(57)【要約】燃料電池システムは、高温高分子電解質膜（９）を備えた少なくとも１つの燃料電池（３）を有する。燃料電池（３）に、液化石油ガス供給部（１）から液化石油ガスが供給される。液化石油ガスは、複雑な改質なしに燃料電池（３）のアノード反応チャンバ（７）に直接送り込むことができる。アノード反応チャンバ（７）に流入する前に、液化石油ガスに水蒸気が混ぜられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
高温高分子電解質膜（９）を有する燃料電池（３）と、
液化石油ガス供給部（１）と、
前記液化石油ガス供給部（１）から前記燃料電池（３）のアノード反応チャンバ（７）に液化石油ガスを供給する液化石油ガス供給ライン（１ａ）と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記液化石油ガスが、プロパンガス、ブタンガス、又はプロパンガスとブタンガスとの混合物であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムであって、
前記液化石油ガス供給部（１）と前記燃料電池（３）との間の液化石油ガス供給ラインに、供給される液化石油ガスを脱硫するための脱硫装置（２）が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池（３）が、大気又は酸素が供給されるカソード反応チャンバ（８）を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記高温高分子電解質膜（９）を１５０℃〜２５０℃の温度範囲内で作動可能であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記高温高分子電解質膜（９）が、少なくともアノード反応チャンバ（７）を向く側に触媒層（１０）を備え、
前記触媒層（１０）が、前記液化石油ガスを水素又は水素イオン、及び更なる成分に分解する触媒を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池システムであって、
水蒸気を付加することにより、前記触媒が、前記液化石油ガスを水素又は水素イオン、及び更なる成分に分解することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
水を蒸発するための蒸発装置（４）と、
前記蒸発装置（４）から水蒸気を供給するための水蒸気供給ライン（４ａ）と、
前記アノード反応チャンバ（７）の上流に設けられた混合部（６）と、を備え、
前記水蒸気供給ライン（４ａ）と前記液化石油ガス供給ライン（１ａ）とが前記混合部（６）において連結されており、前記蒸発装置（４）からの水蒸気が、前記混合点（６）において前記液化石油ガスと混合されうることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池（３）を加熱するための補助加熱装置（１４）が設けられ、この補助加熱装置（１４）が、前記燃料電池（３）とは別の装置であるか、又は前記燃料電池（３）に直接一体化されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池（３）のアノード反応チャンバ（７）から流出するアノード排ガスを、前記アノード反応チャンバ（７）に戻すために前記燃料電池（３）のアノード入力側に、前記蒸発装置（４）に設けられたバーナに、及び／又は、前記補助加熱装置（１４）に運搬するためのアノード排ガス帰ライン（１２）が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記蒸発装置（４）のバーナ、及び／又は前記補助加熱装置（１４）に、前記液化石油ガス供給部（１）から液化石油ガスが供給されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池システムの車内での使用方法であって、
前記補助加熱装置（１４）が、前記車両の内部を加熱するための加熱装置の一体部分であることを特徴とする使用方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料電池システムの方法使用であって、
前記加熱装置が液化石油ガスで作動されうることを特徴とする使用方法。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池システムの使用方法であって、
前記燃料電池システムが、ＲＶ車の搭載電力供給システム、又は、分散型エネルギー供給用システムとして用いられることを特徴とする使用方法。
【請求項１５】
燃料電池システムの作動方法であって、
燃料電池（３）が、高温高分子電解質膜燃料電池であり、
