JP2002516469A - 燃料電池装置と燃料電池装置によって電気エネルギーを発生する方法 - Google Patents
燃料電池装置と燃料電池装置によって電気エネルギーを発生する方法Info
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- 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
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、後続配置の燃料電池ユニット（１０）を運転するために、原料（２８）から水素を発生するためのオートサーミック改質ユニット（１８）を備え、この改質ユニット（１８）と燃料電池ユニット（１０）の間に、一酸化炭素を二酸化炭素に変換するための酸化装置（３４）が配置されている、特に自動車の駆動装置としての燃料電池装置に関する。水噴射装置（４６）が酸化装置（３４）内に設けられ、水をこの酸化装置に噴射する。
Description
【０００１】 本発明は、後続配置の燃料電池ユニットを運転するために空気を供給しながら
、エネルギー担体、特に液状原料から水素を発生するための改質ユニットを備え
、この改質ユニットと燃料電池ユニットの間に、一酸化炭素を二酸化炭素に変換
するための酸化装置が配置されている、請求項１の上位概念に記載した、特に自
動車の駆動装置としての燃料電池装置に関する。本発明は更に、燃料電池ユニッ
トを運転するために、水素が改質プロセスで空気を供給しながら原料から発生さ
せられ、改質プロセスの後でかつ燃料電池ユニットの前に一酸化炭素が二酸化炭
素に酸化される、請求項１０の上位概念に記載した、特に自動車の駆動装置のた
めの、燃料電池装置によって電気エネルギーを発生するための方法に関する。
、エネルギー担体、特に液状原料から水素を発生するための改質ユニットを備え
、この改質ユニットと燃料電池ユニットの間に、一酸化炭素を二酸化炭素に変換
するための酸化装置が配置されている、請求項１の上位概念に記載した、特に自
動車の駆動装置としての燃料電池装置に関する。本発明は更に、燃料電池ユニッ
トを運転するために、水素が改質プロセスで空気を供給しながら原料から発生さ
せられ、改質プロセスの後でかつ燃料電池ユニットの前に一酸化炭素が二酸化炭
素に酸化される、請求項１０の上位概念に記載した、特に自動車の駆動装置のた
めの、燃料電池装置によって電気エネルギーを発生するための方法に関する。
【０００２】 欧州特許第０２１７５３２号公報により、触媒水素発生器が知られている。こ
の水素発生器はオートサーミック改質ユニット内にメタノールと空気の混合気か
ら水素を発生する。この場合、改質ユニット内の熱電対が配置され、改質ユニッ
ト内の熱電対の場所の温度が上昇するにつれて空気供給が減らされるように、こ
の熱電対がメタノールと空気の混合気への空気供給に影響を与える。
の水素発生器はオートサーミック改質ユニット内にメタノールと空気の混合気か
ら水素を発生する。この場合、改質ユニット内の熱電対が配置され、改質ユニッ
ト内の熱電対の場所の温度が上昇するにつれて空気供給が減らされるように、こ
の熱電対がメタノールと空気の混合気への空気供給に影響を与える。
【０００３】 この装置の発展形態の水素発生器がＷＯ９６／００１８６に記載されている。
この場合、メタノールと空気の混合気が触媒を通って半径方向に流れるように、
触媒はメタノールと空気の混合気のための入口管の周りに配置されている。
この場合、メタノールと空気の混合気が触媒を通って半径方向に流れるように、
触媒はメタノールと空気の混合気のための入口管の周りに配置されている。
【０００４】 ドイツ連邦共和国特許第４３４５３１９号公報とドイツ連邦共和国特許第４３
２９３２３号公報には燃料電池電流発生装置が開示されている。この場合、改質
ユニット内でメタノールと水素の混合気から水素が発生させられる。この水素は
電気的なエネルギーを発生するための後続配置の燃料電池に供給される。改質器
内で充分な反応熱を発生するために、メタノールの一部がメタノールと水の混合
気に添加されないで、付加的なバーナー内で燃焼される。
２９３２３号公報には燃料電池電流発生装置が開示されている。この場合、改質
ユニット内でメタノールと水素の混合気から水素が発生させられる。この水素は
電気的なエネルギーを発生するための後続配置の燃料電池に供給される。改質器
内で充分な反応熱を発生するために、メタノールの一部がメタノールと水の混合
気に添加されないで、付加的なバーナー内で燃焼される。
【０００５】 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６２９０８４号公報により、燃料電池か
らなる駆動バッテリを備えた電気自動車が知られている。この場合、燃料電池は
走行風によって冷却されるように配置されている。
らなる駆動バッテリを備えた電気自動車が知られている。この場合、燃料電池は
