JP7196092B2 - 水分離器及び貯水器を具備する媒体管理板並びに燃料電池システム - Google Patents
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Description
用語は、絶対的な用語として理解されるのではなく、むしろ、お互いに関連した構成要素の位置を定義するものであると重きを置かれる。
2 板状基体
3 第1主表面
4 第2主表面
5 燃料電池アセンブリ
10 燃料電池システム
Claims (21)
- 燃料電池アセンブリ(5)の媒体管理板(1)であって、
前記燃料電池アセンブリ(5)への取り付けのための第1主表面(3)及び反対側の第2主表面(4)を有する板状基体(2)、燃料電池媒体としてのアノード作動ガス、カソード作動ガス及び冷却剤を前記燃料電池アセンブリ(5)へ供給し、且つ前記燃料電池アセンブリ(5)から使用済みの前記燃料電池媒体を排出するための媒体ラインシステムを具備し、
前記媒体ラインシステムは、アノード作動ガス、カソード作動ガス及び冷却剤を前記燃料電池アセンブリ(5)へ供給するための、アノード作動ガスライン(11)、カソード作動ガスライン(50)、及び前記板状基体(2)の前記第2主表面(4)から前記第1主表面(3)へと伸びている冷却剤ライン(40)、並びに、前記燃料電池アセンブリ(5)からアノード排出ガス、カソード排出ガス、及び使用済み冷却剤を排出するための、アノード排出ガスライン(16、16’、19)、カソード排出ガスライン(55)、及び前記板状基体(2)の前記第1主表面(3)から前記第2主表面(4)へと伸びている使用済み冷却剤ライン(65)、アノード排出ガスから液化水を分離するための水貯蔵器(31)を伴った水分離器(30)を具備し、
前記水貯蔵器(31)は、アノード排出ガス注入開口部(38)、アノード排出ガス排出開口部(32)及び水排出開口部(33)を有し、前記板状基体(2)の前記第2主表面(4)上に、該水貯蔵器(31)から水を排出するためのチャネル(34)、前記媒体ラインシステム、前記水貯蔵器(31)若しくは前記チャネル(34)に連通した、バルブのためのシート、測定装置、並びに調節制御装置を具備し、
前記アノード作動ガスライン(11)、アノード排出ガスライン(16、16’)、前記水貯蔵器(31)、及び付随的に前記チャネル(34)は、お互いに流体連通し、
前記冷却剤ライン(40)は、前記媒体ラインシステム及び/若しくは前記チャネル(34)及び/若しくはバルブのための前記シート及び/若しくは測定装置及び/若しくは調節制御装置と少なくとも熱伝導接触している少なくとも1つの冷却剤分岐ライン(45)を有し、
前記少なくとも1つの冷却剤分岐ライン(45)は、少なくとも前記アノード排出ガスライン(16、16’)並びに前記水貯蔵器(31)を伴った前記水分離器(30)と熱伝導的に接して伸びており、並びに
前記少なくとも1つの冷却剤分岐ライン(45)はまた、バルブのための前記シート、測定装置、及び調節制御装置、並びに/若しくは測定装置のためのキャビティに熱伝導接触していることを特徴とする燃料電池アセンブリのための媒体管理板。 - 燃料電池アセンブリ(5)の媒体管理板(1)であって、
前記燃料電池アセンブリ(5)への取り付けのための第1主表面(3)及び反対側の第2主表面(4)を有する板状基体(2)、燃料電池媒体としてのアノード作動ガス、カソード作動ガス及び冷却剤を前記燃料電池アセンブリ(5)へ供給し、且つ前記燃料電池アセンブリ(5)から使用済みの前記燃料電池媒体を排出するための媒体ラインシステムを具備し、
前記媒体ラインシステムは、アノード作動ガス、カソード作動ガス及び冷却剤を前記燃料電池アセンブリ(5)へ供給するための、アノード作動ガスライン(11)、カソード作動ガスライン(50)、及び前記板状基体(2)の前記第2主表面(4)から前記第1主表面(3)へと伸びている冷却剤ライン(40)、並びに、前記燃料電池アセンブリ(5)からアノード排出ガス、カソード排出ガス、及び使用済み冷却剤を排出するための、アノード排出ガスライン(16、16’、19)、カソード排出ガスライン(55)、及び前記板状基体(2)の前記第1主表面(3)から前記第2主表面(4)へと伸びている使用済み冷却剤ライン(65)、アノード排出ガスから液化水を分離するための水貯蔵器(31)を伴った水分離器(30)を具備し、
前記水貯蔵器(31)は、アノード排出ガス注入開口部(38)、アノード排出ガス排出開口部(32)及び水排出開口部(33)を有し、前記板状基体(2)の前記第2主表面(4)上に、該水貯蔵器(31)から水を排出するためのチャネル(34)、前記媒体ラインシステム、前記水貯蔵器(31)若しくは前記チャネル(34)に連通した、バルブのためのシート、測定装置、並びに調節制御装置を具備し、
前記アノード作動ガスライン(11)、アノード排出ガスライン(16、16’)、前記水貯蔵器(31)、及び付随的に前記チャネル(34)は、お互いに流体連通し、並びに
