JP2002519818A - 燃料電池電力設備用の物質と熱の回収装置 - Google Patents

燃料電池電力設備用の物質と熱の回収装置

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Abstract

(57)【要約】 燃料電池電力設備（１０）のための物質と熱を回収する装置は、電気エネルギーを発生するための少なくとも１つの燃料電池（１２）と、燃料電池のための水素に富んだ還元剤流体を製造するための炭化水素の燃料を処理するための構成要素と、電力設備から排出される物質と熱を回収するための物質と熱を直接移動させる装置（１４）と、を備える。燃料を処理するための構成要素は、水蒸気を発生するために熱を供給する補助燃焼器（４６）と、アノード電極に水素を供給するための改質装置（５４）と、を備える。物質と熱を直接移動させる装置によって、電力設備の上流の処理酸化剤の流れが、電力設備の排出の流れと、物質が移動するように通り、アノード電極の排出の流れは、最初に補助燃焼器で燃焼し、それによって、電力設備の排出の流れの中の物質と熱が、物質を移動させる装置の物質移動媒体を直接通って、電力設備に供給される処理酸化剤の流れの中に移動する。物質と熱を直接移動させる装置（１４）は、セパレータハウジング手段（７４）を備える

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、輸送手段や移動式の電力設備に使用するためにまたは据え付け型電
力設備として適している、燃料電池電力設備に関し、本発明は、特に、燃料電池
電力設備の水のバランスやエネルギー効率を向上させるために、水蒸気などの電
力設備から排出される物質と熱を回収し、その物質と熱を電力設備に戻るように
移動させる燃料電池電力設備に関する。
【０００２】
【背景技術】
燃料電池電力設備は、よく知られており、宇宙船に搭載された電気装置などの
電気装置に電力を供給するように、還元剤流体と酸化剤流体から電気エネルギー
を発生するために通常使用されている。そのような電力設備では、通常、還元剤
流体、酸化剤流体、冷媒流体、生成物流体の流れを方向付けるためのマニホール
ドを規定する電気絶縁体枠により囲まれたスタックの中に、複数の平面状の燃料
電池セルが配置される。それぞれ個々の燃料電池セルは、一般に、電解質により
隔てられたアノード電極とカソード電極を備える。水素などの反応物すなわち還
元剤流体は、アノード電極に供給され、酸素や空気などの酸化剤は、カソード電
極に供給される。電解質としてプロトン交換膜を使用する燃料電池では、水素は
、アノード電極の表面で電気化学的に反応し、水素イオンと電子を生成する。電
子は、外部の負荷回路に伝わり、それから、カソード電極に戻り、同時に、水素
イオンは、電解質を通って、カソード電極に移動し、それらはそこで酸化剤およ
び電子と反応し、水を生成するとともに、熱エネルギーを放出する。
【０００３】 このような燃料電池のアノード電極とカソード電極は、燃料電池の作動環境の
制限や作動に必要な条件に従い、さまざまな種類の電解質によって隔てられる。
そのような電解質の１つに、当業技術においてよく知られた固体高分子から成る
、プロトン交換膜（「ＰＥＭ」）がある。燃料電池に使用される別の通常の電解
質には、アノード電極とカソード電極の間にある多孔質の非導電性マトリックス
中に保持されたリン酸や水酸化カリウムが含まれる。ＰＥＭの膜によって、多孔
質マトリックス中に毛管力により保持された液体電解質より圧力差に対して耐性
のある仕切が、還元剤流体と酸化剤の間に形成されるので、ＰＥＭ型燃料電池は
、液体状の酸やアルカリの電解質を備えた燃料電池に対して、特定の運転条件を
満足することにおいてかなり有利であることが知られている。さらに、ＰＥＭ電
解質は、固定されていて、燃料電池から浸出せず、また、膜は比較的安定した保
水力を有する。しかしながら、よく知られるように、ＰＥＭ型燃料電池には、特
に、液体状の水がＰＥＭに移動し、ＰＥＭを通って、さらにＰＥＭから移動する
ことに関し、またガス状の還元剤や酸化剤の流体が、同時に、ＰＥＭの両面に隣
接した電極に移動し、さらにこの電極から移動することに関し、重大な限界があ
る。先行技術には、これらの限界の影響を最小限に抑える多くの努力が含まれて
いる。
【０００４】 ＰＥＭを使用する燃料電池の作動においては、膜は、水により飽和し、膜に隣
接したアノード電極は、湿らせておく必要がある。アノード電極において生成し
た水素イオンは、電解質を通って移動するので、水分子と形成したヒドロニウム
イオンとしてアノード電極からカソード電極に水分子をひきずる（ドラッグする
）ことになる。水は、また、浸透によりカソード電極からアノード電極に移動し
て戻る。カソード電極において生成した生成物である水は、循環する酸化剤の気
体の流れの中に蒸発または飛沫同伴することによって、またはカソード電極に隣
接した多孔質の流体移動層の中にまたこの移動層を通って毛管現象によって、除
去される。多孔質の水が移動できるプレートによって、液体状の水は、冷却水の
供給装置からアノード電極へ供給され、またカソード電極から水は除去され、冷
却水の供給装置に戻され、それによって、このプレートは、電解質や電極から熱
が取り除かれるのにも役に立つ。
【０００５】 ＰＥＭ型燃料電池の作動では、カソード電極において水が生成する速度と、カ
ソード電極から水が除去される速度およびアノード電極に液体状の水が供給され
る速度との間に適切な水のバランスが維持されることが重要である。燃料電池か
ら外部の負荷回路に流れる電流が変化し、また、燃料電池の作動環境が変化する
ので、燃料電池の性能の作動限界は、水のバランスを維持する燃料電池の能力に
よって規定される。ＰＥＭ型燃料電池では、水がアノード電極に十分には戻らな
い場合、ＰＥＭ電解質の隣接した部分が乾燥してしまい、それによって、水素イ
オンがＰＥＭを通って移動できる速度が低下し、さらに、還元剤流体がクロスオ
ーバし、局部的な過熱に繋がることになる。同様に、水がカソード電極から十分
には除去されない場合、カソード電極には水が非常に溢れてしまい、カソード電
極への酸化剤の供給が制限され、それによって、電流が減少する。さらに、酸化
剤の気体の流れによって、カソード電極から非常に大量の水が除去される場合、
カソードは乾燥し、水素イオンがＰＥＭを通過する能力が制限され、従って、燃
料電池の性能が低下する。
