(57)【要約】【課題】個別熱生成を必要とすることなく水素の液体キャリア格納の利用を可能にして、格納タンクからの水素放出を行う、改良された燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムは、水素を保存及び放出するための水素格納システム、水素格納システムから放出された水素を受け取るため、そして電気を生成するオキシダントを持つ水素及び陽極排出物と電気化学的に反応するために、水素格納システムと流体連通する燃料電池を有する。触媒燃焼器は陽極排出物を受け取るため、そして前記陽極排出物の温度よりも高い（より高い）温度を持つオフガスを生成する陽極排出物と触媒的に反応するために前記燃料電池と流体連通する。前記オフガスからの熱は、前記水素格納システムからの水素を放出するために利用される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含む液体キャリアを格納及び放出するための格納タンク（５８）と、
液体水素を生成するために前記液体キャリアを触媒的に脱水素化する前記液体キャリアを受け取るための反応装置（５６）と、
前記反応装置（５６）から前記液体水素を受け取り、電気を生成するオキシダントを持つ前記液体水素及び陽極排出物（６０）と電気化学的に反応するために、前記反応装置（５６）と流体連通する、燃料電池（５２）と、
少なくとも前記陽極排出物（６０）の一部を受け取り、前記陽極排出物（６０）の温度よりも高い、より高い温度のオフガス（６４）を生成するため前記陽極排出物（６０）を触媒的に反応するために、前記燃料電池（５２）と流体連通する、触媒燃焼器（５４）とを含み、
前記オフガス（６４）からの熱は、前記水素を生成するために前記液体キャリアを触媒的に脱水素化する前記反応装置（５６）を熱するために利用されることを特徴とする燃料電池システム（５０）。
【請求項２】
前記燃料電池（５２）はＰＥＭ燃料電池であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム（５０）。
【請求項３】
前記陽極排出物（６０）は水素の体積が１５％未満であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム（５０）。
【請求項４】
前記陽極排出物（６０）の温度は６０℃〜１５０℃の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム（５０）。
【請求項５】
前記陽極排出物（６０）の温度は１５０℃未満であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム（５０）。
【請求項６】
前記オフガスの温度は１５０℃よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム（５０）。
【請求項７】
前記オフガス（６４）の温度は１５０℃〜９００℃の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム（５０）。
【請求項８】
前記触媒燃焼器（５４）は燃焼触媒を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム（５０）。
【請求項９】
前記燃焼触媒は、Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３、Ｐｔ−Ｐｄ／Ａｌ２Ｏ３、Ｐｔ−Ｒｈ／Ａｌ２Ｏ３、Ｐｔ−Ｒｕ／Ａｌ２Ｏ３、又はＰｔ−Ｉｒ／Ａｌ２Ｏ３のうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム（５０）。
【請求項１０】
前記液体キャリアは、デカリン、テトラリン、メチルシクロヘキサン、ペルヒドロ−Ｎ−エチルカルバゾール、シクロヘキサン、ジシクロヘキシルで構成されているグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム（５０）。
【請求項１１】
前記格納システムは、前記水素を含む液体キャリアを水素欠乏液体から分離させる可撓性ダイアフラム（１００）を有するタンクを含む請求項１に記載の燃料電池システム（５０）。
【請求項１２】