前記燃料電池（３）のアノード反応チャンバ（７）に液化石油ガスが送り込まれることを特徴とする作動方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の作動方法であって、
前記アノード反応チャンバ（７）に液化石油ガスと水蒸気との混合物が送り込まれることを特徴とする作動方法。
【請求項１７】
高温高分子電解質膜（９）を有する燃料電池システム（３）を起動する起動方法であって、
燃料電池（３）に液化石油ガスを供給するステップと、
前記液化石油ガスを燃料電池（３）のアノード反応チャンバ（７）を通して供給するステップと、
前記液化石油ガス及び／又はアノード反応チャンバ（７）から流出するアノード排ガスを、前記燃料電池（３）、及び／又は当該燃料電池（３）内に設けられた補助加熱装置（１４）に、及び／又は蒸発装置（４）に供給するステップと、
液化石油ガス及び／又はアノード排ガスによって、前記補助加熱装置（１４）を通して燃料電池（３）を加熱する、及び／又は、水蒸気を生成するために蒸発装置（４）を加熱するステップと、
前記燃料電池（３）に供給される液化石油ガスに水蒸気を供給し、水蒸気と液化石油ガスとを混合するステップと、
水蒸気と液化石油ガスとの混合物を前記アノード反応チャンバ（７）に供給するステップと、
前記燃料電池（３）のカソード反応チャンバ（８）に空気を供給するステップと、
燃料電池（３）を作動させるために電気負荷を加えるステップと、を有する起動方法。
【請求項１８】
高温高分子電解質膜（９）を有する燃料電池システム（３）を起動する起動方法であって、
液化石油ガス供給部（１）からの液化石油ガスを、燃料電池（３）又は当該燃料電池（３）内に設けられた補助加熱装置（１４）、及び／又は蒸発装置（４）に供給するステップと、
前記液化石油ガスによって、前記補助加熱装置（１４）を通して燃料電池（３）を加熱する、及び／又は、水蒸気を生成するために蒸発装置（４）を加熱するステップと、
前記燃料電池（３）内が特定の温度に達した後、前記液化石油ガス供給部（１）から燃料電池（３）のアノード反応チャンバ（７）に液化石油ガスを供給するステップと、
前記燃料電池（３）に供給される液化石油ガスに水蒸気を供給し、水蒸気と液化石油ガスとを混合するステップと、
アノード反応チャンバ（７）に水蒸気と液化石油ガスとの混合物を供給するステップと、
燃料電池（３）のカソード反応チャンバ（８）に空気を供給するステップと、
燃料電池（３）を作動させるために電気負荷を加えるステップと、を有する起動方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の起動方法であって、
前記燃料電池（３）が起動した後に、前記液化石油ガス供給部（１）から補助加熱装置（１４）及び／又は蒸発装置（４）への液化石油ガスの直接供給が遮断され、代わりに、前記アノード反応チャンバ（７）から流出するアノード排ガス（１２）が補助加熱装置（１４）及び／又は蒸発装置（４）に供給されることを特徴とする起動方法。
【請求項２０】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池システムを停止する停止方法であって、
前記液化石油ガスの供給を遮断するステップと、
前記燃料電池（３）のアノード反応チャンバ（７）から流出するアノード排ガス（１２）を、水蒸気を生成するために蒸発装置（４）へ供給し続けるステップと、
水蒸気をアノード反応チャンバ（７）へ供給するステップと
を有する停止方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、
前記燃料電池（３）における電気化学的反応が休止する際は常に、ガスを運搬するライン及びアノード反応チャンバ（７）が、空気及び／又は不活性ガスにより洗浄されることを特徴とする停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化石油ガスで作動させることのできる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電気エネルギー及び熱エネルギーを生成するための反応物質として水素及び（大気中の）酸素を必要とする。様々な改質方法、例えば水蒸気改質、自己熱改質、部分酸化、又は熱分解が知られており、そこでは、ガス状炭化水素及び液体炭化水素の変換により、水素を含有するガスが生成される。ほとんどの場合において、これらの方法は極めて複雑で、機器及び技術的制御システムに関して高い複雑性を必要とする。これらの機器及び技術的制御システムは普通、多数の単一要素、例えば改質反応器、シフトステージ、ガス精製ステージ、熱交換器、及び蒸発器を含む。
【０００３】