【０００６】 自動車、トラック、バスなどの輸送手段に電力を供給するために開発された電
力設備に、燃料電池は組み込まれてきたので、電力設備の中で効率のよい水のバ
ランスを維持することは、さまざまな要因があるため、より大きな課題になって
いる。例えば、据え付け型の燃料電池電力設備では、電力設備から失われる水は
、電力設備以外の供給源から電力設備に供給される水によって、置き換えること
ができる。しかしながら、輸送手段では、燃料電池電力設備に必要な重量や体積
を最低限に抑えるために、電力設備は、存続可能となるように水の自己充足が必
要である。水の自己充足とは、電力設備が効率的に作動するように、電力設備を
通る反応物の気体の流れや酸化剤流体から失われた水を相殺するのに十分な水が
、電力設備内に保持される必要があることを意味する。例えば、カソード電極か
ら排出される酸化剤の気体の流れを通して、または、アノード電極から排出され
る還元剤流体の気体の流れを通して、電力設備から排出されるどのような水も、
カソード電極で電気化学的に形成され、電力設備内に保持される水によってバラ
ンスを取る必要がある。
【０００７】 水のバランスを向上させる通常の方法は、電力設備の排出の流れの下流側に凝
縮式の熱交換器を使用することであり、排出の流れは、排出の流れから液体を凝
結させるために排出の流れの露点または露点より低い温度まで冷却され、それに
よって、この液体は、電力設備に戻すことができる。凝縮式の熱交換器を使用し
たＰＥＭ型燃料電池電力設備の例が、ヴァン ダイン（Ｖａｎ Ｄｉｎｅ）等に
与えられ、１９９６年１１月１２日に発行され、本発明の譲受人に譲渡された米
国特許第５，５７３，８６６号に示されており、この特許は、参照することによ
ってここに組み込むものとする。１つまたは複数の凝縮式の熱交換器を使用する
、多数の他の燃料電池電力設備が、当業技術において知られており、それらの電
力設備では、通常、電力設備の排出の流れを冷却するために熱交換器に通す冷却
流体として、周囲の空気の流れが使用される。ヴァン ダイン（Ｖａｎ Ｄｉｎ
ｅ）等では、カソード電極を収容するカソード電極室から排出される排出の流れ
を冷却するために、熱交換器が使用される。カソード電極室に供給される前に、
同一の流れによって、カソード電極のための酸化剤として空気が供給され、さら
に、カソード電極室から排出される際、排出の流れには、蒸発した生成水や、Ｐ
ＥＭを通過したメタノールの一部、すなわち還元剤流体が含まれる。凝縮式の熱
交換器によって、冷却用の周囲の空気の流れと熱交換するように、カソード電極
の排出の流れは通過し、次に、熱交換器によって、凝縮したメタノールや水は、
間接的に配管装置を通して燃料電池のアノード電極側に戻すように導かれる。
【０００８】 凝縮式の熱交換器によって、燃料電池電力設備の水のバランスやエネルギー効
率が向上するが、一方、周囲温度が上昇するにつれて、熱交換器は、水の回収効
率が低下することになる。電力設備が自動車などの輸送手段に電力を供給する場
合、電力設備は、極端に広い範囲の周囲温度に曝されることになる。例えば、周
囲の空気冷媒の流れが、熱交換器を通過する場合、周囲の空気温度が上昇するに
つれて、電力設備の排出の流れから凝結する液体の量が減少するので、熱交換器
の性能は、周囲の空気温度の直接の関数として変化する。
【０００９】 輸送手段で使用するために設計された従来の燃料電池電力設備の別の問題は、
さらに、周囲空気条件の変動にある。そのような電力設備の燃料電池では、カソ
ード電極に供給される酸化剤として、通常、周囲空気が利用される。高温の乾燥
した周囲空気によって、カソード電極が乾燥する危険が増加する。その結果とし
て、特にＰＥＭ型燃料電池のカソード電極や隣接する電解質が乾燥するのを防止
するために、 熱交換器からの凝縮液体を、セルに供給される気体状の反応物や酸化剤の流
れを加湿するために供給する、 隣接するセルを通って冷却水が移動するように、電極と連通するように多孔
質の保持層や水が移動するプレートを追加する、 セルのアノード電極側に圧力差を発生させ、還元剤気体を分配する通路に隣
接した多孔質の保持層を通る冷却水やアノード電極への供給水より幾分高圧に気
体状の酸化剤流体が維持され、その結果、多孔質の保持層やセルを通って水が移
動するのに圧力差が利用される、 などの多数の努力が払われてきた。効率的な水のバランスを維持するそのよう
な努力には、付加的な費用、重量、体積が含まれ、通常、複雑な制御装置が必要
である。
【００１０】 従来の燃料電池電力設備で水のバランスを維持するうえでのさらなる問題は、
メタン、天然ガス、ガソリン、ディーゼル燃料などの炭化水素燃料を、水素に富
んだ流体をアノード電極に供給する適切な還元剤流体に処理するのに必要な構成
要素に関連する。通常、燃料電池電力設備のそのような燃料処理構成要素には、 水蒸気を発生させる補助燃焼器と、 炭化水素燃料が注入される水蒸気導管と、 少量の空気などの処理酸化剤とともに水蒸気と燃料の混合物を受け取り、こ
の混合物を、燃料電池のアノード電極に供給するのに適した水素に富んだ還元剤
流体に変える改質装置と、 が含まれる。これらの燃料処理構成要素には、さらに、燃料電池電力設備に必
要とされる全体の水のバランスやエネルギーの一部として、必要な水やエネルギ
ーが含まれる。補助燃焼器の水蒸気発生装置で蒸気にされた水は、カソード電極
の排出の流れや関連する配管で凝縮式の熱交換器などにより電力設備から回収さ
れる水によって、置き換える必要がある。さらに、補助燃焼器や改質装置をも維
持する処理酸化剤の流れは、これらの構成要素の性能の変動を抑えるために、安
定した湿度範囲に維持される必要がある。燃料処理構成要素のための処理酸化剤
の流れが、周囲空気により供給される場合、これらの燃料処理構成要素の性能を
安定化させるために処理酸化剤の流れを加湿することによって、そのような燃料
電池電力設備の自己充足した水のバランスを維持するのは、いっそう複雑になる
。
【００１１】 従って、従来の燃料電池電力設備、カソード電極の酸化剤として周囲の空気を
使用する電力設備、凝縮式の熱交換器や燃料処理構成要素のために周囲の空気を
使用する電力設備は、これらの上述した特徴によって、効率のよい水のバランス
を最大限に実施することも、必要な作動エネルギーを最小限に抑えることもでき
ない。従って、電力設備全体に対して効率的な水のバランスを実現し、電力設備
に必要とされるエネルギーを最小限に抑える、燃料電池電力設備を製造すること
