(57)【要約】燃料電池スタック（１０）の冷却液流れ場（２７）、冷却液ポンプ（３５）および熱交換器（４０）から、通常の作動時には閉じている弁（４６）を介して水を強制的に排出するのに燃料電池発電装置（９）の空気送出装置（１８）が使用される。停止工程の一部として、水を除去し、この停止工程においては、燃料電池スタックが空気ポンプの電力を供給するよう作動して水の除去（蒸気圧を低く保持する）を補助する。停止工程中では、アキュムレータ（３３）への水流は、弁（２９）によって遮断される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液流れ場（２７）を備えるスタック（１０）中に配置された複数の燃料電池セルを有するとともに、酸化剤反応物ガス流れ場（１３）を備える燃料電池発電地装置（９）の操作方法であって、
上記燃料電池スタックの運転停止工程の一部として、上記燃料電池のスタックがまだ電力を生産している間、通常運転中に上記スタック中の上記酸化剤反応物ガス流れ場に空気を供給する空気ポンプ（１８）を作動させるために、上記燃料電池スタックによって生成される上記電力の少なくとも一部を利用し、かつ、（ａ）上記燃料電池スタック中の冷却液流れ場（２７）と、（ｂ）通常運転中に上記冷却液流れ場を介して冷却液を流す冷却液ポンプ（３５）と、（ｃ）上記冷却液流れ場と相互接続された冷却液熱交換器（４０）の主流路（３９）と、の少なくとも１つを含む水通路に、上記空気ポンプを接続することを特徴とする燃料電池発電地装置の操作方法。
【請求項２】
冷却液輸送域（２７）を備えるスタック（１０）として構成され、酸化剤反応物ガス流れ場（１３）を備える複数の燃料電池と、
通常運転中に、上記酸化剤反応物ガス流れ場（１３）に空気を供給する空気ポンプ（１８）と、
上記燃料電池スタックがまだ電力を生産している間に、（ａ）上記燃料電池スタック中の冷却液流れ場（２７）と、（ｂ）通常運転中に上記冷却液流れ場を介して冷却液を流す冷却液ポンプ（３５）と、（ｃ）上記冷却液流れ場と相互接続された冷却液熱交換器（４０）の主流路（３９）と、の少なくとも１つを含む水通路に、上記空気ポンプを接続するために、上記燃料電池スタックの運転停止工程の一部として作動可能な接続手段（４６，２９）と、を備えるとともに、
上記空気ポンプを停止工程中に作動させるために上記電力の少なくとも一部を利用することを特徴とする燃料電池発電装置（９）。
【請求項３】
冷却液流れ場（２７）を備えるスタック（１０）として構成され、酸化物反応物ガス流れ場（１３）を備える複数の燃料電池と、
通常運転中に、上記酸化剤反応物ガス流れ場（１３）に酸化剤反応物ガスを供給し、かつ、上記燃料電池スタックの運転停止工程の一部として、上記燃料電池スタックがまだ電力を生産している間、該電力の少なくとも一部によって電力を供給される空気ポンプ（１８）と、
通常運転中に上記冷却液流れ場（２７）を介して冷却液を流す冷却液ポンプ（３５）と、
上記冷却液ポンプと上記冷却液流れ場とに相互接続された主流路（３９）を有する熱交換器（４０）と、
（ａ）上記冷却液流れ場（２７）、（ｂ）上記冷却液ポンプ（３５）、および（ｃ）上記熱交換器（４０）の少なくとも１つを含む水通路に上記空気ポンプ（１８）を接続する、上記停止工程中に作動可能な接続手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池発電装置（９）。
【請求項４】
冷却液流れ場（２７）を備えるスタック（１０）として構成され、酸化剤反応物ガス流れ場（１３）を備える複数の燃料電池と、通常運転中に上記冷却液流れ場（２７）を介して冷却液を流す冷却液ポンプ（３５）と、上記冷却液ポンプおよび上記冷却液流れ場に相互接続された主流路（３９）を有する熱交換器（４０）と、を備える燃料電池発電地装置（９）の操作方法であって、
上記燃料電池がまだ電力を生産している間、上記燃料電池スタックの運転停止工程の一部として、（ａ）上記冷却液流れ場（２７）、（ｂ）上記冷却液ポンプ（３５）、および（ｃ）上記熱交換器（４０）の少なくとも１つを含む水通路に上記空気ポンプを接続（４６，２９）し、上記ポンプを作動させるのに上記電力の少なくとも一部を使用することを特徴とする燃料電池発電地装置の操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、停止直前の燃料電池発電装置が作動可能な間に燃料電池発電装置によって発生する電力を利用して、停止工程の一部として、燃料電池発電装置のリアクタント用空気ポンプを用いて冷却液輸送域、冷却液通路および冷却液装置から水を強制的に除去することに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電装置が氷点下の周囲環境において非作動状態にあるときには、すぐに水が凍結することによって、燃料電池発電装置の部品が損傷する場合がある。燃料電池スタックを通って実際に流れる凍結し得る冷却液を、アキュムレータに向かって引き抜くことができるよう、冷却液システム中の最も低い位置にアキュムレータを配置することが知られている。また、システムの種々の部品から水を除去するために、空気または不活性ガスを種々の部品に送り込む外部ポンプを有することも知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、外部ポンプの使用により、燃料電池発電設備の費用、寸法、重量および複雑さが増大し、また、電気自動車に使用される燃料電池発電装置においては、外部ポンプの使用が非常に大きな負担となる場合もある。さらには、燃料電池発電装置を停止する場合は、排出ポンプ装置に電力を供給するために、バッテリやスーパーキャパシタなどの補助電源を用いなければならない。これにより、氷を融解することや、燃料電池スタックを暖機することなどの様々な機能に利用可能な補助電力が減少するか、あるいは、より大型で重量のある高価な補助電源が必要とされ、電気自動車において使用するのは困難となる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の態様においては、冷却液チャネル、通路および装置から、補助的な排出ポンプや補助電力を使用することなく水を除去し、補助ポンプ装置又は補助電力のためのさらなる費用、重量または空間を必要とすることなく、燃料電池発電装置からの冷却水を除去し、氷点下温度が予期される場合に燃料電池発電装置からの水の除去を改良する。