走行風によって冷却されるように配置されている。
【０００６】 ドイツ連邦共和国の定期刊行物である自動車技術(Autotechnik) 、第５／１９
９７号、第２０／２１頁の記事“分かったぞ？(Heureka？) ”には、燃料電池駆
動装置を備えた自動車が記載されている。この場合、燃料電池を運転するために
必要な水素は自動車自体でベンジンから作られる。その際、多段プロセスでベン
ジンが水素に変換される。変換の前に、ベンジンは蒸発器内で加熱によってガス
状の状態になる。部分燃焼反応器内で酸素不足状態で水素と一酸化炭素が発生す
る。一酸化炭素を酸化するために、酸化銅触媒と酸化亜鉛触媒が設けられている
。この場合、水蒸気は反応のための酸素供与体として供給される。他のステップ
では、最後の約１％の一酸化炭素が慣用のプラチナ酸化触媒内で空気を供給しな
がら後燃焼させられる。このようにして得られた、水素、一酸化炭素および二酸
化炭素はまだ１０ｐｐｍの一酸化炭素を含んでいる。これは後続配置の燃料電池
にとって問題がない。従って、熱交換器で約８０°Ｃに冷却した後で、ガスは燃
料電池に案内される。
９７号、第２０／２１頁の記事“分かったぞ？(Heureka？) ”には、燃料電池駆
動装置を備えた自動車が記載されている。この場合、燃料電池を運転するために
必要な水素は自動車自体でベンジンから作られる。その際、多段プロセスでベン
ジンが水素に変換される。変換の前に、ベンジンは蒸発器内で加熱によってガス
状の状態になる。部分燃焼反応器内で酸素不足状態で水素と一酸化炭素が発生す
る。一酸化炭素を酸化するために、酸化銅触媒と酸化亜鉛触媒が設けられている
。この場合、水蒸気は反応のための酸素供与体として供給される。他のステップ
では、最後の約１％の一酸化炭素が慣用のプラチナ酸化触媒内で空気を供給しな
がら後燃焼させられる。このようにして得られた、水素、一酸化炭素および二酸
化炭素はまだ１０ｐｐｍの一酸化炭素を含んでいる。これは後続配置の燃料電池
にとって問題がない。従って、熱交換器で約８０°Ｃに冷却した後で、ガスは燃
料電池に案内される。
【０００７】 日本の定期刊行物であるアジア自動車レポート、１９９８年１月２０日の第２
７２巻、第３４〜３９頁の記事“代替燃料”により、自動車用の類似の燃料電池
装置が知られている。この場合、メタノール改質ユニットが燃料電池用水素を発
生するために設けられている。この場合、水素と酸素の電気化学的な反応時に発
生する水は改質プロセスのために再び使用される。改質プロセスのために脱イオ
ン化された水とメタノールが混合され、蒸発され、２５０°Ｃの温度で水素と二
酸化炭素に変換される。この水素は燃料電池に供給され、この燃料電池はこの水
素を空気中酸素と共に触媒プロセスで電気的なエネルギーと水に変換する。蒸発
と改質プロセスのために必要な熱エネルギーは燃料電池の後に接続配置された触
媒バーナーで発生させられる。このバーナーは燃料電池からの残留ガスで運転さ
れる。このガスは水素を含んでいる。なぜなら、燃料電池装置が供給される水素
の約７５％だけを利用するからである。充分な残留水素が触媒バーナーに供され
ない場合には、燃料タンクからのメタノールが改質器の熱を回収するために使用
される。改質器で発生したガスを水素成分と共に導入開始する前に、このガスは
触媒反応によって浄化される。この場合、一酸化炭素が二酸化炭素に変換される
。自動車用の燃料電池装置の図示実施の形態では、メタノール改質器は蒸発器、
改質器および一酸化炭素用酸化ユニットを備えている。
７２巻、第３４〜３９頁の記事“代替燃料”により、自動車用の類似の燃料電池
装置が知られている。この場合、メタノール改質ユニットが燃料電池用水素を発
生するために設けられている。この場合、水素と酸素の電気化学的な反応時に発
生する水は改質プロセスのために再び使用される。改質プロセスのために脱イオ
ン化された水とメタノールが混合され、蒸発され、２５０°Ｃの温度で水素と二
酸化炭素に変換される。この水素は燃料電池に供給され、この燃料電池はこの水
素を空気中酸素と共に触媒プロセスで電気的なエネルギーと水に変換する。蒸発
と改質プロセスのために必要な熱エネルギーは燃料電池の後に接続配置された触
媒バーナーで発生させられる。このバーナーは燃料電池からの残留ガスで運転さ
れる。このガスは水素を含んでいる。なぜなら、燃料電池装置が供給される水素
の約７５％だけを利用するからである。充分な残留水素が触媒バーナーに供され
ない場合には、燃料タンクからのメタノールが改質器の熱を回収するために使用
される。改質器で発生したガスを水素成分と共に導入開始する前に、このガスは
触媒反応によって浄化される。この場合、一酸化炭素が二酸化炭素に変換される
。自動車用の燃料電池装置の図示実施の形態では、メタノール改質器は蒸発器、
改質器および一酸化炭素用酸化ユニットを備えている。
【０００８】 ドイツ連邦共和国特許第４３２２７６５号公報には、燃料電池を備えた車両用
のダイナミック出力制御のための方法と装置が開示されている。この燃料電池は
