JP2002542592A

JP2002542592A - 燃料電池装置用の水処理装置

Info

Publication number: JP2002542592A
Application number: JP2000613024A
Authority: JP
Inventors: ピー．グラッソ，アルバート; ディン，レズリーエル．ヴァン
Original assignee: インターナショナルフュエルセルズ，エルエルシー
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2002-12-10
Also published as: WO2000063994A1; US6207308B1; DE10084496T1; AU4343400A

Abstract

(57)【要約】燃料電池スタック（１１）の全体を循環する冷媒（６０）と酸化剤（４７）との間の相互作用が、脱気装置（４５）によって提供され、それによって、循環する冷媒（６０）に溶解する気体が取り除かれることを特徴とする燃料電池スタック（１１）用の水処理装置（１００）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】

本発明は、一般に、燃料電池装置のための水処理装置に関し、特に、脱気処理
によって、燃料電池内の水の汚染により燃料電池装置に作動故障が生じるのを防
止する装置に関する。

【０００２】

【背景技術】

電気化学的燃料電池装置は、アノード電極に供給された燃料とカソード電極に
供給された酸化剤との相互作用を通して、これらの電極間に電流を生成すること
で、電気とそれに伴う反応生成物を生成する能力によって、知られている。この
ような燃料電池装置は、内燃機関などに比較した場合その効率が高いので、非常
に有用であり、研究が行われている。燃料電池装置は、生成する水などの反応副
生成物が環境に優しいので、さらに有益である。燃料電池装置内の温度を制御す
るために、冷媒、通常、水が、燃料電池装置を循環するように供給される。燃料
電池装置に改質燃料を使用する場合、水の汚染が生じる可能性があり、それによ
って、燃料電池装置は、特に影響を受ける。

【０００３】電気化学的燃料電池装置では、通常、燃料として水素を、酸化剤として酸素を
使用するが、上に示したように、ここでの反応副生成物は、水である。このよう
な燃料電池装置では、多孔質の導電性シート材料、一般には炭素繊維紙、から形
成された２つの電極の間に配置された、固体高分子電解質からなる膜またはイオ
ン交換膜が使用される。イオン交換膜は、デュポン社（ＤｕＰｏｎｔ）により販
売されている商標名ナフィオン（ＮＡＦＩＯＮ^TM）などのプロトン交換膜（以下
、ＰＥＭと呼ぶ）としても、知られており、所望する電気化学反応を促進するた
めに、膜−電極界面のイオン交換膜上に触媒層が形成されている。

【０００４】作動中は、水素燃料は、アノード電極の多孔質の電極材料に浸透し、触媒層と
反応して、水素イオンと電子を生成する。水素イオンは、膜を通ってカソード電
極に移動し、電子は、外部回路を通ってカソード電極に流れる。カソード電極で
は、酸素を含む供給気体が、同様に、多孔質の電極材料に浸透し、触媒層でアノ
ード電極からの水素イオンと電子と反応し、副生成物の水を生成する。イオン交
換膜は、この水素イオンのアノード電極からカソード電極への移動を促進するば
かりでなく、イオン交換膜は、酸素を含む気体酸化剤から水素燃料を隔てるよう
に作用する。アノード電極とカソード電極の触媒層で生じる反応は、次の式：アノード電極反応：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ、カソード電極反応：１／２Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ→Ｈ₂Ｏ、で示される。

【０００５】通常の燃料電池は、アノード電極プレート、カソード電極プレートと呼ばれる
２枚の気体透過性の導電性プレートの間に配置されたイオン交換膜を有する。こ
れらのプレートは、通常、黒鉛、黒鉛−高分子複合材などから形成される。プレ
ートは、集電体として機能し、さらに燃料と酸化剤をアノード電極とカソード電
極にそれぞれ供給するばかりでなく、これら２つの多孔質の導電性電極の支持構
造として機能する。プレートは、燃料電池の作動中に、反応副生成物である水を
運び去るためにも使用される。

【０００６】これらのプレート内に、燃料または酸化剤をアノード電極とカソード電極のプ
レートに供給するために、流れ用の流路（ｃｈａｎｎｅｌ）が形成されるとき、
これらは、流体の流れの場のプレートと呼ばれる。これらのプレートは、同様に
、特定の燃料電池の構成では、水移動プレートとして機能することができる。こ
れらのプレートが、単に、アノード電極とカソード電極の多孔質材料に形成され
た流路に、重ねられるときは、これらは、分離プレートと呼ばれる。さらに、プ
レートには、燃料をアノード電極の流路に、あるいは、酸化剤をカソード電極の
流路に、供給するのに使用される反応物供給マニホールドが、形成されることも
ある。さらに、プレートには、燃料および酸化剤の流れの未反応成分を、さらに
は副生成物として生成するどのような水も、燃料電池から導くために、対応する
排出マニホールドが形成される。あるいは、マニホールドは、同一出願人による
クンツ（Ｋｕｎｚ）らに付与された米国特許第３，９９４，７４８号に示されて
いるように、燃料電池自体の外部に形成することもできる。

【０００７】燃料電池装置の触媒層は、他の貴金属または貴金属合金を使用することもでき
るが、通常、炭素により保持された白金または白金合金である。２つ以上のアノ
ード電極プレート／膜／カソード電極プレートの組み合わせからなる複数の電気
的に接続された燃料電池は、燃料電池スタックと呼ばれる。燃料電池スタックは
、通常、直列に接続される。

【０００８】燃料電池装置用の燃料を生成する最近の取り組みは、メタン、天然ガス、ガソ
リンなどの炭化水素燃料を水素に化学的に変換することで得られた不純な水素を
利用することに集中している。この変換処理では、生成した水素を、できるだけ
純粋な水素に効率的に変換し、それによって、確実に、一酸化炭素、その他の好
ましくない化学的副生成物の生成量を、最小限に抑える必要がある。この炭化水
素の変換は、一般に、水蒸気改質装置を使用することによって達成される。改質
された炭化水素燃料には、通常、かなりの量の二酸化炭素、ＣＯ₂ばかりでなく
、大量のアンモニア、ＮＨ₃が含まれている。これらの気体は、燃料電池装置に
供給されあるいは燃料電池装置内で生成する水に、溶解し、解離する傾向がある
。結果として生じる汚染された供給水によって、冷媒流路やマニホールドで分路
電流腐食（ｓｈｕｎｔｃｕｒｒｅｎｔｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）が発生するよう
になるまで、水の伝導率が増加し、それによって、燃料電池の材料が劣化するば
かりでなく、ＰＥＭの伝導率が低下するので、燃料電池装置の全体の効率が低下
することになる。

【０００９】上に示したように、アノード電極とカソード電極のプレートには、水冷媒を循
環させるためばかりでなく、燃料電池装置の作動による副生成物として生成する
過剰の水を、運んで取り去るために、冷媒流路が形成される。このように集めら
れて、燃料電池装置を通して冷媒流路を循環する水は、汚染されやすく、従って
、汚染された水が燃料電池装置全体を循環する間に、燃料電池装置に損傷を与え
て、その作動を損なうことがある。