前記可撓性ダイアフラム（１００）は、高温ゴム又はプラスチックで構成される請求項１１記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記可撓性ダイアフラム（１００）は、弁柄が充填されたシリコーンゴムで構成される請求項１１記載の燃料電池システム（５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主に、燃料電池システムに関し、より詳細には、燃料電池（例えば、プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池）の陽極排出の触媒的燃焼により、熱を提供して液状保存材料から水素を放出させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（例えばＰＥＭ燃料電池）は、自動車産業の将来を担うものとして宣伝されている。燃料電池は、燃料（例えば水素）をオキシダント（例えば空気）と電気化学的に反応させることで、電気及び水を生成する。ＰＥＭ燃料電池の用途としては、自動車用途又は家庭内用途及び他の多くの用途が理想的である。
【０００３】
燃料電池を自動車内において実際的なものにするためには、必要量の水素を燃料電池に提供するための格納に関する解決策を提示することが必要である。燃料電池及び格納の組み合わせの１つとして、ＰＥＭ燃料電池及び液状保存媒体の組み合わせがある。このシステムにおいて、水素チャージされた液体を、触媒を収納する反応装置中にポンピングする。あるいは、均質触媒を当該液体と混合する。この液体及び触媒の反応装置中での加熱を、少なくとも液体中の貯蔵された水素がＰＥＭ燃料電池に放出されて電気生成が行われるように、行う。触媒を用いても、水素チャージされた液体は、水素放出可能となる前に或る一定の温度に達してしまう。典型的には、水素放出後、水素欠乏材料が格納タンクに再度ポンピングされ、オンボード又はオフボードのいずれかで当該材料に水素が適切に再チャージされる。再チャージに関する１つのコンセプトにおいては、（補給ステーションなどにおいて）水素欠乏液体をポンピング放出し、新たに水素チャージされた液体をシステム中にポンピングする。このコンセプトにおいて、触媒の存在下でオフボードで水素欠乏液体を水素と反応させることにより、水素欠乏液体を水素チャージされた液体として再生することができる。このオフボードコンセプトの利点を挙げると、使用が容易であり、安全性も有り、既存のガソリンスタンドのインフラに適合可能であり、また高圧タンク又は極低温格納タンクを使用すること無く使用することが可能である点がある。これらの特徴は、オンボード車両格納において極めて魅力的である。あるいは、触媒の存在下で水素を再チャージすることにより、水素欠乏液体を車両でオンボードで再生することもできる。このコンセプトは、液体中に混合された均質触媒に特に適している。しかし、このコンセプトの場合、水素チャージ時に熱除去が必要という不利点がある、それと同時に、補給ステーションにおけるオンボードの再チャージを（水素欠乏液体をオフサイトの化学プラントに輸送する必要無く）行えるという利点を併せ持つ。
【０００４】
今日の最新ＰＥＭ燃料電池は、比較的低温（典型的には約８０℃）で動作する。典型的には、燃料電池からの過剰熱を用いて、水素格納タンクから水素を放出する。そのため、ほとんどの実際的用途では、水素格納タンクからの水素放出を燃料電池（例えばＰＥＭ燃料電池）の動作温度とほぼ同じ温度で水素放出を行うことが必要となることが広く知られており、その動作温度範囲は約６０℃〜約８０℃であり、１００℃未満であることが広く知られている。余分熱を個々に生成してタンクから水素を放出しなければならない場合、システムのエネルギー効率が低下し、システムがより複雑になると広く考えられている。
【０００５】
水素液体キャリアを用いたＰＥＭ燃料電池システムに関する１つの問題点として、ほとんどの水素液体キャリアから水素放出を行うにはＰＥＭ燃料電池排出温度が低すぎる点がある。
【０００６】
水素液体キャリアを用いたＰＥＭ燃料電池システムに関する別の問題点として、寒冷条件下においてシステム始動が困難である点がある。寒冷地の人々がＰＥＭ燃料電池を用いる場合、ＰＥＭ燃料電池及び水素脱離を始動する際の温度は−２０℃と極めて低い。これらの問題の大部分については、寒冷条件下での始動の問題について効果的な解決策は何ら進展していない。
【特許文献１】米国特許第４，１２８，７００号明細書
【特許文献２】米国特許第６，０７４，４４７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１９０，７９１号明細書
