(57)【要約】本発明は、燃料電池スタック（３１０）の形に配置された燃料電池を備えた燃料電池装置に関する。この燃料電池装置は燃焼ガスのためのアノード入口（３１３）とアノード出口（３１４）と、カソードガスのためのカソード入口（３１５）とカソード出口（３１６）を備えている。カソードガスおよび／または燃焼ガスのガス流を加熱するために、電気式加熱装置（３２０）が設けられている。本発明に従い、電気式加熱装置（３２０）は導電性発泡材料の構造体によって形成されている。加熱すべきガスがこの構造体を流通する。構造体は給電部を接続するための電気的な端子を備えている。
2004514259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタック（１０；１１０；２１０；３１０；４１０；５１０）の形に配置された燃料電池（１２）を備え、この燃料電池がそれぞれアノード（１）とカソード（２）とそれらの間に配置された電解質マトリックス（３）を備え、更に、新鮮な燃焼ガスをアノード（１）に供給するためのアノード入口（１３；３１３；４１３；５１３）と、アノード（１）から使用済み燃焼ガスを排出するためのアノード出口（１４；１１４；２１４；３１４；４１４；５１４）と、新鮮なカソードガスをカソード（２）に供給するためのカソード入口（１５；３１５；４１５；５１５）と、カソード（２）から使用済みカソードガスを排出するためのカソード出口（１６；３１６；４１６；５１６）と、カソード入口ガスを加熱するための電気式加熱装置（２０；１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）を備えている、燃料電池装置において、電気式加熱装置（２０；１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）が導電性発泡材料の構造体によって形成され、加熱すべきガスが前記構造体を流通し、構造体が給電部を接続するための電気的な端子（２２，２３）を備えていることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
電気式加熱装置（２０；１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）の発泡構造体が特殊鋼特にＦｅＣｒＡｌＹ 、鋼または導電性セラミックスからなっていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項３】
電気式加熱装置（２０；１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）が複数の個々のセグメント（１２４ａ，１２４ｂ；２２４ａ，２２４ｂ）からなり、このセグメントがそれぞれ電気的な端子（２２，２３）を備え、加熱すべきガスがこのセグメントを流通することを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池装置。
【請求項４】
電気式加熱装置（２０；１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）のセグメント（１２４ａ，１２４ｂ；２２４ａ，２２４ｂ）が加熱すべきガス流内において異なる個所に配置されていることを特徴とする請求項３記載の燃料電池装置。
【請求項５】
電気式加熱装置（２０；１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）のセグメント（１２４ａ，１２４ｂ；２２４ａ，２２４ｂ）がそれぞれ互いに電気的に分離された端子（２２，２３）を備え、この端子が互いに別々に給電部に選択的に接続可能であることを特徴とする請求項３または４記載の燃料電池装置。
【請求項６】
電気式加熱装置（３２０；４２０；５２０）が燃料電池（１２）のカソード（２）に供給されるカソードガスを加熱するためにカソード入口（３１５；４１５；５１５）の手前のガス流内に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の燃料電池装置。
【請求項７】
カソード出口（３１４；４１４；５１４）が、使用済み燃焼ガスの少なくとも一部を燃料電池（１２）のカソード（２）に供給するために、ガス案内路（３４０；４４０；５４０）を介して、カソード入口（３１５；４１５；５１５）に接続されていることと、電気式加熱装置（３２０；４２０；５２０）がアノード出口（３１４；４１４；５１４）の後でおよびカソード入口（３１５；４１５；５１５）の手前で、ガス案内路（３４０；４４０；５４０）内に配置されていることを特徴とする請求項６記載の燃料電池装置。
