(57)【要約】主燃料電池モジュールの排気流中の燃料を消費するための燃料電池排気処理ユニットであって、主燃料電池モジュールのアノード流路から排気流を受けるように構成された燃料電池組立体を有し、当該燃料電池組立体は、電気的に接続され、排気流がユニットを出る前に、主燃料電池モジュールからの排気流に残っている燃料を予め定められたレベルになるまで消費するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃料電池モジュールの排気流中の燃料を消費する燃料電池排気処理ユニットであって、
上記主燃料電池モジュールのアノード流路から排気流を受け取るように構成された燃料電池組立体を有し、この燃料電池組立体は、当該燃料電池組立体における、少なくとも１つの燃料電池のアノードとカソードとの間の電流の流れを制御して、上記排気流がユニットを出る前に、上記主燃料電池モジュールからの排気流に残っている燃料を予め定められたレベルになるまで消費するように構成されることを特徴とする燃料電池排気処理ユニット。
【請求項２】
上記上記燃料電池組立体は、上記上記アノード流路から上記上記排気流を受けるようにガス流系列で配置された複数の個別の燃料電池を有する請求項１に記載のユニット。
【請求項３】
上記複数の燃料電池は、互いに電気的に接続されていない請求項２に記載のユニット。
【請求項４】
上記コントローラが、予め定められた抵抗値を有する受動コントローラを含む、請求項１から３のいずれかに記載のユニット。
【請求項５】
上記コントローラは、上記燃料電池組立体の少なくとも１つの電気出力の測定に応じて、上記燃料電池組立体の少なくとも１つの燃料電池の電流の流れを制御するように構成されている、請求項１から３のいずれか記載のユニット。
【請求項６】
上記燃料電池組立体は、少なくとも２つの燃料電池を有し、上記コントローラは、上記組立体の特定の燃料電池の上記アノードと上記カソードとの間の電流の流れを、上記特定の燃料電池の上流に位置するトウギア燃料電池組立体の燃料電池のうちの少なくとも１つの他の燃料電池の電気出力または感知されたパラメータの測定に応じて、制御するように構成される請求項１から３のいずれかに記載のユニット。
【請求項７】
上記燃料電池排気処理ユニットは、上記燃料電池組立体の下流に配置され、上記処理ユニットからの排気流の放出を制御するように構成されたパージバルブを含む請求項１に記載のユニット。
【請求項８】
上記パージバルブは、パージバルブコントローラによって作動され、上記パージバルブコントローラは、上燃料電池組立体の記燃料電池の少なくとも１つの電気出力の測定に応じて上記パージバルブを作動させるように構成される請求項７に記載のユニット。
【請求項９】
上記パージバルブがパージバルブコントローラによって作動され、上記パージバルブコントローラは、上記主燃料電池組立体のアノード流路を通るパージガスの流れを含むパージ動作を示すパージ信号の受信に基づいて、上記パージバルブを作動させるように構成される請求項７に記載のユニット。
【請求項１０】
上記パージバルブは、パージバルブコントローラによって作動され、上記パージバルブコントローラは、上記排気流の圧力の測定値に基づいて上記パージバルブを作動させる請求項７に記載のユニット。
【請求項１１】
上記燃料電池組立体が、上記排気流が上記排気管に沿って移動するときに上記排気流を処理するために、上記排気管内に配列される請求項１に記載のユニット。
【請求項１２】
主燃料電池モジュールと、請求項１から１１のいずれかに記載の燃料電池排気処理ユニットとの組み合わせであって、上記主燃料電池モジュールは、当該主燃料電池モジュールを通るアノード流路を含み、上記処理ユニットは、上記主燃料電池モジュールとガス流系列で接続されて上記排気流を受け取ることを特徴とする組み合わせ。
【請求項１３】
上記燃料電池組立体が、上記主燃料電池モジュールに電気的に接続されていない請求項１２に記載の組み合せ。
【請求項１４】
主燃料電池モジュールからの排気流を処理する方法であって、
燃料電池組立体に排気流を供給するステップと、
