JPH06503201A - 動力発生システムへの燃料電池の適用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 動力発生システｌ、への燃料電池の適用本発明は、動力発生システムへの燃料電 池の適用に関するものである。

燃料電池は、適切な物質を供給すると電気出力を発生し得ることは既知である。

最近まで燃料電池は、産業上の用途としての一次動力源として考えられる動力密 度に欠けるものとされてきた。しかし、最近の研究開発の結果、燃料電池設計の 新しい時代を到来せしめた。それは次の理由によるものである。

効率か高いこと。

効率か負荷によって比較的影響を受けないこと。

環境汚染が少ないか、全く無いこと。

動力密度か高いこと。

廃棄する熱か僅かであること。

騒音、振動が無いこと。

以上のような性質があるため、輸送システム、日常用、及び緊急用の動力供給シ ステム、小型レジャー用ポート、又は遠隔地等のための電力供給用に、非常に魅 力的な組み合わせた用途、及び可能性ある用途が考えられている。また、燃料電 池は潜水艦の推進用に有望な手段であり、特に潜水艦が深く潜水した時だけでな く、海面上にある時、又は潜望鏡を使用する深さに潜水した時にも有望な手段で ある。これに関連し、燃料電池動力発生システムは、例えば電気推進モータを駆 動するため、ホテル、及びその他の負荷のための動力を発生するため、及びバッ テリーの再充電のための１次動力源となり得る。

しかし、このような動力発生システムも次のような欠点かある。

燃料の貯蔵か困難なこと。

不純物に対して敏感過ぎること。

サポートシステムの開発か必要なこと。

今後市場に広く使用されるへき状態にあること。

設備費か高いこと。

これ等の欠点は、重要でないとは言えないが、それにも増して、遥に重要な利点 を有する。例えば、最も効率の高い発電所の熱効率でも約３０〜３５９６に過ぎ ないのに、固体重合体形燃料電池の熱効率は約７０％である。従って、有望な、 自己保持性の燃料電池動力発生システムを提供するため必要なサポートシステム を開発することか必要である。

本発明の第１の態様による電力発生装置は、第１物質の供給装置と、 第２物質の供給装置と、 反応体を供給された時電力を発生し得る燃料電池と、上記反応体を発生するよう に上記の第１物質と第２物質とを処理する装置と、 電力を発生するよう上記反応体を上記燃料電池に送る送給手段と、 上記燃料電池とこの電力発生装置の他の部分とから生ずる廃棄生成物を廃棄する 廃棄手段と、 この電力発生装置の構成素子を規制し、この電力発生装置の流れを規制する制御 手段と、 この電力発生装置内の加熱の需要と冷却の需要とをほぼバランスされる熱交換手 段とを具える。

本発明の第２の態様による電力発生方法は、第１物質と第２物質とを供給し、 反応体が送られた時、電力を発生し得る燃料電池を設け、上記燃料電池に反応体 を送るよう上記第１物質と第２物質とを処理し、 電力を発生するよう上記反応体を上記燃料電池に送り、この燃料電池、及びこの 電力発生システムの他の部分からの廃棄生成物を廃棄し、 この電力発生システム全体どこの電力発生システムの個々の構成素子との作動パ ラメータを規制すると供に、これ等構成素子間の流れを規制し、 この電力発生システムの１個、又はそれ以上の加熱の需要を、二の電力発生シス テムの１個、又はそれ以上の冷却の需要にバランスさせる。

この燃料電池の出力エネルギーを調節し、この出力エネルギーを直流、又は例え ば２４０ボルトの交流のような交流電力に変換するのか好適である。

この電力発生システムの各関連する素子のパラメータを規制すると供に、このシ ステムの流れを規制することによって、このソスーアームを広い作動条件の範囲 にわたり、信頼性あるように機能させることか可能である。

熱交換装置を使用することにより、また廃棄物を管理することにより、加熱の需 要と冷却の需要どの整合を達成する。熱源の設置と、熱を必要とするプロセスと を並置することかでき、分離壁、ヒートパイプ、又は伝熱を増大するその他の手 段によ−）で熱を伝える、二とができる。このシステム自体の内部では利用でき ない廃熱源は、空間の加熱のために使用することかでき、更に、例えばターボ発 電機を通じて加圧流体を排出することにより、又はターボ発電機を通じて排出す る（冷媒ガスのような）作動流体を沸騰させ、更に電力を発生するように使用す ることができる。

過剰の水素の触媒酸化により、又は過剰の空気、又は過剰の酸素を使用するその 他の可燃物質の触媒酸化により燃料電池から生ずる廃棄生成物を廃棄することに より、廃棄物の管理を行うことかで紋プロセスヒーテングとして使用するため燃 焼から廃熱を抽出するのが好適である。

このようにして、加熱の需要と冷却の需要とをバランスさせることにより、この システムの全体としての効率と、正味の電力の発生とを最適なものにする。

本発明の特に好適な実施例では、第１物質は、メタン、又はメタノールのような 水素に富む炭化水素、又はその誘導体である燃料であり、上記第１物質を処理す る装置は、改質装置と、熱交換器とを組み合わせた形状が好適な燃料処理装置で あり、これにより廃ガス、及び／又はその他適当な燃料を燃焼させることにより 熱を発生し、改質装置と熱交換器との組み合わせた改質部内の改質すべき燃料に 向け、好適には向流させて、この熱を移送する。この場合、第２物質は、例えば 空気の形で供給されるのが好適な酸素のような酸化体であり、この処理装置には フィルタと、恐らくは給温器とを含む。代案として、酸素源として、液体酸素で もよく、適当な先駆物質の化学的処理であってもよい。

改質反応によって酸素ガスを生ずるが、触媒のペレットを充填した改質装置の中 心円筒コア内に、この改質反応を誘導するのか好適であり、改質室を構成してい るこの中心円筒コアを包囲する環状燃焼室内で燃焼を行オ）せる。伝熱量を増大 する手段を採用するのが好適である。例えば、共通の分離壁土にフィンを設けて もよく、ヒートパイプを設けてもよい（但し、ヒートパイプは漏洩を生ずる恐ｔ １かあるので好ましくないか）。フィ：７・、及び分離壁の表面に触媒を加え、 環状燃焼室内の燃焼を助けるのか好適である。燃焼室の外側にあって共通の分離 壁の一部でもある第２環状室を使用するのか好適であり、これにより改質室に入 れる１ｉｉｒに反応体を予熱する。、二こても、フィン、その他の手段を設けて 、伝熱を増大するのか好適である。

水素を＾有する燃料を改質するのに使用する触媒は、銅の酸化物と亜鉛の酸化物 、及びその還元した、又は一部還元した形、及び広い表面積を存する形のその他 適当な金属化合物とから成るグーブから選択した化合物を有する混合物であるの か好適である。この混合物を基材上に加えるのか好適である。

−・層好適な設計では、改質装置に貫通する中空金属管を設け、この管を通じて 可燃ガス混合物を送る。理想的には、この管の外側にフィンを設け、内側に触媒 を被着し、金属表面上での触媒の燃焼を推進さける。この設計においても、進入 する反応体を改質室に隣接する室内で予熱してもよい。

一層好適な設計の要旨では、改質室内に、保護されていない電気加熱素ｒ−を配 置する。このような素子による電気的加熱は寄生虫的損失を生ずるか、反応ガス に熱を直接与える。更に、この素子を覆う酸化物を触媒として作用させることか できる。

この設計の要旨は、システムの始動のために特に有利であり、更に改質装置の改 質ガスの発生量が段歩的に増大する場合、特に有利である。

この実施例の変形では、伝熱を高めるため使用する手段の数、形式、及び物理的 形状は、改質室、及び燃焼室の半径方向、及び改質室、及び燃焼室の軸線の長手 方向に、変化可能であり、これにより改質室に伝える熱の量を予め定めて、上記 改質室内での軸線方向、及び半径方向の両方向の特定の温度プロフィルを与える ようにする。

改質室内の温度は、約３００°Ｃから２２５°Ｃまでにあるのが有利である。同 心に配置した改質燃焼ユニット内に、及びこの改質燃焼ユニットを通じて燃焼ガ スを反応体と同一方向に流すことによって、この有利な温度範囲を達成すること ができ、この改質燃焼ユニット内の、触媒を被着したフィンのような伝熱を増大 し得る素子のその数と、伝熱帯域の軸線方向に沿う表面積との両方を変更するこ とができる。この温度プロフィルは、水素の生成を最多にし、−酸化炭素の形成 を最少にするものであるのかよい。予熱室内に進入するガスへの伝熱についても 同一の対策をとることかできる。この伝熱素子の理想的な数と、形状とを決定す るためには、有限要素分析法が適切である。

この改質燃焼ユニットは流量の広い範囲にわたって作動するよう意図されている ので、少ない流量に対してこのユニットを最適なものにすると供に、希望する範 囲の発生量を得るためにこのようなユニットの複数個を並列に使用するのが好適 である。

このように構成した場合、これ等ユニットを熱経済のため密接して群として設け るのが有利であり、需要の変動に応じて弁装置によってこれ等ユニットを使用し 、又は休止させる。

この実施例の他の変形では、予燃焼装置を設け、温度の需要と熱入力の需要とが 最大である改質装置内の位置の直ぐ上流に、又はこの位置に隣接して、燃焼ガス がその最大熱出力に達するようにする。

必要なら、過剰の水か得られるよう、反応体の燃料と水とを供に計量することか できる。この過剰の水（約５０９６の過剰が好適である）を使用し、−酸化炭素 の発生を最少にする。計量された燃料と水との反応体を、望ましい改質温度から 十分高くなるよう加圧されている液体として加熱し、次にフラッシュして蒸気に するのが好適であり、このようにして、３００’Ｃより僅かに高い望ましい温度 で、この反応体を改質装置に達せしめるようにする。

化学的処理によって酸素を発生する好適な先駆物質は、過酸化水素であり、濃縮 過酸化水素（ＨＴＰ）か特に好適である。

組み合わせた改質装置及び熱交換器内で、この濃縮過酸化水素を触媒によって分 解し、この強い発熱分解反応によって、反応体の燃料の改質反応での吸熱のため に熱を伝える。このようにして、分解反応と改質反応との間に熱的、化学的相乗 作用が生ずる。熱か同一方向に流れることか特に好適である。

触媒の存在の許に酸素を加えることによって、水素に富む改質ガスの流れから一 酸化炭素を除去するのか好適である。−酸化炭素の濃度を正確に測定し、化学量 論による酸素必要量の２倍まで、空気として、又は酸素として計量するのか好適 である。

