(57)【要約】  本発明は、アノード領域（４）とカソード領域（３）とを有し、ハウジング（６）内に配置されている少なくとも１つの燃料電池（２）を備え、ハウジング（６）を清浄する清浄媒体を、燃料電池（２）の外部のハウジング（６）のスペース（７）内に送り込むことができる燃料電池装置に関する。本発明に基づき、スペース（７）内に含まれる清浄媒体を含有する媒体混合物を排出するための装置（１６、１７、１８、１９）が設けられ、この装置は、スペース（７）と、カソード領域（３）から延びる排出ガスライン（１５、１５ａ）とに接続されており、また、媒体混合物の排出が排出ガスライン（１５、１５ａ）を流れる排出ガス流と流体的に連結しているように形成されている。本発明は、そのような燃料電池装置の作動方法にも関する。
2011517020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード領域（４）とカソード領域（３）とを有し、ハウジング（６）内に配置されている少なくとも１つの燃料電池（２）を備え、前記ハウジング（６）を清浄する清浄媒体を、前記燃料電池（２）の外部の前記ハウジング（６）のスペース（７）内に送り込むことができる燃料電池装置であって、
前記スペース（７）内に含まれる前記清浄媒体を含有する媒体混合物を排出する装置（１６、１７、１８、１９）が、前記スペース（７）と、カソード領域（３）から延びている排出ガスライン（１５、１５ａ）とに接続されており、前記媒体混合物の排出が前記排出ガスライン（１５、１５ａ）を流れる排出ガス流と流体的に連結するように前記装置が形成されていることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記清浄媒体が、周辺から送り込まれる外気であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記排出ガス流が、前記スペース（７）から前記媒体混合物を自動的に吸引できる推進噴射流であるように、前記装置（１６、１７、１８、１９）が形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記装置（１６、１７、１８、１９）が、ジェットポンプ（１６）を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記装置（１６、１７、１８、１９）が狭窄部（１９）を有し、該狭窄部の流路断面は、該狭窄部（１９）の前後の流路断面に比べ縮小されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記装置（１６、１７、１８、１９）が、前記狭窄部（１９）から分岐する、前記スペース（７）に通じるライン（１７）を有していることを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池装置。
【請求項７】
前記スペース（７）に通じる前記ライン（１７）の開口部（２１）が、重力方向に関して横方向に向けられていることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池装置。
【請求項８】
前記スペース（７）に通じる前記ライン（１７）の前記開口部（２１）が、重力方向に関して上方に向けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項９】
前記装置（１６、１７、１８、１９）、特に前記ライン（１７）が、重力方向に関して前記燃料電池（２）の上方で前記ハウジング（６）に接続されており、前記スペース（７）内に通じていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項１０】
前記ハウジング（６）が、前記清浄媒体（２２）を供給する開口部（２３）を有しており、該開口部は、重力方向に関して前記燃料電池（２）の下方に形成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項１１】
前記ハウジング（６）が、前記清浄媒体（２２）を供給する開口部（３１）を有しており、該開口部は、重力方向に関して前記燃料電池（２）の上方に形成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項１２】
前記開口部（２３、３１）が、閉鎖エレメント（３２）によって閉鎖可能であり、該閉鎖エレメントが電気的に制御可能であることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の燃料電池装置。
【請求項１３】
前記装置（１６、１７、１８、１９）が、完全に前記ハウジング（６）内に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項１４】