上記燃料電池組立体の少なくとも１つの燃料電池のアノードとカソードとの間の電流の流れを電気的に制御して、予め定められたレベル以下の燃料含有量を有する処理済み排気流を生成するステップと、
上記処理済み排気流を上記組立体から放出するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項１５】
上記燃料電池組立体の電気出力に基づいて、上記燃料電池組立体からの排気流を放出するパージバルブを制御するステップを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記排気流は、上記排気流中の燃料が予め定められたレベルになるよう消費されるまで、上記燃料電池組立体内に保持される請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
排気流処理ユニットを制御するためのコードを含むコンピュータプログラムまたはコンピュータプログラム製品であって、上記コードは、プロセッサおよびメモリによって実行されて、
燃料電池組立体が主燃料電池モジュールからの排気流の受け取ることに応答して、上記燃料電池組立体の少なくとも１つの燃料電池のアノードとカソードとの間の電流の流れを電気的に制御して、上記排気流中の存在する任意の燃料を消費して予め定められたレベル以下の燃料含有量を有する処理済み排気流を生成するステップと、
上記処理済み排気流を上記組立体から放出するステップとを実行するように構成されることを特徴とするコンピュータプログラムまたはコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主燃料電池モジュールの排気を処理するための排気処理ユニットに関する。特に、本発明は、主燃料電池モジュールの排気中の任意の水素を消費するためのユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気化学的燃料電池は、燃料および酸化剤を一般にガス流の形態で電気エネルギーおよび反応生成物に変換する。水素と酸素を反応させるための一般的なタイプの電気化学的燃料電池は、高分子イオン（プロトン）交換膜（ＰＥＭ）を含み、燃料と空気が膜のそれぞれの側面を通過する。したがって、燃料は、膜（および任意のガス拡散構造）上のアノード流路に沿って流れ、カソード流路に沿って、膜の他の側（および任意のガス拡散構造）を通って流れる。プロトン（すなわち、水素イオン）は、燃料電池のアノードとカソードとを接続する回路を通って伝導された電子によってバランスされて、ＰＥＭを通って伝導される。利用可能な電圧を増加させるために、アノードおよびカソード流体流路を別々に配置した多数のこのような膜を含むスタックを形成することができる。このようなスタックは、典型的には、スタックのいずれかの端部でエンドプレートによって一緒に保持された多数の個々の燃料電池プレートを含むブロックの形態である。アノード入口マニホールドは、典型的には燃料（例えば水素）をアノード流路に送り、アノード出口マニホルドはアノード流路からの排気を受け取る。同様に、カソード入口マニホールドは、典型的には、カソード流路に酸化剤を送り、カソード出口マニホルドは、アノード流路からの排気を受け取る。アノード排気は、水素のような未使用の燃料を含むことがある。大気中への水素の放出を避けることが好ましい。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の第１の側面によれば、主燃料電池モジュールの排気流中の燃料を消費するための燃料電池排気処理ユニットが提供され、この燃料電池排気処理ユニットは、上記主燃料電池モジュールのアノード流路から上記排気流を受け取るように構成された燃料電池組立体を有し、この燃料電池組立体は、上記主燃料電池モジュールに電気的に接続され、上記主燃料電池モジュールからの排気流に残留する燃料を消費し、もって、排気がユニットから流れ出る前に、予め定められたレベルに維持するように構成されている。
【０００４】
