(57)【要約】本発明は、燃料電池システム（２０）における燃料電池（１）の使用済み作動媒体であって少なくともその一部が爆発性のものである作動媒体を排出する方法および装置に関し、作動空間部（２７）から排出される前記作動媒体を爆発性について検査するセンサユニット（３０）を備えている。使用済み作動媒体を、安全規則を考慮に入れながら、燃料電池システムの作動から独立して、当該燃料電池システムから排出するために、作動媒体を掃気媒体（２８）と混合して廃エアー（３３）を得るために混合ゾーン（３２）が設けられ、前記作動空間部（２７）はファン（２９）によって閉じられ、前記センサユニット（３０）は、廃エアー（３３）の流れ方向における混合ゾーン（３２）下流側に配設されている。
2012514301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システム（２０）における燃料電池（１）の使用済み作動媒体であって少なくともその一部が爆発性のものである作動媒体を排出する方法であり、
前記燃料電池システム（２０）の作動空間部（２７）からの前記作動媒体は、排出に先立ってセンサユニット（３０）によって爆発性について検査され、
前記排出は、前記作動空間部（２７）と混合ゾーン（３２）との間に配置されたファン（２９）によって実行され、
前記ファン（２９）によって前記作動空間部（２７）を通じて、換気のために掃気媒体（２８）が吸引され、該掃気媒体（２８）は、廃エアー（３３）を得るために、排出に先立って前記混合ゾーン（３２）内にて前記作動媒体と混合され、
前記廃エアー（３３）が前記混合ゾーン（３２）から排出される、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記廃エアー（３３）の流れは、前記ファン（２９）によって制御される前記掃気媒体（２８）の流れにより決定される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ファン（２９）は、前記廃エアー（３３）の爆発性の関数として制御される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記使用済み作動媒体は、少なくとも、カソード廃エアーの気体状部分とアノード混合物の爆発性がある気体状部分とで構成される、ことを特徴とする請求項１から３の何れか一に記載の方法。
【請求項５】
前記アノード混合物の爆発性がある気体状部分は、前記廃エアー（３３）を得るために、前記混合ゾーン（３２）内にて、前記掃気媒体（２８）及び前記カソード廃エアーと混合される、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ファン（２９）の制御は、前記混合ゾーン（３２）における前記アノード混合物の周期的な追加に適応している、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記掃気媒体（２８）の流れは測定される、ことを特徴とする請求項１から６の何れか一に記載の方法。
【請求項８】
前記排出される廃エアー（３３）の爆発性の値は、前記燃料電池システム（２０）を作動状態にするために参照される、ことを特徴とする請求項１から７の何れか一に記載の方法。
【請求項９】
前記使用済み作動媒体の液体部分は、前記混合ゾーン（３２）内またはその上流側で、セパレータ（３６）によって前記使用済み作動媒体の気体状部分から分離され、前記気体状部分は、前記燃料電池システム（２０）の作動から独立して排出される、ことを特徴とする請求項１から８の何れか一に記載の方法。
【請求項１０】
前記混合ゾーン（３２）の上流側に位置するセパレータ（３６）内で前記使用済み作動媒体との事前混合が実行され、この事前混合された使用済み作動媒体は、前記混合ゾーン（３２）内に導かれる、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記作動媒体の液体部分は、熱的にモニタされる蒸発器（３７）を備えた冷却器（１４）を横切って前記混合ゾーン（３２）に導かれ、蒸発させられる、ことを特徴とする請求項１から８の何れか一に記載の方法。
【請求項１２】
燃料電池システム（２０）における燃料電池（１）の使用済み作動媒体であって少なくともその一部が爆発性のものである作動媒体を排出する装置であり、
作動空間部（２７）から排出される前記作動媒体を爆発性について検査するセンサユニット（３０）を備え、
作動媒体を掃気媒体（２８）と混合して廃エアー（３３）を得るために混合ゾーン（３２）が設けられ、
前記作動空間部（２７）がファン（２９）によって閉じられ、前記センサユニット（３０）は、廃エアー（３３）の流れ方向における混合ゾーン（３２）下流側に配設されている、
ことを特徴とする装置。
【請求項１３】