前記装置（１６、１７、１８、１９）の上流に、該装置（１６、１７、１８、１９）を回避する迂回ライン（２５）が前記排出ガスライン（１５、１５ａ）から分岐していることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項１５】
前記装置（１６、１７、１８、１９）を通って流れる前記排出ガス流の割り当てと、前記迂回ライン（２５）とを通って流れる前記排出ガス流の割り当てとが、調整可能であることを特徴とする、請求項１４に記載の燃料電池装置。
【請求項１６】
前記割り当てが、前記スペース（７）の燃料濃度に応じて調整可能であることを特徴とする、請求項１５に記載の燃料電池装置。
【請求項１７】
前記割り当てが、調整可能な、好ましくは電気的に制御可能な調整エレメント（２７）によって調整できることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の燃料電池装置。
【請求項１８】
前記スペース（７）から排出される前記媒体混合物が通ることのできる触媒（２４）を特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項１９】
前記触媒（２４）が、前記スペース（７）と、前記装置（１６、１７、１８、１９）の前記狭窄部（１９）との間に延びている前記ライン（１７）に配置されていることを特徴とする、請求項１８に記載の燃料電池装置前記。 
【請求項２０】
前記燃料電池（２）の外部の前記ハウジング（６）の前記スペース（７）内における燃料濃度を検知する装置（２２）を特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項２１】
前記装置（２２）が、前記ハウジング（６）内で前記燃料電池（２）の外部に配置されていることを特徴とする、請求項２０に記載の燃料電池装置。
【請求項２２】
アノード領域（４）とカソード領域（３）とを有し、ハウジング（６）内に配置されている少なくとも１つの燃料電池（２）を備え、前記ハウジング（６）のスペース（７）を清浄する清浄媒体（２２）が、前記燃料電池（２）の外部の前記ハウジング（６）内に送り込まれる燃料電池装置（１）の作動方法であって、
前記カソード領域（３）の排出ガスライン（１５、１５ａ）を流れる排出ガス流は、前記スペース（７）に含まれる、前記清浄媒体（２２）を含有する前記媒体混合物が前記スペース（７）から吸引されるように、装置（１６、１７、１８、１９）によって流体的に前記スペース（７）に連結されることを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記装置（１６、１７、１８、１９）が、前記スペース（７）内の燃料濃度に応じて、前記媒体混合物を吸引するために作動解除されることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記スペース（７）が、外気によって清浄されることを特徴とする、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記カソード領域（３）から流出する前記排出ガス流が、必要に応じて、好ましくは前記スペース（７）の燃料濃度に応じて、前記排出ガスライン（１５、１５ａ）を介して送られる、及び／又は前記装置（１６、１７、１８、１９）の上流で前記排出ガスライン（１５、１５ａ）から分岐している迂回ライン（２５）を介して送られることを特徴とする、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アノード領域とカソード領域とを有し、ハウジングの中に配置されている、少なくとも１つの燃料電池を備える燃料電池装置に関する。ハウジングを清浄するための清浄媒体は、燃料電池外部のハウジング内へ送り込むことが可能である。さらに、本発明は、燃料電池装置の作動方法に関し、本方法では、燃料電池が配置されているハウジングを清浄する清浄媒体が、燃料電池外部のハウジング内に送り込まれる。
【背景技術】
【０００２】
このような種類の燃料電池装置及びこのような種類の方法は、特許文献１から知られている。そこでは、清浄媒体として空気が外部から供給される。
【０００３】
燃料電池システムの場合、複数の燃料電池を備える燃料電池又は燃料電池スタックを、ハウジング内に格納するのが普通である。このハウジングの役割は、１つには、汚れ、ほこり、水分など、外部の影響から燃料電池スタックを保護することであり、もう１つは、燃料電池スタック、特にアノードで万一漏れが生じた場合に、それに関連して排出される水素を収集して、適切に規定の場所に送ることである。しかし、この場合に問題となるのは、燃料電池スタックの漏れによって、ハウジング内部で混合気が生じ、これらの混合気は、その成分により、可燃性又は爆発性の気体混合を形成していることである。このことは、従来技術においては、外気が常にハウジングを通過して流れるようにすることによって防止され、その外気は、ブロワ又はベンチレータによって周辺からハウジング内に送られる。