【００１０】従って、同一出願人によるグラッソー（Ｇｒａｓｓｏ）に付与された米国特許
第４，３４４，８５０号に記載されているように、水の汚染から燃料電池装置を
保護する装置を提供する必要がある。米国特許第４，３４４，８５０号の図１に
例示されているように、燃料電池装置の供給冷媒を処理するためのグラッソーの
装置では、燃料電池装置に供給される冷媒の一部を精製するために、濾過装置と
脱塩装置とが使用されている。加湿されたカソード電極の出口流から得られる凝
縮した水を処理するために、脱気装置も使用されている。グラッソーが説明して
いるように、冷媒流と燃料電池装置の本体との間で生じる熱交換は、同一出願人
によるブレオー（Ｂｒｅａｕｌｔ）らに付与された米国特許第４，２３３，３６
９号に従って達成される。グラッソーの冷媒装置は、冷媒流全体を浄化するため
には設けられていないことに留意することが重要である。これは、グラッソーの
冷媒装置では、銅などから形成されている冷媒導管が、燃料電池装置とは物質が
拡散するようには連通していず、その結果、冷媒流が、特に改質された燃料流に
存在するＣＯ₂またはＮＨ₃によって汚染されないからである。従って、グラッソ
ーの冷媒流の浄化には、単に、濾過装置と脱塩装置による負担が伴うだけである
が、これらの構成要素は、摩耗が激しいので、頻繁に修理、交換が必要である。
さらに、グラッソーは、冷媒を循環させるために２台の別々の冷媒ポンプを使用
している。

【００１１】上述した問題、留意点を念頭におくと、本発明の一般的な目的は、上述した欠
点を克服する水処理装置を有する燃料電池装置を提供することである。

【００１２】

【発明の開示】

本発明の目的は、燃料電池装置のための水処理装置を提供することである。

【００１３】本発明の別の目的は、燃料電池装置全体を循環する水の汚染レベルを低減する
ことである。

【００１４】本発明の一実施態様によれば、燃料電池スタックは、互いに電気的に接続され
た複数の電気化学的燃料電池装置を備え、これらの燃料電池装置は、それぞれ、
電解質、アノード電極、カソード電極を備える。アノード電極とカソード電極は
、それぞれ、アノード電極とカソード電極の流れの場のプレートを保持するよう
に形成され、これらのプレートを通して、供給燃料と供給酸化剤とが、アノード
電極とカソード電極とに、それぞれ供給される。さらに、アノード電極とカソー
ド電極の流れの場のプレートの１つは、供給冷媒が循環する冷媒入口と冷媒出口
のマニホールドを備える冷媒流路を保持するように、形成される。

【００１５】冷媒導管は、循環する冷媒を燃料電池スタックから排出するために使用され、
一方、酸化剤供給装置は、燃料電池スタックに酸化剤を供給する。

【００１６】作動中は、冷媒出口導管と酸化剤出口導管を含む脱気装置は、循環する冷媒か
ら汚染物質を取り除くために、冷媒導管からの循環する冷媒を、酸化剤供給装置
からの酸化剤とともに、処理する。脱気装置は、次に、燃料電池スタックに、処
理された冷媒と酸化剤とを供給する。

【００１７】本発明のこれらと他の目的、その好ましい実施態様は、明細書、特許請求の範
囲、図面を全体として考慮することにより、明らかになるであろう。

【００１８】

【発明を実施するための最良の形態】

図１には、直列に接続されて配置された２つの電気化学的燃料電池装置１１、
１２を有する部分的な燃料電池スタック１０の断面図が例示される。各燃料電池
装置１１、１２は、ほんの約０．６〜０．７Ｖを発生するだけである。所望する
供給電力を生成するために、同時に非常に多くの燃料電池を電気的に接続する必
要がある。燃料電池装置１１、１２では、それぞれ、アノード電極基体１５とカ
ソード電極基体１４との間に配置された固体高分子電解質からなるイオン交換膜
１３が使用される。さらに、イオン交換膜１３は、プロトン交換膜（ＰＥＭ）と
呼ばれ、約０．００１インチ（約２５．４μｍ）の厚みのプラスチック製フィル
ムを使用することができる。カソード電極基体１４とアノード電極基体１５は、
それぞれ、多孔質の導電性シート材料、一般にはテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ（登録
商標））被覆を有する炭素繊維紙から、形成される。

【００１９】イオン交換膜１３は、その片側に形成された触媒層を備え、それによって、所
望する電気化学反応を促進する触媒−膜界面が形成される。アノード電極触媒１
６とカソード電極触媒８は、一般に、白金などの貴金属の１つ、または、白金−
ルテニウムなどの貴金属合金の１つから選択される。外部負荷が掛けられたとき
に燃料電池１１と１２の間に電子が伝導するための通路を形成するために、燃料
電池１１のアノード電極基体１５と燃料電池１２のカソード電極基体１４とは、
さらに、電気的に接続される。

【００２０】図１をさらに参照すると、アノード電極の流れの場のプレート１８に形成され
た燃料流路２０を通して、燃料が、アノード電極基体１５に供給され、一方、カ
ソード電極の流れの場のプレート１７内の酸化剤流路１９に、酸化剤が供給され
る。燃料と酸化剤は、両方とも、反応物と呼ばれる。燃料流路２０は、一般に、
酸化剤流路１９にほぼ直交するように配列される。燃料流路２０と酸化剤流路１
９は、それぞれ、アノード電極の流れの場のプレート１８とカソード電極の流れ
の場のプレート１７に、彫刻、研削、成形などにより形成することができ、１つ
の連続した流路、あるいは複数の流路とすることができる。さらに、燃料と酸化
剤は、軸方向の供給マニホールド、外部マニホールド、あるいはこれら２つの組
み合わせなどを用いて、燃料電池スタック１０を通して供給することができるが
、マニホールドの特定の構成は、一般に、当業者に知られており、本発明の主要
な関心事ではない。

【００２１】アノード電極とカソード電極の流れの場のプレート１８、１７は、先に説明し
たように、多孔質の黒鉛または多孔質の黒鉛−高分子複合材から形成される。そ
れぞれのプレート１８、１７の細孔径は、異なってもよいが、プレート１８、１
７の通常の細孔直径は、約１〜約５μｍの範囲である。あるいは、アノード電極
とカソード電極の流れの場のプレート１８、１７のうちの１つだけが多孔質であ
る燃料電池１１も、検討されており、より広い本発明の態様から逸脱することな
く、使用することができる。

