(57)【要約】  本発明は、設備の支援システムが凝固に対する耐性を備えるように燃料電池電力設備の遊離水を減量させる。燃料電池電力設備（１０）は、燃料電池との熱交換状態で不凍液冷却剤を循環させて燃料電池水を収集する密封冷却器板（８０）を持つ冷却剤システム（７０）と、不凍液の濃度を調整するため不凍液冷却剤から水蒸気を除去する水蒸気移動システム（９２）と、始動手順のため、加熱された不凍液冷却剤を冷却器板（８０）内へ選択的に導く始動熱交換器（１０８）および始動弁（１１４）を有する始動システム（１０６）とを含む。設備はまた、除去された水蒸気を利用するとともに、始動熱交換器との熱交換状態にある燃料処理システムを含む。不凍液冷却剤は、アルカントリオールまたはポリエチレングリコールなどの蒸気圧の低い溶液である。
2005514746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．還元性流体およびプロセス酸化剤反応物の流れから電流を発生させるための少なくとも一つの燃料電池と、
ｂ．前記燃料電池との熱交換関係で固定されており冷却器板を通して不凍液冷却剤を導く密封冷却器板と、該冷却器板との流体連通状態にあって該不凍液冷却剤を貯蔵する冷却剤蓄積器と、該冷却剤蓄積器から冷却剤熱交換器を通り該冷却器板を通りさらに該冷却剤蓄積器へと戻って流れるように該不凍液冷却剤を導く冷却剤循環ラインとを含む、冷却剤システムと、
ｃ．前記燃料電池と前記冷却剤システムとの間で流体連通状態にあって該燃料電池から該冷却剤システムへ水を導く燃料電池水収集器と、
ｄ．前記冷却剤蓄積器との流体連通状態で固定され該蓄積器から前記不凍液冷却剤を受け取って該不凍液冷却剤から水蒸気を移動させる水蒸気移動システムと、
ｅ．前記冷却剤蓄積器および前記燃料電池との流体連通状態で固定されて、不凍液冷却剤を加熱する始動熱交換器を含む燃料電池始動システムであって、該加熱された不凍液冷却剤が、該燃料電池を加熱するように該始動熱交換器から前記密封冷却器板を通って選択的に導かれる、燃料電池始動システムと、
を備えることを特徴とする、遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項２】
前記始動熱交換器は、アノード排出ラインにおいて前記燃料電池からバーナへ導かれるアノード排出物の流れを受け取って燃焼させるバーナとの熱交換関係で固定されることを特徴とする請求項１記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項３】
前記加熱された不凍液冷却剤は、前記水蒸気移動システムとの流体連通状態にあることを特徴とする請求項２記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項４】
前記遊離水減量燃料電池電力設備は、炭化水素燃料を還元性流体へ処理するための燃料処理システムをさらに備え、該燃料処理システムは、前記水蒸気移動システムとの流体連通状態で固定されるとともに、前記不凍液冷却剤から移動した水蒸気を受け取ることを特徴とする請求項１記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項５】
前記燃料電池は、該燃料電池から除去された水が水輸送板を通って前記燃料電池水収集器へ導かれるように、該燃料電池水収集器との流体連通状態で固定された少なくとも一つの水輸送板を含むことを特徴とする請求項１記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項６】
前記密封冷却器板を通過する前記不凍液冷却剤の圧力が、前記燃料電池を通過する還元性流体およびプロセス酸化剤反応物の流れの圧力より低くなるように、該密封冷却器板内の該不凍液冷却剤の圧力を調整するための圧力制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項７】
前記水蒸気移動システムは、前記冷却剤システムとの流体連通状態で固定されたボイラとの熱交換関係で固定された水除去バーナと、前記水蒸気をスチームとして分離するためと、該水蒸気移動システムから水蒸気を除去するための、該ボイラとの流体連通状態で固定されたスチーム分離器とを含むことを特徴とする請求項１記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項８】
アノード排出ラインが、アノード排出物の流れを前記水除去バーナへ供給することを特徴とする請求項７記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項９】
前記水蒸気移動システムは、空気が前記不凍液冷却剤から水蒸気を除去するように、該不凍液冷却剤を受け取るとともに空気を受け取る冷却剤システムとの流体連通状態で固定された接触飽和器を含むことを特徴とする請求項１記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項１０】
水除去バーナが、前記接触飽和器との流体連通状態にあり、アノード排出ラインが、アノード排出物の流れを該水除去バーナへ供給することを特徴とする請求項９記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項１１】
前記不凍液冷却剤は、アルカントリオール溶液、およびポリエチレングリコール、およびこれら混合物から成る群より選択されることを特徴とする請求項１記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項１２】
前記不凍液冷却剤は、グリセロール、ブタントリオール、ペンタントリオール、ポリエチレングリコール、およびこれらの混合物から成る群より選択されることを特徴とする請求項１記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項１３】
バーナが、前記燃料電池を出るアノード排出物の流れとの流体連通状態で固定され、水を凝縮および除去する水凝縮器手段が、該バーナから出る燃焼したアノード排出物の流れと流体連通状態にあって該流れを受け取るとともに、該燃料電池を出るカソード排出物の流れを受け取り、該水凝縮器手段および前記冷却剤システムとの流体連通状態で固定された除去水抜き出しラインが、該凝縮器から該冷却剤システムへ水を導くことを特徴とする請求項１記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項１４】
