JP2022538063A - 通気管および／またはコンプレッサ通気管を備えた燃料電池システム、燃料電池システムのハウジングを通気する方法並びに自動車 - Google Patents

Abstract

燃料電池システム（１００）は、少なくとも１つの燃料電池（９０）であって、それぞれの燃料電池（９０）がカソード入口（９２）を有している前記少なくとも１つの燃料電池（９０）と、前記少なくとも１つの燃料電池（９０）が内部に配置されているハウジング（５０）であって、前記ハウジング（５０）が、少なくとも１つの通気流体を流入させるための少なくとも１つの通気入口（５２）と、少なくとも１つの排流流体を排流させるための少なくとも１つの排流出口（５４）とを有している前記ハウジング（５０）とを備えている。前記燃料電池システム（１００）は、さらに、供給流体を第１の流体源から前記少なくとも１つのカソード入口（１４）へ供給するために前記少なくとも１つのカソード入口（９２）に通じている供給管（１４）と、前記供給流体を圧縮するために前記供給管（１４）に設けたコンプレッサ（１６）とを有している。前記燃料電池システム（１００）は、さらに、前記供給管（１４）を前記少なくとも１つの通気入口（５２）と結合させるために前記供給管（１４）と前記少なくとも１つの通気入口（５２）との間を流体連通させる通気管（２４）であって、前記流体連通させる通気管（２４）が前記コンプレッサ（１６）と前記少なくとも１つのカソード入口（９２）との間で前記供給管（１４）と結合されている前記流体連通させる通気管（２４）、ならびに／または、前記コンプレッサ（１６）を冷却するためのコンプレッサ冷却管（３２）、および、前記コンプレッサ冷却管（３２）を前記少なくとも１つの通気入口（５２）と結合させるために前記コンプレッサ冷却管（３２）と前記少なくとも１つの通気入口（５２）との間を流体連通させるコンプレッサ通気管（３４）を含んでいる。【選択図】 図２

Description

本発明は、通気管および／またはコンプレッサ通気管を備えた燃料電池システム、燃料電池システムのハウジングを通気する方法並びに自動車に関する。

モバイルアプリケーションにおいては、エネルギー供給用の燃料電池システムを使用する頻度が多くなってきている。燃料電池システムは燃料電池スタックを含み、燃料電池スタックは好ましくは複数の燃料電池から形成され、水素をベースにしている燃料ガス（たとえば純水素）と酸化剤供給ガス（たとえば純酸素または酸素を含んだ空気）との間の反応に基づいて電気エネルギーを発生させる。このため、燃料電池スタックのアノードに水素が供給され、他方燃料電池スタックのカソードに空気が供給される。燃料電池システムの主な適用例はたとえば車両の、特に自動車の搭載電源へ電気エネルギーを提供することである。

燃料電池システムの非密封性が発生すると、これによってたとえば水素が燃料電池スタックを取り囲んでいるハウジング内へまたは周囲へ漏出し、たとえば水素の漏れの際に引火性の混合物が生じることがある。この混合物は火花で燃焼または爆発することがある。これは、技術的適用例においてかなりの危険ポテンシャルを意味する。燃料電池システムからの水素の漏れによって発生する危険ポテンシャルを最小限にするため、種々の解決手段が使用される。

特許文献１の解決手段は、ハウジング内に燃料電池スタックを備えた燃料電池システムにおいて、ハウジングが周囲に対する少なくとも１つの通気結合部を有していることである。

水素通気の改善に寄与するファンも使用できる。特許文献２では、ハウジング内に燃料電池スタックを備えた燃料電池システムが示され、給気通路または排気通路内にファンが配置されている。特許文献３でも、燃料電池スタックとファンとを備えた燃料電池ハウジングが開示される。

国際特許出願公開第２０１５／１８０７４６Ａ１号パンフレット 独国特許出願公開第１０２００８０２０７６２Ａ１号公報 日本国特許出願公開第２０１０－１８２４６８Ａ号公報

本発明は、請求項１の構成による燃料電池システム、請求項１０の構成による燃料電池システムのハウジングを通気する方法、請求項１１による燃料電池システムを備えた自動車に関する。

本発明の更なる構成および詳細は、従属請求項、明細書および図面から明らかである。なお、本発明による燃料電池システムと関連して説明されている構成および詳細は本発明による方法との関連でも適用され、またその逆でもあることは言うまでもなく、その結果発明の個々の観点に対する開示に関して常に相互に関係づけられ、または、関係づけることができる。

本発明は、第１の観点によれば、少なくとも１つの燃料電池であって、それぞれの燃料電池がカソード入口を有している前記少なくとも１つの燃料電池と、少なくとも１つの燃料電池が内部に配置されているハウジングであって、ハウジングが、少なくとも１つの通気流体を流入させるための少なくとも１つの通気入口と、少なくとも１つの排流流体を排流させるための少なくとも１つの排流出口とを有している前記ハウジングとを備えた燃料電池システムを提示する。燃料電池システムは、さらに、供給流体を第１の流体源から少なくとも１つのカソード入口へ供給するために少なくとも１つのカソード入口に通じている供給管と、供給流体を圧縮するために供給管に設けたコンプレッサとを含んでいる。燃料電池システムは、さらに、供給管を少なくとも１つの通気入口と結合させるために供給管と少なくとも１つの通気入口との間を流体連通させる通気管であって、流体連通させる通気管がコンプレッサと少なくとも１つのカソード入口との間で供給管と結合されている前記流体連通させる通気管、ならびに／または、コンプレッサを冷却するためのコンプレッサ冷却管およびコンプレッサ冷却管を少なくとも１つの通気入口と結合させるためにコンプレッサ冷却管と少なくとも１つの通気入口との間を流体連通させるコンプレッサ通気管を含んでいる。

コンプレッサ冷却管の一端は、有利な態様では、冷却流体を提供する第２の流体源と結合されている。コンプレッサ冷却管の他端は、コンプレッサ通気管の一端と結合されていてよく、コンプレッサ通気管に第２の流体源の冷却流体を提供することができる。コンプレッサ通気管の他端は、有利な態様では、少なくとも１つの通気入口と結合されている。

本発明による燃料電池システムは、ハウジング内に少なくとも１つの燃料電池を有している。このことは、複数の個々の燃料電池を配置して燃料電池スタックを形成させ、この燃料電池スタックがハウジング内に配置されていることを意味している。さらに、複数の個々の燃料電池スタックをハウジング内に配置して互いに結線してもよい。少なくとも１つの燃料電池は、少なくとも１つのカソード入口と、公知のように少なくとも１つのアノード入口と少なくとも１つの冷却媒体入口をも含んでいる。少なくとも１つのカソード入口は供給管と結合され、この供給管を介して供給流体の供給、特に空気の供給を受ける。供給流体は第１の流体源から供給されるもので、この場合カソードのための第１の流体源はたとえば周囲空気、または、空気を含んだ蓄圧器であってよい。なお、第１の流体源は本発明の対象に含まれないことに留意すべきである。供給管には、供給流体を、特に空気を圧縮するコンプレッサが配置されている。コンプレッサはファン、エアレータまたはベンチレータと理解してもよい。その結果、圧縮によって少なくとも１つの燃料電池の少なくとも１つのカソード入口の方向に供給流体の流動が発生する。少なくとも１つのアノード入口および少なくとも１つの冷却媒体入口にも、公知のように他の供給管を介して対応する供給流体、特に水素のような燃料または冷却媒体が供給される。これらの供給流体も、対応する流体源から供給されるものである。