しかし、実際上、−酸化炭素の濃度は、測定するのか困難であるから、酸化に必 要な既知の所定のデータに基づいて、このシステムか作動している状態に対し適 当に超過した量の空気、又は酸素を加えるのか好適である。

活性炭、又はイオン交換ベソ１−１又は水素を選択的に通す隔膜に、改質ガス流 を通すことによって、この改質ガス流を清浄にするのか好適である。この隔膜を パラジウムで形成することかできるが、代案として、選択性と通過性とか許容で きれば、ポリアミドの隔膜が好適である。

水素と酸化体とのフローラインにおいて、燃料電池の上流にタンクを設け、需要 の変動によって起きるガス発生量の変化に起因する燃料電池のガス圧力の変動を 最少にするのが好適である。得られる空間と二重量制限とに合うよう、タンクの 容積をできるだけ大きくするのが好適である。

本発明の他の実施例では、加圧可能な容器の内側に燃料電池を配置する。気密な 継手を介して、この容器の壁に貫通し、燃料電池に連結する種々の管、ワイヤの ための設備をこの加圧可能な容器に設ける。この容器の内面と、燃料電池の外面 との間に画成された空間を、窒素のような不活性ガスで加圧するのか好適である 。燃料電池のシール部を介する圧力差を適切な値に維持し得るよう、この容器内 の圧力を可変にしてもよい。

この実施例の変形では、燃料電池を包囲するこの加圧可能な容器を燃料電池より 著しく大きくし、この容器と燃料電池との間に画成した空間を一方の反応体ガス のためのタンクとして役立つようにする。

このタンクを空気、又は酸素の貯蔵のために使用するのか好適である。この場合 、このタンク内の圧力を燃料電池内の圧力より高くし、空気、又は酸素を燃料電 池内に押し込むようにしてもよいし、代案として、タンク内の圧力を燃料電池内 の圧力より低くしてもよく、この場合には、小型の第２ブロワを使用して空気、 又は酸素を燃料電池内に送り込むことができる。

圧縮された空気、及び／又は酸素は容易に燃焼するから、ポンプ用駆動モータ、 又はソレノイド弁アクチユエータのような電気器具、及びグリースのような可燃 材料をタンク内に使用すべきてなく、これ等の電気器具は、加圧可能の容器の外 側に取り付けて、この容器の壁に、パツキン等を通して作動させるへきである。

その他の実施例では、燃料電池と並列に、再充電可能なバッテリーを、適切な充 電手段、スイッチ手段、制御手段と供に設け、電気的出力を生せしめ、燃料電池 とバッテリーとの協働によって急激な動力の需要の増大に対応すると供に、急激 に動力の盟要か減少した時には、バッテリーに充電する。改質ガスの流量を調整 するのに時間的遅れがあるため、燃料電池システムは、動力の需要の変化に応す るのか遅れるから、このように再充電可能なバッテリーを使用することは、付加 的な動力を得るため、又は過剰動力を吸収するために好適である。通常の定常運 転状態では、燃料電池は、バッテリーに僅かな、又は一層多い充電を維持し、バ ッテリーを何時でも確実に完全に使用可能な状態にする。

本発明の他の態様によれば、潜水艦用の電力発生システムを提供する。この用途 では、本発明の第１悪様による電力発生システムに、更に再充電可能なバッテリ ーを設け、このバッテリーを燃料電池に並列に接続するよう制御手段を作動させ 、バッテリーと制御手段とを次のように作動させる。即ち、（ａ）　ｒｆＬ力を 供給して、燃料電池の作動を開始する。

（ｂ）燃料電池から電力を受け、バッテリーに充電し、バッテリーを所定の充電 レベルに維持する。

（Ｃ）燃料電池と供にバッテリーから電力を供給し、生じた動力の需要に合う組 み合わせた動力出力を発生する。

更に他の態様の実施例では、燃料電池とは別個にバッテリーが電力を供給するよ う、制御手段を作動させる。

本発明を一層良く理解するため、また本発明かとのようにしてその効果を達成す ることかできるかを、次の添付図面を参照して例をあげて説明する。

第１図は、燃料電池動力発生設備のサボー１〜システムのブロック線図である。

第２図は、第１図の燃料電池動力発生設備のプロセス路線図である。

第３図は、第２図の設備の燃料処理装置と燃料電池の一層詳細なフロー系統図で ある。

第４図は、第２図の燃料処理装置を第５図の矢印の方向に見たＡ−Ａ線上の断面 図である。

第５図は、第２図の燃料処理装置を第４図の矢印の方向に見たＢ−Ｂ線上の断面 図である。

第６図は、第１図〜第５図の設備のガスクリーンアップシステムのフロー系統図 である。

第７図は、第１図〜第６図の設備の制御システムの基本原理を示すフロー系統図 である。

第８図は、空気、又は酸素の代案としての供給源を示す部分フロー系統図である 。

第９図は、不活性ガスによって燃料電池を加圧している状態を示す部分フロー系 統図である。

第１θ図は、燃料電池を包囲する空気タンクとしての圧力室を利用する例を示す 部分フロー系統図である。

第１図において、燃料電池動力発生プラントに必要な支持システムは次の操作を 含む。

１）第１物質、及び第２物質の貯蔵 １１）第１物質、及び第２物質の取扱い１ｉｉ）第１物質、及び第２物質の処理 ｉｖ）制御システム Ｖ）冷却 ｖｉ）動力状態調節 ｖｉｉ）廃棄物管理 効率のよいシステムを設計するためには、上述の支持システムか相乗作用を生ず るよう一緒に取り扱う必要がある。このことは、熱の需要と冷却の需要とをバラ ンスさせることが必要な場合に特に重要である。上述の構成部材のそれぞれにつ いて次に説明する。

一例として、固体重合体形燃料電池を使用するか、本発明は他の形式の燃料電池 にも適用することができる。

固体重合体燃料電池に必要な酸化体は気体の水素及び酸素である。これ等２個の 元素のうち、水素の方か入手か困難である。

気体水素は加圧シリンダ内で得られるか、加圧シリンダは重量か非常に増大し、 しかも得られるガスの容積か著しく制約される１、液体水素は大容積の気体とし て得られるか、極低温ガスに対する熱絶縁、その他の問題かある。可能性かある その他の供給源としては、このガスを化学的に発生させることである。通常の金 属と酸どの反応は、必要な時に、必要なだけの容積のガスを発生させるように正 確に制御するのか困難であり、水素化ｊ、Ｉ　＝ｆ−ウｌ、は重量か増大する欠 点かある。

この用途での最も適切な水素の供給源は、例えばメタノールのようなパラフィン 系アルコール、及び例えばメタンのようなパラフィン系炭化水素のような燃料の 改質によるものである。

天然ガスはメタンの良好な供給源である。これ等の反応は化学的な処理において は通常のことであり、文献にも記載されている。これ等の反応には適当な触媒の 存在のもとで、蒸気と熱とを加えることが必要である。代表的な反応は次の通り である。

ＣＨｆｆＯＨ＋Ｈ２０＋熱→Ｃｏ２＋３Ｈ２ＣＨ４＋２Ｈ２０＋熱→Ｃｏ２＋４ Ｈ２液体であるメタノールと、容易に液化するパラフィン系炭化水素とは、例え ばミルクフロート、又は電動カーのような車輌の推進に使用する自動車用の燃料 電池システムに適している。

例えば家庭へのガス供給とか、汚物処理工場からの供給のように、天然ガスが入 手できれば、ガスは配管を経て入手できるのでガスの貯蔵は必要かない。

第１図、第２図、及び第３図において、例えばメタノール、又はメタン用の燃料 貯蔵装置ｌから適当なポンプ７Ａを含む燃料取扱い装置を通じて、改質装置２と 熱交換器２８との組合せに成る燃料処理装置に燃料を供給する。燃料処理装ｒＩ １２が機能するためには熱３が必要である。この熱はこの工程中のいずれかの位 置からの熱によって供給するか、この処理装置の一部を形成する触媒燃焼器内の 過剰ガス２３内の過剰水素を燃焼させるか、又は燃料電池堆積体９からの電気的 エネルギー４によって得られる。貯蔵装置ｌと燃料処理装ａ２との間の燃料を温 めるため低位の廃熱を使用してもよい。

改質のために、純粋の水８Ａが必要である。この水は燃料電池９から供給された 水８であってもよい。この燃料電池９は改質に使用するのに非常に適する純粋な 水の供給源を構成する。

この改質処理中、副産物として一酸化炭素と炭化水素１６とを発生する。この副 産物は次に説明するように化学的、又は物理的ｊＪ法で除去される。

この除去のための物理的手段としてポリアミド隔膜かあるか、この隔膜は水素同 様、−酸化炭素、及びメタンのような小さな分子を通過させるが、燃料電池９の 効率を低下させる水蒸気、二酸化炭素、及び高炭化水素（例えばＣ２以−ト）を 除去する。

副産物ガス１６の熱は経済的であれば処理用の熱に使用することかできる。

改質技術はよく知られており、その反応により種々の生成物を濃縮することかで きる。例えば、次に燃焼が必要な場合には、水素と一酸化炭素との相対割合は、 共に可燃性であるため厳密なものでなくてもよい。しかし、固体重合体燃料電池 に使用するためには、水素含有量を最大にし、−酸化炭素含有量を最少にするこ とか絶対に必要である。こねは−酸化炭素は毒性かあり、電池の効率を低下させ るからであり、そのためガスの流れの中から除去する必要かある。

この改質反応は吸熱反応であるので、熱を必要とし、反応体の温度か高ければ高 い程、転化速度は一層早くなる。しかし、このようにすると、希望しない炭化水 素の副産物が多くなる。

温度かあまりに低いと、転化速度が受け入れられない程低くなる。改質装置を通 じて次のような適切な温度により、最適な生成速度と生成物の品質とを確保する ことができる（第４図参照）。

帯域Ａ、温度約３００°Ｃ ＣＨ３０Ｈ→２　Ｈ２＋　ＣＯ（ａ　）帯域Ｂ、温度約２７５°Ｃ ＣＨ３０Ｈ＋Ｈ２０→３Ｈ２＋ＣＯｔ　（ｂ）帯域Ｃ１温度約２２５°Ｃ ＣＯ＋Ｈ，Ｏ→ＣＯ２−１−８２（Ｃ）従って、燃料処理装置（第４図及び第５ 図参照）は次のような要件を満たすように構成される。

１）改質装置内の望ましい温度状態 ｌＩ）望ましい温度状態を達成することと両立する改質装置内への最高熱伝達速 度 １ｉｉ）改質装置への望ましいガス導入温度を達成することと両立する反応体へ の最高熱伝達速度 ｉｖ）最高効率の熱伝達、即ち必要な熱にできるだけ近い熱の発生 ■）指令を発生するための最も早い応答時間第４図及び第５図の燃料処理装置は 上述の要件をすべて具体化しているか、その他の構成も可能であり、１個又はそ れ以上の特定の要旨を優先的に達成するよう燃料処理装置を選択してもよい。

