(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）、燃料電池ユニット（１）に作動媒質から水素を供給するために使用されるガス発生装置（２）及び水からイオンを除去するための少なくとも１つのイオン交換ユニット（３）を有する燃料電池装置であって、
少なくとも１つのイオン交換ユニット（３）が、凝縮液分離装置（６）とガス発生装置（２）の間の作動媒質のための流路（８）内に配置されており、水及び作動媒質の混合物によって作動されることを特徴とする前記燃料電池装置。
【請求項２】
貯蔵器（５）及び／または水と作動媒質との混合物のための流路（８）内に、作動媒質を計量しながら供給するための装置が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３】
貯蔵器（５）及び／または水とメタノールとの混合物のための流路（８）内に、メタノールを計量しながら供給するための装置が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】
流体から水を分離するための凝縮液分離装置（６）の採取容器、水と作動媒質との混合物を保持するための貯蔵器（５）、イオン交換ユニット（３）、計量ポンプ（７）、粒子フィルター（４）及びガス発生装置（２）が水と作動媒質との混合物のための流路に沿ってこの順番で配置さ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】
流体から水を分離するための凝縮液分離装置（６）の採取容器、イオン交換ユニット（３）、水と作動媒質との混合物を保持する貯蔵器（５）、計量ポンプ（７）、粒子フィルター（４）及びガス発生装置（２）が、水と作動媒質との混合物のための流路に沿ってこの順番で配置されており、作動媒質が、イオン交換ユニット（３）の上流に、計量されながら供給されるようになっ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６】
流体から水を分離するための凝縮液分離装置（６）の採取容器、水と作動媒質との混合物を保持するための貯蔵器（５）、計量ポンプ（７）、イオン交換ユニット（３）、粒子フィルター（４）、次いでガス発生装置（２）が、水と作動媒質との混合物のための流路（８）に沿って配置さ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】
水と作動媒質との混合物が、少なくとも１つのイオン交換ユニット（３）に送給され、不純物が混合物から除去される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８】
水と作動媒質との混合物が、ガス発生装置（２）に入る前に、イオン交換ユニット（３）により浄化されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
イオン交換ユニット（３）が、水と作動媒質のための混合器として使用されることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１０】
作動媒質が、貯蔵器（５）内及び／または水と作動媒質との混合物のための流路内に計量しながら供給されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、独立請求項の前提部分に記載の燃料電池装置と、その燃料電池装置を作動するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許５，３４４，７２１Ａ１には、ＰＥＭ燃料電池装置が開示されており、その装置内では、生成水が燃料電池のカソード排ガスから抽出され、装置により担持される貯蔵器へ戻る結果として、装置内で回収されるようになっている。この目のために、回収された水は、それが貯蔵器内に導入される前にイオン交換装置内で浄化され、冷却の目的のために燃料電池内に導入される前に、水の伝導性を減少させる。
【０００３】
【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、及び燃料電池装置を作動するための方法を提供するという目的に基づくものである。
【０００４】
【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７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。
本発明によれば、燃料電池装置において、少なくとも１つのイオン交換ユニットが、燃料電池に水素を供給することを意図するガス発生装置と凝縮液分離装置の間を水と作動媒質の混合物が流れる流路内に配置される。
【０００５】
本発明の利点は、好ましくは炭化水素またはアルコールまたはエーテルのような作動媒質により作動される燃料電池装置において、イオン交換ユニットが水及び作動媒質の混合物を浄化するために使用され、種々の部品及び混合物のための流路内におけるラインの腐食性高純度水による損傷を実質的に防ぐことができ、触媒成分上への有害な堆積を抑制することも可能である。
【０００６】
水／作動媒質混合物のためのイオン交換ユニットの使用は、さらに、ユニットが高度に効率的な混合器部材として有利に作用し、そのため、混合物の均質性を改良するというその他の結果をもたらす。水内の添加物として凍結点を低下させる作動媒質の使用は特に好ましいが、それは、そのようにして、低外部温度における凍結から燃料電池装置における水を防御することができるからである。特に有利な点は、イオン交換ユニットをこのタイプの混合物に接触させるとき、イオン交換ユニットの凍結も抑制されるが、それはその現象がイオン交換ユニットを使用不能にし得るからである。
【０００７】
本発明のその他の利点及び態様は、その他の請求項及び明細書の発明の詳細な説明の記載において示される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照しながらさらに詳しく説明する。