本発明によるハウジングは、電圧下にある部品に対して接触保護を確保するために、電気絶縁して実施されていてよい。さらに、ハウジングは、少なくとも１つの燃料電池のための機械的保護部および受容部であることができる。また、特に流体漏れのないハウジングには利点がある。流体漏れがないとは、ハウジングの内部空間からハウジングの外部空間へ空間流体が非合目的に流れないことを意味している。ハウジングの内部空間とは、ハウジングによって取り囲まれた／閉じ込められた空間である。ハウジングの外部空間とは、ハウジングによって取り囲まれていない／閉じ込められていない空間である。空間流体とは、特に、少なくとも１つの燃料電池と、少なくとも１つの燃料電池の少なくとも１つのカソード入口へ至る管のようなその他の部品とを取り囲んでいる、ハウジング内の空気混合物（たとえば水素を含んだ空気）のことを言う。その結果、流体漏れのないハウジングにおいては、空間流体は、特に通気流体は、少なくとも１つの排流出口のみを介して合目的に排流できる。したがって流体漏れがないということは、パイプ、チューブ、導電線のような伝導手段がハウジングを継続的に流体漏れがないように貫通していることをも意味している。さらに、ハウジングは流体結合部を有していてもよく、この場合流体結合部は、ハウジング外部の供給管および通気管のような管をハウジング内部の管と互いに流体連通するように結合させることができる。有利な態様では、これら流体結合部はハウジング内に流体漏れがないように組み込まれていてよく、すなわちこれら流体結合部はハウジング外部の管をハウジング内部の管と継続的に流体連通させることを可能にするが、しかしハウジングの内部空間からハウジングの外部空間へ空間流体が非合目的に／不慮に漏出できないようにハウジング内に組み込まれている。燃料電池から不慮に水素がハウジング内へ流出すると、流体漏れのないハウジングであれば、ハウジング内での水素の合目的な集積を可能にすることができる。たとえば、水素は燃料電池スタックの漏れまたは非密封性のためにハウジング内へ不慮に漏出することがある。水素は空気よりも軽いので、漏出した水素は大部分がハウジング内の一個所、すなわち地球の中心から最も遠く離れた個所に集まる。しかし水素は他の場所、たとえば中空空間での流出のために燃料電池スタックに集まることもある。水素がハウジング内の一個所で集まることは、同時に、水素をハウジングからコントロールして排流させることを可能にさせることができる。水素が有利に集まるハウジングの一個所に排流出口を位置決めすれば、水素を迅速にコントロールしてハウジングから危険でない個所へ排流することを可能にすることができる。もしハウジングが流体漏れがないように実施されていなければ、水素がハウジングの異なる個所から流出できるので望ましくない。このとき、場合によっては、水素がハウジングの外側の一個所に、特に火花が発生することのある車両の一個所に集まる。この火花は水素を発火させることができる。それ故、特に流体漏れのないハウジングとの組み合わせで、排流出口を適当に位置決めすれば、水素をハウジングからコントロールして周囲または容器内へ排流することを可能にすることができる。

本発明による通気入口と排流出口は開口部と理解してよく、特に導管、パイプ、チューブを接続または挿入できるハウジングの一部分として理解してよい。これらの導管、パイプ、チューブは、特にハウジング内に組み込まれているたとえば流体結合部に接続させることができる。本発明による少なくとも１つの通気入口と少なくとも１つの排流出口は、ハウジングの通気を可能にさせる。少なくとも１つの通気入口では、通気流体が、特に空気がハウジング内へ流入し、ハウジングを貫流し、少なくとも１つの排流出口にて通気流体はハウジング内に流出した燃料、特に水素とともに排流流体として再び流出する。排流流体が危険なく周囲へ自由に流出できれば、ハウジングの排流出口は簡単にはハウジング内の開口部であってよい。有利な態様では、通気流体はハウジングを貫流する際に少なくとも１つの燃料電池のまわりを環流する。少なくとも１つの燃料電池の作動時には熱が発生するので、貫流する通気流体を用いて、爆発の危険がある水素および／または少なくとも１つの燃料電池の熱および／または少なくとも１つの燃料電池を取り囲んでいる加熱された空気を、少なくとも１つの排流出口を介して排出することができる。空気中の水素の爆発下限界濃度は温度が減少するに伴って上昇し、すなわち水素空気混合物は、水素空気混合物の温度が低ければ低いほど、爆発が困難になる。それ故、熱および水素の排出は、一方では少なくとも１つの燃料電池の出力上昇を生じさせることができるが、他方では燃料電池システムの安全性にも寄与することができる。さらに、これによって、少なくとも１つの燃料電池に対する特に最適な動作点が発生しうる。

本発明によれば、流体連通させる１つの通気管は、供給管をハウジングの少なくとも１つの通気入口と結合させる。もちろん、複数の通気管も供給管を少なくとも１つの通気入口と結合させることができる。有利な態様では、本発明による燃料電池システムは供給流体を少なくとも１つのカソード入口にだけ提供するのではなく、同時に少なくとも１つの通気入口にも提供する。これによって、通気管内では通気流体とも呼ばれる供給流体は、第１の流体源から少なくとも１つの通気入口へも流れることができる。供給流体は少なくとも１つの通気入口を介してハウジング内へ流入し、ハウジング内で貫流し、排流流体として少なくとも１つの第１の通気出口を介して流出する。供給流体は、ハウジングを貫流する際に水素と混合することができ、その際供給流体／水素混合物は排流流体として少なくとも１つの第１の通気出口から流出する。水素は空気よりも軽いので、ハウジング内で漏出した水素は自ら上方へ上昇し、すなわち地球の中心から離れる。それ故、水素も自ら少なくとも１つの第１の通気出口を介してハウジングから流出するようにハウジングの排流出口が配置されていれば、特に上部に配置されていれば、特に有利である。有利な態様では、流体連通させる通気管は、コンプレッサと少なくとも１つの燃料電池との間にある供給管と結合されている。その結果、ハウジングを通気するために、加圧状態にある供給流体を含んだ既存の供給管が使用される。

供給管にあるコンプレッサは、コンプレッサ冷却管を備えたコンプレッサ、特にターボコンプレッサであってもよい。このコンプレッサ冷却管は、冷却流体が、特に空気が加圧状態でコンプレッサ冷却管を貫流し、コンプレッサの熱を搬出することでコンプレッサを冷却するために用いられる。冷却流体は第２の流体源から供給することができ、その際第２の流体源は周囲空気、または、空気を含んだ蓄圧器であってよい。第１の流体源と第２の流体源とは同一の流体源であってもよく、特に周囲空気であってもよい。したがって、コンプレッサ冷却管と少なくとも１つの通気入口との間を流体連通させるコンプレッサ通気管により、有利な態様では、冷却流体は第２の流体源から少なくとも１つの通気入口へ流動することができる。コンプレッサ通気管内の冷却流体は、通気流体とも呼ぶことができる。もちろん、複数のコンプレッサ通気管が複数のコンプレッサ冷却管を少なくとも１つの通気入口と結合させることもできる。冷却流体は少なくとも１つの通気入口を介してハウジング内へ流入し、ハウジング内を流動して排流流体として少なくとも１つの第１の通気出口を介して流出する。冷却流体は、ハウジングを貫流する際に水素と混合することができ、その際冷却流体／水素混合物は排流流体として少なくとも１つの第１の通気出口から流出する。その結果、ハウジングを通気するために、加圧状態にある既存の冷却流体を使用できる。さらに、供給流体および／または冷却流体のような加圧状態にある流体には、ハウジングを通気するうえで、不慮に流出した水素が特に迅速に効率的に且つ安全にハウジングから搬出されるという利点がある。したがって、冷却流体および／または供給流体を通気流体として使用することにより、コスト上好ましく且つ簡単にハウジングの通気が行われる。さらに、燃料電池システムの安全性を改善することができる。