さらに、高温固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）及び溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）が知られており、そこでは、ガス状炭化水素及び液体炭化水素が、６００℃〜１０００℃の温度にて（大気中の）酸素の付加のもとに、電気エネルギーに変化される。そして、これは直接達成され、又はいわゆる事前改質段が前段に結合されることで達成される。これらシステムの欠点は、熱サイクル性能が低いこと、加熱時間及び冷却時間が長いこと、ならびに使用される材料への要件が非常に高いことである。
【０００４】
燃料電池システムは以前から、ＲＶ車に搭載電力を供給するためのＡＰＵシステム（補助電源装置）としても使用されてきた。このような燃料電池システムは、発電機又は分散型エネルギー供給用コージェネレーションシステムとして使用することも知られている。
【０００５】
【０００６】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、燃料を改質するための機器に関して高い複雑性に向き合う必要なしに、燃料を電気エネルギーに直接変化させることのできる燃料電池システムを呈示することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この問題は、請求項１に記載の燃料電池システムによる本発明によって解決される。さらに、本発明による燃料電池システムの有利な使用方法、及び燃料電池又は燃料電池システムを起動及び停止する方法が呈示される。
【０００９】
本発明による燃料電池システムは、高温高分子電解質膜（ＨＴ−ＰＥＭ）を有する燃料電池と、液化石油ガス供給部と、液化石油ガス供給部から燃料電池のアノード反応チャンバに液化石油ガスを供給するための液化石油ガス供給ラインとを備える。
【００１０】
したがって、機器に関して高い複雑性なしに適度な作動温度でガス状液化石油ガスを電気エネルギーに直接変化することができる燃料電池が呈示される。高分子電解質膜燃料電池を使用することにより、起動−停止のサイクル性能が高まる。起動時間及び停止時間が短いことに加えて、作動温度が低減されるため材料要件が低くなることも同様に有利である。
【００１１】
燃料電池は、単一の燃料電池、又はスタックの形態に配置される多数の単一の燃料電池から構成されることができる。燃料電池の基本構造は既知であるので、より詳細にここで解説する必要はない。燃料電池は、圧力下又はほぼ大気条件下において作動することができる。大気条件下での場合、周辺システム（空気及びガスポンプ）のエネルギー要件はかなり低減される。この構造は、温度要件を満たす材料、例えば金属製又は炭素樹脂複合材料製のバイポーラプレートによって得られる。
【００１２】
液化石油ガスは、アノード反応チャンバに直接供給され、そこで電気エネルギーに変化されうるが、これは複雑な任意の改質過程なしで達成される。恐らく、液化石油ガス供給部と燃料電池との間に、供給される液化石油ガスを脱硫する脱硫装置のみが必要であるだろう。そこでは、臭気物質の分離を実行することもできる。
【００１３】
液化石油ガスとして、プロパンガス、ブタンガス、又はプロパンガスとブタンガスとの混合物を使用することができる。
【００１４】
液化石油ガス流れがアノード反応チャンバに進入する前に、その液化石油ガス流れに水蒸気を混ぜることができる。水蒸気を混合することは利点となるが、燃料電池システムの実施形態によっては絶対に必要なものではない。アノード反応チャンバ内において、例えばガス拡散電極上又はガス拡散電極内に触媒を設けることが、液化石油ガスの変換、水素イオンの生成等に適している。
【００１５】
既知の電気化学的燃料電池反応では、（大気中の）酸素がカソード反応チャンバに供給されて、水素成分を反応生成物として電気エネルギー、熱エネルギー及び水に変換することが行われる。電流及び／又は電圧の収率は作動温度に依存するということがわかっている。温度値が高くなればなるほど、一定の作動電圧において燃料電池によって供給される電流は大きくなる。
【００１６】
高温高分子電解質膜は、室温〜３００℃超の温度範囲内で作動し、好ましくは１５０℃〜２５０℃の範囲内で作動する。当該高温高分子電解質膜は、燃料電池のアノード反応チャンバとカソード反応チャンバとを分離する。カソード反応チャンバには大気又は酸素が供給される。
【００１７】
ＨＴ−ＰＥＭ用の材料として、リン酸がドープされたＰＢＩ（ポリベンゾイミダゾール）高分子膜が主として使用される。一方、上記の温度範囲内で高温安定性を有し、プロトン伝導性を有する又は適切な添加物／ドーピングによりプロトン伝導性とすることのできるその他のプラスチック材料も適している。
【００１８】