【００２２】作動中は、水素燃料は、アノード電極基体１５の多孔質の電極材料に浸透し、
アノード電極触媒１６において反応して、プロトンと電子を生成する。プロトン
は、膜１３を通ってカソード電極基体１４に移動する。燃料電池１２のアノード
電極基体１５で生成した電子は、燃料電池１２のアノード電極の流れの場のプレ
ート１８と燃料電池１１のカソード電極の流れの場のプレート１７との両方を通
って、燃料電池１１のカソード電極基体１４に移動する。同様に、カソード電極
１４では、酸化剤は、多孔質の電極材料に浸透し、触媒層８において水素イオン
と電子と反応して、副生成物の水を生成する。イオン交換膜１３は、この水素イ
オンの触媒層１６から触媒層８への移動を促進するばかりでなく、イオン交換膜
１３は、酸素を含む気体酸化剤が酸化剤流路１９を移動するときに、この酸化剤
から、燃料流路２０を通って流れる水素燃料を隔てるように作用する。燃料電池
１１、１２内で生じる電気化学反応により生成する過剰な熱を、燃料電池１１、
１２から取り除くために、さらに、反応物を加湿するとともに、副生成物の水を
除去するために、冷媒、通常、水が、アノード電極とカソード電極の流れの場の
プレート１８、１７にそれぞれ形成された冷媒流路２１を通して、燃料電池１１
、１２に供給される。あるいは、アノード電極とカソード電極の流れの場のプレ
ート１８、１７のうちの１つだけに冷媒流路２１が形成された燃料電池１１も、
検討されており、より広い本発明の態様から逸脱することなく、使用することが
できる。

【００２３】プロトン交換膜、貴金属触媒、テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））被覆を
有する炭素繊維紙について説明したが、本発明は、これらに限定されるものでな
く、これらの代わりに、その他の膜、電極材料によって、反応物、副生成物分子
、イオンに必要とされる流れが形成されるならば、それらの膜、電極材料も使用
することができる。同様に、非固体酸型電解質を有する燃料電池、あるいは、い
ずれも参照することによってその全体が本願に組み込まれる同一出願人によるラ
イザー（Ｒｅｉｓｅｒ）らに付与された米国特許台４，７６９，２９７号、マイ
ヤー（Ｍｅｙｅｒ）らに付与された米国特許第５，５０３，９４４号などに開示
されているようなその他の燃料電池の構成も、より広い本発明の態様から逸脱す
ることなく、使用することができる。

【００２４】図２には、例えば、アノード電極の流れの場のプレート１８の燃料流路２０を
含む燃料電池１１のアノード電極側の平面図を示す、図１の線Ａに沿って取った
断面が、例示される。図２から理解されるように、供給燃料２２が、燃料電池１
１の半分に供給され、燃料流路２０の長さだけ移動する。供給燃料２２が燃料電
池１１から排出されると、供給燃料２２は、図示されていない燃料反転マニホー
ルドによって、燃料電池１１の下流側に向けられる。このように、供給燃料２２
は、燃料電池１１のアノード電極全体に曝される。単一の燃料電池１１が、燃料
電池スタックの中のほんの１つの燃料電池に過ぎないとすれば、そのようにスタ
ックになった各燃料電池の半分が、最初に、供給燃料２２を受け取り、一方、ス
タック内の各燃料電池の残りの半分は、図示されていない燃料反転マニホールド
によって方向転換された後に、燃料を受け取ることは、容易に明らかになるであ
ろう。さらに、図２には、水冷媒を複数の冷媒流路２１に供給するのに使用され
る軸方向の入口と出口の冷媒マニホールド２３、２４が、それぞれ示されている
。図２の構成は、供給燃料２２が燃料電池１１の表面を横断して２回通過してい
るので、二路流装置を示している。当業者に知られているように、さらに、燃料
反転マニホールドを対応させて増やすことで、より多くの通過回数を達成するこ
とができる。

【００２５】図３には、例えば、カソード電極の流れの場のプレート１７の酸化剤流路１９
を含む燃料電池１１のカソード電極側の平面図を示す、図１の線Ｃに沿って取っ
た断面が、例示される。図３から理解されるように、酸化剤流２５が、燃料電池
１１の一方側の全体に供給され、反対側から排出されるまで、酸化剤流路１９の
長さだけ移動する。このように、燃料電池１１のカソード電極全体が、酸化剤反
転マニホールドを使用せずに、酸化剤流２５に曝される。しかしながら、図２に
例示される燃料供給パターンと同様の酸化剤流パターンを形成するように、酸化
剤燃料流２５も、同様に、酸化剤反転マニホールドを組み込むように構成するこ
とができることは、容易に明らかになるであろう。さらに、図３にも、水などの
冷媒を複数の冷媒流路２１に供給するのに使用される軸方向の入口と出口の冷媒
マニホールド２３、２４が、それぞれ示されている。

【００２６】反応物である燃料と酸化剤が燃料電池１１に適切に供給される限り、アノード
電極とカソード電極の流れの場のプレート１８、１７には、それぞれ、どのよう
な数の燃料流路と酸化剤流路をも、線状であろうとなかろうと、形成することが
できることは、容易に明らかになるであろう。

【００２７】図１を再度参照すると、本発明は、燃料電池スタック１０内を循環する水を処
理する装置に向けられている。燃料電池スタック１０の冷媒流路２１は、作動す
る燃料電池装置に関する主要な２つの関心事に対処するように機能する。これら
２つの関心事は、燃料電池装置の水管理と、燃料電池装置の熱管理である。ＰＥ
Ｍ型燃料電池装置、例えば、図１に示される燃料電池装置１１では、燃料電池装
置１１が作動するとともに、ＰＥＭ１３を通るイオンの移動が継続して促進され
るように、ＰＥＭ１３は、十分に水和している必要がある。燃料電池装置１１の
作動中にＰＥＭ１３の水和を継続する１つの方法は、燃料流路２０と酸化剤流路
１９をそれぞれ移動する供給された燃料と酸化剤の流れの両方を加湿することで
ある。先に説明したＰＥＭ１３を通る水素イオンの移動に関連して、プロトンド
ラッグ（ｐｒｏｔｏｎｄｒａｇ）と呼ばれる現象が起こり、ＰＥＭ１３内に含
まれる水が、ＰＥＭ１３のアノード電極側からカソード電極側へＰＥＭ１３を通
ってひきずられる。水は、アノード電極の流れの場のプレート１８から蒸発する
ことで、ＰＥＭ１３のアノード電極側に供給され、それによって、ＰＥＭ１３は
、計量された量が水和する。

