(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システム（１）用燃料供給装置（１０）であって、
燃料（４０）を貯蔵するための燃料貯蔵容器（２）への接続のための燃料補給口（１１）及び電気的エネルギーを発生させるための燃料電池アセンブリ（３）への接続のための燃料供給口（１２）と、
前記燃料貯蔵容器（２）から前記燃料電池アセンブリ（３）への燃料の供給のための燃料供給ダクト（１３）であって、前記燃料補給口（１１）及び前記燃料供給口（１２）の間に配されている前記燃料供給ダクト（１３）と、
前記燃料電池アセンブリ（３）から前記燃料供給ダクト（１３）へと未消費の燃料（４２）を戻すための前記燃料供給ダクト（１３）に接続される燃料循環ダクト（１４）と、
前記燃料供給ダクト（１３）に配され、並びに流れ負圧の使用により前記燃料循環ダクト（１４）から未消費の燃料（４２）を吸引し且つ前記燃料電池アセンブリ（３）への供給のための前記燃料供給ダクト（１３）の中へと該燃料を混合するように設計された受動的ジェットノズルアセンブリ（１５）と、
前記燃料供給ダクト（１３）の中の前記ジェットノズルアセンブリ（１５）をバイパスするために、前記ジェットノズルアセンブリ（１５）に平行して前記燃料供給ダクト（１３）に接続されるバイパスダクト（３０）と、
前記燃料補給口（１１）及び前記燃料供給口（１２）の間の前記燃料供給ダクト（１３）に配置される並びに前記燃料供給ダクト（１３）の中の圧力をチェックし及び圧力が特定の圧力値よりも下に落ちた時に少なくとも１つの出力信号（１９１、１９２）を出力するように設計された圧力モニタ装置（１９）と、
前記圧力モニタ装置（１９）に接続され、前記燃料電池アセンブリ（３）への燃料の供給のための前記ジェットノズルアセンブリ（１５）をバイパスするための前記圧力モニタ装置（１９）の前記出力信号（１９１）に対応して、前記バイパスダクト（３０）を活性化するように設計される活性化装置（１７、３１）と、並びに
前記燃料循環ダクト（１４）に接続され、並びに前記燃料循環ダクト（１４）から未消費の燃料（４２）を吸引し且つ前記燃料電池アセンブリ（３）への供給のために前記燃料供給ダクト（１３）の中へと未消費の燃料を混合するために、前記燃料循環ダクト（１４）及び前記燃料供給口（１２）の間の前記ジェットノズルアセンブリ（１５）と平行に接続された燃料ポンプ（１６）を具備し、前記燃料ポンプ（１６）は、前記圧力モニタ装置（１９）に接続され、且つポンプモードにて作動されるように設計されることを特徴とする燃料電池システム用燃料供給装置。
【請求項２】
前記圧力モニタ装置（１９）の前記少なくとも１つの出力信号（１９２）に対応して、ポンプ作動のために活性化されるように設計される請求項１に記載の燃料電池システム用燃料供給装置。
【請求項３】
前記燃料ポンプ（１６）は、前記圧力モニタ装置（１９）が、前記圧力が前記特定の圧力値よりも下に下降しなかったということを示したときに、不活性状態に切り替わる請求項１に記載の燃料電池システム用燃料供給装置。
【請求項４】
更に、前記ジェットノズルアセンブリ（１５）の吸引側の上流の前記燃料循環ダクト（１４）に配され、並びに前記燃料ポンプ（１６）が、前記ポンプモードにあるときに、前記燃料循環ダクト（１４）の中へと前記ジェットノズルアセンブリ（１５）の至る所に燃料のバックフローを防ぐように設計されたチェック装置（３２）を具備する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池システム用燃料供給装置。
【請求項５】
前記チェック装置（３２）は、チェックバルブ又はノンリターンバルブを具備する請求項４に記載の燃料電池システム用燃料供給装置。
【請求項６】
前記ジェットノズルアセンブリ（１５）の上流の燃料供給ダクト（１３）の中に配され、並びに第１のスイッチ位置において、前記燃料貯蔵容器（２）から前記ジェットノズルアセンブリ（１５）の中への燃料の流れを認め、及び第２のスイッチ位置において、前記燃料貯蔵容器（２）から前記バイパスダクト（３０）の中への燃料の流れを認める方向制御バルブ（１７）を具備し、前記方向制御バルブ（１７）は、前記圧力モニタ装置（１９）の前記出力信号（１９１）に対応して、前記第１のスイッチ位置から前記第２のスイッチ位置へと切り替わるように設計された請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池システム用燃料供給装置。
【請求項７】
