JP2004503073A

JP2004503073A - 陽子交換薄膜燃料電池の陽極側における水の回収

Info

Publication number: JP2004503073A
Application number: JP2002511411A
Authority: JP
Inventors: フランク、デイビッド; チェン、シェソン
Original assignee: ハイドロジェニクス　コーポレイション
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2004-01-29
Also published as: AU2001268867B2; WO2001097311A2; EP1328989A2; MXPA02012342A; CA2315134A1; KR20030026934A; AU6886701A; CN1447993A; US6541141B1; WO2001097311A3

Abstract

燃料電池は陽子交換薄膜を有する。公知の態様で、この燃料電池は、酸化体流用及び一般的に水素である燃料ガス流用の吸入口及び排出口を有する。加湿の問題に対処するために、本発明は、陽極吸入口と陽極排出口との間に接続されたポンプを有する再循環導管を設ける。再循環導管内には、陽極から出る燃料ガスから水を分離するための水分分離器が設けられる。再循環導管には、燃料供給用の主燃料吸入口が接続される。パージサイクル及び他のオプションの提供を可能にするための分岐導管を設けてもよい。

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、電気化学燃料電池に関する。詳細には、本発明は、水素を燃料として用い、酸化体を受けとって水素を電気及び熱に変換すると共に、陽子交換薄膜を電解質として用いる電気化学燃料電池に関する。
【０００２】
発明の背景
一般的に、燃料電池（セル）は、化学反応エネルギーを電気に変換する装置である。燃料及び酸化体が供給される限り燃料電池が発電可能なバッテリーとは異なる。
【０００３】
燃料電池は、燃料及び酸化体を２つの適切な電極及び電解質と接触させることによって起電力を生じる。例えば水素ガス等の燃料は第１の電極に導入され、電解質及び触媒の存在下で電気化学的に反応し、第１の電極において電子及びカチオンを生じる。電子は、第１の電極から電極間に接続された電気回路を通って第２の電極へと循環する。カチオンは電解質を通過して第２の電極へと至る。同時に、一般的には空気、酸素を豊富に含む空気、又は酸素である酸化体が第２の電極に導入され、酸化体は電解質及び触媒の存在下で電気化学的に反応してアニオンを生じると共に、電気回路を通って循環する電子を消費し、第２の電極においてカチオンが消費される。第２の電極又は陰極で形成されるアニオンは、カチオンと反応して反応生成物を形成する。第１の電極又は陽極は、燃料又は酸化電極と呼ばれてもよく、第２の電極は、酸化体又は還元電極と呼ばれてもよい。２つの電極における半電池反応は、それぞれ次の通りである。
Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
１／２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ
外部の電気回路は電流を引き込み、このようにして電池から電力を受け取る。燃料電池の反応の全体によって、上述した個別の半電池反応の合計である電気エネルギーが生じる。水及び熱は、この反応の典型的な副生成物である。
【０００４】
実用では、燃料電池は単体では作動されない。むしろ、燃料電池は、積み重ねられ又は横に並べられ、一続きに接続される。燃料電池スタックと呼ばれる一続きの燃料電池は、通常、ハウジングで包まれている。燃料及び酸化体はマニホールドを介して電極へと送られ、その間、反応物質又は冷却媒体によって冷却される。スタック内には、集電器と、電池どうしのシールと、絶縁物とがあり、必要な配管及び計器装備は燃料電池スタックの外部に設けられている。スタック、ハウジング及び関連づけられたハードウェアで、燃料電池モジュールが構成される。
