）Ｈ2を含
むアノードテイルガスを吐出するアノード出口及びＯ2
を含むカソードテイルガスを吐出するカソード出口を有
する燃料電池、（２）該燃料電池のアノードに水素を提
供するための水素源、及び、（３）該燃料電池のカソー
ドに酸素を提供するための空気コンプレッサを含む、燃
料電池システムが提供される。本発明のこの態様の装置
によれば、本システムは、（ａ）カソードテイルガスの
背圧を変化させるため前記カソード出口と連係される、
調整可能な圧力レギュレータと、（ｂ）コンプレッサの
出力圧力を検出し、該出力圧力を表す信号をコントロー
ラに送出するための圧力センサーと、（ｃ）コンプレッ
サの出力圧力に応答して背圧を変化させ、周囲圧力に係
らず出力圧力を実質的に一定に維持するようにレギュレ
ータを調整するため該圧力レギュレータ及びセンサーと
連係されたコントローラと、を更に備える。本装置の別
の実施形態では、（ｉ）アノードテイルガス及びカソー
ドテイルガスを燃焼させて水を含む排気ガスを生成する
燃焼器、（ｉｉ）該排気ガスを該燃焼器から吐出するた
め該燃焼器からの排気出口、（ｉｉｉ）排気ガスの背圧
を変化させるため排気出口と連係された、調整可能な圧
力レギュレータ、（ｉｖ）周囲圧力を検出し、該周囲圧
力を表す信号をコントローラに送出するための第１の圧
力センサーと、（ｖ）周囲温度を検出し、該周囲温度を
表す信号をコントローラに送出するための第１の温度セ
ンサー、（ｖｉ）排気ガスの背圧を検出し該背圧を表す
信号をコントローラに送出するための第２の圧力センサ
ー、並びに、（ｖｉｉ）周囲温度／周囲圧力、及び背圧
に応答して該背圧を変化させるようにレギュレータを調
整するため該圧力レギュレータと連係されたコントロー
ラが更に提供される。別の実施形態は、コンプレッサの
出力圧力を検出するためのセンサーを更に備え、コント
ローラは、周囲温度／周囲圧力、コンプレッサ出力圧力
及びシステム背圧に応答して、該圧力レギュレータを介
してシステムの背圧を変化させる。更に別の実施形態で
は、本システムは、排気ガスから水を凝縮させるための
凝縮器、システム内で使用するため凝縮された水を収集
するためのタンク、タンク内の水のレベルを検出し、該
レベルを表す信号をコントローラに送出するため該タン
クと連係されたレベル検出器、及び、周囲温度／周囲圧
力、背圧及びタンク内の水のレベルに応答してシステム
上の背圧を変化させるようにレギュレータを調整するた
め該圧力レギュレータと連係されたコントローラを備え
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、燃料プロセッサ６で生成
され且つライン８を介して燃料電池４のアノード側に配
給される水素により燃料供給される、水素及び酸素を消
費する燃料電池４を含む燃料電池システム２を表してい
る。燃料電池に供給される水素の一部分のみが燃料電池
４で消費されるので、残余のＨ2は、水素を含むアノー
ドテイルガス１０としてアノード出口２８で燃料電池４
から出る。水素源は、蒸気改質器、自家熱改質器、或い
は、ライン１２から供給された例えばメタン、メタノー
ル、ガソリンなどの燃料を水素に転化するための他の類
似の装置を含み得る燃料プロセッサ６である。水は、タ
ンク１４から燃料プロセッサ６にライン１６を介して、
該燃料プロセッサ内（例えば、蒸気改質器又はＷＧＳ区
分内で）で反応するため供給される。コンプレッサ１８
は、ライン２０及び２２を介して燃料プロセッサ６に空
気を提供する。コンプレッサ１８は、ライン２０を介し
て燃料電池４のカソード側に空気も提供する。空気中の
酸素の全てが燃料電池４内で消費されるわけではない。
従って、酸素を含むテイルガス２４は、カソード出口２
６で燃料電池４から出る。アノード出口２８で燃料電池
から出る水素を含むアノードテイルガス１０及びカソー
ド出口２６で燃料電池から出る酸素を含むテイルガス２
４は、燃焼器３０に流入し、そこで、排気ガス３２を生
成するため燃焼され、該排気ガスは排気出口３４で燃焼
器３４から出る。排気ガス３２は、有意な量の水を含ん
でおり、この水は凝縮器３６で凝縮され、戻りライン３
８を介して水タンク１４に戻ってリサイクルされる。タ
ンク１４は、スタンドアローン型ユニット（図示）でも
よく、或いは、凝縮器（図示せず）の一部分を形成して
もよい。脱水された排気ガスは、ライン４０を介して凝
縮器３６から出て、調整可能な圧力レギュレータ４２を
介して事実上大気に吐出される。コントローラ４４は、
システム２への様々な作動条件並びに周囲温度及び圧力
を検出する複数のセンサーからの信号に応答してシステ
ム２上の背圧を変化させるよう、圧力レギュレータ４２
を制御する。この点に関し、（１）圧力センサー４８
は、コンプレッサ１８への入口圧力を検出し、（２）コ
ンプレッサ１８の後端部上の圧力センサー４８は、コン
プレッサ１８の出口圧力を検出し、（３）圧力センサー
５０は、レギュレータ４２によりシステム２上に印加さ
れた背圧である、ライン４０上の圧力を検出する。温度
センサー５２は、周囲温度を検出し、圧力センサー５３
は燃料電池システム２を取り囲む周囲圧力を検出する。
水レベルセンサー５４は、水タンク１４内の水の高さを
検出する。コントローラ４４は、周囲及びシステムの作
動条件に応答して、レギュレータの調整を制御するよう
プログラムされた、従来の汎用デジタルコンピュータを
ベースとしたコントローラの形態を取る。従って、コン
トローラは、リード−オンリ−メモリ（ＲＯＭ）、リー
ド−ライトランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、電気的
プログラム可能リードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、
電気的プログラム可能「フラッシュ」メモリ、中央処理
ユニット（ＣＰＵ）、及び、周囲及びシステムのセンサ
ー及びレギュレータとのインターフェースを取る入力／
出力区分と連係する共通のデジタルコンピュータを備え
る。コントローラのデジタルコンピュータのリードオン
リーメモリは、基本となる入力／出力の指令を実行する
ことが必要な指令を含んでいる。電気的にプログラム可
能なフラッシュメモリは、適切な制御アルゴリズムを実
行することが必要な指令を含んでいる。電気的にプログ
ラム可能なリード−オンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）は、
較正定数を記憶しており、該較正定数に対して、様々な
作動パラメータが必要に応じて比較される。本発明を実
行するための特定のプログラムは、従来の情報処理言語
を使用して当業者によって達成することができる。
され且つライン８を介して燃料電池４のアノード側に配
給される水素により燃料供給される、水素及び酸素を消
費する燃料電池４を含む燃料電池システム２を表してい
る。燃料電池に供給される水素の一部分のみが燃料電池
４で消費されるので、残余のＨ2は、水素を含むアノー
ドテイルガス１０としてアノード出口２８で燃料電池４
から出る。水素源は、蒸気改質器、自家熱改質器、或い
は、ライン１２から供給された例えばメタン、メタノー
ル、ガソリンなどの燃料を水素に転化するための他の類
似の装置を含み得る燃料プロセッサ６である。水は、タ
ンク１４から燃料プロセッサ６にライン１６を介して、
該燃料プロセッサ内（例えば、蒸気改質器又はＷＧＳ区
分内で）で反応するため供給される。コンプレッサ１８
は、ライン２０及び２２を介して燃料プロセッサ６に空
気を提供する。コンプレッサ１８は、ライン２０を介し
て燃料電池４のカソード側に空気も提供する。空気中の
酸素の全てが燃料電池４内で消費されるわけではない。
従って、酸素を含むテイルガス２４は、カソード出口２
６で燃料電池４から出る。アノード出口２８で燃料電池
から出る水素を含むアノードテイルガス１０及びカソー
ド出口２６で燃料電池から出る酸素を含むテイルガス２
４は、燃焼器３０に流入し、そこで、排気ガス３２を生
成するため燃焼され、該排気ガスは排気出口３４で燃焼
器３４から出る。排気ガス３２は、有意な量の水を含ん
でおり、この水は凝縮器３６で凝縮され、戻りライン３
８を介して水タンク１４に戻ってリサイクルされる。タ
ンク１４は、スタンドアローン型ユニット（図示）でも
よく、或いは、凝縮器（図示せず）の一部分を形成して
もよい。脱水された排気ガスは、ライン４０を介して凝
縮器３６から出て、調整可能な圧力レギュレータ４２を
介して事実上大気に吐出される。コントローラ４４は、
システム２への様々な作動条件並びに周囲温度及び圧力
を検出する複数のセンサーからの信号に応答してシステ
ム２上の背圧を変化させるよう、圧力レギュレータ４２
を制御する。この点に関し、（１）圧力センサー４８
は、コンプレッサ１８への入口圧力を検出し、（２）コ
ンプレッサ１８の後端部上の圧力センサー４８は、コン