前記バイパスダクト（３０）に配され、並びに第１のスイッチ位置において、前記バイパスダクト（３０）の中への燃料の流れを防ぎ、及び第２のスイッチ位置において、前記バイパスダクト（３０）の中への燃料の流れを認めるバルブ（３１）を具備し、前記バルブ（３１）は、前記圧力モニタ装置（１９）の前記出力信号（１９１）に対応して、前記第１のスイッチ位置から前記第２のスイッチ位置へと切り替わるように設計された請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システム用燃料供給装置。
【請求項８】
前記圧力モニタ装置（１９）は、圧力スイッチ若しくは圧力変換器を具備し、前記燃料供給ダクト（１３）の中の圧力をチェックし、且つ前記少なくとも１つの出力信号（１９１、１９２）を調節するように設計される請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料電池システム用燃料供給装置。
【請求項９】
前記圧力モニタ装置（１９）は、圧力が、８−９ｂａｒの範囲内の圧力値よりも下に落ちた時に、前記少なくとも１つの出力信号（１９１、１９２）を出力するように設計される請求項１乃至８のいずれか１項に記載の燃料電池システム用燃料供給装置。
【請求項１０】
前記圧力モニタ装置（１９）は、ターゲットセッティングに関連して、前記燃料供給口（１２）にて、初期圧を設定するように設定された圧力減圧器（１８）の上流に配置される請求項１乃至９のいずれか１項に記載の燃料電池システム用燃料供給装置。
【請求項１１】
前記圧力減圧器（１８）は、定比減圧器を具備する請求項１０に記載の燃料電池システム用燃料供給装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の燃料供給装置（１０）及び電気的エネルギーを発生させるための燃料電池アセンブリ（３）を具備する燃料電池システム（１）であって、該システムは、前記燃料供給装置の燃料供給口（１２）に接続される燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を貯蔵するための燃料貯蔵容器への接続ための燃料補給口及び電気的エネルギーを発生させるために燃料電池アセンブリへの接続のための燃料供給口を具備する燃料電池システム用燃料供給装置に関する。燃料供給ダクトは、燃料貯蔵容器から燃料電池アセンブリへと燃料を供給するのに役立ち、並びに燃料補給口及び燃料供給口の間に配置される。更にまた、燃料電池アセンブリから燃料供給ダクトの中へと未消費の燃料を戻すために、燃料供給ダクトに接続されている燃料循環ダクトが設けられる。また、受動的ジェットノズルアセンブリは、燃料供給ダクトに配置され、並びに、流れ負圧を用いて燃料循環ダクトから未消費の燃料を引っ張る若しくは吸引する及び燃料電池アセンブリへの供給のために未消費の燃料を混ぜるために設計されて設けられる。
【背景技術】
【０００２】
このような装置により作動される燃料電池は、とりわけ水素のような燃料及びとりわけ酸素のような酸化剤から電気的エネルギーを発生させる。酸素は、空気として通常供給され、並びに水素は、貯蔵器から供給される若しくは例えばメタノールから局所的に発生させる。可動性及び据え置き型の燃料電池の両方における共通した変型は、高圧タンクからの水素供給である。高圧タンクにおいて、水素は、８０ＭＰａ（８００ｂａｒ）までの圧力下で貯蔵される。１つ以上の高圧タンクは、タンクモジュールを形成することができる。タンクモジュールの出口にて、圧力は、圧力減圧器により、吸気圧力レベルにまで減らされる。この中間圧力範囲において、圧力は、通常約０．５−１．２ＭＰａ（５−１２ｂａｒ）である。
【０００３】
燃料電池は通常、１つ以上の燃料電池スタックの中並びに例えば新鮮な作動ガス及び冷却水を供給し、且つ使用済み作動ガス及び冷却水を放出及び／若しくは再循環させるためのラインのような多数の周辺エレメント、並びに、センサ、バルブ、レギュレータといった燃料ガスの作動がそれなしでは不可能な、これらの作動媒体のための処理施設と共に組み合わされ、１つ以上の燃料電池モジュールの中によく組み合わされる燃料電池システムを構成する。供給ラインは、燃料電池モジュール、即ちハウジングや必要とされる周辺エレメントの中にインストールされる燃料電池と共に、燃料電池モジュールにタンクモジュールを接続する。
【０００４】