ＨＴ−ＰＥＭは、少なくともアノード反応チャンバを向く側に触媒層を有し、この触媒層は触媒を担持しており、この触媒は、水蒸気を付加して、あるいは付加せずに、液化石油ガスを水素又は水素イオン、及び更なる成分に分解することができる。触媒としては、水蒸気の付加の下に、液化石油ガスを水素又は水素イオン、二酸化炭素、一酸化炭素、あるいはより短鎖の炭化水素に分解できる任意の種類の貴金属及び卑金属を使用することができる。例えば白金を含有する触媒が適切である。更に考えられる材料として、例えばＰｄ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｚｒ、あるいは、Ｐｔを含有するそれらの合金又はＰｔを含有しないそれらの合金がある。
【００１９】
アノード反応チャンバに流れ込む液化石油ガスは、予め水蒸気と混合されうる。このために、水を蒸発するための蒸発装置と、蒸発装置から水蒸気を供給するための水蒸気供給ラインと、アノード反応チャンバの上流に設けられた混合部と、を備え、水蒸気供給ラインと液化石油ガス供給ラインとが前記混合部において連結されており、蒸発装置から流れ込む水蒸気は、前記混合部において液化石油ガスと混合される。
【００２０】
従って、蒸発装置内では、液化石油ガスがアノード反応チャンバに流入する前に液化石油ガスに混ぜられる水蒸気が生成される。
【００２１】
燃料電池を加熱するために、補助加熱装置が設けられ、この補助加熱装置は、燃料電池とは別の装置とすることができ、又は燃料電池に直接一体化される装置とすることができる。補助加熱装置は、燃料電池をシステムを起動するための適切な温度にするものである。同様に、補助加熱装置は、作動中に燃料電池を所要の作動温度に維持するのにも使用される。
【００２２】
液化石油ガスは、負荷的な加熱装置及び蒸発装置のための燃料として、液化石油ガス供給部から直接供給される。
【００２３】
追加又は代替として、燃料電池のアノード反応チャンバから流出するアノード排ガスを運搬するアノード排ガス帰線を設けることも可能である。アノード排ガスは、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気、不使用の水素、及び／又は、未変換の液化石油ガスの混合物を含有する。これは、アノード排ガスが熱的に使用可能な物質、又は可燃物質を依然として含有しており、この物質を、例えば補助加熱装置又は蒸発装置において使用できることを意味する。
【００２４】
このためには、蒸発装置に設けられたバーナに、及び／又は、補助加熱装置に、アノード排ガス帰線を供給することができ、そこでは依然として存在する可燃物質（水素、液化石油ガス、一酸化炭素、短鎖炭化水素）を燃焼することができる。
【００２５】
同様に、アノード排ガスは、燃料電池のアノード入力側にもアノード排ガス帰線を介して再供給することができ、必要に応じて水蒸気が再度混ぜられた後、アノード反応チャンバに再度送り込まれる。したがって、未だ活用されていない液化石油ガス及び水蒸気は、燃料電池を通して繰り返し供給されて、少なくとも液化石油ガスを最終的には完全に変換することができる。
【００２６】
追加又は代替として、既に上述したように、蒸発装置のバーナ及び／又は補助加熱装置に、液化石油ガス供給部から液化石油ガスを直接供給することもできる。
【００２７】
本発明による燃料電池システムは、車両、例えば旅行用トレーラ又はキャラバン等のＲＶ車（recreational vehicle）で使用することができ、燃料電池の補助加熱装置は同時に、車両の内部を加熱するための加熱装置の一体部分でもある。
【００２８】
したがって、補助加熱装置と同様に、車両の内部を加熱するための加熱装置は液化石油ガスで作動させることができる。
【００２９】
したがって、特にＲＶ車では、同時に燃料電池用の補助加熱装置として既知の液化石油ガスヒータを使用することも可能である。この場合、燃料電池には独立した補助加熱装置は必要ではない。
【００３０】
数ワット〜数キロワットの電力範囲内でのシステムの好適な適用分野として、ＲＶ車における搭載電力供給用のＡＰＵシステムとしての使用、及び、独立した発電機又は分散型エネルギー供給用のコージェネレーションシステムとしての使用がある。
【００３１】
燃料電池システムの作動方法は、燃料電池が高温高分子電解質膜燃料電池であり、燃料電池のアノード反応チャンバに液化石油ガス、特に液化石油ガスと水蒸気との混合物が送り込まれることを特徴としている。必要に応じて予め実行されねばならない脱硫は別として、液化石油ガスは、液化石油ガス供給部から燃料電池に直接供給される。したがって、個別の改質ユニットにおいて燃料を個別に改質する必要はない。
【００３２】
ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池システムの起動方法は、燃料電池に液化石油ガスを供給するステップと、液化石油ガスを燃料電池のアノード反応チャンバを通して供給するステップと、液化石油ガス及び／又はアノード反応チャンバから流出するアノード排ガスを、燃料電池又は燃料電池内に設けられた補助加熱装置、及び／又は蒸発装置に供給するステップと、液化石油ガス及び／又はアノード排ガスによって、補助加熱装置を通して燃料電池を加熱する、及び／又は、水蒸気を生成するために蒸発装置を加熱するステップと、燃料電池に供給される液化石油ガスに水蒸気を供給し、水蒸気と液化石油ガスとを混合するステップと、水蒸気と液化石油ガスとの混合物をアノード反応チャンバに供給するステップと、燃料電池のカソード反応チャンバに空気を供給するステップと、燃料電池を作動させるために電気負荷を加えるステップと、有することを特徴としている。
【００３３】
この方法によれば、液化石油ガスがＨＴ‐ＰＥＭ燃料電池内に直接供給され、補助加熱装置及び蒸発装置内で燃焼される一方で、空気が供給される。燃料電池は、補助加熱装置の排熱によって作動温度にされる。同時に、蒸発装置が加熱される。蒸発装置により水が蒸発するとすぐに、発生する水蒸気が、燃料電池に供給される液化石油ガスに混合され、燃料電池のアノード反応チャンバに供給される。カソード側では、同時に、燃料電池に空気が供給され、燃料電池は補助加熱装置により加熱されて、燃料電池への負荷要求がある場合、液化石油ガスと水蒸気との混合物による電気化学的反応が始まる。
【００３４】
この方法によれば、媒体流れを逆流させる必要はない。むしろ、特に燃料電池を通る液化石油ガス流れを継続的に供給することが可能である。液化石油ガス、及び／又は燃料電池から流出するアノード排ガスは、蒸発装置及び補助加熱装置により燃焼し、液化石油ガスは燃料電池システムを出ることがない。
【００３５】
ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池システムを起動するための別の方法によれば、液化石油ガスは、液化石油ガス供給部から補助加熱装置及び／又は蒸発装置に直接供給され、一方で燃料電池を加熱し、他方で蒸発装置により水蒸気を生成する。燃料電池がいったん特定の温度に達すると、液化石油ガスは、液化石油ガス供給部から燃料電池のアノード反応チャンバへも直接供給される。そこでは、蒸発装置からの水蒸気を混ぜることができる。燃料電池への負荷要求がある場合、電気化学的反応が始まる。
【００３６】
システムの設計によっては、燃料電池の作動中、液化石油ガスを補助加熱装置及び蒸発装置に直接供給し続けて所要の加熱エネルギーを提供することができる。あるいは、直接供給を遮断し、代わりに、燃料電池から流出するアノード排ガスを補助加熱装置及び蒸発装置に供給することも同様に可能である。通常、アノード排ガスは依然として十分な量の可燃性材料（液化石油ガス、水素、一酸化炭素、短鎖炭化水素）を含有しているので、燃料として使用することができる。
【００３７】
本発明による燃料電池システムの停止方法は、液化石油ガスの供給を遮断するステップと、燃料電池のアノード反応チャンバから流出するアノード排ガスを、水蒸気を生成するために蒸発装置へ供給し続けるステップと、水蒸気をアノード反応チャンバへ供給するステップとを有する。
【００３８】
液化石油ガスの供給が遮断された後、システム内に依然として存在するガス混合物（残留水素、二酸化炭素、一酸化炭素、又はより短鎖の炭化水素、及び水蒸気）は、蒸発装置内で熱的に使用され、これによって水蒸気は生成され続ける。燃料電池に依然として供給される水蒸気は、残留ガス混合物をシステムから取り除く。燃料電池内の電気化学的反応が休止し、続いて蒸発装置のバーナ内及び補助加熱装置内の燃焼過程が休止するとすぐに、ガスを運搬するライン及び燃料電池は、空気又は不活性ガスにより洗浄され、システムを冷却することができる。
【００３９】
以下、本発明のこれらの利点と特徴、及び更なる利点と特徴を、例示に基づき、添付の図面によって、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による燃料電池システムの略図である。
【図２】燃料電池システム内で使用される高温高分子電解質膜燃料電池の構造の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１は、燃料電池システムのレイアウトの略図を示す。
【００４２】
液体供給部として機能する液体タンク１、例えばガスボトル又は容器は、液化石油ガス、例えばプロパンガス、ブタンガス、あるいはそれらの混合物等を収容する。
【００４３】
液化石油ガスは液化石油ガスタンク１から移動され、脱硫装置２を通して供給される。この脱硫装置内では、液化石油ガス内に含まれる臭気物質及びその他の硫黄化合物が分離される。
