JPH06504158A - 燃料電池により消耗された水素を補充する方法及び装置 - 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】 燃料電池により消費された水素を補充する方法及び装置 技術分野 本発明は、燃料電池に関するものであり、特に燃料電池装置の燃料として用いら れる水素の供給、及び燃料電池装置により消費された量と釣り合う水素の量を補 充するための方法及び装置に関する。

背景技術 の構成がある。周知のように、このタイプの燃料電池装置では、水素と酸素との 間で化学反応が起り、電気の所望された発生及び熱エネルギーの付随的放出を伴 うことにより、反応生成物として水が生成される。熱エネルギーは、燃料電池装 置が関係している限り廃熱を構成し、燃料電気装置が適切に運転するために燃料 電気装置から取り除かれるべき顕熱内で、それ自体を表すものである。上記の反 応の間、水素は燃料電池によって消費され（又、酸素も付随的に消費されるが、 酸素の消費はここでは扱わない）、運転のために、そのように消費された量は、 水素が消費される率に釣り合う率で補充されなければならない。

燃料電池出願によっては、液体、気体の状態で挿入物質と共にタンクや類似の容 器に蓄えた水素を補充水素量の供給源として使用することが可能であり、またそ の方が利点があり、必要であることがある。一方では、その他多くの燃料電池適 用は、代用水素源から誘導した水素を使用することで利点があることがある。こ の代用水素源には、圧縮された気体または液体の状態だけではなく、化学合成さ れ水素が容易に放出できる状態で水素が含有されている。これは、水中において 、または空きスペースが限られたり額面以上である状況において、または水素源 の総重量が最大に保たれた状況において特に重要である。従って、一般的な水素 源と比べてこのような代用水素源のより高い容量エネルギーの密度（水素源に含 有されるスペースの立方フィートに対する、生産された電気エネルギーのキロワ ット時）がかなり重要になる。

従って、水素を解放するには金属化学水素化物の水との反応を使用するよう提案 されている。この反応を起こすために必要な水は、一般に液体の状態で金属化学 水素化物に加えられるが、このような水を蒸気化して金属化学水素化物に加える 方法もある。この水蒸気は金属化学水素化物の床内に拡散してしまうが、生成水 素は床から放出されて早急または後の使用のために捕獲される。

各々の金属化学水素化物と水との反応には高度の発熱を伴い、すなわち、この反 応の際に多量の熱が放出されるということである。

水／水素化物反応の際に発生するこの過剰熱は反応物質床から除去されなければ ならない。この熱が反応床より放出した水素の顕熱の状態における対流によって 除去される一方、これは全体から見て些細な提案であり、大量の熱は反応床を通 り反応物質導管の壁に誘導され、反応床の過剰加熱を防止するために熱を除去し なければならない。

従って、反応床の材料の熱伝導率はそれほど高（なく、反応物質の温度は、少な くとも反応導管の壁から離れた領域においては比較的高くなる。さらにこれは、 反応物質導管における反応に逆に作用する可能性があり、また、反応物質導管の 構造のために高温で安定する特別な材料を必要とする可能性がある。同様に、水 素が８有する水蒸気の温度と、反応物質導管を離れる乾燥水素排出の温度との間 には大幅な温度差がある。このように、乾燥水素が燃料電池の働きに有害な温度 で、または早期悪化や故障を招く温度で燃料電池の陽極側に供給される。後に述 べた問題が、乾燥水素を燃料電池に到達する前に冷却することにより減少、除去 されたとしても、反応床を過剰加熱してしまう問題は解決されない。従って、水 の追加のために水蒸気の拡散と、熱放出のために床を通る熱導管を有するこのシ ステムデザインは、燃料電池装置への比較的低い電力レベル（例えば１キロワツ ト以下）におけるこの種の化学水素源のサイズと使用を規制する。反応床の過剰 加熱と過剰乾燥水素温度の問題を考慮する限り、米国特許第３．１３３．８３７ 号に開示された燃料電池システムを適用した電池内の補充水素燃料消費の上記の アプローチの変形において、状況はそれほど良くない。このシステムにおいては 、補充水素を放出するために必要な水蒸気は、反応容器に搬送される。反応容器 は、水素化カルシウム、水素化マグネシウム、水素化ナトリウム、水素化カリウ ムまたは水素化リチウム等の金属水素化合物を、ガス媒体として多量に含有する 。これは、燃料電池の陽極から消費され、また、水素から優勢的に構成されるが 、この水素は水蒸気と共に供給される。水蒸気は、生成水から陽極に沿って流出 する間に、抽出される。生成水は燃料電池内で発生する反応により得られる。こ の反応容器内では、水素を搬送する水蒸気が、金属水素化合物と接触する。これ により、搬送された水蒸気は、金属水素化合物と反応して、金属水酸化物の化合 及び水素の放出を引き起こす。水素の放出は、このとき誘引され、初期キャリア 水素と結合する。この初期キャリア水素は、反応床を通過し、変化しないまま。

