【手続補正書】
【提出日】令和1年11月6日(2019.11.6)
【手続補正１】
【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】
燃料電池システムのアノードガス回路における再循環率を求める測定方法において、
前記燃料電池システムは、カソード室に配置された少なくとも１つのカソードと、アノード室に配置された少なくとも１つのアノードと、前記カソード室と前記アノード室との間に配置された電解質と、を有する少なくとも１つの燃料電池を有し、少なくとも１つのガス搬送装置により、アノードガス再循環路を介して前記アノード室から前記少なくとも１つの燃料電池へとアノードガスを供給し、前記アノードガスは前記アノードガス再循環路に配置された少なくとも１つのアノードガス熱交換器により温度管理されるものであって、当該方法は、
前記燃料電池システムの動作時に第１質量流量が通過する前記アノードガス再循環路の第１流路部における第１圧力損失を測定し、
前記燃料電池システムの動作時に前記第１質量流量とは異なる流量を持つ第２質量流量が通過する前記アノードガス再循環路の第２流路部における第２圧力損失を測定し、
前記第１圧力損失に対する前記第２圧力損失の割合を示す商により、圧力損失比を算出し、
前記燃料電池システムのシステム特性曲線を前記算出した圧力損失比の関数として用いることで前記アノードガス回路における再循環率を決定する、ことを特徴とする。
【請求項２】
請求項１に係る測定方法において、
前記圧力損失比と前記再循環率との相関関係を示す前記特性曲線が、本質的に電流負荷から独立していることを特徴とする。
【請求項３】
請求項１又は２に係る測定方法において、
前記特性曲線が、前記圧力損失比と前記再循環率との線形的な相関関係を示すことを特徴とする。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に係る測定方法において、
前記再循環率の増加に伴い、前記圧力損失比が前記特性曲線に沿って減少することを特徴とする。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に係る測定方法において、
前記燃料電池システムの特性曲線は、異なる再循環率における前記圧力損失比を求めることによってキャリブレーションされることを特徴とする。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に係る測定方法において、
前記第１流路部における前記第１圧力損失は、前記少なくとも１つのアノードガス熱交換器の低温側に設けられたアノードガス供給路において測定され、前記第２流路部における前記第２圧力損失は、前記同一のアノードガス熱交換器の高温側に設けられたアノードガス排出路において測定されることを特徴とする。
【請求項７】
請求項６に係る測定方法において、
前記第１圧力損失は、前記低温側に設けられた前記アノードガス供給路において、前記少なくとも１つのアノードガス熱交換器の上流と下流とで測定され、前記第２圧力損失は、前記高温側に設けられた前記アノードガス排出路において、前記同一のアノードガス熱交換器の上流と下流とで測定されることを特徴とする。
【請求項８】
請求項１から６の何れか一項に係る測定方法において、
前記第１圧力損失は、低温側に設けられたアノードガス供給路において、前記少なくとも１つのアノードガス熱交換器の上流と下流とで測定され、前記第２圧力損失は、前記アノードガス再循環路の前記第２流路部において、前記アノード室の上流と下流とで測定されることを特徴とする。
【請求項９】
請求項１から６の何れか一項に係る測定方法において、
前記少なくとも１つのガス搬送装置を用いて前記アノードガスを改質器に供給することを特徴とする。
【請求項１０】
燃料電池システムのアノードガス回路における再循環率を測定する、請求項１から９の何れか一項に係る測定方法を実行するための測定装置であって、
アノードガス再循環路の第１流路部に沿って配置された、互いに離れた２つの測定点から第１圧力損失を測定する少なくとも１つの第１圧力損失測定ユニットと、
前記アノードガス再循環路の第２流路部に配置された、互いに離れた２つの測定点から第２圧力損失を測定する少なくとも１つの第２圧力損失ユニットと、
圧力損失比を算出する演算ユニットと、
評価ユニットと、を備え、
前記第１流路部には、前記燃料電池システムの動作時、第１質量流量が流れ、
前記第２流路部には、前記燃料電池システムの動作時、前記第１質量流量とは異なる流量を持つ第２質量流量が流れ、