【００４４】
その後、脱硫された液化石油ガスは、液化石油ガス供給ライン１ａを介して、燃料電池３に送り込まれる。燃料電池３は、いわゆる高温高分子電解質膜燃料電池（ＨＴ−ＰＥＭ  ＦＣ）であり、高温高分子電解質膜燃料電池は、室温から３００℃超の温度範囲内、好ましくは１５０℃から２５０℃の範囲内で作動する。燃料電池３の構造はそれ自体既知であるが、やはり以下で図２によってより詳細に説明する。
【００４５】
さらに蒸発装置４が設けられている。この蒸発装置４は、水タンク５から供給される水を蒸発させる。続いて、蒸発装置４により生成される水蒸気も、水蒸気供給ライン４ａを介して、燃料電池３に供給されるが、液化石油ガスが燃料電池３に流入する前に混合部６にて液化石油ガスと混合される。このようにして、作動中に液化石油ガスと水蒸気との混合物が燃料電池３に流入する。
【００４６】
図２は、燃料電池４の構造の略図を示す。
【００４７】
アノード反応チャンバ７とカソード反応チャンバ８との間には、高温高分子電解質膜９が設けられている。膜９の材料としては、主としてリン酸がドープされたＰＢＩ（ポリベンゾイミダゾール）高分子膜が用いられる。なお、上記の温度範囲内で高温安定性を有し、プロトン伝導性を有する又は適切な添加物／ドーピングによりプロトン伝導性とすることのできるその他のプラスチック材料も適している。
【００４８】
膜９の両側には触媒層１０が付けられている。触媒として、既に上述したような様々な種類の貴金属及び卑金属を使用することができる。
【００４９】
各触媒層１０上には、既知の方法でガス拡散電極１１が設けられている。
【００５０】
ガス拡散電極１１に、触媒層１０又は触媒それ自体を一体化することもできる。そこでは、一方のアノード側の構造と、他方のカソード側の構造とを相違させることもできる。例えば、２つの側に異なる材料を使用することも可能である。したがって、図２に示す構造は例示を解説するためだけのものであり、限定するものと見なされるべきではない。
【００５１】
アノード反応チャンバ７には液化石油ガスと水蒸気との混合物が供給される。他方で、カソード反応チャンバ８へ反応空気が送り込まれる。
【００５２】
アノード反応チャンバ７を出る媒体流れは、アノード排ガス流れと呼ばれ、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気、不使用の水素、未変換の液化石油ガスの混合物からなる。カソード側では、排空気と反応水との混合物が水蒸気の状態でカソード反応チャンバ８から流出する。
【００５３】
燃料電池３は、単一セルで構成され、あるいは複数の単一セルを有するシステム、特に燃料電池スタックで構成される。当然のことながら、液化石油ガスと水素との混合物は、必要に応じて燃料電池スタックの全ての単一セルに供給されねばならない。
【００５４】
図１に示すように、燃料電池３からのアノード排ガス流れ１２は、種々の方法で更に使用することができる。
【００５５】
一方で、アノード排ガス流れ１２は、リターンユニット１３、例えばポンプを介して燃料電池３のアノード入口に戻すことができる。そこでは、新たな水蒸気及び／又は更なる液化石油ガスを混ぜることができる。このようにして、未使用の液化石油ガスを徐々に使い尽くすために、液化石油ガスは、燃料電池３を通して繰り返し供給されることができる。
【００５６】
同様に、アノード排ガス流れを、蒸発装置４内に熱を供給するための燃料として使用することが可能である。通常、アノード排ガスの可燃成分は、水蒸気を生成するのに十分な熱エネルギーを与えるのに十分である。
【００５７】
さらに、アノード排ガス流れ１２を、補助加熱装置１４に燃料として供給することも可能である。補助加熱装置１４によって、燃料電池３は作動温度にて維持され、又は起動するため特定の温度に予熱される。補助加熱装置１４は、分離した要素として、及び燃料電池３の一体化された部分としての両方で設計することができる。燃焼反応は、触媒作用により、又は従来方式で得られる。
【００５８】
混合部６は、空間的に燃料電池３の上流に設けることができる。混合部６は同様に、燃料電池３内に、ただしやはりアノード反応チャンバ７の上流に設けることが可能である。そこでは、アノード反応チャンバ７に液化石油ガスと水蒸気との混合物を確実に送り込むことができさえすればよい。必要に応じて、上述したように、アノード排ガスとこの混合物とを付加的に混ぜることも可能である。
【００５９】
システムは復水装置（図示せず）により完了し、そこでは、排空気及び排ガス流れ内に含まれる水が回復し、水容器又は水タンク５に供給される。これらの図は、空気、ガス、及び水供給用のファン及び／又はポンプ、ならびに、必要な場合には燃料電池３のための冷却ファン、及び燃料電池３により生成される電流をバッテリに送り込むための変圧器などの様々な電気サブシステムも示していない。同様に、適切な技術的測定ユニット、制御ユニット、及び調節ユニットを有する、より上位のシステム制御も、これらの図には示されていない。
