(57)【要約】本発明は、一次燃料と、空気と、水から改質ガソリンを作るための改質装置（６０）と；改質装置へ、一次燃料を供給する回路（６４）と、空気を供給する回路（３６、４０、３８、６２）と、水を供給する回路（８２、８６、９０、６６）と；改質ガソリンと空気から電力を作るための燃料電池（２０）と；燃料電池と改質装置との少なくとも一方へ供給される空気を圧縮するためのコンプレッサ（３６、３８）と；燃料電池へ改質ガソリンを供給する回路（８０、８２、８４、８６、８８、９０、９２、９４、２２）と、燃料電池へ空気を供給する回路（２４）と；を含む自動車（Ｖ）用の発電機に関する。本発明の自動車用の発電機は、改質装置へ水を供給する回路（８２、８６、９０、６６）は、水と、コンプレッサによって圧縮された空気との間の熱交換を実行するための、第１の熱交換器（１３０、４０、５０）を含むことを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−一次燃料と、空気と、水から改質ガソリンを作るための改質装置（６０）と；
−上記改質装置（６０）へ、上記一次燃料を供給する回路（６４）と、上記空気を供給する回路（３６、４０、３８、６２）と、上記水を供給する回路（８２、８６、９０、６６）と；
−上記改質ガソリンと空気から電力を作るための燃料電池（２０）と；
−上記燃料電池（２０）と上記改質装置（６０）との少なくとも一方へ供給される上記空気を圧縮するためのコンプレッサ（３６、３８）と；
−上記燃料電池（２０）を上記改質装置（６０）へ接続し、上記燃料電池（２０）へ上記改質ガソリンを供給する回路（８０、８２、８４、８６、８８、９０、９２、９４、２２）と、上記燃料電池（２０）を上記コンプレッサ（３６、３８）へ接続し、上記燃料電池（２０）へ上記空気を供給する回路（２４）と；
を含む自動車（Ｖ）用の発電機において、上記改質装置（６０）へ上記水を供給する上記回路（８２、８６、９０、６６）が、上記水と、上記コンプレッサ（３６、３８）によって圧縮された上記空気との間の熱交換を実行するための、第１の熱交換器（１３０、４０、５０）を含むことを特徴とする、自動車用の発電機。
【請求項２】
上記改質装置（６０）へ上記水を供給する上記回路（８２、８６、９０、６６）は、上記第１の熱交換器（１３０）の後流に挿入された、上記水と、上記燃料電池（２０）へ上記改質ガソリンを供給する上記回路の中を流れる上記改質ガソリンとの間の熱交換を実行するための、少なくとも１つの第２の熱交換器（８２、８６、９０）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の自動車用の発電機。
【請求項３】
上記改質装置（６０）へ上記水を供給する上記回路（８２、８６、９０、６６）は、上記第１の熱交換器（１３０、４０、５０）の後流に、並列に接続され、上記水と、上記燃料電池（２０）へ上記改質ガソリンを供給する上記回路（８０、８２、８４、８６、８８、９０、９２、９４、２２）の中を流れる上記改質ガソリンとの間の熱交換を実行することが可能な、複数の上記第２の熱交換器（８２、８６、９０）を含むことを特徴とする、請求項２に記載の自動車用の発電機。
【請求項４】
上記燃料電池（２０）へ上記改質ガソリンを供給する上記回路（８０、８２、８４、８６、８８、９０、９２、９４、２２）は、１または複数の上記改質ガソリンの浄化装置（８４、８８）と酸化反応器（９２）との少なくとも一方を含み、少なくとも１つの上記第２の熱交換器（８２、８６、９０）は、上記改質装置（６０）と上記浄化装置（８４、８８）の１つとの間と、上記改質装置（６０）と上記酸化反応器（９２）との間と、２つの上記浄化装置（８４、８８）の間と、上記浄化装置と上記酸化反応器（９２）との間との、少なくとも一方に挿入されることを特徴とする、請求項２または３に記載の自動車用の発電機。
【請求項５】
