(57)【要約】燃料電池の原理に基づいた少なくとも１つの燃料電池モジュールを含む燃料電池設備に排ガス触媒（２５）を取付け、個々の燃料電池構成単位における水素極側のガスを、この設備にて無害化する。ガスとしては、特に過剰の水素ガスが問題となり、水素用の触媒を設けるのが基本であるが、必要に応じて一酸化炭素や炭化水素用排ガス触媒を設けることもできる。排ガスをシステムに戻す方法のような、そこに含まれる不燃性ガス等による悪影響がない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池モジュールを水素又は水素に富む気体で作動させるＨＴ−ＰＥＭ（高温ポリマー電解質膜）燃料電池及びその膜電極構成単位（ＭＥＡ）の積層体から成る少なくとも１つの燃料電池モジュールを有する燃料電池設備において、水素（Ｈ２）又は水素に富む燃料ガスで作動するＨＴ−ＰＥＭ燃料電池の膜電極構成単位（２１、２１′・・・）の排ガス側に水素、一酸化炭素及び炭化水素の少なくとも１つのための排ガス触媒（２５）が存在する排ガス触媒を備えたＰＥＭ燃料電池設備。
【請求項２】
燃料電池モジュールが純水素で作動し、排ガス触媒が、不所望な水素（Ｈ２）の排出物を排除するＨ２触媒（２５）であることを特徴とする請求項１記載の設備。
【請求項３】
Ｈ２触媒（２５）が白金ネットであることを特徴とする請求項２記載の設備。
【請求項４】
排ガス触媒（２５）が電気的に加熱可能であることを特徴とする請求項１記載の設備。
【請求項５】
この排ガス触媒（２５）が発熱性の触媒であることを特徴とする請求項１又は２記載の設備。
【請求項６】
燃料電池モジュール（２０）の手前に、液体燃料から水素（Ｈ２）又は水素に富む燃料ガスを得るのに用いる改質器（１１０）が接続されたことを特徴とする請求項１記載の設備。
【請求項７】
排ガス触媒（２５）の発熱反応の熱エネルギーを、改質器（１１０）に供給することを特徴とする請求項５又は６記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ポリマー電解質膜（ＰＥＭ）燃料電池の積層体から成る少なくとも１つの燃料電池モジュールを有する燃料電池設備に関する。
【０００２】
ＰＥＭ（Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ）燃料電池モジュールを持つ燃料電池設備は、例えば欧州特許第０７７４７９４号明細書から公知である。更に、この種ＰＥＭ燃料電池モジュールが、高温、即ちＰＥＭ燃料電池の通常の作動温度である６０℃以上の温度で作動可能であることも公知である。この場合、これをＨＴ−ＰＥＭ燃料電池と云う。ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池では、動作温度は６０〜３００℃、特に１２０〜２００℃の範囲で上下する。
【０００３】
ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池では、特に該電池の作動が、改質器で燃料から得た水素に富む可燃性ガス又は水素の不純物に耐性であると有利である。それは、水素で作動する燃料電池に、通常水素が過剰に供給され、その排ガスが、通常燃料電池の水素極側でなお水素残分を含んでいるからである。この残留水素は、システムに戻さねばならず、さもなければ環境に流出することになる。
【０００４】
特にＨＴ−ＰＥＭ燃料電池を、例えばガソリン、メタノール、即ち高分子量の炭化水素のような液体燃料から改質器により生成した水素分の多いガスで作動する場合や、ＰＥＭ燃料電池の高温作動時に許容し得る汚染物質を含む水素分の多いガスで作動する場合、この残りの可燃性ガスをシステムに戻すことは、このガスが高率で不燃性ガスを含んでいるため好ましくない。
【０００５】
従って本発明の課題は、水素返送の代案となる解決法を提供することにある。
【０００６】
この課題は、本発明により、請求項１の特徴事項により解決される。その改善事例については従属請求項に記載してある。
【０００７】
本発明では、ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池モジュールに水素及び／又は一酸化炭素及び／又は炭化水素用の排ガス触媒を取付ける。このＨＴ−ＰＥＭ燃料電池モジュールを専ら純水素で作動させると、排ガス触媒で特に過剰な水素を中和し、環境に流出するのを防げる。その際、発熱的に作動する触媒で発生する熱エネルギーを、ＰＥＭ燃料電池の手前に接続した改質器に供給できる利点がある。