バーナが、前記燃料電池を出るアノード排出物の流れとの流体連通状態で固定され、直接質量・熱移動装置が、バーナを出る燃焼したアノード排出物の流れとの流体連通状態で固定されて該流れを受け取るとともに、該燃料電池を出るカソード排出物の流れを受け取り、酸化剤入口において該燃料電池に入るプロセス酸化剤の流れを受け取り、それによって、該直接質量移動装置が、該燃焼したアノード排出物およびカソード排出物の流れから、該燃料電池に入る該プロセス酸化剤の流れへ質量および熱を移動させることを特徴とする請求項１記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項１５】
前記燃料電池始動システムは、前記始動熱交換器と前記冷却剤システムとの間に流体連通状態で固定された始動ラインと、および前記水蒸気移動システムとの流体連通状態で固定された始動弁を含み、それによって、該始動弁は、前記燃料電池を加熱するように、該始動熱交換器から前記密封冷却器板を通して、前記加熱された不凍液冷却剤を選択的に導くことを特徴とする請求項１記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項１６】
ａ．還元性流体およびプロセス酸化剤反応物の流れから電流を発生させるための少なくとも一つの燃料電池と、
ｂ．前記燃料電池との熱交換関係で固定されており冷却器板を通して不凍液冷却剤を導く密封冷却器板と、該冷却器板との流体連通状態にある冷却剤蓄積器と、該冷却剤蓄積器から冷却剤熱交換器を通り該冷却器板を通りさらに該冷却剤蓄積器へと戻って流れるように該不凍液冷却剤を導く冷却剤循環ラインとを含む、冷却剤システムと、
ｃ．前記燃料電池と前記冷却剤システムとの間で流体連通状態にあって該燃料電池から該冷却剤システムへ水を導く燃料電池水収集器と、
ｄ．前記冷却剤蓄積器との流体連通状態で固定され該蓄積器から前記不凍液冷却剤を受け取って該不凍液冷却剤から水蒸気を移動させる水蒸気移動システムと、
ｅ．炭化水素燃料を還元性流体へ処理するための燃料処理システムであって、前記水蒸気移動システムとの流体連通状態で固定されるとともに、前記不凍液冷却剤から移動した水蒸気を受け取る、燃料処理システムと、
ｆ．前記冷却剤システムおよび前記燃料電池との流体連通状態で固定されて、不凍液冷却剤を加熱する始動熱交換器を含む燃料電池始動システムであって、該始動熱交換器からの該加熱された不凍液冷却剤が、該燃料電池を加熱するように前記冷却剤システムを通って選択的に導かれる、燃料電池始動システムと、
を備えることを特徴とする、遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項１７】
前記水蒸気移動システムは、空気が前記不凍液冷却剤から水蒸気を除去するように空気を受け取る接触飽和器を含むことを特徴とする請求項１６記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項１８】
前記不凍液冷却剤は、グリセロール、ブタントリオール、ペンタントリオール、ポリエチレングリコール、およびこれらの混合物から成る群より選択されることを特徴とする請求項１６記載の遊離水減量燃料電池電力設備。
【請求項１９】
ａ．冷却剤蓄積器から、冷却剤熱交換器を通り、電力設備の燃料電池との熱交換関係で固定された密封冷却器板を通り、該冷却剤蓄積器内へ戻るように、不凍液冷却剤を循環させ、
ｂ．前記燃料電池によって発生しかつ前記燃料電池を通過する水を前記冷却剤蓄積器内へ導き、
ｃ．前記不凍液冷却剤から水蒸気が除去されるように、前記冷却剤蓄積器から水蒸気除去システムを通して該不凍液冷却剤の一部を循環させ、ついで、該不凍液冷却剤を再び前記冷却剤システムへ戻るように循環させ、
ｄ．始動熱交換器内において前記不凍液冷却剤の一部を加熱し、該加熱された不凍液冷却剤を、前記燃料電池を加熱するように前記密封冷却器板を通過させて選択的に導く、
ことを含むことを特徴とする、遊離水減量燃料電池電力設備の作動方法。
【請求項２０】
前記燃料電池のための還元性流体への炭化水素燃料の処理を支援するように、前記不凍液冷却剤から除去された水を燃料処理システムへ導くことをさらに含むことを特徴とする請求項１９記載の遊離水減量燃料電池電力設備の作動方法。
【請求項２１】
前記燃料電池水収集器から前記燃料処理システムへ水を導くことをさらに含むことを特徴とする請求項２０記載の遊離水減量燃料電池電力設備の作動方法。
【請求項２２】
燃料処理給水ポンプを通して前記燃料電池水収集器から前記燃料処理システムへ水を送液し、燃料電池電力設備が停止する時には常に、該燃料処理給水ポンプを通して前記冷却剤蓄積器へ水を抜き出すことをさらに含むことを特徴とする請求項２１記載の遊離水減量燃料電池電力設備の作動方法。
【請求項２３】
前記水除去システムの接触飽和器との流体連通状態で前記始動熱交換器を固定し、該始動熱交換器から該接触飽和器を通して前記加熱された不凍液冷却剤を導くことをさらに含むことを特徴とする請求項１９記載の遊離水減量燃料電池電力設備の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輸送車両、携帯用電力設備内での使用、または固定電力設備としての使用に適した燃料電池電力設備に関連し、本発明は、詳細には、凝固温度を下回る周囲温度における停止、始動、および定常状態作動の間に、設備が凝固に対する耐性を備えるように、設備の一つまたは複数の燃料電池内の遊離水を最少にするとともに、設備の支援システム内の遊離水を無くす燃料電池電力設備に関連する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池電力設備は、よく知られており、宇宙船に搭載された装置などの電気装置に電力を供給するため、還元性流体およびプロセス酸化剤反応物の流れから電気エネルギーを発生させるのに一般的に使用される。このような電力設備では、還元性流体、酸化剤流体、冷却剤流体、および生成物流体の流れを導くためのマニホールドを画定する電気絶縁枠構造に取り囲まれたスタック内に、複数の平板状燃料電池が配置されるのが一般的である。個々の電池はそれぞれ、一般に、電解質によって分離されたアノード電極とカソード電極とを含む。水素などの還元性流体がアノード電極へ供給され、酸素または空気などの酸化剤がカソード電極へ供給される。電解質としてプロトン交換膜（「ＰＥＭ」）を利用する電池では、アノード電極の表面で水素が電気化学的に反応して、水素イオンと電子とを発生させる。電子は外部の負荷回路へ送られてからカソード電極へ戻るのに対して、水素イオンは電解質を通ってカソード電極へ移動し、ここで酸化剤および電子と反応して水を発生させるとともに熱エネルギーを放出する。