電気式駆動ユニットに電気エネルギーを供給する。アクセルペダル位置に対応す
る要求出力から出発して、空気流量が計算される。この空気流量は燃料電池によ
って目標出力を準備するために必要である。燃料電池の吸込み管路内に配置した
コンプレッサは必要な空気流に対応してその回転数が調節される。
のダイナミック出力制御のための方法と装置が開示されている。この燃料電池は
電気式駆動ユニットに電気エネルギーを供給する。アクセルペダル位置に対応す
る要求出力から出発して、空気流量が計算される。この空気流量は燃料電池によ
って目標出力を準備するために必要である。燃料電池の吸込み管路内に配置した
コンプレッサは必要な空気流に対応してその回転数が調節される。
【０００９】 欧州特許第０６２９０１３号公報により、燃料電池装置の空気供給方法と装置
が知られている。この場合、プロセス空気が燃料電池に入る前に圧縮機によって
圧縮される。燃料電池を通過した後で、排出される排気はエネルギーを回収する
ためにタービンを経て減張される。この場合、タービン、圧縮機および付加的な
駆動モータは共通の軸に配置されている。圧縮機は回転数を変更可能に形成され
、排気を減張するためのタービンとしての膨張器と共に共通の軸に配置されてい
る。吸収力を変更する膨張器の使用によって、燃料電池のための空気流調節が行
われる。
が知られている。この場合、プロセス空気が燃料電池に入る前に圧縮機によって
圧縮される。燃料電池を通過した後で、排出される排気はエネルギーを回収する
ためにタービンを経て減張される。この場合、タービン、圧縮機および付加的な
駆動モータは共通の軸に配置されている。圧縮機は回転数を変更可能に形成され
、排気を減張するためのタービンとしての膨張器と共に共通の軸に配置されてい
る。吸収力を変更する膨張器の使用によって、燃料電池のための空気流調節が行
われる。
【００１０】 ＷＯ９７／１６６４８号公報により、冷蔵庫用ねじコンプレッサが知られてい
る。このねじコンプレッサは２つのポンプ室を備えている。第１のポンプ室の出
口は第２のポンプ室の二次入口に接続されている。
る。このねじコンプレッサは２つのポンプ室を備えている。第１のポンプ室の出
口は第２のポンプ室の二次入口に接続されている。
【００１１】 本発明の根底をなす課題は、高効率で小型であると共に、特に自動車の駆動装
置用の電気エネルギーを発生するための経済的で環境に優しい使用が可能となる
ように、冒頭に述べた種類の燃料電池装置を改良することである。
置用の電気エネルギーを発生するための経済的で環境に優しい使用が可能となる
ように、冒頭に述べた種類の燃料電池装置を改良することである。
【００１２】 この課題は本発明に従い、請求項１に記載した特徴を有する上記種類の燃料電
池装置によって、および請求項１０に記載した特徴を有する上記種類の方法によ
って解決される。本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されている。
池装置によって、および請求項１０に記載した特徴を有する上記種類の方法によ
って解決される。本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されている。
【００１３】 そのために、燃料電池装置の場合、本発明に従い、水噴射装置が酸化装置に設
けられ、水をこの酸化装置に噴射する。
けられ、水をこの酸化装置に噴射する。
【００１４】 これは、改質ユニットから出るプロセスガスから一酸化炭素を遠ざけると同時
に、燃料電池ユニットのための高い割合の水素成分によって、充分な冷却または
予冷が達成されるので、プロセスガスがコストのかかる冷却装置なしにまたはコ
ストがあまりかからない冷却装置によって燃料電池ユニットに案内可能であると
いうことにある。更に、噴射された水は一酸化炭素の酸化のために必要な酸素を
供給する。この場合同時に、酸化反応によって、付加的な水素が遊離するので、
酸化のための別個の酸素供給を量的に低減することができ、同時に酸化装置内の
水素富化が燃料電池装置を小型にする。これは燃料電池装置の必要スペースと装
置コストを低減する。
に、燃料電池ユニットのための高い割合の水素成分によって、充分な冷却または
予冷が達成されるので、プロセスガスがコストのかかる冷却装置なしにまたはコ
ストがあまりかからない冷却装置によって燃料電池ユニットに案内可能であると
いうことにある。更に、噴射された水は一酸化炭素の酸化のために必要な酸素を
供給する。この場合同時に、酸化反応によって、付加的な水素が遊離するので、
酸化のための別個の酸素供給を量的に低減することができ、同時に酸化装置内の
水素富化が燃料電池装置を小型にする。これは燃料電池装置の必要スペースと装
置コストを低減する。
【００１５】 好ましい実施形では、改質ユニットが原料と酸素を含む物質、特に水およびま
たは空気のための混合器を備えている。
たは空気のための混合器を備えている。
【００１６】 燃料電池ユニットのカソードからの排気流およびまたは燃料電池ユニットのア