前記混合ゾーン（３２）は通路部内に配設され、前記作動空間部（２７）の出口部（３５）として設計された通路部一端にファン（２９）が取り付けられ、前記通路部の第２の端部は、廃エアー（３３）を排出するために設計されている、ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
熱的にモニタされる蒸発装置（３７）を備えた冷却器（１４）が、前記混合ゾーン（３２）と前記センサユニット（３０）との間に配置されている、ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池系（システム：system）において、燃料電池の使用済み作動媒体であって少なくともその一部が爆発性のものである作動媒体（operating media）を排出する方法に関し、燃料電池システムの作動空間部（スペース：space）の作動媒体が、排出される前にセンサユニット（sensor unit）によって爆発性が検査される方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、燃料電池システムにおいて、燃料電池の使用済み作動媒体であって少なくともその一部が爆発性のものである作動媒体を排出する装置に関し、作動空間部から排出される作動媒体を爆発性について検査するセンサユニットを備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１は、燃料電池システムが掃気媒体を用いて掃気され、その結果、燃料電池システムが換気されることを開示している。このことは、防爆型の送風機（ファン：fan）によって成し遂げられる。従って、例えば、漏洩のために生じるかも知れない水素の蓄積を回避することが可能である。このような蓄積は、好ましくは、水素センサの配設によって検出される。
【０００４】
燃料電池システムが、掃気されるだけで、水素含有量の増加が検出されることは、不都合である。このように、掃気媒体の爆発性を高める、燃料電池システムの漏洩を検出することができるだけである。しかしながら、このことは、燃料電池システムの通常作動には当てはまらない。また一方、少なくとも、ＰＥＭ（ポリマー電解質膜：Polymer Electrolyte Membrane）を備えた燃料電池システムの通常作動では、爆発性のある水素部分を周囲環境に排出することが必要である。安全規則を遵守するために、追加的な手段が必要である。
【０００５】
特許文献２は、燃料電池用の排ガス処理装置であって、燃料電池から排出された水素用のアノード・ライン（anode line）が、その内部で水素が作動ガス空気の一部と混合される希釈装置に導かれるようにしたもの、を開示している。混合気は、センサを介して、カソード（cathode）廃ガスの流れと共に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１００３１２３８号明細書
【特許文献２】欧州特許第１４１６５６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
カソード廃ガスの流れが燃料電池システムの作動と直接的な関係があり、燃料電池システムから独立して制御されることができないことは、不都合である。
【０００８】
本発明の目的は、燃料電池の作動中に形成され排出されるべき、作動媒体の爆発性がある部分を、安全規則を考慮に入れながら、燃料電池システムの作動から独立して、当該燃料電池システムから排出することである。既知の方法および装置の不利益は、回避されるか、或いは少なくとも低減されることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
方法に関して、作動空間部と混合区域（ゾーン：zone）との間に配置されたファンによって排出が行われる点、及び、掃気媒体が換気のためにファンによって作動空間部を通って吸引され、前記掃気媒体は混合ゾーンで作動媒体と混合されて、排出に先立って廃エアー（air）が得られ、この廃エアーが混合ゾーンから排出される点において、本発明の目的が達せられる。ファンは燃料電池システムの作動に直接の影響を及ぼすことはないので、作動ガスの排出は、燃料電池システムの作動とは無関係である。この方法は、実行するのが非常に容易である。
このように、作動媒体は、燃料電池システムからの排出に先立って掃気媒体と混合され、そして一緒に排出される。これにより、センサユニットによる検査に先立って、作動媒体の爆発性は、危険性がなく制御されたやり方で燃料電池システムから排出され得るような程度にまで、低減される。燃料電池システムの通常作動中は、爆発性を恒久的に制限値よりも低く維持することが可能である。測定結果を継続的に提供することが可能であり、修正された測定結果により非常に信頼性の高いやり方で、危険性を検知することが可能である。