この場合、燃料電池装置のブロワは、特許文献１に従って、カソードの空気供給の役割も果たしている。流入ラインの他に、ハウジングには流出ラインが配置されており、この流出ラインは、例えば排気ダクト又は排ガスダクトに通じている。外気がハウジングを常に通過して流れていることにより、ハウジング内では水素と空気との好ましくない混合物が発生しないことが保証されるという。ここでの問題は、外気の流れを作るために、独立したブロワを追加的に設けなければならないことである。このブロワは、モータによって相応に駆動されなければならないが、このことはシステムの全効率にマイナスの影響を及ぼす。しかしながら、エネルギー変換に対する貢献は何もない。このブロワは、通常、性能が制限されており、従って、特定の、比較的小さい気流しか流すことができないため、常に作動していることが必要となる。
【０００４】
さらに、ハウジング内部にはセンサを配置することができ、このセンサで、ハウジング内の水素濃度が測定される。この濃度が規定の限界値を上回ると、ブロワは、場合により、ハウジング内の水素濃度を相応に下げるために外気を送ることができなくなるか、又は十分に外気を送ることができなくなるため、燃料電池システム全体のカットオフが行われる。外気による清浄は、その他にも、とりわけ外気が２１％の酸素を含んでいることが欠点である。酸素は、最終的に混合気の成分となり、この混合気は、該当する水素濃度で、爆発を起こす可能性がある。さらに、ブロワが常時作動していると、ブロワ音が不快に感じられるおそれがある。
【０００５】
この関連において、例えば、燃料電池システムのカソード領域用コンプレッサの吸気範囲にあるエアフィルタユニット後部で、ハウジングに通じるラインが分岐している燃料電池システムも知られている。このラインには、同様にブロワが配置されており、このブロワによって、分岐した空気がハウジングに送られる。このハウジングから再度排出される媒体は、コンプレッサ前で、カソード領域の吸気範囲に送り込まれる。それによって、ハウジングの混合気はコンプレッサに送られ、混合気はこのコンプレッサによって吸引され、燃料電池のカソード領域に供給される。ハウジングから送り出される水素の割合は極めて僅かであり、さらに、コンプレッサによる外気からのインテークエアによって再度薄められる。このガス流は圧縮されてカソードへ供給され、そこで極めて僅かな割合の水素が化学的に反応する。従って、水素は、絶対に外部又は周辺に排出されないことが保証されるという。この分岐しているライン内のブロワには、すでに上述したことが当てはまり、ここでも、ブロワは、固定された箇所で常時作動しており、ハウジングは常に清浄される。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００５／０９９０１７Ａ２
【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、燃料電池の外部において、ハウジングの効果的な清浄が、特にそのために設けられたブロワによって発生する不快な騒音もなく保証され、さらにこの清浄によって、燃料と酸化剤との好ましくない混合物が生成されない、燃料電池装置及び燃料電池装置の作動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する燃料電池装置及び請求項２２に記載の特徴を有する方法によって解決される。
【０００９】
本発明に基づく燃料電池装置には、アノード領域とカソード領域とを有し、ハウジング内に配置されている少なくとも１つの燃料電池が含まれている。ハウジングを清浄するための清浄媒体は、燃料電池の外部のハウジングのスペース内に送り込むことが可能である。この燃料電池装置には、スペース内に含まれる清浄媒体を含有する媒体混合物を排出するための装置が含まれており、この装置は、ハウジング内部及びカソード領域から延びる排出ガスラインに接続されている。さらに、この装置は、媒体混合物をハウジングのスペースから排出する際に、このスペースと、従って媒体混合物とが、排出ガスラインを流れる排出ガス流と流体的に連結しているように形成されている。この装置によって、ほぼアクティブに働く構成部品（例えばブロワなど）がなくても、簡単に清浄を行うことができる構成部品を提供することができ、さらに、好ましくない媒体混合物、特に好ましくない水素と空気の混合物がスペース内に発生しないようにすることもできる。
【００１０】
従って、この装置は、いわばパッシブに働くユニットであり、それによって、アクティブに働くユニットと比べ、高い信頼性を達成することができる。この装置は、スペース内に含まれる媒体混合物の排出又は吸引が可能となるように、流体的相互関係を利用するよう設計されている。従って、この媒体混合物を排出するためのブロワなどのアクティブな構成部品は、ハウジングから完全に省略されている。
【００１１】