が、非常に望まれている。
【００１２】
【発明の開示】
本発明は、燃料電池電力設備のための物質と熱を回収する装置である。回収装
置は、少なくとも１つの燃料電池と、燃料電池のための水素に富んだ還元剤流体
を製造する炭化水素の燃料を処理するための構成要素と、水蒸気などの電力設備
から排出される物質と熱を回収し、回収された物質と熱を電力設備に戻るように
移動させる、物質と熱を直接移動させる装置と、を備える。燃料電池は、第１、
第２の互いに逆向きの主要な表面を有する電解質と、第１の主要な表面に密接に
接触するように多孔質のアノード電極保持層により保持されたアノード電極と、
第２の主要な表面に密接に接触するように多孔質のカソード電極保持層により保
持されたカソード電極と、を備える。多孔質のアノード電極保持層によって、ア
ノード電極と接触するように水素に富んだ還元剤流体の流れが導かれ、カソード
電極保持層によって、カソード電極と接触するように空気などの処理酸化剤の流
れが導かれ、それによって、酸化剤をカソード電極に供給し、また、カソード電
極で生成した生成水やアノード電極から電解質を通って運ばれた水を、カソード
電極の排出の流れの中に蒸発または飛沫同伴することによって、また酸化剤の流
れの中に含まれる湿気による水分などを、除去する。燃料を処理するための構成
要素は、水蒸気を発生するために熱を供給する補助燃焼器と、炭化水素燃料およ
び少量の空気と混合された水蒸気を受け取り、この混合物を、アノード電極に水
素を供給するのに適した水素に富んだ流れに変える改質装置と、を備える。
【００１３】 物質と熱を直接移動させる装置によって、電力設備の上流の処理酸化剤の流れ
が、カソード電極の排出の流れとアノード電極の排出の流れの両方の流れを含む
電力設備の排出の流れと、物質が移動するように通り、アノード電極の排出の流
れは、補助燃焼器に供給され、それによって、電力設備の排出の流れの中の水蒸
気などの物質と熱が、物質を移動させる装置の物質移動媒体を直接通って、電力
設備に供給される処理酸化剤の流れの中に移動する。物質と熱を直接移動させる
装置は、処理酸化剤の流れや電力設備の排出の流れと、物質が移動するように移
動媒体を保持するためのセパレータハウジング、を備え、それによって、これら
の流れが、移動媒体に接触し、セパレータハウジングによって、これらの流れの
大部分が混合するのが防止される。移動媒体は、極性分子や無極性分子から成る
流体物質を含む流体の流れから水分子などの極性分子から成る流体物質を吸着す
るためのさまざまな物質のいずれからも構成することができる。例示的な移動媒
体には、水が飽和したポリフルオロスルホン酸イオノマー膜の液体の水の部分が
含まれる。好ましい実施態様では、物質と熱を直接移動させる装置によって、カ
ソード電極の排出の流れとアノード電極の排出の流れから物質と熱が、回収され
、カソード電極のための、また燃料を処理するための構成要素のための、処理酸
化剤の流れの中に移動する。より好ましい実施態様では、燃料電池の電解質は、
プロトン交換膜（「ＰＥＭ」）である。
【００１４】 燃料電池電力設備のための物質と熱を直接回収する装置を使用する場合、電力
設備に供給される処理酸化剤の流れに、カソード電極の排出の流れとアノード電
極の排出の流れから直接物質が移動するので、酸化剤の流れによる物質従って熱
の取り込み速度は、周囲の空気温度や湿度の関数になるだけでなく、その代わり
に、電力設備に供給される酸化剤の流れの中の物質と、電力設備から排出される
電力設備の排出の流れの中の物質との分圧差の関数になる。従って、水の回収速
度が主として周囲温度の関数になる、周囲空気によって冷却する凝縮式の熱交換
器を使用する電力設備より、本発明によって、大量の水が回収される。本発明で
は、周囲の空気温度が上昇する場合、電力設備の効率を最適化するために必要と
なる、供給される酸化剤の流れへのカソード電極の排出の流れとアノード電極の
排出の流れからの熱移動は、減少するが、直接移動させる装置の物質を移動させ
る能力は、一定のままである。さらに、複雑で大型の経費の掛かる凝縮式の熱交
換器や関連する制御装置は、不要であり、それによって、重量、体積、費用が低
減する一方、電力設備の水のバランスやエネルギー効率が増加する。
【００１５】 従って、本発明の一般的な目的は、従来技術の燃料電池電力設備の欠点を克服
する、燃料電池電力設備のための物質と熱を回収する装置を提供することである
。
【００１６】 より具体的な目的は、作動条件の広い範囲に亘って、水を自己充足する、燃料
電池電力設備のための物質と熱を回収する装置を提供することである。
【００１７】 さらに別の目的は、燃料電池電力設備のための物質と熱を回収する装置であっ
て、凝縮式の熱交換器を使用せずに、電力設備から排出される水と熱を電力設備
に戻す、燃料電池電力設備のための物質と熱を回収する装置を提供することであ
る。
【００１８】 さらなる別の目的は、燃料電池電力設備のための物質と熱を回収する装置であ
って、電力設備の処理酸化剤の流れを加湿しかつ加熱するために、電力設備から
排出される物質と熱を、処理酸化剤の流れの中に直接戻すように移動させる、燃
料電池電力設備のための物質と熱を回収する装置を提供することである。
【００１９】 さらに別の具体的な目的は、燃料電池電力設備のための物質と熱を回収する装
置であって、電力設備によって利用される炭化水素の燃料を処理するための構成
要素に、水を供給するために、カソード電極の排出の流れとアノード電極の排出
の流れの中の電力設備から排出される水を回収する、燃料電池電力設備のための
物質と熱を回収する装置を提供することである。
【００２０】 本発明のこれらと他の目的、利点は、添付の図面と併せて以下の説明を読むこ
とで、容易に明らかになるであろう。
【００２１】
【発明を実施するための最良の形態】
図面を詳細に参照すると、本発明の燃料電池電力設備のための物質と熱を回収
する装置が示されており、その全体は参照番号１０で示されている。装置１０は
、 少なくとも１つの燃料電池１２と、物質と熱を直接移動させる装置１４を備
える。燃料電池１２は、第１の主要な表面１８と、逆向きの第２の主要な表面２
０とを有する、プロトン交換膜（「ＰＥＭ」）または酸や塩基の電解質などの電
解質１６と、 電解質１６の第１の主要な表面１８に密接に接触するように多孔質のアノー
ド電極保持層２４により保持されたアノード電極２２と、 電解質１６の第２の主要な表面２０に密接に接触するように多孔質のカソー