【００２８】ＰＥＭ１３を通る水分子のプロトンドラッグは、ある程度までＰＥＭ１３を脱
水するように作用し、一方、このプロトンドラッグによって、燃料電池装置１１
のカソード電極１４に水が蓄積することになる。さらに、酸化剤流路１９から供
給される酸化剤と、ＰＥＭ１３を通って移動する水素イオンと、流れの場のプレ
ート１７、１８を通って移動する電子と、が反応する結果、燃料電池装置１１内
に生成する副生成物の水によっても、カソード電極１４に、水が蓄積することに
なる。しかしながら、冷媒流路２１は、本質的にＰＥＭ１３を再水和させるばか
りでなく、カソード電極１４で集められた過剰の水を取り除くように機能する。
この水管理は、一般に、酸化剤流路１９、冷媒流路２１、燃料流路２０の圧力を
バランスさせることにより、実現される。冷媒が冷媒流路２１に供給される圧力
よりいくぶん高い圧力で、燃料が燃料流路２０を通して供給され、酸化剤が酸化
剤流路１９を通して供給される。この構成により、燃料電池装置１１のカソード
電極１４の過剰の水分子は、カソード電極の流れの場のプレート１７の多孔質の
材料を通って、冷媒流路２１に自然に拡散する傾向になる。従って、冷媒流路２
１は、燃料電池装置１１のカソード電極１４から過剰の水を吸収するばかりでな
く、冷媒流路２１によって、冷媒流路２１から、多孔質のアノード電極の流れの
場のプレート１８を通る水分子の拡散が促進され、それによって、ＰＥＭ１３の
アノード電極側が再水和する。このように、酸化剤流路１９、冷媒流路２１、燃
料流路２０内の圧力の適切なバランスが、アノード電極１８において水を適切に
供給するように機能し、確実にＰＥＭ１３を水和させるとともに、カソード電極
１４での過剰な水の蓄積を取り除く。

【００２９】図１に示される燃料電池装置１１の冷媒流路２１は、さらに、燃料電池装置１
１の熱管理ばかりでなく、燃料電池スタック１０全体としての熱管理を提供する
。燃料電池スタック１０の各燃料電池装置１１の周りを循環することによって、
水冷媒は、燃料電池スタック１０内で生じた化学反応により生成した過剰の熱を
運び去る。従って、燃料電池スタック１０の温度は、冷媒流路２１を通る冷媒の
流れと温度を調節することで、制御することができる。

【００３０】作動中に、図１に示される燃料電池１１、１２に供給する燃料としては、純粋
な水素を使用するのが好ましいが、そのような純粋な水素は、一般に、入手し貯
蔵するのに費用がかかる。従って、メタン、天然ガス、ガソリンなどの他の炭化
水素が、燃料として使用されるが、これらの炭化水素は、これらに既知の改質処
理を施して、水素に富んだ燃料に変換するとともに不純物の量を最小限に抑えた
後にのみ、供給燃料として使用される。

【００３１】しかしながら、改質された炭化水素燃料は、通常、かなりの量の二酸化炭素、
ＣＯ₂ばかりでなく、大量のアンモニア、ＮＨ₃、水素、Ｈ₂が含まれている。Ｎ
Ｈ₃、ＣＯ₂気体は、燃料電池装置に供給されあるいは燃料電池装置内で生成する
水に溶解し、解離する。これらの気体は、水と反応し、イオン反応副生成物を生
成する。結果として生じる汚染された供給水によって、冷媒流路２１、冷媒入口
と冷媒出口のマニホールド２３、２４のそれぞれで分路電流腐食が発生するよう
になるまで、水の伝導率が増加する。時間が経過すると、分路電流は増加して、
改質された水素燃料によってそれほど汚染されていない水を有する燃料電池に存
在する分流電流の１０倍程度の大きさになることもある。分路電流の増加に加え
て、百万分の２（２ｐｐｍ）程度の低濃度のアンモニアですら、ＰＥＭ１３中の
プロトンと置換するように作用することができ、それによって、ＰＥＭ１３の伝
導率が低下するので、燃料電池装置の全体の効率が低下することになる。さらに
、冷媒中に溶解した気体は、燃料電池スタック１０の冷媒の流れの場で、気泡と
なることがあり、それによって、アノード電極とカソード電極の流れの場のプレ
ート１８、１７のぞれぞれが、乾燥してしまうので、反応物が混合することがあ
る。

【００３２】冷媒中に溶解したＮＨ₃、ＣＯ₂の場合、燃料電池スタック１０の冷媒水を、先
に引用した米国特許第４，３４４，８５０号に例示されているように、脱塩装置
だけを使用することによって精製すると、水浄化の負担がかなり増加することに
なり、脱塩装置に必要とされる大きさや、その経済的な費用の両方から、実際的
でない。さらに、燃料電池スタックに追加される水を構成することになる、水冷
媒のほんの少量の部分しか、米国特許第４，３４４，８５０号では処理されてい
ない。

【００３３】燃料電池スタック１０内の冷媒として水を使用するのが、水と熱の管理のため
に有益であることは、容易に明らかになるであろうが、そのように備え付けられ
た燃料電池スタック１０が、水冷媒の汚染を経験するときに、問題が生じる。従
って、燃料電池スタック１０の水の汚染を補償するとともに、上に説明したよう
な水の汚染によって生じる影響による燃料電池スタック１０の損傷を防止する水
処理装置を、燃料電池スタック１０に備えるのは、非常に有益であろう。

【００３４】従って、本発明の主用な態様は、燃料電池スタック１０のためのそのような水
処理装置を提供することである。図４ａには、本発明の一実施態様によるそのよ
うな１つの水処理装置１００が例示される。図４ａには、簡潔のために、冷媒流
路２１、アノード電極の流れの場のプレート１８、カソード電極の流れの場のプ
レート１７を含む単一の燃料電池装置１１しか示されていないが、水処理装置１
００は、単一の燃料電池装置１１でも、燃料電池スタック１０でも、作動可能で
あることは、容易に明らかになるであろう。

【００３５】さらに、図４ａを参照すると、燃料電池装置１１の冷媒流路２１を循環して流
れた冷媒が、排出されて、冷媒導管６０を流れる。燃料電池装置１１を循環する
際に、冷媒は、燃料電池装置１１によって生成する熱を吸収し、運び去るばかり
でなく、溶解して解離した気体と、懸濁した固形物とによって、汚染される。循
環する冷媒のうち計量された量を、冷媒熱交換器３９に選択的に供給するように
、冷媒導管６０に沿って熱制御弁５７が配置され、冷媒熱交換器３９は、送風機
などから構成されており、循環する冷媒から、吸収されている熱の一部を取り除
くように機能する。循環する凝縮した冷媒は、次に、脱気装置４５の脱気部分５
１に供給されるように、冷媒ポンプ３７によって送り出される。

【００３６】本発明の脱気装置４５は、精製された冷媒を貯蔵する貯蔵槽部分４９を備える
。酸化剤供給装置４７、通常、可変速送風ポンプなどが、燃料電池装置１１のカ
ソード電極の流れの場１７のための主要な酸化剤供給源である。図４ａに示され
る実施態様では、酸化剤供給装置４７は、燃料電池装置１１に、酸化剤を直接供
給せずに、むしろ、最初は、脱気装置４５に、通常、空気の形態で、酸素に富ん
だ酸化剤を供給する。冷媒出口導管６１が、脱気装置４５により処理された水を
燃料電池装置１１の冷媒流路２１に戻すための通路として機能し、一方、調整弁
５５によって、冷媒流路２１に戻される処理水の圧力が制御される。