これは、排気またはパージガス中に存在する任意の燃料が専用の排気処理ユニットで消費され、それによって大気に放出される燃料を減少させることができるので有利である。さらに、水素を効果的に消費するように燃料電池組立体を電気的に制御することができる。主燃料電池は、負荷に電力を供給するように制御され、燃料電池排気処理ユニットは、燃料の消費を最適化するように構成または制御されてもよい。排気ガスの燃料含有量が組立体を通って流れるときに、排気の燃料含有量が予め定められたレベル（燃料が実質的にないなど）となるまで消費されるように燃料電池組立体を構成することにより、燃料電池排気流を処理する効果的な方法が提供される。排気流は、主燃料電池からの反応副生成物および汚染物質を駆動するために使用されるパージガスを含むことができる。パージガスは、水素のような主電池によって使用される燃料を含むことができる。
【０００５】
燃料電池組立体は、アノード流路内にガス流系列で配置された複数の個々の燃料電池を含むことができる。従って、アノードガス流は、複数の燃料電池の各々を順次通過する。
【０００６】
複数の燃料電池は、互いに電気的に接続されていなくてもよい。かくして、ガス流系列に配置されているが、これらは電気的に直列ではないかもしれない。複数の燃料電池のそれぞれを個別に電気的に動作させることが有利である。これにより、ユニットは、未使用の燃料またはパージガスを消費するために、燃料電池組立体内の各燃料電池に存在する燃料の濃度に反応することが可能になる。
【０００７】
燃料電池組立体は、排気流中の残留水素を消費するために燃料電池組立体内の燃料電池の少なくとも１つのアノードとカソードとの間の電流の流れを制御するコントローラを含むことができる。したがって、燃料電池または各燃料電池のアノードおよびカソードは、コントローラを介して一緒に接続されてもよい。したがって、コントローラは、燃料電池のアノードとカソードとの間の電流の流れを制御することができる。したがって、アノードとカソードとの間に電圧が検出され、燃料電池内に水素の存在が示された場合、コントローラは、電流を流して水素を消費することを可能にすることができる。組立体内の各燃料電池は、コントローラを含むことができ、または共通のコントローラが、燃料電池を制御することができる。任意選択的に、コントローラは、予め定められた抵抗を有する受動コントローラを備える。したがって、パッシブコントローラは、燃料電池のアノードとカソードとの間に電流経路を提供し、燃料電池が存在するときに燃料を消費することを可能にする。したがって、受動的コントローラは、導電体ワイヤまたはトラックを備えることができる。
【０００８】
コントローラは、燃料電池組立体の少なくとも１つの燃料電池の電気出力の測定に応じて、少なくとも１つの燃料電池の電流の流れを制御するように構成することができる。したがって、１つまたは複数の燃料電池の両端の電圧を使用して、１つまたは複数の燃料電池のアノードとカソードとの間を流れる電流を制御することができる。所与の燃料電池の両端の電圧は、上記燃料電池または組立体内の異なる燃料電池を横切る電流の流れを制御するために使用されてもよい。
【０００９】
燃料電池組立体は、少なくとも２つの燃料電池を備え、コントローラは、少なくとも１つの燃料電池の電気出力の測定に応じて、第１の燃料電池のアノードとカソードとの間の電流の流れを制御するように構成される。燃料電池組立体は、第１の燃料電池の上流に配置される。
【００１０】
燃料電池排気処理ユニットは、燃料電池排気処理ユニットの燃料電池組立体の下流に配置され、処理ユニットからの排気流の放出を制御するように構成されたパージバルブを含むことができる。したがって、パージバルブは、燃料電池排気処理ユニットの燃料電池組立体を通過した大気などのガスの放出を制御することができる。他の例では、パージバルブは、ユニットを通るアノード流路からの流量を制御するための制限と置き換えられる。
【００１１】
パージバルブは、パージバルブコントローラによって作動されてよく、パージバルブコントローラは、燃料電池組立体の少なくとも１つの燃料電池の電気出力の測定に応答してパージバルブを作動させるように構成される。排気ガス中の水素の存在は、燃料電池の１つ以上の電圧の電圧として検出することができる。従って、電気出力は、パージバルブがいつ開くことができるかを決定するために使用されてもよい。
【００１２】