前記演算ユニットは、算出した第１圧力損失に対する第２圧力損失の前記割合を表す商により前記圧力損失比を算出し、
前記評価ユニットは、前記算出された圧力損失比と、前記算出された圧力損失比の関数となる前記燃料電池システムのシステム特性曲線と、に基づいて、対応する前記再循環率を算出し、
該再循環率を表示ユニットにより表示することを特徴とする。
【請求項１１】
請求項１０に係る測定装置であって、
前記演算ユニットと、前記評価ユニットと、前記表示ユニットとは、信号線で連結されていることを特徴とする。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に係る測定装置であって、
前記システム特性曲線は、前記燃料電池システムのために、異なる再循環率における前記圧力損失比を求めることによってキャリブレーションされることを特徴とする。
【請求項１３】
請求項１０から１２の何れか一項に係る測定装置であって、
前記システム特性曲線を、電流負荷から独立している前記圧力損失比と前記再循環率との相関関係を用いて選択することを特徴とする。
【請求項１４】
請求項１０から１３の何れか一項に係る測定装置であって、
前記システム特性曲線を前記圧力損失比と前記再循環率との線形的相関関係を用いて選択することを特徴とする。
【手続補正２】
【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】
ベンチュリ管のような圧力計を追加することによる、別の大きな問題点として、圧力差を用いてアノードガス回路内の再循環率を精度良く測定するには、圧力計を通過するアノード排出ガスの正確な組成を把握している必要があることが挙げられる。しかし、動作中に気体組成を正確に把握することは困難であるため、再循環率を正確に測定することも難しくなる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
別の実施例では、第１圧力損失は、熱交換器低温側に設けられたアノードガス供給路において、少なくとも１つのアノードガス熱交換器の上流及び下流で測定され、第２圧力損失差は、アノードガス再循環路の第２流路部において、アノード室の上流及び下流で測定される。この実施例では、アノードガス供給路における熱交換器の上流と下流の第１圧力損失が、アノード室の上流及び下流における第２圧力損失と比較される。よって、この実施例では、熱交換器における圧力損失と燃料電池のアノード室における圧力損失とを比較して圧力損失比を求めている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図１は、最先端の燃料電池システム１における流れを概略的に示す。該燃料電池システム１には、カソード室１１に設けられた少なくとも１つのカソード１２と、アノード室１３に設けられた少なくとも１つのアノード１４と、カソード室１１及びアノード室１３の間に設けられた電解質１５と、を有する少なくとも１つの燃料電池１０が設けられる。動作中、矢印１９で示す酸素は、電解質１５を通ってカソードからアノード室１３へと流れる。追加の圧力計２５（例えば、ベンチュリ管２５）は、再循環率を求めるためにアノードガス回路５０に設けられる。また、アノードガス５２の再循環路５１に設けられた圧力計２５に加え、アノードガス回路５０は、アノードガス供給路５３としての回路部と、アノードガス排出路５４としての回路部とを有する。ここで、アノードガス供給路５３は、アノード室１３の入口側に向かう流路であり、アノードガス排出路５４は、アノード室１３の出口側から該アノード室１３から離れる方向に向かう流路である。アノードガス排出路５４は、アノード室１３の後、アノードガス順路５１の下流において、アノードガス排出流５５とアノード再循環ガス流５６とに分かれる。アノード再循環ガス５６は、新しい燃料５７と混合され、その混合気はアノードガス供給路５３を通ってアノード室に供給される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
したがって、アノード１４とカソード１１で発生する化学反応や、燃料電池の両電極を介して起こる全反応は、以下のようにまとめることができる：
アノード：          Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
カソード：          １/２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２− 
