(57)【要約】  本発明は、ハウジング（１１）内に配置された少なくとも１つの燃料電池と、この燃料電池（２）のカソード領域（４）に空気を供給するための供給装置と、を備える燃料電池システムに関する。供給装置（６）の後で燃料電池（２）への供給エアから部分空気流が分岐し、この部分空気流は、軸受エア及び／又は冷却エアとして供給装置（６）の少なくとも一部を通過する。この部分空気流は、流れ方向に向かって供給装置（６）の前又は後で、フラッシングエアとして燃料電池（２）のハウジング（１１）を通過する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に配置された少なくとも１つの燃料電池と、該燃料電池のカソード領域に空気を供給するための供給装置とを備え、前記供給装置の後で前記燃料電池への供給エアから部分空気流が分岐され、前記部分空気流が軸受エア及び／又は冷却エアとして前記供給装置の少なくとも一部を流れる、燃料電池システムであって、
前記部分空気流は、流れ方向に向かって前記供給装置（６）の前又は後で、フラッシングエアとして少なくとも１つの前記燃料電池（２）の前記ハウジング（１１）を通過することを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記フラッシングエアが、流れ方向に向かって前記供給装置（６）の後で前記ハウジング（１１）を通過することを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記フラッシングエアが、前記供給装置（６）と前記ハウジング（１１）との間で少なくとも１つの熱交換器（１３）を通過することを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記供給装置（６）と前記ハウジング（１１）との間に設けられている前記フラッシングエアのラインエレメント（１０）が、純粋な流れ接続のために必要な長さよりも長く形成されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記フラッシングエアが、前記ハウジング（１１）を通過した後に、触媒作用のある材料を有する領域（４、１６）に流れ込むことを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記フラッシングエアが、流れ方向に向かって前記ハウジング（１１）及び／又は前記供給装置（６）の前及び／又は後で、冷却及び／又は加熱の必要なその他のコンポーネントを通過することを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記供給装置（６）が、電気機械（８）と膨張器（１４）を有することを特徴とする、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記膨張器（１４）が、少なくとも１つの前記燃料電池（２）の排出ガスを膨張するものであり、前記排出ガスは、流れ方向に向かって前記膨張器（１４）の前でバーナー（１６）を通過することを特徴とする、請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記バーナー（１６）が、触媒バーナーとして形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記バーナー（１６）に、オプションで燃料（Ｈ２）が供給可能であることを特徴とする、請求項８又は９に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に詳しく定義されている種類の、ハウジング内に配置された少なくとも１つの燃料電池を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な従来技術から、少なくとも１つの燃料電池を備える燃料電池システムが知られている。この場合、燃料電池は、しばしば個別の燃料電池のスタックとして実施されている。この燃料電池は、例えば、電気駆動エネルギーを発生させるために車両内で用いることができる。この構造のため、ここでは一般的に、燃料電池スタックが多数の個別の燃料電池から実施されている。これらの燃料電池は、好ましくはＰＥＭ燃料電池として形成することができる。
【０００３】
この種の燃料電池又はその他の種類の燃料電池は、通常、水素又は水素含有ガスが燃料電池のアノード側に燃料として供給され、酸素又は空気中に含まれている酸素が燃料電池のカソード側に供給される。そのような燃料電池スタックに漏れが生じた場合に反応できるように、この場合、爆発を起こす可能性のある水素又は水素含有ガスと空気とから成る混合気が形成されるのを防止するため、従来技術から様々な措置が知られている。通常、燃料電池スタックは、そのためにハウジング内に配置されている。次に、例えば特許文献１に開示されているように、このハウジングは、フラッシングエアが通り抜け可能になっている。この場合、このフラッシングエアは、水素及び／又は酸素の僅かな漏れが生じると、漏れている水素及び／又は酸素をハウジングから洗流することができ、十分な希釈が行われる燃料電池システムの領域に送って、爆発性の混合気がなくなるようにするか、もしくは水素を燃焼又は触媒的に燃焼する燃料電池システムの領域に送って、水素の排出及び引火性の混合気が発生するのを防止する。