ド電極保持層２８により保持されたカソード電極２６と、 を備える。多孔質のアノード電極保持層２４、多孔質のカソード電極保持層２
８は、多孔質または溝のあるグラファイト製、炭素製、または金属製のシートか
ら作成される。燃料電池１２は、よく知られた方法でスタックを形成するために
、他の実質的に同一の燃料電池と組み合わされてもよい。従来技術で一般的なよ
うに、燃料電池１２は、燃料電池の中へまた燃料電池から還元剤流体や酸化剤の
流れを方向付けるためのマニホールドを規定する枠すなわち構造３０内に囲まれ
てもよく、さらに構造３０は、燃料電池１２により発生した電流を燃料電池１２
から、標準の外部の負荷回路３４などを通して、電気を使用する装置３２に導く
ための導電手段を備える。
【００２２】 酸化剤の流れを多孔質のカソード電極保持層２８の中に導く第１の酸化剤通路
３８を通して、空気などの処理酸化剤すなわち酸化剤の入口の流れは、酸化剤供
給源３６から燃料電池１２に供給され、それによって、酸化剤は、カソード電極
２６と接触するように通り、カソード電極２６で電気化学反応を促進するために
、かつ、カソード電極２６で生成した水やアノード電極２２から電解質１６を通
って運ばれた水を、蒸発または飛沫同伴することによって、また酸化剤の流れの
中に含まれる湿気による水分などを、酸化剤の流れの中に運び去るために、酸化
剤はカソード電極２６に供給される。処理酸化剤の流れは、次に、カソード保持
層２８からカソード電極排出通路４０の中をカソード電極の排出の流れとして通
過する。還元剤流体の流れは、還元剤流体入口４４を通って多孔質のアノード電
極保持層２４の中に導入され、それによって、水素などの還元剤流体は、アノー
ド電極２２と接触する。よく知られた方法で、還元剤流体は、アノード電極で電
気化学的に反応し、プロトンと電子を生成し、電子は、輸送手段に動力を供給す
る電気モータなどの電気装置３２に電力を供給するために、外部の負荷回路３４
を流れ、同時に、プロトンは、電解質１６を通って、カソード電極２６に移動す
る。それから、電子は、引き続き外部の負荷回路３４を通って、カソード電極２
６に伝わり、それらはそこで酸化剤と反応し、水と熱を生成する。
【００２３】 燃料電池電力設備のための物質と熱を回収する装置１０は、炭化水素燃料を、
燃料電池１２のアノード電極２２に燃料を供給するのに適した還元剤流体に、処
理するための燃料処理構成要素手段を備える。そのような電力設備１０を作動さ
せるための例示的な炭化水素燃料には、ガソリン、ディーゼル燃料、ブタン、プ
ロパン、天然ガス、メタノール、エタノールなどが含まれる。燃料処理構成要素
手段は、 アノード電極保持層２４からアノード電極排出通路４８を通してアノード電
極の排出の流れとして供給される水素などの過剰の還元剤流体を含む燃料を燃焼
させる補助燃焼器４６（便宜上、図１では「補助燃焼器」と標記する）と、 熱導管５２を通して補助燃焼器４６から直接熱を受け取り、水の供給源から
水蒸気を発生させる水蒸気発生装置５０（図１では「水蒸気」と標記する）と、 水蒸気発生装置５０から水蒸気ライン５６を通して炭化水素燃料と混合され
た水蒸気を受け取る、自熱式の改質装置にすることもできる改質装置５４（図１
では「Ａ．Ｔ．Ｒ．」と標記する）と、 燃料ライン６０を通して水蒸気ライン５６に燃料を供給する炭化水素燃料供
給源５８（図１では「燃料」と標記する）と、 改質装置５４から還元剤流体入口４４に改質燃料を導く改質燃料排出ライン
６２と、 補助燃焼器４６から電力設備排出通路４２にアノード電極の排出の流れを導
く燃焼器排出通路６４と、 を備えることができる。
【００２４】 アノード電極の排出の流れの中の使用されていない水素に富んだ還元剤流体は
、補助燃焼器４６で燃焼し、補助燃焼器４６により発生する熱を増加させ、それ
によって、補助燃焼器４６から排出されるアノード電極の排出の流れは、補助燃
焼器４６と電力設備排出通路６４、４２で不燃性になり、同時に、水が最大限に
生成することになる。燃焼したアノード電極の排出の流れは、電力設備排出通路
４２でカソード電極の排出の流れと混合され、電力設備の排出の流れとなる。燃
料処理構成要素手段は、改質構成要素を含む、通常の水蒸気改質、さまざまな化
合物の自熱式の改質、部分的酸化改質などでよく知られた構成要素を備えていて
もよい。燃料処理構成要素手段は、通常の炭化水素源から水素に富んだ流体を発
生するのに必要とされる化学処理技術の中で一般的によく知られた比較的通常の
設計である。例えば、そのような処理では、自熱式の改質装置は、通常、燃料の
流れの混合物として受け取った燃料の一部を燃焼させ、華氏約１７００度（以下
「°Ｆ」とする）（約９２７℃）の温度に到達する。さらに、燃料処理構成要素
手段には、当業技術でよく知られているように、アノード電極保持層２４に供給
される還元剤流体の流れの中の一酸化炭素のレベルを最低限に抑えるために、ラ
イン６７によって選択的酸化装置６８に結合されている水シフト反応装置６６が
含まれ、ライン６７と選択的酸化装置６８の両方は、改質燃料排出ライン６２と
還元剤流体入口４４の間に連通するように取り付けられる。
【００２５】 物質と熱を直接移動させる装置１４は、第１の酸化剤通路３８および電力設備
排出通路４２と連通するように取り付けられる。水蒸気や飛沫同伴された液体の
水分（極性分子から成る流体）や空気（無極性分子から成る流体）を含む流れな
どの、極性分子や無極性分子から成る流体物質を含む第１の流体の流れの中の極
性分子から成る流体物質を吸着し、かつ、極性分子から成る流体物質の割合が第
１の流体の流れより低い第２の流体の流れの中に吸着した流体を脱着するための
、移動媒体手段７２を、物質と熱を直接移動させる装置１４は、備える。例示的
な移動媒体手段７２には、デュポン社（Ｅ．Ｉ． ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏｍｐａｎ
ｙ）（ウィルミントン、デラウェア、アメリカ）により商標名「ナフィオン（Ｎ
ＡＦＩＯＮ）」で販売されている水が飽和したポリフルオロスルホン酸イオノマ
ー膜などのイオノマー膜やイオン交換樹脂の液体の水の部分や、パーマピュア社
（Ｐｅｒｍａ Ｐｕｒｅ，Ｉｎｃ．）（トムズ リバー（Ｔｏｍｓ Ｒｉｖｅｒ
）、ニュージャージー、アメリカ）により商標名「ＭＥ−シリーズ 水分交換体
（ＭＥ−ＳＥＲＩＥＳ ＭＯＩＳＴＵＲＥ ＥＸＣＨＡＮＧＥＲＳ）」で販売さ