このような装置は、例えば独国特許出願公開第１０２５１８７８号明細書（特許文献１）及び独国特許出願公開第１０２００６０３７７９９号明細書（特許文献２）で知られている。燃料ポンプが、エネルギー消費の可能な制御／規制する作動の中に抑えられ、並びにこれと共に、燃料循環フロー速度が、燃料電池のパフォーマンスが変化するような時間で保証され得るような燃料電池システムの燃料回路は、燃料及び酸化剤を与えられることにより電気的エネルギーを発生させる燃料電池、燃料を燃料電池に供給するための燃料供給ダクト、再循環のために燃料供給ダクトの中へ流すために、燃料電池から放出された未消費の燃料をもたらすための燃料循環ダクト、引っ張る若しくは中に吸引する及び未消費の燃料を排出する燃料ポンプ（水素ポンプ）、及び燃料が流れた時に発生した陰圧を用いることにより引っ張る若しくは中に球威するエジェクタ（またしばしばジェットノズルと称される）を具備し、並びに燃料電池の中にそのとき与えられた燃料の中に混ぜられるために同じものをもたらす。
【０００５】
燃料電池の安定した作動を保証するために、確かな値（約３ｍ／ｓ）よりも上の水素側の流速を保持することが通常必要である。このことは、ポンプの使用を介して活性的に（駆動エネルギーを使用する）、或いはジェットノズルにより無抵抗になるかのいずれかを可能にする。ジェットノズルは、電気的エネルギーの使用や摩耗部無しで、燃料循環ダクトの中に燃料を循環させる及びノイズ放射無しで伝達するというポンプの上を覆うといった利点を有する。受動的なジェットノズルは、吸引側における吸引若しくは負圧ひいては流れを作り出すために、駆動圧及び出口圧力の間の圧力差動を用いる。
【０００６】
このことは、燃料貯蔵（例えば燃料貯蔵容器のような）の使用をできる限り効率的に使用する場合には、欠点である。１つのアプリケーションにおいて、最大作動点における駆動圧は、ジェットノズルを効果的に作動させるために、約８−９ｂａｒにすべきである。しかしながら、効果的にできる限り貯蔵を使用することをできるようにするには、最も低い可動圧力（大気圧に近い）を同様に放出することが可能にならなくてはならない。ジェットノズルを使用する場合、このことは、貯蔵がいずれも満足に使用できないということを必然的に伴う、何故ならそれは、高い作動圧で作動されなくてはならない、或いはシステムが、完全な性能範囲における、完全な貯蔵内容物を越えて、使用されることができないからである。逆に言えば、このことは、システムが、完全な貯蔵物が使用されることであるならば、ジェットノズルにより循環されるのではなく、使用が燃料ポンプから成るものであり、順に数ある中でも効率を減じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２５１８７８号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００６０３７７９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、始めに言及したタイプの燃料電池システムの燃料供給装置を示し、並びに相対的に大きな作動範囲において効果的に作動され、燃料貯蔵容器及びジェットノズルを用いて成る燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、請求項１に記されているような、燃料電池システム用燃料供給装置に関する。また、本発明は、このような燃料供給装置及び燃料電池アセンブリを具備する燃料電池システムに関する。
【００１０】
一態様によれば、本発明は、燃料電池システム用燃料供給装置であって、燃料を貯蔵するための燃料貯蔵容器への接続のための燃料補給口及び電気的エネルギー発生のための燃料電池アセンブリへの接続のための燃料供給口、燃料貯蔵容器から燃料電池アセンブリへの燃料の供給のための燃料供給ダクトであって、前記燃料供給ダクトは、燃料補給口及び燃料供給口の間で配置されている燃料供給ダクト、燃料電池アセンブリから燃料供給ダクトへと未消費の燃料を戻すための燃料供給ダクトに接続される燃料循環ダクト、並びに燃料供給ダクトの中に配置され且つ流れ負圧を利用して燃料循環ダクトから未消費の燃料を引っ張る若しくは吸引する及び燃料電池アセンブリへの供給のための燃料供給ダクトの中に未消費の燃料を混ぜ合わせるために設定される受動的ジェットノズルアセンブリを具備する燃料電池システム用燃料供給装置に関する。バイパスダクトは、燃料供給ダクトの中に、ジェットノズルアセンブリを橋掛け若しくはバイパスするために、ジェットノズルアセンブリと平行に、燃料供給ダクトに接続されている。燃料補給口及びジェットノズルアセンブリの間の燃料供給ダクトの中に配置される圧力モニタ装置は、燃料供給ダクトの中の圧力をチェックし、及び圧力が特定の圧力値より下に下降した場合の少なくとも１つの出力信号を出力するように設計される。圧力モニタ装置に接続されている活性化装置は、燃料電池アセンブリへの燃料の供給のためのジェットノズルアセンブリをバイパスするために、圧力モニタ装置の出力信号に対応させてバイパスダクトを活性化するように設計される。