【００３７】あるいは、図４ａにさらに例示されるように、バランス量の酸化剤を直接カソ
ード電極に供給しながら、酸化剤制御弁６５は、酸化剤の一部だけを、通常、酸
化剤流の約３〜７％を、脱気部分５１に供給するように配置することもできる。
酸化剤流の約３〜７％が、一般に、冷媒中に溶解する気体の濃度を許容される濃
度まで低下させるのに十分であるが、冷媒の中へ燃料が過度に漏出する場合、必
要とされる酸化剤流は、対応してより多くなることもあり得る。

【００３８】作動中は、図４ａの水処理装置１００によって、循環する冷媒が、冷媒導管６
０を通って脱気装置４５に供給される。循環する冷媒と酸化剤空気とは、向流に
なるように、脱気装置４５の脱気部分５１を通過する。脱気部分５１での物質移
動によって、冷媒中に溶解している気体のかなりの部分が酸化剤流の中に拡散し
、それによって、溶解している気体の大部分が冷媒から取り除かれる。これによ
り、許容される伝導率と溶解している気体含有量を有する冷媒が得られる。さら
に、酸化剤空気は、先に説明したように、燃料電池装置１１の作動にとって重要
なことには、落下する冷媒によって加湿されることになる。加湿された酸化剤は
、酸化剤出口導管６２によって、脱気装置４５から送り出され、次に、燃料電池
装置１１のカソード電極の流れの場１７に供給される。カソード電極の流れの場
のプレート１７の酸化剤流路１９を通って循環し、排出された酸化剤流は、酸化
剤出口導管６３により運び出され、図示されていない水回収装置に送られる。図
示されていない水回収装置は、凝縮熱交換器またはその他の排出された酸化剤流
から水を回収するための適切な手段を含むことができる。図示されていないアノ
ード電極排気燃焼装置から凝縮した水が、凝縮調整弁３５の作用によって冷媒導
管６０に、選択的に追加される。

【００３９】脱気装置４５は、液体の流れと気体の流れの間で物質を移動させることができ
るどのような既知の物質移動装置を使用してもよい。そのような物質移動装置に
は、充填床、加湿薄膜（ｗｅｔｔｅｄｆｉｌｍｓ）、噴霧塔などがある。

【００４０】図４ａに示される水処理装置１００には、さらに、他の冷媒浄化装置が例示さ
れる。循環する冷媒が脱気装置４５に供給される前に、脱塩装置４０が使用され
る。脱塩装置４０には、循環する冷媒中に懸濁しかつ溶解している固形物を低減
するために、冷媒導管６０中を循環する所定量の冷媒が供給される。脱塩装置４
０が適切に機能するのに適当な温度、約１４０°Ｆ（約６０℃）以下の、循環す
る冷媒を提供するために、冷媒熱交換器３９が、脱塩装置４０の上流に配置され
る。

【００４１】燃料電池装置１１で生成する熱と、環境に放出される熱との間のバランスを維
持するように、図４ａに示される調整弁が制御されることは、容易に明らかにな
るであろう。燃料電池装置１１と水処理装置１００が効率的の作動するように、
水処理装置１００内のさまざまな位置における冷媒の流量と温度が、制御される
。

【００４２】本発明の水処理装置は、冷媒の流れ全体を処理することによって、燃料電池装
置１１の冷媒の流れ内のアンモニア、二酸化炭素、水素の量を、大幅に低下させ
る。その結果として、本発明の主要な態様によれば、燃料電池装置１１内のこれ
らの気体の蓄積を低減することができるばかりでなく、脱塩装置４０の保守と保
守の間の期間を延長することができる。

【００４３】従って、本発明の主要な態様は、脱気装置４５により処理された酸化剤によっ
て、循環する冷媒を汚染する溶解している気体を除去することができることであ
り、さらに、その後にカソード電極の流れの場のプレート１７に供給される供給
酸化剤が、予め脱気装置４５によって加湿されることになることである。このよ
うに、一体として組み込まれた処理装置を用いて、燃料電池装置１１の作動に重
要な２つの問題が解決される。

【００４４】図４ｂには、本発明の別の実施態様による水処理装置１５０が例示される。水
処理装置１５０の作動は、図４ａの水処理装置１００に関連して説明したものと
全く同じである。循環し、汚染される冷媒が、酸化剤供給装置４７により脱気装
置４５に直接供給される供給酸化剤と相互作用するように、冷媒導管６０によっ
て脱気装置４５に供給される。精製された冷媒と、ここで加湿された酸化剤とは
、次に、燃料電池装置１１の冷媒流路２１とカソード電極の流れの場のプレート
１７に、それぞれ戻される。

【００４５】あるいは、図４ｂにさらに例示されるように、バランス量の酸化剤を直接カソ
ード電極に供給しながら、酸化剤制御弁６５は、酸化剤の一部だけを、通常、酸
化剤流の約３〜７％を、脱気部分５１に供給するように配置することもできる。
酸化剤流の約３〜７％が、一般に、冷媒中に溶解する気体の濃度を許容される濃
度まで低下させるのに十分であるが、冷媒の中へ燃料が過度に漏出する場合、必
要とされる酸化剤流は、対応してより多くなることもあり得る。

【００４６】図４ａの水処理装置１００とは対照的に、水処理装置１５０では、循環する冷
媒の全てが、脱気装置４５により精製された後にのみ、循環する冷媒は、脱塩装
置４０を通過する。図４ｂから理解されるように、精製された冷媒の一部を冷媒
貯蔵槽４９から脱塩装置４０を通して選択的に供給し、それによって、懸濁しか
つ溶解している固形物を冷媒の流れから取り除くように、調整弁５６が制御され
る。脱塩装置４０を脱気装置４５の下流に配置することにより、水処理装置１５
０は、さらに、脱塩装置４０にかかる負荷を低減することができると同時に、対
応して、脱塩装置４０の寿命を延ばすことができる。

【００４７】カソード電極の流れの場のプレート１７の酸化剤流路１９を通って循環し、排
出された酸化剤流は、酸化剤出口導管６３により運び出され、図示されていない
水回収装置に送られる。図示されていない水回収装置は、凝縮熱交換器またはそ
の他の排出された酸化剤流から水を回収するための適切な手段を含むことができ
る。図示されていないアノード電極排気燃焼装置から凝縮した水が、凝縮調整弁
３５の作用によって冷媒導管６０に、選択的に追加される。