【０００５】
燃料電池は、液体又は固体の電解質のタイプによって分類され得る。本発明は、主に、陽子交換薄膜（ＰＥＭ）等といった固体電解質を用いる燃料電池に関する。入手可能な薄膜は乾燥状態では効率的に動作しないので、ＰＥＭは水で湿った状態に保たれなければならない。従って、燃料電池の動作中、一般的に、通常は水素及び空気である反応ガスに水を加えることにより、薄膜が常に加湿される必要がある。
【０００６】
固体ポリマー燃料電池で用いられる陽子交換薄膜は、電解質として作用すると共に、反応ガスの混合防止のためのバリヤとしても作用する。適切な薄膜の例としては、フッ化カーボン鎖の基本単位及びスルホン酸類の基を含有するペルフルオロカーボンのコポリマー材料が挙げられる。この薄膜の分子構造は様々であってよい。燃料電池が完全な水和状態、実質的に水で飽和した状態で動作する場合には、これらの薄膜を用いて優れた性能が得られる。従って、薄膜は連続して加湿されなければならないが、同時に、薄膜を過剰に加湿、即ち、水びたしにすると性能が落ちるので、これはしてはならない。更に、スタックの凍結を防止するために、燃料電池スタックの温度は凍結温度より高く保たれなければならない。
【０００７】
冷却、加湿及び加圧が必要なことは、燃料電池のコスト及び複雑さを増加させ、多くの用途における代替エネルギー源としての燃料電池の商業的な魅力が低下する。従って、燃料電池研究の進歩により、燃料電池が、反応物質によるコンディショニングなしで、吸気型の大気条件下で、有用な電力出力を維持しつつ動作できるようになる。
【０００８】
燃料電池の現在の発達状態は、簡略化された吸気型大気設計に益々焦点があてられているのだが、更に複雑な設計を要する零下の温度における動作には、適切に対処していない。例えば、熱交換器及び断熱材が必要となり、起動、停止、及び反応物質用の加湿器のための制御プロトコルも更に必要となる。
【０００９】
固体ポリマー陽子交換薄膜（ＰＥＭ）を用いる場合には、薄膜は一般的に、多孔質の導電性材料で形成された２つの電極間に設けられる。これらの電極には、一般的に、ポリテトラフルオロエチレン等の疎水性ポリマーが含浸又は塗布されている。各薄膜／電極界面には、望ましい電気化学反応を促進するための触媒が設けられ、一般的には細かく分割された触媒が用いられる。この薄膜電極アセンブリは２つの導電性プレートの間に取り付けられ、各導電性プレートの内部には少なくとも１つの流路が形成されている。この流体の流れる燃料プレートは、一般的にグラファイトで形成される。この流路によって、燃料及び酸化体は、個々の電極、即ち、燃料側の陽極及び酸化体側の陰極に送られる。電極間で電子を伝える経路を設けるために、電極は電気回路内に電気的に接続されている。従来の方法で、電気回路内に電気的な切替装置等を設けることができる。このような燃料電池に一般的に用いられる燃料は、水素、又は他の燃料から生成された水素を豊富に含む改質ガソリン（リフォーメート）である（「改質ガソリン」とは、炭化水素燃料を水素及び他の気体から成る気体燃料に改質することによって誘導された燃料である）。陰極側の酸化体は、様々な供給源から供給できる。幾つかの用途では、流路等のサイズを小さくしてより小型の燃料電池を作るために、純粋な酸素を供給することが望ましい。しかし、酸化体としては、容易に入手可能であり分離型又はボンベ入りガス供給を必要としない、空気を供給するのが一般的である。更に、例えば据え置き型の用途等の、空間的な制約が問題とならない場合には、大気圧の空気を供給するのが都合がよい。このような場合には、単に、酸化体としての空気を流すための、燃料電池スタックを通るチャネルを設けるのが一般的であり、それにより、燃料電池アセンブリの全体的な構造が大いに簡略化される。酸化体用の回路を別に設ける代わりに、単純に１つの通気口と、場合によっては空気の流れを高めるためのファン等を設けるように、燃料電池スタックを構成することも可能である。
