(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池、例えばダイレクトメタノール燃料電池ＤＭＦＣから反応生成物、例えばＣＯ２を、それ以外の物質が漏れ出ることなく、簡単に信頼性を持って除去できる処理システムを提供する。【解決手段】燃料タンク１から透過性の管路４を介して燃料、例えばアルコールが燃料電池の反応室２に導入されるとともに、反応室で生成された反応生成物、例えばＣＯ２ガスは透過性の管路５を介して吸収材容器３に導入される。この吸収材容器３にはＣａ（ＯＨ）２等の吸収材が収納されており、反応生成物はこの吸収材に吸収されることで除去される。なお吸収材容器は燃料タンクを囲繞することで反応熱を電池反応に利用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料内で生成された少なくとも１つの反応生成物が吸収され得る、少なくとも１つの化学吸収材を特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記生成物がＣＯ２を含むか、またはＣＯ２であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記吸収材が、前記反応生成物に対して透過性のある管路を介して前記燃料電池の反応室および／またはアノード室に連結された、吸収材容器内に配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記反応室および／または前記アノード室が、少なくとも１つの相分離膜を介して前記吸収材容器に連結されることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記吸収材容器が前記燃料電池のタンクを有し構造ユニットとして構成されることを特徴とする、請求項３または４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記吸収材容器が１つのタンクまたは前記のタンクを有し、前記燃料電池に連結可能な共通カートリッジとして構成され、
それによって燃料に対して透過性のある連結部が、前記タンクと前記反応室および／またはアノード室との間に生成され、
前記反応生成物に対して透過性のある連結部が、前記吸収材容器と前記反応室またはアノード室との間に生成され、
好ましくは前記タンクと前記吸収材容器が一緒に前記反応室に連結可能である
ことを特徴とする、請求項３から５のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記吸収材が、二酸化炭素吸収石灰および／またはＣａ（ＯＨ）２を含む、または、二酸化炭素吸収石灰および／またはＣａ（ＯＨ）２から成ることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記燃料電池および／または前記吸収材容器および／または前記タンクが一緒に閉鎖システムを形成することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記吸収材容器が、前記吸収材による前記反応生成物の吸収の間に放出された反応熱および／または放出された反応水が前記燃料電池の反応に使用され得るように、好ましくは前記吸収材容器が、好ましくは熱伝導性の連結状態にある前記タンクを囲繞するように配置されるように、および／または前記吸収材容器が熱伝導性材料を含む、またはそれから成るように配置および／または構成されること、ならびに／あるいは
少なくとも１つの熱交換器が、前記吸収材容器と前記タンクとの間、および／または、前記吸収材容器と、前記反応室および／または前記アノード室との間に配置されることを特徴とする、
請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記燃料電池が直接アルコール燃料電池および／または直接メタノール燃料電池である
ことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記燃料電池が液体作動燃料電池または気体作動燃料電池であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記吸収材容器が、少なくとも１つの流動チャンネル、および／または少なくとも１つのテーパ付き部分、および／または少なくとも１つのバッフル板を有し、それによって前記反応生成物が前記吸収材容器を通して導かれ得ることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記吸収材容器が、
前記吸収材における前記反応生成物の前記吸収によって発生する圧力および／または分圧の違い、および／またはそれらの変化の結果、前記吸収材内へのおよび／またはそれを通過する前記反応生成物の前記流れが駆動されるように、構成されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１４】