プレッサ１８の出口圧力を検出し、（３）圧力センサー
５０は、レギュレータ４２によりシステム２上に印加さ
れた背圧である、ライン４０上の圧力を検出する。温度
センサー５２は、周囲温度を検出し、圧力センサー５３
は燃料電池システム２を取り囲む周囲圧力を検出する。
水レベルセンサー５４は、水タンク１４内の水の高さを
検出する。コントローラ４４は、周囲及びシステムの作
動条件に応答して、レギュレータの調整を制御するよう
プログラムされた、従来の汎用デジタルコンピュータを
ベースとしたコントローラの形態を取る。従って、コン
トローラは、リード−オンリ−メモリ（ＲＯＭ）、リー
ド−ライトランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、電気的
プログラム可能リードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、
電気的プログラム可能「フラッシュ」メモリ、中央処理
ユニット（ＣＰＵ）、及び、周囲及びシステムのセンサ
ー及びレギュレータとのインターフェースを取る入力／
出力区分と連係する共通のデジタルコンピュータを備え
る。コントローラのデジタルコンピュータのリードオン
リーメモリは、基本となる入力／出力の指令を実行する
ことが必要な指令を含んでいる。電気的にプログラム可
能なフラッシュメモリは、適切な制御アルゴリズムを実
行することが必要な指令を含んでいる。電気的にプログ
ラム可能なリード−オンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）は、
較正定数を記憶しており、該較正定数に対して、様々な
作動パラメータが必要に応じて比較される。本発明を実
行するための特定のプログラムは、従来の情報処理言語
を使用して当業者によって達成することができる。
【００１１】図１に表されたシステム２は、多数の異な
る方法で作動することができる。例えば、システム内の
水中立状態を達成するため、凝縮器が燃焼器排出流れ内
に設けられる。しかし、効果的な水収集は、非常に温度
と圧力とに依存する。この点に関し、一定圧力では、水
を凝縮する能力は、周囲温度が増加するにつれて減少す
る。同様に、一定温度では、水を凝縮する能力は、周囲
圧力が減少するにつれて減少する。従って、本発明の一
態様によれば、システム２上の背圧は、１つ又はそれ以
上の凝縮器の能力を強化してその内部の水を凝縮させる
ため、周囲温度が増加するにつれて増加される。水タン
ク１４が、システムの必要性を満足させるため十分な量
の水を含むとき、システム２は、通常の（即ち減少され
た圧力の）条件下で作動し、凝縮器３６は、タンク１４
内の水のレベルを十分高いレベルに維持する上で十分な
量の水を生成する。しかし、高温又は高い標高の条件の
下では、凝縮器３６は、（それが極端に大きくないなら
ば）水を十分に凝縮する上で効果的に機能せず、タンク
１４内の水のレベルは低下する。タンク１４内の水のレ
ベルが満足のいくレベル以下に低下するとき、水レベル
センサー５４は、コントローラ４４に信号を送り、次い
で該コントローラは制御信号５６ａを背圧レギュレータ
４２に送り、凝縮器３６から出る排気ガスの背圧４０を
増加させ、これによってシステム２を通して圧力を増加
させる。
る方法で作動することができる。例えば、システム内の
水中立状態を達成するため、凝縮器が燃焼器排出流れ内
に設けられる。しかし、効果的な水収集は、非常に温度
と圧力とに依存する。この点に関し、一定圧力では、水
を凝縮する能力は、周囲温度が増加するにつれて減少す
る。同様に、一定温度では、水を凝縮する能力は、周囲
圧力が減少するにつれて減少する。従って、本発明の一
態様によれば、システム２上の背圧は、１つ又はそれ以
上の凝縮器の能力を強化してその内部の水を凝縮させる
ため、周囲温度が増加するにつれて増加される。水タン
ク１４が、システムの必要性を満足させるため十分な量
の水を含むとき、システム２は、通常の（即ち減少され
た圧力の）条件下で作動し、凝縮器３６は、タンク１４
内の水のレベルを十分高いレベルに維持する上で十分な
量の水を生成する。しかし、高温又は高い標高の条件の
下では、凝縮器３６は、（それが極端に大きくないなら
ば）水を十分に凝縮する上で効果的に機能せず、タンク
１４内の水のレベルは低下する。タンク１４内の水のレ
ベルが満足のいくレベル以下に低下するとき、水レベル
センサー５４は、コントローラ４４に信号を送り、次い
で該コントローラは制御信号５６ａを背圧レギュレータ
４２に送り、凝縮器３６から出る排気ガスの背圧４０を
増加させ、これによってシステム２を通して圧力を増加
させる。
【００１２】別の状況では、コンプレッサの出力圧力及
び従って燃料電池４への入力圧力を、周囲圧力に係ら
ず、実質的に一定レベルに維持することが望ましい。従
って、例えば、燃料電池が山頂にあるとき、燃料電池４
へのアノード入力圧力を海面レベルと同じ圧力にさせる
ことが望ましい。これを達成するため、圧力センサー４
８は、ライン２０上で圧力を監視する。ライン２０上の
圧力が標高の増加に伴って低下し始めたとき、センサー
４８はコントローラ４４に信号を出力する。センサー４
８からの入力信号は、コントローラに予め記憶された所
望の圧力と比較される。検出された圧力が予めセットさ
れた圧力より小さい場合、コントローラ４４は、ライン
２０上の圧力が所望の圧力に戻るまで、システム上の背
圧を増加させるためレギュレータ４２に信号を送出す
る。その代わりに、あらゆる時刻でコンプレッサの出力
圧力がその最も効率的な作動ポイントにある状態で作動
し、周囲温度又は圧力に係らず、コンプレッサを高効率
作動ポイントで作動する状態に保つためシステムの背圧
を調整することも望ましい。
び従って燃料電池４への入力圧力を、周囲圧力に係ら
ず、実質的に一定レベルに維持することが望ましい。従
って、例えば、燃料電池が山頂にあるとき、燃料電池４
へのアノード入力圧力を海面レベルと同じ圧力にさせる
ことが望ましい。これを達成するため、圧力センサー４
８は、ライン２０上で圧力を監視する。ライン２０上の
圧力が標高の増加に伴って低下し始めたとき、センサー
４８はコントローラ４４に信号を出力する。センサー４
８からの入力信号は、コントローラに予め記憶された所
望の圧力と比較される。検出された圧力が予めセットさ
れた圧力より小さい場合、コントローラ４４は、ライン
２０上の圧力が所望の圧力に戻るまで、システム上の背
圧を増加させるためレギュレータ４２に信号を送出す
る。その代わりに、あらゆる時刻でコンプレッサの出力
圧力がその最も効率的な作動ポイントにある状態で作動
し、周囲温度又は圧力に係らず、コンプレッサを高効率
作動ポイントで作動する状態に保つためシステムの背圧
を調整することも望ましい。
【００１３】可能な場合はいつでも、システム全体効率
を最大にすることも望ましい。このため、コンプレッサ
１８のパワー要求により引き起こされるシステム上の寄
生性の負荷を減少させることが必要である。これを達成
するため、圧力センサー４６、４８及び５３、並びに、
温度センサー５２がコントローラ４４に適切な信号を提
供し、次いで該コントローラは信号５６ａを提供し、こ
れによって圧力レギュレータ４２を制御し、それがシス
テム２上の背圧を減少させるようにする。これが実行さ
れているとき、コンプレッサ圧力比率（即ち、Ｐ２／Ｐ
１）は、減少され、引き続いて、コンプレッサ１８を駆
動するのに必要とされるパワーを減少させ、システムの
全効率を改善する。
を最大にすることも望ましい。このため、コンプレッサ
１８のパワー要求により引き起こされるシステム上の寄
生性の負荷を減少させることが必要である。これを達成
するため、圧力センサー４６、４８及び５３、並びに、
温度センサー５２がコントローラ４４に適切な信号を提
供し、次いで該コントローラは信号５６ａを提供し、こ
れによって圧力レギュレータ４２を制御し、それがシス
テム２上の背圧を減少させるようにする。これが実行さ
れているとき、コンプレッサ圧力比率（即ち、Ｐ２／Ｐ
１）は、減少され、引き続いて、コンプレッサ１８を駆
動するのに必要とされるパワーを減少させ、システムの
全効率を改善する。
【００１４】異なるシステム要求は、圧力レギュレータ
上に、それが生成する背圧の観点で競合する請求を置
く。従って、例えば、より多くの水をより高い圧力で凝
縮することができる一方で、それは、コンプレッサによ
る更に高いパワー要求を犠牲にしており、その結果、該
コンプレッサは全システム効率をより低く生じさせる。
同様に、一つの要求に対する背圧は、選択された背圧
が、コンプレッサをその許容可能な作動エンベロープの
外部で作動させることを強いる場合には、コンプレッサ
１８の適切な機能への不利益となり得る。従って、例え
ば水中立状態を達成するためなど、一つの目的に対する
背圧を調整するとき、他のシステムの必要性が合致され