本発明による燃料電池システムの、コンプレッサと少なくとも１つの燃料電池の少なくとも１つのカソード入口との間の供給管に、伝熱器が、特にチャージエアクーラーが配置され、流体連通させる通気管が、伝熱器と少なくとも１つの燃料電池との間にある供給管と結合されているならば、有利でありうる。供給流体は伝熱器内へ流入し、伝熱器によって温度調整され、供給流体は温度調整された供給流体として再び伝熱器から流出する。流体連通させる結合管が供給管を少なくとも１つの通気入口と結合させているので、温度調整された供給流体は温度調整された供給流体（通気流体）としてもハウジング内へ流入する。温度調整された通気流体は、ハウジングを貫流して少なくとも１つの排流出口から再び流出できるので特に有利である。特に、伝熱器は制御または調整することができ、その結果温度調整された供給流体により少なくとも１つの燃料電池に対する最適な動作点が生じる。

さらに、本発明による燃料電池システムにおいては、コンプレッサと少なくとも１つの燃料電池の少なくとも１つのカソード入口との間の供給管に加湿器が配置され、流体連通させる通気管が、加湿器と少なくとも１つの燃料電池との間にある供給管と結合されているならば、有利でありうる。供給流体は加湿器内へ流入し、加湿器によって加湿され、供給流体は加湿された供給流体として再び加湿器から流出する。流体連通させる結合管は供給管を少なくとも１つの通気入口と結合させ、これによって、加湿された供給流体は加湿された供給流体（通気流体）としてハウジング内へ流入し、ハウジング内を流動して排流流体として少なくとも１つの第１の通気出口を介して流出する。加湿された通気流体内の水は、付加的に少なくとも１つの燃料電池の冷却に寄与することができる。これは少なくとも１つの燃料電池の出力上昇を生じさせることができるが、燃料電池システムの安全性にも寄与することができる。燃料電池システムのハウジングと、ハウジング内部の少なくとも１つの燃料電池とその他の部品とは、加湿された通気流体の湿気がこれらに害を与えないように形成されていてよい。特に、加湿器は制御または調整することができ、その結果加湿された供給流体により少なくとも１つの燃料電池に対する最適な動作点が生じる。

本発明による燃料電池システムの流体連通させる通気管が、供給管と少なくとも１つの通気入口との間に質量流センサを有していれば、および／または、流体連通させるコンプレッサ通気管が、コンプレッサ冷却管と少なくとも１つの通気入口との間に質量流センサを有していれば、有利でありうる。質量流センサには、通気管を流れる供給流体の貫流量および／またはコンプレッサ通気管を流れる冷却流体の貫流量を検知でき、場合によっては制御または調整できるという利点がある。有利な態様では、供給流体および／または冷却流体の貫流量を最小に制御または調整でき、その際それにもかかわらず、依然としてハウジングの十分な通気を達成できる。排流管が少なくとも１つの排流出口と排流要素との間に質量流センサを有していれば、通気管を流れる供給流体の貫流量および／またはコンプレッサ通気管を流れる冷却流体の貫流量を検知でき、場合によっては制御または調整できるので特に有利である。さらに、質量流センサを用いると、通気のためにハウジング内への供給流体の流動が行われて、燃料電池システムの安全な作動が可能であるかどうかをも監視できる。

さらに、本発明による燃料電池システムにおいては、少なくとも１つの通気入口が、ハウジングの下３分の１に配置され、特に下３分の１の下部端面に配置されていれば、および／または、少なくとも１つの排流出口が、ハウジングの上３分の１に配置され、特に上３分の１の上部端面に配置されていれば、有利でありうる。ハウジングの下３分の１は、特に下部端面は、燃料電池システムの機能的使用の際に、ハウジングの上３分の１よりも、特に上部端面よりも地球の中心に近い位置にある。不慮に流出する水素は、空気に比べて密度が小さいために、当然ハウジング内を上方へ上昇し、すなわち地球の中心から離れる。その結果水素は、ハウジング内で地球の中心から最も遠く離れたハウジングの個所に集まることがある。有利な態様では、少なくとも１つの燃料電池は、不慮に流出する水素がハウジングの上３分の１に集まることができるように、ハウジング内に配置されている。危険な水素の搬出は、ハウジングの上３分の１に少なくとも１つの排流出口を配置することによって改善できる。特に少なくとも１つの排流出口を上部端面に配置すると、水素の特に有利な自然な排出を可能にすることができる。少なくとも１つの通気入口をハウジングの下３分の１に配置すると、不慮に流出する水素の搬出を支援することができる。水素がハウジングの下３分の１で流出すると、下３分の１で流入する通気流体が特に有利に水素と混合して、排流出口から排流することができる。少なくとも１つの通気入口が下３分の１に、および少なくとも１つの排流出口が上３分の１に配置されていれば、特に有利でありうる。これによって、通気流体はハウジング内で特に長い距離にわたってハウジングの多くの個所とハウジング内にあるたとえば管のような他の部品とのまわりを少なくとも１つの通気入口から少なくとも１つの通気出口へ環流して、水素と混合することができる。その結果、水素が集積したハウジング内のほとんどの個所および／または水素が不慮に流出する少なくとも１つの燃料電池のほとんどの個所は、通気流体の流動によって検知できる。したがって、少なくとも１つの燃料電池の作動時に生じる熱、爆発性の水素、ならびに／または、少なくとも１つの燃料電池の熱および／もしくは少なくとも１つの燃料電池を取り囲んでいる加熱された空気は、貫流する通気流体により少なくとも１つの排流出口を介して有利に排出させることができる。よって、コスト上好ましく且つ簡単にハウジングの通気が行われ、さらに燃料電池システムの安全性が改善される。

本発明による燃料電池システムにおいて、流体連通させる通気管に、供給流体を温度調整するための熱交換器が配置され、および／または、流体連通させるコンプレッサ通気管に、冷却流体を温度調整するための熱交換器が配置されているならば、有利でありうる。流体連通させる通気管の熱交換器は供給流体を温度調整することができ、および／または、流体連通させるコンプレッサ通気管は冷却流体を温度調整することができる。このことは、少なくとも１つの燃料電池を、ハウジング内で流動する通気流体を用いて温度調整できることをも意味している。さらに、少なくとも１つのカソード入口へ流入する供給流体の温度と、通気流体として少なくとも１つの通気入口に流入する供給流体の温度とを区別できる。これによって、少なくとも１つの燃料電池の特に有利な動作点を達成でき、特に調整または制御することができる。流体連通させる通気管と流体連通させるコンプレッサ通気管とに１つの共通の熱交換器を配置することも考えられる。この場合好ましいことは、コストが低減され、特に車両において熱交換器を収納するために狭い空間で済むことである。さらに、通気管および／またはコンプレッサ通気管の熱交換器は、燃料電池システムのハウジングの近くに、特にすぐ近くに配置されていてよい。これには、熱交換器通過後の通気流体および／または冷却流体の温度が少なくとも１つの通気入口に至るまでほぼ一定にとどまり、特に好ましい調整が可能であるという利点がある。