【００４８】図５ａには、本発明の好ましい実施態様による水処理装置２００が例示される
。図５ａには、簡潔のために、冷媒流路２１、アノード電極の流れの場のプレー
ト１８、カソード電極の流れの場のプレート１７を含む単一の燃料電池装置１１
しか示されていないが、水処理装置２００は、単一の燃料電池装置１１でも、燃
料電池スタック１０でも、作動可能であることは、容易に明らかになるであろう
。

【００４９】さらに、図５ａを参照すると、燃料電池装置１１の冷媒流路２１を循環して流
れた冷媒が、排出されて、冷媒導管２６０を流れる。燃料電池装置１１を循環す
る際に、冷媒は、燃料電池装置１１によって生成する熱を吸収し、運び去るばか
りでなく、溶解して解離した気体と、懸濁した固形物とによって、汚染される。
循環する冷媒のうち計量された量を、冷媒熱交換器２３９に選択的に供給するよ
うに、冷媒導管２６０に沿って熱制御弁２５７が配置され、冷媒熱交換器２３９
は、送風機などから構成されており、循環する冷媒から、吸収されている熱の一
部を取り除くように機能する。図示されていないアノード電極排気燃焼装置から
の凝縮水が、凝縮調整弁２３５の作用によって冷媒導管２６０に、選択的に追加
されると同時に、循環する凝縮した冷媒は、次に、脱気装置２４５の脱気部分２
５１に供給されるように、冷媒ポンプ２３７によって送り出される。

【００５０】好ましい実施態様の脱気装置２４５は、精製された冷媒を貯蔵する貯蔵槽部分
２４９を備える。酸化剤供給装置２４７、通常、可変速送風ポンプなどが、燃料
電池装置１１のカソード電極の流れの場１７のための主要な酸化剤供給源である
。図４ａ、図４ｂと関連して説明された実施態様とは対照的に、酸化剤供給装置
２４７は、燃料電池装置１１のカソード電極１７に、酸素に富んだ酸化剤を直接
供給する。冷媒出口導管２６１が、脱気装置２４５により処理された水を燃料電
池装置１１の冷媒流路２１に戻すための通路として機能する。調整弁２５５によ
って、冷媒流路２１に戻される処理水の圧力が制御される。

【００５１】作動中は、図５ａの水処理装置２００によって、循環する冷媒の全てが、冷媒
導管２６０を通って脱気装置２４５に供給される。カソード電極の流れの場のプ
レート１７から排出され、脱気部分２５１の下から脱気装置２４５に供給される
酸化剤空気と、向流になるように、循環する冷媒は、脱気部分２５１を通過する
。脱気部分２５１での物質移動によって、冷媒中に溶解している気体のかなりの
部分が酸化剤流の中に拡散し、それによって、溶解している気体の大部分が冷媒
から取り除かれる。この処理により、許容される伝導率と溶解している気体含有
量を有する冷媒が得られ、一方、ここで汚染された酸化剤流は、図示されていな
い水回収装置に送られる。図示されていない水回収装置は、凝縮熱交換器または
その他の排出された酸化剤流から水を回収するための適切な手段を含むことがで
きる。図示されていないアノード電極排気燃焼装置から凝縮した水が、凝縮調整
弁２３５の作用によって冷媒導管２６０に、選択的に追加される。

【００５２】脱気装置２４５は、液体の流れと気体の流れの間で物質を移動させることがで
きるどのような既知の物質移動装置を使用してもよい。そのような物質移動装置
には、充填床、加湿薄膜（ｗｅｔｔｅｄｆｉｌｍｓ）、噴霧塔などがある。

【００５３】あるいは、図５ａにさらに例示されるように、バランス量の酸化剤を図示され
ていない水回収装置に直接供給しながら、酸化剤制御弁２６５は、酸化剤の一部
だけを、通常、酸化剤流の約３〜７％を、脱気部分２５１に供給するように配置
することもできる。酸化剤流の約３〜７％が、一般に、冷媒中に溶解する気体の
濃度を許容される濃度まで低下させるのに十分であるが、冷媒の中へ燃料が過度
に漏出する場合、必要とされる酸化剤流は、対応してより多くなることもあり得
る。

【００５４】図５ａに示される水処理装置２００には、さらに、他の冷媒浄化装置が例示さ
れる。脱塩装置２４０には、精製された冷媒中に懸濁しかつ溶解している固形物
を低減するために、冷媒調整弁２５６の作用に従って、調整導管２６２を通って
、精製された冷媒の一部が供給される。脱塩装置２４０を脱気装置２４５の下流
に配置することにより、水処理装置２００は、さらに、脱塩装置２４０にかかる
負荷を低減することができると同時に、対応して、脱塩装置２４０の寿命を延ば
すことができる。脱塩装置２４０が適切に機能するのに適当な温度、約１４０°
Ｆ（約６０℃）以下の、循環する冷媒を提供するために、冷媒熱交換器２３９が
、脱塩装置２４０の上流に配置される。上に説明したように、懸濁しかつ溶解し
ている固形物が、脱塩装置２４０によって、冷媒の流れから取り除かれる。

【００５５】燃料電池装置１１で生成する熱と、環境に放出される熱との間のバランスを維
持するように、図５ａに示される調整弁が制御されることは、容易に明らかにな
るであろう。燃料電池装置１１と水処理装置２００が効率的に作動するように、
水処理装置２００内のさまざまな位置における冷媒の流量と温度が、制御される
。

【００５６】図５ａの好ましい実施態様の主要な態様は、燃料電池装置１１または脱塩装置
２４０に供給される前に必ず、循環する冷媒の全てが、脱気処理を受けることで
ある。この構成によって、溶解しているどのような気体も冷媒の流れから確実に
取り除かれるようになり、それによって、燃料電池の作動と寿命が向上すること
になるばかりでなく、脱塩装置２４０によって濾過する必要のある汚染物が低減
することによって、脱塩装置２４０は、より長い使用期間を享受することになる
。

【００５７】図５ａの水処理装置は、燃料電池装置１１の冷媒の流れ内のアンモニア、二酸
化炭素、水素の量を、大幅に低下させる。その結果として、本発明の主要な態様
によれば、燃料電池装置１１内のこれらの気体の蓄積を低減することができるば
かりでなく、脱塩装置２４０の保守と保守の間の期間を延長することができる。

【００５８】図５ｂには、本発明の別の実施態様による水処理装置２５０が例示される。水
処理装置２５０の作動は、図５ａの水処理装置２００に関連して説明したものと
全く同じである。循環し、汚染される冷媒が、燃料電池装置１１のカソード電極
の流れの場のプレート１７の排気から脱気装置２４５に供給される供給酸化剤と
相互作用するように、冷媒導管２６０によって脱気装置２４５に供給される。精
製された冷媒は、次に、燃料電池装置１１の冷媒流路２１に戻される。