改質反応に影響を受けず、高い熱伝導性を有する金属、又は合金の押出し、また は鋳造によって形成した改質装置ハウジング壁２５によって画成した改質装置３ ２を、燃料処理装置２は有する。第５図から明らかなように、壁２５から半径方 向に内方及び外方にフィン２５Ａ、２５Ｂをそれぞれ突出させる。壁２５の周り に同心に燃焼ハウジング壁３０を配置する。この壁３０も押出し、又は鋳造によ って形成するが、フィン３０Ａ、３０Ｂを壁３０から半径方向に内方及び外方に それぞれ突出させる。簡明のため、フィン３０Ａ、３０Ｂを第４図には図示しな い。更に同心の壁３１によって燃料処理装置２の外側円筒面を形成する。

このようにして、この燃料処理装置２は３個の流動域を有する。中心の流動域に は改質室３２を有する。この室にはフィン２５Ａ間に改質触媒（図示せず）のペ レットを詰め込む。フィン２５Ａと壁２５の円周面２５Ｃとに触媒を被着するの か有利である。その場合の被着は蒸着によってもよいし、高温の金属面上に触媒 粉末を転着、即ちローリングしてもよい。好適な改質触媒は銅の酸化物と亜鉛の 酸化物と、銅、及び亜鉛の還元、又は一部還元した形の適当な金属化合物との混 合物を適当な基材上に配置したものである。

改質ハウジング壁２５と燃焼ハウジング壁３０との間の環状部は燃焼室３３であ る。フィン２５Ｂと壁２５の周面２５Ｄとに燃焼触媒を加える。可燃材料は、管 ３４（第３図参照）からの例えばメタノールのような燃料、及び／又は管２３（ 第３図参照）を通じて燃料電池９からの過剰ガス、及び管３５（第３図参照）か らの空気又は酸素のような酸化体、及び／又は燃料電池パージ２２（第３図参照 ）からの過剰空気から成る。この可燃材料を燃焼室３３に送り、管、例えば管３ ６を通じて燃焼室３３に入れる。これ等のガスは燃焼室３３内の予熱帯域３３Ａ 内で混合し、燃焼を開始し、（下方に向かう）ガスガ改質室３２の帯域Ａに接近 する際、最高温度に達する。燃焼生成物は管４０を経て改質装置から去る。

燃料処理袋ａ２の第３流動域は予熱室３７てあり、壁３０と壁３１との間の環状 部によって構成されている。この室ては、改質される燃料か燃焼室内で生ずる燃 焼反応によって加熱される。

触媒によって覆われたフィン２５Ｂと表面２５Ｄとを使用する目的は、触媒燃焼 を促進し、金属に接触して実際に燃焼を行わせ、熱を待っている未改質のガスに 向け、フィン２５Ｂに直接沿い壁２５を経て、更にフィン２５Ａに沿って熱を伝 え、反応を行わせることである。フィン２５Ａのパターンは、改質域の全断面に わたり、できるだけ均一に多くの熱かもたらされるようなパターンにする。しか し、そのようにしても、熱が伝わる長い距離があるため、壁２５の軸線に沿って 下方に半径方向内方に最少値まで温度勾配が存在する。

第４図において、改質室３２は３個の温度帯域Ａ、Ｂ及びＣを有する。フィン２ ５Ａはその頂部を予熱帯域３３Ａに沿ってその寸法を小さくし、帯域Ａ、Ｂ及び Ｃにわたり半径方向に一杯に突出しており、これにより半径方向に基本的に一定 の温度を維持する。一方、フィン２５Ｂを下方にテーバにし、帯域Ｂ、Ｃに徐々 に少ない熱を伝えるようにし、これ等帯域内で望ましい温度が得られるようにす る。

フィン３０Ａ、３０Ｂをその全長に沿い等しい幅にし、改質室３２の帯域Ａに入 る前に反応体（メタノール及び水）を約３００°Ｃまて単に予熱てきるようにす る。フィン２５Ｂはフィン３０Ａより大きいことに注意されたい。これは、予熱 室３７内に熱を伝えて反応体に顕熱を供給すること以上に、改質室３２内に一層 多くの熱を伝え吸熱反応のために熱を供給しなければならないからである。

室３０の内面３０Ｃとフィン３０Ａの表面は必ずしも触媒で覆わなくともよい。

これは予熱室３７に向は外方への伝熱量よりも改質室３２に向は半径方向内方へ の一層多い伝熱量か必要になり易いためである。しかし、表面３０Ａ、３０Ｃに 部分的にのみ触媒を被着するか、或いは単に粗面にすることによって、室３２． ３７への熱伝導を最適なものにすることもできる。

同様に、表面３０Ｄとフィン３０Ｂの表面をも粗面にし、熱伝導を若干改良して もよい。

改質すべき反応体３８を改質室内に導入し、改質室３２のガスの流れと、燃焼室 ３３内のガスの流れとを同時に流す。即ち温度差と熱の需要とか最大である帯域 Ａ内で最大の熱伝達か行われるようにする。燃焼ガスが下方に移動するから、燃 焼すべき残存ガスか少なく、温度か降下する。このようにして、フィン２５Ｂの 輪郭との組合せにおいて、希望する温度帯域か改質室３２内に達成される。

これに反し、燃焼室３３内のガスの流れと予熱室３７内のガスの流れとを、ここ における必要から向流させ、改質室３２に入るのに必要な温度まで大量の反応体 ガスの温度を上昇させる。

従って、導入口と送出口との温度差を最大にし、最高伝熱効率を達成する。予熱 効率か最高であると、改質室３２へ一層多くの熱を入れることかできる。

上述した２つの熱伝達の要件を最適なものにするのに必要なパラメータは、例え ば、触媒を被着すべき表面の位置と、フィンの寸法、数、間隔、輪郭と、乱流を 促進するための、例えば直線状、螺旋状のようなフィンの形態と、ガスの流れの 方向、即ち同一方向の流れか、向流か等である。

第４図及び第５図には示さないか、改質室３２内に保護のない加熱素子を配置し てもよい。このような電気的な加熱は、このシステムにとっては寄生損失、即ち 好ましくないエネルギー損失になるか、ガスの流れに直接熱を与えることかでき る。触媒として作用する酸化物の層でこの加熱素子の表面を覆う。この構成は、 特別な場合のみに好適であり、例えばシステムを低温から始動する場合か、水素 の発生に工程の増加か必要になる時である。

燃料処理装置２から管３９（第４図参照）を通して高温改質ガス２９は第１熱交 換器２８（第３図参照）に入り、続いて一連の他の熱交換器、即ちコンデンサ４ ２とガスクリーンアップシステム４３とに入る。熱交換器１９は燃料電池９を冷 却し、熱を反応体３８に伝える。これ等の熱交換器によって加熱と冷却とか交互 に起きるラインの配列を希望に応じて変えてもよい。

しかし、コンデンサ４２によって液状の水とエタノールとを除去し、管４４を経 て水タンク８Ａに再循環させる。

燃料電池９の効率を不当に低下させず燃料電池として許されるレベルまで一酸化 炭素及び高い炭化水素含有量をガスクリーンアップシステム４３によって減少さ せる。固体重合体燃料電池の現在の設計は一酸化炭素の存在に対して非常に敏感 であり、例えば百万分の１の単位のような非常に低いレベルまでその含有量を減 少させるプロセスは反応体の化学量論比によって開始される。

全体としての改質反応、即ち最初に述へた（ｂ）は、メタノールの１分子が水の １分子に反応して、二酸化炭素ｌ、水素３を発生することを示している。従って 、吸熱反応に対して十分な熱か加えられたと仮定して、メタノール対水の比が理 想的に１対ｌの化学量論比であればｌｏ　Ｏ％の転化を生ずる。しかし、このこ とは実際には難しい。反応（ｂ）の開始に当たりメタノールと水との分子濃度は 高く、これ等分子の接触と次の反応とが、気相と、更に容易に触媒の表面との両 方で行われる。２個の分子間の反応で、生成物の４個の分子か生ずる。時間が経 過するにつれて、反応体の濃度が低下し、最終的には反応速度は拡散プロセスに よって制御されるようになる。水か無いと、メタノールは反応（ａ）に従って、 −酸化炭素と水素とに分解する。

この問題が生ずるのを避けるために、過剰の水、例えば化学量論比の約１．　１ 〜１．３倍の比を使用することができる。水の質量と容積とが余分に増大すると 、例えば装置の重量、寸法か増大し、必要な熱量も余分に増大（大部分は熱交換 器を通じて回収できるか）する等の欠点を生ずる。しかし、更に説明するように 、これ等の欠点は、一層大きなガスクリーンアップシステム４３によって生ずる 欠点と相殺するものである。

改質ガスの主要な不純物は、水、未反応のメタノール、二酸化炭素、−酸化炭素 、及びメタン、ホルムアルデヒド、蟻酸及び２個又はそれ以上の炭素原子に基づ く化合物のような炭化水素であり、これ等の不純物は全て、燃料電池の効率を低 下させる。成る不純物について、効率の低下が累加的になる場合には、僅かな量 の不純物も最終的には重要な作用を有する。

第３図において符号４３で示したクリーンアップシステムは第６図に一層詳細に 示すか、このクリーンアップシステム４３は全ての構成部材を破線の矩形の概略 線図で包囲して示した。

しかし、コンデンサ４２もガスクリーンアップシステムの第１部分と考えられ、 冷却反応体３８によって改質ガス流１２を冷却する。コンデンサ４２内に含まれ る未反応のメタノールと水どの凝縮液は水タンク８Ａに再循環する。また、ガス 流１２は活性炭４７の第１ヘットを流れ、残存しているいかなる炭化水素、又は 金属イオンをも吸収する。活性炭素は低温で一層良く機能するから、例えば反Ｌ Ｌ一体３８によってこのペッドか冷却されるのか好適である。

次に、このガス流１２は触媒反応器４８に通り、ここで−酸化炭素を選択的に酸 化させ、二酸化炭素にする。この反応は弁４６を介する酸化体の少量の４量によ って達成される。−酸化炭素の濃度を連続的に計量するのか有利であり、例えば 、分析計５４及びアクセスド５５によって、入力部１７Ｄを通じて弁４６を作動 させる制御システム１７のマイクロプロセッサを副部することにより、酸素の化 学量論必要量の１．　５〜２．　０倍を送給する。しかし、−酸化炭素の濃度を 実際に測定するのは困難であり、従って、全体のシステムの既に分かっている作 動条件に基づいて、空気、又は酸素の量を加えるのが好適である。