少なくとも１つの燃料用の少なくとも１つのタンクを有し、
少なくとも１つの吸収材が配置された少なくとも１つの吸収材容器を有する、燃料電池用の供給および処理システムであって、
少なくとも１つの燃料が、前記タンクから前記燃料電池の反応室内に流れ、または流動することができ、
少なくとも１つの反応生成物が、前記燃料電池の前記反応室および／またはアノード室から前記吸収材容器内に流れ、または流動することができるように、燃料電池に連結可能な、供給および処理システム。
【請求項１５】
前記供給および処理システムが、請求項１から１３のいずれか一項に記載の燃料電池に連結できること、または請求項１から１３のいずれか一項に記載の燃料電池の一部であることを特徴とする、請求項１４に記載の供給および処理システム。
【請求項１６】
反応生成物が吸収材によって吸収されることを特徴とする、反応生成物を燃料電池から取り除く方法。
【請求項１７】
前記燃料電池が、請求項１から１３のいずれか一項に記載の燃料電池である
ことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応生成物の処理を特に有利な態様で実施できる燃料電池、およびそのような燃料電池の一部になり得る、またはそのような燃料電池に接続し得る供給および処理ユニットに関する。本発明はさらに、燃料電池から反応生成物を処理するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電気エネルギーを発生するときに、反応抽出物を反応生成物に変換する。この目的のために、燃料電池の反応抽出物はタンクから供給されなければならず、反応生成物が排出または除去されなければならない。反応抽出物と反応生成物は両方とも、液体または気体状であってよい。反応抽出物として可能なものは、例えば水、アルコール、水素、および酸素である。反応生成物は、例えば水、ＣＯ２、およびその他のものであってよい。
【０００３】
特に、反応生成物を搬出または除去することが課題となっている。とりわけ気体状生成物の場合、抽出物を分配する燃料電池（流れ場）のガス分配器構造内に発生した気体の泡は、燃料の搬入および搬出を妨害し、その結果燃料電池の運転挙動を損なうことがある。多くの型式の燃料電池内で、特に気体状の抽出物および／または生成物が妨げられないまま環境に流出しないように、燃料電池の反応室および／または燃料電池のアノード室はシールされなければならないということによって、反応生成物の搬出の課題がさらに増大する。
【０００４】
上述の課題は、アルコールと酸素が水と二酸化炭素に変換される直接アルコール燃料電池において特に生じる。液体作動される直接アルコール燃料電池の場合、ＣＯ２と水の２相混合物がそこで生成される。二酸化炭素の気体泡が燃料電池から除去されなければ、それらは上述したような燃料輸送を妨害する。さらに、発生したＣＯ２によってシステム内の圧力が増加し、その結果作動挙動も同様に損なわれる。さらに二酸化炭素は触媒の箇所も遮断して、燃料が妨害されずには触媒的に反応することができないという効果をもたらす。
【０００５】
最新の技術では、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）の場合、発生したＣＯ２は燃料を介して反応室外に導かれる。引き続いてＣＯ２は、相分離膜（ＣＯ２膜）を介してシステムから環境に排出され得る。蒸気または気体で作動され、燃料が循環せず反応室内でメタノールとＣＯ２の混合物が生成される受動的直接メタノール燃料電池の場合は、ＣＯ２膜、すなわち半透性ガス分離膜が配置された開口部を通してＣＯ２を排出することが提案された。現況技術による解決策では、この膜の選択性が低いために、メタノールの無漏洩を確保できないことが課題となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、燃料電池と、燃料電池用の供給および処理ユニットと、燃料電池から反応生成物を除去するための方法とを提示することであり、それによって燃料電池から反応生成物を、それ以外の物質が漏れ出ることなく、簡単に信頼性を持って除去できるようにすることである。本発明による燃料電池と、供給および処理ユニットと、方法とは、可能な限り簡単で経済的な態様で、製造または作動され、実行され得るべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの目的は、請求項１による燃料電池と、請求項１４による供給および処理ユニットと、請求項１６による燃料電池から反応生成物を除去する方法と、によって達成される。本発明による燃料電池と、供給および処理ユニットと、方法と、の有利な成果はそれぞれに関する請求項で与えられる。
【０００８】
本発明により、燃料電池内で生成された少なくとも１つの反応生成物は、少なくとも１つの化学吸収材によって吸収される。反応生成物は、例えばＣＯ２であってよい。