れている、上述した「ナフィオン」膜により作成された管の液体の水の部分、が
含まれる。さらに、付加的な移動媒体には、気体の流れから水分を吸着すること
ができ、かつ、気体の流れの中に水分を脱着することができる、活性炭、シリカ
ゲル、活性アルミナ、活性ゼオライトなどを含む微粉固体結晶状のアルカリ金属
化合物やアルカリ土類金属化合物などの乾燥物質が含まれ、より詳細には、ベル
ディング（Ｂｅｌｄｉｎｇ）等に与えられ、１９９６年８月６日に発行された米
国特許第５，５４２，９６８号の第５欄第９行から第６欄第１７行に記載されて
おり、参照することによってここに組み込まれる。
【００２６】 物質と熱を直接移動させる装置１４は、さらに、電力設備の排出の流れや処理
酸化剤の流れと、物質が移動するように移動媒体手段７２を保持するためのセパ
レータハウジング手段７４を備え、それによって、これら両方の流れが、物質の
移動媒体手段７２に接触し、セパレータハウジング手段７４によって、これら電
力設備の排出の流れと処理酸化剤の流れの大部分が混合するのが防止される。例
示的なセパレータハウジング手段７４は、移動媒体手段７２を入口室７６と排出
室７８の間に保持する囲い（これは図１で参照番号７４によって図式的に示され
る）を備えることができる。処理酸化剤の流れは、酸化剤供給源３６から酸化剤
供給ライン８０を通って入口室７６に入り、入口室７６を通って、第１の酸化剤
通路３８に導かれ、同時に、電力設備の排出の流れは、電力設備排出通路４２か
ら、排出室７８に入り、排出室７８を通って、排出室７８と連通する電力設備排
出ライン８２を通って電力設備１０から排出される。付加的なセパレータハウジ
ング手段７４は、従来の流体と流体の熱交換技術では一般的な囲いなどの、処理
酸化剤の流れと電力設備の排出の流れの大部分が混合するのを防止しながら、こ
れらの流れを物質の移動媒体手段にいっそう曝すように構成された、より複雑な
囲いを備えることができる。セパレータハウジング手段７４の付加的で協同の特
徴には、上述した「ナフィオン」膜材料中の液体の水の部分を保持する膜の部分
や、パーマピュア社（Ｐｅｒｍａ Ｐｕｒｅ，Ｉｎｃ．）により商標名「ＭＥ−
シリーズ 水分交換体（ＭＥ−ＳＥＲＩＥＳ ＭＯＩＳＴＵＲＥ ＥＸＣＨＡＮ
ＧＥＲＳ）」で販売されている上述した「ナフィオン」に基づく管の中の液体の
水の部分を保持する管の部分が、含まれる。このようなセパレータハウジング手
段７４では、「ナフィオン」に基づく物質の移動媒体手段によって、従来技術で
よく知られるように、極性分子から成る流体物質の濃度が最も高い膜の側から、
より低い濃度の側に、水蒸気や飛沫同伴された液体の水分などの極性分子から成
る流体物質が、選択的に移動するであろう。
【００２７】 さらなる例示的なセパレータハウジング手段は、水分を含有する電力設備の排
出の流れと乾燥した処理酸化剤の流れとの間で配置が回転するように、上述した
乾燥物質による物質の移動媒体手段を保持するエンタルピーホイールを備え、よ
り詳細には、上述した米国特許第５，５４２，９６８号の第４欄第３５行から第
５欄第４行と、概略全体を通して記載されている。エンタルピーホイールは、エ
ンタルピーホイールの回転軸と概略平行に延びる、複数の端部が開口する通路を
備え、これらの通路は、通常、エンタルピーホイールを保持するカセットの外側
のハウジングに延びる複数層の媒体が作成されるまで、物質の移動媒体である乾
燥物質を含む平らなシート状の段ボール紙板をエンタルピーホイールの中心のハ
ブの周りに巻き付けることによって作成する。そのようなエンタルピーホイール
は、建造物の空気調和技術でよく知られており、ベディング（Ｂｅｄｄｉｎｇ）
等に与えられ、１９９７年８月２６日に発行された米国特許第５，６６０，０４
８号にさらに記載されており、参照することによってここに組み込まれる。セパ
レータハウジング手段として、エンタルピーホイールは、入口室７６と排出室７
８を通る流れと平行した軸の周りに回転するように保持され、それによって、電
力設備の排出の流れは、エンタルピーホイールの約２分の１を通り、同時に、処
理酸化剤の流れは、エンタルピーホイールの他の２分の１を通る。排出室７８内
のエンタルピーホイールの第１の部分にある移動媒体手段の乾燥物質は、それに
よって、電力設備の排出の流れから水蒸気や飛沫同伴された液体の水分などの極
性分子から成る流体物質を吸着し、さらに、入口室７６の中にエンタルピーホイ
ールの第１の部分が配置されるようにエンタルピーホイールが回転した際、処理
酸化剤の流れの中の極性分子から成る流体物質の濃度が、電力設備の排出の流れ
の中の極性分子から成る流体物質の濃度より低い場合、乾燥物質に保持された吸
着された極性分子から成る流体物質は、処理酸化剤の流れの中に脱着されて、処
理酸化剤の流れを加湿し、加熱する。
【００２８】 図１に示されるように、燃料電池電力設備１０のための物質と熱を直接移動さ
せる装置は、さらに、電力設備１０の中への気体状の酸化剤の流れを可変で加速
するように、酸化剤供給ライン８０に配置された送風機８４を備えることができ
る。随意に、送風機８４は、同一の目的で、第１の酸化剤通路３８に沿って配置
することができる。
【００２９】 電力設備１０が上述した燃料処理構成要素手段を備える図１に示されるように
、酸化剤の流れを多孔質のカソード電極保持層２８に供給する第１の酸化剤通路
３８は、自熱式の改質装置５４のための処理酸化剤となるように、処理酸化剤の
流れの一部を、水蒸気ライン５６などの燃料処理構成要素手段の中に導く第２の
酸化剤通路８６を備えるように、分岐することもでき、それによって、物質と熱
を直接移動させる装置１４により電力設備の排出の流れから処理酸化剤の流れの
中に回収された水蒸気などの物質と熱の一部が、自熱式の改質装置５４に供給さ
れる水蒸気と燃料の混合物の中に導かれる。このようにして、補助燃焼器４６や
水蒸気発生装置５０に必要となる全体の熱と水蒸気が、低減される。
【００３０】 燃料処理構成要素手段をさらに支えるために、第１の酸化剤通路３８は、さら
に、補助燃焼器４６のための処理酸化剤となるように、処理酸化剤の流れの一部
を、補助燃焼器４６の中に導く第３の酸化剤通路８８を備えるように、分岐する
こともでき、それによって、物質と熱を直接移動させる装置１４により電力設備
の排出の流れから運ばれた水蒸気などの物質と熱の一部が、物質と熱を直接移動
させる装置１４の効率を向上させるように、補助燃焼器４６の中に導かれ、さら