【請求項８】
アノード出口（３１４；４１４；５１４）とカソード入口（３１５；４１５；５１５）の間のガス案内路（３４０；４４０；５４０）内に、混合室（３３０；４３０；５３０）が設けられ、この混合室内で、カソードガスがカソード入口（３１５；４１５；５１５）に供給される前に、アノード出口（３１４；４１４；５１４）から出る使用済み燃焼ガスの流れに混合されることと、電気式加熱装置（３２０；４２０；５２０）が混合室（３３０；４３０；５３０）と共に、アノード出口（３１４；４１４；５１４）とカソード入口（３１５；４１５；５１５）の間のガス流内に配置されていることを特徴とする請求項７記載の燃料電池装置。
【請求項９】
電気式加熱装置（３２０）がカソード入口（３１５）のすぐ手前に配置されていることを特徴とする請求項７，８記載の燃料電池装置。
【請求項１０】
電気式加熱装置（３２０）の発泡構造体が燃料電池スタック（３１０）のすべての燃料電池（１２）のカソード入口（３１５）の横断面のほぼ全体を占めていることを特徴とする請求項９記載の燃料電池装置。
【請求項１１】
電気式加熱装置（４２０）が混合室（４３０）の出口に配置されていることを特徴とする請求項７，８記載の燃料電池装置。
【請求項１２】
電気式加熱装置（５２０）が混合室（５３０）と一体的に設けられていることを特徴とする請求項７，８記載の燃料電池装置。
【請求項１３】
電気式加熱装置（１２０；２２０；５２０）の発泡構造体がアノード出口（１１４；２１４；５１４）に直接配置され、燃料電池スタックの燃料電池のアノード出口（１１４；２１４；５１４）の横断面のほぼ全体を占め、そして同時に混合室（１３０；２３０；５３０）の混合容積の少なくとも一部を形成していることを特徴とする請求項１２記載の燃料電池装置。
【請求項１４】
燃料電池のアノード出口（１１４；２１４；５１４）から出る使用済みアノードガスのガス流が第１の方向から混合室（１３０；２３０；５３０）の混合容積内に入ることと、混合されるカソードガスの流れが第２の方向から混合室（１３０；２３０；５３０）の混合容積内に入ることと、使用済みアノードガスとカソードガスの混合流れが混合室（１３０；２３０；５３０）の混合容積から第３の方向に出ることを特徴とする請求項１３記載の燃料電池装置。
【請求項１５】
電気式加熱装置（１２０；２２０）の第１の個々のセグメント（１２４ａ；２２４ａ）の１つまたは複数が、混合室（１３０；２３０）に供給されるカソードガスのガス流内に配置されていることと、電気式加熱装置（１２０；２２０）の第２の個々のセグメント（１２４ｂ；２２４ｂ）の１つまたは複数が、アノードガス出口（１１４；２１４）から出る使用済みアノードガスのガス流内に配置され、この場合、使用済みアノードガスの流れだけがまたは使用済みアノードガスの流れと混合されるカソードガスが第２のセグメント（１２４ｂ；２２４ｂ）を流通することを特徴とする請求項３，４，または５に関連する請求項１２，１３または１４記載の燃料電池装置。
【請求項１６】
電気式加熱装置（１２０；２２０）の第１の個々のセグメント（１２４ａ，１２４ｂ；２２４ａ，２２４ｂ）が、互いに平行に配置された、導電性の発泡材料からなる板によって形成されていることを特徴とする請求項３〜１５のいずれか一つに記載の燃料電池装置。
【請求項１７】
１個または複数の燃料電池スタック（３１０；４１０；５１０）がカソードガスと燃焼ガスの流路を取り囲む断熱された保護ケーシング（３５０；４５０；５５０）内に配置されていることと、燃料電池スタック（３１０；４１０；５１０）と電気式加熱装置（３２０；４２０；５２０）が互いに連結され、かつ断熱された保護ケーシング（３５０；４５０；５５０）内にまとめて配置されていることとを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つに記載の燃料電池装置。
【請求項１８】
アノード出口（１１４；２１４；３１４；４１４；５１４）から出る使用済み燃焼ガスの燃焼可能な残留成分を後燃焼させるための触媒式燃焼装置が、燃料電池のアノード出口（１１４；２１４；３１４；４１４；５１４）の後に接続配置されていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一つに記載の燃料電池装置。
【請求項１９】
触媒式燃焼装置が電気式加熱装置（１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）の発泡構造体上の触媒コーティングによって形成されていることを特徴とする請求項１８記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載した燃料電池装置に関する。