【００１０】
燃料電池の加湿が特に問題及び課題を課す様々な用途がある。例えば、自動車内で燃料電池を作動させるということは、通常、流入する酸化体及び燃料の流れを加湿するための容易に入手可能な給水が存在しないことを意味する。この目的のために車輌に水を供給しなければならず、車輌の周囲で水の余計な重量を運ばなければならないことは、通常は望ましくない。一方、据え置き型の用途では、加湿用の給水を設けることは、通常は全く可能である。
【００１１】
しかし、加湿が簡単ではない据え置き型の用途も幾つかある。例えば、水を容易に入手できないような場所にある遠隔の感知設備への電力供給に、燃料電池がしばしば用いられる。更に、このような燃料電池の遠隔使用は、極端な気候条件の場所で生じることが多い。このように、南極地帯等にある科学的な設備に対する供給に、燃料電池スタックを用いることが知られている。給水の凍結防止の問題があるので、加湿用の給水を別個に設けることは単純に現実的ではない。更に、酸化体として用いられる周囲の空気が過度に乾燥しているので、より穏やかな温度で比較的湿った空気を用いる場合よりも、加湿は重要である。なお、同様の極端な条件は、砂漠地帯等でもみられる。
【００１２】
発明の概要
従って、燃料電池は、本質的に、過剰な水分又は水を排出物として生成するので、本発明は、この水を再循環させて燃料電池に流入する流れを加湿するために使用できるという認識に基づく。
【００１３】
詳細には、本発明の発明者は、酸化体及び／又は燃料流の加湿のために別個の水源を設けなくてはならないことを回避するために、燃料電池又は燃料電池スタックからの排出又は流出流から、水を回収することが好ましいことに気づいた。
【００１４】
また、極端な気候条件では、排出される燃料及び／又は酸化体流の湿度が特定のレベルより低いことが望ましく、状況によっては必須であることも認識した。例えば、非常に寒冷な条件では、排気流がかなりの水分レベルを含む場合、この水分が直ちに凍結することがある。実際問題として、これにより、もや、霧、細かい水滴、又は氷の粒が形成され、装置の外側に蓄積する傾向がある。なお、科学的な装置への長期にわたる電力供給を意図する据え置き型の場合には、このような可能性は非常に望ましくなく、通気口が塞がれたり、氷の蓄積によって望ましくない負荷がかかる等の問題が生じ得る。これらの理由から、排気流が含む水分レベルを低減することが望ましい。
【００１５】
本発明の１つの態様によれば、燃料ガス用の陽極吸入口及び陽極排出口のそれぞれを有する陽極と、酸化体ガス用の陰極吸入口及び陰極排出口のそれぞれを有する陰極と、前記陽極と前記陰極との間の電解質と、第１及び第２の乾燥器と、使用において、前記第１の乾燥器が前記陰極吸入口及び前記陰極排出口の一方に接続されると共に前記第２の乾燥器が前記陰極吸入口及び前記陰極排出口の他方に接続されるよう、前記第１及び第２の乾燥器を前記陰極吸入口及び前記陰極排出口に接続する弁手段と、を有し、前記乾燥器の接続が前記陰極吸入口と前記陰極排出口との間で周期的に切替可能であり、それによって前記一方の乾燥器が流出する酸化体流から水分を回収すると共に前記他方の乾燥器が流入する酸化体流を加湿する燃料電池が提供される。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、陽極と、燃料用の陽極吸入口と、陽極排出口と、陰極と、酸化体用の陰極吸入口と、陰極排出口と、前記陽極と前記陰極との間の電解質と、水素供給用の第１の水素吸入口とを有する燃料電池の燃料流から水分を回収する方法において、（ｉ）前記陽極吸入口と前記陽極排出口との間に再循環導管を設けて再循環回路を構成すると共に、該再循環回路に接続された前記第１の水素吸入口を設ける工程と、（ｉｉ）前記再循環回路及び前記陽極を通して燃料を循環させる工程と、（ｉｉｉ）前記再循環回路に燃料を連続供給して前記燃料電池で消費された燃料を補う工程と、（ｉｖ）水分分離器を通して前記再循環導管内の流れを通過させて前記燃料電池内で生じた水を分離する工程と、を有する、燃料電池の燃料流から水分を回収する方法が提供される。