少なくとも１つの化学吸収材が、今後吸収材容器と称される容器の中に配置されることが好ましく、この容器は反応生成物に対して透過性のある少なくとも１つの管路を介して、燃料電池の反応室、および／または燃料電池のアノード室、および／またはカソード室に連結される。管路は一般に、気体および／または液体透過性であってよいが、単数または複数の反応生成物のみに対して透過性のあるフィルタおよび／または膜、特に半透膜、が管路内に配置されてもよい。
【０００９】
反応生成物が該当室から吸収材容器内に移動できるように、吸収材容器が、燃料電池の反応室および／またはアノード室および／またはカソード室に直接配置されてもよい。特に、吸収材自体が該当室内に配置されてもよい。
【００１０】
吸収材は、少なくとも１つの膜、好ましくは相分離膜を介して、反応室に連結し、および／またはアノード室および／またはカソード室から連結されることが好ましい。
吸収材は、燃料電池のタンクと一緒に、連結、取り外し、および／または交換できるように、配置および／または構成されることが好ましい。これは、一方でタンク内の新燃料を使用できるようにし、他方で消費された吸収材を交換および／または再生する、燃料電池の保守が１段階のみで可能になるという点で有利である。
【００１１】
このような実施形態は、タンクおよび吸収材容器が１つの構造ユニットとして構成されると、特に有利に達成できる。したがってタンクおよび吸収材容器は、２つの容器および／または室であることが好ましく、それらの間で直接的な気体または液体の交換は生じないが、それらは連通し、互いに連結され、隣接して配置され、および／または互いに対して当接するように構成されることが好ましい。したがって、単数または複数のタンク、および単数または複数の吸収材容器が、中空体として構成されてよく、必要な場合には吸収材材料が充填されて、それらは組み立て、互いに接合、互いに溶接することが可能であり、または１つあるいは複数の分離壁によってタンクおよび吸収材容器に細分割される１つの全容積体とすることが可能である。例えば、タンクおよび吸収材容器は、好ましくは一平面内に延在して、吸収材容器がタンクを囲繞する容積体である、またはタンクが吸収材容器を囲繞する容積体である、共通の直方体の容積体を形成することも可能である。これによってタンクおよび吸収材容器はそれぞれ、例えば深さのような、全容積体の延長部を完全に満たし、他の大きさを両方共、説明した態様で互いに囲繞することができる。この場合、燃料電池の反応室および／またはアノード室および／またはカソード室は、タンクおよび吸収材への連結が存在し、またはもたらされ得るように、配置されることが好ましい。上述したタンクおよび吸収材容器の共通容積体が一平面内に延在する直方形であるときは、例えば、燃料電池の反応室および／またはアノード室および／またはカソード室は、同様に一平面内に延在し、その２つの広い表面の１つで、タンクおよび吸収材を形成する共通容積体の広い表面の１つに、あるいは一部はタンクに一部は吸収材に、またはタンクのみに、当接することができる。しかし、少なくとも１つのシャッタが、燃料電池の対応する室と対応する容器またはタンクとの間に配置され、そのシャッタを用いて、抽出物および生成物の、燃料電池内へのまたは燃料電池から外への輸送を、制御および／または調整できることが好ましい。
【００１２】
吸収材容器およびタンクを共通化し、燃料電池に一緒に連結できる実施形態は、特に有利である。タンクから燃料電池に導き、吸収材容器から燃料電池に導く管路は、これによって対応する燃料電池内のブッシュの中に挿入可能な、プラグイン連結具として構成できる。しかし、上述のタンクおよび吸収材の連結具が、単一のプラグイン連結具内で分離チャンネルとして構成される配置も特に好ましいものである。この場合には、例えばプラグイン連結具内に延在するチャンネルは、中間面によって２つの独立チャンネルに細分割され得る。
【００１３】
燃料電池および／または吸収材容器および／またはタンクが一緒に閉鎖システムを形成するとき、すなわち連結状態において、物質が望ましくない態様で共通システムから漏れ出ないことが好ましい。しかし閉鎖システムは、上述したように、燃料電池、吸収材室および／またはタンクが、連結および／または分離可能に構成されることが好ましい。対応する要素を生成物および／または抽出物で、直接充填しまたは直接空にできる閉鎖可能な開口部を、上述のユニットの１つまたは複数に配置することも可能である。
【００１４】
吸収材が単数または複数の反応生成物を吸収する間に放出される反応熱および／または反応水が、燃料電池の反応に使用され得るように、吸収材容器が配置でき、および／または構成できることが有利である。
【００１５】
この目的のために、蒸気作動直接アルコール燃料電池の場合、吸収による反応熱は吸収材容器を介してタンクに伝達され得る。この目的のために、吸収材容器はタンクの周囲に配置され得る。吸収材容器またはその壁は、例えば金属などの熱伝導のよい材料を有するかまたは含むことが好ましい。