【０００２】
燃料電池スタックの形に配置された燃料電池を有する燃料電池装置が知られている。この場合、燃料電池はそれぞれ、アノードとカソードとそれらの間に配置された電解質マトリックスを備えている。燃料電池装置は新鮮な燃焼ガスをアノードに供給するためのアノード入口と、アノードから使用済み燃焼ガスを排出するためのアノード出口と、新鮮なカソードガスをカソードに供給するためのカソード入口と、カソードから使用済みカソードガスを排出するためのカソード出口を備えている。電気式加熱装置は、例えば燃料電池スタックを始動する際に、カソード入口ガスを加熱する働きをする。
【０００３】
この種の公知の燃料電池装置の場合更に、１個または複数の燃料電池スタックが、カソードガスと燃焼スの流路を取り囲む断熱された保護ケーシング内に配置され、１個または複数の燃料電池スタックと電気式加熱装置が互いに連結され、断熱された保護ケーシング内にまとめて配置されている。
【０００４】
更に、上記種類の燃料電池装置の場合、アノード出口から出る使用済み燃焼ガスの燃焼可能な残留成分を後燃焼させるための触媒式燃焼装置を、燃料電池のアノード出口の後に接続して設けることが知られている。
【０００５】
本発明の課題は、改良された燃料電池装置を提供することである。この課題は請求項１に記載した燃料電池装置によって解決される。
【０００６】
本発明による燃料電池装置の有利な実施形は従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明によって、燃料電池スタックの形に配置された燃料電池を備えた燃料電池装置が提供される。この場合、燃料電池はそれぞれ、アノードとカソードとそれらの間に配置された電解質マトリックスを備えている。燃料電池装置は更に、新鮮な燃焼ガスをアノードに供給するためのアノード入口と、アノードから使用済み燃焼ガスを排出するためのアノード出口を備えている。新鮮なカソードガスをカソードに供給するためにカソード入口が設けられ、カソードから使用済みカソードガスを排出するためにカソード出口が役立つ。カソード入口ガスを加熱するための電気式加熱装置が設けられている。本発明に従い、電気式加熱装置が導電性発泡材料の構造体によって形成され、加熱すべきガスが上記構造体を流通し、構造体が給電部を接続するための電気的な端子を備えている。
【０００８】
本発明の好ましい実施形では、電気式加熱装置の発泡構造体が特殊鋼特にＦｅＣｒＡｌＹ 、鋼または伝導性セラミックスからなっている。
【０００９】
本発明の特に有利な実施形では、電気式加熱装置が複数の個々のセグメントからなり、このセグメントがそれぞれ電気的な端子を備え、加熱すべきガスがこのセグメントを流通する。
【００１０】
有利な他の実施形では、電気式加熱装置のセグメントが加熱すべきガス流内において異なる個所に配置されている。
【００１１】
有利な他の実施形では、電気式加熱装置のセグメントがそれぞれ互いに電気的に分離された端子を備え、この端子が互いに別々に給電部に選択的に接続可能である。
【００１２】
電気式加熱装置は好ましくは、燃料電池のカソードに供給されるカソードガスを加熱するためにカソード入口の手前のガス流内に配置されている。
【００１３】
有利な他の実施形では、アノード出口が、使用済み燃焼ガスの少なくとも一部を燃料電池のカソードに供給するために、ガス案内路を介して、カソード入口に接続され、電気式加熱装置がアノード出口の後でおよびカソード入口の手前で、ガス案内路内に配置されている。
【００１４】
これを改良する好ましい実施形では、アノード出口とカソード入口の間のガス案内路内に、混合室が設けられ、この混合室内で、カソードガスがカソード入口に供給される前に、アノード出口から出る使用済み燃焼ガスの流れに混合され、電気式加熱装置が混合室と共に、アノード出口とカソード入口の間のガス流内に配置されている。
【００１５】
本発明の実施形では、電気式加熱装置がカソード入口のすぐ手前に配置されている。
【００１６】
特に有利な実施形では、電気式加熱装置の発泡構造体が燃料電池スタックのすべての燃料電池のカソード入口の横断面のほぼ全体を占めている。
【００１７】
代替的な実施形では、電気式加熱装置が混合室の出口に配置されている。
【００１８】
本発明の有利な他の実施形では、電気式加熱装置が混合室と一体的に設けられている。
【００１９】