ることを確実にする態様でなされるべきである。従っ
て、例えば、たとえより高い圧力が水中立状態の目的に
対して望ましかったとしても、コンプレッサの圧力比率
を許容可能レベルにまで減少させるため、より高い標高
においてシステムの背圧を減少させることが必要となり
得る。これらの競合する要求を考慮に入れるため、シス
テムの水及び効率の要求を満足させるであろう周囲温度
及び圧力の複数の組み合わせにおいて、システムのため
の最良のコンプレッサ背圧を決定するべくベンチテスト
が実行された。これらのテストから得られたデータは、
コントローラ４４に蓄えられるルックアップテーブルを
構成するため使用される。車両の作動中に、センサー５
３及び５２は、コントローラ４４に周囲の圧力及び温度
の入力信号を提供し、続いて該コントローラ４４は、最
良の（即ち目標となる）背圧を決定するためルックアッ
プテーブルを参照し、これに従ってレギュレータ４２を
調整する。センサー５０は、目標背圧に達した時点でコ
ントローラ４４に通知する。例えば、コンプレッサ圧力
比率、相対湿度、燃料電池出力パワー等の他の変数は、
更にいっそう洗練された制御スキームのためのルックア
ップテーブル内に含まれていてもよい。
上に、それが生成する背圧の観点で競合する請求を置
く。従って、例えば、より多くの水をより高い圧力で凝
縮することができる一方で、それは、コンプレッサによ
る更に高いパワー要求を犠牲にしており、その結果、該
コンプレッサは全システム効率をより低く生じさせる。
同様に、一つの要求に対する背圧は、選択された背圧
が、コンプレッサをその許容可能な作動エンベロープの
外部で作動させることを強いる場合には、コンプレッサ
１８の適切な機能への不利益となり得る。従って、例え
ば水中立状態を達成するためなど、一つの目的に対する
背圧を調整するとき、他のシステムの必要性が合致され
ることを確実にする態様でなされるべきである。従っ
て、例えば、たとえより高い圧力が水中立状態の目的に
対して望ましかったとしても、コンプレッサの圧力比率
を許容可能レベルにまで減少させるため、より高い標高
においてシステムの背圧を減少させることが必要となり
得る。これらの競合する要求を考慮に入れるため、シス
テムの水及び効率の要求を満足させるであろう周囲温度
及び圧力の複数の組み合わせにおいて、システムのため
の最良のコンプレッサ背圧を決定するべくベンチテスト
が実行された。これらのテストから得られたデータは、
コントローラ４４に蓄えられるルックアップテーブルを
構成するため使用される。車両の作動中に、センサー５
３及び５２は、コントローラ４４に周囲の圧力及び温度
の入力信号を提供し、続いて該コントローラ４４は、最
良の（即ち目標となる）背圧を決定するためルックアッ
プテーブルを参照し、これに従ってレギュレータ４２を
調整する。センサー５０は、目標背圧に達した時点でコ
ントローラ４４に通知する。例えば、コンプレッサ圧力
比率、相対湿度、燃料電池出力パワー等の他の変数は、
更にいっそう洗練された制御スキームのためのルックア
ップテーブル内に含まれていてもよい。
【００１５】以下は、本発明を適用することができる、
典型的な車両駆動シナリオである。これらのシナリオ
は、燃料電池スタックが約７０℃及び９０℃の間の温度
で作動し、水タンク１４が０℃を越える温度であり、凝
縮器３６の出口温度が約５０℃及び８０℃の間にあり、
コンプレッサの出力圧力が約１１０及び約３００ｋＰａ
の間にあることを想定している。 （シナリオ１） 車両は、通常の低い背圧条件の下で始
動されウォームアップされる。配管及び他のシステム構
成部品がまだ低温であるので、水を凝縮させることは容
易であり、それで水タンク１４は図１に示されるレベル
Ａまで容易に満たされる。システムがその作動温度まで
至った後に、水のレベルがレベルＣ以下に落ちた場合、
レギュレータ４２は、より多くの水を凝縮させ、それを
タンク１４に移送するため凝縮器３６の能力を強化する
べく背圧を増加させるように調整される。水レベルがレ
ベルＢに達したとき、背圧は、タンク内の水レベルをレ
ベルＡ及びレベルＣの間に維持するように減少される。 （シナリオ２） 車両が通常の標高（即ち、海の高さと
山頂との間）で作動されるが非常に暑い日であった場
合、水レベルをレベルＡ及びＢの間に維持することが望
ましい。水レベルがレベルＢ以下に落ちた場合、背圧
は、十分な水がタンク１４内に蓄積されるまで、凝縮器
内の水の凝縮を強化するよう増加される。水レベルがレ
ベルＢに達した後に降下し続けた場合、燃料電池からの
パワー出力は、十分な水がタンク１４内に蓄積すること
ができるまで、システムの要求を減少させるよう減少さ
れる。 （シナリオ３） 周囲圧力が低い（例えば、高い高度
で）場合、背圧は、コンプレッサ１８がその効果的な作
動エンベロープ内で作動することを維持するように最初
に減少される。次に、背圧は、より多くの水を収集する
ため増加される（例えば、水レベルＢ及びＣまで）。シ
ステムは、システムを使用可能状態に保つため必要に応
じて、より高い背圧及びより低い背圧の間を往復する。 （シナリオ４） 通常の標高及び温度条件の下で車両を
加速するため、背圧は、正味のシステムパワー増加を可
能とするよう減少される。加速、温度及び圧力のこれら
の同じ条件下で、水レベルがレベルＣ以下に低下した場
合、背圧は、十分な水が収集されることを確実にするた
め増加される。加速が完了した後、システムはその通常
の作動背圧に戻される。 （シナリオ５） 他方では、車両が高い標高条件の下で
加速された場合、背圧は、水レベルがポイントＢ以下に
低下するとき増加されるが、そうでない場合は、シナリ
オ４で説明されたのと同じ態様で作動される。
典型的な車両駆動シナリオである。これらのシナリオ
は、燃料電池スタックが約７０℃及び９０℃の間の温度
で作動し、水タンク１４が０℃を越える温度であり、凝
縮器３６の出口温度が約５０℃及び８０℃の間にあり、
コンプレッサの出力圧力が約１１０及び約３００ｋＰａ
の間にあることを想定している。 （シナリオ１） 車両は、通常の低い背圧条件の下で始
動されウォームアップされる。配管及び他のシステム構
成部品がまだ低温であるので、水を凝縮させることは容
易であり、それで水タンク１４は図１に示されるレベル
Ａまで容易に満たされる。システムがその作動温度まで
至った後に、水のレベルがレベルＣ以下に落ちた場合、
レギュレータ４２は、より多くの水を凝縮させ、それを
タンク１４に移送するため凝縮器３６の能力を強化する
べく背圧を増加させるように調整される。水レベルがレ
ベルＢに達したとき、背圧は、タンク内の水レベルをレ
ベルＡ及びレベルＣの間に維持するように減少される。 （シナリオ２） 車両が通常の標高（即ち、海の高さと
山頂との間）で作動されるが非常に暑い日であった場
合、水レベルをレベルＡ及びＢの間に維持することが望
ましい。水レベルがレベルＢ以下に落ちた場合、背圧
は、十分な水がタンク１４内に蓄積されるまで、凝縮器
内の水の凝縮を強化するよう増加される。水レベルがレ
ベルＢに達した後に降下し続けた場合、燃料電池からの
パワー出力は、十分な水がタンク１４内に蓄積すること
ができるまで、システムの要求を減少させるよう減少さ
れる。 （シナリオ３） 周囲圧力が低い（例えば、高い高度
で）場合、背圧は、コンプレッサ１８がその効果的な作
動エンベロープ内で作動することを維持するように最初
に減少される。次に、背圧は、より多くの水を収集する
ため増加される（例えば、水レベルＢ及びＣまで）。シ
ステムは、システムを使用可能状態に保つため必要に応
じて、より高い背圧及びより低い背圧の間を往復する。 （シナリオ４） 通常の標高及び温度条件の下で車両を
加速するため、背圧は、正味のシステムパワー増加を可
能とするよう減少される。加速、温度及び圧力のこれら
の同じ条件下で、水レベルがレベルＣ以下に低下した場
合、背圧は、十分な水が収集されることを確実にするた
め増加される。加速が完了した後、システムはその通常
の作動背圧に戻される。 （シナリオ５） 他方では、車両が高い標高条件の下で
加速された場合、背圧は、水レベルがポイントＢ以下に
低下するとき増加されるが、そうでない場合は、シナリ
オ４で説明されたのと同じ態様で作動される。
【００１６】図２は、本発明の別の実施形態を表してい
る。本実施形態は図１で表されたのと本質的に同じもの
であるが、カソードテイルガス２４からの水を凝縮する
ための凝縮器５６及びアノードテイルガス１０からの水
を凝縮するための凝縮器５８が追加されている。これ以
外では、本システムは、図１と連係されて上述されたの
と同じ態様で作動するが、凝縮器５６及び５８は、凝縮
器３６と連係して上述されたのと同じ態様で応答する。
図１の別のバリエーション（図示せず）は、燃焼器の排
気物３２のエネルギーを補足し再利用するため（例えば
コンプレッサ１８を駆動するため）、燃焼器３０及び凝
縮器３６の間、又は、凝縮器３６の後段のいずれかに、