パージバルブは、パージバルブコントローラによって作動されてよく、パージバルブコントローラは、主燃料電池のアノード流路を通るパージガスの流れを含むパージ動作を示すパージ信号の受信に基づいてパージバルブを作動させるように構成される。したがって、パージバルブコントローラは、パージ動作の開始からの時間に基づいてパージバルブをいつ開けるべきかを決定することができる。したがって、燃料電池組立体がパージ動作に使用される水素を消費するのに要する時間を推定し、これを用いてパージバルブを制御することができる。
【００１３】
パージバルブは、パージバルブコントローラによって作動されてよく、パージバルブコントローラは、排気流の圧力の尺度に基づいてパージバルブを作動させるように構成される。したがって、圧力センサがユニット内に存在してよい。
【００１４】
燃料電池組立体は、排気管に沿って移動する排気流を処理するために、排気管内に配置されてもよい。排気管または導管は、アノード流路とカソード流路とに分割され、燃料電池組立体は、アノード流路とカソード流路との間に配置され、アノード側およびカソード側は、対応する流路にある。
【００１５】
本発明の第２の側面によれば、第１の側面において規定された主燃料電池モジュールと燃料電池排気処理ユニットとの組み合わせが提供され、ここで、上記主燃料電池モジュールが、そこを通るアノード流路を含み、主燃料電池モジュールとの間で排気流を受け取るようになっている。
【００１６】
燃料電池組立体は、主燃料電池モジュールと電気的に接続されていなくてもよい。
【００１７】
本発明の第３の側面によれば、主燃料電池モジュールからの排気流を処理する方法であって、燃料電池組立体に排気流を適用するステップと、処理された排気流を生成するために上記排気流に存在する燃料を消費するよう上記燃料電池組立体を制御するステップと、必要に応じて上記処理された排気流を上記組立体から放出するステップとを含む方法が提供される。
【００１８】
この方法は、燃料を効果的に消費するように燃料電池組立体を電気的に制御するステップを含むことができる。
【００１９】
この方法は、燃料電池組立体の電気出力に基づいて、燃料電池組立体からの排気流を放出するパージバルブを制御するステップを含むことができる。排気流は、排気流中の燃料が予め定められたレベルまで消費されるまで、燃料電池組立体に保持されてもよい。処理された排気は、大気に放出されてもよい。従って、燃料電池組立体のパージバルブの制御は、燃料電池組立体内で燃料が消費される時間を提供する。パージバルブの制御と燃料電池組立体の電気的制御との組み合わせを採用することができる。
【００２０】
本発明の第４の側面によれば、本発明の第１の側面の燃料電池排気処理ユニットを含む主燃料電池によって駆動される車両が提供される。
【００２１】
車両は、自動車、バス、コーチ、バイク、飛行機、船、または他の形態の車両輸送を含むことができる。
【００２２】
排気流を受け入れるように構成された燃料電池組立体を含む主燃料電池モジュールからの排気流であるかどうかにかかわらず、排気流中の燃料を消費するための燃料電池排気処理ユニットが開示され、燃料電池組立体は、排気流がユニットを出る前に、主燃料電池モジュールからの排気流に残っている燃料を予め定められたレベルになるまで消費する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
本発明の実施例の詳細は、以下の図面を参照して、単なる一例として、以下に説明される。
【図１】燃料電池排気処理ユニットの第１の例の概略図を示す。
【図２】図１のユニットの例示的な燃料電池組立体およびパージバルブの概略図を示す。
【図３】燃料電池組立体の第２の例を示す図である。
【図４】燃料電池からの排気流を処理する方法を示すフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