に、電力設備の排出の流れから回収される水が、効果的に水蒸気発生装置５０の
中に水を補い、電力設備１０の水の自己充足を向上させるように、電力設備１０
の中に戻るように導かれる。
【００３１】 燃料電池電力設備１０のための物質と熱を直接移動させる装置は、電力設備１
０の水の自己充足をさらに向上させるように、燃料電池１２から燃料処理構成要
素手段に回収される水を循環させるために、冷却水ループ手段を備えることもで
きる。冷却水ループ手段は、 カソード電極保持層２８に隣接して、カソード電極２６で生成した水や電解
質１６を通る水を吸着する、多孔質の水が移動できるプレート９０と、 水蒸気発生装置５０の水の供給をさらに補うために、多孔質の水が移動でき
るプレート９０の中の水を、水蒸気発生装置５０などの燃料処理構成要素手段の
中に導く冷却水ライン９２と、 を備える。図１に示されるように、水の一部は、次に、水蒸気ライン５６を通
って自熱式の改質装置５４の中に導かれ、さらにそこから改質燃料排出ライン６
２と還元剤流体入口４４を通って、アノード電極保持層２４の中に戻り、さらに
、電解質１６を通って多孔質の水が移動できるプレート９０の中に戻ることで、
冷却水ループ手段を完成する。冷却水ループ手段は、アノード電極保持層２４に
隣接して、また、スタックのそれぞれのセルの間で連続して、多孔質の水が移動
できるプレートを備えることもでき、より詳細には、マイヤー（Ｍｅｙｅｒ）等
に与えられ、１９９６年４月２６日に発行された米国特許第５，５０５，９４４
号に示されており、この特許は、本発明の譲受人により所有されており、参照す
ることによってここに組み込まれる。燃料電池電力設備１０のための物質と熱を
直接移動させる装置は、さらに、燃焼器排出通路６４と熱交換するようにアノー
ド電極排出通路４８を導くように配置された熱交換器９４を備えることができ、
それによって、燃焼器排出通路６４を通るアノード電極の排出の流れから、アノ
ード電極排出通路４８を通るアノード電極の排出の流れへ、熱を移動させ、それ
によって、さらに、電力設備１０から失われる熱を最小限に抑える。電力設備か
らの熱の損失を最小限に抑えるために当業技術でよく知られた方法で、付加的な
熱交換器を電力設備に使用することができる。
【００３２】 本発明の燃料電池電力設備のための物質と熱を回収する装置の性能の設計評価
によって、本発明の物質と熱を回収する装置を使用していない比較できる燃料電
池電力設備に対して、実質的な利点を示すデータが得られる。設計評価には、上
述した乾燥物質による移動手段を備える、セパレータハウジングとしてのエンタ
ルピーホイールを、物質と熱を直接移動させる装置として使用する。処理酸化剤
の流れをエンタルピーホイールを通るように導く入口室７６と、電力設備の排出
の流れをエンタルピーホイールを通るように導く排出室７６との間で、エンタル
ピーホイールが回転する間に、電力設備の排出の流れが、エンタルピーホイール
の２分の１を、エンタルピーホイールの他の２分の１を通る処理酸化剤の流れと
、物質が移動するように通るように、エンタルピーホイールは取り付けられる。
エンタルピーホイールは、１時間に１６０ポンド（７２．６ｋｇ）の水が移動す
るような大きさである。処理酸化剤の流れは、約７７°Ｆ（２５℃）の温度で、
物質と熱を直接移動させる装置１４の入口室７６に供給され、次に、約１４７°
Ｆ（約６３．９℃）の温度、１時間に約１，０５０ポンド（約４７６ｋｇ）の流
量で、物質と熱を直接移動させる装置１４から排出される。燃焼器排出通路６４
の中の燃焼器の排出の流れは、約５１５°Ｆ（約２６８℃）であり、冷却されて
、電力設備排出通路４２の中で、約１９４°Ｆ（約９０℃）になり、そこで、カ
ソード電極の排出の流れと混合されて、１時間に約１，２６０ポンド（約５７２
ｋｇ）の流量の電力設備の排出の流れとなる。電力設備の排出の流れは、次に、
物質と熱を直接移動させる装置１４の排出室７８に供給され、処理酸化剤の流れ
と物質が移動するように導かれ、次に、約１５１°Ｆ（約６６℃）で物質と熱を
直接移動させる装置１４から排出され、さらに、電力設備排出ライン８２を通っ
て電力設備から排出される。この設計評価によって、回収装置を使用していない
従来の電力設備や、物質と熱を回収するために凝縮式の熱交換器を使用する従来
の電力設備と比較して、燃料電池電力設備のための物質と熱を回収する装置は、
実質的に改良された性能を示す。
【００３３】 本発明は、燃料電池電力設備のための物質と熱を回収する装置の特定の構成お
よび使用方法について説明、例示したが、本発明は、説明、例示された実施態様
に限定されないことは、理解されるであろう。例えば、電解質としてＰＥＭを使
用した燃料電池について参照したが、燃料電池に使用することができる電解質は
いずれも、本発明の燃料電池電力設備に使用され得ることは、理解されるであろ
う。従って、本発明の範囲を決定するためには、上述した説明より、主として特
許請求の範囲を参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従って構成された、燃料電池電力設備のための物質と熱を回収する装
置の概略図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＬ，ＡＭ，Ａ Ｔ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ， ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，Ｉ Ｄ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ヴァン ディン，レズリー エル． アメリカ合衆国，コネチカット，マンチェ スター，プリマウス レーン 117 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CX05 EE19 5H027 AA06 BA08 KK41

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ．還元剤流体と酸化剤流体から電気エネルギーを発生するた
    めの少なくとも１つの燃料電池手段と、 ｂ．炭化水素燃料を前記還元剤流体に処理するための燃料処理構成要素手段
    であって、前記燃料電池手段からアノード電極の排出の流れを受け取り、燃焼さ