燃料電池の陽極側に戻る。

上記の特許に提案されたように水素／水蒸気混合物を用いたとしても、水蒸気だ けのほうがむしろ、化学的金属水素化物と接して生成する気体の量を増加し、そ のようにして、そこから流出している水素によつて反応容器の外側に運び出され ることにより、反応容器に含有された固体材料から除去された熱対流の量をも増 加し、反応容器内にある固体材料の平均温度上及び温度分配上のこの手段の効果 はほとんど制限され、流出している水素の温度は、まだ許容不可能な高い水準に ある。

反応容器に供給された水素に含まれる水蒸気の量は、燃料電池内で引き起こる燃 料電池の陽極側における水素の温度やドウエル時間等の運転条件によって決めら れる。これらのパラメータは、燃料電池の適切な運転を確実にするために有効に 活用されるべきであり、従って、非常に狭い制限内を除いて、化学的金属水素化 物反応容器内の運転条件を修正する変更はできない。実際に、上記特許では、燃 料電池の陽極側と化学的金属水素反応容器との間の閉鎖された回路内の水素の流 れの率は、回路内の水素圧力によって制御されなければならないものとなる。そ のように陽極の非超過乾燥が行なわれる水準に燃料電池陽極を通過する水素流量 が制限され、それは水が生成される水準と釣り合った水準であり、燃料電池の陽 極において、水素が消費する水準である。結果として、反応容器において引き起 こる運転条件は、理想からほど遠く、これはまた上記特許で提起されたアプロー チの使用を比較的低い動力の燃料電池の応用へ制限してしまう。

従って、本発明の主要目的は、従来技術の欠点をなくすことである。

特に、本発明の目的は、燃料電池内の水素消費率と釣り合う化学的金属水素化物 と水蒸気の反応より燃料電池へ供給された水素の量を補給するための装置であっ て、この種の周知の装置の欠点を持たない装置を供給することである。

本発明の別の目的は、化学的金属水素化物を冷却する対流を改善し、化学的金属 水素化物を含む反応容器から出る水素の温度を下げるよう考慮されたこの種の装 置を開発することである。

本発明の更なる目的は、構造上比較的シンプルに、製造上経済的に、使いやすく 、また、運転において信頼できる上述の装置を設計することである。

本発明の付随的目的は、燃料電池内の水素消費率に釣り合う化学的金属水素化物 と水蒸気の反応より燃料電池に供給された水素の量を補充する方法であって、化 学的金属水素化物反応床における温度及び温度分配を改善する方法を考案するこ とである。

発明の開示 これらの目的及び以下明白となるであろうその他のものを含め、本発明の特徴は 、燃料電池装置内で消費された水素補充の方法であって、入口部分及び出口部分 を有する封鎖された間隙で高発熱反応で水と接触して水素を放出する多量の材料 を閉じ込める工程と、入口部分と出口部分の間の温度差を所定の水準以下に維持 するのに十分な熱除去率で対流により材料分量から熱を除去するように水素含有 気体媒体を材料分量を介して通過する工程とを含む方法にある。