【００１１】
本発明は、流れ圧力が、空の燃料貯蔵容器に起因して下降するとき、ジェットノズルアセンブリは、この作動領域における作動圧力の減少の場合における限定が無いようにするために、燃料供給ダクトの中で、橋掛け若しくはバイパスされ得るという利点を備える。燃料循環ダクトにおける循環が、持続されるようにした場合、ジェットノズルアセンブリの代わりに達成するのにふさわしい燃料ポンプが設けられるだろう。それゆえ、この場合、燃料ポンプのための付加的駆動エネルギーは、燃料供給ダクトにおける流れ圧力が特定の圧力値よりも下に下降し、且つ燃料循環ダクトにおける循環が持続されるようにする作動範囲においてのみ必要とされる。このことは、大きく効果的な作動を可能にすると共に、燃料貯蔵容器を大部分若しくはほぼ完ぺきに空にする可能性を同時に備えている。
【００１２】
本発明の態様によれば、燃料供給装置は更に、燃料循環ダクトに接続され並びに燃料循環ダクトから未消費の燃料を吸引若しくは引っ張る及び燃料電池アセンブリへの供給のための燃料供給ダクトの中へと同燃料を混ぜ合わせるために、燃料循環ダクト及び燃料供給口の間のジェットノズルアセンブリと平行に接続された燃料ポンプを具備する。燃料ポンプは、圧力モニタ装置の出力信号に対応して、とりわけポンプ作動を達成するために、圧力モニタ装置に接続及びポンプモードで操作されるよう接続される。
【００１３】
能率の良い作動のために、圧力モニタ装置が、圧力が特定の圧力値よりも下に降下しなかったということを指し示した場合、燃料供給ダクトの中の圧力がそれゆえに圧力値よりも上になる場合、燃料ポンプが無活動の状態にスイッチされるという利点がある。この場合、ジェットノズルアセンブリのみが、未消費の燃料の混合のために活動する。
【００１４】
このことは、例えば８−９ｂａｒの要求される駆動圧よりも下に減少する貯蔵圧力の更なる推移において、燃料電池システムの電力は、燃料の循環が、燃料ポンプにより整備され得るため、減らされなくてもよい。燃料電池システムの能率的な作動のために、燃料ポンプは、好都合にその他の点で、無活動である。
【００１５】
実施態様において、燃料供給装置は、ジェットノズルアセンブリの吸い込み側の燃料循環ダクト上流に配され、且つ燃料ポンプが、ポンピング運転の時に、ジェットノズルアセンブリを横切った燃料のバックフローを燃料循環ダクトの中へと防ぐように設計されたチェック若しくはノンリターン装置を更に具備する。それはゆえに、活動ポンプ運転における燃料ポンプは、ジェットノズルを横切った逆方向に燃料を循環させるということが防止される。
【００１６】
とりわけ、チェック装置は、ノンリターンバルブ又はチェックバルブを具備する。
【００１７】
実施態様において、燃料供給装置は、ジェットノズルアセンブリの燃料供給ダクト上流に配置される方向制御バルブを具備し、並びに、第１スイッチ位置にて、燃料貯蔵容器からジェットノズルアセンブリの中への燃料の流れを可能にし、且つ、第２スイッチ位置にて、燃料貯蔵容器からバイパスダクトの中への燃料の流れを可能にする。ここで、方向制御バルブは、圧力モニタ装置に対応して、第１スイッチ位置から第２スイッチ位置へと切り替えるために配置される。燃料供給ダクトが設定した値よりも下に降下したとき、方向制御バルブ、とりわけ３／２方向バルブが、自動的に切り替えられ、且つそれゆえにジェットノズルがバイパスダクトを介してバイパスされるといったことが達成され得る。
【００１８】
更なる態様によれば、燃料供給装置は、バイパスダクトの中に配されたバルブを具備し、並びに、第１スイッチ位置にて、バイパスダクトの中の燃料の流れを妨げ、及び第２スイッチ位置にて、バイパスダクトの中の燃料の流れを可能にし、該バルブは、圧力モニタ装置の出力信号に対応して、第１スイッチ位置から第２スイッチ位置へと切換するよう設計される。それゆえに、燃料供給ダクトの中の圧力が設定値よりも下に落ちた時、バイパスダクトの中のバルブ、とりわけ２／２方向バルブがブロック或いは開口され、後者の場合、ジェットノズルが開口された（ジェットノズルよりも低い流れ抵抗を示す）バイパスダクトを介してバイパスされるということが達成され得る。
【００１９】