【０００８】
排ガス触媒として、従来技術から公知の触媒が使用できる。特に水素触媒として、例えば白金ネットが好適である。かかる触媒は電気的に加熱でき、特にＨＴ−ＰＥＭ燃料電池の作動温度状態になる。
【０００９】
本発明の更なる詳細と利点を、請求項との関連下に、図面に基づきその実施例を参照しつつ以下に詳述する。
【００１０】
図１は、排ガス触媒と接続したＨＴ−ＰＥＭ燃料電池の作動の方法を示すブロック系統図である。
【００１１】
図１は、燃料電池設備のシステム１０を示す。この種システム１０は、燃料電池モジュールとその副次的集合機器を含む。例として、ＰＥＭ燃料電池として組立てた燃料電池モジュールを２０で略示する。ここにＰＥＭとは、固体電解質での所謂水素イオン交換膜（Ｐｒｏｔｏｎ　Ｅｘｃｈａｎｇｅ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ）による、水素と酸素で作動する燃料電池であり、ポリマー電解質膜（プロトン電解質膜）が、この燃料電池の主な構成要素をなす。各燃料電池に１つの膜電極構成単位（ＭＥＡ＝Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が存在し、そこで、電荷の生成下に水を生成する水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）の反応が起る。個々にバイポーラ板を有する多数のＭＥＡは、電気的に直列に接続された基本の燃料電池単位を所謂燃料電池スタックに積層し、このスタックから相応する電圧が取り出せる。
【００１２】
ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池モジュール２０を作動するための水素は、図中に略示した改質器１１０中で、例えばガソリン、メタノール又は他の高分子量炭化水素のような液体燃料から生成され、又は図示しない水素貯蔵器から取り出される。酸化剤は、周囲の空気から供給できる。過剰な水素は、燃料電池モジュール２０の膜−電極構成単位の水素極側の出口から環境に排出される。このような水素の排ガスは好ましいものではなく、できるだけ回避する必要がある。
【００１３】
図１のＰＥＭ燃料電池モジュール２０に、水素触媒２５を取付けてある。この触媒で、ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池モジュール２０の排ガス中の水素は無害になる。
【００１４】
水素（Ｈ２）用排ガス触媒としては、例えば白金ネットを使用する。この水素の化学的変換は発熱反応であるため、熱エネルギーが発生する。発生する熱を改質器１１０に供給するとよい。この熱は排ガス触媒又は排ガス自体を燃料電池、特にＨＴ−ＰＥＭ燃料電池モジュールの作動温度に加熱する。
【００１５】
特に常圧下１００℃以上の温度で作動するＰＥＭ燃料電池、即ち所謂ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池では、この不所望な水素排ガスを燃料電池モジュールの出口で十分に無害化できる。
【００１６】
ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池の作動に、例えばガソリン、メタノール又は高分子量の炭化水素から得た水素に富む可燃性ガス、及びＨＴ−ＰＥＭ燃料電池の作動では許容される一酸化炭素及び／又は炭化水素の不純物を副成分として含むものも使用できる。即ちこの場合、図１で特に水素（Ｈ２）用触媒について記載したのと同様に、一酸化炭素及び／又は炭化水素用触媒を備えることができる。従って、可燃性ガス及び排ガス中のこの種有害な副成分を無害化できる。こうして環境への負担を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＨＴ−ＰＥＭ燃料電池設備のシステムの配置図。
【符号の説明】
１０　燃料電池設備システム、
２０　燃料電池モジュール
２１、２１′・・・ＨＴ−ＰＥＭ燃料電池の膜電極構成単位
２５　排ガス触媒
１１０　改質器
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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