上記第２の熱交換器（８２、８６、９０）は、上記水を蒸発させるために、上記第２の熱交換器（８２、８６、９０）の上流の上記改質装置（６０）へ上記水を供給する上記回路（８２、８６、９０、６６）の中へ挿入されることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１つに記載の自動車用の発電機。
【請求項６】
圧縮された上記空気は、上記改質装置（６０）へ送られる上記一次燃料と、上記空気と、上記水との少なくとも一方を加熱するための燃焼器（７２）へも送られることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の自動車用の発電機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の自動車用の発電機（１０）を含むことを特徴とする、自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
−一次燃料と、空気と、水から改質ガソリン（ｒｅｆｏｒｍａｔｅ）を作るための改質装置（ｒｅｆｏｒｍｅｒ）と、
−上記改質装置へ、上記一次燃料を供給する回路と、上記空気を供給する回路と、上記水を供給する回路と、；
−上記改質ガソリンと空気から電力を作るための燃料電池と；
−上記燃料電池と上記改質装置との少なくとも一方へ供給される上記空気を圧縮するためのコンプレッサと；
−上記燃料電池を上記改質装置へ接続し、上記燃料電池へ上記改質ガソリンを供給する回路と、上記燃料電池を上記コンプレッサへ接続し、上記燃料電池へ上記空気を供給する回路と；
を含む、自動車用の発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような発電機、すなわち「パワーモジュール」は、自動車の電気消費装置、特に駆動用の電気モータへ電気を供給するために自動車Ｖの中で使用される。この発電機は、自動車に搭載された燃料を電力に変換するために使用される。
【０００３】
燃料は、燃料電池によって直接消費することが可能な水素であることができる。しかしながら、航続距離を増加するために、ガソリン、ディーゼル油、ナフサ、アルコール、エステルまたは炭化水素のような、より貯蔵が容易な一次燃料が一般に用いられる。この場合、発電機は、改質手段、すなわち一次燃料を水素に変換する手段を含む。
【０００４】
図１は、従来技術の発電機１０の、典型的な簡単化された構造を示す。
【０００５】
図示された発電機は、例えば、配管２２と、配管２４を通って、それぞれ水素と酸素を供給される、例えばＰＥＭＦＣ型の、燃料電池２０を含む。燃料電池２０は、アノード室２６と、カソード室２８を含む。アノード室２６と、カソード室２８は、冷却回路３０によって冷却される。冷却回路３０は、回収した熱エネルギを外部へ排出することを可能にするラジエータ３２を含む。
【０００６】
酸素は、低圧コンプレッサ（ＬＰ）３６と、高圧コンプレッサ（ＨＰ）３８とによって、相次いで圧縮される外気から供給される。低圧コンプレッサ３６と高圧コンプレッサ３８は、「低圧過給エアラジエータ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｉｎｇ  Ａｉｒ  Ｒａｄｉａｔｏｒ）」すなわちＬＰＳＡＲ熱交換器と呼ばれる、熱交換器４０によって隔てられている。
【０００７】
空気を、通常２〜３ｂａｒに圧縮することが可能な低圧コンプレッサ３６は、モータ４２によって駆動される。
【０００８】
高圧コンプレッサ３８は、ＬＰＳＡＲ熱交換器から出る空気を、通常４〜５ｂａｒに圧縮することが可能である。高圧コンプレッサ３８は、燃料電池２０から出て、配管４６によって送られる高温排出ガスの、膨張による機械エネルギを回収するタービン４４と結合されている。
【０００９】
ＨＰＳＡＲ熱交換器と呼ばれるもう一つの熱交換器５０が、圧縮空気を燃料電池２０の動作温度へ冷却するために、高圧コンプレッサ３８の下流に設けられている。ＨＰＳＡＲ熱交換器５０とＬＰＳＡＲ熱交換器４０は、回収された熱エネルギを外部へ排出することを可能にするラジエータ５４を含む、空気の冷却回路５２の中に組み込まれている。
【００１０】