【０００４】
この構造は、例えば上述の特許文献１に開示されているように、フラッシングエアの流れを正常に保つために多様なコンポーネントを必要とするため、比較的経費がかかる。
【０００５】
別の一般的な燃料電池システムの従来技術から、さらに、カソード領域に必要な供給エアがフローコンプレッサによって送られることが知られている。そのような供給エアの供給装置は、例えば、特に電動駆動される純粋なフローコンプレッサであることができる。しかし、１つ又は複数のステージがあって、そのうちの少なくとも１つのステージがターボチャージャの形で形成されている供給装置の構造も一般的に知られている。さらに、いわゆるエレクトリックターボチャージャも一般的に知られている。エレクトリックターボチャージャは、フローコンプレッサと共に共通のシャフト上に配置されているタービンにおいて、燃料電池システムの領域から出る残留エネルギー又はオプションとして熱によって発生するエネルギー、例えば（触媒）バーナーのエネルギーを利用し、フローコンプレッサを駆動する。同時に、このシャフトには電気機械があり、この電気機械は出力の要求及び提供に応じてフローコンプレッサを支援するために電気モータとして働くか、又はフローコンプレッサに必要な出力よりも多くの出力がタービンにある場合にはジェネレータとして働く。この供給エアフローが、例えば潤滑油などで汚染されると、燃料電池の持続的な損傷を引き起こすおそれがあるため、供給エアの汚染は絶対に防止しなければならない。そのような構造により、燃料電池システムのカソード領域に潤滑油の汚染等が生じないようにするため、燃料電池システムの一般的な従来技術では空気静圧軸受けシステムを利用して、燃料電池カソード領域への極めて純粋な供給エアフローが実現できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０４２７８４Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、上述の欠点を回避し、単純で、小型化された、低コストの燃料電池システムを用いて高機能構造を保証する燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に基づき、この課題は、請求項１の特徴部分に記載されている特徴によって解決される。本発明に基づく燃料電池システムのその他の有利な実施形態は、従属請求項の中に示されている。
【０００９】
本発明に基づく解決方法では、軸受エア及び／又は冷却エアとして供給装置の少なくとも一部を流れる部分空気流が、流れ方向に向かって供給装置の前又は後でフラッシングエアとして少なくとも１つの燃料電池のハウジングを通過するようになっている。本発明に基づく構造の場合、供給装置の後に燃料電池への供給エアから分岐される供給装置用の軸受エア及び／又は冷却エアを利用し、これはフラッシングエアとして少なくとも一部の供給装置の他に、少なくとも１つの燃料電池のハウジングも通過する。これによって、漏れ及び／又は燃料電池から漏れ出たガスから成る引火性又は爆発性の混合気が発生した場合は、それらを周知の用法で吸収し、フラッシングエアによって希釈して周辺に排出するか、又はその他の利用及び／又は再燃焼のために適合するコンポーネントに送ることができる。さらに、この場合、ハウジングのフラッシングエアのために追加のブロワ等を使用しなくても、全ての機能を正常に保つことができる。このことにより１つの供給装置が節約され、この供給装置に必要な取付けスペースなど、関連して生じるコストも同様に節約される。従って、本発明に基づく燃料電池システムは、従来技術による燃料電池システムよりも小型、軽量、かつ低コストに実施することができる。
【００１０】
本発明に基づく燃料電池システムのもう１つの特に有利な実施形態では、さらに、フラッシングエアが、流れ方向に向かって供給装置の後にハウジングを通過するようになっている。この流れ方向は、供給装置の領域において比較的高い圧力を確保しているため、軸受エア及び／又は冷却エアは安全かつ確実に必要な圧力と必要な流量で流れる。供給装置を通過した後、フラッシングエアには圧力損失が不可避的に生じて、ハウジングの領域に達する。しかし、ここでは、通常、それほど大きな圧力損失は生じず、特に大きな流量の流れも要求されないことから、供給装置通過後のフラッシングエアにはフローエネルギーが十分に残っているため、フラッシングエアによるハウジングの追加洗流を実現するのに、全体として、供給装置によるエネルギーの消費は全くないか、又は最小のエネルギー消費で済む。すなわち、この構造は、従来の構造に対して、取付けスペースとコンポーネントを節約しながら、追加エネルギーなしで済ませることが可能であるか、又は最小の追加エネルギーだけで済ませることができる。従って、フラッシングエアの供給装置を備える構造に比べ、取付けスペースと取付け容積が節約されるばかりでなく、エネルギーも節約することができる。