【特許文献４】米国特許第６，３０５，４４２号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００２／００３１５９１号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００２／００７３６１７号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００５／０００２８５７号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００５／００５３８１６号明細書
【非特許文献１】Ａｌａｎ  Ｃ．Ｃｏｏｐｅｒ，Ｄｏｎａｌｄ  Ｅ  Ｆｏｗｌｅｒ，Ａａｒｏｎ  Ｒ．Ｓｃｏｔｔ，Ａｔｔｅｙｅ  Ｈ．Ａｂｄｏｕｒａｚａｋ，Ｈａｎｓｏｎｇ  Ｃｈｅｎｇ，Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｄ．Ｗｉｌｈｅｌｍ，Ｂｅｒｎａｒｄ  Ａ．Ｔｏｓｅｌａｎｄ，Ｋａｒｅｎ  Ｍ．Ｃａｍｐｂｅｌｌ、Ｇｕｉｄｏ  Ｐ．Ｐｅｚ，Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  Ｃｅｎｔｅｒ，ａｎｄ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ＤｉｖｉｓｉｏｎＡｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．
【非特許文献２】Ｙａｓｕｋａｚｕ  Ｓａｉｔｏ、「Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｈｙｄｒｉｄｅｓ  ｆｏｒ  Ｃａｒｒｙｉｎｇ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ」、イタリア  ルッカ、ＩＰＨＥ  Ｉｎｔ’ｌ  Ｈ２  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆ、１９−２２頁、２００５年６月
【発明の開示】
【０００７】
よって、個別熱生成を必要とすることなく水素の液体キャリア格納の利用を可能にして、格納タンクからの水素放出を行う、改良された燃料電池システムの開発が求められている。また、ＰＥＭ燃料電池及び水素格納システムの低温始動を可能にすることも求められている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明における、これらの、そして他の特徴、態様、利点は、下記詳細説明を図面を参照して読むことにより、より理解できるだろう。
【０００９】
図１中に示す燃料電池システム１０は、燃料電池１２、液体格納タンク１４及び触媒反応装置１６を含む。典型的には、燃料電池１２はＰＥＭ燃料電池である。図示のように、水素（Ｈ２）及び空気が燃料電池１２内において電気化学的に反応して、電気及び排出物１８を生成する。典型的には、排出物１８を用いて反応装置１６及び触媒を水素チャージされた液体２２からの脱水素化水素２０に適した温度まで加熱し、水素チャージされた液体２２を、液体格納タンク１４から反応装置１６中に送出する。典型的には、排出物１８は、蒸気又は水蒸気の形態の水、窒素及び少量の水素からなる。反応装置１６及び触媒を加熱後、残りの排出物２８はシステム外部に出て行く。燃料電池システム１０は、多くの用途に適しており、特に自動車又は他の車両への動力供給に適している。
【００１０】
上述したように、燃料電池システム１０の自動車中での実装と関連した重大問題として、水素チャージされた液体２２からの水素２０の脱水素化に必要な温度がある。そのため、水素の脱水素化をより高速にかつより低温で行うためのより効果的な触媒を特定するために、多大な研究が行われている。このような研究努力にもかかわらず、水素格納の実質的に全ての液体媒体の場合、燃料電池中への水素放出を受容可能な速度で効果的に行うために、約１５０℃よりも高い温度を必要とする。この約１５０℃以上という温度は、燃料電池の動作温度と両立しない。ＰＥＭ燃料電池の動作温度は約８０℃である。ＰＥＭ燃料電池のより高温での動作を妨げる要素は以下の２つである。
１）現在のＰＥＭ装置の場合、より高温の動作温度で動作すると、高温に耐えきれずシステム劣化を引き起こす。
２）システムの適切な水和を保証するためには、ＰＥＭ燃料電池温度を水沸点よりも低い温度で保持しなければならない。