エクスパンダーを備える。エクスパンダーが使用された
場合、追加のセンサーを、エクスパンダーの入口及び出
口に配置し、結合されたコンプレッサ−エクスパンダー
の作動エンベロープを燃料電池及び凝縮器の圧力要求と
一致させるよう制御するためコントローラに連結しても
よい。
る。本実施形態は図１で表されたのと本質的に同じもの
であるが、カソードテイルガス２４からの水を凝縮する
ための凝縮器５６及びアノードテイルガス１０からの水
を凝縮するための凝縮器５８が追加されている。これ以
外では、本システムは、図１と連係されて上述されたの
と同じ態様で作動するが、凝縮器５６及び５８は、凝縮
器３６と連係して上述されたのと同じ態様で応答する。
図１の別のバリエーション（図示せず）は、燃焼器の排
気物３２のエネルギーを補足し再利用するため（例えば
コンプレッサ１８を駆動するため）、燃焼器３０及び凝
縮器３６の間、又は、凝縮器３６の後段のいずれかに、
エクスパンダーを備える。エクスパンダーが使用された
場合、追加のセンサーを、エクスパンダーの入口及び出
口に配置し、結合されたコンプレッサ−エクスパンダー
の作動エンベロープを燃料電池及び凝縮器の圧力要求と
一致させるよう制御するためコントローラに連結しても
よい。
【００１７】図３は、本発明の更に別の実施形態を表し
ている。本実施形態では、水素源が、適切な圧力、極低
温、或いは吸着管６０内に蓄えられた（改質された水素
というよりも）純粋水素である。水素は、ライン６４を
介して燃料電池６２のアノード側に供給され、アノード
テイルガス６６は、燃焼器６８に供給され、該燃焼器で
は、ライン７２を介して周囲に排気される前に空気７０
と共に燃焼される。周囲の空気７４は、コンプレッサ７
６内で圧縮され、ライン７８を介してクーラー８０に吐
出され、そこからライン８４を介して加湿器８２に送ら
れる。次に、冷却され加湿された空気は、ライン９２を
解して燃料電池６２のカソード側に導入される。カソー
ドテイルガスは、ライン８４で燃料電池６２から出て、
凝縮器８６に流入し、その後、圧力レギュレータ９０を
介して周囲に排気される前にサイクロン式の水セパレー
タ８８に入る。本実施形態では、燃料電池６２への入力
空気（即ち、ライン９２内）の圧力を実質的に一定に、
即ち、周囲温度又は圧力の変化に係らず予めセットされ
た圧力ポイントの近傍に保つことが望ましい。このた
め、圧力センサー９４は、入口ライン９２と連通し、ラ
イン９２内の圧力を監視し、信号をコントローラ９６に
送り返す。コントローラは、ライン９２内の圧力を所望
の予めセットされた圧力バルブの値と比較し、ライン９
２内の入口圧力を実質的に一定（即ち、予めセットされ
たバルブの値か或いはその近傍）に維持するため必要と
されるとき、圧力レギュレータ９０にライン１００内の
背圧を調整させるため信号９８を圧力レギュレータ９０
に送る。このため、圧力レギュレータ９０は、車両がま
すます高い高度まで駆動されるとき背圧を増加させ、車
両が通常の高さに戻るとき背圧を減少させる。圧力セン
サー１０２は、ライン１００内の背圧を監視し、該背圧
を表す信号をコントローラ９６に送る。
ている。本実施形態では、水素源が、適切な圧力、極低
温、或いは吸着管６０内に蓄えられた（改質された水素
というよりも）純粋水素である。水素は、ライン６４を
介して燃料電池６２のアノード側に供給され、アノード
テイルガス６６は、燃焼器６８に供給され、該燃焼器で
は、ライン７２を介して周囲に排気される前に空気７０
と共に燃焼される。周囲の空気７４は、コンプレッサ７
６内で圧縮され、ライン７８を介してクーラー８０に吐
出され、そこからライン８４を介して加湿器８２に送ら
れる。次に、冷却され加湿された空気は、ライン９２を
解して燃料電池６２のカソード側に導入される。カソー
ドテイルガスは、ライン８４で燃料電池６２から出て、
凝縮器８６に流入し、その後、圧力レギュレータ９０を
介して周囲に排気される前にサイクロン式の水セパレー
タ８８に入る。本実施形態では、燃料電池６２への入力
空気（即ち、ライン９２内）の圧力を実質的に一定に、
即ち、周囲温度又は圧力の変化に係らず予めセットされ
た圧力ポイントの近傍に保つことが望ましい。このた
め、圧力センサー９４は、入口ライン９２と連通し、ラ
イン９２内の圧力を監視し、信号をコントローラ９６に
送り返す。コントローラは、ライン９２内の圧力を所望
の予めセットされた圧力バルブの値と比較し、ライン９
２内の入口圧力を実質的に一定（即ち、予めセットされ
たバルブの値か或いはその近傍）に維持するため必要と
されるとき、圧力レギュレータ９０にライン１００内の
背圧を調整させるため信号９８を圧力レギュレータ９０
に送る。このため、圧力レギュレータ９０は、車両がま
すます高い高度まで駆動されるとき背圧を増加させ、車
両が通常の高さに戻るとき背圧を減少させる。圧力セン
サー１０２は、ライン１００内の背圧を監視し、該背圧
を表す信号をコントローラ９６に送る。
【００１８】本発明は、その幾つかの特定の実施形態の
観点で説明されたが、本発明は、これらに限定されるも
のではなく、請求の範囲に記載された範囲によってのみ
限定される。
観点で説明されたが、本発明は、これらに限定されるも
のではなく、請求の範囲に記載された範囲によってのみ
限定される。
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池シ
ステムの概略図である。
ステムの概略図である。
【図２】図２は、本発明の別の実施形態に係る燃料電池
システムの概略図である。
システムの概略図である。
【図３】図３は、本発明の更に別の実施形態に係る燃料
電池システムの概略図である。
電池システムの概略図である。
２ 燃料電池システム ４ 燃料電池 ６ 燃料プロセッサ ８、１２、１６ ライン １０ 水素を含むアノードテイルガス １４ Ｈ2Ｏタンク １８ コンプレッサ ２４ 酸素を含むカソードテイルガス ２６ カソード出口 ２８ アノード出口 ３０ 燃焼器 ３２ 排気ガス ３４ 排気出口 ３６ 凝縮器 ３８ 戻りライン ４０ 排気ガスの背圧ライン ４２ 調整可能な圧力レギュレータ ４４ コントローラ ４６、４８、５０、５３ 圧力センサー ５２ 温度センサー ５４ 水レベルセンサー ５６ａ 制御信号 ５６、５８ 凝縮器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ・ダブリュー・ダンダライデス アメリカ合衆国ニューヨーク州14580，ウ ェブスター，ロングブッシュ・レーン 392 (72)発明者 ウィリアム・ヘンリー・ペティット アメリカ合衆国ニューヨーク州14623，ロ チェスター，エセックス・ドライブ 16 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA16 BA17 KK00 KK01 KK02 KK41 MM01 MM03
Claims (16)
- 【請求項１】 Ｈ2を含むアノードテイルガスを吐出す
るアノード出口及びＯ2を含むカソードテイルガスを吐
出するカソード出口を有する燃料電池、該燃料電池のア
ノードに水素を提供するための水素源、及び、該燃料電
池のカソードに酸素を提供するための空気コンプレッサ
を含む、燃料電池システムを制御する方法であって、 前記カソードテイルガスの背圧を変化させるため前記カ
ソード出口の下流に、調整可能な圧力レギュレータを設
け、 前記システムを取り囲む環境の周囲状態を検出し、該周
囲状態を表す信号をコントローラに送出し、 前記システムの少なくとも１つの作動条件を検出し、該
作動条件を表す信号をコントローラに送り、 前記環境内で前記システムの性能を最適化するため、前
記信号に応答して前記コントローラを介して前記レギュ
レータを調整する、各工程を含む、前記方法。 - 【請求項２】 前記周囲状態の検出工程は、周囲圧力を
検出する工程を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記周囲状態の検出工程は、周囲温度を
検出する工程を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記少なくとも１つの作動条件が、前記
システムの作動中に収集された水の量を含み、前記最適
化工程は、周囲温度が上昇したとき、前記背圧を増加さ
せる工程を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記少なくとも１つの作動条件が、前記
コンプレッサの出力圧力を含み、前記最適化工程は、該
出力圧力を実質的に維持するため、前記周囲圧力が減少
するとき前記背圧を増加させる工程を含む、請求項２に
記載の方法。 - 【請求項６】 Ｈ2を含むアノードテイルガスを吐出す
るアノード出口及びＯ2を含むカソードテイルガスを吐
出するカソード出口を有する燃料電池、該燃料電池のア