発電機１０は、さらに、改質手段、すなわち燃料処理装置（Ｆｕｅｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＦＰＳ））を含む。改質手段は、「ＡＴＲ」または「改質装置６０」と呼ばれる、オートサーマル（ａｕｔｏｔｈｅｒｍａｌ）反応器を含む。改質装置６０は、空気と蒸気の存在のもとに、一次燃料を水素濃度の高い改質ガソリン（ｒｅｆｏｒｍａｔｅ）へ変換することが可能である。
【００１１】
改質装置６０は、高圧コンプレッサ３８の出口から、配管６２を通じて圧縮空気を供給され、図示しないタンクから、配管６４を通じて一次燃料を供給され、配管６６を通じて蒸気の形の水を供給される。
【００１２】
改質装置６０への導入に先立って、反応物、すなわち、一次燃料と水と空気は、触媒燃焼器７２の熱を利用する熱交換器７０によって約７００℃に加熱される。触媒燃焼器７２は、配管７４を通じて、高圧コンプレッサ３８によって圧縮された圧縮空気を、また配管７６を通じて、残留水素、すなわち燃料電池２０によって消費されなかった水素を供給される。触媒燃焼器７２からの排出ガスは、熱交換器７０を通過した後、配管７８を通じてタービン４４へ送られ、次いで外部へ排出される。
【００１３】
改質装置６０によって作られた改質ガソリンは、配管８０によって運ばれ、高温シフト（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｈｉｆｔ（ＨＴＳ））熱交換器８２、ＨＴＳ浄化装置８４、低温シフト（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｈｉｆｔ（ＬＴＳ））熱交換器８６、ＬＴＳ浄化装置８８、ＰｒＯｘ（Ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ（優先酸化））熱交換器９０、ＰｒＯｘ反応器９２、アノードの前（ｐｒｅ−ａｎｏｄｅ）のコンデンサ９４を、改質ガソリンの流れの方向に逐次通過した後、燃料電池２０のアノード室２６へ至る。ＰｒＯｘ反応器９２は、また、高圧コンプレッサ３８から、配管９５を通じて圧縮空気を供給される。
【００１４】
浄化と優先酸化は、改質ガソリンの中に存在するＣＯの大分部を、ＣＯ２に変換することを可能にする。
【００１５】
ＨＴＳ熱交換器８２、ＬＴＳ熱交換器８６、ＰｒＯｘ熱交換器９０は、各処理段階の間に改質ガソリンを冷却するために使用される。改質ガソリンは、改質装置６０への水流によって冷却され、水によって回収された熱エネルギは、図に示すように、反応物を蒸発させ、加熱するために、改質装置６０の熱交換器７０によって利用可能であり、あるいは外部冷却回路によって処理される。したがって、図１において、ＨＴＳ熱交換器８２、ＬＴＳ熱交換器８６、ＰｒＯｘ熱交換器９０から出る水流は、熱交換器７０の入口へ接続された共通の配管６６の中で合流する。
【００１６】
燃料電池２０の中では、改質ガソリンの中に存在する水素は、電気化学反応によって部分的に変換されて電気を供給する。燃料電池２０によって消費されなかった水素は、配管９６を通ってアノード室２６から出て、アノードコンデンサ１００を通過し、配管７６を通じて触媒燃焼器７２へ供給される。配管１０２を通ってカソード室２８から出る高温空気は、カソードコンデンサ１０４を通過した後、配管４６を通じてタービン４４へ送られ、配管１０６を通って外部へ排出される。
【００１７】
アノードコンデンサ１００、カソードコンデンサ１０４、アノードの前のコンデンサ９４は、回収した熱エネルギを外部へ排出するためのラジエータ１１２を含む、コンデンサ冷却回路１１０によって冷却される。これらのコンデンサによって回収された水は、図示しない配管を通って、図示しないタンクへ送られ、所要に応じて、ＨＴＳ熱交換器８２の入口１１４、ＬＴＳ熱交換器８６の入口１１６、ＰｒＯｘ熱交換器９０の入口１１８へ、ポンプによって送られる。
【００１８】
