JP2018517234A - 人工空気を用いた燃料電池作動方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
2 燃料電池装置
3 燃料電池
4、6 圧力スイッチ
5、5′、7、32、42 バルブ
8 冷却板
9 ブリーディング抵抗器
10 カソード
11、11′ カソードガス回路
12 カソード作動ガス流路
13 カソード流域
14 カソード排出ガス流路
15、25 移行ポイント
16、26 水分離器
17、27 再循環ポンプ
18、28 圧力センサ
19、29 温度センサ
20 アノード
21 アノードガス回路
22 アノード作動ガス流路
23 アノード流域
24 アノード排出ガス回路
30′ 空気源
31 酸素流路
33、43、53 減圧器
34 流路(ライン)
35 センサ
40 水素源
41 水素流路
44、52、54 窒素フローパス
51、52、54 不活性ガス流路
55 ストップバルブ
56、57 逆止弁
60 水収集タンク(容器)
61 水ポンプ
63 パイプ
64、65、66 水ドレインバルブ
67、68 レベルスイッチ
Claims (15)
- 酸素及び不活性ガスを含むカソード作動ガス及び水素及び不活性ガスを含むアノード作動ガスを用いて作動させるのにふさわしい燃料電池システム(1)であって、
少なくとも1つの燃料電池(3)を有し、前記燃料電池が、カソード流域(13)を有するカソード(10)及びアノード流域(23)を有するアノード(23)を具備する燃料電池装置(2)、
酸素源(30)、水素源(40)及び不活性ガス源(50)、
前記カソード作動ガスを前記カソード(10)の前記カソード流域(13)の中へ送り込むためのカソード作動ガス流路(12)、前記カソード流域(13)、前記カソード流域からカソード排出ガスを受ける及び前記カソード排出ガスを前記カソード作動ガス流路(12)中へと再循環させるためのカソード排出ガス流路(14)、及び前記カソード排出ガス流路(14)が前記カソード作動ガス流路(12)の中で移行する移行ポイント(15)を具備するカソードガス回路(11)、
前記アノード作動ガスを前記アノード(20)の前記アノード流域(23)の中へ送り込むためのアノード作動ガス流路(22)、前記アノード流域(23)、前記アノード流域(23)からアノード排出ガスを受ける及び前記アノード排出ガスを前記アノード作動ガス流路(22)中へと再循環させるためのアノード排出ガス流路(24)、及び前記アノード排出ガス流路(24)が前記アノード作動ガス流路(22)の中で移行する移行ポイント(25)を具備するアノードガス回路(21)、
前記カソード排出ガス流路(14)の中の前記カソード排出ガスから液体水を分離する手段(16)及び前記アノード排出ガス流路(24)の中の前記アノード排出ガスから液体水を分離する手段(26)、
前記カソードガス回路(11)の中にフローを発生させる手段(17)及び前記アノードガス回路(21)の中にフローを発生させる手段(27)であって、前記手段(17)及び/若しくは前記手段(27)が好ましくはポンプ若しくはジェットノズルであり、
前記カソードガス回路(11)における圧力センサ(18)、前記アノードガス回路(21)における圧力センサ(28)、前記カソードガス回路(11)の中のガスの実際量を測定するための前記カソードガス回路(11)における温度センサ(19)及び付属的に前記アノードガス回路(21)の中のガスの実際量を測定するための前記アノードガス回路(21)における温度センサ(29)、
前記不活性ガス源(50)から前記カソードガス回路(11)における前記移行ポイント(15)若しくは前記移行ポイント(15)のポイント上流へと導く不活性ガス流路(51、52)及び前記不活性ガス源(50)から前記アノードガス回路(21)における前記移行ポイント(25)若しくは前記移行ポイント(25)のポイント上流へと導く不活性ガス流路(51、54)、
前記酸素源(30)から前記カソードガス回路(11)における前記移行ポイント(15)へと導く酸素流路(31)及び前記水素源(40)から前記アノードガス回路(21)における前記移行ポイント(25)へと導く水素流路(41)、