【００１１】
本発明に基づくシステムの非常に有利な発展形態では、さらに、フラッシングエアが供給装置とハウジングとの間に少なくとも１つの熱交換器を通過するようになっている。これにより、ハウジングへ入る前のフラッシングエア領域の温度を適切に低下させることができ、フラッシングエアがハウジング及びその中にある少なくとも１つの燃料電池を加熱してしまう心配はない。このことは、特に、フラッシングエアが、供給装置の領域において、例えば供給装置の電気モータの駆動などを冷却するという役割も引き受けている場合に有利である。この場合、フラッシングエアを冷却するため、気体又は液状の冷媒に熱交換器を通過させることができる。気体の冷媒は、例えば、燃料電池システムの冷媒回路内にある冷媒などにすることができだろう。
【００１２】
本発明のこの考え方の代替又は補足の実施形態では、フラッシングエアのラインエレメントが供給装置とハウジングとの間に設けられており、このエレメントは、純粋な流れ接続のために必要と思われるよりも長く形成されている。そのように意図的に長く実施されているラインエレメントは、燃料電池システムの低温領域を通っているのが好ましく、上述の熱交換器の代替又は補足の方法として、このラインエレメントがより長い流れ経路をたどることにより、ハウジングに入る前のフラッシングエアの冷却を達成することができる。
【００１３】
本発明に基づく燃料電池システムの有利な発展形態では、さらに、フラッシングエアがハウジングを通過した後に、触媒作用のある材料を有する領域に流れ込むようになっている。
【００１４】
触媒作用のある材料を備える領域へのフラッシングエアの経路は、少なくとも１つの燃料電池で漏れが生じた場合にハウジング内部で発生する水素の流出を抑えるのに非常に適している。これにより、周辺環境への水素の排出が回避され、潜在的危険となる引火性の混合気の発生が安全かつ確実に防止される。この場合、触媒作用のある材料を備える領域は、様々に形成することができる。例えば、従来技術から知られているように、再結合器を使用することが考えられ、この再結合器は、場合によってはフラッシングエアの中に含まれている水素を消費するため、又は空気中の酸素と結合して水に変換するためにのみ用いられる。代替又は補足の方法として、例えば供給エアがハウジングを通過した後、フラッシングエアをカソード領域へ送ることも可能である。カソード領域内には、少なくとも１つの燃料電池の電解触媒が触媒作用のある材料として存在するため、燃料電池の性能に不利な影響を及ぼすことなく、フラッシングエアと一緒に運ばれる最小量の水素もここで反応させることができる。この触媒は、燃料電池の電解機能を正常に保つために必ずなければならないので、この構造によって、特にフラッシングエアの反応にのみ用いる触媒を節約することができる。例えば、触媒として白金を使用する場合は、比較的高いコストがかかるため、明らかなコスト面での利点が生じる。さらに、取付けスペース及び重量に関しても利点が生じる。しかし、この代替の方法として、触媒バーナーを使用することもでき、この触媒バーナーによって、例えば、アノード領域及びカソード領域からの排出ガスがバーナー内で燃焼し、熱せられた排出ガスが、すでに上述したように、例えば供給装置と組み合わされている膨張器を駆動するように形成されている。そのような構造の場合、この触媒バーナーにフラッシングエアを供給することも可能である。それによって、追加の触媒作用のある材料を必要とせずに、フラッシングエアと一緒に水素が周辺環境に排出されないようにすることもできる。
【００１５】
本発明に基づく燃料電池システムのもう１つの有利な実施形態では、さらに、フラッシングエアが、流れ方向に向かってハウジング及び／又は供給装置の前及び／又は後で、冷却及び／又は加熱の必要なその他のコンポーネントを通過するようになっている。フラッシングエアは、軸受エア又は冷却エアとして供給装置を通過する際に相応に加熱されるが、通常のケースでは、非常に高い温度でハウジングの領域に達してはならない。従って、例えば加熱の必要なコンポーネントを加熱するために、前もってフラッシングエアを利用することができる。しかし、この代替又は補足の方法として、特に部分流又は供給エアとして分岐した冷却エアを、その他のコンポーネントを冷却するために利用することもできる。
【００１６】
特に、燃料電池システムのコールドスタートの場合、熱交換器を中間に接続しないか、又は作動しない、もしくはその他のコンポーネントの加熱を行わないで、供給装置の軸受エア及び／又は冷却エアとして通常は加熱されるフラッシングエアを、燃料電池スタックをそのハウジング内部で一緒に加熱するために利用することができる。これにより、燃料電池システムのコールドスタート時間を相応に短縮するができ、コールドスタートのための追加エネルギーを提供する必要はない。コールドスタートが無事に終了した後、熱交換器を作動させることなどにより、例えば気体又は液状の冷媒が上述したオプションの熱交換器を通過することによって、フラッシングエアがハウジングの中に入る前にフラッシングエアを冷却して、ノーマルモードの間に不必要な熱が燃料電池スタックの領域に入力されないようにすることができる。