ノードに水素を提供するための水素源、該燃料電池のカ
ソードに酸素を提供するための空気コンプレッサ、前記
アノードテイルガス及びカソードテイルガスを燃焼させ
て水を含む排気ガスを生成する燃焼器、及び、該排気ガ
スを該燃焼器から吐出するため該燃焼器からの排気出口
を含む、燃料電池システムを制御する方法であって、 前記排気出口の下流に、調整可能な圧力レギュレータを
設け、 前記システムを取り囲む周囲圧力を検出し、該周囲圧力
を表す信号をコントローラに送出し、 前記システムを取り囲む周囲温度を検出し、該周囲温度
を表す信号をコントローラに送出し、 前記レギュレータの上流で前記排気ガスの背圧を検出
し、該背圧を表す信号をコントローラに送出し、 変動するシステム及び／又は周囲の条件の下で前記シス
テムの背圧を変化させるように、前記信号の少なくとも
１つに応答して、前記コントローラを介して前記レギュ
レータを調整する、各工程を含む、前記方法。 - 【請求項７】 Ｈ2を含むアノードテイルガスを吐出す
るアノード出口及びＯ2を含むカソードテイルガスを吐
出するカソード出口を有する燃料電池、該燃料電池のア
ノードに水素を提供するための水素源、該燃料電池のカ
ソードに酸素を提供するための空気コンプレッサを含
む、燃料電池システムを制御する方法であって、 前記カソードテイルガスの圧力を変化させるため前記カ
ソード出口の下流に、調整可能な圧力レギュレータを設
け、 前記コンプレッサの出力圧力を検出し、該出力圧力を表
す信号をコントローラに送出し、 周囲圧力の変動に係らず、前記出力圧力を実質的に一定
に維持するように該出力圧力に応答して背圧を変化させ
るため、前記信号に応答して前記コントローラを介して
前記レギュレータを調整する、各工程を含む、前記方
法。 - 【請求項８】 Ｈ2を含むアノードテイルガスを吐出す
るアノード出口及びＯ2を含むカソードテイルガスを吐
出するカソード出口を有する燃料電池、該燃料電池のア
ノードに水素を提供するための水素源、該燃料電池のカ
ソードに酸素を提供するための空気コンプレッサ、前記
アノードテイルガス及びカソードテイルガスを燃焼させ
て水を含む排気ガスを生成する燃焼器、該排気ガスを該
燃焼器から吐出するため該燃焼器からの排気出口、及
び、該排気ガスから水を凝縮させるため該排気出口と連
係する水凝縮器を含む、水生成燃料電池システムを制御
する方法であって、 前記システム上の背圧を変化させるため前記排気出口の
下流に、調整可能な圧力レギュレータを設け、 前記システムを取り囲む周囲温度を検出し、該周囲温度
を表す信号をコントローラに送出し、 前記レギュレータの上流で前記排気ガスの背圧を検出
し、該背圧を表す信号をコントローラに送出し、 上昇した前記周囲温度で前記水を凝縮する際の前記凝縮
器の効果を増加させるため、該上昇した周囲温度で前記
背圧を増加させるように、前記信号に応答して、前記コ
ントローラを介して前記レギュレータを調整する、各工
程を含む、前記方法。 - 【請求項９】 Ｈ2を含むアノードテイルガスを吐出す
るアノード出口及びＯ2を含むカソードテイルガスを吐
出するカソード出口を有する燃料電池、該燃料電池のア
ノードに水素を提供するための水素源、該燃料電池のカ
ソードに酸素を提供するための空気コンプレッサ、前記
アノードテイルガス及びカソードテイルガスを燃焼させ
て水を含む排気ガスを生成する燃焼器、及び、該排気ガ
スを該燃焼器から吐出するため該燃焼器からの排気出口
を含む、燃料電池システムを制御する方法であって、 前記排気出口の下流に、調整可能な圧力レギュレータを
設け、 前記システムを取り囲む周囲圧力を検出し、該周囲圧力
を表す信号をコントローラに送出し、 前記システムを取り囲む周囲温度を検出し、該周囲温度
を表す信号をコントローラに送出し、 前記コンプレッサの出力圧力を検出し、該出力圧力を表
す信号をコントローラに送出し、 前記レギュレータの上流で前記排気ガスの背圧を検出
し、該背圧を表す信号をコントローラに送出し、 変動するシステム及び／又は周囲の条件の下で該システ
ムの背圧を変化させるように、前記信号の少なくとも１
つに応答して、前記コントローラを介して前記レギュレ
ータを調整する、各工程を含む、前記方法。 - 【請求項１０】 Ｈ2を含むアノードテイルガスを吐出
するアノード出口及びＯ2を含むカソードテイルガスを
吐出するカソード出口を有する燃料電池、該燃料電池の
アノードに水素を提供するための水素源、該燃料電池の
カソードに酸素を提供するための空気コンプレッサ、シ
ステム内で使用するための水を収集するためのタンク、
前記アノードテイルガス及びカソードテイルガスを燃焼
させて水を含む排気ガスを生成する燃焼器、該排気ガス
を該燃焼器から吐出するため該燃焼器からの排気出口、
該排気ガスから水を凝縮させるため該排気出口と連係す
る水凝縮器、及び、システム内で使用するため該凝縮器
から水を収集するためのタンク、を含む、水生成燃料電
池システムを制御する方法であって、 前記システム上の背圧を変化させるため前記排気出口と
連係された、調整可能な圧力レギュレータを設け、 前記システムを取り囲む周囲温度を検出し、該周囲温度
を表す信号をコントローラに送出し、 前記タンク内の水のレベルを検出し、 前記レギュレータの上流で前記排気ガスの背圧を検出
し、該背圧を表す信号をコントローラに送出し、 前記水のレベルが所定レベルより低い場合、前記背圧を
増加させ、該水のレベルが所定レベルより高い場合、該
背圧を減少させるように、前記信号に応答して、前記コ
ントローラを介して前記レギュレータを調整する、各工
程を含む、前記方法。 - 【請求項１１】 Ｈ2を含むアノードテイルガスを吐出
するアノード出口及びＯ2を含むカソードテイルガスを
吐出するカソード出口を有する燃料電池、該燃料電池の
アノードに水素を提供するための水素源、該燃料電池の
カソードに酸素を提供するための空気コンプレッサ、シ
ステム内で使用するための水を収集するためのタンク、
前記アノードテイルガス及びカソードテイルガスを燃焼
させて水を含む排気ガスを生成する燃焼器、該排気ガス
を該燃焼器から吐出するため該燃焼器からの排気出口、
該排気ガスから水を凝縮させるため該排気出口と連係す
る水凝縮器、及び、システム内で使用するため該凝縮器
から水を収集するためのタンク、を含む、水生成燃料電
池システムを制御する方法であって、 前記システム上の背圧を変化させるため前記排気出口と
連係された、調整可能な圧力レギュレータを設け、 前記システムを取り囲む周囲圧力を検出し、該周囲圧力
を表す信号をコントローラに送出し、 前記システムを取り囲む周囲温度を検出し、該周囲温度
を表す信号をコントローラに送出し、 前記コンプレッサの出力圧力を検出し、該出力圧力を表
す信号をコントローラに送出し、 前記タンク内の水のレベルを検出し、 前記レギュレータの上流で前記排気ガスの背圧を検出
し、該背圧を表す信号をコントローラに送出し、 前記水のレベルが所定レベルより低い場合、前記背圧を
増加させ、前記周囲圧力に対する前記出力圧力の比率が
前記コンプレッサの通常の作動エンベロープの範囲外に
ある場合、前記背圧を減少させるように、前記信号に応
答して、前記コントローラを介して前記レギュレータを
調整する、各工程を含む、前記方法。 - 【請求項１２】 Ｈ2を含むアノードテイルガスを吐出
するアノード出口及びＯ2を含むカソードテイルガスを
吐出するカソード出口を有する燃料電池、該燃料電池の
アノードに水素を提供するための水素源、及び、該燃料
電池のカソードに酸素を提供するための空気コンプレッ
サを含む、燃料電池システムを制御する方法であって、 前記カソードテイルガスの圧力を変化させるため前記カ
ソード出口の下流に、調整可能な圧力レギュレータを設
け、 前記コンプレッサへの入口圧力を検出し、該入口圧力を
表す信号をコントローラに送出し、 前記コンプレッサの出力圧力を検出し、該出力圧力を表
す信号をコントローラに送出し、 前記入口圧力に対する前記出力圧力の比率が前記コンプ
レッサの通常の作動エンベロープの範囲外にある場合、
前記背圧を減少させるように、前記信号に応答して、前
記コントローラを介して前記レギュレータを調整する、
各工程を含む、前記方法。 - 【請求項１３】 Ｈ2を含むアノードテイルガスを吐出
するアノード出口及びＯ2を含むカソードテイルガスを
吐出するカソード出口を有する燃料電池、該燃料電池の
アノードに水素を提供するための水素源、及び、該燃料
電池のカソードに酸素を提供するための空気コンプレッ
サを含む、燃料電池システムであって、 前記カソードテイルガスの背圧を変化させるため前記カ
ソード出口と連係される、調整可能な圧力レギュレータ
と、 前記コンプレッサの出力圧力を検出し、該出力圧力を表
す信号をコントローラに送出するための圧力センサー
と、 前記コンプレッサの出力圧力に応答して前記背圧を変化
させ、周囲圧力に係らず前記出力圧力を実質的に一定に
維持するように前記レギュレータを調整するため該圧力