【０００３】
ＰＥＭ型電池は、重要な長所を備えてはいるが、特にＰＥＭへの、ＰＥＭを通る、さらにＰＥＭからの液体水の輸送に関して重大な制約を持っていることも知られている。輸送車両へ電力を供給するのにこのようなＰＥＭ型燃料電池電力設備を使用すると、燃料電池により発生した水および／または任意の水冷却剤流体が凝固した時の機械的損傷を防止すること、また、燃料電池により電力供給される車両が氷点下の条件で停止してしまった後の始動時に任意の凝固した水を急速に溶かすこと、などといった水の管理に関連する付加的な問題を引き起こす。
【０００４】
したがって、氷点下の条件で停止することができ、凝固により生じる機械的損傷を受けず、また、かなりの量の水を溶かす必要なく急速に始動できる、燃料電池電力設備が必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、水の凝固温度を下回る周囲温度における装置の停止、始動、および定常状態作動の間に、設備の一つまたは複数の燃料電池および支援システムが凝固に対する耐性を備えるように遊離水を減量させた、燃料電池電力設備である。
【０００６】
燃料電池電力設備は、還元性流体およびプロセス酸化剤反応物の流れから電流を発生させるための少なくとも一つの燃料電池と；前記燃料電池との熱交換関係で固定されており燃料電池から熱を除去するように冷却器板を通して不凍液冷却剤を導く冷却器板と、該冷却器板との流体連通状態にあって該不凍液冷却剤を貯蔵する冷却剤蓄積器と、該冷却剤蓄積器から冷却剤熱交換器を通り該冷却器板を通りさらに該冷却剤蓄積器へと戻って流れるように該不凍液冷却剤を導く冷却剤循環ラインとを含む、冷却剤システムと；前記燃料電池と前記冷却剤蓄積器との間で流体連通状態にあって、該燃料電池から除去された過剰水を該冷却剤蓄積器または抜き出し路へ導く燃料電池水収集器と；前記冷却剤蓄積器との流体連通状態で固定され該蓄積器から前記不凍液冷却剤を受け取って該不凍液冷却剤から水蒸気を移動させる水蒸気移動システムと；前記冷却剤蓄積器および前記燃料電池との流体連通状態で固定された燃料電池始動システムであって、不凍液冷却剤を加熱する始動熱交換器と、始動熱交換器と燃料電池の間に固定されており、前記燃料電池を加熱するように、該始動熱交換器から前記密封冷却器板を通して、前記加熱された不凍液冷却剤を選択的に導くための始動弁および始動ラインとを含む、燃料電池始動システムと；を備える。代替の実施態様において燃料電池電力設備は、水蒸気移動システムおよび燃料電池との流体連通状態で固定されて燃料電池のための炭化水素燃料の処理に水蒸気を利用する燃料処理システムも含み、始動熱交換器は、燃料処理システムとの熱交換関係で固定されている。
【０００７】
燃料電池電力設備の作動中および停止時には、燃料電池から除去された余分な水の大部分は冷却剤として燃料電池を通って循環せずに、その代わりに、燃料電池水収集器を通って冷却剤蓄積器内へ導かれて不凍液冷却剤と混合されるか、水収集器から抜き出し路を通って周囲へ排出される。従って、水の凝固温度を下回る周囲条件での作動中および／または設備停止時に凝固して設備に損傷を与える遊離水を持たないように、冷却剤システム、水蒸気移動システム、燃料電池始動システム、および燃料処理システムは全て、不凍液冷却剤を含む。設備の始動時には、溶かす必要があり得るであろう燃料電池の多孔質構成部材内の任意の遊離水が、始動熱交換器から始動弁およびラインを通り冷却器板を通って導かれる加熱された不凍液冷却剤によって加熱される。さらに、凝固温度を下回る条件下での設備の始動時に燃料処理構成部材に必要な任意の水蒸気は、水蒸気移動システム内の液状不凍液冷却剤から燃料処理システム内へ移動する。その結果、本発明の遊離水減量燃料電池電力設備は、設備の冷却剤システム、水蒸気移動システム、始動システム、または燃料処理システム内に遊離水を持たずに、凝固温度以下の周囲条件下での始動、定常状態作動、および設備停止を行う。水収集器によって除去された水は、システムの要件と環境についての検討事項に基づいて、周囲へ排出できるか、冷却剤蓄積器内へ抜き出され得るか、還元性流体へ炭化水素燃料を処理するため燃料処理システムへ供給できる。
【０００８】
不凍液冷却剤は、電池の作動温度において、不凍液の分圧が不凍液冷却剤と水の溶液上で０．００５ｍｍＨｇ未満である、蒸気圧の低い不凍液である。
【０００９】
好適な実施例において燃料電池電力設備は、燃料電池からのどのような未使用燃料も燃やすように、燃料電池から流出するアノード排出物の流れを受け取って燃焼させるバーナも含むことができ、燃焼したアノード排出物の流れは次に、燃焼したアノード排出物の流れからプロセス酸化剤の流れへ水および熱を移動させるように、酸化剤の流れが燃料電池へ流入する前に、プロセス酸化剤の流れとの質量移動関係で固定された直接質量・熱移動装置へ送られる。このような実施態様では、始動熱交換器は、バーナとの熱交換関係で固定できる。さらなる実施態様では、バーナは、不凍液冷却剤からの水蒸気の移動を促進するように水蒸気移動システムとの熱交換関係で配置できる。燃料電池電力設備はさらに、不凍液の封入を促進するために、また、不凍液冷却剤が電池の触媒を被毒化させる可能性を少なくするために、反応物の流れの圧力よりも低い圧力に不凍液冷却剤を維持するように作動できる。代替の実施態様において燃料電池は、燃料電池の反応物流れ区域としても作用できる多孔質水輸送板を含むことができる。燃料電池によって発生した水は、次に、多孔質水輸送板を通って燃料電池水収集器を通って燃料電池水収集器内へおよび燃料電池水収集器を通って、抜き出し路、冷却剤蓄積器、または燃料処理システムへ導かれ得る。さらなる実施態様では、燃料電池は、全く多孔質水輸送板を持たないことがあり、その代わりに、燃料電池の水と、反応物の流れの中の任意の水は、水蒸気、そしてカソードおよびアノード排出物の流れの中の飛沫同伴水滴として燃料電池から流出する。このような実施態様では、排出物の流れは、未燃焼燃料を燃焼するようにバーナを通って導かれ、燃焼した設備排出物の流れは、次に、空冷式または水冷式の復水凝縮器を通って導かれ、凝縮した水は、次に、冷却剤蓄積器内へ導かれる。