燃料電池２０を冷却するための冷却回路３０と、高圧コンプレッサ３８と低圧コンプレッサ３６によって圧縮された空気を冷却するための冷却回路５２と、アノードの前のコンデンサ９４とアノードコンデンサ１００とカソードコンデンサ１０４を冷却するための冷却回路１１０は、図を明確にするために、互いに別々に図示されているが、実際には、これらの３つの冷却回路は、１つの冷却回路に合体されており、以下、「自動車の冷却回路」と呼ぶ。
【００１９】
図１に示す発電機１０は次のように機能する。
【００２０】
ＬＰＳＡＲ熱交換器４０によって隔てられた低圧コンプレッサ３６と高圧コンプレッサ３８は、約１９０℃で、約４．５ｂａｒの圧縮空気を作る。
【００２１】
ＬＰＳＡＲ熱交換器４０は、低圧コンプレッサ３６によって加熱された空気を冷却して、圧縮比を増加させ、各コンプレッサに要求される機械的仕事量を減少させる。圧縮空気は、熱交換器７０を経て改質装置６０へ供給され、またＨＰＳＡＲ熱交換器５０を経て燃料電池２０へ供給される。ＨＰＳＡＲ熱交換器５０の下流における圧縮空気の温度は、約１１０℃である。
【００２２】
触媒燃焼器７２からの排出ガスによって加熱された改質装置６０の熱交換器７０は、改質装置６０の中へ供給された全ての反応物を、燃料の改質に適した温度に加熱する。改質装置６０のこの温度は、典型的には、約７００℃である。改質装置６０から出る改質ガソリンは、ＨＴＳ熱交換器８２によって、約４００℃に冷却され、次いでＬＴＳ熱交換器８６によって、約２００℃に冷却され、次いで最終的にＰｒＯｘ熱交換器９０によって、約１２０℃に冷却される。これによって、改質ガソリンは、ＨＴＳ浄化装置８４とＬＴＳ浄化装置８８との中で効果的に浄化され、次いでＰｒＯｘ反応器９２の中で優先的に酸化される。次いで、改質ガソリンは、改質ガソリンを燃料電池２０のアノード室２６の中へ注入するのに適した約８０〜１１０℃の温度に冷却する、アノードの前のコンデンサ９４を通過する。アノードの前のコンデンサ９４は、浄化された改質ガソリンの中に含まれる蒸気を回収する機能も有する。
【００２３】
燃料電池２０の中においては、注入された改質ガソリンの水素は、部分的に電気化学反応によって変換されて、電気を供給する。アノード室から出る、圧力が約３ｂａｒの残留水素は、アノードコンデンサ１００における蒸気の回収後に、触媒燃焼器７２によって使用される。カソード室２８から出る、圧力が約３ｂａｒの排出ガスは、カソードコンデンサ１０４における蒸気の回収後に、タービン４４によって使用され、次いで外部へ排出される。
【００２４】
自動車においては、発電機１０への水の供給が常に保証されている必要がある。このため、アノードコンデンサ１００と、カソードコンデンサ１０４と、アノードの前のコンデンサ９４において回収された約６０℃の水は、改質装置へ水を供給するために再使用される。
【００２５】
作動中は、燃料電池２０は約６０〜７０ｋＷの熱パワーを発生する。アノードの前のコンデンサ９４、アノードコンデンサ１００およびカソードコンデンサ１０４は、約３０〜４０ｋＷ、また、ＬＰＳＡＲ熱交換器４０、ＨＰＳＡＲ熱交換器５０、ＨＴＳ熱交換器８２、ＬＴＳ熱交換器８６およびＰｒＯｘ熱交換器９０は、合計で約１０ｋＷ発生する。したがって、自動車の冷却回路は、燃料電池２０の総電気出力７０ｋＷｅについて、約１００〜１２０ｋＷの熱パワーを周囲の環境と交換する必要がある。
【００２６】
この熱の除去は、特にラジエータ５４、１１２、３２の寸法を大きくする必要性を意味し、このことが、発電機１０を自動車に組み込むことを困難にする。
【特許文献１】ＷＯ  ０３／０６００４３  Ａ
【特許文献２】ＵＳ  ６  ５７２  ９９４  Ｂ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明は、自動車への組み込みを容易にするために、サイズの減少と、効率の改善との少なくとも一方を可能にする、「技術分野」および「背景技術」に記載したタイプの発電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明によれば、上記目的は、
−一次燃料と、空気と、水から改質ガソリンを作るための改質装置と；
