(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの燃料電池を有する燃料電池ユニット（１）と、燃料電池ユニットに水素を供給することを意図した水素リッチ媒質を生成するためのものであり一酸化炭素を二酸化炭素に転化するための一段又は多段酸化ユニットを有するガス生成装置（２）と、燃料電池ユニット（１）の上流に設けられている水素リッチ媒質から水を除去するための水分離ユニット（５）とを有する燃料電池装置であって、
前記一段酸化ユニットの場合は、水素リッチ媒質から水を分離するための第一分離装置（５）が前記一段の上流に設けられており、減圧バルブ（８）が第一分離装置（５）と前記段の間に設けられており、前記多段酸化ユニットの場合は、水素リッチ媒質から水を分離するための第一分離装置（５）が酸化ユニットの最終段（４）の上流に設けられており、減圧バルブ（８）が第一分離装置（５）と最終段（４）の間に設けられていることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
酸化ユニット（３、４）が四段構造を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項３】
アノード排ガス流（１３）から水を分離するための第二分離装置（６）が、アノード排ガス流（１３）内の燃料電池ユニット（１）の下流に設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項４】
カソード排ガス流（１４）から水を分離するための第三分離装置（７）が、カソード排ガス流（１４）内の燃料電池ユニット（１）の下流に設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項５】
カソードガス流（１４）から蒸気を凝縮するための凝縮装置（９）が、燃料電池ユニット（１）と第三分離装置（７）の間に設けられていることを特徴とする請求項４記載の燃料電池装置。
【請求項６】
第一分離装置（５）が、酸化ユニットの第三及び第四段（３、４）の間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項７】
第一及び／又は第二及び／又は第三分離装置（５、６、７）から得られた水が、水貯蔵器に送給され得ることを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項８】
水が第一圧力（ｐ１）領域内のアノード供給ライン（１１）内の水素リッチ媒質から分離され、水素リッチ媒質の第一圧力（ｐ１）は、水素リッチ媒質が燃料電池ユニット（１）内に導入される圧力よりも高いことを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置を作動するための方法。
【請求項９】
液体水が、アノード排ガス流（１３）から分離されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
液体水がカソード排ガス流（１４）から分離されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
水が分離される前に、カソード排ガス流（１４）が凝縮装置（９）を用いて冷却されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、独立請求項の前段部分による、燃料電池装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
装置の水バランスは、ＰＥＭ燃料電池を有する燃料電池装置、特に、燃料電池の作動のために水素が改質工程により得られる装置において、重要な役割を演じる。特に、燃料電池装置が可動の応用例において使用される場合、装置を湿潤させる多量の水を担持することは適当でなく、そのような装置からより多くの水を回収することが研究の目的とされている。このタイプの装置は、ＤＥ１９７０７８１４Ｃ１に記載されている。この装置において、燃料電池における水素と酸素の電気化学的反応中に発生される水は、改質工程において再利用される。
【０００３】
脱イオン化された水と炭素及び水素を含む媒質、例えばメタノールは、混合され、蒸発され、改質装置のために水素及び二酸化炭素に転化される。この水素は燃料電池に送給され、触媒方法によって、それを酸素とともに電気的エネルギーと水に転化する。
【０００４】
ＷＯ９９／６０６４６Ａ１は、水が排ガス流から凝縮され分離される結果として、水が燃料電池のアノード排ガス流及びカソード排ガス流から得られる燃料電池装置を開示している。反応及び水素リッチ生成ガスの冷却のために水がその中に噴霧される一酸化炭素の酸化のための酸化ユニットと、水素リッチ生成ガスから蒸気を除去し、それが燃料電池内に入る前にそれをさらに冷却する凝縮装置が、改質ユニットと燃料電池の間に接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、改良された水バランスを有する燃料電池装置を提供するという目的に基づくものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１の特徴を有する燃料電池装置、及び請求項８の特徴を有する燃料電池装置を作動するための方法により達成される。
