(57)【要約】内燃機関を備えた自動車において、車載電力供給設備として燃料電池を採用することは既に提案されている。本発明に基づき、燃料電池設備の燃料電池モジュール（１０）に対して、燃料電池モジュール（１０）への空気供給および／又は燃料電池モジュール（１０）の冷却のために、送風機（６）が設けられる。特に高温ＰＥＭ燃料電池を利用する場合、内燃機関の冷却材温度より高い電池の運転温度のため電池の冷却に適する温度差を規定でき、更に冷却材温度に加熱した空気を酸化剤として供給できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と車載電力供給装置とを備え、該装置として少なくとも１つの燃料電池モジュールを用いる自動車において、前記モジュール（１０）への空気供給および／又は燃料電池モジュール（１０）の冷却のために送風機（６）を備えることを特徴とする自動車。
【請求項２】
送風機（６）が、燃料電池モジュール（１０）により給電されることを特徴とする請求項１記載の自動車。
【請求項３】
燃料電池モジュール（１０）により給電される送風機（６）が２段階に調整されることを特徴とする請求項１又は２記載の自動車。
【請求項４】
燃料電池モジュール（１０）により給電される送風機（６）が無段階に調整されることを特徴とする請求項１又は２記載の自動車。
【請求項５】
エンジン（３）が内燃機関、特にディーゼル、オットー或いは水素燃料内燃機関であることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の自動車。
【請求項６】
エンジン冷却用の送風機（６）が、燃料電池モジュール（１０）に対する供給および／又は冷却空気をも供給することを特徴とする請求項１から５の１つに記載の自動車。
【請求項７】
燃料電池モジュール（１０）の空気および／又は冷却回路と、エンジン（３）の冷却回路とが、熱交換器（５５）を経て連結されたことを特徴とする請求項１から６の１つに記載の自動車。
【請求項８】
一方では燃料電池モジュール（１０）の空気および／又は冷却回路、他方ではエンジン（３）の冷却回路が、各々所定の温度を規定し調整するサーモスタット（９、１５）を有することを特徴とする請求項７記載の自動車。
【請求項９】
サーモスタット（９、１５）が、冷却回路のバイパス配管を制御することを特徴とする請求項８記載の自動車。
【請求項１０】
燃料電池モジュール（１０）が高温ＰＥＭ燃料電池を含むことを特徴とする請求項１から９の１つに記載の自動車。
【請求項１１】
高温ＰＥＭ燃料電池を備えた燃料電池モジュールが、エンジン（３）の冷却回路により熱交換器（５５）を経て調温された冷却材で冷却されることを特徴とする請求項１０記載の自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と車載電力供給装置とを備え、車載電力供給装置に少なくとも１つの燃料電池モジュールを利用する自動車に関する。
【０００２】
駆動装置である電動機にエネルギを供給するために、自動車との関連で通常、燃料電池設備が採用されている。独国特許出願公開第１９９０２０５１号明細書で、内燃機関を備えた自動車において、車載電力供給或いはその一部を、燃料電池設備のみで行うことが既に提案されている。その電力供給は、通常存在する発電機の代わりに、或いはそれを補完して行われる。
【０００３】
燃料電池を運転するために、一方では燃料、例えば燃料ガスを供給し、他方では酸化剤を供給する必要がある。酸化剤として大気中の酸素が利用され、その大気の供給は、特に自動車の走行中に入る風によって行われる。また、通常冷却材も必要とされる。
【０００４】
本発明の課題は、特に内燃機関を備えた自動車において、燃料電池設備を組み入れた車載電力供給装置の改良を図ることにある。
【０００５】
この課題は、本発明に基づいて、請求項１に記載の特徴によって解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項に示す。
【０００６】
本発明では、燃料電池モジュールへの空気供給および／又は燃料電池モジュールの冷却を送風機により行なう。該送風機は２段階に制御するが、無段制御も行なえる。送風機自体には、燃料電池モジュールから電気エネルギを供給するとよい。この結果燃料電池モジュールは、車載の電力供給用に最良に採用される。この場合、自動車の駆動装置は内燃機関であり、ディーゼル、オットー又はまた水素燃料内燃機関である。
【０００７】
燃料電池設備は上述の目的に従いＰＥＭ燃料電池とし、高温で作動する燃料電池、即ち所謂高温ＰＥＭ燃料電池によって形成すると有利である。
【０００８】
以下の図を参照しての実施例の説明で、特許請求の範囲の記載と関連して、本発明の他の利点および詳細を明らかにする。
【０００９】
図１は内燃機関３を有する自動車１を示す。内燃機関３はディーゼル、オットー又は特に水素燃料内燃機関である。該機関３に車載電力供給装置が付属し、自動車１の場合、これは従来通常は、特に自動車１に載った発電機で充電される蓄電池である。