さらに、本発明による燃料電池システムにおいては、流体連通させる通気管に、第１の流体源と少なくとも１つの通気入口との間の流体連通を中断させるための遮断ユニットが配置され、および／または、コンプレッサ通気管に、第２の流体源と少なくとも１つの通気入口との間の流体連通を中断させるための遮断ユニットが配置されていれば、有利でありうる。遮断ユニットとは、たとえばコックまたは弁、特に調整または制御される弁と理解してよい。これにより、少なくとも１つの通気入口を通る供給流体および／または冷却流体の貫流量を制御または調整することができる。特に通気管の遮断ユニットはとりわけ有利である。コンプレッサ通気管内の冷却流体によって既にハウジングの十分な通気が行われると、通気管の遮断ユニットは流体連通を中断させることができ、供給流体はその全部が少なくとも１つのカソード入口に流入することができる。これによって少なくとも１つの燃料電池の特に有利な動作点を達成でき、特に調整または制御することができる。さらに、ハウジングの内部または側部での保守作業のためには、たとえば燃料電池での保守作業のためには、通気管での流体連通とコンプレッサ通気管での流体連通との双方を遮断するのが重要な場合がある。遮断するとは、弁のような遮断ユニットが閉じられることを言う。コンプレッサ通気管内の遮断ユニットが第２の流体源と少なくとも１つの通気入口との間の流体連通を遮断すると、冷却流体がコンプレッサ冷却管と遮断ユニットとの間で流出できて、コンプレッサの冷却が行われることが保証される。これは、たとえば複数のコンプレッサ冷却管を有するコンプレッサによって実現できる。コンプレッサ管の一部はコンプレッサ通気管によりハウジングの通気入口と結合できてハウジングの通気を可能にし、コンプレッサ冷却管の一部はコンプレッサの継続的な冷却のために使用することができる。

さらに、本発明による燃料電池システムにおいては、流体連通させる通気管の熱交換器および／または流体連通させる通気管の遮断ユニットおよび／または流体連通させるコンプレッサ通気管の熱交換器および／または流体連通させるコンプレッサ通気管の遮断ユニットが調整部により調整されるならば、有利でありうる。調整部はコンプレッサ、伝熱器、供給管の加湿器をも調整してよい。この限りでは、調整部が燃料電池システムの他の構成要素およびここでは明確に記載していない構成要素をも調整できることは有意義である。これによって、燃料電池の特に好ましい、安全な、有利な作動を可能にさせることができる。調整部とは、制御部を言い表すものであってもよい。調整部は熱交換器を次のように調整でき、すなわちハウジング内に流入する少なくとも通気流体がハウジング内の少なくとも１つの燃料電池の温度を調整するように、調整できる。調整部は、該調整部が遮断ユニットを通る流体の貫流量を調整することで、燃料電池システムのハウジングの一時的な通気をも可能にさせることができる。調整部は継続的な通気をも可能にさせることができる。さらに、燃料電池システムのハウジング内には水素濃度センサが配置されていてよく、この場合調整部は測定された水素濃度に依存してハウジングの通気および／または温度を、特に通気管内および／またはコンプレッサ通気管内の遮断要素を介して調整する。

本発明による燃料電池システムにおいては、燃料電池システムが、少なくとも１つの排流出口と排流要素との間に、少なくとも１つの排流出口を排流要素と結合させるために流体連通させる排流管を含んでいるならば、有利でありうる。排流管とは、たとえば導管、パイプまたはチューブと理解してよい。排流管は、排流流体をコントロールして合目的に排出することを可能にすることができる。これは、排流流体の中にある水素を危険がない個所、特に野外（周囲）に導くことができるようにするために必要である。排流管は、少なくとも１つの排流出口を排流要素としての容器と結合させてよい。この容器は、排流流体の水素を集めるために用いることができる。排流管は、少なくとも１つの排流出口を車両の排気管と結合させてもよい。

本発明は、第２の観点によれば、本発明による燃料電池システムのハウジングを通気するための方法を示すもので、
その際この方法は、
－供給流体を供給するステップと、
－前記供給流体を前記コンプレッサによって圧縮するステップと、
－前記供給流体が前記供給管内を流動するステップと、
－前記供給流体の少なくとも一部が通気流体として前記流体連通させる通気管内を流動するステップと、
－前記通気流体が前記ハウジングの前記少なくとも１つの通気入口へ流入するステップと、
－前記通気流体が前記ハウジングを貫流し、同時に前記通気流体が水素と混合して排流流体が形成されるステップと、
－前記排流流体が前記ハウジングの前記少なくとも１つの排流出口から流出するステップと、
を含み、
および／または、前記方法は、
－冷却流体を供給するステップと、
－前記冷却流体を圧縮するステップと、
－前記コンプレッサを冷却するために前記冷却流体が前記コンプレッサ冷却管内を流動するステップと、
－前記冷却流体の少なくとも一部が通気流体として前記流体連通させるコンプレッサ通気管内を流動するステップと、
－前記通気流体が前記ハウジングの前記少なくとも１つの通気入口へ流入するステップと、
－前記通気流体が前記ハウジングを貫流し、同時に前記通気流体が水素と混合して排流流体が形成されるステップと、
－前記排流流体が前記ハウジングの前記少なくとも１つの排流出口から流出するステップと、
を含んでいる。

本発明による方法により、簡単で好ましい態様で燃料電池システムのハウジングを通気でき、さらに燃料電池システムの安全性を改善できる。ハウジングの通気は、供給流体および／または冷却流体によって行うことができる。

供給流体によってハウジングを通気する際、第１のステップで供給流体を供給する。この供給流体は、特に周囲空気である第１の流体源から供給することができる。供給流体は、第１の流体源を起点として供給管内を燃料電池の方向に流れる。供給管とハウジングの少なくとも１つの通気入口との間を流体連通させる通気管は、供給流体の少なくとも一部が通気流体として流体連通させる通気管内を流動できることを可能にする。この通気流体は、ハウジングの少なくとも１つの通気入口へ流入し、ハウジングを貫流し、水素と混合して排流流体を形成し、排流流体としてハウジングの少なくとも１つの排流出口から流出する。

冷却流体によってハウジングを通気する際、第１のステップで冷却流体を供給する。この冷却流体は、特に周囲空気である第２の流体源から供給することができる。第２の流体源と第１の流体源は同じ流体源であってよい。冷却流体は、第２の流体源を起点としてコンプレッサ冷却管内でコンプレッサを通り、コンプレッサを冷却する。コンプレッサ冷却管とハウジングの少なくとも１つの通気入口との間を流体連通させるコンプレッサ通気管は、冷却流体の少なくとも一部が通気流体として流体連通させるコンプレッサ通気管内を流動できることを可能にする。この通気流体は、ハウジングの少なくとも１つの通気入口へ流入し、ハウジングを貫流し、水素と混合して排流流体を形成し、排流流体としてハウジングの少なくとも１つの排流出口から流出する。

したがって、本発明の第２の観点による方法は、本発明の第１の観点による燃料電池システムに対しすでに説明した利点と同じ利点を有している。

本発明は、第３の観点によれば、本発明による燃料電池システムを備えた自動車を示すものである。したがって、本発明の第３の観点による自動車は、本発明の第１の観点による燃料電池システムまたは本発明の第２の観点による方法に対してすでに説明した利点と同じ利点を有している。

本発明を改善する他の処置は、図に概略を示した本発明のいくつかの実施形態に対する以下の説明から明らかである。請求の範囲、明細書または図面から明らかなすべての構成要件および／または利点は、構造的詳細、空間的配置、方法ステップを含めて、それ自体でも種々の組み合わせでも発明にとって重要でありうる。なお、図は説明上の特徴を有しているにすぎず、本発明を何らかの形で限定するために想定されたものでないことに留意すべきである。

通気管を有する燃料電池システムを示す図である。 コンプレッサ通気管を有する燃料電池システムを示す図である。 通気管とコンプレッサ通気管とを有する燃料電池システムを示す図である。 通気管と伝熱器とを有する燃料電池システムを示す図である。 通気管と加湿器とを有する燃料電池システムを示す図である。 通気管と伝熱器と加湿器とを有する燃料電池システムを示す図である。 通気管と伝熱器と加湿器とを有する燃料電池システムを示す図である。 通気管とコンプレッサ通気管と質量流センサとを有する燃料電池システムを示す図である。 通気管とバイパス管とバイパス弁と質量流センサとを有する燃料電池システムを示す図である。 通気管とコンプレッサ通気管と熱交換器とを有する燃料電池システムを示す図である。 通気管とコンプレッサ通気管と遮断ユニットとを有する燃料電池システムを示す図である。 通気管とコンプレッサ通気管と熱交換器と遮断ユニットと調整部とを有する燃料電池システムを示す図である。 通気管と排流管とを有する燃料電池システムを示す図である。 燃料電池システムのハウジングを示す図である。 燃料電池システムのハウジングを通気するための方法を示す図である。 燃料電池システムのハウジングを通気するための方法を示す図である。 本発明による燃料電池システムを備えた自動車を示す図である。