レギュレータ及び前記センサーと連係されたコントロー
ラと、 を含む、燃料電池システム。 - 【請求項１４】 Ｈ2を含むアノードテイルガスを吐出
するアノード出口及びＯ2を含むカソードテイルガスを
吐出するカソード出口を有する燃料電池、該燃料電池の
アノードに水素を提供するための水素源、該燃料電池の
カソードに酸素を提供するための空気コンプレッサ、前
記アノードテイルガス及びカソードテイルガスを燃焼さ
せて水を含む排気ガスを生成する燃焼器、及び、該排気
ガスを該燃焼器から吐出するため該燃焼器からの排気出
口を含む、燃料電池システムであって、 前記排気ガスの背圧を変化させるため前記排気出口と連
係された、調整可能な圧力レギュレータと、 周囲圧力を検出し、該周囲圧力を表す信号をコントロー
ラに送出するための第１の圧力センサーと、 周囲温度を検出し、該周囲温度を表す信号をコントロー
ラに送出するための第１の温度センサーと、 前記排気ガスの背圧を検出し、該背圧を表す信号をコン
トローラに送出するための第２の圧力センサーと、 前記周囲温度、周囲圧力及び前記背圧に応答して該背圧
を変化させるように前記レギュレータを調整するため該
圧力レギュレータと連係されたコントローラと、 を含む、燃料電池システム。 - 【請求項１５】 Ｈ2を含むアノードテイルガスを吐出
するアノード出口及びＯ2を含むカソードテイルガスを
吐出するカソード出口を有する燃料電池、該燃料電池の
アノードに水素を提供するための水素源、該燃料電池の
カソードに酸素を提供するための空気コンプレッサ、前
記アノードテイルガス及びカソードテイルガスを燃焼さ
せて水を含む排気ガスを生成する燃焼器、及び、該排気
ガスを該燃焼器から吐出するため該燃焼器からの排気出
口を含む、燃料電池システムであって、 前記排気ガスの背圧を変化させるため前記排気出口と連
係された、調整可能な圧力レギュレータと、 周囲圧力を検出し、該周囲圧力を表す信号をコントロー
ラに送出するための第１の圧力センサーと、 周囲温度を検出し、該周囲温度を表す信号をコントロー
ラに送出するための第１の温度センサーと、 前記コンプレッサの出力圧力を検出し、該出力圧力を表
す信号をコントローラに送出するための第２の圧力セン
サーと、 前記排気ガスの背圧を検出し、該背圧を表す信号をコン
トローラに送出するための第３の圧力センサーと、 前記周囲温度、前記周囲圧力、前記コンプレッサの出力
圧力及び前記背圧に応答して該背圧を変化させるように
前記レギュレータを調整するため該圧力レギュレータと
連係されたコントローラと、 を含む、燃料電池システム。 - 【請求項１６】 Ｈ2を含むアノードテイルガスを吐出
するアノード出口及びＯ2を含むカソードテイルガスを
吐出するカソード出口を有する燃料電池、該燃料電池の
アノードに水素を提供するための水素源、該燃料電池の
カソードに酸素を提供するための空気コンプレッサ、前
記アノードテイルガス及びカソードテイルガスを燃焼さ
せて水を含む排気ガスを生成する燃焼器、該排気ガスを
該燃焼器から吐出するため該燃焼器からの排気出口、該
排気ガスから水を凝縮させるため該排気出口と連係する
水凝縮器、及び、システム内で使用するため該凝縮器か
ら水を収集するためのタンク、を含む、燃料電池システ
ムであって、 前記排気ガスの背圧を変化させるため前記排気出口と連
係された、調整可能な圧力レギュレータと、 周囲圧力を検出し、該周囲圧力を表す信号をコントロー
ラに送出するための第１の圧力センサーと、 周囲温度を検出し、該周囲温度を表す信号をコントロー
ラに送出するための第１の温度センサーと、 前記排気ガスの背圧を検出し、該背圧を表す信号をコン
トローラに送出するための第２の圧力センサーと、 前記タンク内の水のレベルを検出し、該レベルを表す信
号をコントローラに送出するため該タンクと連係された
レベル検出器と、 前記周囲温度、前記周囲圧力、前記背圧及び前記タンク
内の水のレベルに応答して該背圧を変化させるように前
記レギュレータを調整するため該圧力レギュレータと連
係されたコントローラと、 を含む、燃料電池システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/584,210 US6815106B1 (en) | 2000-05-31 | 2000-05-31 | Fuel cell having dynamically regulated backpressure |
| US09/584210 | 2000-05-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001345112A true JP2001345112A (ja) | 2001-12-14 |
Family
ID=24336365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001164446A Pending JP2001345112A (ja) | 2000-05-31 | 2001-05-31 | 動的に調整された背圧を有する燃料電池 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6815106B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001345112A (ja) |
| CA (1) | CA2339585A1 (ja) |
| DE (1) | DE10118151B4 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10203241A1 (de) * | 2002-01-29 | 2003-08-14 | Volkswagen Ag | Verfahren zum Steuern des Betriebsdrucks eines Brennstoffzellensystems und entsprechendes Brennstoffzellensystem |
| JP2006512738A (ja) * | 2002-12-31 | 2006-04-13 | ヌベラ フュエル セルズ インコーポレイテッド | 出力発生用の膨張機を備える高効率燃料電池発電システム |
| US7666535B2 (en) | 2005-09-07 | 2010-02-23 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and method of operating a fuel cell system |
| US7781084B2 (en) * | 2004-05-18 | 2010-08-24 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Cathode humidification of a PEM fuel cell through exhaust gas recirculation into a positive displacement compressor |
| US7851099B2 (en) | 2003-11-28 | 2010-12-14 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method for fuel cell |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4470346B2 (ja) * | 2001-01-18 | 2010-06-02 | トヨタ自動車株式会社 | 車載用燃料電池システムおよび水素オフガス排出方法 |
| JP4672183B2 (ja) * | 2001-05-23 | 2011-04-20 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池の制御装置および燃料電池車両の制御装置 |
| DE10151520A1 (de) * | 2001-10-18 | 2003-05-08 | Ballard Power Systems | Methode zur Einhaltung der Wasserbilanz in einem Brennstoffzellensystem |
| DE10161622A1 (de) * | 2001-12-14 | 2003-06-26 | Siemens Ag | Verfahren zum Betrieb einer PEM-Brennstoffzellenanlage und zugehörige PEM-Brennstoffzellenanlage |
| US7318845B2 (en) * | 2002-07-10 | 2008-01-15 | Applied Research Associates, Inc. | Compact distillates fuel processor with effective sulfur removal process |