したがって、このような周囲圧力ＰＥＭシステムの現在の動作温度の限界は約８０℃である。より高温での動作にはいくつかの利点が有るため、より高温のＰＥＭシステムの開発努力が多く進められている。将来ＰＥＭ燃料電池が進歩すれば、可能動作温度が約１００℃まで引き上げられるかもしれない。ＰＥＭ燃料電池の動作温度が１００℃まで上がったとしても、水素チャージされた液体２２中に保存された水素の大部分を放出するには充分ではない。
【００１１】
本発明の一実施形態による燃料電池システム５０を図２中に示す。燃料電池システム５０は、燃料電池５２、触媒燃焼器５４、触媒との反応装置５６及び液体格納タンク５８を含む。以下により詳細に説明するように、燃料電池システム５０は、水素格納（特に水素の有機液体キャリア）のための液体媒体を用いた燃料電池システムの分野を顕著に進展させる。
【００１２】
燃料電池５２からの陽極排出物６０は、陰極排出物６２のごく一部と混合され、触媒燃焼器５４中で燃焼されて、約１５０℃よりも高い温度（典型的には２００℃よりも高い温度）でオフガス６４を生成する。このより高温のオフガス６４を用いて、水素チャージされた液体６６及び反応装置５６中の触媒の温度を上昇させて、液体６６から水素を放出させる。このより高温の温度オフガス６４により、多様な水素チャージされた液体６６（そのうち一部は既存でありそのうち一部は未開発）を、ＰＥＭ燃料電池と共に効果的に用いることが可能となる。
【００１３】
燃料電池５２は典型的にはＰＥＭ燃料電池であるが、他の多様な種類の燃料電池（例えば、リン酸燃料電池、固体酸化物燃料電池又はアルカリ燃料電池（ただし、これらに限定されない））でもよい。ＰＥＭ燃料電池は典型的にはオンボード用途又は自動車用途と関連付けられ、この用途に関する余りに多くの議論がＰＥＭ燃料電池に集中している。主に本発明の特定の実施形態についてＰＥＭ燃料電池に関連して説明するが、これは本発明を限定するものではない。オキシダント６８（典型的には空気、及び水素（Ｈ２）７０）を燃料電池５２中に導入し、電気化学的に反応させて、電気７２、陰極排出物６２及び（水（Ｈ２Ｏ）及び少量の未使用Ｈ２（例えば、陽極排出物６０の体積の約１５％未満、典型的には体積の約１０％未満）を含む）陽極排出物６０を生成する。ＰＥＭ燃料電池における典型的なＨ２利用効率は約９０％未満であるため、ＰＥＭ燃料電池中には変換不可能なＨ２が必ず若干存在しており、そのようなＨ２は陽極排出物６０を介して放出される。陽極排出物６０は典型的には低濃度のＨ２を含み、また、大量の蒸気を含むため、均質燃焼を効率的に利用して陽極排出物６０からの熱を回復させて、そのままでは無駄になるエネルギーを利用することができない。その代わりに、典型的にはその既存温度（およそ８０℃）において陽極排出物６０を直接用いて、水素格納システムを加熱して、水素放出を行う。
【００１４】
しかし、本発明では、陽極排出物６０を触媒燃焼器５４中に方向付ける。陽極排出物６０を触媒反応させて、より高い温度（例えば、約１５０℃よりも高い温度及び典型的には２００℃よりも高い温度）を有するオフガス６４を生成する。本発明のいくつかの実施形態において、オフガス６４の温度は約２００℃〜約９００℃である。本発明の他の実施形態において、オフガス６４の温度は約２００℃〜約５００℃である。
【００１５】
触媒燃焼器５４において、陰極排出物６２の一部は陽極排出物６０と所定比で混合され、燃焼触媒（例えば、Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３、Ｐｔ−Ｐｄ／Ａｌ２Ｏ３、Ｐｔ−Ｒｈ／Ａｌ２Ｏ３、Ｐｔ−Ｒｕ／Ａｌ２Ｏ３、Ｐｔ−Ｉｒ／Ａｌ２Ｏ３）に送られる。当該構成物質が触媒的反応を開始すると、陽極排出物６０中の少量のＨ２が陰極排出物６２中のＯ２と反応して、熱を生成する。陽極排出物６０のＨ２濃度及びＯ２／Ｈ２比又は陰極排出物から陽極排出物の触媒燃焼器５４中への供給に応じて、触媒（典型的には触媒床）の温度及びそれに対応するオフガス６４の温度を、広い温度範囲（例えば、約１５０℃〜約９００℃）にわたって制御することができる。
【００１６】
タンク５８中に水素を保存するための液体キャリア材料の部分的リストを表１に示す。水素チャージされた液体（Hydrogen-charged Liquid）という用語は、部分チャージされた液体のみを含む。同様に、水素欠乏液体（Hydrogen-depleted Liquid）は、水素部分欠乏液体を含む。
【００１７】
【表１】