主燃料電池モジュールは、負荷のための電力を生成するために動作中に水素を消費するが、排気流において未使用の水素が残っていることがある。さらに、主燃料電池モジュールは、使用中に蓄積する水分および／または汚染物および／または希釈剤を除去するパージガスを用いて、その流路が必要または定期的にパージされるように構成することができる。燃料電池モジュールのアノード流路内のパージガスは、水素などの燃料を含むのが一般的である。したがって、アノード流路から主燃料電池モジュールを通る排気流は、水素パージガスを含むことができる。パージ動作は、通常運転中よりも速い速度で、および／または主燃料電池モジュールがオフにされたときに燃料を主燃料電池モジュールのアノード流路に通すことを含むことができる。
【００２５】
図１は、主燃料電池モジュール２の排気流中の燃料を消費する燃料電池排気処理ユニット１を示している。したがって、燃料電池排気処理ユニット１は、主燃料電池モジュール２とガス流系列で配置されるように構成される主燃料電池モジュール２は、この例では、複数の燃料電池３がガス流と並列に配置された燃料電池スタックを含む。他の例では、燃料電池モジュールは、スタック以外の構成に配置された単一の電池または複数の燃料電池を含むことができる。
【００２６】
スタック２および燃料電池排気処理ユニット１は、使用時には、アノード流路内に配置される。アノード流路は、水素などの燃料をスタックに導入するためのアノード入口４を含む。スタックはまた、空気などの酸化剤をスタックに導入するためのカソード入口５を含む。アノードおよびカソードの入口４、５は、スタック２内の燃料電池３のそれぞれに燃料および酸化剤を供給するそれぞれの入口マニホールド（図示せず）に接続する。アノードおよびカソードの流路は、アノード排気をアノード排気出口６に、カソード排気をカソード排気出口７に提供する。したがって、排気流は、主燃料電池スタック２を通過した可能性のある反応物質スタックによって生成された反応副生成物およびパージ動作中にアノード流路に適用されたパージガスを含む。アノード流路は、出口６から燃料電池排気処理ユニット１に至る。
【００２７】
燃料電池排気処理ユニット１の燃料電池組立体８は、少なくとも１つの燃料電池を備え、主燃料電池モジュール２のアノード流路からの排気流を導管９を介して受け取るように構成されている。燃料電池組立体８は、主燃料電池モジュール２からの排気流に残る燃料を消費するように電気的に接続されている。したがって、燃料電池組立体８は、アノード排気流中の水素を消費するように電気的に接続される。主燃料電池モジュールは、アノードおよび／またはカソードの流体の流れ／圧力が、電圧および有用なまたは予め定められた電力出力を維持するように供給／変調／制御されるように制御することができる。排気処理ユニットは燃料を除去するように制御され、そのためアノード流／圧力は制御されず、電力出力（電流）フローは消費燃料と同等の電圧を低減するように制御される。したがって、一般に、排気処理ユニットの燃料電池組立体は、燃料電池組立体全体の電圧を、主燃料電池モジュールよりも平均して大幅に低減するように制御される。換言すれば、主燃料電池モジュールは、燃料電池排気処理ユニットの燃料電池組立体よりも大きな動作電圧を維持するように制御されてもよい。燃料電池組立体８の電気的接続は、水素の消費が、測定されたパラメータからの予め定められた基準またはフィードバックに基づいて最適化されるようにすることができる。一例では、燃料電池組立体８内の１つまたは複数の燃料電池は、他の電気的接続も考慮されるが、そのアノードおよびカソードを直接電気的に接続することができる。燃料電池組立体８の両端の電圧は、燃料電池組立体８のアノードとカソードとの間の接続を制御して、電圧が予め定められた電圧を下回るように制御することができる。これは、排気流の燃料濃度が許容限界に達することを示している可能性がある。あるいは、燃料濃度は、センサによって直接測定され、燃料電池組立体８の電圧は、それに応答して制御される。
【００２８】
燃料電池排気処理ユニット１は、燃料電池組立体３からの排気ガスの放出をこの例では雰囲気に制御するパージバルブ１０を含む。このように、パージバルブ１０を閉じた状態で、主燃料電池モジュール２からパージガス及び／又は排気ガスを受け取ると、燃料電池組立体８内の排気ガス圧力が上昇することがある。パージバルブ１０は、燃料電池組立体８は予め定められた閾値以下である。
【００２９】