実施態様によれば、圧力モニタ装置は、圧力スイッチ若しくは圧力変換器を具備し、そのいずれかは、燃料供給ダクトの中の圧力をチェックし、及び出力信号を起こすために設計される。
【００２０】
実施態様において、圧力モニタ装置は、圧力が８−９ｂａｒの範囲内に圧力値を下降した時、出力信号を出力するように設計される。それゆえ、供給圧力は、８−９ｂａｒ（ｇ）（外部環境への相対圧力）の値でチェックされ得る。
【００２１】
とりわけ、圧力モニタ装置は、ターゲットセッティングに関連して、燃料供給口にて初期圧力を設定するように設計された圧力減圧器の上流に配置される。制御作動の間中に可能なフィードバック状態を減らすために、圧力減圧器は、その調節可能な位置によって、持続的な燃料流量或いは比例していくつかの段階で設定することが可能な、比例圧力減圧器を効率的に有する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】燃料貯蔵容器を具備する本発明に係る燃料電池システムの実施態様、本発明に係る燃料供給装置の実施態様、並びに、例えば燃料電池スタックと称される同装置により供給される燃料電池アセンブリを示す。
【図２】燃料貯蔵容器を具備する本発明に係る燃料電池システムの更なる実施態様、本発明に係る燃料供給装置の更なる実施態様、並びに、同装置により供給される燃料電池アセンブリを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る燃料貯蔵容器２を具備する燃料電池システム１の実施態様、本発明に係る燃料供給装置１０の実施態様、並びに、当該供給装置（例えば燃料電池モジュール又は燃料電池スタック）により供給される燃料電池アセンブリ３を模式的に図示している。後者は、燃料電池の既知の原理によって、酸化剤、とりわけ酸素と、燃料、ここでは水素との反応から電気的エネルギーを発生させるのに役立つ。例えば、燃料電池システム１は、タンクモジュール２（原則として、あらゆる型の適正な燃料貯蔵容器が使用され得る。）及び燃料電池スタック３を具備し、水素４０は、燃料供給装置１０を介して、タンクモジュール２から燃料電池スタック３の中へと流れることが可能である。
【００２５】
この目的のために、燃料供給装置１０は、タンクモジュール２への接続のための燃料補給口１１及び燃料電池スタック３への接続のための燃料供給口１２を有する。燃料供給装置１０は、モジュラ形式で設けられており、且つタンクモジュール２及び／若しくは燃料電池スタック３に分離的に設けられて及び接続される、又は燃料電池スタック３と共に、共通の燃料電池モジュールハウジングの中に一体化され得る。また、タンクモジュール２は、例えばハウジングのように一体化される、又はそれから別に与えられる。燃料供給ダクト１３は、タンクモジュール２から供給ライン４を介して燃料電池スタック３に燃料を供給するのに役立ち、及び、燃料補給口１１及び燃料供給口１２の間に配置される。
【００２６】
水素４０は、水素ラインの燃料補給口１１を通じて、タンクモジュール２から流れる。供給ラインの中の混合ガスの圧力を決定し且つ圧力を継続的に測定し且つ対応する信号２０１を出力する圧力センサ２０と協働して、圧力減圧器１８は、目標設定を伴って燃料供給口１２における圧力を比較し、且つ前記圧力を調製するために媒介物を流すようにする。好ましくは、この目的のために、圧力減圧器１８は、釣り合った圧力減圧器を具備する。燃料供給口１２にて、供給ライン４は、燃料電池スタック３に接続される。最大圧力が超過されるときだけでなく、ガス混合物の圧力が最大圧力よりも上に上昇した場合に、圧力スイッチ２１は、供給ライン４の中の水素の圧力をチェックし、且つ安全回路を介して安全状態の中にシステムを切り替える。代わりに若しくは負荷的に（例えば圧力スイッチ２１に対する余剰物として）、圧力スイッチ２２が、供給ライン４の中の水素の圧力をチェックし、且つ最大圧力が超過した時、これまたガス混合物の圧力が、最大圧力よりも上に上昇した場合、安全回路を介して安全状態にシステムを切り替えるように設けられる。燃料供給口１２から、水素４１が、水素供給ラインを通じて、燃料電池アセンブリ３の中へ流れ込む。
【００２７】
未消費の水素４２を含むアノード排出ガスもまた、アノード７１のアノード排出ガスラインを通じて、燃料電池アセンブリ３に残り、且つ燃料循環ダクト１４の中に向けられる。後者は、燃料電池アセンブリ３への新たな供給のために、燃料供給ダクト１３の中へと、未消費の水素４２を混合するのに役立つ。カソード作動ガス（とりわけ酸素）は、空気供給ライン５１を通じて、燃料電池アセンブリ３に入り、カソード７２のカソード排出ガスライン５２を通じて、再度に残る。冷却水は、冷却器６０の冷却水供給ライン６１を通じて、燃料電池アセンブリ３に入り、冷却水放出ライン６２を通じて出される。