【００１０】
したがって、本発明の一般的な目的は、従来技術の欠点を克服する、遊離水減量燃料電池電力設備を提供することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図面を詳細に参照すると、遊離水を減量させた燃料電池電力設備の第一実施例が図１に図示されており、全体として参照番号１０が付けられている。ここでの目的では、「遊離水」という用語は、「遊離水」の凝固温度が摂氏ゼロ度未満に低下しないように水の中に不凍液を実質的に含有しない水を指すものとする。燃料電池電力設備の第一実施例１０は、燃料電池１２を含む。燃料電池１２は、膜電極アッセンブリ１４（当業技術で知られているようにプロトン交換膜の両側に固定されたアノード触媒およびカソード触媒など）と、膜電極アッセンブリ１４の両側に画定されるアノード流れ区域１６およびカソード流れ区域１８とを含む。当業技術でよく知られているように、燃料電池１２は、実質的に同一の他の燃料電池（図示せず）と組み合わされて、反応物の流れをスタックを通して導くマニホールドを含む電池スタックアッセンブリを形成できる。酸化剤供給ライン２０は、空気（図１では「空気」と書かれる）などのプロセス酸化剤の流れを、直接質量・熱移動装置２４の流入室２２を通して酸化剤入口２６内へ導き、次に、酸化剤入口は、酸化剤の流れを燃料電池１２のカソード流れ区域１８内へ導く。カソード排出ライン２８は、カソード排出物の流れとしての酸化剤の流れを燃料電池１２からバーナ３０内へ導き、設備排出ライン３２は、燃焼したカソード排出物の流れを直接質量・熱移動装置２４の排出室３４内へ導いて、システム排出路３６（図１では「システム排出路」と書かれる）において燃料電池電力設備１０から出る。直接質量・熱移動装置２４は、２００１年８月１４日にグラッッソ（Ｇｒａｓｓｏ）らに発行された米国特許第６，２７４，２５９号に記載されたタイプのものでもよい。直接質量・熱移動装置２４とカソード流れ区域１８内へ導かれる酸化剤の流れの圧力を上昇させるため、酸化剤供給ライン２０に酸化剤送風機３８を配置してもよい。あるいは、酸化剤送風機は、直接熱・質量移動装置２４と酸化剤入口２６との間に配置されてもよい。
【００１２】
水素ガスなどの還元性流体は、燃料供給源４０から還元性流体入口４２を通ってアノード流れ区域１６内へ導かれる。アノード排出ライン４４は、アノード流れ区域から流出した還元性流体をアノード排出物の流れとしてバーナ３０内へ送り、どのような未使用還元性流体もここで燃焼され、次に、カソード排出物の流れと共に設備排出物の流れとして設備排出ライン３２へ、それから直接質量・熱移動装置２４内へ導かれる。また、燃料電池１２は、アノード排出ライン４４と還元性流体入口４２との間に固定されたアノード再循環ライン４６と、ライン４６に固定されておりアノード排出物の一部をアノード・カソード流れ区域１６内へ戻すように選択的に再循環させるためのアノード再循環送風機４８とを含むことができる。燃料電池はさらに、カソード排出ライン２８と酸化剤入口２６との間に固定されたカソード再循環ライン５０も含むことができ、カソード排出物の流れの一部をカソード流れ区域１８内へ戻すように選択的に再循環させるようにカソード排出送風機５２がライン５０に固定されている。
【００１３】
図１に見られるように、遊離水減量燃料電池電力設備の第一実施例１０は、第１水流れ区域５４を画定する第１多孔質水輸送板を含むアノード流れ区域１６を含むこともでき、第２水流れ区域５６を画定する第２多孔質水輸送板を含むカソード流れ区域１８を含むこともできる。このような水輸送板を含む燃料電池は、米国特許第５，５０３，９４４号と米国特許第５，７００，５９５号に記載されている。第１および第２水流れ区域５４，５６は、燃料電池１０から余分な水を除去するための手段となる。
【００１４】
第１燃料電池水抜き出し路５８は、第１水流れ区域５４から燃料電池水収集器６０内へ水を導き、第２燃料電池水抜き出し路６２は、第２水流れ区域５６から燃料電池水収集器６０内へ水を導く。燃料電池水収集器６０は、水流れ区域５４、５６からの水を、燃料電池水収集器６０から供給される燃料電池水を不凍液冷却剤とともに収容する冷却剤蓄積器６４内へ導く。余剰燃料電池水抜き出し路６６（図１で「抜き出し路」と記される）と水抜き出し弁６８も、余剰水を選択的に排出するように燃料電池水収集器６０に固定されている。水収集器６０から冷却剤蓄積器６４内へ抜き出される水の相対的な量は、周囲温度条件によって変化する。周囲温度が凝固点を上回る場合には、水収集器６０からの排出物の全てが水抜き出し路６８へ導かれ、周囲に排出できる。あるいは、周囲温度が凝固点を下回る場合には、水収集器６０からの排出物の全てが冷却剤蓄積器６４へ導かれ得る。燃料電池水収集器６０は、燃料電池１２から流出する燃料電池水および／または水蒸気および飛沫同伴水滴とを収集して、冷却剤蓄積器６４内へ水を導くマニホールドおよび／または配管とすることができる。
【００１５】
遊離水減量燃料電池電力設備の第一実施例１０は、第１および第２水流れ区域５４、５６を通過する以外に、当業技術で周知の装置を通過して、燃料電池１２からの水を燃料電池水収集器６０と冷却剤蓄積器６４とに導くことができることを理解すべきである。例えば、代替実施例に関して後述するように、燃料電池の水は、水蒸気および飛沫同伴水滴としてカソードおよびアノード排出物の流れで燃料電池から単に流出され、それから、凝縮器で凝縮され、液体水は、ここから燃料電池水収集器６０および冷却剤蓄積器６４内へ導かれてもよい。水減量燃料電池電力設備の第一実施例１０はまた、冷却剤蓄積器６４と、蓄積器６４からの水と混合された不凍液冷却剤を、冷却剤ポンプ７４を通り、ファン７８（当業技術で知られる従来の自動車ラジエータと同様のもの）により冷却できる冷却剤熱交換器７６を通って、燃料電池１２と熱交換関係で固定された密封冷却器板８０内へ、さらには密封冷却器板８０を通り、そして冷却剤蓄積器６４へ戻るように導く冷却剤循環ライン７２とを有する冷却剤システム７０を含む。冷却器板８０に「密封冷却器板」の特徴を持たせることにより、冷却器板８０は、板８０を通して不凍液冷却剤を流すことができるが、板８０は、不凍液冷却剤のいずれも板８０から、第１または第２水流れ区域５４、５６などといった隣接する燃料電池構成部材内へ通して流すことができないことを理解すべきである。