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例えば、デカリンを脱水素化してナフタリンを形成することができ、約７．３重量％の水素を放出する。約５％の炭素担体上の白金及びレニウムの触媒により、２１０℃、２４０℃及び２８０℃におけるデカリンからナフタリンへの変換率はそれぞれ約５０％、８０％及び１００％となる。水素化速度も、より高温になるほど高くなる。例えば、２１０℃では、わずか約５０％のデカリンをナフタリンに変換するのに２．５時間かかる一方、２８０℃においては、同量の変換量を得るのにはわずか約０．５時間しかかからない。高温になるにつれ、脱水素化プロセスがより高速かつより完全になる。さらに、２１０℃よりも高温なときにだけ、脱水素化速度が燃料電池への水素供給に適したものとなる。この温度は、既存の燃料電池システムと適合しないが、本発明では容易に提供できる。
【００１８】
本発明の別の実施形態を図３に示す。燃料電池システム５０は、可撓性ダイアフラム１００をさらに含む。この可撓性ダイアフラム１００は、水素チャージされた液体６６を水素欠乏液体１０２から分離させる。いくつかの場合、水素チャージされた液体６６と水素欠乏液体１０２との間に充分な濃度差が生じて、両者をポンピング時に分離可能な様態で両者を同一タンク中に保存することができる。ほとんどの場合、この濃度差は小さいため、水素チャージされた液体６６及び水素欠乏液体１０２のために別個の格納スペースが必要となる。ダイアフラム１００により、水素チャージされた液体６６及び水素欠乏液体１０２それぞれのための別個のタンクが不要となり、これにより、両者を保管するためのスペースを節約することができる。水素保存スペースは、オンボード車両用途（例えば、自動車）のための多様な水素格納解決策を選択する際の極めて重要な要素である。いくつかの実施形態において、可撓性ダイアフラム１００は、多様な高温ゴム材料又は他のプラスチック材料で構成される。このダイアフラム材料の主要特性を以下に示す。１）高温（例えば、約２５０℃〜約４００℃）維持能力、２）水素チャージされた液体６６及び水素欠乏液体１０２の両方に対して比較的不活性、及び３）所定の耐用年数（例えば、１０年）の顕著な劣化に対する耐性。本発明の１つの好適な実施形態において、ダイアフラム１００は、弁柄が充填されたシリコーンゴムで構成される。この材料は、４００℃まで維持でき、可撓性であり、ゴム状である。
【００１９】
図４に示す本発明のさらに別の実施形態において、燃料電池システム５０は、少なくとも１つの熱交換器２００を含む。反応装置５６において１５０℃よりも高い温度で脱水素化を行うと、放出された水素７０の温度は、反応装置５６の動作温度とほぼ同じになる。水素７０の温度は、燃料電池５２の動作温度よりも高くできる。特に燃料電池５２がＰＥＭ燃料電池である場合、燃料電池５２中に供給される水素は約１００℃未満であるべきであり、好適には約８０℃未満である。この場合、熱交換器２００を燃料電池システム５０中に追加する。熱交換器２００は、水素７０の温度を燃料電池５２内での使用に適した温度まで低下させ、それと同時に、そのエネルギーを用いて、供給空気６８を雰囲気温度から燃料電池５２中への供給に適した温度まで加熱し、これにより、全体システム効率を改善させる。
【００２０】
図５に示す本発明のさらに別の実施形態において、燃料電池システム５０は、熱交換器３００を含む。この熱交換器３００は、水素欠乏液体１０２、水素７０及び排出口３０２からの反応装置５６から出てきた過剰熱（エネルギー）を回復させ、燃料電池５２中への供給空気６８又は他のオキシダントの温度を必要に応じて上昇させる。
【００２１】
本発明のさらに別の実施形態において、燃料電池システム５０は、システム全体の温度管理を最適化するための複数の熱交換器を含む。これらの熱交換器は、水素欠乏液体１０２、水素７０及び排出口３０２からの過剰熱を利用して、以下のことを行う。１）燃料電池５２中への供給空気又は他のオキシダントの温度の上昇、２）触媒燃焼器５４中へ供給する陽極排出物６０及び陰極排出物６２の加熱、３）燃料電池システム５０外部のより大規模なシステム（例えば、燃料電池システム５０を用いる車両）の他の部分の加熱、又は４）熱電材料を用いた電気生成。
【００２２】
陽極排出物６０中の水素チャージされた液体６６及び利用可能な残留水素の脱離（ΔＨ）の熱に応じて、本発明の一実施形態を図６中に示す。この実施形態では、脱離水素７０の小部分４０２を用いて、触媒燃焼器５４中に供給する。バルブ４０４は、必要に応じて開口状態のままにし、水素チャージされた液体６６からのさらなる水素の脱離を可能にするように調節することができる。例えば、陽極排出物６０中において残留水素のうち８％が利用可能である場合、その触媒燃焼により、約１９ｋＪ／モルの熱を生成することができる。水素チャージされた液体６６の脱離（ΔＨ）の熱が３５ｋＪ／モルのＨ２である場合、バルブ４０４を通じて約７％の水素を混合して、水素チャージされた液体６６からの水素全てを完全放出しなければならない。