【００１７】
本発明に基づく燃料電池システムの有利な発展形態では、さらに、供給装置が電気機械と膨張器を有するようになっている。供給装置のこの実施形態はエレクトリックターボチャージャとしても説明され、従来技術から周知である。この場合、膨張器は、燃料電池の排出ガス内にあるエネルギーを利用して、モータとしての電気機械によって提供される供給装置の駆動出力を軽減する。膨張器での出力が高く、供給装置の消費が僅かな場合、電気機械はジェネレータとして作動することもでき、膨張器によって回復されたエネルギーを電気エネルギーに変換する。
【００１８】
もう１つの非常に有利な実施形態では、少なくとも１つの燃料電池の排出ガスが膨張器によって膨張され、流れ方向に向かって膨張器の前でバーナーを通過する。例えば多孔質バーナー又は好ましい発展形態では触媒バーナーとして形成できるそのようなバーナーは、燃料電池の排出ガスを燃焼することができる。この排出ガスには、必ずカソードからの排出エア中に残留酸素が含まれている。さらに燃料電池の構造及びタイプに応じて、例えばアノード排出ガスがアノードの回路内を循環する場合は、排出ガス中に少なくとも残留水素も含まれている。不活性ガスの蓄積によってアノード領域における水素濃度が特定の値を下回らないようにするため、この回路内にある気体を時々排出する必要がある。この場合、排出される気体には水素が含まれており、この水素は空気中の残留酸素と一緒に燃焼させることができる。この代替の構造として回路をもたないアノード領域では、通常、使用可能な作用面に水素が均等に流れるように、ある程度過剰の水素がアノード領域内に供給される。この場合、アノード排出ガスには、継続的にある程度の残留水素が含まれており、この水素はカソードの排出エア内の残留酸素と一緒に燃焼させることができる。その他、すでに上述したように、ハウジング後のフラッシングエアをこの燃焼に供給することができる。従って、その中に水素が含まれていれば、この水素も一緒に燃焼される。燃焼によって高温の排出ガスが生じ、この排出ガスは、膨張器の中で膨張する際に多くのエネルギーを排出し、そのエネルギーは、エネルギーの回復のために排出ガス中の圧力のみを利用する場合よりも大きい。
【００１９】
この考え方の非常に有利なもう１つの実施形態では、さらに、バーナーにオプションで燃料を供給することができるようになっている。この構造では、燃料電池システム内を一緒に流れる水素又は水素を生成するための基本材料などのオプションの燃料によってバーナーを任意に過熱することができる。この方法により、比較的高い熱エネルギーを膨張器の領域に提供することができる。膨張器によって得られた出力は、次に、電気機械の中で電力に変換することができ、この電力は、例えば、そのような燃料電池システムの搭載車が加速する際に生じる可能性のある短時間の電力ピークをカバーするために利用することができる。すなわち、膨張器とバーナーとを介して、オプションの燃料によりブースト機能を実現することができる。
【００２０】
その他の有利な実施形態は、残りの従属請求項に示されており、以下に図を用いて詳しく説明される実施例によって明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に基づく第１の可能な実施形態における燃料電池システムである。
【図２】燃料電池システムの代替の実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示されている構造は、本発明に関連する、燃料電池システム１の部分を示している。このシステムは、ここでは、例えば個別のＰＥＭ燃料電池スタックとして形成される燃料電池２を有している。この燃料電池２は、アノード領域３とカソード領域４とに分割され、これらの領域は膜５によって互いに分離されている。この場合、アノード領域３には、例えば、詳しく図示されていない圧縮ガスタンクなどから水素Ｈ２が周知の方法で供給される。水素Ｈ２はアノード領域３を通過し、次に、ここでは図示されていないアノードループなどを介してアノード領域３の入口領域に戻る。この代替の方法として、水素はアノード領域３から排出され、その他の用途に利用することもできる。原理的には、このアノード領域３の構造によっても、その中に流れ込む水素は完全に変換されると考えられる。しかし、このことは、本発明には特に重要ではないため、両方の図では、アノード領域３における水素の流れのみが示されており、アノード回路の図などは省略されている。しかし、本発明は、もちろんこの種の構造とも組み合わせることができるか、又はこれらの構造を含むことができるのは当業者には明白である。
【００２３】