本発明によれば、気体媒体の部分は、出口部分から入口部分へ所定の容積率で再 循環され、少なくとも再循環された部分は、所定の温度に冷却される。更に本発 明によると、水蒸気は、出口部分からの残りの気体媒体が燃料電池装置へ供給さ れる間、水素が燃料電池装置内で消費される消費率に釣り合った追加率で再循環 された部分へ追加され、そのような追加された水蒸気は、固体材料で発熱反応す る。本発明の別の局面によると、上述の方法を行うよう構成された装置が供給さ れる。

図面の簡単な説明 本発明は、添付の図面に関して更に詳細に記述される。

図１は、本発明の燃料電池水素補充装置の幾分簡素化した線図である。

図２は、図１のものと同様の図面であるが、本発明の装置を改変を受けたものを 示している。

発明を実施するための最良の形態 以下、図面を詳細に参照していくが、まず最初に図１を参照する。

同図において、参照符号１は燃料電池装置を示している。燃料電池装置１０の構 造は特に問題ではなく、周知のものを使用できるのでここでは詳細な説明は省略 する。燃料電池装置１ｏは陽極側１１および陰極側１２を備えるということと、 水素入力管１３を介して陽極側１１に水素を供給し、酸素入力管１４を介して陰 極側に空気の一成分である酸素を供給するとだけ言っておけば十分であろう。ま た、一方の出力管１５は陽極側１１と連通した状態で示されており、他方の出力 管１６は陰極側１２と連通した状態で示されている。図１に示す構成では、一方 の出力管１５は陽極側１１から排出された気体の水素媒体を導（ためのものであ り、他方の出力管１６は陰極側１２を洗浄したり陰極側１２の酸素を含まない空 気を排出したりするための排出管として作用する。しかしながら、陰極側１２に 純酸素のみを供給できるのであれば他方の出力管１６を省略することも可能であ ることは理解できょう。完璧な説明とするために述べておくが、燃料電池装置１ １０は動作時に電力を発生するということを明確にするために電線１６および１ ７を示しである。

上述したような燃料電池装置１ｏは燃料電池を１つしか備えていないものも考え られるが、通常はかなりの数の燃料電池を独立に設けて相互に接続し、さらに補 助装置にも接続した形で燃料電池群や燃料電池層および／または燃料電池部とし て構成し、はじめて完全な燃料電池発電機として機能する。したがって、ここで 使用する燃料電池装置のいずれにも当てはまるものとする。しかしながら、説明 を分かりやす（する都合上、以後は燃料電池層＠１ｏは燃料電池を１つだけ使用 して構成されたものとして説明する。

周知のように、最終的にはリード線１７および１８を流れる電流を発生する機構 は通常、触媒強化電気化学反応である。この反応が起こっている間、各燃料電池 １ｏの陽極に供給される水素は同じ燃料電池１０の陰極側１２に供給される酸素 と電気化学的に結合し、生成水として存在している。燃料電池１ｏの陽極と陰極 との間の電位差によって電子が解放されるためである。燃料電池１ｏの構成によ っては、陽極側１１または陰極側１２のいずれかでに生成水が形成される場合も ある。例えば、燃料電池１ｏに水酸化カリウムなどのアルカリ性電解質を含む場 合には、陽極側１１で電気化学的に生成水が形成される。逆に、硫酸や登録商標 名ｓＰＥとして知られているようなスルフォン化フルオロポリマーなどの酸性電 解質を含む燃料電池１０を使用する場合、生成水は陰極側１２において形成され る。しかしながら、生成水が実際にどこで形成されるかを無視すれば、各々相手 側１２または１１であることは理解できょう。燃料電池１０の温度条件および圧 力条件によっては、生成水は１１および１２の各々の側で、液体または図１に示 すような形式のシステムを流れる水素として存在することがある。これは、水蒸 気は蒸発してなくなってしまうか、または図１に示す後述するような構成を用い ると水素の流れに戻るかいずれかであるが、いずれにしても水蒸気が蒸発して水 素入力管１３がら陽極側１１を介してこの陽極に沿って水素出力管１５まで流れ るような場合である。