以下の図では、同じ技術的構成に対しては、異なる実施例のものでも同一の参照符号を使用する。

図１ないし図１３は、コンプレッサ６と、少なくとも１つの燃料電池９０に供給流体、特に空気を供給するための供給管１４とを備えた本発明による燃料電池システム１００を示している。コンプレッサ１６と少なくとも１つの燃料電池１００との間に配置されていない供給管１４は、第１の流体源と、特に周囲空気と結合されていてよい。この第１の流体源と第２の流体源とは図１ないし図１１に図示されておらず、本発明の対象にも含まれていない。コンプレッサ１６は供給流体を圧縮する。コンプレッサ１６と少なくとも１つの燃料電池９０との間にある供給管１４は、少なくとも１つの燃料電池９０の少なくとも１つのカソード入口９２と結合されており、圧縮された供給流体を案内する。少なくとも１つの燃料電池９０はハウジング５０内に配置されている。ハウジング５０は燃料電池の保護に用いることができるが、しかし特に生物体の保護に用いることができる。すべての流体案内管、導電線などのために、ハウジング５０は複数の開口部を有している。さらに、ハウジング５０は少なくとも１つの通気入口５２と少なくとも１つの排流出口５４とを有している。この少なくとも１つの通気入口５２には、ハウジング５０の内部空間を通気流体で通気するための管を接続することができる。有利な態様では、通気流体はハウジング５０の内部空間を貫流して、少なくとも１つの排流出口５４から再び流出する。本発明によれば、少なくとも１つの通気流体は、加圧状態にあって燃料電池システムの作動のために必要な流体である。この必要な流体は、コンプレッサ１６によって圧縮される供給流体および／またはコンプレッサ１６の冷却に必要な圧縮される冷却流体であってよい。本発明による流体連通させる通気管２４および流体連通させるコンプレッサ通気管３４により、通気流体によるハウジング５０の貫流が行われる。燃料電池システムの作動のために必要で加圧状態にある流体を使用することにより、簡単でコスト上好ましい態様でハウジング５０の通気を行うことができる。さらに、加圧状態にあるハウジング通気用流体には、不慮に流出した水素を特に迅速に、効率的に、確実にハウジングから搬出させるという利点がある。通気により、水素が高濃度でハウジング５０内に集積して危険になることを回避することができるので有利である。さらに、通気流体の貫流によって、ハウジング５０内の少なくとも１つの燃料電池９０の温度調整を生じさせることができる。この温度調整は燃料電池システム１００の性能にも影響することができ、この場合少なくとも１つの燃料電池９０がその最適な動作点に調整されるならば、特に有利である。以下の段落で、図１ないし図１１に図示した可能な種々の実施形態に、より詳細に立ち入ることにする。

図１は本発明による燃料電池システム１００を示し、この場合流体連通させる通気管２４は、供給管１４をハウジング５０の少なくとも１つの通気入口５２と結合させている。この結合により、加圧状態にある供給流体は、ハウジング５０を通気するために、流体連通させる通気管２４を介してハウジング５０内へ流入することができる。少なくとも１つの燃料電池９０のカソードへの供給にも同時に用いられる加圧状態にある供給流体を使用するのが有利である。これによって、ハウジング５０を通気するために別個のコンプレッサまたはファンを設ける必要がない。図１では、通気管２４はハウジング５０の外側で少なくとも１つの通気入口５２へ延びている。この場合、通気管２４は全体がまたは一部がハウジング５０内で延びていてもよい。

図２には、本発明による燃料電池システム１００が図示され、この場合コンプレッサ１６は、コンプレッサ冷却管３２により付加的に冷却される。コンプレッサ通気管３４は、コンプレッサ冷却管３２の一端を少なくとも１つの通気入口５２と結合させている。コンプレッサ冷却管３２の他端は、第２の流体源、特に周囲空気と結合されていてよい。ここでは、コンプレッサ１６の冷却のために使用される流体が同時にハウジング５０を通気するための通気流体としても使用されるのが有利である。このことは、特に簡単でコスト上好ましい態様でハウジング５０の通気が行われることを意味している。これによって、ハウジング５０を通気するための付加的なコンプレッサまたはファンを省略することができる。

図３は、図１と図２の組み合わせを示している。この本発明による燃料電池システム１００は、通気管２４と、コンプレッサ冷却管３２およびコンプレッサ通気管３４を備えたコンプレッサ１６との双方を有している。このことは、一方では冷却流体がコンプレッサ通気管３４により、他方では供給流体が通気管２４により通気入口５２を介してハウジング５０内へ流入できることを示している。これらはともにハウジング５０を通気流体として貫流して、通気出口５４で再び流出する。ここでは、通気流体の一部が冷却流体によって提供されるため、通気管２４の有効径を小さくできることが有利である。通気管２４の小径には、さらに、少なくとも１つの燃料電池９０の少なくとも１つのカソード入口９２での供給流体の圧力が実質的にコンプレッサ１６の出口圧に対応しているという利点がある。少なくとも１つの燃料電池９０の出力は、付加的な通気管２４を設けたにもかかわらず、高く維持することができる。

図４に図示した本発明による燃料電池システム１００は図１に対応しており、この場合図４では、付加的に伝熱器４２が、特にチャージエアクーラー（インタークーラー）が供給管１４に配置されている。伝熱器４２は、供給流体を少なくとも１つの燃料電池９０の作動のために適した温度へ調整する。同時に、本発明によれば、温度調整された供給流体は、通気管２４により少なくとも１つの通気入口５２を介してハウジング５０内へ温度調整した通気流体として流入し、ハウジング５０を貫流し、排流出口５４から排流することができる。ここでは、温度調整した通気流体がハウジング５０の貫流の際に少なくとも１つの燃料電池９０の周囲をも環流できることが有利である。少なくとも１つの燃料電池９０の作動時に熱が発生することがあるので、貫流する通気流体を用いて爆発性の水素、少なくとも１つの燃料電池９０の熱および／または燃料電池を取り囲んでいる加熱された空気を、排流出口５４を介して排出させることができる。同様に、温度調整した通気流体による少なくとも１つの燃料電池９０の加熱が可能であろう。これは、低温時に車両で燃料電池システム１００を使用する際に、特に車両を発進させる際に必要な場合がある。

図５に示した本発明による燃料電池システム１００は図１に対応しており、この場合図５では付加的に加湿器４４、特に湿度調節器が供給管１４に配置されている。加湿器４４によって加湿された供給流体は、一方では供給管１４により少なくとも１つの燃料電池９０の少なくとも１つのカソード入口９２へ流動し、他方では通気管２４により少なくとも１つの通気入口５２を介して加湿された通気流体としてハウジング５２内へ流入する。加湿された通気流体によって、爆発性の水素、少なくとも１つの燃料電池９０の熱および／または燃料電池９０を取り囲んでいる加熱された空気を排出させることができるので有利である。これは、少なくとも１つの燃料電池９０の出力を上昇させることができるが、しかし燃料電池システム１００の安全性にも寄与することができる。加湿された通気流体内の水は、付加的に少なくとも１つの燃料電池９０の冷却に寄与することができる。さらに、加湿された通気流体はクリーニング機能を果たすことができる。これは、ハウジング５０内部の汚物、塵埃を加湿された通気流体を用いて排流出口５４から排流することを意味している。また、汚物、塵埃をある意味で洗い落として、ハウジング５０内の汚物出口（示さず）を介して外部へ排出することも考えられる。燃料電池システム１００のハウジング５０と、ハウジング５０内部の少なくとも１つの燃料電池９０とその他の部品とは、加湿された通気流体の湿気がこれらの害にならないように形成されていてよい。特に、加湿器４４は、少なくとも１つの燃料電池９０にとって最適な動作点が生じるように供給流体を加湿させることができる。