燃料電池２のカソード領域４には、供給装置６によって空気が供給される。この場合、供給される空気は、供給装置６の前で例えばエアフィルタを通過し、さらに供給装置６の後にインタークーラ及び／又は加湿器を通過することができる。このことも本発明には特に重要ではないため、図には示されていない。しかし、ここでは、この構造も任意の組合せで同様に可能であることも当業者には明白である。
【００２４】
カソード領域４への供給エアは、流れの方向に向かって供給装置６のコンプレッサ８の後で部分空気流が取り出される。この部分空気流は、供給装置６の領域において、図中に符号７で示されているラインに流れ込む。このライン７は、この場合、原則的に任意の方法で実施することができる。特に、このラインは、内部ライン７として供給装置６のハウジング内に形成することもでき、その場合、このラインは部分空気流を直接供給装置６の内部でガイドすることができる。
【００２５】
この構造は、図１に示されているように、純粋な例として理解されなければならない。ライン７によって分岐している部分空気流は、供給装置６の領域において、特に供給装置６のコンプレッサ８の空気軸受けを通過するための軸受エアとして用いられるものとする。さらに、この部分空気流は、冷却エアとして、例えば供給装置６の電気駆動９のために利用することができる。部分空気流は、次に、供給装置６又は供給装置６の一部を通過した後、符号１０で示されているラインエレメントを介して、燃料電池２を取り囲むハウジング１１の中に流れ込む。この場合、ハウジング１１は、一方で燃料電池２を機械的に保護し、他方では燃料電池２の構造を確実に密閉するという役割を果たしているため、燃料電池２から漏れがあっても周辺環境には達しない。少なくとも部分的に供給装置６を通過して、ラインエレメント１０を介してハウジング１１の領域に流れ込む部分空気流は、この場合、フラッシングエアとして用いられ、ハウジング１１を洗流して、水素又はその他の物質が漏出した場合はハウジング１１からそれを運び出す。この場合、漏出した物質は、符号１２の実線のライン部分によって示されているように、周辺環境に直接排出されるか、又はこの代替又は補足の方法として、ハウジングを通過した後のフラッシングエアを１２′及び１２″で示されているライン部分を介して、供給装置６の前又は後の、カソード領域へ流れる供給エアの領域に戻すこともできる。従って、フラッシングエアは、カソード領域４に流れる供給エアと共に、燃料電池２の酸素供給を引き受けることができる。水素が漏出した場合、この水素はフラッシングエアによって一緒に持ち出され、その場合、カソード領域４内にある電解触媒の領域で反応することができるため、有害な排出物が周辺環境に達することはなく、特に、燃料電池システム１の周辺で引火性又は爆発性の混合気は発生しない。
【００２６】
ライン部分１２′及び１２″は、この場合、特にアノード回路の排出ラインと組み合わせることができると考えられる。というのも、この場合、アノード回路から排出される気体はしばしばカソード領域４に送られるため、そのようなアノード回路から排出される気体に含まれている水素が、カソード領域４の電解触媒の領域で反応するからである。
【００２７】
図１には、さらにオプションの熱交換器１３が示されている。このオプションの熱交換器１３は、例えば空気／空気による熱交換器として形成することができるか、又は液状の冷媒、例えば燃料電池２の冷媒回路内の冷媒に熱交換器１３を通過させることができる。この冷媒は、ラインエレメント１０の領域でフラッシングエアを冷却するために用いられ、供給装置６の領域でフラッシングエアの中に入力される熱をそこから逃がすことから、フラッシングエアによる燃料電池２の追加的／不必要な加熱は行われない。
【００２８】
特に、オプションの熱交換器１３を燃料電池２の冷媒回路に接続する場合、さらに、この熱交換器１３は必要な場合のみ冷媒を通過させるように接続することもできる。従って、そのような燃料電池システム１では、コールドスタートの際に、少なくとも部分的に供給装置６を通過した後に加熱されたフラッシングエアを、ハウジング１１にある燃料電池２の加熱に利用することができる。すなわち、追加のエネルギー要求を行わなくても、燃料電池２のより迅速な加熱が可能となり、それによって、燃料電池システム１のより速いコールドスタートを実現することができる。
【００２９】
この代替又は補足の方法では、例えばラインエレメント１０の領域で、加熱及び／又は冷却の必要なその他のコンポーネントを通過させるためにフラッシングエアを利用することができる。そのためには、特に、ノーマルモードにおいてフラッシングエアが許容温度でハウジング１１の入口に達するように、加熱及び／又は冷却するコンポーネントの順番を選択しなければならないだろう。
【００３０】