燃料電池組立体８は、複数の個別燃料電池１１、１２、１３、１４を備えている。この例では、４つの燃料電池が設けられているが、他の数の燃料電池が想定されている。各燃料電池１１、１２、１３、１４は、アノード側１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａと、カソード側１１ｃ、１２ｃ、１３ｃ、１４ｃとを含む。燃料電池は、ＰＥＭ燃料電池を含むことができ、したがって、アノード側およびカソード側は、膜電極組立体を形成する膜のいずれかの側のガス拡散構造を含む。第１の燃料電池１１のアノード側は、そのカソード側に電気的に接続されている。同様に、他の各燃料電池のアノード側は、対応するカソード側に電気的に接続されている。燃料電池組立体の燃料電池の少なくとも２つ（好ましくは、大部分）は、互いに電気的に接続されていなくてもよく、この例では、すべての燃料電池は、互いに電気的に接続されていない。別の例では、全ての燃料電池を電気的に接続することができる。したがって、組立体８の燃料電池は、水素を消費するために互いに電気的に独立して動作させることができる。この例では、全ての燃料電池は主燃料電池モジュール２と電気的に接続されていない。燃料電池はガス流列に配置されているので、第１燃料電池１１は第２燃料、第３燃料および第４燃料の上流同様に、最終燃料電池１４は、他の燃料電池１１、１２、１３の下流にある。
【００３０】
燃料電池組立体８は、第１燃料電池１１のアノード流路の上流に入口バルブを含むことができる。入口バルブは、燃料電池組立体８内の圧力を制御するために使用され得る。
【００３１】
燃料電池組立体の各燃料電池１１、１２、１３、１４は、アノード流路内にガス流列状に配置されている。したがって、組立体８の第１の燃料電池１１は、主燃料電池モジュール２からの排気を受け取り、組立体の燃料電池１２、１３、１４の各々は、組立体８の先行する燃料電池からの排気流を受け取る。主燃料電池２のアノード排気は、組立体８の各燃料電池のアノード側を順に通過する。最終燃料電池１４から、したがって組立体８を通る流れは、パージバルブ１０によって制御される。
【００３２】
組立体８の各燃料電池１１、１２、１３、１４は、それぞれのコントローラ１５、１６、１７、１８を含むことができる。別の実施例では、組立体８の燃料電池１１、１２、１３、１４は、共通のコントローラ。コントローラは、関連する電池から特定の電流または電流プロファイルを引き出すように、または特定の電流または電流プロファイルを描くために抵抗を能動的に変更するように構成することができる。したがって、コントローラは、受動的であり、固定抵抗（例えば、ワイヤ接続またはディスクリート抵抗）を含むことができ、またはそれらはアクティブであり、制御可能な抵抗を含むことができる。例えば、アノード１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａは、電流または電流の受動的コントローラと考えられる抵抗または電線／導体を介して、それらの関連カソード１１ｃ、１２ｃ、１３ｃ、１４ｃに直接接続することができる。
【００３３】
ここで、排気処理ユニット１の動作について、主燃料電池モジュール２のパージ動作を参照しながら説明する。ユニット１は、通常の使用中などの他の状況で水素を消費するために使用され得ることが理解されるであろう。主燃料電池モジュール。最初はパージバルブを閉じる。燃料電池組立体８内のガス混合物は、（以前のサイクルで消費されたように）水素を含まなくてもよく、周囲圧力以下であってもよい。パージ動作が実行されると、水素パージガスは、圧力差および／またはポンプによって、アノード流路を通り、したがって燃料電池スタック２を通って燃料電池組立体８に流入する。パージガスは、燃料電池組立体８および第１の電池１１、次に第２の電池１２などを含む。したがって、例えば、第１および第２の燃料電池１１、１２（ここでは上流の電池と呼ぶ）には、より高い濃度のパージガスが供給されてもよく、第３および第４の燃料電池電池１３、１４（ここでは、下流の電池と呼ぶ）は、パージ動作の前に組立体８内に存在する（圧縮された）ガス混合物を供給することができる。
【００３４】