−上記改質装置へ、上記一次燃料を供給する回路と、上記空気を供給する回路と、上記水を供給する回路と；
−上記改質ガソリンと空気から電力を作るための燃料電池と；
−上記燃料電池と上記改質装置との少なくとも一方へ供給される上記空気を圧縮するためのコンプレッサと；
−上記燃料電池を上記改質装置へ接続し、上記燃料電池へ上記改質ガソリンを供給する回路と、上記燃料電池を上記コンプレッサへ接続し、上記燃料電池へ上記空気を供給する回路と；
を含む自動車用の発電機を用いて達成される。
【００２９】
本発明の発電機は、上記改質装置へ上記水を供給する上記回路が、上記水と、上記コンプレッサによって圧縮された上記空気との間の熱交換を実行するための、第１の熱交換器を含むことを特徴とする。
【００３０】
第１の熱交換器を通過する水は、燃料電池と改質装置との少なくとも一方へ送られる空気を冷却する。これによって、水は、第１の熱交換器を通過するときに熱エネルギを回収する。したがって、この水は、改質装置の上流に配置された熱交換器に到達するときには、予熱されている。したがって、水の温度を改質装置へ注入するのに適した温度にするために要する、従来から触媒燃焼器によって加えられる、追加の熱エネルギが有利に減少される。このことは、エネルギにおける利得と、発電機のエネルギ収支の改良をもたらす。
【００３１】
さらに、第１の熱交換器を通過する水は、圧縮空気を冷却し、自動車の冷却回路の負荷を軽減する。したがって、自動車の冷却回路から外部へ排出される熱量が減少される。このため、冷却回路の寸法が有利に減少され、自動車の中への組み込みが容易になる。
【００３２】
本発明の発電機は、以下の特徴を有することが望ましい。すなわち、
−  上記改質装置へ上記水を供給する上記回路は、上記第１の熱交換器の後流に挿入された、上記水と、上記燃料電池へ上記改質ガソリンを供給する上記回路の中を流れる上記改質ガソリンとの間の熱交換を実行するための、少なくとも１つの第２の熱交換器を含む。以下の説明においてより詳細に示すように、この形態は、発電機の全体のエネルギ効率をさらに改善し、冷却回路の寸法を減少させることを可能にする。
−  上記改質装置へ上記水を供給する上記回路は、上記第１の熱交換器の後流に、並列に接続され、上記水と、上記燃料電池へ上記改質ガソリンを供給する上記回路の中を流れる上記改質ガソリンとの間の熱交換を実行することが可能な、複数の上記第２の熱交換器を含む。
−  上記燃料電池へ上記改質ガソリンを供給する上記回路は、１または複数の上記改質ガソリンの浄化装置と酸化反応器との少なくとも一方を含み、少なくとも１つの上記第２の熱交換器は、上記改質装置と上記浄化装置の１つとの間と、上記改質装置と上記酸化反応器との間と、２つの上記浄化装置の間と、上記浄化装置と上記酸化反応器との間との、少なくとも一方に挿入される。
−  上記第２の熱交換器は、上記水を蒸発させるために、上記第２の熱交換器の上流の上記改質装置へ上記水を供給する上記回路の中へ挿入される。
−  圧縮された上記空気は、上記改質装置へ送られる上記一次燃料と、上記空気と、上記水との少なくとも一方を加熱するための燃焼器へも送られる。
【００３３】
本発明は、本発明の発電機を含む自動車にも関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明のその他の特徴及び利点は、以下の説明を読み、添付図面を検討することによって明らかとなるであろう。これらの図面において：
−「背景技術」において説明した図１は、従来技術の発電機を示す模式図であり；
−図２〜６は、本発明の発電機の様々な変形を示す図である。
【００３５】
これらの様々な図において、同一または類似の部品には、同一の符号が用いられている。
【００３６】
すべての図において、燃料電池、燃焼器、優先酸化（ＰｒＯｘ）反応器、改質装置へ空気を供給する回路は、鎖線で示されている。燃料電池へ改質ガソリンを供給する回路は、太線で示されている。改質装置へ水を供給する回路は、点線で示されている。燃料電池から排出ガスを移送する配管は、一点鎖線で示されている。