【００２３】
本発明の一実施形態では、燃料電池の容易な低温始動及び反応装置５６中での脱水素化反応を可能にする。この実施形態を図７中に模式的に示す。低温始動を可能にするため、少なくとも１つの電熱器５００を触媒燃焼器５４と一体化させ、少なくとも１つの電熱器５０２を反応装置５６と一体化させる。当該分野において、数秒間で３００℃までの加熱することが可能な超高速電熱器が公知である。例示的な金属箔触媒支持ヒータを自動車触媒支持のために開発して、低温始動放出問題を解決する。このような金属サポートの熱伝導率は高く、その支持材料も、このような触媒支持物の高速加熱に起因する膨張にも耐えるくらいに頑丈である。電気加熱された金属箔ヒータ要素の表面上に触媒燃焼触媒を洗浄コートすることにより、触媒床を８０℃から３００℃まで数秒間で加熱することが可能である。同様に、反応装置５６中の脱水素化触媒を電熱器５０２の表面上に洗浄コートして、触媒を雰囲気温度から３００℃等の水素チャージされた液体６６の脱水素化に適した温度まで加熱することもできる。電池５０４は、最初の数秒間に電熱器５００及び５０２の両方に電流を提供する。開始時、バルブ４０４は閉口しておりバルブ５０６は開口しており、反応装置５６から放出された水素７０は燃料電池５２中に供給され、これを開始する。排出物６０及び６２は触媒燃焼器５４中に供給され、これにより、触媒燃焼反応を開始させ、熱を生成する。この熱を用いて、水素チャージされた液体の脱水素化をさらに行って、水素を放出して、燃料電池５２に供給する。本発明の別の実施形態において、開始時においてバルブ４０４は開口しており、バルブ５０６は閉口しており、反応装置５６から放出された水素７０は触媒燃焼器５４中に供給され、これにより、触媒燃焼反応を開始させて、熱を生成する。この熱を用いて、水素チャージされた液体６６のさらなる脱水素化を行って、水素を放出して、バルブ５０６を開口させることにより燃料電池５２に供給する。燃料電池５２開始後、電熱器５００及び５０２を遮断し、バルブ４０４も遮断するか又は調節して、水素チャージされた液体６６からの水素７０の最大脱離を保証するような適切な水素ブリーディングレベルを提供することができる。
【００２４】
ガソリンスタンドにおける再補充時期になった場合、水素欠乏液体１０２がポンピング放出され、水素チャージされた液体６６が新規に再補充される。水素欠乏液体１０２の水素チャージされた液体６６への再生は、触媒の存在下での水素欠乏液体１０２の水素との反応により、行われる。再水素化は典型的には、ガソリンスタンドにおいて車両オフボードで行われるか、又は、ガソリンスタンドから離れた中央化学プラントにおいて行われる。このようなプロセスの利点としては、燃料再補給が容易である点、既存ガソリンスタンドインフラへの導入が容易である点、燃料再補給時間が最小限ですむ点がある。あるいは、水素欠乏液体１０２の車両オンボードでの再生を、触媒の存在下で水素欠乏液体１０２を水素と再チャージすることによって行ってもよい。本発明のこの実施形態を図８中に模式的に示す。燃料再補給の時期になった場合において、燃料電池５２がオフであり反応装置５６が冷却状態であると、（好適には圧縮水素ガスの形態をした）水素ソース６００が反応装置５６と流体接触する。水素はまず最初に反応装置５６をバイパスし、その後触媒燃焼器５４へと流れる（ただし、バルブ４０４が開口し、バルブ５０６が閉口している場合）。電池５０４を用いて電熱器５００及び５０２に数秒間電流を提供して触媒燃焼器５４用触媒及び反応装置５６用触媒を加熱することにより、触媒燃焼及び再水素化を発生させることができる。この再水素化プロセス時に生成された熱を用いて、反応装置における再水素化に必要な温度を保持するための熱を提供する。この場合、触媒燃焼器５４を遮断することができる。再水素化反応時に生成された熱が過剰になった場合、冷却媒体を導入して、反応装置を適切な温度まで冷却してもよい。この冷却媒体は、触媒又は水素チャージされた液体及び水素欠乏液体と流体連通していないが、これらと熱伝達／伝導関係を持つ。再水素化プロセス時に生成された熱が反応装置５６の温度保持には不十分である場合、バルブ４０４の調節により水素の小部分を触媒燃焼器５４に導入することができる。触媒燃焼による熱により、反応装置５６を所望の温度で保持する。
【００２５】