この実施形の場合好ましくは、電気式加熱装置の発泡構造体がアノード出口に直接配置され、燃料電池スタックの燃料電池のアノード出口の横断面のほぼ全体を占め、そして同時に混合室の混合容積の少なくとも一部を形成している。
【００２０】
この実施形の場合好ましくは、燃料電池のアノード出口から出る使用済みアノードガスのガス流が第１の方向から混合室の混合容積内に入り、混合されるカソードガスの流れが第２の方向から混合室の混合容積内に入り、使用済みアノードガスとカソードガスの混合流れが混合室の混合容積から第３の方向に出る。
【００２１】
本発明による燃料電池装置の好ましい実施形では、電気式加熱装置の第１の個々のセグメントの１つまたは複数が、混合室に供給されるカソードガスのガス流内に配置され、電気式加熱装置の第２の個々のセグメントの１つまたは複数が、アノードガス出口から出る使用済みアノードガスのガス流内に配置され、この場合、使用済みアノードガスの流れだけがまたは使用済みアノードガスの流れと混合されるカソードガスが第２のセグメントを流通する。
【００２２】
本発明の有利な他の実施形では、電気式加熱装置の個々のセグメントが、互いに平行に配置された、導電性の発泡材料からなる板によって形成されている。
【００２３】
特に有利な本発明の実施形では、１個または複数の燃料電池スタックがカソードガスと燃焼ガスの流路を取り囲む断熱された保護ケーシング内に配置され、１個または複数の燃料電池スタックと電気式加熱装置が互いに連結され、かつ断熱された保護ケーシング内にまとめて配置されている。
【００２４】
本発明の他の有利な実施形では、アノード出口から出る使用済み燃焼ガスの燃焼可能な残留成分を後燃焼させるための触媒式燃焼装置が、燃料電池のアノード出口の後に接続配置されている。
【００２５】
本発明の他の観点によれば、触媒式燃焼装置が電気式加熱装置の発泡構造体上の触媒コーティングによって形成されている。
【００２６】
次に、図に基づいて本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００２７】
燃料電池装置の概略的な分解斜視図である図１において、参照符号１０は燃料電池スタックを示している。この燃料電池スタックは或る数の燃料電池１２からなっている。この燃料電池はそれぞれアノード１とカソード２とそれらの間に配置された電解質マトリックス３を含んでいる。隣接する燃料電池１２はバイポーラプレート４によって互いに分離されている。このバイポーラプレートは、燃焼ガスＢとカソードガスまたは酸化ガスＯの流れを互いに分離し、隣接する燃料電池１２のアノード１またはカソード２を経て案内する働きをする。その際、隣接する燃料電池のアノード１とカソード２はバイポーラプレート４によってガス技術的に互いに分離されているがしかし、バイポーラプレート４またはその中に含まれるコレクタ（電流コレクタ）によって同時に電気的に接触している。このような燃料電池１２を多数（この燃料電池のうち、図には見やすくするために若干の燃料電池だけが示してある）含む燃料電池スタック１０は、締付けボルト５によって締付けられている。この締付けボルトは燃料電池スタックの端部の端板６，７と協働する。
【００２８】
新鮮な燃焼ガスが燃料電池１２のアノード入口１３のところからアノード１に供給される。使用済みの燃焼ガスはアノード出口１４のところでアノード１から排出される。同様に、新鮮なカソードガスが燃料電池１２のカソード入口１５のところからカソード２に供給され、使用済みのカソードガスはカソード出口１６のところでカソード２から排出される。
【００２９】
図５〜７に示した実施の形態の場合、それぞれ１個の燃料電池スタック３１０；４１０；５１０が保護ケーシング３５０；４５０；５５０内に配置されている。この保護ケーシングは燃料電池スタック３１０；４１０；５１０を周囲に対して断熱し、燃焼ガスとカソードガスの流路を取り囲んでいるかまたは画成している。この実施の形態の場合、ファン装置３６０；４６０；５６０によって、カソードガスの流れが保護ケーシング３５０；４５０；５５０内で循環させられる。この場合、カソード出口３１６；４１６；５１６のところで燃料電池スタック３１０；４１０；５１０から出て、カソード入口３１５；４１５；５１５のところでこの燃料電池スタックに入るカソードガス流は、アノード出口３１４；４１４；５１４から排出される燃焼した燃焼ガスの流れと混合される。燃焼ガスはアノード入口３１３；４１３；５１３のところで燃料電池スタック３１０；４１０；５１０に供給される。このアノード入口は保護ケーシング３５０；４５０；５５０の内部に対してシールされている。燃焼ガスとカソードガスの流れを含む断熱された保護ケーシング内に収納されたこのような燃料電池装置は“ホットモジュール”と呼ばれる。