    せ、燃焼した前記アノード電極の排出の流れを電力設備排出通路に導く、補助燃
    焼器を備える燃料処理構成要素手段と、 ｃ．酸化剤の供給源から前記燃料電池手段の中に処理酸化剤の流れを導く第
    １の酸化剤通路と、 ｄ．前記燃料電池手段から前記電力設備排出通路にカソード電極の排出の流
    れを導くカソード電極排出通路であって、前記カソード電極の排出の流れは燃焼
    した前記アノード電極の排出の流れと混合されて、電力設備の排出の流れとなる
    、カソード電極排出通路と、 ｅ．前記第１の酸化剤通路および前記電力設備排出通路と連通するように取
    り付けられた物質と熱を直接移動させる装置であって、 ｉ．前記電力設備の排出の流れの中の極性分子から成る流体物質を吸着
    し、かつ極性分子から成る前記流体物質を前記処理酸化剤の流れの中に脱着する
    ための移動媒体手段と、 ｉｉ．前記電力設備の排出の流れや前記処理酸化剤の流れが前記移動媒
    体手段に接触するように、これら両方の流れと物質が移動するように前記移動媒
    体手段を保持するためのセパレータハウジング手段であって、前記電力設備の排
    出の流れと前記処理酸化剤の流れの大部分が混合するのを防止するためのセパレ
    ータハウジング手段と、を備える物質と熱を直接移動させる装置と、を備える、 ことを特徴とする還元剤流体と酸化剤流体から電気エネルギーを発生する燃料
    電池電力設備のための物質と熱を回収する装置。
  2. 【請求項２】 前記移動媒体手段は、イオノマー膜の液体の水の部分から成る
    ことを特徴とする請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記セパレータハウジング手段は、前記イオノマー膜の前記液
    体の水を保持する膜の部分から成ることを特徴とする請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記移動媒体手段は、イオノマー膜により作成された管の液体
    の水の部分から成ることを特徴とする請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記セパレータハウジング手段は、前記イオノマー膜により作
    成された管の中に前記液体の水を保持する管の部分から成ることを特徴とする請
    求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記移動媒体手段は、気体の流れから水分を吸着することがで
    き、かつ、気体の流れの中に水分を脱着することができる乾燥物質から成ること
    を特徴とする請求項１記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記セパレータハウジング手段は、エンタルピーホイールを備
    え、前記エンタルピーホイールは、前記エンタルピーホイールの回転軸と概略平
    行に延びる複数の通路に前記乾燥物質を保持し、前記エンタルピーホイールは、
    前記セパレータハウジングの入口室と排出室の中で回転するように保持され、そ
    れによって、吸着された水分を電力設備の排出の流れから前記処理酸化剤の流れ
    へ直接移動するように、前記エンタルピーホイールが、前記入口室を通る前記処
    理酸化剤の流れおよび前記排出室を通る前記電力設備の排出の流れと平行した軸
    の周りに回転することを特徴とする請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 電解質が、プロトン交換膜であることを特徴とする請求項１記
    載の装置。
  9. 【請求項９】 ａ．少なくとも１つの燃料電池であって、 ｉ．第１の主要な表面と、逆向きの第２の主要な表面とを有する電解質
    と、 ｉｉ．前記電解質の前記第１の主要な表面に密接に接触するように多孔
    質のアノード電極保持層により保持されたアノード電極と、前記電解質の前記第
    ２の主要な表面に密接に接触するように多孔質のカソード電極保持層により保持
    されたカソード電極と、を備え、前記多孔質のアノード電極保持層によって、前
    記アノード電極と接触するように還元剤流体の流れが導かれ、前記多孔質のカソ
    ード電極保持層によって、前記カソード電極と接触するように酸化剤流体の流れ
    が導かれる、燃料電池と、 ｂ．炭化水素燃料を前記還元剤流体に処理するための燃料処理構成要素手段
    であって、前記燃料電池手段からアノード電極の排出の流れを受け取り、燃焼さ
    せ、燃焼した前記アノード電極の排出の流れを電力設備排出通路に導く、補助燃
    焼器を備える燃料処理構成要素手段と、 ｃ．酸化剤の供給源から前記多孔質のカソード電極保持層の中に処理酸化剤
    の流れを導く第１の酸化剤通路と、前記燃料処理構成要素手段のための処理酸化
    剤として、前記処理酸化剤の流れの一部を、前記燃料処理構成要素手段の中に導
    く第２の酸化剤通路と、 ｄ．前記多孔質のカソード電極保持層から前記電力設備排出通路にカソード
    電極の排出の流れを導くカソード電極排出通路であって、前記カソード電極の排
    出の流れは燃焼した前記アノード電極の排出の流れと混合されて、電力設備の排
    出の流れとなる、カソード電極排出通路と、 ｅ．前記第１の酸化剤通路および前記電力設備排出通路と連通するように取
    り付けられた物質と熱を直接移動させる装置であって、 ｉ．前記電力設備の排出の流れの中の極性分子から成る流体物質を吸着
    し、かつ極性分子から成る前記流体物質を前記処理酸化剤の流れの中に脱着する
    ための移動媒体手段と、 ｉｉ．前記電力設備の排出の流れや前記処理酸化剤の流れが前記移動媒
    体手段に接触するように、これら両方の流れと物質が移動するように前記移動媒
    体手段を保持するためのセパレータハウジング手段であって、前記電力設備の排
    出の流れと前記処理酸化剤の流れの大部分が混合するのを防止するためのセパレ
    ータハウジング手段と、を備える物質と熱を直接移動させる装置と、を備える、 ことを特徴とする還元剤流体と酸化剤流体から電気エネルギーを発生する燃料
    電池電力設備のための物質と熱を回収する装置。
  10. 【請求項１０】 前記燃料処理構成要素手段は、前記補助燃焼器から熱を受け