不活性ガスの基準量が前記カソードガス回路(11)及び前記アノードガス回路(21)に到達されるまで不活性ガスを前記カソードガス回路(11)及び前記アノードガス回路(21)に供給する手段、
酸素の基準量が前記カソードガス回路(11)に到達されるまで酸素を前記カソードガス回路(11)に供給する手段、並びに
水素の基準量が前記アノードガス回路(21)に到達されるまで水素を前記アノードガス回路(21)に供給する手段を具備することを特徴とする燃料電池システム。 - 更に、前記カソードガス回路(11)の前記移行ポイント(15)にて前記酸素流路(31)からの酸素若しくは前記不活性ガス流路(51、52)からの不活性ガスのいずれかを送り込むための手段並びに/又は前記アノードガス回路(21)の前記移行ポイント(25)にて前記水素流路(41)からの水素若しくは前記不活性ガス流路(51、54)からの不活性ガスのいずれかを送り込むための手段を具備する請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記不活性ガスを前記カソードガス回路(11)及び前記アノードガス回路(21)に供給する手段が、前記不活性ガス流路(51)における減圧器(53)であり、前記酸素を前記カソードガス回路(11)に供給する手段が、前記酸素流路(31)における減圧器(33)であり、並びに/又は前記水素を前記アノードガス回路(21)に供給する手段が、前記水素流路(41)における減圧器(43)である請求項1又は2に記載の燃料電池システム。
- 更に、液体水を貯蔵するための少なくとも1つの容器(60)を具備し、該容器(60)は、前記液体水を分離する手段(16)及び/又は前記液体水を分離するための手段(26)と、好ましくは水ポンプ(61)を通じて流体連結している請求項1乃至3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 更に、前記カソード排出ガス流路(14)からガスを排出するための手段(5)及び/又は前記アノード排出ガス流路(24)からガスを排出するための手段(7)を具備する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 更に、前記カソードガス回路(11)に真空を発生させるための手段及び/又は前記アノードガス回路(21)に真空を発生させるための手段を具備する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- カソード作動ガスとしての空気並びに水素及び窒素を含むアノード作動ガスを用いて作動させるのにふさわしい燃料電池システム(1)であって、
少なくとも1つの燃料電池(3)を有し、前記燃料電池が、カソード流域(13)を有するカソード(10)及びアノード流域(23)を有するアノード(23)を具備する燃料電池装置(2)、
酸素源(30′)、水素源(40)及び窒素源(50)、
前記カソード作動ガスを前記カソード(10)の前記カソード流域(13)の中へ送り込むためのカソード作動ガス流路(12)、前記カソード流域(13)、及び前記カソード流域からカソード排出ガスを受けるためのカソード排出ガス流路(14)、及び前記カソード排出ガス流路(14)が前記カソード作動ガス流路(12)の中で移行する移行ポイント(15)を具備するカソードガス回路(11′)、
前記アノード作動ガスを前記アノード(20)の前記アノード流域(23)の中へ送り込むためのアノード作動ガス流路(22)、前記アノード流域(23)、前記アノード流域(23)からアノード排出ガスを受ける及び前記アノード排出ガスを前記アノード作動ガス流路(22)中へと再循環させるためのアノード排出ガス流路(24)、及び前記アノード排出ガス流路(24)が前記アノード作動ガス流路(22)の中で移行する移行ポイント(25)を具備するアノードガス回路(21)、
前記アノード排出ガス流路(24)の中の前記アノード排出ガスから液体水を分離する手段(16)、
前記アノードガス回路(21)の中にフローを発生させる手段(27)であって、前記手段(27)が好ましくはポンプ若しくはジェットノズルであり、