燃料再補給時に燃料電池５２が動作している場合において再水素化熱が極めて高温である場合、触媒燃焼器からの高温排出物６４を一時的に管輸送して離隔すると好適である。冷却液を必要に応じて導入して、反応装置５６から過剰熱を除去することができる。再水素化熱が低温である場合、触媒燃焼器排出物６４の一部分を導入して、反応装置５６を所望温度で保持することができる。温度管理、バランス及び制御は、当業者にとって明らかであるはずである。
【００２６】
均質触媒が水素チャージされた液体及び水素欠乏液体と混合されている場合、格納タンク５８中に水素を直接導入して、少なくとも部分的な水素欠乏液体を少なくとも部分的に水素チャージされた液体に変換することができる。過剰熱が高温である場合、格納タンク５８中に冷却機構を導入して、当該熱を部分的に除去して、格納タンク５８を所望の水素化温度で保持することができる。
【００２７】
均質触媒が水素チャージされた液体及び水素欠乏液体と混合されている場合において、反応装置５６を格納タンク５８と組み合わせることも可能である。熱交換器機構をタンク中に導入して、当該液体及び触媒を水素化及び脱水素化のための所望温度まで加熱することができる。
【００２８】
水素チャージされた液体６６の特性に応じて、水素チャージされた液体６６の一部を高蒸気圧にして、反応装置５６から出てくるガス（主に水素）中に少量の水素チャージされた液体材料の気化ガスと脱離水素とを含ませることができる。この場合、コンデンサを導入して気化材料を除去し、これにより、高純度水素を燃料電池に生成することができる。他の場合において、この脱水素化プロセスは複数のガスを生成した。この状況において、当該分野において公知の水素メンブレンを用いて、高純度水素をフィルタリングして、燃料電池中に供給することができる。公知の水素メンブレン材料として純パラジウム（Ｐｄ）がある。ここでは、本発明の特定の特徴のみが図示され説明されたが、当業者による多くの改良や変更が生じるだろう。よって、本発明の正確な精神の範囲内で、添付の請求項はこのような改良や変更の全てに及ぶものであると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】水素液体キャリアを用いた従来の燃料電池システムの略図である。
【図２】本発明の一実施例による、燃料電池及び水素チャージされた液体キャリアから水素を脱水素化する反応装置との流体連通における触媒燃焼器の略図である。
【図３】本発明の別の実施例における、燃料電池及び水素チャージされた液体キャリアから水素を脱水素化する反応装置との流体連通における触媒燃焼器の略図である。
【図４】本発明の別の実施例における、燃料電池及び水素チャージされた液体キャリアから水素を脱水素化する反応装置との流体連通における触媒燃焼器の略図である。
【図５】本発明の別の実施例における、燃料電池及び水素チャージされた液体キャリアから水素を脱水素化する反応装置との流体連通における触媒燃焼器の略図である。
【図６】本発明の別の実施例における、燃料電池及び水素チャージされた液体キャリアから水素を脱水素化する反応装置との流体連通における触媒燃焼器の略図である。
【図７】システムの低温始動を可能にする、本発明の別の実施例の略図である。
【図８】水素欠乏液体を水素チャージされた液体にオンボードで再チャージすることを可能にする、本発明の別の実施例の略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  燃料電池システム
１２  燃料電池
１４  液体保存タンク
１５  体積の約
１６  触媒反応装置
１８  排出物
２０  水素
２２  水素チャージされた液体
２８  残りの排出物
５０  燃料電池システム
５２  燃料電池
５４  触媒燃焼器
５６  反応装置
５８  格納タンク
６０  陽極排出物
６２  陰極排出物
６４  オフガス
６６  水素チャージされた液体
６８  オキシダント
７０  水素
７２  電気
１００  可撓性ダイアフラム
１０２  水素欠乏液体
２００  熱交換器
３００  熱交換器
３０２  排出口
４０２  小部分
４０４  バルブ
５００  電熱器
５０２  電熱器
５０４  電池
５０６  バルブ
６００  水素ソース
【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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【図８】
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