水素が陽極側１１を通過する際の容積流速は、燃料電池１０の動作状態によって 決まる。すなわち、基本的には水素の消費率および燃料電池１０の陽極側１１で の生成水の形成速度に左右される。この消費量は、電線１７および１８を介して 燃料電池１０から電流が流れ出す速度にも関係する。陽極側１１で水が溢れ出し たり陽極側が極端に乾燥してしまったりするのを防止するため、生成水の形成速 度に比例した速度で陽極側１１から生成水を排出する必要があるが、これにも水 素の消費率が関係している。したがって、陽極側１１を介して水素を送る最大速 度には上限がある。

上述したように、燃料電池ｌＯの陽極側１１から排出される水蒸気は、水素化カ ルシウム（Ｃａ　Ｈ２）のような化学的金属水素化物と接触する。この目的のた め、通常は反応容器２０内に入れである化学的金属水素化物からなる反応床２１ を有する反応容器２０を備えておく。また、途中にポンプ２３を有する供給管２ ２は、水蒸気含有（湿り）水素を反応容器２０内に供給して反応床２１に送るた めに使用される。この水素は燃料電池１０の陽極側１１から排出されて水素出力 管１５に流れ込んだものであり、反応床全体に充満される。したがって、湿り水 素に含まれる水蒸気は、化学的金属水素化物と反応する。水素化カルシウムの場 合、この反応は以下のようになる。

Ｃａ　Ｈ＋　２　Ｈ２０（蒸気）　＝Ｃａ　（ＯＨ）　２　＋　２　Ｈ２この式 からも分かるように、水素化カルシウムは転化して水酸化カルシウムになり、水 素モルは水蒸気の各モルについて反応過程中に解放されたことになる。このよう に、解放された水素は、供給管２２を通って反応容器２０に供給される水素と一 緒に水素入力管１３に送り戻され、戻り管２４を通って燃料電池１０の陽極側１ １に流入する。図示のように、戻り管は途中に熱交換器２５を有している。

これは、燃料電池１０へ供給する前に水素の温度を所望の水素入力温度にするた めである。

上述したように、上で述べた反応は極めて発熱量の大きいものである。したがっ て、燃料電池１０からの水蒸気を運ぶ担体として作用する水素の量を上述したよ うな理由から制限したとすると、この水素によって反応床２１から除去される遊 離熱が極めてわずかである限り、解放されるかまたは反応床２１を通過する水素 の量は上述したような構成では極めて少ない。このため様々な問題が生じて（る 。このうちの１つを挙げると、反応床２１内の物質の過熱を防止するためには遊 離熱の殆どを反応容器２０の壁から除去しなければならない。このためには例え ば能動的な冷却などによって熱を除去できるようにしなければならないので、容 器２０の構成は複雑になる。しかしながら、熱を除去できるようにした場合でも 、反応床物質の過熱に関する問題が完全になくなったとはいえない。より詳細に 言えば、反応床物質は特に反応容器２０の壁から離れているような場合の熱伝導 性は比較的悪いため、反応容器の冷却能力が十分であっても反応床物質は過熱状 態となるのである。別の問題として、流入してくる湿り水素の温度と反応容器２ ０の内部から外に出る乾燥水素の温度との間に実質的な温度差があるということ が挙げられる。特に、乾燥水素の温度が高く、熱交換器２５では乾燥水素から大 量の熱を奪うだけでなく陽極側１１に通じる水素供給管１３における所望のレベ ルにまで乾燥水素の温度を下げなければならないような場合に温度差の問題がで て（る。