清浄媒体は、周辺から送り込まれる外気であることが好ましい。
【００１２】
好ましいのは、排出ガス流が媒体混合物をスペースから自動的に吸引できる推進噴射流であるように、この装置が形成されていることである。
【００１３】
特に、この装置は、ポンプ、好ましくはジェットポンプとして形成されている。これは、とりわけ簡単に設計され、設計面で極めて信頼性がある。このようなジェットポンプにより、流れている排出ガス流と組み合わせて、スペースからの媒体混合物の自動的吸引について、流体的相互関係を極めて効果的に実施することが可能となる。
【００１４】
好ましいのは、この装置、特にジェットポンプが狭窄部を有しており、この狭窄部の流路断面は、狭窄部前後の流路断面に比べ縮小されていることである。従って、この装置は、この狭窄部を考慮して、流路断面が狭窄部の前後でそれぞれ広がっているように設計されている。このことにより、流体的には、例えばラバール・ノズルのようなノズル効果も保証される。排出ガス流が狭窄箇所を通り抜けて流れることにより、スペースから媒体混合物を吸引するための流体的連結が、この狭窄部とスペースとの接続を通してとりわけ適切に行われる。
【００１５】
特に、この関連において、この装置は、この狭窄部から分岐した、スペースに通じるラインを有している。
【００１６】
とりわけ、スペースに通じるラインの開口部は、横方向に向けられている。この関連において、このラインは、ほぼ横方向に、特に水平にスペース内に合流することができる。
【００１７】
スペースに通じるラインの開口部が上方に向けられ、このラインが、特には垂直に、（重力方向に関して）上方へ延びているようにすることもできる。この第２の解決方法により、ハウジング内で上昇していく燃料、特に水素又は水素含有ガスを、とりわけ有利に吸引し、それによってハウジングを非常に効果的に清浄することができるようになる。
【００１８】
好ましいのは、媒体混合物をスペースから排出する装置、特にこの装置のラインが、（重力方向に関して）スペース内の燃料電池の上方に通じていることである。スペース内の燃料は上方へ向かっていくため、この実施形態によって、漏れなどの理由により燃料電池から発生して、上方へ向かう燃料を非常に良く排出することができるという点を考慮することができる。好ましくは、ハウジングが、清浄媒体を供給する開口部を有しており、この開口部は、（重力方向に関して）燃料電池の下方に形成されている。この実施形態により、清浄媒体が燃料電池の下方から又は燃料電池の下部で流入することにより、燃料はさらに上方へ移動することができ、そこでハウジングから清浄又は排出されるため、清浄効果を促進することができる。好ましくは、ハウジングが、清浄媒体を供給する開口部を有しており、この開口部は、（重力方向に関して）燃料電池の上方に形成されているようにすることもできる。
【００１９】
この開口部は、好ましくは、閉鎖エレメントによって閉鎖可能であり、この閉鎖エレメントは特に電気的に制御可能である。この実施形態により、開口部は常に開いているのではなく、必要に応じて開閉することができるようになる。特に、閉鎖エレメントの閉鎖位置又は開位置は、燃料電池の外部にあるハウジングのスペースにおける燃料濃度に応じて行われるようになっている。
【００２０】
この燃料濃度は、これを検知する装置、特に有効なセンサによって特定されるのが好ましい。このセンサは、好ましくは燃料電池の外部にあるハウジング内に配置されている。特に、センサは、高さについては、（重力方向に関して）燃料電池の上方、好ましくはハウジングの上部カバーに隣接して配置されている。
【００２１】
この装置は、とりわけ、完全にハウジングの中に配置されている。それによって、コンパクトな設計にすることができる。
【００２２】
特に、ハウジングから媒体混合物を排出する装置の上流には、この装置を迂回する迂回ラインが形成されており、この迂回ラインは、カソード領域の排出ガスラインから分岐している。それによって、状況及び必要に応じて、排出ガス流を適宜迂回させることのできるバイパス構造を作ることができる。流体原理を実施するために必要となる排出ガス流の割り当ては、それにより、非常に精密に配分される。そのため、作動段階に応じ、排出ガス流全部を、この装置を介して送ることができ、他方では、流れの一部だけこの装置を通して送ることも、あるいは全排出ガス流を迂回ラインによって送ることも可能となる。
【００２３】
特に、媒体混合物を排出する装置を介して流れる排出ガス流の割り当て及び迂回ラインを介して流れる排出ガス流の割り当ては、調整が可能である。排出ガス流の割り当てが、ハウジングスペース内の燃料濃度に応じて調整されるのが好ましい。特に好ましいのは、この関連において、燃料電池装置が調整エレメントを有しており、この調整エレメントは、一方で、装置を備える排出ガスラインの流路断面を変更し、もう一方で、迂回ラインの流路断面を変更することができる。好ましくは、この調整装置が電子制御可能であり、適宜位置を変更することができる。このことは、特に、媒体混合物が存在するスペースの燃料濃度に応じて行うことができる。とりわけ、この調整エレメントは、排出ガスラインと迂回ラインとの間の分岐地点に配置されている。