ノードからの排気流内に、水分離装置、特に凝縮器が設けられ、この凝縮器が排
気を含む水を分離し、オートサーミック改質ユニットの前に接続配置された水貯
蔵装置に供給することにより、改質プロセスのために多量の水を一緒に運ぶ必要
なしに、閉鎖水回路が達成される。
ノードからの排気流内に、水分離装置、特に凝縮器が設けられ、この凝縮器が排
気を含む水を分離し、オートサーミック改質ユニットの前に接続配置された水貯
蔵装置に供給することにより、改質プロセスのために多量の水を一緒に運ぶ必要
なしに、閉鎖水回路が達成される。
【００１７】 有利な実施形では、別個の水回路が設けられ、この水回路が水分離装置、燃料
電池ユニット、燃料電池ユニットのカソードの空気供給部およびまたは改質ユニ
ットの空気供給部を冷却する。
電池ユニット、燃料電池ユニットのカソードの空気供給部およびまたは改質ユニ
ットの空気供給部を冷却する。
【００１８】 改質ユニット内の反応のために必要な熱エネルギーを発生するために、触媒バ
ーナーが設けられ、この触媒バーナーが燃料電池ユニットのアノードからの排気
を燃焼し、その廃熱を熱交換器を経て改質ユニットに供給する。
ーナーが設けられ、この触媒バーナーが燃料電池ユニットのアノードからの排気
を燃焼し、その廃熱を熱交換器を経て改質ユニットに供給する。
【００１９】 改質ユニットのための代替的な熱発生は、触媒バーナーが原料のための貯蔵容
器に接続されていることによって達成される。
器に接続されていることによって達成される。
【００２０】 膨張器が燃料電池ユニットのカソードの排気流に設けられ、コンプレッサ、特
に二段型コンプレッサが燃料電池ユニットの空気流内に設けられ、膨張器とコン
プレッサが共通の軸に配置されていることにより、エネルギー回収が達成される
。
に二段型コンプレッサが燃料電池ユニットの空気流内に設けられ、膨張器とコン
プレッサが共通の軸に配置されていることにより、エネルギー回収が達成される
。
【００２１】 このような二段型コンプレッサまたは圧縮機は、取り出し可能な２個の圧力段
を介して、異なるレベルの空気圧を他の装置の供することにより、環境に対して
一層やさしく、燃料電池装置の効率を高める。比較的に低い圧力の第１段から、
燃料電池ユニットのカソードに圧力が供給され、比較的に高い圧力の第２段から
、まず最初に圧力が改質ユニットに供給され、燃料電池ユニットのアノード側と
カソード側にほぼ同じ圧力が供給されることにより、改質ユニットの比較的に高
い圧力レベルに基づいて、他の方法で発生する圧力損失が補償される。
を介して、異なるレベルの空気圧を他の装置の供することにより、環境に対して
一層やさしく、燃料電池装置の効率を高める。比較的に低い圧力の第１段から、
燃料電池ユニットのカソードに圧力が供給され、比較的に高い圧力の第２段から
、まず最初に圧力が改質ユニットに供給され、燃料電池ユニットのアノード側と
カソード側にほぼ同じ圧力が供給されることにより、改質ユニットの比較的に高
い圧力レベルに基づいて、他の方法で発生する圧力損失が補償される。
【００２２】 原料は好ましくは水素を含む物質、特にメタノールまたはベンジンである。
【００２３】 上記種類の方法において本発明では、一酸化炭素から二酸化炭素への酸化の際
に水が噴射される。
に水が噴射される。
【００２４】 これは、改質ユニットから出るプロセスガスから一酸化炭素を遠ざけると同時
に、燃料電池ユニットのための高い割合の水素成分によって、充分な冷却または
予冷が達成されるので、プロセスガスがコストのかかる冷却装置なしにまたはコ
ストがあまりかからない冷却装置によって燃料電池ユニットに案内可能であると
いうことにある。更に、噴射された水は一酸化炭素の酸化のために必要な酸素を
供給する。この場合同時に、酸化反応によって、付加的な水素が遊離するので、
酸化のための別個の酸素供給を量的に低減することができ、同時に酸化装置内の
水素富化が燃料電池装置を小型にする。これは燃料電池装置の必要スペースと装
置コストを低減する。
に、燃料電池ユニットのための高い割合の水素成分によって、充分な冷却または
予冷が達成されるので、プロセスガスがコストのかかる冷却装置なしにまたはコ
ストがあまりかからない冷却装置によって燃料電池ユニットに案内可能であると
いうことにある。更に、噴射された水は一酸化炭素の酸化のために必要な酸素を
供給する。この場合同時に、酸化反応によって、付加的な水素が遊離するので、
酸化のための別個の酸素供給を量的に低減することができ、同時に酸化装置内の
水素富化が燃料電池装置を小型にする。これは燃料電池装置の必要スペースと装
置コストを低減する。
【００２５】 水供給の効率を高めるために、水は蒸気状またはエアゾール状に噴射される。
【００２６】 一酸化炭素の酸化と燃料電池ユニットとの間のプロセスガスおよびまたは燃料
電池ユニットのカソードに、圧縮された空気が供給されることにより、燃料電池
ユニットの付加的な効率上昇が達成可能である。