前記水貯蔵器(31)の形状並びに前記アノード排出ガス注入開口部(38)、前記アノード排出ガス排出開口部(32)及び水排出開口部(33)の配置は、前記媒体管理板(1)が、重力の作用の方向に垂直及び重力の作用の方向に平行の両方に方位づけられることができ、頂部から底部へと作用する重力を伴って、前記アノード排出ガス注入開口部(38)及び前記アノード排出ガス排出開口部(32)が、前記水貯蔵器(31)の最上領域に配置され、且つ水のための前記水排出開口部(33)が、前記水貯蔵器(31)の最低領域に配置されることを特徴とする燃料電池アセンブリのための媒体管理板。 - 前記冷却剤ライン(40)は、前記媒体ラインシステム及び/若しくは前記チャネル(34)及び/若しくはバルブのための前記シート及び/若しくは調節制御装置と少なくとも部分的に熱伝導接触している少なくとも1つの冷却剤分岐ライン(45)を含む請求項2に記載の媒体管理板。
- 更に、前記媒体ラインシステムに流れる前記媒体の量及び/若しくは前記媒体の圧力及び/若しくは前記媒体の温度並びに/又は前記水貯蔵器(31)における水の量を測定並びに/又は調整及び制御するために前記板状基体の第2主表面(4)に設けられたバルブ、測定装置並びに調節制御装置を具備する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の媒体管理板。
- 更に、アノード作動ガスソースのための前記アノード作動ガスライン(11)及び/又はカソード作動ガスソースのための前記カソード作動ガスライン(50)及び/又は冷却剤ソースのための前記冷却剤ライン(40)を接続するために、前記板状基体(2)の前記第2主表面(4)にて、接続手段(91、95、97)を具備する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の媒体管理板。
- 更に、前記燃料電池アセンブリ(5)のアノード作動ガス注入口(61)のための前記アノード作動ガスライン(11)及び/又は前記燃料電池アセンブリ(5)のカソード作動ガス注入口(71)のための前記カソード作動ガスライン(50)及び/又は前記燃料電池アセンブリ(5)の冷却剤注入口(81)のための前記冷却剤ライン(40)を接続するために、前記板状基体(2)の前記第1主表面(3)にて、接続手段(63、73、83)を具備する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の媒体管理板。
- 更に、前記燃料電池アセンブリ(5)のアノード排出ガス排出口(62)のための前記アノード排出ガスライン(16)及び/又は前記燃料電池アセンブリ(5)のカソード排出ガス排出口(72)のための前記カソード排出ガスライン(55)及び/又は前記燃料電池アセンブリ(5)の使用済み冷却剤排出口(82)のための前記使用済み冷却剤ライン(65)を接続するために、前記板状基体(2)の前記第1主表面(3)にて、接続手段(64、74、84)を具備する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の媒体管理板。
- 更に、アノード排出ガス処理装置のための前記アノード排出ガスライン(16、16’、19)及び/又はカソード排出ガス処理装置のための前記カソード排出ガスライン(55)及び/又は使用済み冷却剤処理装置のための前記使用済み冷却剤ライン(65)を接続するために、前記板状基体(2)の前記第2主表面(4)にて、接続手段(92、96、98)を具備する請求項1乃至7のいずれか1項に記載の媒体管理板。
- 前記アノード排出ガスライン(16、16’)は、前記アノード作動ガスライン(11)の中へ開口し、且つ再循環ポンプ(49)のための接続点(23、24)を有するアノード排出ガス再循環ライン(22)を有する請求項1乃至8のいずれか1項に記載の媒体管理板。
- 更に、前記アノード作動ガスライン(11)の中にジェットノズル(29)を具備すると共に、前記アノード排出ガスライン(16’)が該ジェットノズル(29)の中へと開口している請求項1乃至8のいずれか1項に記載の媒体管理板。
- 少なくとも前記アノード作動ガスライン(11)、前記アノード排出ガスライン(16、16’)並びに前記水分離器(30)を伴う前記水貯蔵器(31)は、前記板状基体(2)の前記第2主表面(4)に設けられる請求項1乃至10のいずれか1項に記載の媒体管理板。
- 前記媒体ラインシステムの1つ以上のライン並びに/又は前記水分離器(30)を伴う前記水貯蔵器(31)は、前記板状基体(2)の容量の中に一体化される請求項1乃至10のいずれか1項に記載の媒体管理板。
- 前記アノード作動ガスライン(11)、前記アノード排出ガスライン(16’)及び前記ジェットノズル(29)は、前記板状基体(2)の容量の中に一体化される請求項10に記載の媒体管理板。