    取り、水蒸気を発生させる水蒸気発生装置と、前記水蒸気発生装置との間の水蒸
    気ラインを通して前記水蒸気発生装置から前記炭化水素燃料と混合された水蒸気
    を受け取る改質装置と、前記炭化水素燃料を前記水蒸気ラインに供給する前記炭
    化水素燃料の供給源と、改質燃料を前記アノード電極保持層の中に導く改質燃料
    排出ラインと、をさらに備え、前記第２の酸化剤通路によって、前記水蒸気ライ
    ンに前記処理酸化剤の流れの一部が導かれることを特徴とする請求項９記載の装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記装置は、前記物質と熱を直接移動させる装置と連通した
    、前記処理酸化剤の流れの一部を前記補助燃焼器に導く第３の酸化剤の通路を備
    えることを特徴とする請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記移動媒体手段は、イオノマー膜の液体の水の部分から成
    り、前記セパレータハウジング手段は、前記イオノマー膜の前記液体の水を保持
    する膜の部分から成ることを特徴とする請求項１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記移動媒体手段は、イオノマー膜により作成された管の液
    体の水の部分から成り、前記セパレータハウジング手段は、前記イオノマー膜に
    より作成された管の中に前記液体の水を保持する管の部分から成ることを特徴と
    する請求項１１記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記移動媒体手段は、気体の流れから水分を吸着することが
    でき、かつ、気体の流れの中に水分を脱着することができる乾燥物質から成るこ
    とを特徴とする請求項１１記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記セパレータハウジング手段は、エンタルピーホイールを
    備え、前記エンタルピーホイールは、前記エンタルピーホイールの回転軸と概略
    平行に延びる複数の通路に前記乾燥物質を保持し、前記エンタルピーホイールは
    、前記セパレータハウジングの入口室と排出室の中で回転するように保持され、
    それによって、吸着された水分を電力設備の排出の流れから前記処理酸化剤の流
    れへ直接移動するように、前記エンタルピーホイールが、前記入口室を通る前記
    処理酸化剤の流れおよび前記排出室を通る前記電力設備の排出の流れと平行した
    軸の周りに回転することを特徴とする請求項１５記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記電解質は、プロトン交換膜であることを特徴とする請求
    項９記載の装置。
  17. 【請求項１７】 ａ．少なくとも１つの燃料電池を設け、前記燃料電池は、 ｉ．第１の主要な表面と、逆向きの第２の主要な表面とを有する電解質
    と、 ｉｉ．前記電解質の前記第１の主要な表面に密接に接触するように多孔
    質のアノード電極保持層により保持されたアノード電極と、前記電解質の前記第
    ２の主要な表面に密接に接触するように多孔質のカソード電極保持層により保持
    されたカソード電極と、を備え、前記多孔質のアノード電極保持層によって、前
    記アノード電極と接触するように還元剤流体の流れが導かれ、前記多孔質のカソ
    ード電極保持層によって、前記カソード電極と接触するように酸化剤流体の流れ
    が導かれ、 ｂ．酸化剤の供給源から第１の酸化剤通路を通して前記多孔質のカソード電
    極保持層の中に処理酸化剤の流れを導き、 ｃ．前記多孔質のアノード電極保持層から燃料処理構成要素の補助燃焼器に
    アノード電極の排出の流れを導き、前記アノード電極の排出の流れを燃焼させ、
    燃焼した前記アノード電極の排出の流れを電力設備排出通路に導き、 ｄ．前記多孔質のカソード電極保持層からカソード電極排出通路を通してカ
    ソード電極の排出の流れを電力設備排出通路に導き、燃焼した前記アノード電極
    の排出の流れを前記カソード電極の排出の流れと混合し、電力設備の排出の流れ
    とし、 ｅ．前記電力設備の排出の流れの中の極性分子から成る流体物質を吸着し、
    かつ極性分子から成る前記流体物質を前記処理酸化剤の流れの中に脱着するため
    の移動媒体と接触するように、前記処理酸化剤の流れと前記電力設備の排出の流
    れを導くことにより、かつ、前記移動媒体をセパレータハウジングの中にさらに
    保持し、それによって、前記処理酸化剤の流れと前記電力設備の排出の流れが前
    記移動媒体と接触し、かつこれらの流れの大部分が互いに混合するのが防止され
    ることにより、物質と熱を直接移動させる装置の中で、前記処理酸化剤の流れと
    前記電力設備の排出の流れを流体が移動するように導く、 ことを特徴とする燃料電池電力設備から排出される物質と熱を回収するための
    燃料電池電力設備の作動方法。
  18. 【請求項１８】 前記燃料処理構成要素のための処理酸化剤として、前記処理
    酸化剤の流れの一部を、第２の酸化剤通路を通して、前記燃料電池電力設備の前
    記燃料処理構成要素に導くことを特徴とする請求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記処理酸化剤の流れの一部を、前記第２の酸化剤通路を通
    して、前記燃料電池電力設備の改質装置に水蒸気と炭化水素燃料を供給する水蒸
    気ラインの中に導き、前記処理酸化剤の流れの一部を、第３の酸化剤通路を通し
    て、前記燃料電池電力設備の水蒸気発生装置に熱を供給する補助燃焼器に導くこ
    とを特徴とする請求項１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記処理酸化剤の流れと前記電力設備の排出の流れを、イオ
    ノマー膜の液体の水の部分と接触するように導くことにより、前記処理酸化剤の
    流れと前記電力設備の排出の流れを流体が移動するように導くことを特徴とする
    請求項１７記載の方法。
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