図６には、図４による本発明による燃料電池システム１００が図示されており、この場合付加的に供給管１４に加湿器４４が伝熱器４２の後に配置され、通気管２４が伝熱器４２と加湿器４４との間にある供給管１４と結合されている。その結果、すでに図４に対し説明したように、温度調整された通気流体がハウジング５２内へ流入する。これに対し、加湿器４４のために、少なくとも１つのカソード入口に加湿され温度調整された供給流体が流入する。これにより、この燃料電池システムに対しては、少なくともすでに図４で説明した利点と同じ利点が得られる。この実施形態の更なる利点は、少なくとも１つの通気入口５２に流入する温度調整された通気流体が、少なくとも１つのカソード入口９２に流入する、よって少なくとも１つの燃料電池９０内に流入する加湿され温度調整された供給流体と連携して、燃料電池システム１００の、特に燃料電池９０の格別に好ましい、効率的な、安全な作動を可能にさせることである。

図７は図６に対応する燃料電池システム１００を示しており、この場合通気管２４は、加湿器４４と少なくとも１つのカソード入口９２との間にある供給管１４と結合されている。したがって、すでに図６で説明したように、加湿され温度調整された供給流体は少なくとも１つの燃料電池９０の少なくとも１つのカソード入口９２に流入する。この加湿され温度調整された供給流体は、同時に、通気管２４により少なくとも１つの通気入口５２を介してハウジング５０内へも流入する。したがって、この実施形態における燃料電池システム１００に対しては、温度調整された通気流体（図４を参照）を用いてハウジング５０を通気するうえでの利点と、加湿された通気流体（図５を参照）を用いてハウジング５０を通気するうえでの利点とが組み合わされている。

図８は図３に図示したような本発明による燃料電池システム１００を開示しており、この場合付加的に通気管２４に質量流センサ４６ａが配置され、コンプレッサ通気管３４に質量流センサ４６ｂが配置されている。質量流センサ４６ａ，４６ｂには、本発明による通気管２４を貫流する供給流体の貫流量と、コンプレッサ通気管３４を貫流する冷却流体の貫流量とを検知して、制御および調整することができるという利点がある。有利な態様では、通気流体の貫流量は、すなわち供給流体および／または冷却流体の貫流量は、最小値へ制御または調整することができ、その際それにもかかわらず依然としてハウジング５０の十分な通気を達成できる。さらに、質量流センサ４６ａ，４６ｂを用いて、通気のためにハウジング５０内への供給流体の流入が行われて燃料電池システム１００の安全な作動が可能であるかどうかを監視することもできる。

図９は図１に図示したような本発明による燃料電池システム１００を開示しており、この場合付加的に通気管２４に質量流センサ４６ａが配置されている。通気管２４（この場合、質量流センサ４６ａと少なくとも１つの通気入口５２との間にある通気管２４のことを言っている）に、燃料電池システム１００の流体連通させるバイパス管４８の一端が接続されている。このバイパス管４８は弁４９を、特に電磁制御可能な弁を有していてよい。流体連通させるバイパス管４８の他端は、たとえば野外（周囲）または本発明による燃料電池システム１００を有している自動車の排気管に終端を有していてよい。バイパス管４８内の弁４９を開くことによって、供給流体がバイパス管から流出することができる。これによって、供給管１４内の供給流体の圧力と通気管２４内の圧力とを減少させることができる。

図１０は本発明による燃料電池システム１００を図示したものであり、この場合通気管２４には供給流体を温度調整するための熱交換器６０ａが配置され、コンプレッサ通気管３４には冷却流体を温度調整するための熱交換器６０ｂが配置されている。これによって、少なくとも１つの燃料電池９０を、ハウジング５０内で流動する温度調整された供給流体と温度調整された冷却流体とを用いて温度調整することができるので有利である。供給流体と冷却流体とを温度調整するために１つの共通の熱交換器を使用することも考えられる。この場合好ましいのは、コストが低減され、特に車両において１つの熱交換器を収納するためにわずかな空間しか必要としないことである。さらに、通気管２４の熱交換器６０ａには、通気流体としてハウジング５０内へ流入する供給流体の温度と、供給流体として少なくとも１つのカソード入口９２に流入する供給流体の温度とを区別できるという利点がある。このことは、一方では少なくとも１つの燃料電池９０に温度調整した供給流体を最適に供給することが可能であること、他方ではハウジング５０を温度調整した通気流体で最適に通気することが可能であることを意味している。これによって、燃料電池システム１００に対する、特に少なくとも１つの燃料電池９０に対する特に好ましい動作点が得られる。

図１１は本発明による燃料電池システム１００を示し、この場合通気管２４には遮断ユニット６２ａが配置され、コンプレッサ通気管３４には遮断ユニット６２ｂが配置されている。遮断ユニット６２ａは、第１の流体源（示さず）と少なくとも１つの通気入口５２との間の流体連通の中断を可能にし、遮断ユニット６２ｂは、第２の流体源（示さず）と少なくとも１つの通気入口５２との間の流体連通の中断を可能にさせる。遮断ユニット６２ａ，６２ｂはたとえばコックまたは弁、特に調整または制御される弁であってよい。これによって、少なくとも１つの通気入口５２を通る供給流体および／または冷却流体の貫流を制御または調整できるので有利である。１つの遮断ユニット６２ａだけが通気管２４に配置されていることも考えられる。これによって、一方では、コンプレッサ通気管３４によるハウジング５０の継続的な通気を達成できる。他方では、通気管２４の遮断ユニット６２ａが少なくとも部分的に「開き」、加えて供給流体が通気流体としてハウジング５０を貫流することにより、必要な場合にハウジング５０の通気を強化することができる。これは、たとえば、技術的な欠陥のためにハウジング５０内に多量の水素が流出し、燃料電池システム１００の安全性を改善するために水素の搬出量を増大させねばならない場合に、必要であろう。

図１２は本発明による燃料電池システム１００を図示したもので、この場合図１０と同様に、通気管２４に熱交換器６０ａが、コンプレッサ通気管３４に熱交換器６０ｂが配置され、且つ図１１と同様に通気管２４に遮断ユニット６２ａが、コンプレッサ通気管３４に熱交換器６２ｂが配置されている。加えて、図１２では、調整部６６が本発明による燃料電池システム１００の部品である。調整部６６は熱交換器６０ａ，６０ｂおよび／または遮断ユニット６２ａ，６２ｂを次のように調整し、すなわちハウジング５０内に流入する温度調整されたおよび／または絞られた少なくとも１つの通気流体が燃料電池９０の特に好ましい、安全な、有利な作動を可能にするように調整する。このことは、温度調整されたおよび／または絞られた通気流体によって燃料電池９０の温度および出力を調整できることを意味しうる。調整部６６はさらに燃料電池システム１００を次のように調整することができ、すなわちコンプレッサ通気管３４を介してハウジング５０の継続的な通気が行われ、必要な場合にだけハウジング５０が付加的に通気管２４を介して通気されるように調整することができる。これによって、供給流体を完全に少なくとも１つのカソード入口９２に提供することができる。調整部６６はさらに水素濃度センサ（示さず）をハウジング５２内に含んでいてよく、この場合調整部６６は、測定された水素濃度に依存してハウジング５０の通気を調整する。