【図１】
2011503770.tif 000003
【図２】
2011503770.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月19日(2008.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
特許文献１は、燃料としてプロパンガスを、その他の燃料に加えて供給することもできる燃料電池システムを記載している。燃料は、自己熱反応器として設計されている改質器内で処理され、水素を含有する改質ガスに変換される。その際、改質ガスは、熱交換器を介して燃料電池のアノード反応チャンバに供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第２００２／０１８２４５８号
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
高温高分子電解質膜（９）を有する燃料電池（３）と、
液化石油ガス供給部（１）と、
液化石油ガス供給部（１）から燃料電池（３）のアノード反応チャンバ（７）へと液化石油ガスを送り込むための液化石油ガス供給ライン（１ａ）と、を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記液化石油ガスが、プロパンガス、ブタンガス、又はプロパンガスとブタンガスとの混合物であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムであって、
前記液化石油ガス供給部（１）と前記燃料電池（３）との間の液化石油ガス供給ラインに、供給される液化石油ガスを脱硫するための脱硫装置（２）が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池（３）が、大気又は酸素が供給されるカソード反応チャンバ（８）を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記高温高分子電解質膜（９）が１５０℃〜２５０℃の温度範囲内で作動することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記高温高分子電解質膜（９）が、少なくともアノード反応チャンバ（７）を向く側に触媒層（１０）を備え、
前記触媒層（１０）が、前記液化石油ガスを水素又は水素イオン、及び更なる成分に分解するための触媒を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池システムであって、
水蒸気を付加することにより、前記触媒が、前記液化石油ガスを水素又は水素イオン、及び更なる成分に分解するように働くことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
水を蒸発するための蒸発装置（４）と、
前記蒸発装置（４）から水蒸気を供給するための水蒸気供給ライン（４ａ）と、
前記アノード反応チャンバ（７）の上流に設けられた混合部（６）と、を備え、
前記水蒸気供給ライン（４ａ）と前記液化石油ガス供給ライン（１ａ）とが前記混合部（６）において連結されており、前記蒸発装置（４）からの水蒸気が、前記混合点（６）において前記液化石油ガスと混合されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池（３）を加熱するための補助加熱装置（１４）が設けられ、この補助加熱装置（１４）が、前記燃料電池（３）とは別の装置であるか、又は前記燃料電池（３）に直接一体化されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池（３）のアノード反応チャンバ（７）から流出するアノード排ガスを、前記アノード反応チャンバ（７）に戻すために前記燃料電池（３）のアノード入力側に、前記蒸発装置（４）に設けられたバーナに、及び／又は、前記補助加熱装置（１４）に運搬するためのアノード排ガス帰ライン（１２）が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記蒸発装置（４）のバーナ、及び／又は前記補助加熱装置（１４）に、前記液化石油ガス供給部（１）から液化石油ガスが供給されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池システムの車内部での使用方法であって、