前記カソードガス回路(11′)における圧力センサ(18)、前記アノードガス回路(21)における圧力センサ(28)、前記カソードガス回路(11′)の中のガスの実際量を測定するための前記カソードガス回路(11′)における温度センサ(19)及び付属的に前記アノードガス回路(21)の中のガスの実際量を測定するための前記アノードガス回路(21)における温度センサ(29)、
前記窒素源(50)から前記アノードガス回路(21)における前記移行ポイント(25)若しくは前記移行ポイント(25)のポイント上流へと導く窒素フロー路(51、54)、
前記水素源(40)から前記アノードガス回路(21)における前記移行ポイント(25)へと導く水素流路(41)、
窒素の基準量が前記アノードガス回路(21)に到達されるまで窒素を前記アノードガス回路(21)に供給する手段、
水素の基準量が前記アノードガス回路(21)に到達されるまで水素を前記アノードガス回路(21)に供給する手段、並びに
前記カソード排出ガス流路(14)の中にバルブ(5′)を具備することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の燃料電池システムを具備する、例えば人間を乗せた若しくは乗せない潜水車両のような、装置システム。
- 酸素及び不活性ガスを含むカソード作動ガス並びに水素及び不活性ガスを含むアノード作動ガスを用いることによる燃料電池システム(1)の作動方法であって、
前記燃料電池システム(1)は、
少なくとも1つの燃料電池(3)を有し、前記燃料電池が、カソード流域(13)を有するカソード(10)及びアノード流域(23)を有するアノード(23)を具備する燃料電池装置(2)、
カソード作動ガス流路(12)、前記カソード流域(13)、カソード排出ガス流路(14)、及び前記カソード排出ガス流路(14)が前記カソード作動ガス流路(12)の中で移行する移行ポイント(15)を具備するカソードガス回路(11)、並びに
アノード作動ガス流路(22)、前記アノード流域(23)、アノード排出ガス流路(24)、及び前記アノード排出ガス流路(24)が前記アノード作動ガス流路(22)の中で移行する移行ポイント(25)を具備するアノードガス回路を具備し、
前記方法は、
酸素及び不活性ガスを含むカソード作動ガスを前記燃料電池(3)の前記カソード流域(13)の中に送り込み、並びに水素及び不活性ガスを含むアノード作動ガスを前記燃料電池(3)の前記アノード流域(23)の中に送り込む手段であって、前記カソード作動ガスにおける酸素濃度は予め決められた基準値を有し、及び前記アノード作動ガスにおける水素濃度は予め決められた基準値を有する手段、
前記燃料電池内で酸素及び水素の反応を有し、それにより電気エネルギー、不活性ガス及び水を含むカソード排出ガス及び不活性ガス及び水を含むアノード排出ガスを産出する手段、
前記カソード排出ガス及び前記アノード排出ガスから液体水を分離し、それにより液体水フリーのカソード排出ガス及び液体水フリーのアノード排出ガスを産出する手段、
前記液体水フリーのカソード排出ガス全部を前記カソード作動ガス流路(12)の中に送り込み、並びに前記液体水フリーのアノード排出ガス全部を前記アノード作動ガス流路(22)の中に送り込む手段、
前記カソード作動ガス流路(12)における該ガスの前記酸素濃度の実際量を測定し、並びに前記アノード作動ガス流路(22)における該ガスの前記水素濃度の実際量を測定する手段、
前記カソード作動ガスの前記酸素濃度の前記予め決められた基準値が到達されるまでに酸素を前記カソード作動ガス流路(12)の中へ送り込み、並びに前記アノード作動ガスの前記水素濃度の前記予め決められた基準値が到達されるまでに水素を前記アノード作動ガス流路(22)の中へ送り込む手段、並びに
前記カソードガス回路(11)及び前記アノードガス回路(21)におけるガス流量をメンテナンスすることを特徴とする燃料電池システムの作動方法。 - 前記燃料電池装置(2)を作動させる前に、
前記カソードガス回路(11)及び前記アノードガス回路(21)を真空排気により満たす並びに/又はそれぞれ十分かつ同時に前記燃料電池システム(1)の作動条件下で酸素を前記カソードガス回路(11)の中へ送り込んだ時、前記酸素濃度の予め決められた基準値を伴うカソード作動ガスが形成され、及び前記燃料電池システム(1)の作動条件下で水素を前記アノードガス回路(21)の中へ送り込んだ時、前記水素濃度の予め決められた基準値を伴うアノード作動ガスが形成されるというこのような量の不活性ガスを伴った不活性ガスに満たされる手段、