電池ユニットのカソードに、圧縮された空気が供給されることにより、燃料電池
ユニットの付加的な効率上昇が達成可能である。
【００２７】 燃料電池ユニットのカソードからの排気流およびまたは燃料電池ユニットのア
ノードからの排気流から、水が分離され、改質プロセスに供給されることにより
、改質プロセスのための多量の水を一緒に運ぶ必要なしに、閉鎖された水回路が
達成可能である。
ノードからの排気流から、水が分離され、改質プロセスに供給されることにより
、改質プロセスのための多量の水を一緒に運ぶ必要なしに、閉鎖された水回路が
達成可能である。
【００２８】 改質プロセスの反応のために必要な熱エネルギーを発生するために、燃料電池
ユニットのアノードからの排気が燃焼させられ、その廃熱が改質プロセスに供給
される。
ユニットのアノードからの排気が燃焼させられ、その廃熱が改質プロセスに供給
される。
【００２９】 原料が燃焼させられ、その熱エネルギーが改質プロセスに供給されることによ
り、改質プロセスのための代替的な熱発生が達成される。
り、改質プロセスのための代替的な熱発生が達成される。
【００３０】 好ましくは、水素を含む物質、特にメタノールまたはベンジンが原料として使
用される。
用される。
【００３１】 本発明の他の特徴、効果および有利な実施形は、特許請求の範囲と添付の図に
基づく本発明の次の説明から明らかになる。図は本発明による燃料電池装置の有
利な実施の形態のブロック図である。
基づく本発明の次の説明から明らかになる。図は本発明による燃料電池装置の有
利な実施の形態のブロック図である。
【００３２】 この燃料電池装置では、アノード１２、カソード１４および冷却要素１６を備
えた燃料電池ユニット１０のための水素が改質ユニット１８によって発生させら
れる。この改質装置は混合器２０、熱交換器２２、蒸発器２４および触媒改質器
２６を備えている。水素を発生するために、例えば原料としてのメタノールがメ
タノールタンク２８から、そして水が水タンク３０から混合器２０に供給される
。蒸発器２４において、メタノールと水の混合物が蒸発させられ、触媒改質器２
６において触媒反応で、高い割合の水素を有する生ガス３２の形をした反応ガス
が発生する。
えた燃料電池ユニット１０のための水素が改質ユニット１８によって発生させら
れる。この改質装置は混合器２０、熱交換器２２、蒸発器２４および触媒改質器
２６を備えている。水素を発生するために、例えば原料としてのメタノールがメ
タノールタンク２８から、そして水が水タンク３０から混合器２０に供給される
。蒸発器２４において、メタノールと水の混合物が蒸発させられ、触媒改質器２
６において触媒反応で、高い割合の水素を有する生ガス３２の形をした反応ガス
が発生する。
【００３３】 この生ガスは特に一酸化炭素（ＣＯ）を含んでいる。この一酸化炭素は燃料電
池ユニット１０に入る前に除去しなければならない。そのために、生ガス３２を
酸化ユニット３４に案内しなければならない。この酸化ユニットでは、管路３６
から空気を供給しながら、一酸化炭素が二酸化炭素（ＣＯ2 ）に酸化されるので
、２０ｐｐｍより小さなＣＯ含有量となる。同時に、水タンク３０から管路４４
を経て水が供給される。この場合、供給される水は噴射装置４６によって酸化ユ
ニット３４内に噴射される。これは酸化ユニット３４内で反応ガスを同時に冷却
することになる。このようにして発生し冷却された清浄ガスから、アノードガス
凝縮器４０内で、水が除かれる。この水は管路４２を経て水タンク３０に戻され
る。続いて、水素の高い含有率を有する清浄ガス３８は、燃料電池ユニット１０
のアノード１２に案内される。清浄ガス３８は例えば約１８０〜２００°Ｃの温
度の５０％のＨ2 、２５％のＮ2 そして２５％のＣＯ2 を含んでいる。アノード
ガス凝縮器４０では、清浄ガスはアノード１２に入る前に例えば約８５°Ｃに冷
却される。
池ユニット１０に入る前に除去しなければならない。そのために、生ガス３２を
酸化ユニット３４に案内しなければならない。この酸化ユニットでは、管路３６
から空気を供給しながら、一酸化炭素が二酸化炭素（ＣＯ2 ）に酸化されるので
、２０ｐｐｍより小さなＣＯ含有量となる。同時に、水タンク３０から管路４４
を経て水が供給される。この場合、供給される水は噴射装置４６によって酸化ユ
ニット３４内に噴射される。これは酸化ユニット３４内で反応ガスを同時に冷却
することになる。このようにして発生し冷却された清浄ガスから、アノードガス
凝縮器４０内で、水が除かれる。この水は管路４２を経て水タンク３０に戻され
る。続いて、水素の高い含有率を有する清浄ガス３８は、燃料電池ユニット１０
のアノード１２に案内される。清浄ガス３８は例えば約１８０〜２００°Ｃの温
度の５０％のＨ2 、２５％のＮ2 そして２５％のＣＯ2 を含んでいる。アノード
ガス凝縮器４０では、清浄ガスはアノード１２に入る前に例えば約８５°Ｃに冷
却される。
【００３４】 カソード側１４において、二段型ねじコンプレッサ５０として形成された圧縮