- 前記水貯蔵器(31)は、近位及び末端の領域並びに内側及び外側の領域を有し、前記近位領域が前記末端領域よりも前記第1主表面(3)に接近しており、並びに前記外側領域が前記内側領域よりも前記媒体管理板(1)の縁に接近している請求項2乃至13のいずれか1項に記載の媒体管理板。
- 前記アノード排出ガス注入開口部(38)及び前記アノード排出ガス排出開口部(32)に沿って前記水分離器(30)は、前記水貯蔵器(31)の前記近位内側領域に配置される請求項14に記載の媒体管理板。
- 前記水排出開口部(33)が、前記水貯蔵器の末端外側領域に配置される請求項14又は15に記載の媒体管理板。
- 更にレベルスイッチ(37)を具備し、前記レベルスイッチ(37)は、前記末端領域よりも前記近位領域に、前記水貯蔵器(31)の前記外側領域よりも前記内側領域に、しかしながら前記アノード排出ガス注入開口部(38)及びアノード排出ガス排出開口部(32)よりも近位且つ更に外側に配置されている請求項14乃至16のいずれか1項に記載の媒体管理板。
- センサを受けるための少なくとも1つのセンサキャビティ(26’)を具備し、前記センサキャビティ(26’)は、前記媒体ラインシステムのライン(26)と流体連通し、且つ前記ライン(26)よりも前記媒体管理板(1)の前記第1主表面(3)から離れて間隔が開けられるように前記ライン(26)から妨げられない方法で配置され、並びに、前記媒体管理板(1)が、重力の作用の方向と平行に配置され、前記水貯蔵器(31)が、前記媒体管理板(1)の上方縁よりも下方縁に接近するとき、前記ライン(26)よりも上に配置される請求項14乃至17のいずれか1項に記載の媒体管理板。
- 燃料電池アセンブリ(5)並びに請求項1乃至18のいずれか1項に記載の媒体管理板を具備する燃料電池システム(10)であって、前記燃料電池アセンブリ(5)及び前記媒体管理板(1)がお互いに取り付けられ、並びに、前記媒体管理板(1)並びに前記燃料電池アセンブリ(5)、前記燃料電池アセンブリ(5)の中へ新鮮なアノード作動ガス、新鮮なカソード作動ガス及び新鮮冷却剤を導入するための接続(63、73、83)及び前記燃料電池アセンブリ(5)からアノード排出ガス、カソード排出ガス及び使用済み冷却剤を排出するための接続(64、74、84)が存在する燃料電池システム。
- 燃料電池アセンブリ(5)及び請求項1乃至18のいずれか1項に記載の媒体管理板(1)を具備する燃料電池システム(10)の作動方法であって、
前記媒体管理板(1)のアノード作動ガスライン(11)を通じて前記燃料電池アセンブリ(5)の中へアノード作動ガスを導入する段階、
前記媒体管理板(1)のアノード排出ガスライン(16、16’)を通じて前記燃料電池アセンブリ(5)からアノード排出ガスを排出する段階、
前記媒体管理板(1)の前記アノード作動ガスライン(11)の中へと、アノード排出ガス再循環ライン(22)を通じて、前記アノード排出ガスを再循環させる段階、
前記燃料電池アセンブリ(5)の中へと、カソード作動ガスライン(50)を通じてカソード作動ガスを導入し、及び前記媒体管理板(1)のカソード排出ガスライン(55)を通じて、前記燃料電池アセンブリ(5)からカソード排出ガスを排出する段階、
前記媒体管理板(1)の冷却剤ライン(40)を通じて前記燃料電池アセンブリ(5)の中へと冷却剤を導入し、及び前記媒体管理板(1)の使用済み冷却剤ライン(65)を通じて、前記燃料電池アセンブリ(5)から使用済み冷却剤を排出する段階、
前記媒体管理板(1)の前記アノード排出ガスライン(16、16’)の中にある水貯蔵器(31)を伴った水分離器(30)により前記アノード排出ガスから液化水を分離する段階、
前記媒体管理板(1)に内蔵されている測定装置及び調節制御装置により、前記媒体管理板(1)を流れている前記作動ガス及び前記排出ガスの温度、前記作動ガス及び前記排出ガスの量及び/若しくは前記作動ガス及び前記排出ガスの圧力並びに/又は前記水貯蔵器(31)の中の水の量を測定並びに/又は調整及び制御する段階、
定期的に、前記アノード排出ガス並びに/又は前記媒体管理板(1)の前記水貯蔵器(31)の中の水を排出する段階、並びに
任意に前記アノード排出ガスライン(16、16’)及び前記水貯蔵器(31)を伴った前記水分離器(30)と熱伝導接触して伸びる冷却剤分岐ライン(45)の中の冷却剤により、少なくとも前記アノード排出ガスライン(16、16’)及び前記水貯蔵器(31)を伴った前記水分離器(30)を加熱する段階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。 - 前記燃料電池システム(10)のスタートアップよりも前に、前記冷却剤は、前記媒体管理板(1)の前記冷却剤ライン(40)の中へ送られる前に、3~8℃の間の温度に加熱される請求項20に記載の方法。
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