【００３０】
図５，６，７には更に、電気式加熱装置３２０；４２０；５２０が示してある。この加熱装置はカソードガスおよび／または燃焼ガスのガス流を加熱する働きをする。
【００３１】
図２はこのような電気式加熱装置２０を示している。この加熱装置は導電性の発泡材料の構造体によって形成されている。このような発泡材料は特殊鋼特にＦｅＣｒＡｌＹ 、鋼または伝導性のセラミックスまたは他の適当な導電性材料からなっている。発泡構造体は、技術水準で知られているような材料の発泡と関連して鋳造プロセスで製作可能である。
【００３２】
加熱装置２０を形成する導電性材料の構造体は電気的な端子２２，２３を備えている。この端子は、必要な電流を電気式加熱装置２０に供給するために、給電部に接続可能である。
【００３３】
図３，４に示すように、図示した両実施の形態の場合、電気式加熱装置１２０；２２０は複数の個々のセグメント１２４ａ，１２４ｂ；２２４ａ，２２４ｂからなっている。このセグメントはそれぞれ電気的な端子（図示していない）を備えている。加熱すべきガス、すなわちアノード出口１１４；２１４から放出された使用済みガスと、混合入口１３５；２３５で混合されるカソードガスの流れがこのセグメントを流通する。その際、カソードガス流が流通する第１のセグメントを形成するセグメント１２４ａ；２２４ａは、アノード出口１１４；２１４から来る使用済み燃焼ガスの流れ（および場合によっては混合されるカソードガスの流れ）が流通する第２のセグメントを形成するセグメント１２４ｂ；２２４ｂとは異なる個所で、加熱すべきガス流内に配置されている。図示のように、それぞれのセグメント１２４ａ；２２４ａ，１２４ｂ；２２４ｂは互いに電気的に分離された端子を備えている。この端子は互いに別々に給電部（図示していない）に選択的に接続可能である。
【００３４】
図３，４に示した両実施の形態の場合、電気式加熱装置１２０；２２０のセグメント１２４ａ，１２４ｂ；２２４ａ，２２４ｂは導電性の発泡材料からなる板によって形成されている。図３の実施の形態の場合、このような板の形をした２個の第１のセグメント１２４ａは互いに平行に配置されている。図４の実施の形態の場合、３個の第２のセグメント２２４ｂがこのような平行な板の形に配置されている。
【００３５】
図３に示した実施の形態の場合、アノード出口１１４から放出される使用済み燃焼ガスと、混合入口１３５に供給されるカソードガスからなるガス流全体が、第２のセグメント１２４ｂを通って案内される。これに対して、図４に示した実施の形態の場合、上記の両ガス流の混合が、第２のセグメント２２４ｂの数に分配されて行われる。
【００３６】
既に述べた図５，６，７から明らかなように、電気式加熱装置３２０；４２０；５２０は、燃料電池のカソードに供給されるカソードガスをアノード出口３１４；４１４；５１４から放出された使用済み燃焼ガスと混合して加熱するために、カソード入口３１５；４１５；５１５の手前のガス流内に設けられている。従って、電気式加熱装置３２０；４２０；５２０はアノード出口３１４；４１４；５１４の後方およびカソード入口３１５；４１５；５１５の手前において、断熱された保護ケーシング３５０；４５０；５５０によって囲まれたまたは画成されたガス案内路３４０；４４０；５４０内に配置されている。
【００３７】
更に、アノード出口３１４；４１４；５１４とカソード入口３１５；４１５；５１５の間の上記のガス案内路３４０；４４０；５４０内には、混合室３３０；４３０；５３０が設けられている。この混合室内で、アノード出口３１４；４１４；５１４から出る使用済み燃焼ガスの流れが、カソード入口３１５；４１５；５１５に供給される前に、カソードガスの循環流と混合される。電気式加熱装置３２０；４２０；５２０は任意の方法で、混合室３３０；４３０；５３０と共に、アノード出口３１４；４１４；５１４とカソード入口３１５；４１５；５１５の間のガス流内に配置されている。
【００３８】
図５に示した実施の形態の場合、電気式加熱装置３２０は、カソード入口３１５の直前に配置されている。この場合、電気式加熱装置３２０の発泡構造体は、燃料電池スタック３１０のすべての燃料電池のカソード入口３１５のほぼ横断面全体を占めている。
【００３９】
これに対して、図６に示した実施の形態の場合、電気式加熱装置４２０は混合室４３０の出口の後に接続配置されている。
【００４０】
図７に示した実施の形態の場合、電気式加熱装置５２０は混合室５３０と一体的に設けられている。すなわち、電気式加熱装置５２０と混合室５３０は共通の１つの部品の形に組み合わせて設けられている。