| DE10250355A1 (de) * | 2002-10-29 | 2004-05-13 | Volkswagen Ag | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems bei Umgebungstemperaturen unter 0°C und Brennstoffzellensystem |
| JP4828078B2 (ja) | 2002-11-27 | 2011-11-30 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システムの酸化剤流量制御方法 |
| DE10328960A1 (de) * | 2003-06-27 | 2005-02-17 | Volkswagen Ag | Brennstoffzellensystem mit Abgasrezirkulationseinheit und Verfahren für den Betrieb eines Brennstoffzellensystems |
| DE10346859A1 (de) * | 2003-10-09 | 2005-05-04 | Bosch Gmbh Robert | Fahrzeug mit einer Verbrennungseinrichtung und einer Brennstoffzellenanlage |
| JP2005129462A (ja) * | 2003-10-27 | 2005-05-19 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| US20050268968A1 (en) * | 2003-11-20 | 2005-12-08 | Gabriel Hourtouat | Pressure control system for low pressure high flow operation |
| WO2006009495A1 (en) * | 2004-07-19 | 2006-01-26 | Ab Volvo | Method of starting a fuel reforming process and a fuel reforming system |
| FR2881576A1 (fr) * | 2005-01-28 | 2006-08-04 | Renault Sas | Systeme pile a combustible et procede de production d'eau correspondant |
| DE102005038455B4 (de) | 2005-08-03 | 2016-04-14 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren zur Ermittlung und/oder Einstellung des Oxidator-Volumenstroms bei einem Brennstoffzellensystem |
| JP4736612B2 (ja) * | 2005-08-11 | 2011-07-27 | トヨタ自動車株式会社 | 移動体 |
| JP5103757B2 (ja) * | 2006-03-08 | 2012-12-19 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の酸化剤ガス浄化装置 |
| KR101077929B1 (ko) * | 2008-10-27 | 2011-10-31 | 한국과학기술원 | 고체산화물 연료전지 시스템의 연료 개질 방법 |
| JP5556250B2 (ja) * | 2010-03-09 | 2014-07-23 | トヨタ自動車株式会社 | 高圧ガス供給システムと燃料電池システム |
| EP2546913A4 (en) * | 2010-03-11 | 2014-03-26 | Panasonic Corp | FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE FUEL CELL SYSTEM |
| JP5529618B2 (ja) * | 2010-04-21 | 2014-06-25 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム及びその制御方法 |
| DE102010052839A1 (de) * | 2010-11-29 | 2012-05-31 | Airbus Operations Gmbh | Brennstoffzellensystem zur Erzeugung von Energie und Wasser |
| US9029036B2 (en) * | 2012-10-25 | 2015-05-12 | GM Global Technology Operations LLC | Systems and methods for controlling a compressor recirculation valve |
| US8956778B2 (en) * | 2012-10-25 | 2015-02-17 | GM Global Technology Operations LLC | Cathode flow split control and pressure control for a vehicle fuel cell power system |
| US8846262B2 (en) * | 2012-10-25 | 2014-09-30 | GM Global Technology Operations LLC | Reactive compressor surge mitigation strategy for a fuel cell power system |
| US8962208B2 (en) * | 2012-10-25 | 2015-02-24 | GM Global Technology Operations LLC | Predictive cathode compressor speed control in a fuel cell power system |
| DE102012024860A1 (de) | 2012-12-19 | 2014-06-26 | Audi Ag | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems |
| US10069155B2 (en) * | 2015-08-24 | 2018-09-04 | The Boeing Company | Process control for integrated hydrogen storage in fuel cell energy storage system |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4098959A (en) * | 1976-12-27 | 1978-07-04 | United Technologies Corporation | Fuel cell fuel control system |
| US4289836A (en) * | 1980-03-05 | 1981-09-15 | Lemelson Jerome H | Rechargeable electric battery system |
| US4838020A (en) * | 1985-10-24 | 1989-06-13 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Turbocompressor system and method for controlling the same |
| DE4318818C2 (de) * | 1993-06-07 | 1995-05-04 | Daimler Benz Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von konditionierter Prozessluft für luftatmende Brennstoffzellensysteme |
| JPH0729589A (ja) * | 1993-07-09 | 1995-01-31 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池発電装置におけるプレート型改質器の差圧制御方法 |