【００１７】
次に、本発明のより良好な理解と、本発明がどのように実施され得るかをより明確に示すために、本発明の好ましい実施形態を示す添付の図面を例として参照する。
【００１８】
好ましい実施形態の詳細説明
図１及び図２は、燃料電池又は燃料電池スタックの陰極側から水分を回収する装置の実施形態を示している。この発明は、本発明と同時に出願された、「陽子交換薄膜燃料電池の主に陰極側における水の回収（”ＷａｔｅｒＲｅｃｏｖｅｒｙ，ｐｒｉｍａｒｉｌｙｉｎｔｈｅＣａｔｈｏｄｅＳｉｄｅ，ｏｆａＰｒｏｔｏｎＥｘｃｈａｎｇｅＭｅｍｂｒａｎｅＦｕｅｌＣｅｌｌ”）」という名称の同時係属出願で特許請求されているものである。
【００１９】
まず図１を参照すると、本装置の第１実施形態が全体を参照番号１０で示されている。装置１０は燃料電池スタック１２を有するが、燃料電池スタック１２は単一の燃料電池のみで構成されてもよいことを認識されたい。公知の態様で、燃料電池スタックは燃料用及び酸化体用の吸入口及び排出口を有する。図１では、酸化体用の吸入口１４及び排出口１６のみが示されている。通常は、酸化体は空気であるが、特定の用途では純粋な酸素であり得る。
【００２０】
第１の又は吸入側三方向弁１８は、ポンプ２０によって吸入口１４に接続された共通ポートを有する。これと対応して、排出口１６は、第２の又は排出側三方向弁２２の共通ポートに接続されている。ポンプ２０及び排出口１６は、第１の三方向弁１８及び第２の三方向弁２２のそれぞれの共通ポートに接続されている。
【００２１】
第１の乾燥器２４及び第２の乾燥器２６が設けられていて、個々に外部ポート２５、２７を有する。
【００２２】
乾燥器２４、２６は、第１の吸入口ダクト２８及び第２の吸入口ダクト２９によって、第１の三方向弁１８の第１及び第２分岐ポートにも接続されている。第１の排出口ダクト３０及び第２の排出口ダクト３１は、第２の三方向弁２２の第１及び第２分岐ポートを、乾燥機２４、２６のそれぞれに同様に接続している。
【００２３】
三方向弁１８、２２は、以下に詳述する態様で共に動作するように、同時に操作される。一般的に、これにより、ポンプ２０を通る吸気流が乾燥器２４、２６の一方を通過する間に、排出口１６からの排気流が乾燥器２４、２６の他方を通ることが確実になる。
【００２４】
詳細には、第１の動作モードでは、第１の三方向弁１８は、その第１分岐ポートを第１の乾燥器２４に接続するように切り替えられる。その結果、ポンプが周囲の空気を外部ポート２５を通して乾燥器２４へと引き込む。乾燥器２４には、実際上、前回のサイクルから水分がチャージ（補給）されているので、流入した空気は乾燥器２４を通過する間に水分を帯びて加湿される。次に、加湿された空気は弁１８の第１分岐ポートを通過してポンプ２０を通り、スタックの酸化体吸入口１４に至る。同時に、第２の三方向弁２２は、その共通ポートを第２分岐ポートに接続するように切り替えられ、第２の乾燥器２６へと通じる。その結果、酸化体排出口１６から排出された温かく湿った空気が第２の乾燥器２６を通過する。これによって空気が乾燥及び除湿されると同時に、第２の乾燥器２６に水分がチャージされる。
【００２５】
乾燥器２４、２６の処理能力によって決定される所定時間の後、三方向弁１８、２２は切り替えられる。従って、次のサイクル又は第２のモードでは、流入する空気は第２の乾燥器２６を通過して水分を帯びる。同時に、前回のサイクルで保持していた水分を渡した第１の乾燥器２４を、排出口１６から流出する湿った空気が通過し、第１の乾燥器２４に水分が再チャージされる。