【００１６】
図１に見られるように、冷却剤循環ライン７２は、冷却剤蓄積器と冷却剤ポンプ７４との間に固定された蓄積器排出ライン８２；冷却剤ポンプ７４と冷却剤熱交換器７６との間に固定された冷却剤熱交換供給ライン８３；冷却剤熱交換器７６と冷却器板８０との間に固定された冷却器板供給ライン８４；および、冷却器板８０と冷却剤蓄積器６４との間に固定された冷却器板排出ライン８８、などといった下位区画を含むことができる。
【００１７】
冷却剤システム７０は、冷却器板供給ライン８４などの上において冷却剤ポンプ７４と冷却器板８０との間で冷却剤循環ライン７２に固定された冷却剤圧力制御弁９０など、冷却剤システム６０を通って循環する不凍液冷却剤の圧力をプロセス酸化剤の圧力を下回るように調整して、アノード１６とカソード１８の流れ区域を通過する流体反応物の流れを減少させるための圧力制御手段を含むことができる。冷却剤圧力制御弁９０は、冷却器板８０内において不凍液冷却剤の特定圧力を維持するために、弁９０を通って流れる不凍液冷却剤の流れを制限するように冷却剤ポンプ７４によって調整することのできる、当業技術で周知のいかなる弁でもよい。よく知られるように、冷却剤圧力制御弁９０は、手動または自動で設定でき、あるいは、例えば、冷却器板８０および冷却器板排出ライン８８から冷却剤ポンプ７４へ引き込まれる不凍液冷却剤の流れが、カソード流れ区域１８およびアノード流れ区域１６内のプロセス酸化剤および／または還元性流体の流れの圧力より低い圧力であるように、カソード流れ区域１８内のプロセス酸化剤の流れおよび／またはアノード流れ区域１６内の還元性流体の流れの基準圧力に基づいて、弁９０を通る流れを制限するように電気機械的に調整できる。この目的のための付加的な圧力制御手段は、１９９７年１２月２３日にライザー（Ｒｅｉｓｅｒ）に発行された米国特許第５，７００，５９５号に開示されたものなど、液体の流れの圧力を気体の流れの基準圧力より下まで低下させることのできるよく知られた機構を含むことができる。
【００１８】
遊離水減量燃料電池電力設備の第一実施例１０はまた、不凍液冷却剤から水蒸気を移動させるように蓄積器６４から不凍液冷却剤を受け取る冷却剤蓄積器６４との流体連通状態で固定された水蒸気移動システム９２を含む。不凍液冷却剤から水蒸気を移動させることにより、所望する不凍液冷却剤の凝固温度の低下を達成するのに最適の濃度に、不凍液冷却剤を維持できる。さらに、除去された水蒸気は、後述するように他の電力設備システムに利用できる。水蒸気移動システム９２は、不凍液冷却剤から水を除去するための水除去手段９４と；冷却剤蓄積器６４と水除去手段９４との間に固定されて不凍液冷却剤を除去手段９４へ導く不凍液冷却剤供給ライン９６と；水除去手段９４からの分離水を導く水出口９８と；冷却剤ポンプ７４の吸引側に近接する蓄積器排出ライン８２などにおいて、水除去手段９４と冷却剤システム７０との間に固定された不凍液冷却剤戻りライン１００と；を含む。不凍液冷却剤供給ライン９６は、冷却剤蓄積器６４に直接固定されても、あるいは図１のように、冷却剤システム７０内で循環するように不凍液冷却剤の一部を選択的に導き、水蒸気移動システム９２で循環するように不凍液冷却剤の一部を導く標準的な三方向弁のように、冷却剤循環ライン７２に固定された冷却剤システム分岐弁１０１と流体連通状態で間接的に固定されてもよい。
【００１９】
水除去手段９４は、水と不凍液冷却剤との溶液または混合物から水を分離することのできる多様な周知の装置のいずれでもよい。例えば、水除去手段９４は、図１に概略図示されているように、水除去空気ライン１０２と水除去空気送風機１０４とを介した空気の供給を受け取る充填層などの接触飽和器でもよい。さらに、水除去手段９４は、不凍液冷却剤を加熱して不凍液冷却剤から水蒸気を直接的に移動させるバーナ（図１には図示せず）で構成されてもよい。水除去手段９４は、接触飽和器と直接熱交換関係で使用されるバーナで構成されもよいし、水除去手段９４は、加熱された不凍液冷却剤などの流体を介して熱を接触飽和器へ移動させて、不凍液冷却剤からの水の除去をさらに促進する熱交換器を含んでもよい。
【００２０】
遊離水減量燃料電池電力設備の第一実施例１０はまた、不凍液冷却剤を加熱するためと、加熱された不凍液冷却剤を燃料電池１２へ導くための始動システム手段１０６を含む。始動システム１０６は、冷却剤蓄積器６４と燃料電池１２との間に流体連通状態で固定されている。始動システムは、バーナ３０との熱交換関係で固定されて不凍液冷却剤を加熱するための始動熱交換器１０８と；始動熱交換器１０８と冷却剤蓄積器６４、または、不凍液冷却剤を熱交換器１０８へ導く冷却剤システム分岐弁１０１（図１に図示）との間に接続された不凍液冷却剤加熱器ライン１１０と；始動熱交換器１０８と冷却器板８０との間で流体連通状態にあって、加熱された不凍液冷却剤を、冷却器板８０を通過させて導く始動ライン１１２と；始動ライン１１２から始動ライン１１２の第１延長部１１６を介して図１では冷却器板供給ライン８４に図示されたような冷却剤ポンプ７４の下流の冷却剤システム７０の冷却剤循環ライン７２内に、加熱された不凍液冷却剤の全部または一部を流して導くように制御または選択できる、始動ライン１１２に固定された始動弁１１４と；を含んでおり、それによって、水の凝固温度を下回る周囲条件で燃料電池電力設備１０が停止した後の始動手順において、加熱された不凍液が、燃料電池１２を加熱するように冷却器板８０を流れることができる。ここでの目的では、「加熱された不凍液を始動熱交換器から冷却器板を通して選択的に導く」という始動弁の記載は、燃料電池１２を加熱するために、加熱された不凍液冷却剤の全部または一部を冷却器板８０を所望の時間だけ流して導くように、始動弁１１４が、手動で、または機械的に、または当業技術で周知の他の制御装置を介して制御され得ることを意味すると理解すべきである。
【００２１】