【００２４】
好ましいのは、燃料電池装置が触媒を有しており、スペースから排出される媒体混合物がこの触媒を通過することである。この触媒により、好ましい方法では、媒体混合物に含まれる燃料を蓄積することが可能であり、それによって、不適切に燃料部分の多い媒体混合物が外に送り出されるのを避けることができる。好ましいのは、この触媒が、スペースと、媒体混合物を排出する装置の狭窄部との間に延びるラインに配置されていることである。もちろん、この触媒は、ハウジングと周辺との間にある経路上の別の箇所にも配置することができ、この場合は、媒体混合物がこの経路を介して送られる。
【００２５】
アノード領域とカソード領域とを有し、ハウジング内に配置されている少なくとも１つの燃料電池を備える燃料電池装置の本発明による作動方法では、ハウジングを清浄する清浄媒体が燃料電池外部のハウジング内に送り込まれる。カソード領域の排出ガスラインを流れる排出ガス流は、スペースに含まれる、清浄媒体を含有する媒体混合物が、とりわけ自動的にスペースから吸引されるように、装置によって流体的にスペースと連結されている。この方法により、媒体混合物を清浄及び排出するために、ブロワなどのアクティブなエレメントを設ける必要はなくなる。本発明に基づく方法により、流体原理に基づいて、パッシブな方法を実現することが可能となり、それによって、構成部品が節約され、アクティブな構成部品によって燃料電池装置の効率が悪化することはない。
【００２６】
好ましいのは、スペースから媒体混合物を排出する装置が、スペース内の燃料濃度に応じて、媒体混合物を吸引するために作動解除されることである。そのため、この装置は、常に作動しているのではなく、特別必要な作動段階においてのみ使用し、適用することが可能となる。
【００２７】
特に、ハウジングのスペースは、外気を含む媒体混合物によって清浄される。
【００２８】
本発明に基づく燃料電池装置の有利な実施形態及び特に機能方法及び具体的な特徴の関連事項は、本発明の方法の有利な実施形態としても見なされる。
【００２９】
従って、本発明に基づき、媒体混合物を排出する装置、特にジェットポンプにより、「アクティブ」ではなく、「パッシブ」な構成部品又は方法が用いられ、このことにより、信頼性が高められる。有利なジェットポンプの使用により、ハウジングの通風がないシステムと比べると、重量と取付けスペースの増加が最低限で済み、追加ブロワ及び駆動モータを備えるシステムに比べると、取付けスペースと重量の増加は極めて僅かしかない。ブロワを常に駆動させる必要がないことにより、このようなジェットポンプを備えるシステムは、エネルギーの面から見てもより効果的であるため、従来技術から知られているシステムと比べて効率が高くなる。必要となる高いポンプ出力が理由で生じる、ジェットポンプによって発生する大きな圧力低下に対しては、排出空気流又は排出ガス流が、迂回ラインを通ってジェットポンプを回避し、排出空気範囲において圧力低下の非常に低い経路を選択することによって対処する。この場合、調整エレメント（特にフラップ）は、必要に応じて、排出ガス流がジェットポンプを介して送られ、媒体混合物（特に混合気）をハウジングから吸入するように調整される。好ましくは、このことが、媒体混合物を含むハウジングのスペースで特定の燃料（特に水素）濃度が確認された場合に必ず行われ、残りの時間は、排出ガス流がバイパスライン又は迂回ラインを介して送られることにより、圧力低下及びコンプレッサのポンプ作業がより少なくなり、短時間のエネルギー増加は極めて小さくなることから、この方法は、極めて効果的である。さらに、好ましくは排出ガス流の中に配置されているフラップによって、少なくとも部分的に燃料電池スタック内の圧力レベルを高めるという可能性も生じる。このことは全体的に非効率的となるが、他方では、カソード領域の圧力上昇により、燃料電池の出力又は出力密度を高めるという可能性を提供する。特に、過度に低圧になる燃料電池を使用する場合がそのケースである。このことは、また、バイパスラインなしでジェットポンプを使用する場合であっても、効率損失が比較的少ないことを意味する。なぜなら、大きな圧力低下の場合、すなわち、排出ガス流がジェットポンプによって送られる場合、ポンプ出力の増加は、カソード領域の圧力増加と、それによる燃料電池スタックの効率上昇とにより、少なくとも部分的に補整できるからである。 
【００３０】
カソード領域で発生する排出ガス流とアノード領域で発生する排出ガス流とが、ジェットポンプによって送られ、有利に利用されている触媒エレメントを、必ずしも、媒体混合物を排出する装置と媒体混合物を含むスペースとを接続するサクションラインに配置するのではなく、排出ガスラインの範囲内に配置して、その中で、カソードの排出空気、アノードの清浄された燃料及び収集された漏れ物質が一緒にその触媒エレメントを介して送られるように、燃料電池装置を形成することもできる。