【００２８】
燃料循環ダクト１４の中へ方向づけられたアノード排出ガスは、水分離器２３を横切って通過され、該分離器は、ガス蒸気から液化水を分離し、及び水が流れるガス混合物に含まれるのと同様のものを収集する。レベルスイッチ２６は、水分離器２３の満量レベルをチェックし、最大満量レベルに達したら水ドレインバルブ２４を開口すると同時に水分離器２３の中の水はスイッチを濡らす。レベルスイッチ２６の切換では、水ドレインバルブ２４が開口され、及び水が水分離器２３放出する。十分な水が水分離器２３から排水された後の定義済みの時間の後に水ドレインバルブ２４が締まるが、ガスは、まだ水ドレインバルブにない。ガス放出バルブ２５は、システムから大気の中へとガスを放出するのに役立つ。ほとんど多くは、通常の開口は、作動中に実行される。
【００２９】
更にまた、受動的ジェットノズルアセンブリは、燃料供給ダクト１３に配置され、並びに負の流れ圧を用いることにより燃料循環ダクト１４から未消費の燃料４２を吸引若しくは引っ張り且つ燃料電池アセンブリ３への供給のために燃料供給ダクト１３の中へと該未消費の燃料を混合させるように設計されて、設けられる。燃料電池の安定な作動を保証するために、確実な値（およそ３ｍ／ｓ）よりも上で水素側の流速を保持することが、一般的に必要である。このことは、活性的に燃料ポンプの使用により、或いは受動的にジェットノズルの使用により、のいずれかを可能にする。
【００３０】
とりわけ、ジェットノズルアセンブリは、特に受動的ジェットノズルであるジェットノズルを具備する。このノズルは、とりわけ既知の構成から成る。ジェットノズルに加えて、ジェットノズルは、例えばバルブ若しくはその同様のものといった付加的な付属構成要素を有することができる。ジェットノズルは、ポンプよりも多くの利点を有し、電気的エネルギーの使用無しで循環を備え、摩耗部が無く、並びに殆どノイズ放射なく伝達する。受動的ジェットノズルは、駆動圧並びにバキュームを起こすための外部圧若しくは吸引側における負圧及びそれに伴う流れの間の圧力差を用いる。しかしながら、最大作動ポイントにおける駆動圧が、およそ８−９ｂａｒ（ｇ）になるべき時、可能な限り燃料貯蔵容器の使用が能率的である場合に、このことは欠点となる。可能な限り効率的に容器が使用されるのを可能にするには、最も低い可能な圧力（大気圧に近い）で同じものを放出することが可能にならなくてはならない。ジェットノズルが用いられるとき、このことは、容器がフルに使用されることができなかったり、システムが、それ全体のパフォーマンス幅にある全部の貯蔵容量を超えて使用できなかったり、或いは貯蔵容量が役立たせられることになるとき、システムがジェットノズルにより循環されないといった結果に対し必要的に有する。
【００３１】
本発明は、燃料補給口１１及びジェットノズルアセンブリ１５の間の燃料供給ダクト１３の中に、圧力モニタ装置１９を設けることにより、その際に改善方法を与える。この装置は、燃料供給ダクト１３、とりわけ供給ライン４、好ましくは圧力減圧器１８の上流における圧力をチェックし、且つ圧力が、特定の圧力値よりも下回った時に、少なくとも１つの出力信号（本実施態様では、２つの出力信号１９１、１９２）を出力する。好ましい態様においては、このことは、圧力が、８−９ｂａｒの間の範囲内よりも、圧力値が下がった時に起こる。圧力値は、仕事量の要件に従って、動的に事前に定義若しくは調節され、並びに／又は設定若しくは調整され得る。
【００３２】
更にまた、燃料供給ダクト１３の中のジェットノズルアセンブリ１５をバイパスするために、ジェットノズルアセンブリ１５に平行して、燃料供給ダクト１３に接続されるバイパスダクト３０が設けられる。とりわけ、バイパスダクト３０は、入力のための入力側及びジェットノズルアセンブリ１５の出力のための出力側に接続される。特定用途に依って、例えばバルブ又はそれと同じような、ジェットノズルアセンブリの一部若しくは付属する他のエレメントはまた、バイパスダクト３０により、橋掛け若しくはバイパスされる。
【００３３】