機４９から、圧縮された空気が管路４８を経て燃料電池ユニット１０に供給され
る。すべての空気管路は図１において破線で示してある。これにより、燃料電池
ユニットは公知の如く、次の反応 Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ ＋電気エネルギー によって電気エネルギーを生じる。この電気エネルギーは電極１２，１４で取り
出され、電動機５２に供給可能である。二段型ねじコンプレッサ５０は例えばカ
ソード１４用の例えば約３バールの第１段５４と、アノード１２の供給される燃
焼ガス、すなわち脱水素清浄ガス３８用の３，７バールの第２段５６とを含んで
いる。ねじコンプレッサ５０から更に取り出すことによって管路５８を経て、圧
縮ガスがアノードガス凝縮器４０の後の清浄ガス３８に供給される。
機４９から、圧縮された空気が管路４８を経て燃料電池ユニット１０に供給され
る。すべての空気管路は図１において破線で示してある。これにより、燃料電池
ユニットは公知の如く、次の反応 Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ ＋電気エネルギー によって電気エネルギーを生じる。この電気エネルギーは電極１２，１４で取り
出され、電動機５２に供給可能である。二段型ねじコンプレッサ５０は例えばカ
ソード１４用の例えば約３バールの第１段５４と、アノード１２の供給される燃
焼ガス、すなわち脱水素清浄ガス３８用の３，７バールの第２段５６とを含んで
いる。ねじコンプレッサ５０から更に取り出すことによって管路５８を経て、圧
縮ガスがアノードガス凝縮器４０の後の清浄ガス３８に供給される。
【００３５】 アノードガス流６０には水分離器６２が配置されている。この水分離器はアノ
ード排気６０から水を分離し、管路６４を経て水タンク３０に供給する。カソー
ド排気流６６には凝縮器６８が設けられている。この凝縮器はカソード排気６６
から水を取り除き、管路７０を経て水タンク３０に供給する。これにより、プロ
セスガスのために閉鎖水回路が形成されるので、改質ユニット１８内で水素を製
造するために多量の水を一緒に運ぶ必要がない。
ード排気６０から水を分離し、管路６４を経て水タンク３０に供給する。カソー
ド排気流６６には凝縮器６８が設けられている。この凝縮器はカソード排気６６
から水を取り除き、管路７０を経て水タンク３０に供給する。これにより、プロ
セスガスのために閉鎖水回路が形成されるので、改質ユニット１８内で水素を製
造するために多量の水を一緒に運ぶ必要がない。
【００３６】 混合器２０への空気供給部、アノードガス凝縮器４０、水分離器６２、凝縮器
６８およびカソード１４への空気供給部４８を冷却するために、別個の水回路７
２が設けられている。この水回路は波形の線で示してある。この別個の水回路７
２は冷却水容器７４、イオン消失器を有する水容器７６およびカソード１４への
空気供給部４８と混合器２０への空気供給部における熱交換器７８，８０を備え
ている。
６８およびカソード１４への空気供給部４８を冷却するために、別個の水回路７
２が設けられている。この水回路は波形の線で示してある。この別個の水回路７
２は冷却水容器７４、イオン消失器を有する水容器７６およびカソード１４への
空気供給部４８と混合器２０への空気供給部における熱交換器７８，８０を備え
ている。
【００３７】 アノード排気流６０は触媒バーナー８２内を流れる。この触媒バーナー内では
、アノード排気６０は熱エネルギーを発生しながら更に燃焼する。この熱エネル
ギーは熱交換器２２によって蒸発器２４と触媒改質器２６に供給され、そこで水
素を発生するための触媒反応を維持する。触媒バーナー８２には管路８４から空
気が供給される。水タンク３０から管路８６を経て触媒バーナー８２の後に、水
が最適に供給される。メタノールタンク２８から管路８８を経て触媒バーナー８
２にメタノールを選択的に供給可能であるので、アノード排気流６０が充分でな
い場合、例えば燃料電池装置のスタート時に、改質ユニット１８のために充分な
熱エネルギー発生が保証される。
、アノード排気６０は熱エネルギーを発生しながら更に燃焼する。この熱エネル
ギーは熱交換器２２によって蒸発器２４と触媒改質器２６に供給され、そこで水
素を発生するための触媒反応を維持する。触媒バーナー８２には管路８４から空
気が供給される。水タンク３０から管路８６を経て触媒バーナー８２の後に、水
が最適に供給される。メタノールタンク２８から管路８８を経て触媒バーナー８
２にメタノールを選択的に供給可能であるので、アノード排気流６０が充分でな
い場合、例えば燃料電池装置のスタート時に、改質ユニット１８のために充分な
熱エネルギー発生が保証される。
【００３８】 カソード排気流６６は別個の水回路７２の熱交換器９０内で冷却され、続いて
両排気流６０，６６が装置から出る前に、熱交換器９２を経てアノード排気流６
０と熱的に結合される。
両排気流６０，６６が装置から出る前に、熱交換器９２を経てアノード排気流６
０と熱的に結合される。