【００４１】
混合室と電気式加熱装置のこのような組み合わせの実施の形態と見なすことができる図３，４から明らかなように、電気式加熱装置の発泡構造体１２０または２２０はアノード出口１１４または２１４にほぼ直接配置され、燃料電池スタックのすべての燃料電池のアノード出口１１４；２１４の横断面のほぼ全体を占め、そして同時に混合室１３０；２３０の混合容積の少なくとも一部を形成している、すなわち電気式加熱装置１２０；２２０の第２のセグメント１２４ｂ；２２４の形をしている。
【００４２】
図３，４から更に判るように、燃料電池スタックのアノード出口１１４；２１４から出る使用済みアノードガスのガス流は、第１の方向から混合室１３０；２３０の混合容積内に入り、それと混合されるカソードガスの流れは混合入口１３５；２３５の第２の方向から混合室１３０；２３０の混合容積内に入る。使用済みアノードガスとカソードガスの混合流は混合室１３０；２３０の混合容積から第３の方向に出る。それによって、そこから燃料電池装置のカソード入口（図示していない）に混合流を供給することができる。
【００４３】
電気式加熱装置１２０；２２０；３２０；４２０；５２０の発泡構造体上の触媒コーティングによって、触媒式燃焼装置が形成される。この燃焼装置によって、アノード出口１１４；２１４；３１４；４１４；５１４から出る使用済み燃焼ガスの燃焼可能な残留成分の後燃焼が行われる。図３，４に示した電気式加熱装置１２０；２２０の実施の形態の場合、このような触媒コーティングは、使用済み燃焼ガスが流通する第２のセグメント１２４ｂまたは２２４ｂに設ければよく、循環するカソードガスの流れだけが流通し、アノードガスが流通しない第１のセグメント１２４ａ；２２４ａには設ける必要がない。
【００４４】
従って、触媒コーティングを備えたこのような電気式加熱装置は、燃料電池装置を始動させるための電気式加熱装置としておよびアノード側の排気を後燃焼するための触媒式燃焼装置として機能し、更にアノードガスとカソードガスの流れを混合するための静的混合装置として機能する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
スタックの形に配置された燃料電池を備えた燃料電池装置の概略的な分解斜視図であり、この場合見やすくするために、燃料電池スタックに含まれる若干の燃料電池だけが示してある。
【図２】
本発明の実施の形態による電気式加熱装置の概略的な拡大図である。
【図３】
本発明の他の実施の形態による電気式加熱装置の概略図である。
【図４】
本発明の他の実施の形態による電気式加熱装置の概略図である。
【図５】
本発明の他の実施の形態による燃料電池装置を概略的に示す平面図であり、この場合燃料電池スタックが断熱保護ケーシング内に配置されている。
【図６】
本発明の他の実施の形態による燃料電池装置を概略的に示す平面図であり、この場合燃料電池スタックが断熱保護ケーシング内に配置されている。
【図７】
本発明の他の実施の形態による燃料電池装置を概略的に示す平面図であり、この場合燃料電池スタックが断熱保護ケーシング内に配置されている。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　アノード
２　　　　　　　　　　　カソード
３　　　　　　　　　　　電解質マトリックス
４　　　　　　　　　　　バイポーラプレート
５　　　　　　　　　　　締付けボルト
６　　　　　　　　　　　端板
７　　　　　　　　　　　端板
８　　　　　　　　　　　絶縁板
９　　　　　　　　　　　絶縁板
１０；１１０；２１０；３１０；４１０；５１０　　　　燃料電池スタック
１２　　　　　　　　　　燃料電池
１３；３１３；４１３；５１３　　　　　　　　　　　　アノード入口
１４；１１４；２１４；３１４；４１４；５１４　　　　アノード出口
１５；３１５；４１５；５１５　　　　　　　　　　　　カソード入口
１６；３１６；４１６；５１６　　　　　　　　　　　　カソード出口
２０，１２０；２２０；３２０；４２０；５２０　　　　電気式加熱装置
２１　　　　　　　　　　発泡構造体
２２　　　　　　　　　　電気的な端子
２３　　　　　　　　　　電気的な端子
１２４ａ；２２４ａ　　　（第１の）セグメント
２２４ｂ；２２４ｂ　　　（第２の）セグメント
１３０；２３０；３３０；４３０；５３０　　　　　　　混合室
１３５；２３５；３３５；４３５；５３５　　　　　　　混合入口
３４０；４４０；５４０　ガス案内路
３５０；４５０；５５０　保護ケーシング