車内部を加熱するための加熱装置が設けられ、当該加熱装置が前記補助加熱装置（１４）からなることを特徴とする使用方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料電池システムの使用方法であって、
前記加熱装置が液化石油ガスで作動されることを特徴とする使用方法。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池システムの使用方法であって、
前記燃料電池システムが、ＲＶ車の搭載電力供給システム、又は、分散型エネルギー供給用システムとして用いられることを特徴とする使用方法。
【請求項１５】
燃料電池システムの作動方法であって、
燃料電池（３）が、高温高分子電解質膜燃料電池であり、
前記燃料電池（３）のアノード反応チャンバ（７）に液化石油ガスが送り込まれることを特徴とする作動方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の作動方法であって、
前記アノード反応チャンバ（７）に液化石油ガスと水蒸気との混合物が送り込まれることを特徴とする作動方法。
【請求項１７】
高温高分子電解質膜（９）が装備された燃料電池システム（３）を起動する起動方法であって、
燃料電池（３）に液化石油ガスを供給するステップと、
液化石油ガスを燃料電池（３）のアノード反応チャンバ（７）を通して供給するステップと、
前記アノード反応チャンバ（７）から流出する液化石油ガス、又は前記アノード反応チャンバ（７）から流出するアノード排ガスを、燃料電池（３）、又は該燃料電池内に設けられた補助加熱装置（１４）、及び／又は蒸発装置（４）に供給するステップと、
液化石油ガス及び／又はアノード排ガスを燃焼することにより、補助加熱装置（１４）を通して燃料電池（３）を加熱する、及び／又は水蒸気を生成するために蒸発装置（４）を加熱するステップと、
前記燃料電池（３）に供給される液化石油ガスに水蒸気を供給し、水蒸気と液化石油ガスとを混合するステップと、
水蒸気と液化石油ガスとの混合物を前記アノード反応チャンバ（７）に供給するステップと、
前記燃料電池（３）のカソード反応チャンバ（８）に空気を供給するステップと、
前記燃料電池（３）を作動させるために電気負荷を加えるステップと、を有する起動方法。
【請求項１８】
高温高分子電解質膜（９）を有する燃料電池システム（３）を起動する起動方法であって、
液化石油ガス供給部（１）からの液化石油ガスを、燃料電池（３）又は当該燃料電池（３）内に設けられた補助加熱装置（１４）、及び／又は蒸発装置（４）に供給するステップと、
液化石油ガスを燃焼することにより、補助加熱装置（１４）を通して燃料電池（３）を加熱する、及び／又は水蒸気を生成するために蒸発装置（４）を加熱するステップと、
前記燃料電池（３）内が特定の温度に達した後、前記液化石油ガス供給部（１）から燃料電池（３）のアノード反応チャンバ（７）に液化石油ガスを供給するステップと、
前記燃料電池（３）に供給される液化石油ガスに水蒸気を供給し、水蒸気と液化石油ガスとを混合するステップと、
前記アノード反応チャンバ（７）に水蒸気と液化石油ガスとの混合物を供給するステップと、
前記燃料電池（３）のカソード反応チャンバ（８）に空気を供給するステップと、
前記燃料電池（３）を作動させるために電気負荷を加えるステップと、を有する起動方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の起動方法であって、
前記燃料電池（３）が起動した後に、前記液化石油ガス供給部（１）から補助加熱装置（１４）及び／又は蒸発装置（４）への液化石油ガスの直接供給が遮断され、代わりに、前記アノード反応チャンバ（７）から流出するアノード排ガス（１２）が補助加熱装置（１４）及び／又は蒸発装置（４）に供給されることを特徴とする起動方法。
【請求項２０】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池システムを停止する停止方法であって、
前記液化石油ガスの供給を遮断するステップと、
前記燃料電池（３）のアノード反応チャンバ（７）から流出するアノード排ガス（１２）を、水蒸気を生成するために蒸発装置（４）へ供給し続けるステップと、
水蒸気をアノード反応チャンバ（７）へ供給するステップと、を有する停止方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、
前記燃料電池（３）における電気化学的反応が休止する際は常に、ガスを運搬するライン及びアノード反応チャンバ（７）が、空気及び／又は不活性ガスにより洗浄されることを特徴とする停止方法。
【国際調査報告】
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