【００１０】
図１において、自動車１の適当な場所に、少なくとも１つの燃料電池モジュール１０を備えた燃料電池設備が配置されている。ここでは、補機なしの単一の燃料電池モジュール１０が例示され、その燃料電池モジュール１０だけが車載電力供給に使用される。燃料電池モジュール１０は、自動車１の床２の下側又は中間床２′で形成された自由空間内に配置されている。８は排出口を示す。燃料電池モジュール１０が純水素と、酸素又は空気とで運転する場合、発生するプロセス水が排出口８から排出され、或いは副成分を含む水素富化ガスで運転される際には、その副成分が排出口８から排出される。
【００１１】
燃料電池モジュール１０として、特に陽子伝導薄膜で作動するＰＥＭ（Polymer Electrolyte Membrane、Proton Exchange Membrane ）燃料電池が選ばれる。かかる電池は水素、ベンジン、メタノールで、又は改質器で水素富化燃料ガスが得られる他の燃料で作動する。該水素は燃料電池内で、大気から得た酸素と反応する。燃料電池設備として、特に高温で運転する高温ＰＥＭ燃料電池が優れている。かかる燃料電池は、通常のＰＥＭ燃料電池の運転温度である６０℃より高温、特に８０〜３００℃の温度で作動する。その適切な運転温度は、例えば１２０〜２００℃である。
【００１２】
上記のように、特に高温ＰＥＭ燃料電池を運転するため、酸素を大気から得られる酸化剤として用意する必要がある。また燃料電池は、高い運転温度において、一定温度に保たねばならない。即ち燃料電池の冷却も必要となる。従って、燃料電池モジュール１０への空気供給および燃料電池モジュール１０の冷却が共に必要となる。
【００１３】
１つ或いは複数の燃料電池モジュールを備えた燃料電池設備を運転するため、一方ではプロセスガスを供給し、他方では冷却のため流体案内系統が必要となる。特に高温ＰＥＭ燃料電池の場合、冷却材として、通常油を利用する。高温ＰＥＭ燃料電池の場合、運転温度が１２０〜２００℃であるために、冷却用に水は利用できない。
【００１４】
図２において、燃料電池モジュール１０の流体配管は、燃料電池設備の運転温度を調整し規定するためのサーモスタット（冷却水温調節弁）１５を含む。また、図１の内燃機関３に熱的に接続された熱交換器５５が存在する。この熱交換器５５は、内燃機関３を冷却する送風機６付き自動車冷却器７により調整すべく、二回路に形成している。即ち自動車冷却器７を、サーモスタット（冷却水温調節弁）９を有するエンジン冷却回路に組み込んである。自動車冷却器７は公知のように、詳細に示さない冷却材ポンプを含んでいる。内燃機関３に対する冷却材を、冷却材ポンプにより密閉系統内で搬送する。
【００１５】
図２に示す、２つの部分回路から成る全系統で、内燃機関３と燃料電池モジュール１０の温度平衡を達成する。その際、通常車載電力供給装置で運転される送風機６は、燃料電池モジュール１０への空気供給と燃料電池モジュール１０の冷却とを担っている。
【００１６】
これを図３に示す。図３において、冷却器７と燃料電池モジュール１０は、これら両機器に送風機６で発生した空気流を供給すべく、送風機６を備えている。その場合、熱交換に伴い大気温度より高温に加熱され自動車冷却器７から出た空気流を、燃料電池の供給空気の加熱にも利用できる。これは実際には、図１の自動車１における油冷式燃料電池モジュール１０を送風機６の近くに配置することを意味する。
【００１７】
これに対し異なる実施例では、送風機６で発生した空気流と燃料ガス流を、まず熱交換器、特に図２の熱交換器５５を経て導く。これにより、燃料ガスと酸化剤からなるプロセスガスを共に加熱でき、これは、高温ＰＥＭ燃料電池にとって特に有利である。
【００１８】
上述の配置構造により、内燃機関を有する自動車において、特に高温ＰＥＭ燃料電池の最良の運転が可能であり、燃料電池設備は車載の電力供給部としてのみ利用される。従って、高温ＰＥＭ燃料電池を利用すると特に好ましい。これは、高温ＰＥＭ燃料電池の１２０〜２００℃の運転温度が、常に大気圧より高い圧力で得られる１２０℃迄の内燃機関の冷却材温度より高いからである。この結果、常に燃料電池モジュールの冷却に適する温度差を規定できる。また、その冷却材温度に加熱された空気を酸化剤として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】車載電力供給装置用の燃料電池装置を備えた自動車の概略図。
【図２】図１の車両における車載電力供給装置の配管系統図。
【図３】燃料電池モジュールと自動車冷却器の有利な配置構造図。
【符号の説明】
【００２０】
１  自動車、３  内燃機関、６  送風機、９  サーモスタット、１０  燃料電池モジュール、１５  サーモスタット、５５  熱交換器
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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