図１に係る態様において、方向制御バルブ１７が更に設けられ、該バルブは、ジェットノズルアセンブリ１５の上流の燃料供給ダクト１３に配置される。方向制御バルブ１７はとりわけ、３／２方向バルブである。第１スイッチ位置にて、方向制御バルブ１７は、燃料貯蔵容器２ひいては燃料補給口１１からジェットノズルアセンブリ１５の中への燃料の流れを認める。バイパスダクト３０は、方向制御バルブ１７によりこの場合閉められる。第２スイッチ位置にて、方向制御バルブ１７は、燃料貯蔵容器２からバイパスダクト３０の中へと燃料の流れを許容する。ジェットノズルアセンブリ１５を通じて、燃料供給ダクト１３は、方向制御バルブ１７によりこの場合閉められる。圧力モニタ装置１９の出力信号１９１に対応して、方向制御バルブ１７は、第１スイッチ位置から第２スイッチ位置へと適宜切り替わる。例えば、圧力モニタ装置１９は、燃料供給ダクト１３、とりわけ供給ライン４の中の圧力をチェックするため並びに圧力が、設定圧力値に届いた若しくは当該圧力値よりも下に下降した時、出力信号１９１、１９２を誘因するために、圧力スイッチ若しくは圧力変換器となる若しくは有する。例えば、圧力スイッチ若しくは圧力変換器は、非作動状態及び安全な場合（即ち、この場合において出力信号が無い場合）に閉められる。同様に、測定変換器の他の型が、使用され得る。
【００３４】
言い換えると、燃料供給ダクト１３の中の供給圧力をチェックする圧力モニタ装置１９が設けられる。この供給圧力は、例えば８−９ｂａｒ（ｇ）の値で設定若しくはチェックされる。圧力が設定値より下に落ちた時、瞬時の場合に、流れの方向において圧力減圧器１８の下流に配置される方向制御バルブ１７は、自動的に切り替えられ、ひいてはジェットノズルアセンブリ１５がバイパスされる。それゆえ、方向制御バルブ１７は、圧力モニタ装置１９に接続され、並びに圧力モニタ装置１９の出力信号１９１が、燃料電池装置３への燃料の供給のために、ジェットノズルアセンブリ１５をバイパスするためのバイパスダクト３０を活性化することに対応させた活性化装置として機能する。
【００３５】
従って、燃料電池システム１は、ジェットノズルアセンブリ１５による満量の燃料貯蔵容器１５の場合における、エネルギー‐保持及び能率的挙動で作動される。しかしながら、電力が、約８−９ｂａｒ（ｇ）の必要とされる駆動圧力より下の減少貯蔵圧力の更なるうちに、減らさなくてもよくするために、燃料循環ダクト１４に接続され、並びに燃料循環ダクト１４及び燃料供給口１２の間のジェットノズルアセンブリ１５に平行に接続されて負荷的に設けられる。活性化作動（ポンプ作動）において、燃料ポンプ１６は、燃料循環ダクト１４から未消費の燃料４２を吸い込む若しくは引っ張り、並びに燃料電池アセンブリ３の中への供給のために、ジェットノズルアセンブリ１５の下流に、燃料供給ダクト１３の中へと該燃料を混合させる。可能なエネルギー―セーブ及び燃料電池システム１の能率的作動を表現するのに、燃料ポンプ１６は、時間的に作動される。本発明によれば、燃料ポンプ１６が、圧力モニタ装置１９に接続されており、並びに同装置の出力信号１９２を受信し、該信号は、出力信号１９１と同等若しくは対応するようになり、又は信号技術という点では同じということとは異なる、ということがその際提供される。出力信号１９１と同様の出力信号１９２は、圧力が燃料供給ダクト１３の中の特定の圧力値よりも下に落ちた場合、且つこのことが圧力モニタ装置１９により検出された場合、出力される。
【００３６】
燃料ポンプ１６は、圧力モニタ装置１９の出力信号１９２に対応して、ポンプモードにて作動されるよう設計される。とりわけ、結果的には、燃料ポンプ１６が、満タンの燃料貯蔵容器２に場合において、不活性化される若しくは非作動状態にあるかであり、燃料ポンプ１６は、出力信号１９２に対応して、ポンプ作動のために活性化される。即ち、圧力モニタ装置１９の位置にて、燃料供給ダクト１３の中の圧力が、設定値よりも下に落ちた時、ジェットノズルアセンブリ１５は、先述のように且つジェットノズルアセンブリ１５が活性化されるのと平行して組み合わされる燃料ポンプ１６と同時に、橋掛け若しくはバイパスされる。それゆえ、燃料電池システム１のパフォーマンスは、減少する貯蔵圧力を伴ってでさえチェックされ、且つ能率的な作動は、燃料ポンプ１６が仮にのみ若しくは必要とされるときに作動されるため、同時に表現される。
【００３７】
それゆえ、原則的に本発明は、作動のモードの次の利点のある組み合わせを可能に描く：十分な供給圧力（即ち燃料供給ダクト１３の中の圧力が、それに応じて若しくはモニタされた圧力値よりも下にある；圧力モニタ装置１９は、圧力モニタ装置１９は、圧力が、特定値よりも下に落ちなかったということを指し示す。）の場合における“ジェットノズル活性（バイパスダクト不活性）及び燃料ポンプ不活性”並びに不十分な供給圧力（即ち、燃料供給ダクトの中の圧力が、それに応じて若しくはモニタされた圧力値よりも下にある；圧力モニタ装置１９は、圧力が、特定値よりも下に落ちたということを指し示す。）の場合における“バイパスダクト活性（ジェットノズル不活性）及び燃料ポンプ活性”。