これらの問題を回避するために、本発明によれば、反応容器からの対流による熱 除去速度を増すだけでなく、反応容器の様々な領域での温度差を小さくし、反応 容器２０の内部から出てくる乾燥水素の温度を下げるために、反応床２１を通過 させる気体媒体の流速を高くしている。これは、図１に示すように、一端を乾燥 水素用に戻り管２４と連通させ、他端を湿り水素用に供給管２２と連通させた循 環管３０を備えた構成とすることで達成できるものである。循環管３０を備える ことで、供給管２２の途中に備えられたポンプ２３を使用して出力管１５からの 湿り水素だけでなく戻り管２４からの乾燥水素の一部を循環管３０を介して抜き 取ることができるので、循環管３０を備えていない場合に比べて反応床２１を通 る結合水素をポンプ２３で押し出す容積流量を増やすことができる。循環管３０ の流体通過断面積は、仮に水蒸気による反応床２１の負荷が長時間高レベルとな ってしまった場合でも、対流によって反応床２１から除去した熱量が反応床２１ の温度差を予め定められたレベル未満に維持できる程度に高くなるような大きさ のものであることが好ましい。

上述した方法には様々な利点がある。このうち１つを挙げると、すでに上述した ことだが、反応床２１を通る気体媒体の量を多くできるので、温度を必要以上に 上げなくても対流によって除去した熱の媒体による許容量を増加させることがで きる。同時に、反応床２１を通り抜ける気体媒体の通過伝も増加し、反応床２１ の物質の個々の粒子に分配される気体媒体の量が増加する。したがって、局所的 な反応床物質過熱の可能性を全（なくすことはできなくても最小限に抑えること ができる上、気体媒体に含まれる水蒸気を各粒子へより均一に分配し、わずかの 量の反応床物質以外はすべて水蒸気と接触させて水素放出反応に用いることがで きる。さらに、反応床２１への気体媒体の通過性を改善しているため、実質的に すべての遊離熱を各粒子から直接気体流に伝えることができ、反応床物質の熱伝 導性が比較的悪くてもさほど問題にならなくなる。また、反応床２１を通る気体 媒体の総量を任意に選択できるので、本発明による構成の水素発生部分を各用途 に応じて所望の大きさとすることができる。反応床２１における気体媒体の容積 流量を増加したことで、気体媒体に含まれる水蒸気の反応床２１の各粒子または 各領域への分配性を改善できる。したがって、気体媒体の水分濃度が低い場合で も化学的金属水素化物のうち水蒸気と接触しない部分が出てくる可能性を最小限 に抑えることができる。さらに、気体媒体の水分濃度が低ければ低いいほど化学 的金属水素化物／水蒸気反応は徐々に進行し、反応床物質から気体媒体への熱伝 導を効果的に行って結果として反応床物質の温度を下げることができるのである が、このように気体媒体の水分濃度を低くすることで、反応をより一層効果的に できるばかりでなく、反応床物質のケーク化および／または前に形成された化学 的金属水素化物による化学的金属水素化物への接触遮断などが起こる危険を最小 限に抑えることができる。

再び図面の図１を参照すると、循環管３０の途中に他の熱交換器３１が備えられ ている。この熱交換器３１は、乾燥水素のうち反応床２１の流入部分に循環して きた部分を冷却するためのものであり、好ましくは燃料電池装置１０の水素出力 管１５から供給される湿り水素と実質的に同じ温度にまで冷却する。この循環水 素部分の冷却を行わないと、反応床の入口側と出口側との温度差が同じかまたは わずかの差しかない状態に維持されたとしても反応床２１の平均温度および乾燥 水素の排出時温度は時間の経過と共に上昇することは明らかであろう。しかしな がら、仮に熱交換器２５と３１とを組み合わせて１つにしてしまい、循環管３０ が戻り管２４に分岐する部分の上流に備えても同様の効果が得られることは期待 できる。いずれにしても、２つの熱交換器２５および３１または上述したような 組み合わせ熱交換器によって乾燥水素から除去できる総熱量は同じ簡単にして熱 交換器の効率を高めることもできる。