図２には、燃料電池システム１の代替の実施形態が示されている。この場合、同一の符号が付けられているコンポーネントは、先に説明されたコンポーネントと同じであることを理解する必要がある。この構造は、カソード領域４とアノード領域３から出される排出ガスが互いに混合され、膨張器１４の領域で膨張するようになっている。この供給装置６は、図２に示されている実施例では、エレクトリックターボチャージャ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｔｕｒｂｏ  Ｃｈａｒｇｅｒ＝ＥＴＣ）として作られている。この場合、この構造は、膨張器１４の領域で排出ガス内の圧力エネルギーを利用して、コンプレッサ８の領域で加えられるエネルギーの少なくとも一部を回復することができる。それ以外の構造は、フラッシングエアに関して上述した構造と同じである。フラッシングエアは、ハウジング１１を通過した後、符号１５で示されているライン部分を介して、アノード領域３とカソード領域４からの排出ガスと共に膨張器１４に達する。この場合、アノード領域３からの排出ガスとは、継続的にアノード領域を流れている排出ガスか、又はアノード回路から時々排出される排出ガスか、そのいずれかを意味することができる。
【００３１】
図２には、さらにオプションのバーナー１６が示されている。混合された排出ガスの流れ方向に向かって膨張器１４の前にあるこのオプションのバーナー１６は、多孔質バーナー又は特に触媒バーナーとしても形成することができる。このバーナーは、フラッシングエア内及び排出ガス内に含まれる燃焼可能な残留物質、例えば残留酸素及び水素を熱によって変換し、それによって膨張器１４の入口前で排出ガスの温度をより高めるために用いられる。この高温によって、膨張器の領域における圧力の違いが回復されるばかりでなく、排出ガスと化学的に結びついているエネルギーも少なくとも部分的に膨張器１４によって変換することができる。特定の作動状態においては、バーナー１６に、さらにオプションの燃料を追加することもできる。このことは、図２の矢印１７によって示されている。この場合、バーナー１６には、燃料電池２の作動にも利用される水素Ｈ２が加えられる。
【００３２】
燃料電池システム１の場合又はこの燃料電池システム１による電力供給システム、特に車両の電気駆動系においては、動的な出力要求が生じることがある。この場合、時には車両の加速時などの電力ピークをカバーしなければならない。燃料電池２自体はそれほどダイナミクスが大きくないため、燃料電池２自体によってリアルタイムにこれをカバーすることは困難である。しかし、オプションの水素Ｈ２をバーナー１６に供給することにより、一時的に、比較的高い熱エネルギーを排出ガス中に提供することができる。これによって、少なくとも短時間は膨張器１４によって非常に多くの出力を得ることができ、この出力は、次に、ジェネレータとして利用される電気機械９によって電力に変換される。すなわち、膨張器１４で提供された出力によって、コンプレッサ８が駆動されるばかりでなく、同時に、ジェネレータとして作動する電気機械９によって電力が生成される。これにより、電気的なブースト効果が達成され、極めてダイナミックに電力を大幅に、素早く上昇させることができる。
【００３３】
全体として、図１及び２に示されている両方の構造では、いずれにしても供給装置６又はＥＴＣとして形成されている供給装置６の領域で軸受エア又は冷却エアとして必要な、すでに存在している媒体流が利用され、この媒体流を他の用途で使用し、燃料電池２のハウジング１１のフラッシングエアとして利用している。これにより、構成部品、取付けスペース及び重量が節約される。最終的に、このことは、低コストかつエネルギー効率のよいシステムとしての燃料電池システム１の構造を支援する。
【００３４】
この場合、図１及び２に示されている実施例の様々な視点は、もちろん相互に組合せ可能であるため、図１に基づく実施形態で膨張器１４及びオプションのバーナー１６を使用することもできるだろう。同様に、図２における実施形態においても、排出ガスの一部を、供給装置の前又は後のカソード供給エア領域に送るか、又は周辺環境に排出することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１            燃料電池システム
２            燃料電池
３            アノード領域
４            カソード領域
５            膜
６            供給装置
７            ライン
８            コンプレッサ
９            電気駆動
１０          ラインエレメント
１１          ハウジング
１２′、１２″       ライン部分
１３          熱交換器
１４          膨張器
１５          ライン部分
１６          バーナー
１７          矢印
Ｈ２          水素
【図１】
2013532356.tif 000003
【図２】
2013532356.tif 000004
【国際調査報告】
2013532356.tif 000005
2013532356.tif 000006
2013532356.tif 000007
2013532356.tif 000008
2013532356.tif 000009
2013532356.tif 000010