図１３には、少なくとも１つの排流出口５４と排流要素（示さず）との間に排流管５６を備えた本発明による燃料電池システム１００が図示されている。排流管５６とは、たとえば導管、パイプまたはチューブと理解してよい。この排流管５６は、排流流体のコントロールされた、合目的な排出を可能にすることができる。ハウジング５０が流体漏れがないように形成されているならば特に有利である。流体漏れがないとは、ハウジング５０の内部空間から空間流体が非合目的にハウジング５０の外部空間内へ流れないことを意味している。ハウジング５０の内部空間とは、ハウジング５０によって取り囲まれた／閉じ込められた空間である。ハウジング５０の外部空間とは、ハウジング５０によって取り囲まれていない／閉じ込められていない空間である。空間流体とは、特に、少なくとも１つの燃料電池９０と、少なくとも１つの燃料電池９０の少なくとも１つのカソード入口９２へ至る管のようなその他の部品とを取り囲んでいる、ハウジング５０内の空気混合物（たとえば水素を含んだ空気）のことを言う。したがって、流体漏れがないハウジング５０においては、空間流体は、特に通気流体は、少なくとも１つの排流出口５４を介してのみ合目的に排流できる。その結果、流体漏れがないハウジング５０と排流管５６とを備えた本発明による燃料電池システム１００は、水素を含んだ排流流体を危険のない個所、特に野外へ誘導できることを可能にする。排流管５６は、少なくとも１つの排流出口５４を排流要素としての容器と結合させてもよい。この容器は、排流流体の水素を集積するために用いることができる。排流管５６は、少なくとも１つの排流出口５４を車両の排流要素としての排気管と結合させてもよい。

図１４は本発明による燃料電池システム１００のハウジング５０を図示したもので、この場合図１４では、見やすくするために、３つの通気入口５２と３つの排流出口５４とを備えたハウジング５０のみが図示されている。ハウジング５０内には、本発明による少なくとも１つの燃料電池９０（図示せず）が配置されていてよい。２つの点線はハウジング５０を３つの３分の１に分割しており、すなわち下３分の１と、中３分の１と、上３分の１とに分割している。下３分の１には３つの通気入口５２があり、この場合２つの通気入口５２は下部端面５３に配置されている。上３分の１には３つの排流出口５４があり、この場合２つの排流出口５２は上部端面５５に配置されている。下３分の１は、特に下部端面５３は、上３分の１よりも、特に上部端面５５よりも地球の中心に近い。有利な態様では、少なくとも１つの燃料電池９０は次のようにハウジング５０内に配置され、すなわち不慮に流出した水素が空気に比べて密度が小さいためにハウジング５０の上３分の１に集まることができるように、ハウジング５０内に配置されている。水素がハウジング５０の下３分の１で流出すると、水素は空気よりも軽いので、ハウジングの下３分の１からハウジング５０の上３分の１の方向に水素の自然流動Ｓが発生する。危険な水素の搬出は、ハウジング５０の上３分の１に３つの排流出口５４を配置することによって特に好都合である。特にハウジング５０の上部端面５５に２つの排流出口５４を配置することは、水素の特に有利な自然搬出を支援する。本発明による燃料電池システムが車両内に組付けられているならば、複数の排流出口５４を上部端面５５に、特に上部端面５５の縁および／または中央に配置されていることが考えられ、その結果車両の姿勢によっては、排出流体は特に好都合に１つの排流出口５４を介してハウジング５０から流出することができる。さらに、ハウジングの下３分の１に３つの通気入口５２を配置することは、不慮に流出した水素の搬出を支援することができる。特に水素がハウジング５０の下３分の１で流出すると、通気流体は水素とより好適に混合して、１つの排流出口５４から排流することができる。少なくとも１つの通気入口５２が下３分の１に配置され、且つ少なくとも１つの排流出口５４が上３分の１に配置されていれば、特に有利である。すなわち、これによって通気流体はハウジング５０内を特に長い距離にわたって、ハウジング５０の多くの個所とたとえば管のようなハウジング５０内にある他の部品とのまわりを少なくとも１つの通気入口５２から少なくとも１つの通気出口５４へ環流することができる。その結果、水素が集積したハウジング５０内のほとんどの個所および／または水素が不慮に流出する少なくとも１つの燃料電池９０のほとんどの個所は、通気流体の流動に巻き込まれる。また、貫流する通気流体を用いて、少なくとも１つの燃料電池９０の作動時に発生する熱を少なくとも１つの燃料電池９０から、および／または、少なくとも１つの燃料電池の周囲の加熱された空気から、少なくとも１つの排流出口５４を介して排出させることもできる。したがって、ハウジングの通気がコスト上好ましい簡単な態様で行われ、しかも燃料電池システムの安全性が改善される。しかしながら、通気入口５２と排流出口５４とをハウジング５０の中央領域に配置することは不可能ではない。通気入口５２と排流出口５４との配置は、燃料電池システム１００のハウジング５０の配置に応じて車両のたとえば車体に適合させることができる。

図１５には本発明による方法２００が図示されており、この場合供給流体によってハウジング５０を通気するため、第１のステップで供給流体を供給する２０２。この供給流体は、特に周囲空気である第１の流体源から供給され、コンプレッサ１６によって圧縮される２０３。供給流体は、第１の流体源から出発して供給管１４内を燃料電池９０の方向に流れる２０４。供給管１４とハウジング５０の少なくとも１つの通気入口５２との間を流体連通させる通気管２４は、供給流体の少なくとも一部が通気流体として流体連通させる通気管２４内で流動２０６できることを可能にさせる。この通気流体はハウジング５０の少なくとも１つの通気入口５２内へ流入し２０８、ハウジング５０を貫流し２１０、水素と混合して２１１、排流流体を形成し、ハウジング５０の少なくとも１つの排流出口５４から排流流体として流出する２１２。

図１６には本発明による方法２００が図示されており、この場合ハウジング５０を通気するために、第１のステップで冷却流体を供給する２２２。この冷却流体は、特に周囲空気である第２の流体源から供給され、冷却流体コンプレッサ（図示せず）によって圧縮される２２３。第２の流体源と第１の流体源は同じ流体源であってよい。冷却流体は、第２の流体源から出発してコンプレッサ冷却管３２内でコンプレッサ１６を貫流し２２４、コンプレッサ１６を冷却する。コンプレッサ冷却管３２とハウジング５０の少なくとも１つの通気入口５２との間を流体連通させるコンプレッサ通気管３４は、冷却流体の少なくとも一部が通気流体として流体連通させるコンプレッサ通気管３４内を流動２２６できることを可能にさせる。この通気流体は、ハウジング５０の少なくとも１つの通気入口５２内へ流入し２２８、ハウジング５０を貫流し２３０、水素と混合して２３１、排流流体を形成し、ハウジング５０の少なくとも１つの排流出口５４から排流流体として流出する２３２。

供給流体および／または冷却流体によるハウジング５０の通気は、有利な態様では継続的に行われる。さらに、調整部６６により調整されたおよび／または制御されたハウジング５０の通気が考えられる。