【０００７】
本発明によれば、燃料電池装置において、燃料電池ユニットに水素を供給するための水素リッチ媒質を生成するためのガス生成装置が設けられており、そのガス生成装置が、酸化ユニットを有し、水素リッチ媒質から水を分離するための第一分離装置と酸化ユニットの最終段の間に減圧バルブを有する。
【０００８】
より多くの水が高圧力において分離装置により水素リッチ媒質から分離されることができ、装置内に含まれる水の改良された回収が可能になることが利点である。その他の利点は、媒質流が燃料電池ユニットの領域内で乾燥され、装置内に存在する部品が水の充填からよりうまく防御されることである。
【０００９】
本発明のその他の利点及び構成は、その他の請求項及び記載から明らかとなるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を図面を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００１１】
本装置は、特に、燃料電池車両のような可動ユニット内の燃料電池装置に適している。
【００１２】
図１は、燃料電池装置の好適な配置の概略図を示す。燃料電池装置は、プロトン伝導膜で分離されたアノードスペースとカソードスペースを有する少なくとも１つの燃料電池を有する燃料電池ユニット１を含む。
【００１３】
燃料電池の上流には、燃料電池ユニット１のアノードスペースに水素リッチ媒質を供給するためのアノード供給ライン１１と、カソードスペースに酸素リッチ媒質を供給するためのカソード供給ライン１２が存在する。一部のみが図面中に示されているガス生成装置２は、アノード供給ライン１１内に配置されている。燃料電池ユニット１のために燃料として作用する水素リッチ媒質は、ガス生成装置２内の水素含有媒質から得られる。ガス生成装置２は、少なくとも１つの改質反応器と、改質物から望ましくない一酸化炭素を除去する目的で設けられているガス浄化ユニットを有する。
【００１４】
ガス浄化ユニットは、少なくとも１段を有する酸化ユニットを有し、その中で一酸化炭素が酸化されて二酸化炭素を生成する。多段酸化ユニットの２段３，４が、図面中に示されている。第一分離装置５は、酸化ユニットの最終段４と最後から二番目の段３の間に設けられている。一段酸化ユニットの場合において、第一分離装置は、酸化ユニットの一段の上流に配置され得る。
【００１５】
減圧バルブ８が、第一分離装置５と多段酸化ユニットの最終段４の間に設けられ、アノード供給ライン１１内の水素リッチ媒質は、酸化ユニットの最終段４内またはその後よりも、酸化ユニットの前の段及び第一分離装置５内のより高い圧力に暴露される。より高い圧力において、水の飽和蒸気圧は、より低い圧力におけるより低い。このことにより、より少ない蒸気、しかしより多くの液体水及び／又は水滴が水素リッチ媒質内に捕獲される。
【００１６】
燃料電池ユニット１の上流で水分離ユニットとして作用する第一分離装置５は、実質的には、その中で媒質流から液体水及び水滴が分離される容器を意味する。これは、媒質の冷却のようなその他の手段を用いずに行うことができる。しかしながら、改質物冷却装置を冷却の目的で上流に接続することも可能である。他方において、凝縮装置により湿潤媒質は冷却され、媒質中に含まれる蒸気形態物内の水は凝縮され、それが下流の分離装置内で分離される。
【００１７】
第二分離装置６は、アノード排ガス流１３内で、燃料電池ユニット１の下流に配置され、この流から捕獲された水を除去する。この水は排出ライン１０を介して分離装置６から排出される。
【００１８】
第三分離装置７が、カソード排ガス流１４内に配置されている。凝縮装置９は第三分離装置７の上流に設けられ、カソード排ガスを冷却する。このガス内に捕獲された蒸気の一部は凝縮され、第三分離装置７内のカソード排ガスから分離されることができる。集められた水は、その他の排ガスライン１０を介して分離装置７から排出される。
【００１９】
分離装置５、６、７内で集められた水は、共通の採取容器内に排出され、ガス生成装置２及び／又は燃料電池ユニット１及び／又は燃料電池装置のその他の部品のために再利用されるようになっていることが好都合である。この目的のために、回収された水は、利用可能になる前に浄化されることが可能である。
【００２０】
第一分離装置５が酸化ユニットの第三及び第四段の間に設けられている４段を有する酸化ユニットを使用することが特に好ましい。酸化ユニットは特に、一酸化炭素の選択的酸化のためのユニットであることが特に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための好適な装置を示す概略図である。
【図１】
0003618307.tif 000002