図１を参照すると、循環管３２の途中に弁３２が備えられている。

この弁３２は、循環管３０に乾燥水素を循環させ、ポンプ２３によって反応床２ １の入口部分に供給された気体媒体の一部とする際の速度を調節するためのもの である。弁３２は、燃料電池装置１０の動作条件を考慮して、手作業で永久的な ものとして予め定めた値に設定しても良いし時間毎または連続的に調節してもよ い。したがって、例えば電線１７を流れる電流の量に応じて弁３２の流体通過断 面積を調節することもできる。この電流は、燃料電池装置１０内における水素の 消費率および水蒸気が生成されて水素と一緒になる速度を測定する上での都合良 い測定基準となる。また、出力管１５を介して燃料電池装置１０から流出する水 素に含まれる水蒸気の部分圧力を測定して燃料電池装置からの水の量を判定し、 この情報を使用して弁３２の流体通過断面積を調節することも可能である。しか しながら、循環管３０を通る乾燥水素の量を調節する必要がないような場合には 調節可能な弁３２は省略しても良い。

図１に示す構成でどのようにして抜き出し動作を行うかについて例を挙げて説明 するが、説明を簡単にして分かりやすくするためにまず燃料電池装置１０はある 時間内に１モルの水素を消費すると仮定しておく。これは、同じ時間内に１モル の水蒸気が生成されて燃料電池１０の陽極側で気体媒体と混合されるという意味 である。さて、さらに８モルの気体媒体を陽極側１１に送り、そこからの溢れ出 しや過度の乾燥を引き起こさずに適切な動作を行うと仮定する。

これは、この８モル分は戻り管２４および入力管１３を通って陽極側１０に戻る が、１モルが燃料電池内で消費され、残りの７モルが混合された１モル分の水蒸 気とともに出力管１５を通って陽極側１１から排出され、ポンプ２３によって供 給管２２を介して反応床２１に強制的に送られてこの反応床の中を通過するとい う意味である。

同時に、ポンプ２３は、上述した時間内に例えば２４モルの水素を戻り管２４か ら供給管２２に循環させるので、反応床２１の入口部分に流入した気体媒体は３ １モルの水素と１モルの水蒸気の混合物となる。これは反応床２１を出て反応容 器２０から排出される時には３２モルの実質的に乾燥した水素となり、このうち ２４モル分は循環され、残りの８モルは戻り管２４の残りの部分を流れ続けて入 力管１３に流入し、燃料電池１０の陽極側１１に流入して要求を満たすことにな る。

図面の図２は、上述したような原理に基づ（上述した構成を修正したものである ので、同様の構成要素には同一の参照符号を付してお（。また、ダッシュを付け た参照符号は、図１に示すものと機能的には同一である構成要素を指している。

しかしながら、このような修正した構成において、生成水は出力管１６を介して 液体として燃料電池１０の陰極側１２から排出され、水供給管４０を介して収集 タンク４１に送られる。水ポンプ４２は、他の水供給セフシラン４３の途中に設 けられているものであるが、この水ポンプはタンク４１からセフシラン４３を介 してサチュレータ４４に水を供給する。

必要があれば、周知の方法によって生成水をサチュレータ４４に供給する前にこ の生成水から実質的に全ての酸素を除去しておく。

この場合、循環管３０は反応容器２０の出口部分から乾燥水素部分のみを気体媒 体供給管２２に循環させるポンプ２３−を備える。

しかしながら、循環させた乾燥空気の一部を連結管４５に分流させてサチュレー タ４４に送り、サチュレータにおいてこの分流した部分の乾燥水素を液体状の水 と接触させて水蒸気の形で湿り気を得るようにしてもよい。湿り水素をサチュレ ータ４４から排出して気体媒体供給管２２に送り、気体媒体供給管において分流 しなかった残りの乾燥水素と混合してから反応床２１の入口部分に供給する。