【００３１】
安全性の観点から、無電流状態では、カソード領域の排出ガス流が、常に、スペースから媒体混合物を排出する装置を通って流れ、それによって媒体混合物をハウジングから吸入するように、カソード領域の排出ガスライン内の調整エレメントを設定することもできる。このことにより、調整エレメント（特にフラップ）を調整するアクチュエータが故障した場合でも、媒体混合物は確実にハウジングから吸引されることになるであろう。
【００３２】
引き続き、本発明の実施例を図に基づいて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に基づく燃料電池装置の第１の実施例。
【図２】本発明に基づく燃料電池装置の第２の実施例。
【図３】本発明に基づく燃料電池装置の第３の実施例。
【図４】本発明に基づく燃料電池装置の第４の実施例。
【図５】本発明に基づく燃料電池装置の第５の実施例。
【図６】本発明に基づく燃料電池装置の第６の実施例。
【図７】本発明に基づく燃料電池装置の第７の実施例。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図の中には、同一のエレメント又は機能の同じエレメントには同じ番号が付されている。
【００３５】
図１には、移動可能な燃料電池システムとして形成され、車両に配置されている燃料電池装置１が示されている。この燃料電池装置１には、アノード領域４とカソード領域３とを有する燃料電池２が含まれている。カソード領域３とアノード領域４とは、ＰＥＭ（プロトン交換膜）５によって互いに分離されている。燃料電池２は、本実施例において、ＰＥＭ燃料電池として形成されている。この燃料電池装置１には、好ましくは多数の燃料電池２を備えた燃料電池スタックが含まれている。本実施例では、分かりやすくするため、１つの燃料電池２のみが示されている。
【００３６】
この燃料電池２は、ハウジング６の中に配置されており、このハウジングは、汚れ、外部からの影響及び損傷から燃料電池２を保護している。 
【００３７】
燃料電池２の外部にあるハウジング６の内部スペース７には、燃料電池２の作動中に、燃料電池２の漏れ又は別のプロセスのために燃料がたまることがあり、このような燃料はスペース７から排出されなければならない。アノード領域４には、アノード部分を介して、燃料（特に、水素又は水素含有ガス）が供給される。これは、貯蔵タンク又は貯蔵容器８に貯蔵され、供給ライン９を介してアノード領域４に供給される。アノード排出ガスは、リターンライン及び再循環装置（例えばポンプなど）によって、全部又は部分的に再度アノードに供給される（図示されていない）。燃料電池２の作動中にアノード領域４で発生するアノード排出ガスは、アノード領域４の排出ガスライン１０を介して排出され、特に周辺にも送り出される。
【００３８】
さらに、燃料電池装置１には供給ライン１１を備えるカソード部分も含まれており、この供給ラインを介して、酸化剤、特に酸素又は外気などの酸素含有ガスがカソード領域３に送られる。エアフィルタ１２は、このカソード部分において、供給ライン１１に接続されているか、またはこの供給ライン内に配置されている。このエアフィルタ１２の下流には、モータ１４によって駆動され、供給ライン１１を介してカソード領域３に酸化剤を送るコンプレッサ１３が配置されている。
【００３９】
さらに、燃料電池装置１及び特にカソード部分には、排出ガスライン１５が含まれており、この排気ガスラインを介して、燃料電池２の作動中にカソード領域３で発生するカソード排出ガスが排出される。カソード排出ガスは、周辺にも排出される。もちろん、カソード部分にも、アノード部分にも、再循環装置を設けることができ、これを用いて、カソード領域３の排出ガスが供給ライン１１に、又はアノード排出ガスが供給ライン９に戻される。
【００４０】
この燃料電池装置には、さらに、溜められた燃料と清浄媒体とを含む、スペース７で形成される媒体をスペース７から排出するための装置が含まれる。この装置は、本実施例ではジェットポンプ１６として設計されている。ジェットポンプ１６は、部分エレメントと共に排出ガスライン１５内に配置されているか、又はこのラインに接続されている。ジェットポンプ１６は、パッシブな構成部品として形成されている。流体的相互関係により、ジェットポンプ１６の適切な形態によって、スペース７に含まれる媒体混合物は、必要及び状況に応じて、自動的に吸引されるようにできる。そのために、ジェットポンプ１６は、一方で、ライン１７を介してスペース７に接続され、他方で、排出ガスライン１５に接続されている。カソード領域３から流出する排出ガス又はそこから流出する排出ガス流は、排出ガスライン１５を通り、従ってジェットポンプ１６も通って流れる。排出ガス流が流れ、ジェットポンプ１２がスペース７に接続されていることから、流体的相互関係により、スペース７から媒体混合物が吸引される。このことは、この装置又はジェットポンプ１６が、狭窄部１９を有するエレメント１８を含むことにより、とりわけ有利に行われる。このエレメント１８は、流路断面を変更するように、軸方向、すなわち長手方向、及びこの関連において排出ガスライン１５の長手方向に形成されるように作られている。この関連において、狭窄部１９の流路断面は、この狭窄部１９の前後の流路断面よりも小さくなっている。従って、ジェットポンプ１６のエレメント１８は、狭窄部１９の前後でそれぞれ流路断面が広げられて形成され、それによってラバール・ノズルの原理が実現されている。