【００２６】
乾燥器２４、２６の処理能力に従って、これらのサイクルが交互に行われ、２つの主要な効果を生じる。まず、流入する空気流が確実に適度な一定レベルに加湿される。それに対応して排気流が除湿される。これは、寒冷な気候においては特に好ましい。これにより、乾燥器の外部ポート２５、２７から排出された空気中の水分が直ちに霜や氷を形成して、時間の経過とともに蓄積し、場合によっては装置のポートを塞ぐようなことにならないことが、確実になる。
【００２７】
図２を参照すると、本装置の第２実施形態が示されている。この第２実施形態では、構成要素の多くは第１実施形態と同様であるので、簡潔にするためにこれらの構成要素の説明は繰り返さない。これらの構成要素には同一の参照番号を付与し、これらは第１実施形態と同様に機能することを理解されたい。
【００２８】
この第２実施形態における唯一の追加要素は、水分分離器３２を設けたことである。水分分離器３２は、酸化体排出口１６と第２の三方向弁２２との間の排気流の途中に設けられている。この効果は、各乾燥器２４、２６の乾燥時間を延長することである。分離器３２は、公知の技術を用いて水滴等を分離する。この回収された水を、別に、燃料電池スタックに向かって流入する酸化体及び／又は燃料の流れの加湿に用いることができる。
【００２９】
上述したように、別の長所は、乾燥器にかかる水分の負荷が低減されることにより、より長いサイクルの使用が可能となることである。
【００３０】
次に、図３、図４及び図５を参照すると、燃料電池スタック内の燃料流の乾燥を行う装置の３つの個別の実施形態が示されている。具体的には、この技術は、特に水素から成る燃料流を意図したものであるが、当業者には、この技術を他の広範囲の燃料に適用できることが認識されよう。他の燃料の例としては、水素を豊富に含む改質ガソリン燃料、即ち、炭化水素燃料を改質して水素を豊富に含む混合ガスを生成することによって生成された燃料が挙げられる。
【００３１】
図３を参照すると、陽極流を乾燥する装置の第１実施形態が、全体を参照番号４０で示されている。装置４０は、全体を４２で示される燃料電池スタックを有し、スタックの陰極に対応して燃料吸入口４４及び燃料排出口４６が設けられている。主水素又は燃料吸入口４８が、スタックの燃料吸入口４４のすぐ上流に配設されている。
【００３２】
排出口４６は、水分分離器５０と、その先のＴ型コネクタ５２とに接続されている。Ｔ型コネクタ５２の分岐の一方は、ポンプ５４を通って燃料吸入口４４に戻るように接続されている。
【００３３】
Ｔ型コネクタ５２の分岐の他方は、閉止弁５６を通り、更に乾燥器５８を通って、通気口６０に接続されている。
【００３４】
通常動作モードでは閉止弁５６は閉じていて、ポンプ５４が作動されると水素はスタック４２を通って循環する。
【００３５】
公知のように、燃料電池によくある問題は、窒素が陰極側から陽極側へと薄膜を横断して拡散する傾向があり、その結果、ある時間が経つと、窒素がスタックの陽極又は水素側に蓄積しがちなことである。更に、薄膜上の蓄積及び水分の問題も生じ得る。
【００３６】
これらの２つの理由により、周期的に、例えば５分毎に陽極側をパージしてもよい。この目的で、閉止弁５６を短時間、例えば５秒間開放し、乾燥器５８を通って通気口６０へとガスを通気させる。一般的に、陽極側は僅かに正圧で作動される。弁５６を開くと、圧力パルスがスタックを通過し、これによって、水を電極及びガス拡散媒体の微細孔から“飛び出させる”効果を持つことが可能である。いずれにしても、正確な機構がいかなるものであれ、急激且つシャープなパージサイクルは、蓄積及び望ましくないガスに加えて、過剰な水分の排出を促進する傾向があることがわかった。
【００３７】
５秒間のパージサイクルが終わると、弁５６は再び閉じられる。
【００３８】