この修正した構成において、サチュレータ４４内で乾燥水素によって取り入れら れる水の量は燃料電池装置１０において生成される水の量と同一にするための処 置を行わなければならないことは明らかであろう。これは連結管４５およびサチ ュレータ４４を通過する乾燥水素の流量を調節することで達成することも可能で ある。図示の構成例では、循環管３０のサチュレータ４４に循環する部分の途中 に配置した弁３２゛の流体遥遥断面積を調節することでこれを実現している。ま た、例えばポンプ４２を測定用ポンプとして構成および／または動作させるか、 供給管４３に測定弁を挿入する、またはサチュレータ４４に供給されるおよび／ またはサチュレータに存在する水の温度を測定するなどの方法でタンク４１から サチュレータ４４に供給される水の量を測定し、部分水蒸気圧を調節しても同じ 結果を得ることができる。後者の２つの例において、循環管３０のバイパス部分 および管３２′は省略することもできる。いずれの場合も循環管３０を流れる乾 燥水素をすべて連結管４５内に流入させ続け、サチュレータ４４に送る。

いずれにしても、反応床２１の入口部分に供給される気体媒体内に含まれる水蒸 気の量は、気体媒体が反応床の入力部分に流入する時の温度でこの媒体が水蒸気 で飽和した場合に比べると数分の−である。したがって図１において説明したも のと同じような利点がある。

以上、本発明による燃料電池装置水素補充システムの特定の実施例について説明 したが、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、本発明の範囲は添付の 請求の範囲によってのみ判断されるべきである。

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Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．高発熱反応で水と接触して水素を放出する多量の固形材料を入口部分及び出 口部分を有する閉鎖された間際へ閉じ込める手段と、前記入口部分と前記出口部 分との間の温度差を所定の水準以下に維持するのに十分な熱除去率で対流により 前記材料分量から熱を除去するように前記材料分量を介して水素含有気体媒体を 通過させる手段であって、該手段が、所定の容量率で前記出口部分から前記入口 部分へ前記気体媒体の部分を再循環させる手段と、所定の温度へ前記再循環手段 により再循環されている前記気体媒体の少なくとも前記部分を冷却する手段とを 有し、 そのような追加された水蒸気が前記固体材料で発熱反応するよう燃料電池におい て水素が消費される消費率と釣り合った追加率で前記再循環手段により再循環さ れる前記気体媒体部分へ水蒸気を追加する手段と、 前記出口部分から燃料電池装置へ残りの前記気体媒体を供給する手段とを有する ことを特徴とする燃料電池装置における消費された水素を補充するための装置。
2. ２．前記追加手段は、燃料電池装置から燃料電池装置の運転条件によって決めら れた回収率で水素ガスを運ぶ水蒸気を回収し、そのような回収ガスを前記閉鎖さ れた間隙の上流の前記再循環された気体媒体部分と結合する手段を含むことを特 徴とする請求項１記載の装置。
3. ３．前記追加手段は、前記消費率と釣り合った含有率で前記再循環された気体媒 体部分に水蒸気を含有した状態で、その液状に水を有する前記再循環された気体 媒体部分に直接接触する手段を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
4. ４．燃料電池装置において消費された水素を補充する方法であり、高発熱反応で 水と接触して水素を放出する多量の固形材料を入口部分及び出口部分を有する閉 鎖された間隙へ閉じ込める工程と、前記入口部分と前記出口部分との間の温度差 を所定の水準以下に維持するのに十分な熱除去率で対流により前記材料分量から 熱を除去するように前記材料分量を介して水素含有気体媒体を通適させる工程で あって、該工程が、所定の容量率で前記出口部分から前記入口部分へ前記気体媒 体の部分を再循環させる工程と、所定の温度へ前記再循環手段により再循環され ている前記気体媒体の少なくとも前記部分を冷却する工程とを有し、 そのような追加された水蒸気が前記固体材料で発熱反応するよう燃料電池におい て水素が消費される消費率と釣り合った追加率で前記再循環手段により再循環さ れる前記気体媒体部分へ水蒸気を追加する工程と、 前記出口部分から燃料電池装置へ残りの前記気体媒体を供給する工程とを有する ことを特徴とする装置。