【０００９】
本発明は静止装置にも適しているが、特に、燃料電池車両のような可動装置における燃料電池装置に適している。
【００１０】
図１は、本発明による燃料電池装置における好適な配置図を示す。ガス発生装置２は、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に水素を供給する。好ましい作動媒質はメタノール（ＭｅＯＨ）である。炭化水素類、エーテル類及びアルコール類のようなその他の作動媒質を使用することも可能である。ガス発生装置２において、燃料電池ユニット１を作動するための水素は、作動媒質から発生され、燃料電池ユニットのアノードに送給される。
【００１１】
本発明は、メタノールで作動する燃料電池装置に基づいて説明するが、この具体例に限定されるものではない。
【００１２】
ガス発生装置２は、メタノールから水素を得るため、及び燃料電池排ガスを浄化するための改質ユニット、蒸発器、一酸化炭素除去ユニットなどの慣用の部品（図示せず）を含む。
【００１３】
貯蔵器５内に保持されているメタノールと水との混合物は、イオン交換ユニット３を通過するが、そこで不純物が除去される。この配置において、従来技術とは異なり、本発明のイオン交換ユニット３は、作動媒質回路内に設けられているので、例えば燃料電池装置内の燃料電池ユニットのための水性冷却媒質のようなそれを通過する媒質の電気伝導性を減少させる機能は果たさない。
【００１４】
むしろ、ガス発生装置２は、それ自体、燃料電池ユニット１に、充分高い耐性の水を提供するために充分であるが、それは、水はガス発生装置２内において蒸発され、この装置において、蒸気は燃料電池ユニット１内に入る前に電気伝導性を生じさせる不純物から分離されるからである。
【００１５】
本発明によれば、イオン交換ユニット３によって、燃料電池装置は、高純度の水／作動媒質混合物、好ましくは水／メタノール混合物により作動され、ガス発生装置２の部品は、水／メタノール混合物、特にその混合物中に溶解されていることが考えられる塩化物から得られる腐食性物質の攻撃から保護される。その他の利点は、ガス発生装置２内の触媒上の好ましくない堆積及びそれへの汚染を防止することができることである。同時に、水は常に混合物内に存在するので、低周囲温度における装置内の水の凍結の可能性を防ぐことができる。特に、燃料電池車両において燃料電池装置を使用するときは、燃料電池装置がこのタイプの低周囲温度に暴露される危険性がある。この装置内にイオン交換装置が設けられている場合は、水が凍結するとイオン交換装置が損傷を受け、機能が中断するので、相当な問題を生じさせる。
【００１６】
同時に、イオン交換ユニット３は、通過する混合物の粗フィルターとしても作用する。イオン交換ユニット３の下流に、微細フィルター（粒子フィルター）４を介してガス発生装置２に水／メタノール混合物を供給する計量ポンプ７がある。ガス発生装置において、水素は改質反応により得られ、燃料電池ユニットのアノード空間に送給される。
【００１７】
燃料電池ユニット内で発生され、及び／又は燃料電池装置に送給されるカソード及び／またはアノード排ガスから得られる水は、好ましくは少なくとも１つの凝縮液分離装置６によって、それに応じる媒質流から回収される。図面においては、それはカソード排ガス流の例に基づいて示されている。燃料電池ユニット１から得られるカソード排ガスから凝縮される水は、凝縮液分離装置６の採取容器内に集められ、貯蔵器５に送給される。
【００１８】
凝縮液分離装置６の採取容器と貯蔵器５の間の流れの接続は、できるだけ短く維持されることが好都合であり、そうすることにより、水の低周囲温度にける介在ライン内での凍結が不可能になる。
【００１９】
貯蔵器５に対して、及び／または貯蔵器５の上流及び／または下流の混合物の流路（８）内に、作動媒質タンクからメタノールを計量して排出するための装置を設けることも可能であり、それにより、水／メタノール混合物、好ましくは確定されたメタノール含量を有する水／メタノール混合物が常に存在する。
【００２０】
イオン交換ユニット３のその他の適当な設置位置（図示していない）は、凝縮液分離装置６及び貯蔵器５の間にある。特に、分離装置６内で優勢な高システム圧は、媒質をイオン交換ユニット３を通過させるために使用されることができるので好都合であり、一方、同時に、計量ポンプ７の吸入側には追加の圧力損失がない。この場合、作動媒質は、イオン交換ユニット３の上流において計量されるようになっている。
【００２１】
また、貯蔵器５内で混合物を循環させる予備供給ポンプを設けること、及び予備供給ポンプ区画内、好ましくは予備供給ポンプの供給側にイオン交換ユニット３を設けることも可能である。
【００２２】
本発明によれば、イオン交換ユニット３のための特に好適な設置位置は、凝縮液分離装置６及びガス発生装置２の間にある水／作動媒質混合物のための流路（８）の区画である。圧力勾配を有する領域は、イオン交換ユニット３が高い圧力を有する側において使用される場合に特に好ましく、特に、周囲圧力より高い圧力が優勢である領域において好ましい。例えば、計量ポンプ７の下流にイオン交換ユニット３を設けることも可能である。
【００２３】
通常、メタノールは水と非常によく混合する。しかし、イオン交換ユニット３は、水とメタノールの完全な混合をもたらし、そのため、その混合物は、イオン交換ユニット３から非常に均質な形態で現われる。この場合、イオン交換ユニット３は追加的に水及び作動媒質のための好ましい混合部材として作用する。
【００２４】
水／メタノール混合物の浄化は、前記混合物が低電気伝導度を有することを確実にし、ガス発生装置内の部品は、追加的に改良された電気絶縁性も取得する。
【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】
0003667259.tif 000002