【００４１】
この狭窄部１９には、ライン１７が合流している（合流箇所２０を参照）。図１に示されているように、ライン１７は、高さについては（ｙ方向）、（重力方向に関して）燃料電池２の上方にある、ハウジング６の箇所から分岐している。このことは、燃料電池２から流出する燃料が、スペース７の上方へ（プラスのｙ方向）に向かうため有利である。図示されている実施形態の場合、ライン１７は、ほぼ水平にハウジング６から出て、それにより、開口部２１がほぼ横方向に向けられ、従ってスペース７から横方向に吸引が行われるように方向づけられている。ジェットポンプ１６は、燃料電池２の下流に配置され、スペース７及び排出ガスライン１５に接続されている。
【００４２】
スペース７の清浄には、外部又は周辺から外気２２が開口部２３を介してハウジング６に送り込まれる。開口部２３は、図１の実施形態に基づき、ハウジング６の下部又は底面に配置されており、従って、高さについては（重力方向に関して）燃料電池２の下方に実施されている。
【００４３】
カソード領域３から流出する排気ガス流は、排出ガスライン１５を流れ、ジェットポンプ１６において推進噴射流として機能する。このことにより、流体的相互関係により、外気２２とスペース７にたまっている燃料とを含有する媒体混合物の吸引が、自動的に、パッシブに行われる。
【００４４】
図１に基づき、ジェットポンプ１６は、ハウジング６の外部に配置されていることが分かる。さらに、図１に示されている燃料電池装置１の実施例の場合、ハウジング６は常に清浄されるように実施されている。これに加え、スペース７に形成される媒体混合物も、ジェットポンプ１６によって常時吸引される。
【００４５】
図２に基づく実施例では、図１とは異なって、触媒２４が設けられており、スペース７から吸引された媒体混合物は、この触媒を通って送られる。図２では、触媒２４が、スペース７又はハウジング６と、ジェットポンプ１６のエレメント１８とを接続しているライン１７の中に配置されている。触媒２４では、燃料と酸化剤との混合物又は水素と空気との混合物に含まれる水素が消散するため、水素は全く周辺に排出されないか、又は極めて少ない量の水素しか周辺に排出されない。
【００４６】
もちろん、この触媒２４は、媒体混合物が流れる経路の別の場所にも配置することができる。
【００４７】
図３には、もう１つの実施例が示されており、この実施例は、図１とは異なって、ジェットポンプ１６がハウジング６の中に配置されるように実施されている。さらに、ライン１７は、垂直方向に（重力方向に関して）上方へ延びているため、開口部２１は上方に向けられている。従って、この開口部２１は、ハウジング６の上方、すなわち潜在的に水素がたまっているところにある。このことによって、そこにたまっている水素を、とりわけ効果的に吸引することができる。
【００４８】
図４には、もう１つの実施例が示されており、この実施例の場合、図２とは異なって、追加の迂回ライン２５が設けられている。この迂回ライン２５は、ジェットポンプ１６の上流にある分岐地点２６で排出ガスライン１５から分岐している。この迂回ライン２５により、ジェットポンプ１６を回避することができる。従って、排出ガスライン１５を流れる排出ガス流は、必要に応じて、少なくとも部分的に迂回ライン２５を介して送ることができる。このために、この実施例では、フラップ２７として形成されている調整エレメントを、電気的に制御して調整することができる。この実施例では、フラップ２７が分岐地点２６に直接配置され、調整モータ２８を介して調整することができる。この場合の調整は、継続的に行うことができる。
【００４９】
好ましいのは、スペース７の燃料濃度に応じて、排出ガス流が割り当てられて、排出されるようになっていることである。
【００５０】
さらに、迂回ライン２５を備える形態は、燃料電池１の作動時間の大部分で、カソード領域３から流出する排出ガス流を、流れ抵抗の少ない経路に沿って送ることができるという利点を有しており、少ない流れ抵抗は、迂回ライン２５を介する排出によって実現されている。このことは、コンプレッサ出力に関して、多少なりとも効果的なプロセスである。例えば、フラップ２７を断続的に操作することにより、カソード側又はカソード領域３から流出する排出ガス流が、短時間の間に何度も主要排出ガスライン１５ａ、従ってジェットポンプ１６を介して送られるため、媒体混合物をスペース７から吸引又は吸入することができる。図４に基づく実施形態の場合、ジェットポンプ１６及び迂回ライン２５及び分岐地点２６は、ハウジング６の外部に配置されている。