図１から明らかなように、始動弁１１４が、燃料電池を加熱するように冷却剤システム７０内へ加熱された不凍液冷却剤を導いていない場合には、始動弁１１４（標準的な三方向弁など）は、不凍液冷却剤供給ライン９６を通して水除去手段９４などの水蒸気移動システム９２内へ加熱された不凍液冷却剤を導く。ある作動条件下では、始動弁１１４が、冷却剤システム７０と水蒸気移動システム９２の両方へ加熱された不凍液冷却剤の一部を導くことができると予想される。始動熱交換器１０８を省略でき、冷却器板８０からの加熱された不凍液冷却剤は、冷却剤ポンプ７４、始動ライン１１２、および始動弁１１４により、冷却器板排出ライン８８から冷却剤蓄積器６４へ水除去手段９４へと流れることができる。
【００２２】
遊離水減量燃料電池電力設備の第一実施例１０の使用時には、加熱された不凍液冷却剤が冷却剤システム７０を通過して燃料電池１２内のどのような凝固水も溶かした後、電力設備１０の定常状態作動の間、次に始動弁１１４が、水蒸気移動システム９２へおよび水蒸気移動システム９２を通して、加熱された不凍液冷却剤を選択的に導き、それによって、冷却剤蓄積器６４内の不凍液冷却剤と混合された燃料電池の水の一部が除去されて、電力設備１０の最適凝固保護のための所望のレベルに不凍液冷却剤濃度を維持できる。周囲条件が変化すると、余分な燃料電池水が蓄積し、水抜き出し路６６を通して装置１０から抜き出され得る。
【００２３】
不凍液冷却剤は、電池の作動温度において、不凍液の分圧が不凍液冷却剤と水の溶液上で０．００５ｍｍＨｇ未満である、蒸気圧の低い不凍液である。例示的な不凍液冷却剤は、アルカントリオール溶液およびポリエチレングリコールから成る群より選択される。更なる例示的な不凍液冷却剤は、グリセロール、ブタントリオール、ペンタントリオール、ポリエチレングリコール、およびこれらの混合物から成る群より選択される。
【００２４】
遊離水減量燃料電池電力設備の第二実施例が図２に図示されており、全体として参照番号１２０が付けられている。効率性のため、第一実施例１０の構成部材と同一である燃料電池電力設備１２０の第二実施例のこれらの構成部材は、図２でも図１と同じ参照番号で特定されている。燃料電池電力設備の第二実施例１２０は、上述した米国特許第６，２７４，２５９号と、１９９９年１２月２８日にフラー（Ｆｕｌｌｅｒ）らに発行された米国特許第６，００７，９３１号とに「燃料処理構成部材手段」として開示されているものなどのような、燃料電池に適した還元性流体燃料に炭化水素燃料を変成するための燃料処理システム１２２を含む。当業技術でよく知られるように、この例では、自熱式改質器を含む燃料処理手段が、燃料ポンプ１２４、燃料供給ライン１２６、およびその第１延長部１２７から、ガソリンなどの炭化水素燃料を受け取るとともに、水除去空気供給ライン１０２の燃料処理延長部１２８からの空気供給を受け取る。燃料処理システムはまた、第２水蒸気移動システム１２１から水蒸気供給ライン１３０を通って移動した、スチームの形態の水蒸気を受け取る。余分な水蒸気は、第２水蒸気移動システム１２１から、例えば水蒸気供給ライン１３０に固定された水蒸気抜き出し路１３１を通して導くことができる。よく知られているように、燃料処理システムは熱と水蒸気の燃料への付加を通して（例えば当業技術で周知の改質器、シフト変成装置、選択的酸化器などにより）炭化水素燃料を還元性流体へ処理して、次に、還元性流体は、燃料処理システム１２２から、燃料電池１２のアノード流れ区域１６内へ導かれるように還元性流体入口４２内へ導かれる。
【００２５】
本発明の燃料電池電力設備の第二実施例１２０では、第２水蒸気移動システム１２１は、水除去空気供給ライン１０２および送風機１０４から空気を受け取りかつ燃料供給ライン１２６から燃料を受け取るとともにアノード排出ライン４４内で燃料電池１２から導かれたアノード排出物の流れを受け取ることもできる水除去バーナ１３４を有する第２水除去手段１３２を含む。燃焼したアノード排出物の流れは、燃焼したアノード排出ライン１３６内の水除去バーナ１３４から流出して、カソード排出物の流れと混合され、設備排出ライン３２内の設備排出物の流れとなる。図２のように、例えば冷却剤システム分岐弁１０１によってボイラ１３８と冷却剤蓄積器６４との間に流体連通状態で固定された第２不凍液冷却剤供給ライン１４０から不凍液冷却剤を受け取るボイラ１３８との熱交換状態で、水除去バーナ１３４が固定される。スチーム分離器１４２は、沸騰した水蒸気をボイラ１３８内で加熱された不凍液冷却剤からスチームとして分離するボイラ１３８との流体連通状態で固定され、スチームは、スチーム分離器１４２から水蒸気供給ライン１３０を通って、燃料処理システム１２２内へ導かれて、ここで燃料処理を支援する。
【００２６】
遊離水減量燃料電池電力設備１２０の第二実施例でも、第２始動システム１４４は、燃料処理システム１２２との熱交換関係で固定された第２始動熱交換器１４６と；ボイラ１３８を介するなどして冷却剤蓄積器６４との流体連通状態で固定されており、第２始動弁１５０へ、また第２不凍液冷却剤加熱器ライン１４８の延長部１５２を通して第２始動熱交換器１４６内へ加熱された不凍液冷却剤を導く第２不凍液冷却剤加熱器ライン１４８と；始動作動中に、燃料電池１２を加熱するように冷却器板８０内へ加熱された不凍液冷却剤を流して導く、第２始動熱交換器１４６に固定された第２始動ライン１５４と；を含む。
【００２７】
第２始動弁１５０は、第２始動熱交換器１４６内へ流れるように不凍液冷却剤の全部または一部を選択的に導くことができるか、第２始動弁と冷却剤システム７０との間、例えば冷却剤循環ライン７２に固定された冷却剤システム供給ライン１５６を通って不凍液冷却剤の全部または一部を流して導くように制御され得る。燃料電池電力設備１２０が定常状態作動に達すると、第２水蒸気移動システム１２１から流出した不凍液冷却剤の全てが、冷却剤システム７０内へ戻して導かれ得る。電力設備１２０がこのような状態にあると、第２始動熱交換器１４６内での不凍液冷却剤の劣化を防止するため、冷却剤システム７０から第２始動ライン１５４内への不凍液冷却剤のどのような逆流も止めるように、第２始動ライン１５４に固定された第１抜き出し弁１５８が制御されることになる。第１抜き出し弁１５８と第２始動熱交換器１４６との間において始動ライン１５４に固定された抜き出し口１６０は、不凍液冷却剤の抜き出しを助けるため空気を流入させるように制御されることになる。第２始動熱交換器１４６と冷却剤蓄積器６４との間において流体連通状態で抜き出しライン１６４に固定された第２抜き出し弁１６２は、第２抜き出し弁１６２を通り、冷却剤蓄積器６４などにおいて冷却剤システム７０内へ戻る不凍液冷却剤の抜き出しを可能とするように制御される。