| EP0741428A1 (en) * | 1995-05-04 | 1996-11-06 | FINMECCANICA S.p.A. AZIENDA ANSALDO | A supply system for fuel cells of the S.P.E. (SOLID POLYMER ELECTROLYTE) type for hybrid vehicles). |
| JP3915139B2 (ja) * | 1996-05-30 | 2007-05-16 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池発電装置 |
| JP4000607B2 (ja) * | 1996-09-06 | 2007-10-31 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の発電装置およびその方法 |
| JP4543440B2 (ja) * | 1997-12-22 | 2010-09-15 | 株式会社エクォス・リサーチ | 水直噴型燃料電池システム |
| US6015634A (en) * | 1998-05-19 | 2000-01-18 | International Fuel Cells | System and method of water management in the operation of a fuel cell |
| JP2000110727A (ja) * | 1998-10-07 | 2000-04-18 | Toyota Autom Loom Works Ltd | 車両用燃料電池装置における圧縮機の凍結防止方法 |
| DE19958830B4 (de) * | 1999-11-30 | 2005-09-22 | P21 - Power For The 21St Century Gmbh | Brennstoffzellensystem sowie dessen Verwendung |
-
2000
- 2000-05-31 US US09/584,210 patent/US6815106B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-03-07 CA CA002339585A patent/CA2339585A1/en not_active Abandoned
- 2001-04-11 DE DE10118151.5A patent/DE10118151B4/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-05-31 JP JP2001164446A patent/JP2001345112A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10203241A1 (de) * | 2002-01-29 | 2003-08-14 | Volkswagen Ag | Verfahren zum Steuern des Betriebsdrucks eines Brennstoffzellensystems und entsprechendes Brennstoffzellensystem |
| DE10203241B4 (de) * | 2002-01-29 | 2015-06-25 | Volkswagen Ag | Verfahren zum Steuern des Betriebsdrucks eines Brennstoffzellensystems und entsprechendes Brennstoffzellensystem |
| JP2006512738A (ja) * | 2002-12-31 | 2006-04-13 | ヌベラ フュエル セルズ インコーポレイテッド | 出力発生用の膨張機を備える高効率燃料電池発電システム |
| US7851099B2 (en) | 2003-11-28 | 2010-12-14 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method for fuel cell |
| US7781084B2 (en) * | 2004-05-18 | 2010-08-24 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Cathode humidification of a PEM fuel cell through exhaust gas recirculation into a positive displacement compressor |
| US7666535B2 (en) | 2005-09-07 | 2010-02-23 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and method of operating a fuel cell system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6815106B1 (en) | 2004-11-09 |
| CA2339585A1 (en) | 2001-11-30 |
| DE10118151A1 (de) | 2001-12-13 |
| DE10118151B4 (de) | 2015-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2001345112A (ja) | 動的に調整された背圧を有する燃料電池 | |
| US6368735B1 (en) | Fuel cell power generation system and method for powering an electric vehicle | |
| US6663990B2 (en) | Fuel cell system and method | |
| US5981096A (en) | Fuel cell system | |
| CN1484612A (zh) | 燃料重整系统 | |
| US20050089730A1 (en) | Fuel cell system and method for operating the fuel cell system | |
| JP4463846B2 (ja) | 水素製造発電システム | |
| JP2005276757A (ja) | 燃料電池コジェネレーションシステム | |
| WO2010041471A1 (ja) | 水素生成装置、燃料電池システム、及び水素生成装置の運転方法 | |
| JP2003163021A (ja) | 固体高分子型燃料電池システム | |
| JP4406938B2 (ja) | 燃料電池システムおよびコンプレッサの回転数制御方法 | |
| JP2005209547A (ja) | 燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の運転方法 | |
| CN101562254A (zh) | 燃料电池用燃料供应装置及使用该装置的燃料电池系统 | |
| US20070048581A1 (en) | Fuel cell system | |
| JP4381508B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP4612322B2 (ja) | 燃料ガス製造システム及びその運転方法 | |
| KR20230023357A (ko) | 연료전지 시스템 | |
| US7485380B2 (en) | Fuel cell power plant used as reformate generator | |
| US20090246568A1 (en) | System for the generation of electric power on-board a motor vehicle which is equipped with a fuel cell and associated method | |
| JP4938299B2 (ja) | 燃料電池発電装置の運転方法 | |
| JP4610906B2 (ja) | 燃料電池発電システム及び燃料電池発電システムの起動方法 | |
| JP2003272682A (ja) | 燃料改質型燃料電池システム | |
| US6656616B2 (en) | Fuel cell system | |
| CA3008777C (en) | Fuel cell system and method for control of the moisture content of the fuel | |
| JPH06223856A (ja) | 燃料電池発電装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050422 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060811 |