（酸化体が超過する理由は上に説明した理由と同一である。）反応器４８内の触 媒は水素を酸化する前に優先的に一酸化炭素を酸化する。この触媒は、貴金属と 、適切な支持体上の適当な金属化合物との混合物であるのが望ましい。−酸化炭 素を酸化する第２の触媒反応器４９を図示する。この反応器は一酸化炭素のレベ ルが高い時に必要である。代案として、電気的に作動する切換弁によって、２個 の反応器４８．４９を並列に連結し、使用している反応器の性能が所定レベル以 下に落ちた時、一方の新しい反応器を使用できるようにしてもよい。過剰の酸化 体は若干の水素ガスと反応する。

触媒反応器４８．４９の欠点は、存在するメタノール蒸気と更に反応が起きるこ とであり、これにより希望しない若干の炭化水素が発生する。従って、活性炭の 第２のベッドを設けるのか好適である。

ここに説明するガス処理方法の問題点は、改質ガス流１２内に銅イオンと、少な いながら亜鉛イオンが存在することである。

これ等のイオンは恐らく改質用触媒から生じたものであるが、この問題を解決す るように作動手順が確立されない限り、イオン変換塔５１によって、これ等のイ オンを除去する必要がある。

このガスクリーンアップシステム４３の最後の段階はガス分＃器５２内で行われ るか１、丁のガス分離器５２は水素を選択的に通す隔膜５３を有する。このよう な隔膜のために、パラジウムか伝統的に使用されている材料であるか、ポリアミ ド隔膜か好適である。この隔膜の小孔は十分に小さく、水蒸気、二酸化炭素、高 炭化水素を阻止する。これ等は副産物１６として除去さ第１る。しかし、水素の 他に、若干のメタノールと一酸化炭素かこの隔膜を通過し、燃料電池９に達する 。このガス流は、殆ど純粋の水素であり、管５７を通じて、燃料電池９に再循環 する。不純物か発生するのを防止するため、このガスをパージし、排ガス２３と して燃料処理装置のバーナ形成部に送る。

−酸化炭素の濃度は、例えは、５　ｐｐｍ以下のように非常に低いか、このガス は燃料電池の素子に吸収され、徐々に燃料電池の効率を低下させる。これを改良 するため、燃料電池から周期的に、例えば窒素によって水素を追出し、酸素又は 空気でフラノンし、−酸化炭素を酸化し、二酸化炭素の形で除去し、次に水素に 富むガスとして再使用する前に再びパージする。

制御システムＩ７のユニット１７Ａの制御を受ける２個のポンプ７Ａ、７Ｂによ って正しい圧力でのメタノールと水との必要な量と比とを計量して反応体３８の ための管内に送ることに性悪すべきである。メタノールと水との凝縮液は、コン デンサ４２から再循環するから、アナライザ５８を使用して正確なメタノール濃 度を決定し、ユニッｌ−１７Ａによってメタノールと水との正確な量を決定し、 それぞれ弁７Ｃ１７Ｄを通じて必要な混合物を得る。

十分に１００°Ｃ以上に加熱されるまで、メタノールと水との混合物か液相に維 持されるよう、ポンプ７Ａ、７Ｂによって加える圧力を十分高いものにする。こ の混合物か、燃料処理装置２内の予熱室３７に達するか、この予熱室を通過して しまい、弁（第４図に図示せず）を通じてフラッシュ蒸発するまでは、この混合 物を液体として維持するのが有利である。この混合物が液相である間に、できる だけ多くの熱を伝達する目的のため、この混合物か通過してフラッシュ蒸発する ための弁を予熱室３７の後に設けるのが好適であるが、燃料処理装置２と熱交換 器２８との中における熱伝達の経済上の必要性と、燃料処理装置をコンパクトに 設計するための要求から、この弁を燃料処理装置２内に設置することかできない 。そこで、第３図に示すように、熱交換器２８の直ぐ上流の次の最も好適な位置 に、弁４１を設置することかできる。フラッシングは断熱プロセスであり、温度 は僅かに降下するが、この液体は十分に３００℃以上に加熱されているから、フ ラッシング後は、このガスは改質室３２に入るために必要な温度になっている。

このことによる利点は次の通りである。

■）反応体が一層良く混合する。

１１）共沸混合物についての問題がない。

１ｉｉ）単−相の流れを加熱する時生ずる問題が少ない。

ｉｖ）反応体がその顕熱を保持する。

■）ガスよりも液体に圧力を加える方がはるかに容易であり、フラッシング後で も、その生じた圧力は、隔膜５３を含む全ガス処理システムを通じて、反応体と 生成物とを燃料電池９に駆動する。

ｖｉ）境界層の熱伝達係数が高いため、ガスへの熱伝達よりも、液体への熱伝達 が一層有効である。

酸化体の供給（符号５にて示す）は通常、空気からで、この場合、処理装置６に は、通常のように、フィルタ６Ａと湿度調整袋ｆｔ６Ｂ（第３図参照）を有する 。この酸化体内に汚染物か存在していれば、浄化が必要である。空気は酸素の供 給源であることか明らかであるが、例えば液体酸素や、過酸化水素の分解のよう な化学的処理からの酸素もその他の酸素の供給源として使用できる。

第８図は、酸素の種々の供給源の使用と、その変更の原理を形成する部分ブロッ ク線図である。酸素の種々の供給源を変更する必要性は、本発明の電力発生シス テムを使用して潜水艦の動力を供給することによって最も良く例示されるので、 これに関連して説明する。

海面上で、又はスノーティング（潜望鏡を使用する深さ）で、弁７Ｅを通じて空 気５をブロワｌＯにより吸引し、フィルタ６Ａに通し、含まれている海水の水滴 を除去する。代案として、潜水艦の内側の大気から空気５を吸引し、スノーティ ングシステムを通してこの空気を送給する。この潜水艦が潜水する時、弁７Ｅを 閉じ、海水の侵入を防止するため、ブロワ１０を切り、代わりに他の供給源から の酸素を使用する。

酸素の第２の適切な供給源として、熱絶縁タンク７０内の極低温液体６９を使用 することもてきる。弁７Ｆ、蒸発器、加熱装置７１、及び湿度制御装置６Ｂを通 じて、液体酸素（ＬＯＸ）は燃料電池９に流れる。実際上、蒸発器と加熱装置７ １とを２段階で設けてもよい。第１段階では、海水を使用して蒸発のための熱を 得ることができ、第２段階では、燃料電池９に入れるための適切な温度までガス を暖めるのに、成る熱源を使用する。

第３の供給源としては希釈した過酸化水素を使用することであり、次の化学方程 式によって分解する。

２Ｈ２０２→２Ｈ２０＋０２＋熱 過酸化水素は成る濃度以上であると、自触媒の分解を行う。

即ち、反応熱が十分高く、分解を継続するのに必要な活性化エネルギーを供給す る。好適には、過酸化水素７５を使用し、触媒の存在の許で分解（符号７２）を 起こす。一旦反応が始まると、自触媒作用があるとは言え、反応を開始するため には、若干の熱（図示せず）が必要になる。コンデンサ水分離装ａ７３によって 液状の水７４を除去する。

他の代案としては、酸素の供給源、及び熱の供給源として、）ＩＴＰとして知ら れる濃縮した過酸化水素を使用することができる。この場合、貯蔵所７６からの 過酸化水素を直接燃料処理装置２に通し、第２室３３に入れ、ここで上述したよ うに分解熱を改質室３２に直接伝達する。室３３を去って残留熱（図示せず）を 伝熱した後、コンデンサ水分離装置７３を通じて蒸気と酸素とを通し、未凝縮の ガスを燃料電池９に通す。潜水艦か潜水している時のＨＴＰＯ分解の役割と、酸 素供給源として空気を使用している時の燃料（例えばメタノール）の燃焼の役割 との両方の役割を触媒燃焼室３３が満たすことか可能である。そうでない場合に は、燃焼のための別個の帯域３３と、ＨＴＰの分解のための帯域３３Ｂとを設け 、上述した熱伝達の原理を具体化することができる。別個の配管も燃料処理装置 ２の下流に必要である。その目的は例えば、燃焼生成物のための廃燃焼ガス２６ の熱伝達と廃棄、更に、ＨＴＰの分解生成物のための熱伝達、凝縮及び燃料電池 への送給である。

過酸化水素保管装置７５．７６は、潜水艦の圧力船体の外のポリエチレン袋であ るのが有利である。深さによる水圧によって、必要な時、この液体を強制的に潜 水艦内に入れるから、ポンプは必要でないため図示されていない。しかし、海面 近くになると、圧力差か小さくなるため、過酸化水素にポンプ作用を加えること が必要である。

弁７７によって、管１３を通じて、空気、又は酸素の１個又はそれ以上の供給源 から燃料を燃料電池９に供給する。制御システム１７により適切な弁を作動させ 、作動状態を調整する。

例えば、燃料電池９からの出力電流２７のレベル、又は質に重要な変化を生せし めることなく、酸化体の供給源を変化させることができるように、空気を供給す るか、酸素を供給するかに応じて調整する。

種々の酸素供給源を使用する上述の方法及び装置によって、基本動力の単一供給 源として燃料電池を有する潜水艦の設計を可能にする。従って、ジーゼル機関の ためにバッテリーに再充電する必要かない。

改質室３２及び酸化体供給源５（エネルギー源１１によって駆動されるブロワ１ ０による）から燃料管１２．５７及び空気管１３を通してそれぞれ燃料電池９に 水素及び空気を送る。各配管にタンク１４．１５を設け、各ガス流のサージを受 け入れ、又は一時的な不足に具える。ガス流中にサージを生じ、又は一時的不足 を生ずる理由は、次に説明するように、燃料電池９の動力出力４内の段歩的な変 化である。

ｉｖ）制御 統合された制御機能を単一のブロック１７にて示す（第１図参照）。制御の一態 様としてのタンク１４．１５の役割は既に説明した。このことを矩形状の線＋４ Ａ、１５Ａ（第２図参照）で強調して示し、ここてＢの項目は［量Ｊを意味して いる。第２図の各フローラインの側部の説明は、全体のシステムか平滑に信頼性 あるように作動し、要求かあった時にこれに応じられるように監視し、制御すべ き個々のパラメータを示す。

定常状態を正しく維持するのに、重要な制御上の問題があることは明らかである 。燃料電池の出力か一動力レベルから他のレベルに変化した時、特に時間遅延に 起因して、この問題が厳通るべき燃料とブロワｌＯによる空気とかそれぞれ増大 する。