また一方、作動空間部がファンの吸引側にあるように、ファンが作動させられ及び／又は配置されることも、有利な点である。一緒の排出が行われるので、作動空間部内の水素の漏れを、例えば膜（メンブレイン：membrane）の漏れなどを、センサユニットを用いて、検出および／またはモニタすることが可能である。同様に、それにより、燃料電池システムを安全状態に切り換えることが可能である。混合ゾーンがファンの圧力側に位置しており、それ故にファンが作動空間部を混合ゾーンから切り離している、という事実により、通常作動においては作動空間部には爆発性のある部分が何ら入ることはなく、また、作動空間部は、同時に掃気媒体によって換気される。
有利なことには、前記ファンは、少なくとも部分的に凝縮し、また、かなり温度の高いカソード廃エアーに曝されることはなく、その結果、歪みが少なく、それに応じて寿命も長くなる。必要な場合には、カソード廃エアーの流れも廃エアーの排出に貢献するので、ファンの性能も低く維持されてもよい。
【００１０】
廃エアーの流れは、好ましくは、ファンによって制御される掃気媒体の流れにより定められる。掃気媒体の流れを変化させることにより、特に流量を変化させることにより、作動媒体の掃気媒体との混合に影響を及ぼすことが可能である。
【００１１】
有利なことには、ファンは、廃エアーの爆発性の関数として制御される。
【００１２】
使用済みの作動媒体は、少なくとも、カソード廃エアーの気体状部分とアノード混合物の爆発性がある気体状部分とから構成される。
【００１３】
燃料電池のアノード混合物の爆発性がある気体状部分が、混合ゾーン内において、掃気媒体およびカソード廃エアーと混合されて、廃エアーを得る場合には、掃気媒体を用いた希釈により、また、一方では、カソード廃エアーによる酸素含有量の最少化により、爆発性の２重の（two-fold）低減がもたらされる。同様に、カソード廃エアー中の湿気は、混合物の爆発性に反対作用する。
【００１４】
ファンの制御が、混合ゾーン内のアノード混合物の周期的な追加によって適応させられている場合には、爆発性の上昇がアノード混合物の周期的な追加で補償されるので、通常作動において、排出された廃エアーの爆発性を一定に保つことが可能である。
【００１５】
ファンの機能を調べることができるようにするために、掃気媒体の流れが測定されてもよい。
【００１６】
有利なことには、排出された廃エアーの爆発性の値は、燃料電池システムを作動状態にするために参照される。
【００１７】
本発明の更なる特徴によれば、使用済み作動媒体の液体部分は、混合ゾーン内で若しくは混合ゾーンの上流で、分離器（セパレータ：separator）によって使用済み作動媒体の気体状部分から分離され、そして、気体状部分は、燃料電池システムの作動とは無関係に排出される。
【００１８】
そうする際に、混合ゾーンの上流側に位置するセパレータ内で、使用済みの作動媒体との事前混合が行われることができ、事前混合された使用済みの作動媒体は、混合ゾーン内に導かれることができる。
【００１９】
混合ゾーン内の作動媒体の液体部分が、熱的に監視（モニタ：monitor）される蒸発手段を備えた冷却器（クーラ：cooler）を通り過ぎ、蒸発させられる場合には、前記液体部分を気体状部分と一緒に燃料電池から排出することが可能である。
【００２０】
本発明の目的は、燃料電池システムにおける燃料電池の使用済み作動媒体であって少なくともその一部が爆発性のものである作動媒体を排出する上述の装置によっても達せられ、前記装置では、作動媒体を掃気媒体と混合して廃エアーを得るために混合ゾーンが設けられ、作動空間部がファンによって閉じられ、廃エアーの流れ方向における混合ゾーン下流側にセンサユニットが配設されている。かかる装置の利点は、方法についての利点の前述の記載から参酌することができる。
【００２１】
混合ゾーンは、好ましくは、通路部（チャンネル：channel）に配設され、当該通路部では、作動空間部の出口部として設計された通路部一端にファンが取り付けられ、通路部の第２の端部は、廃エアーを排出するために設計されている。
【００２２】
本発明に従った装置の更なる実施形態によれば、熱的に監視される蒸発手段を備えた冷却器は、混合ゾーンとセンサユニットとの間に配置されている。
【００２３】
本発明は、同封の概略図面を用いて、より詳細に説明されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、燃料電池システムの概略構造を示している。
【図２】図２は、使用済みの作動媒体の排出を概略的に示している。
【図３】図３は、本発明に従った燃料電池の使用済みの作動媒体の排出の原理を概略的に示している。
【図４】図４は、本発明に従った排出の第１の実施形態を概略的に示している。
【図５】図５は、本発明に従った排出の第２の実施形態を概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
初めに、実施形態の相当する要素は同一の参照数字が付与されていることに留意されるべきである。
【００２６】