【００２８】
遊離水減量燃料電池電力設備の第二実施例１２０は、第２始動システム１４４の第２始動熱交換器１４６を燃料処理システム１２２により発生したかなりの熱と組み合わせることにより、また第２水蒸気移動システム１２１内の水除去バーナ１３４とボイラ１３８とにより発生した付加的な熱を利用することにより、作動効率を達成する。独立した燃焼装置を利用する代わりに、第２水蒸気除去システムの水除去バーナ１３４内でアノード排出物の流れを燃焼させることにより、付加的な効率が達成される。
【００２９】
遊離水減量燃料電池電力設備の第三実施例が図３に示されており、全体として参照番号１７０で表されている。効率性のため、第一および第二実施例１０，１２０の構成部材と同一である燃料電池電力設備１７０の第三実施例のこれらの構成部材は、図３でも図１，２と同じ参照番号で特定されている。本発明の燃料電池電力設備の第三実施例１７０は、第３水除去手段１７８としての第２水除去バーナ１７６と熱交換関係にある接触飽和器１７４を第３水蒸気移動システム１７２が利用することを除いて、第二実施例１２０と非常によく似ている。接触飽和器１７４は、冷却剤システム分岐弁１０１などにおいて、冷却剤蓄積器との流体連通状態で固定された第３不凍液冷却剤供給ライン１８０から不凍液冷却剤を受け取る。送風機１０４によって強制されて、空気が接触飽和器１７４内の不凍液冷却剤から水蒸気を除去し、水蒸気で飽和された空気が接触飽和器１７４から第２水蒸気供給ライン１８２を通って燃料処理システム１２２へ導かれるように、水除去空気供給ライン１０２に固定されたバーナバイパスライン１８２が、接触飽和器１７４内へ流れるように導く。接触飽和器内の不凍液冷却剤から水が除去された後、不凍液冷却剤は、接触飽和器１７４と冷却剤ポンプ１７４の吸引側との間、蓄積器排出ライン８２などにおいて固定された第２冷却剤システム供給ライン１８４を通って、冷却剤システム７０へ戻るように導かれる。
【００３０】
燃料電池電力設備の第三実施例１７０でも、第３始動システム１８６は、燃料処理システム１２２との熱交換関係にある第３始動熱交換器１８７と冷却剤蓄積器との間に流体連通状態で固定された第３不凍液冷却剤加熱器ライン１８９に固定された第３始動弁１８８を含む。図３に見られるように、第３始動弁１８８は接触飽和器１７４の上流において第３不凍液冷却剤供給ライン１８０へ固定されることができ、それによって、弁１８８は、始動手順のために、第３始動熱交換器１８７へ不凍液冷却剤の全部または一部を選択的に直接導くことができるか、あるいは弁１８８は、定常状態作動のために、接触飽和器１７４内へ不凍液冷却剤の全部または一部を導くことができる。第二実施例１２０のように、本発明による燃料電池電力設備の第三実施例１７０は、第３始動熱交換器１８７を燃料処理システム１２２に組み込むことによって作動の効率を達成し、第三実施例では流れを発生させない第３水蒸気移動システム１７２を利用する。
【００３１】
遊離水減量燃料電池電力設備の第四実施例が図４に示されており、全体として参照番号１９０が付けられている。効率性のため、第一、第二、第三実施例１０，１２０，１７０の構成部材と同一である燃料電池電力設備１９０の第四実施例のこれらの構成部材は、図４でも図１〜図３と同じ参照番号で特定されている。本発明の燃料電池電力設備１９０の第四実施例では、第一実施例１０のようにアノード排出物の流れを燃焼させるためだけにバーナ３０を利用し、バーナ３０は、燃焼したアノード排出物の流れと加熱されたカソード排出物の流れとをバーナ３０から設備排出ライン３２内へ導き、設備排出ラインを通って、設備排出物の流れは、直接質量・熱移動装置２４へ移動する。従って、始動手順用に不凍液冷却剤を加熱するため、第四実施例１９０は、第４始動システム１９２を含み、ここで第４始動熱交換器１９４は、燃料処理システム１２２との熱交換関係で組み込まれるとともに、第４始動熱交換器１９４と冷却剤蓄積器６４との間、冷却剤システム分岐弁１０１などにおいて流体連通状態で固定された第４不凍液加熱ライン１９６を通って、冷却剤蓄積器６４から直接に不凍液冷却剤を受け取る。燃料電池電力設備の第四実施例１９０では、燃料ポンプ１２４が燃料処理燃料供給ライン１９８を通して炭化水素燃料を導き、燃料処理システム１２２を支援する。
【００３２】
第４始動システム１９２はまた、第４始動熱交換器１９４と第４水蒸気除去システム２０２と冷却剤循環ライン７２との間に流体連通状態で固定された第４始動弁２００を含む。図４に見られるように、第４始動ライン２０４は、第４熱交換器１９４から第４始動弁２００へ加熱された不凍液冷却剤を導く。第４始動ライン２０４の延長部２０６は、第４始動弁２００から、例えば冷却器板供給ライン８４で冷却剤熱交換器７６の下流の冷却剤循環ライン７２へ加熱された不凍液冷却剤を導く。第４不凍液冷却剤供給ライン２０８は、第４始動弁２００から第４水蒸気移動システム２０２へ不凍液冷却剤を導く。
【００３３】
第４水蒸気移動システム２０２は、水除去空気供給ライン１０２を通って水除去空気送風機１０４により吹き付けられた空気を受け取る接触飽和器１７４などの任意の水除去手段を含むことができる。空気は、接触飽和器１７４を通過する加熱された不凍液から水蒸気を除去し、水蒸気で飽和された空気は、第２水蒸気供給ライン１８２を通って燃料処理システム１２２へ導かれる。第三実施例１７０のように、空気が接触飽和器１７４内の加熱された不凍液から水蒸気を除去した後、蓄積器排出ライン８２などにおいて、第４接触飽和器１７４と冷却剤ポンプ１７４の吸引側との間に固定された第４冷却剤システム供給ライン２１２を通って、不凍液冷却剤が冷却剤システム７０へ戻るように導かれる。
【００３４】