【０００５】
本発明によれば、氷点下温度で非作動状態が予期される場合の燃料電池発電装置の停止工程中であって、燃料電池発電装置がまだ作動状態にある間に、燃料電池発電装置の電力を利用して、燃料電池発電装置のリアクタント用空気ポンプを、水冷却流輸送領域、冷却液通路、および冷却液装置から水を除去するのに用いる。
【０００６】
本発明によれば、冷却水は、冷却液流れ場、冷却液ポンプ、および冷却液熱交換器から、燃料電池発電装置によって生じた電力を用いた空気ポンプによって排出される。
【０００７】
本発明は、簡素化した実施態様中で開示されるが、空気セパレータから泡を排出するのに利用される主ポンプおよび二次ポンプを有する配置を包含する、異なるポンプ配置で作動する冷却液システムにも同様に適用することができる。
【０００８】
本発明のその他の目的、特徴ならびに利点は、関連図面に示されるように、以下の本発明の例示的な実施態様の詳細な説明を考慮することにより、より明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図を参照すると、本発明を採用した燃料電池発電装置９は、燃料電池スタック１０を備える。この燃料電池スタック１０は、通常の燃料極流れ場１１を備える従来の高分子電解質陽子交換膜型（ＰＥＭ）燃料電池スタックであってもよく、これら従来の構成ならびに特性は本発明に関して特有のものではないため、さらなる詳細な説明は省略する。
【００１０】
スタック１０は、酸化剤ガスを空気極触媒に供給する空気極流れ場１３を備える。空気極流れ場には、周囲から管路１９を介して空気を受容する空気ポンプ１８から、管路１７を介して入口１６より空気が供給される。空気は、空気極流れ場の出口２０から、管路２１および弁２２を通って周囲２３に排出される。
【００１１】
スタック１０は、冷却液流れ場２７を備えるとともに、弁２９および管路３０，３１を介して従来のアキュムレータ３３の入口３２に接続される出口２８を備える。アキュムレータからは、冷却液流は、管路３４、冷却液ポンプ３５を通り、管路３８を通過し、熱交換器４０の主流路３９を通って、管路４１を介して冷却液流れ場２７の入口４２へと送られる。熱交換器４０は、従来のものであり、その詳細については本発明に重要ではないため、説明は省略する。アキュムレータは、弁４４を介する出口４３を有してもよい。
【００１２】
本発明によれば、停止工程中に管路１７から空気が、管路４５、弁４６および管路４７を介して冷却液流れ場出口２８へと送られる。通常運転中、弁４６は閉じており、弁２９が開いて、ポンプ３５が作動可能となる。
【００１３】
停止工程中、ポンプ３５は停止し、弁２９は閉じ、弁４６が開く。しかしながら、それでも燃料電池発電装置９は、少なくとも十分にフル電力を空気ポンプ１８に供給するほど電気を生産し続けており、フル電力を空気ポンプ１８に供給することができる。これが、本発明の第１の態様である。燃料電池発電装置の作動は、停止工程中、制御装置や補助負荷などによって調整できる。
【００１４】
冷却液を流すことなく燃料電池発電装置９の動作を維持することにより、スタック１０の温度が、例えば、通常の作動温度を超える約６５℃〜８０℃まで上昇する。温度が上昇することにより、空気が冷却液流れ場を通るときに冷却液流チャネル中に残存する水の蒸気圧が増加する結果となり、そのため、冷却液流れ場の乾燥を促進することができる。この停止工程は、システムの構成や、管路およびチャネルの寸法に依存して、数秒から数分間で終了可能である。
【００１５】
停止工程中、空気の主流は管路４５を通過し開いている弁４６を通り、管路４７を通過し、冷却液流れ場２７の出口２８を逆向きに向かって通る。冷却液流れ場入口４２からは、この空気流により前方に向かって押し出される水と、この空気流によって取り出された湿気とが、管路４１を通過し熱交換器４０を通り、管路３８を通過し、冷却液ポンプ３５を逆向きに通って管路３４を通過しアキュムレータ３３内へと流れる。
【００１６】
空気ポンプ１８は、容積式ポンプであってもよく、または冷却液流れ場２７、熱交換器４０、および冷却液ポンプ３５から水を除去するのに十分な圧力と流量を供給可能であると同時に、必要なポンプ動力を生成するために十分な処理空気を空気極流れ場に供給可能な、他の適当なポンプであってよい。
【００１７】
本発明は、必要に応じて、燃料電池発電装置内のほとんど全ての水通路から水を除去するのに使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による燃料電池発電装置の簡略化した、概略的なブロック図。
【図１】
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【国際調査報告】
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