全反応：            ２Ｈ２＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
第１圧力損失ΔＰ１＿２は、第１圧力損失測定ユニット９１を用いて測定される。第１圧力損失測定ユニット９１は、アノードガス再循環路５１の第１流路部１０１に沿って離れて配置された２つの圧力測定点Ｐ１、Ｐ２を持つ。燃料電池システム１の動作時、第１質量流量Ｍ１＿２は第１流路部１０１を流れる。圧力測定点Ｐ１は、アノードガス熱交換器６０上流のアノードガス供給路５３に設けられる。圧力測定点Ｐ２は、アノードガス熱交換器６０下流のアノードガス排出路５４に設けられる。よって、第１圧力損失ΔＰ１＿２は、第１流路部１０１に沿いのアノードガス熱交換器６０を挟んだ熱交換器低温側６１で測定される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
第２圧力損失ΔＰ３＿４は、第２圧力損失測定ユニット９２を用いて測定される。第２圧力損失測定ユニット９２は、アノードガス再循環路５１の第２流路部１０２に沿って離れて配置された２つの圧力測定点Ｐ３、Ｐ４を持つ。燃料電池システム１の動作時、第２質量流量Ｍ３＿４は第２流路部１０２を流れる。なお、第２質量流量Ｍ３＿４にはアノードガス供給路５３のアノードガス５２に加え、カソード１２からアノード空間１３に流れる酸素１９が加わるため、第２質量流量Ｍ３＿４は、第１質量流量Ｍ１＿２よりも流量が大きい。したがって、本発明の実施例は、第１質量流量よりも大きな第２質量流量のもとで実行されることとなるが、その比率が、１点か複数点、あるいは全ての圧力測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で現れる。圧力点Ｐ３は、アノードガス排出路５４のアノードガス熱交換器６０上流に設けられる。圧力点Ｐ４は、アノードガス排出路５４のアノードガス熱交換器６０下流に設けられる。第２圧力損失ΔＰ３＿４は、第２流路部１０２に沿いのアノードガス熱交換器６０を挟んだ熱交換器高温側６２で測定される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
あるいは、第２圧力損失ΔＰ２＿３は、アノードガス再循環路５１の第２流路部又はその他の流路部１０３に沿って、２つの離れた圧力測定点Ｐ２、Ｐ３と共に設けられた第２圧力損失測定ユニット９３による差圧測定の影響を受け得る。なお、圧力測定点Ｐ２は、アノードガス排出路５４においてアノードガス熱交換器６０の下流に設けられる。圧力測定点Ｐ３は、アノードガス排出路５４においてアノードガス熱交換器６０の上流に設けられる。よって、第２圧力損失ΔＰ２＿３は、燃料電池１０のアノード区画１３を介して決まる。また、第２流路部又はその他の流路部１０３を流れる質量流量Ｍ２＿３は、第１流路部１０１の質量流量Ｍ１＿２よりも大きい。再循環率ＲＲを求めるために、当該第２圧力損失ΔＰ２＿３は、第１流路部１０１に沿って求められた第１圧力損失ΔＰ１＿２と比較される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
図５は、燃料電池システム１のシステム特性曲線Ｓを、対応する圧力損失比ＲΔＰの関数として用いてアノードガス回路５０の再循環率ＲＲを求める測定方法を示す図である。圧力損失比ＲΔＰと再循環率ＲＲとの相関関係を示すシステム特性曲線Ｓは、電流負荷５０％、７５％、１００％においてそれぞれ測定された３つのデータが示すように、本質的に電流負荷とは独立している。また、本発明の方法をより簡略化するために、求められる精度によっては、システム特性曲線Ｓが電流負荷と独立しているものと推定しても良く、その場合、システム特性曲線Ｓは、各電流負荷とは独立した異なる複数の再循環率における圧力損失比ＲΔＰを求めて燃料電池システム１用にキャリブレーションされる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
あるいは、システム特性曲線Ｓが、圧力損失比ＲΔＰと再循環率ＲＲとの線形的な相関関係を示すものと推定しても良い。この場合、キャリブレーションも簡略化され、少なくとも各電流負荷と独立した２点において圧力損失比ＲΔＰを求めれば足りる。なお、圧力損失比ＲΔＰと再循環率ＲＲとの相関関係が線形にならず、例えば指数となる場合には、少なくとも３つの再循環率ＲＲにおいて圧力損失比ＲΔＰを求める必要がある。