乾燥器５８は、通気口６０を通って排出されるガスの湿度を確実に低レベルにする働きをする。これは、ある状況においては望ましいことがあり得る。特に、寒冷な気候では、これにより、水分の問題及び排出されたガスが霜及び氷の粒子を形成して装置の上や周囲に蓄積する傾向が確実になくなる。
【００３９】
乾燥器５８を適切な間隔で、例えば、水素がボンベから供給される場合には水素を供給する燃料を交換する際に、交換してもよい。或いは、流入する燃料が乾燥器５８を通過して、そこに溜まっている水分を帯びるような、変形構成を設けることも可能であろう。
【００４０】
図４及び図５では、図３と共通の構成要素には同一参照番号が付与されている。上述した理由により、簡潔にするためにこれらの構成要素の説明は繰り返さない。
【００４１】
このように、図４では、分離器５０とＴ型コネクタ５２との間に乾燥器６２が設けられている。先の実施形態のように、Ｔ型コネクタ５２の直上には閉止弁５６が設けられているが、ここでは通気口６０に直接接続されている。
【００４２】
図４は、使用の際には、実効上、燃料電池スタック４２の陽極側内の所望の湿度レベルを保つように機能する。従って、分離器５０で過剰な水分を分離できるが、乾燥器６２は、湿度を所望のレベルに保つよう実質的に飽和状態で動作することが期待される。
【００４３】
図４でも、閉止弁５６を周期的に、例えば５分毎に、例えば５秒間のパージサイクルで開放してもよい。これによって、スタックの陽極側での窒素の蓄積が防止される。パージサイクルによって燃料電池から水分が除去される程度まで、この水分は、水滴の場合には分離器５０によって分離され、又は別様で乾燥器６２によって吸収される。
【００４４】
乾燥器６２が一定の湿度レベルを保つように用いられる範囲では、乾燥機を任意の時に交換する必要はないはずである。しかし、乾燥器６２内に汚染物質が蓄積するかもしれないので、乾燥機を時々交換することが望ましい場合もある。
【００４５】
最後に、図５を参照すると、本発明の陽極の態様の第３実施形態は、図４の全要素を含む。第３実施形態は、更に、第２の水素吸入口７２と、水素制御弁７４と、第２の閉止弁７６とを有する。
【００４６】
通常の使用では、この第３実施形態は、図４の第１実施形態とほぼ同様に機能する。従って、水素は通常、主燃料吸入口４８を通って供給される。ポンプ５４が作動すると、水素は連続して分離器５０を通って循環する。
【００４７】
理論的には、ここでも例えば５分間毎に、閉止弁５６を開放することによって、短いパージサイクル（例えば５秒間）を実行することができる。同時に、第２の閉止弁７６を開放する。これにより、ガスがスタックの陽極側から乾燥器５８を通って通気口６０へと抜けることが可能となる。
【００４８】
ここで、乾燥器５８に水分が蓄積される場合には、周期的に、供給される水素を主燃料吸入口４８から第２の水素吸入口７２へと切り替える。この目的で、主燃料吸入口４８を閉鎖するために弁（図示せず）が閉止される。これと同時に、水素制御弁７４が開放される。第２の閉止弁７６は閉じられたままであり、第１の閉止弁５６は開放される。これにより、第２の水素吸入口７２から乾燥器５８を通ってスタック４２の陽極側に向かう水素の供給が可能となる。
【００４９】
ポンプ５４は上述したように動作する。その結果、水素はスタック及び水分分離器５０を通って循環する。水素が消費されると、吸入口７２から新たな水素が供給され、この水素は乾燥器５８で加湿され、それによって乾燥器５８から水分が除去されると共に、乾燥器が再チャージされる。
【００５０】
適切な時間の後、水素制御弁７４が閉じられ、主水素又は燃料吸入口４８からの水素の供給が再開される。このとき、乾燥器５８は乾燥又は再チャージ状態にあり、パージサイクル中にガスからの水分を回収する準備ができている。
【００５１】
図４の実施形態と比較すると、この実施形態の長所は、水分を回収し、流入する水素に湿度を与えるために、その水分を用いることである。同時に、乾燥器の再チャージを行うために乾燥器を交換する必要がない。