【００３９】 その際、カソード排気流６６は膨張タービン９４を経て案内される。この膨張
タービンは、二段型コンプレッサ５０の手前に入口段として設けられている空気
９８を吸い込むためのコンプレッサ９６と共に、共通の軸１００に設けられてい
る。これによって、カソード排気流６６に含まれるエネルギーはコンプレッサ９
６内で空気９８を圧縮するために回収される。
タービンは、二段型コンプレッサ５０の手前に入口段として設けられている空気
９８を吸い込むためのコンプレッサ９６と共に、共通の軸１００に設けられてい
る。これによって、カソード排気流６６に含まれるエネルギーはコンプレッサ９
６内で空気９８を圧縮するために回収される。
【００４０】 効率が高く、必要スペースが狭く、装置コストが少なくて済むというこの実施
の形態の特別な利点は、自給自足の水回路３０，４０，４２，６２，６４，６８
，７０と共に、酸化ユニット３４で一酸化炭素（ＣＯ）を選択的に酸化する際に
、二段型コンプレッサ５０とオートサーミック改質ユニット１８を付加的に冷却
する水噴射装置４６との組み合わせることによって生じる。
の形態の特別な利点は、自給自足の水回路３０，４０，４２，６２，６４，６８
，７０と共に、酸化ユニット３４で一酸化炭素（ＣＯ）を選択的に酸化する際に
、二段型コンプレッサ５０とオートサーミック改質ユニット１８を付加的に冷却
する水噴射装置４６との組み合わせることによって生じる。
【図１】 本発明による燃料電池装置の有利な実施の形態のブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｂ Ｇ Ｗ (72)発明者 デューベル・オーラフ ドイツ連邦共和国、38550 イーゼンビュ ッテル、アルテス・ミューレンフェルト、 51アー (72)発明者 ケーニヒ・アクセル ドイツ連邦共和国、38448 ヴォルフスブ ルク、ガルゲンカンプ、13 (72)発明者 エクドゥンゲ・ペール スウェーデン国、41279 イェーテボルク、 ギブラルタガタン、96 (72)発明者 アリン・ペーター スウェーデン国、26139 ランスクローナ、 フンレグレンデン、16 (72)発明者 レンキン・イェシカ・グレース アメリカ合衆国、ペンシルベニア州 19355、フレイザー、ランカスター・アベ ニュー 709、333 (72)発明者 マラント・ローナルト オランダ国、1824 ヘーペー アルクマー ル、コッヘヴァールト、83 Ｆターム(参考） 5H027 BA01 BA09 BA16 BC11 CC06
Claims (16)
- 【請求項１】 後続配置の燃料電池ユニット（１０）を運転するために、エ
ネルギー担体、特に液状原料（２８）から水素を発生するための改質ユニット（
１８）を備え、この改質ユニット（１８）と燃料電池ユニット（１０）の間に、
一酸化炭素を二酸化炭素に変換するための酸化装置（３４）が配置されている、
特に自動車の駆動装置としての燃料電池装置において、水のための噴射装置（２
６）が酸化装置（３４）に設けられ、噴射装置が酸化装置に水を噴射することを
特徴とする燃料電池装置。 - 【請求項２】 改質ユニット（１８）が原料（２８）と酸素を含む物質（３
０）、特に水およびまたは空気のための混合器（２０）を備えているを特徴とす
る請求項１記載の燃料電池装置。 - 【請求項３】 二段型の圧縮機（４９）が設けられ、この圧縮機が圧縮され
た空気を、燃料電池ユニット（１０）の酸化装置（３４）およびまたは燃料電池
ユニット（１０）のカソード（１４）の間のプロセスガスに供給することを特徴
とする請求項１または２記載の燃料電池装置。 - 【請求項４】 燃料電池ユニット（１０）のカソード（１４）からの排気流
（６６）内におよびまたは燃料電池ユニット（１０）のアノード（１２）からの
排気流（６０）内におよびまたは酸化ユニット（３４）からの清浄ガス流（３８
）内に、水分離装置（４０，６２，６８）、特に凝縮器が設けられ、この凝縮器
がガス（３８，６０，６６）に含まれる水を分離し、オートサーミック改質ユニ
ット（１８）の手前に接続配置された水貯蔵装置（３０）に供給することを特徴
とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の燃料電池装置。 - 【請求項５】 別個の水回路（７２）が設けられ、この水回路が少なくとも
１個の水分離装置（４０，６２，６８）、燃料電池ユニット（１０，１６）、燃
料電池ユニット（１０）のカソード（１４）の空気供給部（４８）およびまたは
改質ユニット（１８，２０）の空気供給部を冷却することを特徴とする請求項４
記載の燃料電池装置。 - 【請求項６】 触媒バーナー（８２）が設けられ、この触媒バーナーが燃料
電池ユニット（１０）のアノード（１２）からの排気（６０）を燃焼し、その廃
熱を熱交換器（２２）を経て改質ユニット（１８）に供給することを特徴とする
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の燃料電池装置。 - 【請求項７】 触媒バーナー（８２）が原料のための貯蔵容器（２８）に接