３６０；４６０；５６０　ケーシング装置
Ｂ　　　　　　　　　　　燃焼ガス
Ｏ　　　　　　　　　　　カソードガス
【国際公開パンフレット】
2004514259.tif 000003
2004514259.tif 000004
2004514259.tif 000005
2004514259.tif 000006
2004514259.tif 000007
2004514259.tif 000008
2004514259.tif 000009
2004514259.tif 000010
2004514259.tif 000011
2004514259.tif 000012
2004514259.tif 000013
2004514259.tif 000014
2004514259.tif 000015
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2004514259.tif 000017
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年1月18日(2003.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタック（１０；１１０；２１０；３１０；４１０；５１０）の形に配置された燃料電池（１２）を備え、この燃料電池がそれぞれアノード（１）とカソード（２）とそれらの間に配置された電解質マトリックス（３）を備え、更に、新鮮な燃焼ガスをアノード（１）に供給するためのアノード入口（１３；３１３；４１３；５１３）と、アノード（１）から使用済み燃焼ガスを排出するためのアノード出口（１４；１１４；２１４；３１４；４１４；５１４）と、新鮮なカソードガスをカソード（２）に供給するためのカソード入口（１５；３１５；４１５；５１５）と、カソード（２）から使用済みカソードガスを排出するためのカソード出口（１６；３１６；４１６；５１６）と、カソード入口ガスを加熱するための電気式加熱装置（２０；１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）を備えている、燃料電池装置において、電気式加熱装置（２０；１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）が導電性発泡材料の構造体によって形成され、加熱すべきガスが前記構造体を流通し、構造体が給電部を接続するための電気的な端子（２２，２３）を備えていること、アノード出口（３１４；４１４；５１４）が、使用済み燃焼ガスの少なくとも一部を燃料電池（１２）のカソード（２）に供給するために、ガス案内路（３４０；４４０；５４０）を介して、カソード入口（３１５；４１５；５１５）に接続されていることと、電気式加熱装置（２０；１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）がアノード出口（３１４；４１４；５１４）の後でおよびカソード入口（３１５；４１５；５１５）の手前で、ガス案内路（３４０；４４０；５４０）内に配置されていることと、電気式加熱装置（２０；１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）がアノード排気の燃焼可能な成分を触媒燃焼させるために発泡構造体上に触媒コーティングを備えていることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
電気式加熱装置（２０；１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）の発泡構造体が特殊鋼特にＦｅＣｒＡｌＹ 、鋼または導電性セラミックスからなっていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項３】
電気式加熱装置（２０；１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）が複数の個々のセグメント（１２４ａ，１２４ｂ；２２４ａ，２２４ｂ）からなり、このセグメントがそれぞれ電気的な端子（２２，２３）を備え、加熱すべきガスがこのセグメントを流通することを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池装置。
【請求項４】
電気式加熱装置（２０；１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）のセグメント（１２４ａ，１２４ｂ；２２４ａ，２２４ｂ）が加熱すべきガス流内において異なる個所に配置されていることを特徴とする請求項３記載の燃料電池装置。