燃料電池電力設備の第四実施例１９０の始動作動中には、第４始動弁２００が、燃料電池１２を加熱するように、第４始動熱交換器１９４を通過した不凍液冷却剤の全部または一部を選択的に、第４始動ライン２０４の延長部２０６を通って冷却器板供給ライン８４内へ、そして冷却器板８０内へ流れるように導く。燃料電池１２が所望する作動温度に達した後、遊離水減量燃料電池電力設備の第四実施例１９０の定常作動のため、第４始動弁２００は、第４水蒸気移動システム２０２内へ加熱された不凍液冷却剤を通して導く。第四実施例１９０は、第４始動熱交換器１９４を燃料処理システム１２２と組み合わせることにより、そして第４水蒸気移動システム２０２にバーナを設けないことにより、効率を達成する。
【００３５】
遊離水減量燃料電池電力設備の第五実施例が図５に図示され、全体として参照番号２１０が付けられている。効率性のため、第一、第二、第三、第四実施例１０，１２０，１７０，１９０の構成部材と同一である燃料電池電力設備２１０の第五実施例のこれらの構成部材は、図５では図１〜図４と同じ参照番号で特定されている。本発明の燃料電池電力設備の第四実施例２１０は、前述した実施例の冷却剤システムと同じ冷却剤システム７０を含むとともに、上述され図４に概略図示された第４水蒸気移動システム２０２と第４始動システム１９２など、上述した水蒸気移動および始動システムのいずれかを含むことができる。主として第五実施例２１０を前述した実施例と区別するのは、前述した実施例の第１および第２水流れ区域５４、５６が含まれない第２燃料電池２１２が図示されていることである。代わりに、第２燃料電池２１２は、膜電極アッセンブリ２１４の両側に第２アノード流れ区域２１６と第２カソード流れ区域２１８とを有する第２膜電極アッセンブリ２１４を含む。第２アノード流れ区域２１６は、還元性流体入口４２から還元性流体燃料を受け取り、それを第２膜電極アッセンブリ２１４に隣接して通過させ、第２カソード流れ区域２１８は、酸化剤入口２６からプロセス酸化剤の流れを受け取って、それを第２膜電極アッセンブリ２１４に隣接して通過させる。次にアノード排出物の流れは、第２アノード流れ区域２１６からアノード排出ライン４４を通りバーナ３０内へ流れるのに対して、カソード排出物の流れは、第２カソード流れ区域２１８からカソード排出ライン２８を通ってバーナ３０内へ流れる。この燃料電池電力設備の第五実施例２１０では、当業技術でよく知られた既知の空冷式または液冷式の凝縮器と重力収集器など、設備排出物の流れから水を凝縮させて除去するため、燃焼したアノード排出物の流れと加熱されたカソード排出物の流れとが、設備排出物の流れを水凝縮器手段２２２へ導く第２設備排出ライン２２０内において設備排出物の流れとしてバーナ３０から流出する。除去水抜き出しライン２２４は、凝縮した水を水凝縮器２２２から燃料電池水収集器６０内へ導き、水収集器６０は、除去された燃料電池の水を冷却剤蓄積器６４へ導く。水凝縮器２２２が設備排出物の流れからの水を冷却および除去するので、第一、第二、第三、第四実施例１０，１２０，１７０，１９０に図示された直接質量・熱移動装置２４は大抵の作動環境では不要であるが、設備２１０の特定の作動要件のために第五実施例２１０に含めることができる。第２システム排出路２２６は、水凝縮器２２２から設備排出物の流れを導く。
【００３６】
遊離水減量燃料電池電力設備の第五実施例２１０は、電池内で一つまたは複数の多孔質水流れ区域を利用しない燃料電池のための本発明の効率を達成する。第２燃料電池２１２は、第２アノードおよびカソード流れ区域２１６，２１８に隣接する多孔質水流れ区域５４、５６を持たないので、第２燃料電池２１２の作動中に発生した水と、プロセス酸化剤と還元性流体反応物の流れの中の水は、水凝縮器２２２内の設備排出物の流れから凝縮および分離された飛沫同伴液滴および水蒸気として、第２アノード流れ区域２１６と第２カソード流れ区域２１８とから出る。第４始動システム１９２、第４水蒸気移動システム２０２、および冷却剤システム７０など、上述した始動システム、水蒸気移動システム、および冷却剤システムの作動は、遊離水減量燃料電池電力設備の第五実施例２１０で作用することになる。
【００３７】
従って、装置の停止中には、冷却剤システム７０、始動システム１９２、水蒸気移動システム２０２、および燃料処理システム１２２は、水の凝固温度を下回る周囲条件で凝固し得る遊離水を持たない。燃料電池電力設備の第四実施例１９０に関して上述したように、第五実施例２１０は、第４始動熱交換器１９４と第４始動弁２００とを利用して、始動動作中に、第２燃料電池２１２が所望の温度に達するまで、加熱された不凍液冷却剤を密封冷却器板８０内へおよび密封冷却器板８０を通して導くことになる。次に第４始動弁２００は、燃料電池電力設備の第五実施例２１０の定常状態作動中に、第４始動熱交換器１９４から第４水蒸気移動システム２０２内へ加熱された不凍液冷却剤を導くことになる。
【００３８】
定常作動中に、水収集器はまた、周知のように燃料処理システム１２１へ直接排出を行う。あるいは、周知のように燃料処理システムへ水を提供しそれによって水蒸気移動システム１２１，１７２，および２０２を迂回する燃料処理給水ポンプ（図示せず）へ、水収集器が排出してもよい。燃料処理給水ポンプは、停止時に冷却剤蓄積器６４内へ抜き出されるように構成されてもよい。
【００３９】
遊離水減量燃料電池電力設備の上記五つの実施例１０，１２０，１７０，１９０，２１０に関して、本発明を説明および図示したが、説明および図示された実施例に本発明が限定されてはならないことを理解すべきである。例えば、燃料電池電力設備の五つの実施例１０，１２０，１７０，１９０，２１０は、プロトン交換膜（「ＰＥＭ」）電解質アッセンブリ１４，２１４を含む燃料電池１２，２１２に主として適用されるものとして記載されている。しかし、遊離水減量燃料電池電力設備の実施例１０は、代替電解質を持つ燃料電池にも適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に従って構成された、遊離水減量燃料電池電力設備の第一実施例の概略図。
【図２】遊離水減量燃料電池電力設備の第二実施例の概略図。
【図３】遊離水減量燃料電池電力設備の第三実施例の概略図。
【図４】遊離水減量燃料電池電力設備の第四実施例の概略図。
【図５】遊離水減量燃料電池電力設備の第五実施例の概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2005514746.tif 000009
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