ブロワ１０への電気的エネルギ１１は容易に増大でき気流を増大できるが、燃料 処理装置は著しい時間的遅れを生じ、燃料電池９からの水８の出力が要求に合う までまだ増大していないのに、燃料処理装置は一層多くの水８Ａを必要とする。

従って、このような移行中には、要求に合うよう、水の供給源８Ａには緩衝容量 を持たせる。

このことは、このシステムの種々の部分の相互依存性と、完全な統合制御機能を 生ずる可能性との一例である。実際上、現代コンピュータ、又はマイクロプロセ ッサによって制御される制御システムは、第２図に示す全てのパラメータを監視 する能力を有し、基準からそれるのに対抗する必要な調整を遂行する。

以上のような移行が起きた時、この制御システムは、新しい作動レベルで定常状 態に達するまで、上に挙げた多くのパラメータを同時に連続的に変化させる。本 発明の燃料電池動力システムは電動車輌に使用するのに良く適している。そのよ うな用途では、「緩衝装置」としてバッテリーを使用することができるが、運転 者が交通上、車輌の速度を制御すると、この制御システムは、作動レベルを常に 変化させる。

従って、この制御システムは、線形、比例、差動、積分等の制御の形と、通常の フィードバック、フィードフォワード制御ループ、及びその他必要な要旨のすへ ての必要な能力を有し、この特別な用途のために開発されたものである。実際の 制御システムはその性質が電子的に制御するものが好適であり、種々のセンサか ら電気的な入力を受けるが、他の形式の制御装置もこのシステムの特定の部分に 使用することができる。

この制御システムの基本原理を第７図を参照して次に説明する。制御システム１ ７を燃料電池動力発生システム１７Ａ−Ｒの各部に連通ずる状態に示す。点線は 、例えば第２図に示すように５４．５８．８１のような特定の構成部材からのデ ータの入力のようなパラメータデータの入力と、制御信号の流れへのパラメータ データの入力とを示すものである。制御される装置、制御器、監視装置等のおの おのから制御ユニット１７へのフィードバックを矢印１７Ｒにて示す。第７図に おいて、信号１７Ｆは、燃料電池９に送らなければならないいずれかの制御指令 、又は燃料電池の状態を監視するいずれかの作動パラメータから復帰する復帰指 令を示す。信号１７Ｇ、１７Ｊは、電気状態調節装ｆｆ１２０と選択肢ｒｔ１７ Ｅとへの制御信号と、復帰信号とをそれぞれ示す。信号１７Ｈは、燃料電池９（ 又はバッテリー６０）か過大な需要を受けるのを防止するため、選択的カットア ウト、又は全カットアウトが必要な時、電力２７Ｃの使用を監視する。

操作者の入力５９が受信されると、入力１７Ｉを通じて制御システム１７によっ て電流状態をチェックし、応動する。例えは、第１人力５９によって全体のシス テムを休止状態から始動させる。信号１７Ｊによって電力選択装置１１７Ｅを始 動し、電力をバッテリー６０から取り、動力状態調節装置２０を経て使用位置６ ２に送る。ここで使用位置６２は、ポンプ７Ａ、７Ｂ及びブロワｌＯであり、信 号１７Ｂ、１７Ｃ（第３図をも参照）を通じてメタノール、水及び空気を燃焼室 ３３に収容する。

（信号１７Ｋを通じて）弁６１、及び（信号１７Ｌを通じて）弁６３によって反 応体の流れを制御するが、その方法は、低温の時に、チョーク開園を行い、温度 が上昇すると、化学量論の条件に一層近い条件が得られるようにするなど、車輌 の機関の通常のキャブレターと同様に行う。必要であれば、電気点火（図示せず ）を使用し、燃焼が一層容易に開始されるようにしてもよい。改質室３２内の電 気的加熱装置も必要である。

燃焼室３３か作動温度であると、弁７Ｃ１７Ｄを（制御ユニット１７Ａからの信 号により）開き、反応体を燃料処理装置に受理し、ガス流１２内に水素を発生さ せる。導入圧力が必要なレベルに達した時、（信号１７Ｐ、１７Ｍによって制御 される）弁６６．６４を通して、水素と酸化体とを燃料電池９に入れ、電力２７ を発生させる。燃料電池９の作動温度は約７０°Ｃであるから、燃料電池におけ る発熱反応が温度を上昇させると、効率と発生電力量とが徐々に向上し増大する 。作動温度に達すると、燃料電池冷却システム１９が作動して、必要な温度を維 持する。もちろん、出力の熱はシステムの残部のプロセス熱として利用すること ができる。

燃料電池９から生じた第１の電力２７は選択装置１７Ｅを通ってバッテリー６０ に入り、ポンプ７Ａ、７Ｂ、ブロワｌＯ等を始動するために使用された電荷にと って代わる。

燃料電池動力発生システムが第１定常状態て通常のように作動している時、入力 ５９からの正規の指令によって第２定常状態に変化する。例えば、このシステム が自動車を駆動している場合には、運転者が加速することを希望することかある し、このシステムか家庭に電力を供給している場合には、住人が火を使うため余 分な電気機器を作動させることを希望することかある。燃料電池の要求に対して 適切な速度で燃料を処理しなけれはならないため、時間の遅れを生ずるから、入 力５９に応動して出力２７を迅速に変化させることは燃料電池のみでは不可能で ある。その解決策を次に説明する。

代表的な固体ポリマ燃料電池堆積体９は、酸化体の供給源として空気を使用し、 ５ｋＷの最高出力を生ずる３５個の個々の電池で構成することかできる。純粋酸 素を使用すれば８ｋＷまての出力レベルが可能である。電池から取り出される電 流のレベルか増大すると、電圧は降下する。正しい手順は、反応体の流量とガス のｍ力とを増大することであり、即ち、取り出される動力のレベルか増大する前 に、燃料電池９の分子密度を増大することである。フェイルセーフシステムを燃 料電池の制御に組み込んで、燃料電池か事故で損傷するのを防止する。

実際上、操作者は、恐らく数秒間の動力の発生の遅延も嬉うから、この不足分を 補う「緩衝」供給のためバッテリー６０を使用する。例えは、動力の需要２７Ａ か１００アンペアであって、人力信号５９が１２５アンペアを要求しているもの と仮定する。制鍾器１７は１７Ｅを通してバッテリー６０から２５アンペア（２ ７Ａ）を受け取るから、動力状態調節装置２０への入力は１００（２７）と２５ （２７Ａ）との和により１２５アンペア（２７Ｂ）の全出力を生ずる。このよう にして、１２５アンペアの動力使用位置６２に対する需要５９が直ちに満たされ る。需要２７Ｃは、車輌の回転動力であり、電気的な動力であり、又は各必要な 用途である。

同時に、他の信号、例えば１７Ｂ、１７Ｃ等は、それぞれ反Ｌｕ体ガス、及び酸 化体の生成量を増大し、数秒後、燃料電池９へのガスの流れは１３５アンペアの 動力出力に相当する量に達する。動力選択装置１７Ｅは、燃料電池９から１３５ アンペアを取り、１２５アンペアを状態調節装置２０に送り、残りの１０アンペ アを使用して接続線２７Ａを経てバッテリー６０を再充電する。バッテリー６０ への接続、及びバッテリー６０からの接続をその両端の矢印で示し、動力２７Ａ は内方に流れて充電するか、外方に流れて、このシステムの需要、又は増大した 外部の需要に供給される。

外部の需要に対して燃料電池、又はバッテリーから電力を供給することは既知で ある。しかし、本発明によれば、通常の状況下では、燃料電池９は常に作動して おり、バッテリー６０は、過大な需要に整合するか、発生した過大な動力を吸収 する緩衝器として作用する。選択装置１７Ｅと状態調節装置２０とは、例えは直 流、交流、又はその両方の混合のように使用位置６２に対して常に適切なもので あるよう出力２７Ｂの質を調整する。

第３図において、燃料電池９に送られる水素の圧力は、信号１７Ｎ、１７Ｐ、空 気タンク１４、逆止弁６７の制御を受ける弁６５．６６によって制御され、酸化 体ガスの圧力は、（信号１７Ｌ、１７Ｍの制御を受ける）弁６３．６４、空気タ ンク１５、逆止弁６８によって制御される。例えば、酸化体の管４５の故障に起 因して、導入圧力か著しく減少した場合に、燃料電池９を安全に閉じるために、 ２個の逆止弁６７．６８を使用する。両方の供給ガスを使用する場合には、これ 等の管内の圧力は、燃料電池９に必要とする最高圧力より高く、従って弁６４． ６６によってガスの流れを絞り、各特定の動力出力にとって必要な圧力になるよ うにする。

動力の需要の変化に起因する時間の遅れを減らすのにタンク１４．１５は重要で ある。例えば、逆止弁６８と燃料電池９との間の配管内の酸化体の容積をＶとし 、圧力をＰとする。ガスの使用量がＶで、これが新鮮なガスＶの量によって置き 変わりつつあり、即ちこのシステムが定常状態にあるものと仮定する。

即ち ＰＶ＝一定である。

今、もし需要が２倍になったものとすると、即ち使用する容積か２■になったも のとすると、この容積はＶだけで置き変わるから、圧力は最初の圧力の半分てあ り、１／２ＰＸ２Ｖ＝一定である。

今、もしタンク１５を設けると、これにより配管の容積は２゜Ｖまで増大する。

前のように使用量がＶてＶだけ置き変わる場合には次のようになる。

ＰＸ２０Ｖ＝一定 もし、使用量か２倍になり、■だけか置き変わるとすると、一定時間か経過した 後の「当量」は、Ｉ　９Ｖ　（２０Ｖ−２Ｖ＋ＩＶ）となり、圧力Ｐは＋　９／ ２０の関数で、即ち５％だけ降下する。圧力Ｐは燃料電池に必要な圧力より高い から、即ち弁６４．６６によってガスか絞られているから、成る需要から他の需 要に変化した時、タンク１４．１５の存在によってこの動力発生システムの応動 速度を著しく早くする。需要が減少した場合には、弁６４．６６は更に閉じて、 タンク内の圧力を一時的に増大させることもちろんである。

上述したように、燃料電池９内での反応は、燃料電池の触媒素子に吸収されてい る２個のガス、即ち水素と酸素との間の反応である。従って、ガス、及びガス混 合物の性質は反応速度に関係する。２個のガスか反応する時、反応速度は、分子 を密接させる際の増大する圧力に比例して増大すると言うのが一般論である。こ の作用は、ガスの３個の分子が反応して液体（水）の２個の分子を生ずるこのケ ースでは、ルシャトリエの法則を適用すれば一層明瞭である。従って、燃料電池 ９の内側の圧力が高ければ高い程、その作動は一層効率がよくなる。即ち単位容 積当たりの動力出力が一層大きくなる。