【００５２】
本発明を、陰極側の加湿及び陽極側の加湿の両方との関係において説明したが、本発明は、主に陽極側の加湿に関するものである。
【００５３】
加湿を陽極側のみで行う場合には、使用においては、薄膜を通る陽子の移動により、水が主に陰極側で生成されることを認識されたい。この理由により、陰極側から水を回収するのが最適であり得る。しかし、動作条件によっては、陽極側にかなりの水分が生成される又は生じることがある。例えば、酸化体側が、陽極又は燃料側よりもかなり高い圧力に保たれる場合には、反応中に生成される水が薄膜を通って逆流し、かなりの量の水が陽極側に出現すると共に、排出された陽極燃料流がかなり加湿される。このような場合には、排出燃料流中の水分を回収又は制御することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
燃料電池スタックの陰極側の水を回収して再循環させる装置の第１実施形態の略図である。
【図２】
燃料電池スタックの陰極側の水を回収して再循環させる装置の第２実施形態を示す図である。
【図３】
燃料電池スタックの陽極側の水を回収して再循環させる装置の第１実施形態を示す図である。
【図４】
燃料電池スタックの陽極側の水を回収して再循環させる装置の第２実施形態を示す図である。
【図５】
燃料電池スタックの陽極側の水を回収して再循環させる装置の第３実施形態を示す図である。

Claims

陽極と、燃料用の陽極吸入口と、陽極排出口と、陰極と、酸化体用の陰極吸入口と、陰極排出口と、前記陽極と前記陰極との間の電解質と、前記陽極吸入口と前記陽極排出口との間に接続されたポンプを有する再循環導管と、前記陽極から出る燃料ガスから水を分離するための、前記再循環導管内の前記陽極排出口と前記ポンプとの間に設けられた水分分離器と、燃料供給用の前記再循環導管に接続された第１の燃料吸入口と、を有する燃料電池。
前記再循環導管に接続された分岐導管と、該分岐導管内の乾燥器とを有し、前記分岐導管が通気排出口を有する、請求項１に記載の燃料電池。
前記分岐導管内の前記乾燥器より上流に該乾燥器への燃料ガスの流れを制御するための閉止弁を有し、該閉止弁が、蓄積された望ましくないガスを陽極からパージするためのパージサイクルを使用中に行うよう動作可能である、請求項２に記載の燃料電池。
前記再循環導管内の前記水分分離器より下流に乾燥器を有する、請求項１に記載の燃料電池。
前記乾燥器の下流で前記再循環導管に接続され、且つ、パージサイクルを行うための閉止弁を有する分岐導管を有する、請求項４に記載の燃料電池。
前記分岐導管が前記ポンプより上流で前記再循環導管に接続された、請求項２又は５に記載の燃料電池。
前記乾燥器と前記通気排出口との間で前記分岐導管に接続された第２の燃料吸入口と、前記乾燥器を再活性化すると共に前記乾燥器から水分を回収するために前記乾燥器を通して燃料を逆流させるための、前記分岐導管内の前記第２の燃料吸入口と前記通気排出口との間の第２の閉止弁とを有する、請求項１に記載の燃料電池。
前記第２の燃料吸入口内に、該燃料吸入口を制御するための燃料制御弁を有する、請求項７に記載の燃料電池。
陽極と、燃料用の陽極吸入口と、陽極排出口と、陰極と、酸化体用の陰極吸入口と、陰極排出口と、前記陽極と前記陰極との間の電解質と、燃料供給用の第１の燃料吸入口とを有する燃料電池の燃料流から水分を回収する方法であって、
（ｉ）前記陽極吸入口と前記陽極排出口との間に再循環導管を設けて再循環回路を構成すると共に、該再循環回路に接続された前記第１の燃料吸入口を設ける工程と、
（ｉｉ）前記再循環回路及び前記陽極を通して燃料を循環させる工程と、
（ｉｉｉ）前記再循環回路に燃料を連続供給して前記燃料電池で消費された燃料を補う工程と、
（ｉｖ）水分分離器を通して前記再循環導管内の流れを通過させて前記燃料電池内で生じた水を分離する工程と、
を含む、燃料電池の燃料流から水分を回収する方法。