【００３７】
図１は、「背景技術」において説明したので、図２を参照する。
【００３８】
図２に示す発電機１０は、図１に示したものに加えて、低圧コンプレッサ３６の直近下流に挿入された、第１の熱交換器である追加ＬＰＳＡＲ熱交換器１３０を含む。追加ＬＰＳＡＲ熱交換器１３０は、追加ＬＰＳＡＲ熱交換器１３０へ、約２０℃および約８ｂａｒで流入する水流によって冷却される。追加ＬＰＳＡＲ熱交換器１３０を通過した水は、低圧コンプレッサ３６から約１９０℃で出る高温空気によって加熱される。水は、追加ＬＰＳＡＲ熱交換器１３０の出口から、配管１３２、次いで並列なバイパス１３４、１３６、１３８を通って、それぞれ、第２の熱交換器であるＨＴＳ熱交換器８２、ＬＴＳ熱交換器８６、アノードの前の熱交換器９０へ運ばれる。ＨＴＳ熱交換器８２、ＬＴＳ熱交換器８６、アノードの前の熱交換器９０の通過は、水の蒸発をもたらすので、これらの熱交換器を蒸発熱交換器と呼ぶことができる。蒸気は、熱交換器７０を通過し、ここで、触媒燃焼器７２において作られた熱によって、改質装置６０の入口温度に加熱される。次いで蒸気は改質装置６０の中へ注入される。
【００３９】
高圧コンプレッサ３８へ流入する空気は、改質装置６０へ送られる水によって部分的に冷却された後、従来から自動車の冷却回路に挿入されている、ＬＰＳＡＲ熱交換器４０によって、高圧コンプレッサ３８に適した温度に冷却される。追加ＬＰＳＡＲ熱交換器１３０による上流における冷却は、自動車の冷却回路に要求される冷却容量を有利に制限することを可能にする。空気を冷却するために冷却回路を使用することは、高圧コンプレッサ３８へ流入する空気の温度を最適に制御することも可能にし、このことは、特に過渡動作過程において有利である。改質装置６０へ送られる水による追加ＬＰＳＡＲ熱交換器１３０の冷却は、３〜７ｋｗｔの利用と、冷却回路のこれに相当する負荷の減少を可能にする。
【００４０】
追加ＬＰＳＡＲ熱交換器１３０を用いた、水を蒸発させ加熱するのに要する熱エネルギの一部の回収は、触媒燃焼器７２からの熱エネルギの抽出を少なくすることを可能にする。追加ＬＰＳＡＲ熱交換器１３０において５ｋＷの熱エネルギを導入することによって、触媒燃焼器７２から出る、熱交換器７０において改質装置６０の反応物を加熱するための高温ガスから抽出される熱量を、５ｋＷ減少させることが可能になる。このガスがタービン４４へ流入する時の温度は、これによって高められ、タービン４４における機械エネルギの回収を、１〜２ｋＷだけ有利に増加させる。タービン４４における機械エネルギの回収の増加は、高圧コンプレッサ３８の圧縮比の増加と、低圧コンプレッサ３６の圧縮比の減少を可能にする。したがって、コンプレッサの電力消費が僅かに減少され、自動車の駆動に利用可能な電気の量は、約１〜２ｋＷだけ有利に増加される。
【００４１】
発電機全体の効率は、０．５〜１％だけ増加する。
【００４２】
図３に示すように、追加ＬＰＳＡＲ熱交換器１３０から出る水は、次いで、３つの熱交換器、すなわちＨＴＳ熱交換器８２、ＬＴＳ熱交換器８６、アノードの前の熱交換器９０を必ずしも通過する必要はない。例えば、図３においては、追加ＬＰＳＡＲ熱交換器１３０から出る水は、ＬＴＳ熱交換器８６のみを通過し、そこで蒸発される。
【００４３】
図４に示す変形においては、追加ＬＰＳＡＲ熱交換器１３０は、ＨＴＳ熱交換器８２、ＬＴＳ熱交換器８６、アノードの前の熱交換器９０と並列に、改質装置６０へ水を供給する回路へ接続され、追加ＬＰＳＡＲ熱交換器１３０と、ＨＴＳ熱交換器８２と、ＬＴＳ熱交換器８６と、アノードの前の熱交換器９０とにおいて加熱された全ての水は、熱交換器７０の入口で合流する。このように、追加ＬＰＳＡＲ熱交換器１３０から出る過熱された水流は、ＨＴＳ熱交換器８２、ＬＴＳ熱交換器８６、アノードの前の熱交換器９０のどれも通過しない。
【００４４】