続されていることを特徴とする請求項６記載の燃料電池ユニット。 - 【請求項８】 膨張器（９４）が燃料電池ユニット（１０）のカソード（１
４）の排気流（６６）に設けられ、コンプレッサ（９６）、特に二段型コンプレ
ッサ（５０）が燃料電池ユニット（１０）の流入空気流（９８）内に設けられ、
膨張器とコンプレッサが共通の軸（１００）に配置されていることを特徴とする
請求項１〜７のいずれか一つに記載の燃料電池装置。 - 【請求項９】 原料（２８）が水素を含む物質、特にメタノールまたはベン
ジンであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の燃料電池装置
。 - 【請求項１０】 燃料電池ユニットを運転するために、水素が改質プロセス
で原料から発生させられ、改質プロセスの後でかつ燃料電池ユニットの前に一酸
化炭素が二酸化炭素に酸化される、特に自動車の駆動装置のための、燃料電池装
置によって電気エネルギーを発生するための方法において、一酸化炭素から二酸
化炭素への酸化の際に水が噴射されることを特徴とする方法。 - 【請求項１１】 水が蒸気状またはエアゾール状に噴射されることを特徴と
する請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 圧縮された空気が一酸化炭素の酸化と燃料電池ユニットと
の間のプロセスガスおよびまたは燃料電池ユニットのカソードに供給されること
を特徴とする請求項１０または１１記載の方法。 - 【請求項１３】 燃料電池ユニットのカソードからの排気流およびまたは燃
料電池ユニットのアノードからの排気流から、水が分離され、改質プロセスに供
給されることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項１４】 燃料電池ユニットのアノードからの排気が燃焼させられ、
その廃熱が改質プロセスに供給されることを特徴とする請求項１０〜１３のいず
れか一つに記載の方法。 - 【請求項１５】 原料が燃焼させられ、その熱エネルギーが改質プロセスに
供給されることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項１６】 水素を含む物質、特にメタノールまたはベンジンが原料と
して使用されることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか一つに記載の方法
。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19822691.8 | 1998-05-20 | ||
| DE19822691A DE19822691A1 (de) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie mittels eines Brennstoffzellensystems |
| PCT/EP1999/003378 WO1999060647A1 (de) | 1998-05-20 | 1999-05-17 | Brennstoffzellensystem und verfahren zum erzeugen elektrischer energie mittels eines brennstoffzellensystems |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002516469A true JP2002516469A (ja) | 2002-06-04 |
| JP2002516469A5 JP2002516469A5 (ja) | 2006-07-13 |
Family
ID=7868449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000550167A Pending JP2002516469A (ja) | 1998-05-20 | 1999-05-17 | 燃料電池装置と燃料電池装置によって電気エネルギーを発生する方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US7160638B1 (ja) |
| EP (1) | EP1082774B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002516469A (ja) |
| KR (1) | KR20010072585A (ja) |
| CN (1) | CN1149698C (ja) |
| DE (2) | DE19822691A1 (ja) |
| TW (1) | TW432741B (ja) |
| WO (1) | WO1999060647A1 (ja) |
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