したがって、パージガスを受け取った上流の１または複数の電池には、燃料を消費し、したがって電圧を生成することになる。これらの電池用のコントローラ（コントローラ１５、１６など）は、水素が消費されたことを示す電圧をゼロに減少させる（したがって、電流の駆動力を除去する）ように電流を流す（それによって燃料を消費する））。燃料電池は、それらの抵抗を制御するために、組立体８内の異なる燃料電池の電気出力または検出された電圧／燃料濃度を使用することができる。例えば、上流の電池によって生成された高電圧は、高い燃料濃度を受けていることを示すことがあり、下流の燃料電池のコントローラは、燃料がユニットを通って移動する際に燃料が消費されることを確実にするために、他の例では、燃料電池組立体８で生成された電流は、コントローラ１５&#12316;１８および／または主燃料電池２のシステムの全部または一部に電力を供給するために利用され得る。アノードとカソードとの間に電流が流れ、燃料が存在するとそれを消費する。
【００３５】
組立体８内の燃料電池間のアノード流路を形成するガス流パイプは、（燃料電池の間に制限を形成する）小径であってもよく、従って水素パージガスは下流に拡散する前に実質的に完全に消費され得る細胞。あるいは、水素は、上流の電池によって予め定められたレベルまで消費されてもよい。
【００３６】
パージバルブ１０は、予め定められた時間の後、またはコントローラ１５、１６、１７、１８（または他のセンサ）の１つ以上がそれらの関連する燃料電池にわたってゼロ（または閾値以下）の電圧を報告した後に作動させることができる。従って、パージバルブ１０を通って大気に放出されたガスは不活性であり、実質的に水素燃料を含まない。
【００３７】
パージバルブ１０は、所定時間開いてもよいし、所定量のガスを放出させてもよい。予め定められた時間は、ユニット１内の測定された圧力およびパージバルブ１０を通る予想される流量に基づいて決定され得る。パージバルブは、ユニット１内の圧力が周囲圧力よりも低いときに閉じたままであるように構成され得る。これは、大気がパージバルブ１０を通ってユニット１に摂取するのを防止するように働くことができる。
【００３８】
これにより、所定量よりも少ない水素濃度を有するアノード流路ガスのみが放出されるようにパージバルブを開放することができる。次いで、パージバルブ１０を閉じ、上流の電池によって最初に受け取られた「より高濃度の」パージガスは、一連の燃料電池１１、１２、１３、１４に沿って下流の電池に向かって移動することができる。下流電池は、上流電池によって消費されなかった残りの水素を消費するように構成することができ、パージバルブ１０が次に開放されるときに、大気に解放するための組立体８の下流端で実質的に不活性なガス混合物をもたらす。
【００３９】
このサイクルは、次のパージ動作で繰り返され、パージガスは、主燃料電池２から組立体８の上流燃料電池によって受け取られる。これにより、処理された又は処理された（上流電池による）排気ガスが下流の電池に押し込まれる。従って、排気流は、組立体８の燃料電池を直列に通って移動するとき、水素濃度が低下する。
【００４０】
パージバルブ１０の作動およびパージ動作の開始は、ユニット１がアノード排気流中の水素を、上流の電池から上流の電池に流入するまでに首尾よく水素を消費することができるように調整することができることが理解されよう。燃料電池組立体８内の燃料電池のサイズおよび／または数は、主燃料電池２のパージ動作で効率的に動作するように選択されてもよい。
【００４１】
燃料電池組立体８内の圧力は、主燃料電池から受け取った排気、パージバルブ１０を通って放出されるガスの量、および燃料電池組立体８によって消費される水素に依存する。パージバルブ１０および燃料電池１１、１２、１３、１４は、圧力プロファイルを維持するように制御されてもよいし、圧力がコントローラ１５から１８を制御するために用いられてもよい。コントローラによって電気的流れに与えられる抵抗は、水素が燃料電池によって消費される速度を制御する。
【００４２】
燃料電池がアノード側に供給される水素を消費するための酸化剤の供給を必要とするカソード流路は、いかなる手段によっても空気を供給することができる。空気は、アノード流路と同様にカソード流路から主燃料電池モジュール２を介して供給されてもよい。あるいは、カソード流路は、別個の空気流を受け入れるか、または大気に開放されてもよい。