【００５９】あるいは、図５ｂにさらに例示されるように、バランス量の酸化剤を図示され
ていない水回収装置に直接供給しながら、酸化剤制御弁２６５は、酸化剤の一部
だけを、通常、酸化剤流の約３〜７％を、脱気部分２５１に供給するように配置
することもできる。酸化剤流の約３〜７％が、一般に、冷媒中に溶解する気体の
濃度を許容される濃度まで低下させるのに十分であるが、冷媒の中へ燃料が過度
に漏出する場合、必要とされる酸化剤流は、対応してより多くなることもあり得
る。

【００６０】作動中は、水処理装置２５０では、循環する冷媒の全てが、脱気装置２４５に
より精製された後にのみ、循環する冷媒は、脱塩装置２４０を通過する。図５ｂ
から理解されるように、精製された冷媒の一部を冷媒貯蔵槽２４９から脱塩装置
２４０を通して選択的に供給し、それによって、懸濁しかつ溶解している固形物
を冷媒の流れから取り除くように、調整弁２５６が制御される。脱塩装置２４０
を脱気装置２４５の下流に配置することにより、水処理装置２５０は、さらに、
脱塩装置２４０にかかる負荷を低減することができると同時に、対応して、脱塩
装置２４０の寿命を延ばすことができる。

【００６１】図５ａの水処理装置２００とは対照的に、脱塩装置２４０の出力は、脱気装置
２４５の上流にある冷媒流路２６０に沿った位置の代わりに、燃料電池装置１１
の冷媒流路２１に、供給される。

【００６２】さらに、従来技術の構成とは対照的に、図４ａ〜図５ｂでは、単一の冷媒ポン
プ３７／２３７のみが使用されていることに、留意する必要がある。このように
、単一の冷媒ポンプによって、冷媒処理装置の複雑さと作動費用の両方が低減す
る。

【００６３】冷媒流路が形成されたアノード電極とカソード電極の流れの場のプレートを説
明したが、本発明はこれらに限定されないことは、より広い本発明の態様から逸
脱することなく、冷媒流路が、アノード電極またはカソード電極のいずれかに形
成され得ることから、容易に明らかになるであろう。

【００６４】本発明は、好ましい実施態様について説明してきたが、本発明の実質的な範囲
から逸脱することなく、さまざまな自明の変更を行い得るとともに、本発明の構
成要素を、等価物に置換し得ることは、当業者には理解されるであろう。従って
、本発明は、開示された特定の実施態様に限定するものでなく、本発明は、特許
請求の範囲の中に含まれる全ての実施態様を含むものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様による、直列に配置された２つのＰＥＭ型燃料電池を通し
て取った断面図。