具合か悪いことには、燃料電池の構造は多数の板を含むものでなければならない ので、内圧を高めるのに役立たない。それは対をなして隣接する板のおのおのの 間の界面は個々にシールされているからである。しかし、実際上、内圧と大気圧 との差か僅か２バールに過ぎないので、漏洩の恐れなく、安全に内圧を高めるこ とができる。

第９図に示すように、燃料電池９の効率を向上する一方法は燃料電池を加圧可能 容器７８内に設置し、内圧を３０バールまで増大することである。このようにす れば、燃料電池９の内圧を３１〜３２バールまで上昇させることかでき、動力出 力は甚だしく増大する。この原理の一変更例では、例えば窒素のような不活性ガ ス７９を使用して加圧を行う。圧力ゲージ８０によってこの圧力を監視し、その 読取り値８１を制御器１７に送る。

その他の変更例を第１０図に示し、燃料電池９内の圧力を単に増大させるためだ けの目的の容器の大きさよりも容器７８を大きくし、反応体の１個、例えば空気 ５をブロワｌｏによって送給してこの容器を加圧する。従って、この容器７８は 空気タンク１５の役割をも果たす。この場合、容器７８の内側の圧力は燃料電池 ９内の圧力より高く、弁６４を通じて空気を絞っている。代案として、容器７８ 内の圧力を燃料電池９内の圧力より低くしてもよく、この場合、第２空気ブロワ ８２を設ける。

例えは管継手のグリースのように可燃性材料が存在していると、加圧される空気 、又は酸素は猛烈な発火を引き起こす可能性かある。従って、設計、及び継手の 詳細について厳密な注意か必要である。これに関連して、ブロワ８２用のモータ 、及びソレノイド制御弁駆動装置のような電気機器は容器７９の外側に配置し、 パツキン等を介して容器の壁を通して作動させるようにすべきである。

本発明システムに組み込むことかできる付加的安全装置を第１０図に示す。その 第１の要旨においては、燃料電池９の１個の壁によって容器７８の壁の一部を形 成する。その共通の壁を７８Ａで示す。このように構成すれば、水素の管Ｉ２は 、加圧される空気、又は酸素の容器１５の壁を貫通することかないから、ガスか 一方から他方に漏洩することかなく、爆発する恐れかある混合物を生じない。第 ２の要旨は、タンク１５と燃料電池９の内部との差圧を監視するための差圧ゲー ジ８６を付加することである。上述したように、燃料電池９内の隣接する板の間 のシールか抵抗できるのは限定された差圧に過ぎないが、ゲージ８６か信号８７ を制御器１７に送ることによって、この限定された差圧に接近しないように防止 することかできる。

燃料電池９内の圧力かタンク１５内の圧力より高いか、又は低いかに応じて、漏 洩が燃料電池９内に向は生ずるか、燃料電池９外に向は生ずるかが定まる。従っ て、更に安全に対する注意として、酸素センサ及び水素センサの両方（図示せず ）を含む薄いプラスチックスリーブ（図示せず）内に燃料電池の素子の堆積体を 収容する。窒素のような不活性ガスでパージを行った後、燃料電池９からのいか なる漏洩をも、これ等センサによって検出する。燃料電池９内に向は漏洩が生ず る場合には、プラスチックスリーブが燃料電池９の板の外側に押しつけられ、シ ール作用を補うようになる。

容器７８を設けると、重量は増大するか、４′−１加的な動力出力か一層補償さ れる。

■）冷却 既に説明したように、図面に示したシステムの要旨は、例えは燃料電池９の内部 のように、システムの成る部分に熱を発生し、例えば改質室２の内部のように、 他の部分でこの熱を必要とすることである。従って、このシステムを最適なもの にし、全体の効率を最高にするためには、廃熱を常に使用することである。プロ セスのための加熱（３）にこの廃熱を直接使用できない場合には、この熱を捨て るのでなく、空間の加熱（１８）のために使用することができる。即ち熱と動力 とを結合した状態で発生させる。

第２図には、燃料電池９と動力状態調節装置２０とは、それぞれ冷却装ｆｔ１９ ．２１を有することを示している。しかし、過剰の空気２２と過剰のガス２３と かそれぞれ流れ、生成された水８は全て燃料電池９から熱を除去する。ここに説 明するように、これ等の全ての流れは有効に使用されるが、改質室２内で使用す るため、水８を集める必要がある場合には、ガス流は冷却され、蒸気、又は水蒸 気を（給温器６Ｂ内で）凝縮し、タンク８Ａ内に集められる。これにより、潜熱 を生ずることもちろんである。

空気５は圧縮された後に加熱（６Ｂ）されるので、圧縮される空気の容積、従っ てブロワｌＯによって必要なエネルギは最少になる。更に、加熱される空気の密 度か増大すると、伝熱係数は増大し易い。水を抽出した後、未使用の水素（及び 改質後除去していないとすれば二酸化炭素と）を含む過剰のガス２３をこの燃料 処理装置の一体の部分であるバーナに通す。燃料電池からの過剰の空気２２ど、 必要な任意の付加的空気３５と共にこのバーナでガスか燃焼する。改質装置２と バーナユニットとを単一体として設計し、改質装置に最大の熱伝達が行われるよ うにすると共に、ガス流２２．２３内の廃熱を有効に使用できるようにする。始 動状態において、過剰の流れ２２．２３かない時には、定常状態に達するまで、 燃料として純粋なメタノールを使用してもよい。

システムの特定の設計に応じて、燃料処理装置のバーナからの排気ガス２６は高 い圧力にあるから、小形発電器（図示せず）に連結したタービン（図示せず）を 通じて、この高圧の排気ガスを排出し、燃料電池９から状態調節装置２０への電 力を補うことができる。この貢献度は小さいかも知れないか、大形の連続的に運 転するシステムには重要であり、全体のシステムの協働作用を最高のものにする のに役立つ。

排気ガス２６をタービンに使用できない場合には、熱交換器（図示せず）を通し て排気ガスを使用し、処理用熱３、又は空間加熱用熱１８か得られるようにする ことかできる。従って、ここに開示する燃料電池動力発生設備は熱と動力との発 生設備ともなることができ、従って、例えば、家庭用に使用、又は孤立した位置 に使用した場合、このシステムの全体の効率を更に向−卜させることかできる。

第３図において、熱交換器２８を設けて、高温の改質ガス流Ｉ２から、改質前の メタノール、水供給流３８に熱を伝える。

冷却された改質ガス流１２によって、未改質のメタノールと蒸気とを凝縮し、コ ンデンサ４２内に除去する。この凝縮と除去とは、存在する一酸化炭素の選択的 な酸化と、管５７を通じて燃料電池９まで送られる以前である。

νり動力状態調節 燃料電池９からの動力出力２７のレベルは、燃料と空気とを個々の電池に供給す る流量と、電池の状態とによって定まる。

各電池は、低電圧の小電流を発生する。どのように電池を互いに接続しているか に応じて、出力２７は低電圧の大電流であるか、高電圧の小電流であるかである 。いずれの場合でも電力２７は直流である。

動力状態調節装置２０を使用して、容易に使用できる電力の状態に燃料電池の出 力を変換する。その最も簡単な場合は、動力状態調節装置２０によって動力２７ を使用して一連のバッテリーに充電するか、又は例えば電気自動車に直接動力を 供給する。この場合、燃料電池を非常に一定出力になるよう運転して駆動動力を 提供し、急激な加速に対しても、適切な充電レベルにバッテリーを維持する。動 力を回生制動によってバッテリーに供給してもよい。

例えば、家庭用動カニニットのような他の用途では、必要な出力４は交流である のが好適である。例えば、システムを始動するのに、バッテリーバックアップを 設けることが多いが、状態調節装置２０によって、燃料電池の直流の出力２７を 交流電力に変換することかできる。例えば、電気点火装置をオンにした時のよう に、動力の需要に一時的な変化を生じた時に、周波数と電圧とを安定化するため 、複雑な電気回路を随意に設けることができる。交流電力と直流電力とを併用す る出力も可能である。

本発明の電力発生システムの潜水艦への用途では、例えば敵から遁走するため、 燃料電池９から得られる最大出力を超過する電力を・必要どすることがある。従 って、６００ｋＷの電力が必要で、燃料電池９か４００ｋＷを供給するに過ぎな い場合には、１５分のような必要な時間だけ、２００ｋＷの不足分をバッテリー から供給することができる。この１５分が終わると、潜水艦はその速度を落とす か、停止し、できるだけ早く使用できるようバッテリーに再充電を開始する。

バッテリーに再充電するため、通常のディーゼル電気潜水艦か海面に浮上した時 、再充電中に生じたいかなるガスをも除去するよう全艦を良く換気する。艦か潜 水している時に、燃料電池を再充電すると、この換気を行うことは不可能であり 、そのためガスの発生を最少にする必要かある。発生するガスは水素と酸素とで あるか、爆発性の混合物を形成するし、ガスの発生か多いと、水素と酸素とは硫 酸のミストて汚染される可能性がある。

あまりガスを発生しないで、できるたけ早くバッテリー６０を再充電するため、 燃料電池９からの出力電圧を、バッテリー６０の出力電圧より僅かに高く、例え ば０，１〜０．２ボルトたけ高く維持する必要かある。このパラメータを正確に 制御するため、差動電用計８３（第７図参照）を使用し、例えば、燃料電池の出 力２７とバッテリーの電圧との間の電圧の差（△Ｖ）を測定する。電力選択装置 １７Ｅを通して、この読取りを電気制御システｌ、　Ｉ　７　Ｒ１１７、また１ ７Ｇ、１７Ｈに連続的（８４）に送り、艦の他の動力の使用か可能なようにする 。

差動電圧計８３によりめた電圧の差△Ｖはバッテリー６０の状態のフィードバッ クを可能にする。△Ｖを一定に維持するために、制（社）システム１７によって 使用できる可能な方法には次の項目が含まれる。

１）反応体の１方又は両方の規制　これには、例えばガス圧力、ガスの濃度、及 び／又は容積による流量のような１個、又はそれ以上のパラメータの正確な制御 か必要である。実際のシステムでは、一方の反応体を非常に正確に制御し、他方 の反応体を若干精度を落として制御する。このようにすれば、一方の反応体の正 確な制御によって、他方の反応体が限定因子になることなく、△Ｖの微細な制御 を行うことができる。

Ｉｌ）動力出力の状態調節　燃料電池の精密な電気的、電子的制御を１７Ｅ、又 は１７、又は相当部材のようなユニットによって達成する。

実際上、制御の両方の方法の要素を共に使用することもてき、例えば潜水艦のホ テル負荷、監視、又はバラストシステム等の動力の利用（６２）について常に他 の需要があり、このため反応体のパラメータの制御だけては十分迅速に追従でき ない電気パラメータの段歩的な変動を引き起こすことがあることを記憶すべきで ある。