【請求項５】
電気式加熱装置（２０；１２０；２２０；３２０；４２０；５２０）のセグメント（１２４ａ，１２４ｂ；２２４ａ，２２４ｂ）がそれぞれ互いに電気的に分離された端子（２２，２３）を備え、この端子が互いに別々に給電部に選択的に接続可能であることを特徴とする請求項３または４記載の燃料電池装置。
【請求項６】
アノード出口（３１４；４１４；５１４）とカソード入口（３１５；４１５；５１５）の間のガス案内路（３４０；４４０；５４０）内に、混合室（３３０；４３０；５３０）が設けられ、この混合室内で、カソードガスがカソード入口（３１５；４１５；５１５）に供給される前に、アノード出口（３１４；４１４；５１４）から出る使用済み燃焼ガスの流れに混合されることと、電気式加熱装置（３２０；４２０；５２０）が混合室（３３０；４３０；５３０）と共に、アノード出口（３１４；４１４；５１４）とカソード入口（３１５；４１５；５１５）の間のガス流内に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の燃料電池装置。
【請求項７】
電気式加熱装置（３２０）がカソード入口（３１５）のすぐ手前に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の燃料電池装置。
【請求項８】
電気式加熱装置（３２０）の発泡構造体が燃料電池スタック（３１０）のすべての燃料電池（１２）のカソード入口（３１５）の横断面のほぼ全体を占めていることを特徴とする請求項７記載の燃料電池装置。
【請求項９】
電気式加熱装置（４２０）が混合室（４３０）の出口に配置されていることを特徴とする請求項６記載の燃料電池装置。
【請求項１０】
電気式加熱装置（５２０）が混合室（５３０）と一体的に設けられていることを特徴とする請求項６記載の燃料電池装置。
【請求項１１】
電気式加熱装置（１２０；２２０；５２０）の発泡構造体がアノード出口（１１４；２１４；５１４）に直接配置され、燃料電池スタックの燃料電池のアノード出口（１１４；２１４；５１４）の横断面のほぼ全体を占め、そして同時に混合室（１３０；２３０；５３０）の混合容積の少なくとも一部を形成していることを特徴とする請求項１０記載の燃料電池装置。
【請求項１２】
燃料電池のアノード出口（１１４；２１４；５１４）から出る使用済みアノードガスのガス流が第１の方向から混合室（１３０；２３０；５３０）の混合容積内に入ることと、混合されるカソードガスの流れが第２の方向から混合室（１３０；２３０；５３０）の混合容積内に入ることと、使用済みアノードガスとカソードガスの混合流れが混合室（１３０；２３０；５３０）の混合容積から第３の方向に出ることを特徴とする請求項１１記載の燃料電池装置。
【請求項１３】
電気式加熱装置（１２０；２２０）の第１の個々のセグメント（１２４ａ；２２４ａ）の１つまたは複数が、混合室（１３０；２３０）に供給されるカソードガスのガス流内に配置されていることと、電気式加熱装置（１２０；２２０）の第２の個々のセグメント（１２４ｂ；２２４ｂ）の１つまたは複数が、アノードガス出口（１１４；２１４）から出る使用済みアノードガスのガス流内に配置され、この場合、使用済みアノードガスの流れだけがまたは使用済みアノードガスの流れと混合されるカソードガスが第２のセグメント（１２４ｂ；２２４ｂ）を流通することを特徴とする請求項３，４または５に関連する請求項１０，１１または１２記載の燃料電池装置。
【請求項１４】
電気式加熱装置（１２０；２２０）の第１の個々のセグメント（１２４ａ，１２４ｂ；２２４ａ，２２４ｂ）が、互いに平行に配置された、導電性の発泡材料からなる板によって形成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の燃料電池装置。
【請求項１５】
１個または複数の燃料電池スタック（３１０；４１０；５１０）がカソードガスと燃焼ガスの流路を取り囲む断熱された保護ケーシング（３５０；４５０；５５０）内に配置されていることと、燃料電池スタック（３１０；４１０；５１０）と電気式加熱装置（３２０；４２０；５２０）が互いに連結され、かつ断熱された保護ケーシング（３５０；４５０；５５０）内にまとめて配置されていることとを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の燃料電池装置。
【国際調査報告】
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