図１７は、本発明による燃料電池システム１００を備えた自動車３００を図示したものである。

１４ 供給管
１６ コンプレッサ
２４ 通気管
３２ コンプレッサ冷却管
３４ コンプレッサ通気管
４２ 伝熱器
４４ 加湿器
４６ａ 質量流センサ
４６ｂ 質量流センサ
５０ ハウジング
５２ 通気入口
５３ ハウジングの下部端面
５４ 排流出口
５５ ハウジングの上部端面
５６ 排流管
６０ａ 熱交換器
６０ｂ 熱交換器
６２ａ 遮断ユニット
６２ｂ 遮断ユニット
６６ 調整部
９０ 燃料電池
９２ カソード入口
１００ 燃料電池システム
２００ ハウジングの通気方法
２０２ 供給流体を供給するステップ
２０３ 供給流体を圧縮するステップ
２０４ 供給流体が供給管内を流動するステップ
２０６ 通気流体が通気管内を流動するステップ
２０８ 通気流体が通気入口に流入するステップ
２１０ 通気流体がハウジングを貫流するステップ
２１１ 通気流体が水素と混合するステップ
２１２ 排流流体を排流するステップ
２２２ 冷却流体を供給するステップ
２２３ 冷却流体を圧縮するステップ
２２４ 冷却流体がコンプレッサ冷却管内を流動するステップ
２２６ 通気流体がコンプレッサ通気管内を流動するステップ
２２８ 通気流体が通気入口に流入するステップ
２３０ 通気流体がハウジングを貫流するステップ
２３１ 通気流体が水素と混合するステップ
２３２ 排流流体を排流するステップ
３００ 自動車

Claims (11)

1. ａ）少なくとも１つの燃料電池（９０）であって、それぞれの燃料電池（９０）がカソード入口（９２）を有している前記少なくとも１つの燃料電池（９０）と、
   ｂ）前記少なくとも１つの燃料電池（９０）が内部に配置されているハウジング（５０）であって、前記ハウジング（５０）が、少なくとも１つの通気流体を流入させるための少なくとも１つの通気入口（５２）と、少なくとも１つの排流流体を排流させるための少なくとも１つの排流出口（５４）とを有している前記ハウジング（５０）と、
   ｃ）供給流体を第１の流体源から前記少なくとも１つのカソード入口（９２）へ供給するために前記少なくとも１つのカソード入口（９２）に通じている供給管（１４）と、
   ｄ）前記供給流体を圧縮するために前記供給管（１４）に設けたコンプレッサ（１６）と、
   を備える燃料電池システム（１００）において、
   前記燃料電池システム（１００）が、さらに、
   ｅ）前記供給管（１４）を前記少なくとも１つの通気入口（５２）と結合させるために前記供給管（１４）と前記少なくとも１つの通気入口（５２）との間を流体連通させる通気管（２４）であって、前記流体連通させる通気管（２４）が前記コンプレッサ（１６）と前記少なくとも１つのカソード入口（９２）との間で前記供給管（１４）と結合されている前記流体連通させる通気管（２４）、
   ならびに／または、
   ｆ）前記コンプレッサ（１６）を冷却するためのコンプレッサ冷却管（３２）、および、前記コンプレッサ冷却管（３２）を前記少なくとも１つの通気入口（５２）と結合させるために前記コンプレッサ冷却管（３２）と前記少なくとも１つの通気入口（５２）との間を流体連通させるコンプレッサ通気管（３４）、
   を含んでいることを特徴とする燃料電池システム（１００）。
2. 前記コンプレッサ（１６）と前記少なくとも１つのカソード入口（９２）との間の前記供給管（１４）に伝熱器（４２）が、特にチャージエアクーラーが配置され、前記流体連通させる通気管（２４）が、前記伝熱器（４２）と前記少なくとも１つの燃料電池（９０）との間にある前記供給管（１４）と結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム（１００）。
3. 前記コンプレッサ（１６）と前記少なくとも１つのカソード入口（９２）との間の前記供給管（１４）に加湿器（４４）が配置され、前記流体連通させる通気管（２４）が、前記加湿器（４４）と前記少なくとも１つの燃料電池（９０）との間にある前記供給管（１４）と結合されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料電池システム（１００）。
4. 前記流体連通させる通気管（２４）が、前記供給管（１４）と前記少なくとも１つの通気入口（５２）との間に質量流センサ（４６ａ）を有していること、および／または、前記流体連通させるコンプレッサ通気管が、前記コンプレッサ冷却管と前記少なくとも１つの通気入口との間に質量流センサ（４６ｂ）を有していることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料電池システム（１００）。
5. 前記少なくとも１つの通気入口（５２）が、前記ハウジング（５０）の下３分の１に配置され、特に下部端面（５３）に配置されていること、および／または、前記少なくとも１つの排流出口（５４）が、前記ハウジング（５０）の上３分の１に配置され、特に上部端面（５５）に配置されていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の燃料電池システム（１００）。
6. 前記流体連通させる通気管（２４）に、前記供給流体を温度調整するための熱交換器（６０ａ）が配置され、および／または、前記流体連通させるコンプレッサ通気管（３４）に、前記冷却流体を温度調整するための熱交換器（６０ｂ）が配置されていることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の燃料電池システム（１００）。
7. 前記流体連通させる通気管（２４）に、前記第１の流体源と前記少なくとも１つの通気入口（５２）との間の流体連通を中断させるための遮断ユニット（６２ａ）が配置され、および／または、前記コンプレッサ通気管（３４）に、前記第２の流体源と前記少なくとも１つの通気入口（５２）との間の流体連通を中断させるための遮断ユニット（６２ｂ）が配置されていることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の燃料電池システム（１００）。
8. 前記流体連通させる通気管（２４）の前記熱交換器（６０ａ）および／または前記流体連通させる通気管（２４）の前記遮断ユニット（６２ａ）および／または前記流体連通させるコンプレッサ通気管（３４）の前記熱交換器（６０ｂ）および／または前記流体連通させるコンプレッサ通気管（３４）の前記遮断ユニット（６２ｂ）が調整部（６６）により調整されることを特徴とする、請求項６または７に記載の燃料電池システム（１００）。
9. 前記燃料電池システム（１００）が、前記少なくとも１つの排流出口（５４）と排流要素との間に、前記少なくとも１つの排流出口（５４）を前記排流要素と結合させるために流体連通させる排流管（５６）を含んでいることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載の燃料電池システム（１００）。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の燃料電池システム（１００）のハウジングを通気するための方法（２００）において、前記方法（２００）が、
    －供給流体を供給するステップ（２０２）と、
    －前記供給流体を前記コンプレッサ（１６）によって圧縮するステップ（２０３）と、
    －前記供給流体が前記供給管（１４）内を流動するステップ（２０４）と、
    －前記供給流体の少なくとも一部が通気流体として前記流体連通させる通気管（２４）内を流動するステップ（２０６）と、
    －前記通気流体が前記ハウジング（５０）の前記少なくとも１つの通気入口（５２）へ流入するステップ（２０８）と、
    －前記通気流体が前記ハウジング（５０）を貫流し（２１０）、同時に前記通気流体が水素と混合して（２１１）排流流体が形成されるステップと、
    －前記排流流体が前記ハウジング（５０）の前記少なくとも１つの排流出口（５４）から流出するステップ（２１２）と、
    を含み、
    および／または、前記方法（２００）が、
    －冷却流体を供給するステップ（２２２）と、
    －前記冷却流体を圧縮するステップ（２２３）と、
    －前記コンプレッサ（１６）を冷却するために前記冷却流体が前記コンプレッサ冷却管（３２）内を流動するステップ（２２４）と、
    －前記冷却流体の少なくとも一部が通気流体として前記流体連通させるコンプレッサ通気管（３４）内を流動するステップ（２２６）と、
    －前記通気流体が前記ハウジング（５０）の前記少なくとも１つの通気入口（５２）へ流入するステップ（２２８）と、
    －前記通気流体が前記ハウジング（５０）を貫流し（２３０）、同時に前記通気流体が水素と混合して（２３１）排流流体が形成されるステップと、
    －前記排流流体が前記ハウジング（５０）の前記少なくとも１つの排流出口（５４）から流出するステップ（２３２）と、
    を含んでいる方法（２００）。
11. 請求項１～９のいずれか一項に記載の燃料電池システム（１００）を備えた自動車（３００）。

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