従って、本発明による潜水艦のバッテリーは次のことが必要である。

ｉ）著しくガスを発生することなく充電されること。

ｌｉ）浮上、即ち、動力の需要か上昇する緊急事態に対して準備ができた状態に 維持されること。

１ｉｉ）別個に、又は燃料電池と組み合わせて、動力直流（及び交流）システム のために使用されること。

本発明は、燃料電池とバッテリー技術とに完全に基づく潜水艦の設計を可能にす る。即ちディーゼル機関を必要としない。

潜水艦は次の３個の作動モードを有する。

ｉ）海面上で。

ｉｉ）スノーテング、即ち潜望鏡を使用する深さで。

１ｉｉ）深く潜水して。

潜水艦が海面上にある時、又はスノーテングの時、空気５はブロワ１０（第８図 参照）による燃料電池９のための酸素の好適な供給源であるが、深く潜水した時 には、液体酸素（ＬＯＸ）　６９、又は過酸化水素７５．７６が供給源となる。

潜水技術においては、２個の全く別個の独立した推進システムを持つことが標準 の技術である。即ち１個、又はそれ以上のディーゼル機関、及びバッテリー、又 は原子炉、及びバッテリー（及び更に通常はディーゼル機関）である。本発明の 場合には、潜水艦が、海面」二にあっても、スノーテングにあっても、深く潜水 していても、燃料電池９は原動機としてディーゼル機関より一層融通性があり、 しかも上述の３個の作動モードのいずれの場合でも、バッテリーを再充電するこ とができる。

信頼性を最高にするため、燃料電池動力システムを２倍にすることかできる。例 えば、左舷、及び右舷、及び／又は細分して設置する。例えば、改質ユニッ１− と燃料電池との小標準設計を多数設けてもよいし、又は複数個の改質ユニット２ の１個、又は全部か、複数個の燃料電池９の１個又は全部のために設けてもよい 。このようにして、改質ユニット、又は燃料電池の１個、又はそれ以」二の故障 によって、燃料電池の動力の全体が失われないようにすることができる。これは 、故障したユニットを分離し、バイパスさせるからである。このようにして、１ 個、又は２個のディーゼル機関の場合に比較し、動力プラントの有効性が一層大 きくなる。

ｖｉｉ）廃棄物管理 システムの成る部分、例えば燃料電池堆積体９で熱を発生し、この熱を他の部分 、例えば改質袋ａ２で必要とすると言うのが、このシステムの要旨である。従っ て、このシステムを最適なものにし、全体の効率を最高にするため、廃熱が常に 使用される。それがプロセス加熱として直接使用できない場合でも、廃棄せず、 空間の加熱Ｉ８に使用され、この場合、熱と動力との結合を生ずる。第１図には 、廃棄物の管理と処理とをボトミングサイクル８５によって示す。

前に説明したように、熱交換のための顕熱や、燃焼のための化学的エネルギ、又 は空間の加熱に経済的に使用できない廃棄物の流れは例えば炭化水素のような触 媒コンバータを通じて、大気、又はドレンに排出するのが好適である。

上述したように、メタノールｌと水８Ａとを液体として加圧しく７Ａ、７Ｂ）、 次に、改質室３２にフラッシュ蒸発させる前に加熱する。即ち加熱の前に加圧す る。これには４個の利点があり、即ち、液体は（必要なエネルギーに関して）圧 縮するのか容易なこと、液体は（熱伝達に関して）一層有利であること、液体は 加熱されると圧力を一層増大すること、液体用ポンプはガス圧縮機より物理的に 小形であることである。これも以前に説明したことであるが、改質ユニット２と 燃料電池９とは、高圧で一層有効に作動する。従って、例えば１６．２２．２３ ．２６のような全ての廃棄物の流れを高圧で排出する。

これ等の廃棄物の流れの一部、又は全部を１個、又はそれ以−にの熱源として次 のように使用することができる。

り例えば反応体の流れのため熱を提供するプロセス加熱。

１１）例えば結合した熱と動力（ＣＩ（Ｐ）を燃料電池動力発生プラントか提供 するような空間加熱。

１ｉｉ）例えば通常の電力発生熱力学サイクルにおいて、タービンを通して断熱 膨張する液体冷媒ガスを加熱することによる動力発生。

上述したところの他に、流れを熱源として既に使用した場合でも、使用していな くとも、タービン（図示せず）を通じて、ガスを断熱膨張させることによって、 廃棄ガス流１６．２２．２３．２６の１個、又はそれ以上の圧力エネルギを使用 してもよい。二のタービンを使用して、更に電力出力を発生するゼネレータを駆 動してもよいし、例えばブロワｌＯのようなポンプを駆動してもよい。任意付加 的な電力出力の状態調節（１７Ｅ、２０）を行い、総動力出力２７Ｂに加えても よい。ポンプのいかなる駆動をもその駆動用電動機によって行うか、駆動を他の 手段によって置き換え、又は補足することかできる。即ち、電動機を回転するの に必要な電流を完全に又は一部置き換えてもよい。システムを休止状態から始動 するため、例えばブロワ１０のようなポンプにとって、駆動用電動機は常に必要 である。

本発明の動力発生システムを潜水艦に適用した場合には、液体燃料を加圧して保 管する。例えばＬＯＸ　６９を非常に高い圧力で極低温に貯蔵し、過酸化水素を 潜水艦の外側の海水と同一圧力にする。この用途では、全体の燃料電池動力発生 システムの内側の圧力を、最深の潜水深さにおける潜水艦の外側の圧力より僅か に高い圧力まで上昇させる。これに占り、別個のポンプを必要とせず、廃棄物を 海中に排出することかできる。可燃ガスを触媒で燃焼し、冷却して、通常の海水 中に溶解しているか、又は弱アルカリを加えた溶解性二酸化炭素、及び水を凝縮 させる。結果として生じた海水、又は懸濁液を弁を通じて海中に排出する。この プロセスは、更にエネルギを必要としないこと、音か静かなこと、即ち二酸化炭 素が溶解する際のガスの泡が潰れる時の外部の騒音がない利点がある。

−上述したところから明らかなように、適切に設計され管理された燃料電池シス テムは、動力発生の要求に対して優れた提案である。騒音のある排出蒸気がない 非常に効率が高いシステムであり、環境的に受け入れられるものである。ここに 開示した基本システムは広範囲の用途を有し、各特定の用途に合うよう必要な変 更を発明の範囲内で行うことかできることは当業者には明らかである。