【００５１】
図５には、もう１つの実施例が示されており、この場合、図４とは異なって、分岐地点２６とジェットポンプ１６と迂回ライン２５の一部とが、ハウジング６の内部に配置されている。さらに、図５には、制御ユニット２９が示されており、この制御ユニットは、信号又はデータを伝送できるように、調整モータ２８及びスペース７の燃料濃度を検知する装置（特にセンサ３０）と接続されている。フラップ２７は、センサ３０によって検知された燃料濃度に応じて、制御及び／又は調整ユニット２９により作動可能な調整モータ２８によって適宜調整される。
【００５２】
特定の、規定された燃料濃度限界値が検出されると、制御及び／又は調整ユニット２９に信号が送信される。このユニット２９は、その信号を処理してフラップ２７を操作し、このフラップにより、カソード領域３からジェットポンプ１６及び排出ガスライン１５ａを通る排出ガス流の経路が設定され、これにより、媒体混合物がハウジング６のスペース７から吸引される。従って、フラップ２７の操作と、それに伴うカソード領域３の排出ガス流の経路とは、スペース７の水素濃度に応じて調整される。さらに、フラップ２７の制御は、別の又は新たなパラメータによっても制御又は調整することができる。この関連において、パラメータとしては、空気流量及びコンプレッサ１３のコンプレッサ回転数などが挙げられる。ここでは、外気２２の取り入れが、ハウジング６の底面に取り付けられた開口部２３から行われる。
【００５３】
図６には、もう１つの実施例が示されており、この例では、開口部２３はハウジング６の底面ではなく、ハウジング６の側面にある箇所に形成され、この箇所は、高さについては（重力方向に関して）燃料電池２の上方に配置されている。この実施形態の場合、開口部３１は、閉鎖エレメント３２によって閉鎖可能であり、この閉鎖エレメント３２は、制御及び／又は調整ユニット２９によって制御することができる。例えば、この閉鎖エレメント３２は、磁気によって操作することが可能である。ここでも、信号又はデータを伝送するセンサ３０及び調整モータ２８への接続と同じく、信号ケーブルを用いて、信号又はデータを伝送する接続が実施されている。特定の限界値を超える燃料濃度がスペース７で検出されると、信号がセンサ３０からユニット２９に送信される。このユニットはその信号を処理し、フラップ２７へ信号を送り、開口部３１を解放するために、閉鎖エレメント３２に信号を送信する。ハウジング６のスペース７の燃料濃度が下がるか、又は規定の時間が過ぎると、フラップ２７と閉鎖エレメント３２とが制御されて、再び通常の状態に戻される。このことは、一方では、開口部３１が閉鎖エレメント３２により閉められることによって、ハウジング６が再び閉じられ、他方では、カソード領域３から発生する排出ガス流が完全に迂回ライン２５を介して送られるようにフラップ２７が調整されることにより、ジェットポンプ１６が回避されることを意味する。この閉鎖エレメント３２の閉鎖位置及び排出ガスライン１５ａを閉鎖しているフラップエレメント２７の位置が、図６に示されている。
【００５４】
図７には、図６の実施形態とは異なり、閉鎖エレメント３２が開状態になっている燃料電池装置１の実施例が示されている。さらに、迂回ライン２５が完全に閉じられ、カソード領域３から流出する排出ガス流が、完全に排出ガスライン１５ａとジェットポンプ１６とを介して送られる状態を作っているフラップ２７が示されている。
【００５５】
新たな実施例を作るため、特殊な実施例の個々の特徴又は特徴の組合せは、当然ながら、その他の例の特徴及び特徴の組合せと結びつけることができる。さらに、実施例の中で記述されていない特徴又は特徴の組合せは、当然ながら、それぞれの実施例に付け加えられるものとして理解されなければならない。
【符号の説明】
【００５６】
１  燃料電池装置
２  燃料電池
３  カソード領域
４  アノード領域
５  ＰＥＭ
６  ハウジング
７  スペース
８  貯蔵タンク
９、１１  供給ライン
１０、１５  排出ガスライン
１２  エアフィルタ
１３  コンプレッサ
１４  モータ
１６  ジェットポンプ
１７  ライン
１８  エレメント
１９  狭窄部
２０  合流地点
２１  開口部
２２  外気
２３、３１  開口部
２４  触媒
２５  迂回ライン
２６  分岐地点
２７  フラップ
２８  調整モータ
２９  制御ユニット
３０  センサ
３２  閉鎖エレメント
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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