【００４３】
さらなる実施例では、コントローラ１５、１６、１７、１８は、それらの関連する燃料電池の両端の電圧を決定するためにセンサで置き換えられるか、または補足される。パージバルブは、上記センサからの１つ以上の読み取り値に基づいて作動されるように構成されてもよい。例えば、パージバルブは、最も下流の燃料電池１４の両端の電圧が実質的にゼロであるときに開かれてもよい。あるいは、パージバルブ１０の作動は、燃料電池組立体８の１つ、２つまたはそれ以上の燃料電池の電気出力に依存してもよい。
【００４４】
燃料電池組立体８の燃料電池は、ガスフローシリーズで接続された燃料電池スタックを含むことができる。燃料電池組立体８は単一の燃料電池を含むことができ、パージバルブの作動は単一の燃料電池の電圧に基づくことができる。
【００４５】
導管９は、ユニット１と主燃料電池モジュール２とを選択的に接続するように構成することができる。例えば、ユニット１は、パージ動作の開始時に接続され、残りの時間の少なくとも一部分で切断される。あるいは、主燃料電池モジュールを出る排気中の水素濃度が所定量を超えた場合に、ユニット１を選択的に接続してもよい。ユニット１は、順番に、複数の主燃料電池モジュールに選択的に接続可能である。
【００４６】
図３は、燃料電池組立体８内の燃料電池のレイアウトの一例を示す。燃料電池組立体は、管状の導管３０を含み、管状の導管３０は、管状の支持体３１を貫通している。燃料電池組立体８を形成する個々の燃料電池１１、１２、１３、１４は、管状支持体３１に沿ってガス流系列で取り付けられる。管状導管の周りの破線は、組立体８に沿った個々の電池間の分離を示す。燃料電池１１、１２、１３、１４のアノード側１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａは、管状支持体３１の外面に位置している。燃料電池のカソード側１１ｃ、１２ｃ、１３ｃ、１４ｃは、従って、アノード流路は、導管３０と支持体３１との間の環状空間によって画定される。カソード流路は、管状支持体３１によって画定される。カソード流路は、連続主システムからのカソード排気導管を含むが、いずれの酸化剤流でも十分であることは理解されよう。その上に形成された管状支持体３１および燃料電池１１、１２、１３、１４は、アノード流路をカソード流路３２から分離する。パージバルブ１０は、最も下流の燃料電池１４に隣接する導管３０の終端に位置してもよいアノード流路が管状支持体３１の内側に延び、カソード流路が管状支持体の外側に延びるように、アノード流路およびカソード流路（したがって、燃料電池）を逆に配置することができる。この例では、導管３０は存在してもしなくてもよい。
【００４７】
図４は、図１、２および３のユニット１がどのように操作されるかを示すフローチャートを示し、燃料電池組立体に排気流を適用するステップ４１を含む。ステップ４２は、排気流に存在する燃料を消費して処理済みの排気流を生成するように燃料電池組立体を電気的に制御するステップと、処理された排気流を大気に放出するステップ４３とを含む。
【符号の説明】
【００４８】
１            燃料電池排気処理ユニット
２            主燃料電池モジュール
３            燃料電池組立体
４            アノード入口
５            カソード入口
６            アノード排気出口
７            カソード排気出口
８            燃料電池組立体
９            導管
１０         パージバルブ
１１         燃料電池
１１ａ       アノード
１１ｃ       カソード
１２、１３、１４         燃料電池
１５         コントローラ
３０         導管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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