ここに開示したシステムは、主電力供給源からの電力か得られない用途に適用で き、著しく効率が高く、全ての構成を自己保持する電力発生装置を提供する。

「壕　Ｗ５　謄　審　醸　・↓ 、　、−−−−−ＰＣＴ／ＧＢ　９１１０２０６６国際調査報告 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、　ＧＲ，ＩＴ、　ＬＵ、　ＮＬ、　ＳＥ）、　ＡＴ 、　ＡＵ、　ＣＡ、　ＣＨ，ＤＥ、　ＥＳ、　ＧＢ、ＪＰ、　ＮＬ、　ＳＥ、　 ＵＳ （７２）発明者　パーマ−イアン イギリス国　エルエイ１３９ジエイエツクス　カンブリア　バロウーインーファ ーネス　アポッツフィールド　ガーデンス　３（７２）発明者　セイムアー　ク ライブ　メルヴインイギリス国　エルエイ１２０アールワイカンブリア　ニア− アルヴアーストン スウォースムーア　メイン　ロード　トリンケルドゥ　スウォースデイル　ハウ ス（番地なし） （７２）発明者　ダムス　ロバート　アンソニー　ジョンイギリス国　ビーエヌ １８０ビーキユーウエスト　サセックス　アルンデル　ウォルバートン　ザ　ス トリート　ザ　レッドコテージ（番地なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．水素を含有する燃料の供給源（１）と、酸素の供給源（２）と、 発熱反応し得る材料の供給源と、 前記水素と酸素とを供給された時電力を発生し得る燃料電池（９）と、 この燃料電池に供給する水素を得るよう前記水素を含有する燃料を改質する改質 装置（２）と、 電力を発生するよう前記水素と前記酸素とを前記燃料電池に送る送給手段（７Ａ ）（１０）と、 前記燃料電池、及びこの装置の他の部分から生ずる廃棄生成物を廃棄する廃棄手 段（２２）（２３）（４４）（１６）（２６）と、 この装置の構成素子（９）（２０）（６０）（２）を規制し、この装置の流れ（ ７Ｃ）（７Ｄ）（７Ｆ）（７Ｇ）（７Ｈ）（４１）（４６）（６１）（６２）（ ６３）（６４）（６５）（６６）を規制する制御手段（１７）と、この装置内の 加熱の需要と冷却の需要とをほぼバランスさせる熱交換手段（１９）（２８）（ ４２）（４７）とを具える電力発生装置において、 前記改質装置は、（ｉ）外側壁（２５）を有し内部で改質を行う改質室（３２） であって改質すべき前記燃料（３８）を前記改質室に送るための導入手段と前記 改質室から水素を除去するための送出手段（３９Ａ）とを有する改質室（３２） と、（ｉｉ）内側を前記外側壁（２５）により区画し外側を壁（３０）により区 画した同心の第２室（３３）であって発熱反応可能な材料をこの第２室（３３） に送るための導入手段（３６）とこの第２室から反応生成物を除去するための送 出手段（４０）とを有する第２室（３３）と、（ｉｉｉ）内側を前記壁（３０） により区画し外側を壁（３１）により区画し改質すべき燃料を予熱する同心の予 熱室（３７）であって改質すべき燃料をこの予熱室に送るための導入手段とこの 予熱された燃料を前記予熱室から除去してこの除去した燃料を前記改質室に送る ための送出手段とを有する予熱室（３７）とを具え、共通な前記壁（２５）は、 この壁を貫いて前記第２室と前記改質室とにそれぞれ突出し前記第２室から前記 改質室に熱を伝える複数個のフィン（２５Ｂ、２５Ａ）を具え、共通な前記壁（ ３０）は、この壁を貫いて前記予熱室と前記第２室とにそれぞれ突出し前記第２ 室から前記予熱室に熱を伝える複数個のフィン（３０Ａ、３０Ｂ）を具え、前記 第２室を通る材料の流れを前記改質室（３２）に通る燃料の流れと同一方向に流 すと供に前記予熱室（３７）に通る改質すべき燃料の流れに対し向流させること を特徴とする電力発生装置。 ２．前記酸素の供給源（２）を生ずるよう酸素含有物質を処理する装置（６Ａ、 ６Ｂ）を更に有する請求の範囲１に記載の電力発生装置。 ３．前記発熱反応可能な材料が可燃材料である請求の範囲１、又は２に記載の電 力発生装置。 ４．前記発熱反応可能な材料が過酸化水素であり、この発熱反応が分解反応であ る請求の範囲１、又は２に記載の電力発生装置。 ５．前記改質室内の前記フィン（２５Ａ）が先細である請求の範囲１、２、３、 及び４のいずれか１項に記載の電力発生装置。 ６．前記フィン（３０Ａ）（３０Ｂ）が先細である請求の範囲１〜５のいずれか １項に記載の電力発生装置。 ７．前記改質室の前記壁（２５）の内壁面（２５Ｃ）の上、及び／又は前記壁（ ２５）の上に、改質触媒を設けた前記請求の範囲のいずれか１項に記載の電力発 生装置。 ８．前記第２室の前記壁の内面（３０Ｃ）（２５Ｄ）の上、及び／又はこの壁の フィン（２５Ｂ）（３０Ａ）の表面上に、前記発熱反応のための触媒を設けた前 記請求の範囲のいずれか１項に記載の電力発生装置。 ９．前記改質室（３２）に送る前に、前記水素を含有する燃料に水を混合する混 合手段を設けた前記請求の範囲のいずれか１項に記載の電力発生装置。 １０．前記燃料と前記水との混合物を加圧する加圧手段を設けた請求の範囲９に 記載の庵力発生装置。 １１．別個の推進手段を設けることなく、この電力発生装置を通じて前記反応体 、又はその生成物を推進するのに十分な圧力まで前記燃料と前記水との混合物を 加圧する加圧手段を設けた請求の範囲９、又は１０に記載の電力発生装置。 １２．加圧した前記燃料と前記水との混合物を前記改質室（３２）内に必要とす る以上の温度まで加熱する加熱手段と、前記燃料と前記水との混合物をフラッシ ュ蒸発させるフラッシュ蒸発手段とを設けた請求の範囲１０、又は１１に記載の 電力発生装置。 １３．前記加熱手段に予熱室（３７）を設けた請求の範囲１２に記載の電力発生 装置。 １４．改質触媒をペレットの形で前記改質室内に設けた前記請求の範囲のいずれ か１項に記載の電力発生装置。 １５．前記燃料を改質することによって生じた水素反応体を精製する精製手段（ ４２）（４３）を更に設けた前記請求の範囲のいずれか１項に記載の電力発生装 置。 １６．前記精製手段には、炭化水素と金属イオンとを除去する除去手段（４７） （５１）と、一酸化炭素を触媒によって二酸化炭素に酸化させる触媒酸化手段（ ４８）と、水蒸気、二酸化炭素、及び高炭化水素を除去する隔膜手段（５２）（ ５３）とを具える請求の範囲１５に記載の電力発生装置。 １７．前記燃料電池からの過剰の水素反応体を可燃材料内に含む手段（２３）を 具える請求の範囲３、及び請求の範囲３に従属する時の請求の範囲５〜１６のい ずれか１項に記載の電力発生装置。 １８．前記熱交換手段には、前記改質装置からの熱を使用して改質装置のための 前記水素を含有する燃料を予熱する手段（２８）を具える前記請求の範囲のいず れか１項に記載の電力発生装置。 １９．前記熱交換手段には、前記燃料電池からの熱を使用して改質装置のための 前記水素を含有する燃料を予熱する手段（１９）を具える前記請求の範囲のいず れか１項に記載の電力発生装置。 ２０．前記水素と前記酸素とを送る送給手段には、前記反応体のタンク（１４） （１５）を具える前記請求の範囲のいずれか１項に記載の電力発生装置。 ２１．前記燃料電池（９）を加圧容器の内側に配置した前記請求の範囲のいずれ か１項に記載の電力発生装置。 ２２．前記加圧容器が前記燃料電池（９）より大きく、この加圧容器が一方の前 記反応体のタンク（１５）として作用する請求の範囲２１に記載の電力発生装置 。 ２３．前記燃料電池（９）をプラスチック製スリーブの内側に配置した請求の範 囲２２に記載の電力発生装置。 ２４．水素センサ、及び／又は酸素センサを前記プラスチック製スリーブの内側 に配置した請求の範囲２３に記載の電力発生装置。 ２５．前記改質室（３２）内に高圧を生ぜしめる加圧手段を設けた前記請求の範 囲のいずれか１項に記載の電力発生装置。 ２６．前記燃料電池と並列に再充電できるバッテリー（６０）を付加的に設け、 動力の需要が増大した時前記バッテリーによって前記燃料電池を補足し、動力の 需要が減少し、又は一定の時前記燃料電池によって前記バッテリーを充電するよ う選択手段（１７Ｅ）を前記制御手段に設けた請求の範囲１〜２５のいずれか１ 項に記載の電力発生装置。 ２７．再充電できるバッテリー（６０）を付加的に具え、（ａ）前記燃料電池の 作動を開始するため電力を供給し、（ｂ）前記燃料電池（９）から電力を受けて 前記バッテリー（６０）に再充電しこのバッテリーを所定の電化レベルに維持し 、 （ｃ）組み合わせた動力出力を発生して所定の電力需要に応じられるよう前記燃 料電池（９）と供に前記バッテリー（６０）から電力を供給する目的で、前記バ ッテリー（６０）と前記制御手段（１７）とを作動させるよう前記バッテリー（ ６０）を前記燃料電池（９）に並列に接続させるように作動する選択手段（１７ Ｅ）を前記制御手段（１７）に設けた請求の範囲１〜２５のいずれか１項に記載 の電力発生装置を具える潜水艦のための電力発生装置。 ２８．前記燃料電池（９）とは別個に前記バッテリー（６０）に電力を供給させ るよう前記制御手段（１７）が更に作動するよう構成した請求の範囲２７に記載 の電力発生装置。 ２９．電力、又は機械的動力を発生するようこの電力発生装置からの廃ガスによ って駆動されるタービンを具える前記請求の範囲のいずれか１項に記載の電力発 生装置。 ３０．作動流体と、この電力発生装置からの廃ガスと熱交換することによって前 記作動流体を蒸発させる蒸発手段と、この蒸発した作動流体によって駆動される タービンとを具える前記請求の範囲のいずれか１項に記載の電力発生装置。 ３１．この電力発生装置からの廃ガスを水溶液に溶解させる溶解手段を具える前 記請求の範囲のいずれか１項に記載の電力発生装置。 ３２．この電力発生装置からの廃ガスから熱をを抽出し、この電力発生装置の外 側で使用するようこの熱を移送する手段を具える前記請求の範囲のいずれか１項 に記載の電力発生装置。 ３３．この電力発生装置からの反応体、生成物、又は廃ガスを推進するのに十分 な圧力まで前記反応体を加圧し、前記潜水艦がその最深潜水深さにある時、この 潜水艦から前記廃ガスを排出する手段を具えた請求の範囲２７、又は２８に記載 の電力発生装置。 ３４．単一の動力源である時の請求の範囲２５、２６、及び３３のいずれか１項 に記載の電力発生装置。 ３５．水素を含有する燃料と酸素とを供給し、水素と酸素とが送られた時、電力 を発生し得る燃料電池（９）を設け、 前記燃料電池に送るため水素を供給するよう前記水素を含有する燃料を改質装置 内で改質し、 電力を発生するよう前記水素と前記酸素とを前記燃料電池に送り、 この燃料電池、及びこの動力発生装置の他の部分から廃棄生成物を廃棄し、 この動力発生装置全体とこの動力発生装置の個々の構成素子との作動パラメータ を規制すると供に、前記構成素子間の流れを規制し、 この動力発生装置の１個、又はそれ以上の部分の熱の需要をこの動力発生装置の １個、又はそれ以上の部分の冷却の需要にほぼバランスさせるに当たり、前記改 質装置の改質室をほぼ包囲する第２室（３３）内に発熱反応を有する熱供給源を 設け、前記第２室と前記改質室との共通の壁を通じて所定レベルの熱を前記改質 室内に伝熱し、前記改質室と前記第２室との共通の壁（２５）を貫通して前記第 ２室から前記改質室内に突出するフィンによって熱の前記伝熱を助け、改質する 前に前記水素を含有する燃料を予熱するため前記第２室をほぼ包囲する予熱室（ ３７）を設けることにより前記第２室（３３）と前記予熱室（３７）との共通の 壁（３０）を通じて熱を前記予熱室（３７）内に伝熱し、前記予熱室と前記第２ 室との共通の壁（３０）を貫通して前記予熱室（３７）から前記第２室（３３） 内に突出するフィン（３０Ａ）（３０Ｂ）によって熱の前記伝熱を助け、前記第 ２室（３３）に通ずる発熱反応する材料の流れを前記改質室（３２）に通ずる燃 料の流れと同一方向に流すと供に、前記予熱室（３７）に通ずる改質すべき燃料 の流れに対し向流させることを特徴とする電力発生方法。 ３６．前記発熱反応のための触媒を前記フィンの表面と、前記共通の壁（２５） の外面（２５Ｄ）とに加える請求の範囲３５に記載の電力発生方法。 ３７．前記発熱反応が燃焼反応である請求の範囲３５、又は３６に記載の電力発 生方法。 ３８．前記発熱反応が過酸化水素の分解である請求の範囲３５、又は３６に記載 の電力発生方法。 ３９．最充電できるバッテリー（６０）を前記燃料電池（９）に並列に接続し、 （ａ）動力（２７Ｃ）の需要が減少、又は一定の時、前記バッテリー（６０）を 充電するよう前記燃料電池（９）からの電力（２７）を前記バッテリー（６０） に供給し、（ｂ）動力（２７Ｃ）の需要が増大した時、前記燃料電池の出力（２ ７）を増大するよう前記バッテリー（６０）から電力を供給するよう作動する選 択手段（１７Ｅ）を前記制御手段（１７）に設ける請求の範囲３５〜３８のいず れか１項に記載の電力発生方法。 ４０．前記バッテリー（６０）を再充電するため前記燃料電池（９）から電力を 供給する時、前記燃料電池（９）から前記バッテリー（６０）に供給される電圧 が前記バッテリーの電圧より僅かに高くなるよう前記制御手段（１７）によって 前記燃料電池（９）の出力（２７）を調節する請求の範囲３９に記載の電力発生 方法。 ４１．両方の前記反応体のうちの一方の反応体の前記燃料電池への入力割合を正 確に制御することにより前記制御手段（１７）によって前記燃料電池（９）の出 力を規制する請求の範囲４０に記載の電力発生方法。