前記燃料電池システム(1)の前記作動条件を調節する手段、
前記カソード作動ガスの前記酸素濃度の前記予め決められた基準値が到達されるまでに酸素を前記カソード作動ガス流路(12)の中へ送り込む手段、並びに十分且つ同時に、
前記アノード作動ガスの前記水素濃度の前記予め決められた基準値が到達されるまでに水素を前記アノード作動ガス流路(22)の中へ送り込む手段が実行される請求項9に記載の方法。 - 前記カソード作動ガス流路(12)における前記酸素濃度及び前記アノード作動ガス流路(22)における前記水素濃度が、規則正しく若しくは連続的に測定される請求項9又は10に記載の方法。
- 窒素が不活性ガスとして使用される請求項9乃至11のいずれか1項に記載の方法。
- カソード作動ガスとして空気並びに水素及び窒素を含むアノード作動ガスを用いることによる燃料電池システム(1)の作動方法であって、
前記燃料電池システム(1)は、
少なくとも1つの燃料電池(3)を有し、前記燃料電池が、カソード流域(13)を有するカソード(10)及びアノード流域(23)を有するアノード(23)を具備する燃料電池装置(2)、
カソード作動ガス流路(12)、前記カソード流域(13)、カソード排出ガス流路(14)、及び前記カソード排出ガス流路(14)が前記カソード作動ガス流路(12)の中で移行する移行ポイント(15)を具備するカソードガス回路(11′)、並びに
アノード作動ガス流路(22)、前記アノード流域(23)、アノード排出ガス流路(24)、及び前記アノード排出ガス流路(24)が前記アノード作動ガス流路(22)の中で移行する移行ポイント(25)を具備するアノードガス回路を具備し、
前記方法は、
カソード作動ガスとして空気を前記燃料電池(3)の前記カソード流域(13)の中に送り込み、前記空気は酸素濃度を有する、といった手段、並びに、水素及び窒素を含むアノード作動ガスを前記燃料電池(3)の前記アノード流域(23)の中に送り込み、前記アノード作動ガスにおける水素濃度は、前記空気における前記酸素濃度に対応する予め決められた基準値を有する、といった手段
前記燃料電池内で酸素及び水素の反応を有し、それにより電気エネルギー、窒素及び水を含むカソード排出ガス並びに窒素及び水を含むアノード排出ガスを産出する手段、
前記アノード排出ガスから液体水を分離し、それにより液体水フリーのアノード排出ガスを産出する手段、
前記液体水フリーのアノード排出ガス全部を前記アノード作動ガス流路(22)の中に送り込む手段、
前記アノード作動ガス流路(22)における該ガスの前記水素濃度の実際量を測定する手段、
付属的に前記カソード作動ガス流路(12)における空気の前記酸素濃度の実際量を測定する手段、
前記アノード作動ガスの前記水素濃度の前記予め決められた基準値が到達されるまでに水素を前記アノード作動ガス流路(22)の中へ送り込む手段、
前記カソードガス回路(11′)及び前記アノードガス回路(21)におけるガス流量をメンテナンスする手段、並びに
前記カソード排出ガス流路(14)から前記カソード排出ガスを排出する手段を具備することを特徴とする燃料電池システムの作動方法。 - 前記燃料電池装置(2)を作動させる前に、
空気を前記カソードガス回路(11′)の中に送り込む及び十分且つ同時に前記アノードガス回路(21)を満たす並びに/又は前記燃料電池システム(1)の作動条件下で水素を前記アノードガス回路(21)の中へ送り込んだ時、前記水素濃度の予め決められた基準値を伴うアノード作動ガスが形成されるというこのような量の窒素を伴った窒素に満たされる手段、
前記燃料電池システム(1)の前記作動条件を調節する手段、並びに、
前記アノード作動ガスの前記水素濃度の前記予め決められた基準値が到達されるまでに水素を前記アノード作動ガス流路(22)の中へ送り込む手段が実行される請求項13に記載の方法。 - 前記アノード作動ガス流路(22)における前記水素濃度及び付属的に前記カソード作動ガス流路(12)における前記酸素濃度が、規則正しく若しくは連続的に測定される請求項13又は14に記載の方法。
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