【００３８】
活性化状態において、燃料ポンプ１６が、ジェットノズルアセンブリ１５にわたって後方に水素を循環させることを防ぐために、ジェットノズルの吸引側の上流にチェック若しくはノンリターン装置３２が備わっており、これを防ぐ。チェック装置３２は、ジェットノズルアセンブリ１５の吸引側の上流の燃料循環ダクト１４に配置され、且つ燃料ポンプ１６がポンプ作動中の場合に燃料循環ダクト１４の中へのジェットノズルアセンブリ１５にわたる燃料のバックフローを防ぐように設計される。例えば、チェック装置３２は、ノンリターンバルブ若しくはチェックバルブを具備する。
【００３９】
図２は、燃料貯蔵容器を具備する本発明に係る燃料電池システムの更なる態様、本発明に係る燃料供給装置の更なる態様、及び同装置により供給される燃料電池アセンブリを示す。図２に係る態様は、大部分において、図１に係る態様と近似しており、燃料電池システム１及び燃料供給装置１０の構造及び作動が、その際重複して記載されることの無いように、適宜同一の符号が使用される。この点で、符号は、図１に対応する記述を作り出される。その他の点で、この態様は、図１に係る態様に関連して前述したような同様の作動及び利点を認める。
【００４０】
図１に係る態様と対照的に、図２に係る態様は、バイパスダクト３０に設けられるバルブ３１を有し、とりわけ２／２方向バルブである。これは、図１における３／２方向バルブの代わりに図２では設けられる。第１スイッチ位置にて、バルブ３１は、バイパスダクト３０における燃料の流れを防止し、並びに第２スイッチ位置にて、バルブ３１は、バイパスダクト３０における燃料の流れを認める。バルブ３１は、圧力モニタ装置１９の出力信号１９１を受信し、並びに圧力モニタ装置１９の出力信号１９１に対応して、第１スイッチ位置から第２スイッチ位置へと切り替えるように設計される。
【００４１】
従って、図２に係る態様によれば、燃料供給ダクト１３の中の供給圧力をチェックする圧力モニタ装置１９もまた備わっている。この圧力は、例えば８−９ｂａｒ（ｇ）の値にまで調節若しくは設定される。圧力が設定値よりも下回った時、バイパスダクト３０の中のバルブ３１は、自動的にそれによる流れを認め、それゆえにジェットノズルアセンブリ１５をバイパスする（開口されたバイパスダクト３０は、ジェットノズルよりも低い流れ抵抗を示す）。それゆえ、バルブ３１は、圧力モニタ装置１９に接続されている活性化装置として機能し、並びに圧力モニタ装置１９の出力信号１９１に対応して、燃料電池アセンブリ３へ燃料を供給するために、ジェットノズルアセンブリ１５をバイパスするためのバイパス通路３０を活性化する。燃料ポンプ１６が備えつけられたとき、図１に関連して既に記載されているように、それは、出力信号１９２を介して同様に駆動される。
【符号の説明】
【００４２】
１          燃料電池システム
２          燃料貯蔵容器（タンクモジュール）
３          燃料電池アセンブリ（スタック）
４          供給ライン
１０        燃料供給装置
１１        燃料補給口
１２        燃料供給口
１３        燃料供給ダクト
１４        燃料循環ダクト
１５        ジェットノズルアセンブリ
１６        燃料ポンプ
１７        方向制御バルブ
１８        圧力減圧器
１９        圧力モニタ装置
２０        圧力センサ
２１、２２  圧力スイッチ
２３        水分離器
２４        水ドレインバルブ
２５        ガス放出バルブ
２６        レベルスイッチ
３０        バイパスダクト
３１        バルブ
３２        チェック装置
４０、４１  燃料（水素）
４２        未消費の燃料（水素）
５１        空気供給ライン
５２        カソード排出ガスライン
６０        冷却器
６１        冷却水供給ライン
６２        冷却水放出ライン
７２        カソード
１９１      出力信号
１９２      出力信号
【図１】
0006912573.tif 000002
【図２】
0006912573.tif 000003