【００１６】
タンクに伝達された熱はアルコールの蒸発率および／または気化率を増加し、それによってより多くのアルコールが反応室内に流入し、それによって作動挙動が向上または改善されることになる。一般に吸収による反応熱は、例えば熱交換器を介して、燃料電池のタンクおよび／または反応室に有利に伝導されることが可能であり、したがってそれぞれ、燃料電池の作動挙動に好ましい効果を有する。さらに、吸収による反応熱および反応水は、強制流を介して反応室へ輸送可能である。強制流は、例えば上述したように、圧力の違いによって作り出すことができる。吸収材容器から外部に反応水を輸送するためのさらなる実現策として、反応室に連結するホースを備える、排出用の傾斜あるいは出口または収納タンクが、燃料電池システムの適切な配置を有して製作されてもよい。
【００１７】
吸収材、とりわけ化学吸収材として、二酸化炭素吸収石灰、Ｃａ（ＯＨ）２など、およびその他のものが可能である。
本発明の燃料電池は、直接アルコール燃料電池および／または直接メタノール燃料電池であることが好ましい。これらの燃料電池は液体作動燃料電池、気体作動燃料電池、または蒸気作動燃料電池であってよい。
【００１８】
反応生成物が、吸収材に可能な限り早く移動し、および／または吸収材の上またはその中に可能な限り均一に分布し、および／または吸収材の表面に可能な限り広く到達するように、吸収材容器内で吸収されるべき単数または複数の反応生成物が分布できるように、吸収材容器の内部が構成されることが好ましい。この目的のために、流動チャンネル、テーパ付き部分、拡大部分、および／またはバッフル板が吸収材容器内に配置されてよい。
【００１９】
吸収材および／または吸収材容器は、吸収材内における反応生成物の吸収によって発生する分圧の違いおよび／または分圧の変化の結果、吸収材内のおよび／またはそれを通過する反応生成物の流れが、駆動されまたは加速されるように、構成されることが好ましい。この目的のために、吸収材容器内の低い圧力によって、燃料電池からの反応生成物が吸収材容器内に吸い込まれ得るように、例えば吸収材容器は、反応室および／またはアノード室に、気密な態様で連結されてよい。
【００２０】
引き続き図を参照し、例を用いて本発明の説明を行うこととする。図に示した特徴は、本発明に従って独立に製作されることも可能であり、様々な例を互いに組み合せることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による燃料電池の第１の実施形態の図である。
【図２Ａ】本発明による燃料電池の第２の実施形態の側面図である。
【図２Ｂ】本発明による図２Ａの燃料電池の第２の実施形態の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明による燃料電池の第１の可能な実施形態を例として示す。例示された燃料電池は直接アルコール燃料電池である。本電池はその中にアルコールを貯蔵できるタンク１を有する。タンク１は、アルコールに対して透過性のある管路４を介して、直接アルコール燃料電池の反応室２に連結されている。したがって反応抽出物のアルコールは、管路４を介してタンク１から燃料電池の反応室２内に導かれ得る。
【００２３】
例示された燃料電池はさらに、ここでは二酸化炭素である反応生成物に対して透過性のある管路５を介して反応室２に連結されている、吸収材容器３を有する。したがって図示された例において、二酸化炭素は管路５を介して反応室から吸収材容器３に導かれ得る。少なくとも１つの化学吸収材が吸収材容器３内に収納される。
【００２４】
図２Ａは、本発明による燃料電池の第２の可能な実施形態を例として示す。タンク１と吸収材室３はここにおいて、主に２次元的に延在する共通の直方形の容積体を形成している。吸収材室３内にはさらに少なくとも１つの化学吸収材が配置され、タンク１内には、例えばアルコールなどの、少なくとも特有の燃料が充填され得る。タンク１はシャッタ６を介して燃料電池の反応室２に連結されている。したがって燃料は、タンク１からシャッタ６を介して反応室２内に流入し得る。さらに、少なくとも１つの反応生成物は反応室２からシャッタを介して吸収材容器３内に流入し得る。例示した配置は、コンパクトな配置が所望されるときにとりわけ有利である。
【００２５】
図２Ｂは、図２Ａに示した燃料電池の平面図を示す。タンク１と吸収材容器３が共通の広い長方形の表面を形成していることが分かる。吸収材容器３は、この共通の２次元的な容積体の広い表面内に、タンク１を囲繞しており、タンク１および吸収材容器３は、図２Ａで分かるように、この広い表面に垂直方向に同じ高さを有する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【外国語明細書】
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