図２に類似の図５に示す本発明の変形においては、低圧コンプレッサ３６から出る空気の冷却回路と、高圧コンプレッサ３８から出る空気の冷却回路は、分離されている。ＬＰＳＡＲ熱交換器４０は、従来技術と同様に、自動車の冷却回路によって冷却される。これに対して、第１の熱交換器であるＨＰＳＡＲ熱交換器５０は、この場合は、最初は約２０℃で、約８ｂａｒの液体の水によって冷却される。この水は、ＨＰＳＡＲ熱交換器５０を通過し、高圧コンプレッサ３８から出る高温の空気によって加熱された後、配管１３２、１３４、１３６、１３８を通って、ＨＴＳ熱交換器８２と、ＬＴＳ熱交換器８６と、アノードの前の熱交換器９０へ送られる。ＨＴＳ熱交換器８２と、ＬＴＳ熱交換器８６と、アノードの前の熱交換器９０を通過することによって水は蒸発される。次いで蒸気は、触媒燃焼器７２によって加熱された熱交換器７０を通過し、次いで改質装置６０へ供給される。
【００４５】
改質装置６０において用いられる水によるＨＰＳＡＲ熱交換器５０の冷却は、自動車の冷却回路の負荷の３〜７ｋｗｔの有効利用を可能にし、自動車の冷却回路によって外部へ排出されるべき熱負荷の軽減を可能にする。
【００４６】
ＨＰＳＡＲ熱交換器５０による、水を蒸発させ加熱するのに要する熱エネルギの一部の回収は、触媒燃焼器７２からの熱エネルギの抽出を少なくすることを可能にする。ＨＰＳＡＲ熱交換器５０に５ｋＷの熱エネルギを導入することによって、例えば、触媒燃焼器７２から出る、蒸気を加熱するための高温ガスから抽出される熱量を、５ｋＷ減少させることが可能になる。このガスがタービン４４へ流入する時の温度は、これによって増加され、タービン４４における機械エネルギの回収を、１〜２ｋＷだけ有利に増加させる。タービン４４における機械エネルギの回収のこの増加は、高圧コンプレッサ３８の圧縮比の増加と、低圧コンプレッサ３６の圧縮比の減少を可能にする。したがって、コンプレッサの電力消費は僅かに減少され、自動車の駆動に利用可能な電気の量は、約１〜２ｋＷだけ有利に増加される。
【００４７】
発電機全体の効率は、０．５〜１％だけ増加する。
【００４８】
図６に示す変形においては、第１の熱交換器であるＬＰＳＡＲ熱交換器４０とＨＰＳＡＲ熱交換器５０の双方とも自動車の冷却回路によっては冷却されない。ＬＰＳＡＲ熱交換器４０とＨＰＳＡＲ熱交換器５０の各々は、水流によって冷却され、次いで、この水流は、図５に示す形態と同様に、ＨＴＳ熱交換器８２と、ＬＴＳ熱交換器８６と、アノードの前の熱交換器９０へ送られ、次いで改質装置６０へ送られる。
【００４９】
上述した全ての実施の形態において、自動車の冷却回路から分離されたＬＰＳＡＲ熱交換器４０とＨＰＳＡＲ熱交換器５０を通過する水は、アノードコンデンサ、カソードコンデンサ、アノードの前のコンデンサからリサイクルされ、タンクに蓄えられる水であることが望ましい。このタンクの出口における温度は、代表的には約２０℃であるが、自動車の走行条件にとっては６０℃に達することもある。
【００５０】
勿論、本発明は、説明し、図示し、例示的で非限定的な例として示された実施の形態に限定されるものではない。例えば、様々な変形を組み合わせることもできる。
【００５１】
特に、本発明は図示した構成に限定されるものではなく、ＳＡＲ熱交換器、ＨＴＳ熱交換器、ＬＴＳ熱交換器、カソードの前の熱交換器およびコンデンサの数および配置を変更することができる。本発明は、燃料電池または改質装置の型に限定されない。
【００５２】
構成の選択は、特に、ＳＡＲ熱交換器において交換される熱量と、改質装置へ供給される水の予熱に要する熱量に依存する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】従来技術の発電機を示す模式図である。
【図２】本発明の発電機の１変形を示す図である。
【図３】本発明の発電機の１変形を示す図である。
【図４】本発明の発電機の１変形を示す図である。
【図５】本発明の発電機の１変形を示す図である。
【図６】本発明の発電機の１変形を示す図である。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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