【図２】図１の線Aに沿った断面として取った、燃料電池のアノード電極側の簡略平面
図。

【図３】図１の線Ｃに沿った断面として取った、燃料電池のカソード電極側の簡略平面
図。

【図４ａ】本発明の一実施態様による水処理装置の簡略模式図。

【図４ｂ】本発明の別の実施態様による水処理装置の簡略模式図。

【図５ａ】本発明の好ましい実施態様による水処理装置の簡略模式図。

【図５ｂ】本発明の別の実施態様による水処理装置の簡略模式図。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年２月２８日（２００１．２．２８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに電気的に接続された複数の電気化学的燃料電池装置を備
えた燃料電池スタック用の水処理装置であって、前記燃料電池装置は、それぞれ
、電解質、アノード電極、カソード電極を備え、このアノード電極とカソード電
極のそれぞれは、アノード電極とカソード電極の流れの場のプレートを保持する
ように形成され、燃料と酸化剤が、これらのプレートを通って、前記アノード電
極と前記カソード電極をそれぞれ循環し、前記アノード電極とカソード電極の流
れの場のプレートの１つは、供給冷媒が循環する冷媒入口と冷媒出口のマニホー
ルドを有する冷媒流路を、保持するように形成され、前記水処理装置は、循環する冷媒を前記燃料電池スタックから排出する冷媒導管と、前記燃料電池スタックに前記酸化剤を供給する酸化剤供給装置と、前記循環する冷媒と前記酸化剤を受け取り、次にこれらを互いに相互作用さ
せ、それによって、前記循環する冷媒から汚染物を除去するとともに前記酸化剤
を加湿することで、前記循環する冷媒と前記酸化剤の両方を処理する脱気装置と
、を備え、前記脱気装置は、前記燃料電池スタックに、処理された冷媒と処理された酸
化剤を供給することを特徴とする水処理装置。
【請求項２】前記脱気装置は、さらに、前記酸化剤が前記燃料電池スタックに供給される前に、前記酸化剤供給装置
から前記酸化剤を受け取る酸化剤入口と、前記循環する冷媒と前記酸化剤とが供給される脱気部分と、前記処理された冷媒を集める貯蔵槽部分と、を備え、前記脱気部分によって、前記循環する冷媒と前記酸化剤との間の相互
作用が可能になり、それによって、前記酸化剤を加湿しながら、前記循環する冷
媒から溶解している気体を取り除くことで、前記循環する冷媒を処理することを
特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】前記冷媒は水を含み、前記溶解している気体は、アンモニア、二酸化炭素、水素の気体のうち少な
くとも１つを含むことを特徴とする請求項２記載の水処理装置。
【請求項４】前記脱気装置は、さらに、前記貯蔵槽部分から前記燃料電池スタックに前記処理された冷媒を供給する
冷媒出口導管と、前記燃料電池スタックに加湿された酸化剤を供給する酸化剤出口導管と、を備えることを特徴とする請求項２記載の水処理装置。
【請求項５】前記冷媒導管に沿って前記脱気装置の上流に配置され、前記循
環する冷媒から熱を取り除く冷媒熱交換器と、前記冷媒導管に沿って前記脱気装置の上流に配置され、前記循環する冷媒の
所定量を精製する脱塩装置と、前記冷媒導管に沿って前記脱気装置の上流に配置され、前記脱気部分に前記
循環する冷媒を供給する冷媒ポンプとを、さらに備えることを特徴とする請求項
４記載の水処理装置。
【請求項６】前記冷媒導管に沿って前記脱気装置の上流に配置され、前記循
環する冷媒から熱を取り除く冷媒熱交換器と、前記冷媒出口導管に沿って前記脱気装置の下流に配置され、前記循環する冷
媒の所定量を精製する脱塩装置と、前記冷媒導管に沿って前記脱気装置の上流に配置され、前記脱気部分に前記
循環する冷媒を供給する冷媒ポンプとを、さらに備えることを特徴とする請求項
４記載の水処理装置。
【請求項７】前記冷媒熱交換器は、送風機を備え、前記酸化剤供給装置は、空気酸化剤を供給するポンプを備えることを特徴と
する請求項６記載の水処理装置。
【請求項８】互いに電気的に接続された複数の電気化学的燃料電池装置を備
えた燃料電池スタック用の水処理装置であって、前記燃料電池装置は、それぞれ
、電解質、アノード電極、カソード電極を備え、このアノード電極とカソード電
極のそれぞれは、アノード電極とカソード電極の流れの場のプレートを保持する
ように形成され、燃料と酸化剤の流れが、これらのプレートを通って、前記アノ
ード電極と前記カソード電極をそれぞれ循環し、前記アノード電極とカソード電
極の流れの場のプレートの１つは、冷媒の流れが循環する冷媒入口と冷媒出口の
マニホールドを有する冷媒流路を、保持するように形成され、前記水処理装置は
、循環する冷媒を前記燃料電池スタックから排出する冷媒導管と、前記燃料電池スタックを循環した後に前記燃料電池スタックから排出される
酸化剤を、前記燃料電池スタックに供給する酸化剤供給装置と、冷媒出口導管と酸化剤出口導管を備えるとともに、前記循環する冷媒と排出
された酸化剤を受け取り、次にこれらを互いに相互作用させ、それによって、前
記循環する冷媒から汚染物を除去することで、前記循環する冷媒を処理する脱気
装置と、を備え、前記脱気装置は、前記燃料電池スタックに、処理された冷媒を供給すること
を特徴とする水処理装置。
【請求項９】前記脱気装置は、さらに、前記燃料電池スタックから前記排出された酸化剤を受け取る排出酸化剤入口
と、前記循環する冷媒と前記排出された酸化剤とが供給される脱気部分と、前記処理された冷媒を集める貯蔵槽部分と、を備え、前記脱気部分によって、前記循環する冷媒と前記排出された酸化剤と
の間の相互作用が可能になり、それによって、前記循環する冷媒から溶解してい
る気体を取り除くことで、前記循環する冷媒を処理することを特徴とする請求項
８記載の水処理装置。
【請求項１０】前記冷媒は水を含み、前記溶解している気体は、アンモニア、二酸化炭素、水素の気体のうち少な
くとも１つを含むことを特徴とする請求項９記載の水処理装置。
【請求項１１】前記冷媒出口導管は、前記貯蔵槽部分から前記燃料電池スタ
ックに前記処理された冷媒を供給し、前記酸化剤出口導管は、前記脱気装置から前記排出された酸化剤を排出する
ことを特徴とする請求項９記載の水処理装置。
【請求項１２】前記水処理装置は、さらに、前記冷媒出口導管から前記処理された冷媒の一部を迂回させる調整導管と、前記冷媒導管に沿って前記脱気装置の上流に配置され、前記循環する冷媒か
ら熱を取り除く冷媒熱交換器と、前記調整導管に沿って前記脱気装置の下流で前記燃料電池スタックの上流に
配置され、前記処理された冷媒の所定量を精製する脱塩装置と、前記冷媒導管に沿って前記脱気装置の上流に配置され、前記脱気部分に前記
循環する冷媒を供給する冷媒ポンプと、を備えることを特徴とする請求項１１記載の水処理装置。
【請求項１３】前記水処理装置は、さらに、前記冷媒導管に沿って前記脱気装置の上流に配置され、前記循環する冷媒か
ら熱を取り除く冷媒熱交換器と、前記冷媒出口導管に沿って前記脱気装置の下流に配置され、前記循環する冷
媒の所定量を精製する脱塩装置と、前記冷媒導管に沿って前記脱気装置の上流に配置され、前記脱気部分に前記
循環する冷媒を供給する冷媒ポンプと、を備え、前記燃料電池スタックに供給される前に、精製された所定量の冷媒は、前記
処理された冷媒と混合されることを特徴とする請求項１１記載の水処理装置。
【請求項１４】前記冷媒熱交換器は、送風機を備え、前記酸化剤供給装置は、空気酸化剤を供給するポンプを備えることを特徴と
する請求項１３記載の水処理装置。
【請求項１５】互いに電気的に接続された複数の電気化学的燃料電池装置を
備えた燃料電池スタック用の水処理方法であって、前記燃料電池装置は、それぞ
れ、電解質、アノード電極、カソード電極を備え、このアノード電極とカソード
電極のそれぞれは、アノード電極とカソード電極の流れの場のプレートを保持す
るように形成され、燃料と酸化剤の流れが、これらのプレートを通って、前記ア
ノード電極と前記カソード電極をそれぞれ循環し、前記アノード電極とカソード
電極の流れの場のプレートの１つは、冷媒の流れが循環する冷媒入口と冷媒出口
のマニホールドを有する冷媒流路を、保持するように形成され、前記方法は、循環する冷媒を前記燃料電池スタックから排出し、供給酸化剤を供給し、排出された冷媒と前記供給酸化剤を脱気装置に供給し、前記排出された冷媒から汚染物を取り除くように、前記脱気装置を作動させ
る、ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】前記供給酸化剤が前記燃料電池スタックに供給される前に、
前記供給酸化剤を前記脱気装置に供給し、前記供給酸化剤と前記排出された冷媒を前記脱気装置の脱気部分に供給し、
それによって、前記供給酸化剤を加湿しながら、前記排出された冷媒から溶解し
ている気体を取り除くことで、前記排出された冷媒を処理し、前記排出された冷媒を精製するために、前記脱気装置の上流に脱塩装置を配
置する、ことをさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】前記供給酸化剤が前記燃料電池スタックに供給される前に、
前記供給酸化剤を前記脱気装置に供給し、前記供給酸化剤と前記排出された冷媒を前記脱気装置の脱気部分に供給し、
それによって、前記供給酸化剤を加湿しながら、前記排出された冷媒から溶解し
ている気体を取り除くことで、前記排出された冷媒を処理し、処理された冷媒を精製するために、前記脱気装置の下流に脱塩装置を配置す
る、ことをさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１８】前記燃料電池スタックから酸化剤を排出し、排出された酸化剤を前記脱気装置に供給し、前記排出された酸化剤と前記排出された冷媒を前記脱気装置の脱気部分に供
給し、それによって、前記排出された酸化剤を排出しながら、前記排出された冷
媒から溶解している気体を取り除くことで、前記排出された冷媒を処理し、処理された冷媒の所定量を精製するために、前記脱気装置の下流で前記燃料
電池スタックの上流に脱塩装置を配置する、ことをさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１９】前記燃料電池スタックから酸化剤を排出し、排出された酸化剤を前記脱気装置に供給し、前記排出された酸化剤と前記排出された冷媒を前記脱気装置の脱気部分に供
給し、それによって、前記排出された酸化剤を排出しながら、前記排出された冷
媒から溶解している気体を取り除くことで、前記排出された冷媒を処理し、処理された冷媒の所定量を精製するために、前記脱気装置の下流に脱塩装置
を配置する、ことをさらに含み、前記燃料電池スタックに供給される前に、精製された所定量の冷媒は、前記
処理された冷媒と混合されることを特徴とする請求項１５記載の方法。