図１は、水素２と、酸素３又は空気（エアー：air）３それぞれと、から電流を発生させるための燃料電池１を示している。概して言えば、燃料電池１は、化学反応から直接的に電流を発生させる電気化学的な電流発生器である。これは、電流の流れによって水素ガス２と酸素ガス３が形成される水の電気分解の逆によって達成される。燃料電池１においては、作動媒体である水素２と酸素３とが互いに反応して、電流が発生する。
この目的のために、水素２がアノード（anode）４に供給され、酸素３がカソード（cathode）５に供給される。ここに、アノード４とカソード５とは、電解質６によって分離されている。更に、アノード４及びカソード５は、電解質６に面した側が、通常は白金（プラチナ：platinum）である触媒７で被覆されている。これにより、水素２が酸素３と反応することができ、これは、アノード４及びカソード５の２つの電極で、２つの分離独立した反応において行われる。
【００２７】
アノード４では水素２が供給され、そこでは水素２が触媒７で反応し、１個の水素分子が２個の水素原子に分かれる。水素原子は、２個の構成要素である、負に帯電した電子と正に帯電した陽子とを備えている。反応中、各水素原子は、自身の電子を放棄する。正に帯電した陽子は、負に帯電した電子に対して不浸透性である電解質６を通って、カソード５に向かって拡散する。
【００２８】
カソード５では、アノード４に水素２が供給されるのと同時に、酸素３又は酸素分子が供給される。酸素分子は、触媒７で反応し、各々２個の、カソード５に堆積する酸素原子に分かれる。
【００２９】
このように、水素２の正に帯電した陽子と酸素原子とがカソード５に堆積し、水素２の負に帯電した電子はアノード４に堆積する。これにより、カソード５では所謂電子不足が優勢となり、アノード４では所謂電子過剰となる。従って、アノード４は負極（−）に相当し、カソード５は正極（＋）に相当することになる。
２つの電極が、すなわちアノード４とカソード５とが、導電体８で接続された場合には、電位差のために、導電体８を通ってアノード４からカソード５へ電子が移動する。従って、ライン８に設けられた消費物（コンシューマ：consumer）９に供給されることができる電流つまり直流が流れる。コンシューマ９としては、例えば、発生した電流を蓄える電池（バッテリ：battery）によって形成されてもよく、或いは、発生した直流を交流に変換する変換装置（インバータ：inverter）によって形成されてもよい。
【００３０】
導電体８を通ってアノード４からカソード５へ移動した２個の電子は、カソード５に在る酸素原子によって各々吸収され、２重の（two-fold）負に帯電した酸素イオンになる。これら酸素イオンは、電解質６を通ってアノード４からカソード５へ拡散した、水素２の正に帯電した陽子と結び付いて水１０を形成する。水１０は、いわゆる反応最終生成物として、カソード５から排出される。
【００３１】
燃料電池１のセル（cell）１１においては、反応ガスである水素と酸素とがこうして互いに反応し、電流が発生する。セル１１は、アノード４，カソード５，電解質６及び触媒７によって形成されている。複数のセル１１が互いに直列に接続されている場合には、かかる構造は一般にスタック（stack）１２と指称される。従って、スタック１２は、燃料電池１の作動中、電流を発生させる。
【００３２】
スタック１２の個々のセル１１内での水素２の酸素３との反応は、放出されなければならない熱を生み出すことになる。この熱の放出は、最も簡単な形態としては、冷却回路１７内にある冷却器１４，送風機（ファン）１５及びポンプ１６で成る冷却システム１３を介して行われる。ポンプ１６は、例えば矢印の方向に、燃料電池１のスタック１２を通って、冷却回路１７内および補償タンク内で有用な冷却剤１８を供給する。冷却剤１８は、スタック１２から熱を回収して吸収する。
冷却回路１７内の冷却器１４は、ファン１５によって冷却され、順に、冷却剤１８から熱を回収して周囲環境に放出する。その結果、冷却剤１８は、再び、スタック１２から熱を回収するのに適応するようになる。冷却回路１７は、冷却剤１８が或る温度を有する場合にのみ冷却器１４を通って流れるように、調整されるようにしてもよい。このような調整は、それに応じてサーモスタット１９によって行われる。
【００３３】
かかる燃料電池システム２０は、ハウジング２１内に配置することができる。燃料電池１の実際の作動においては、水素２はアノード４に流入するけれども、完全に使い尽くされる訳ではない。というのは、酸素３は、実際には、通常、対応する不活性ガスを有する空気（エアー）であり、この酸素が、カソード５から電解質６つまり電解質膜６をそれぞれ通って、アノード４に向かって放散し、そこで水素２と反応して水１０を生成するからである。
このことは、主として、アノード４とカソード５との間での濃度勾配および圧力勾配により、並びに、用いられる電解質膜６の非常に薄い層の厚さ（＜１００μｍ）により、成し遂げられる。従って、水素２も膜６を通ってカソード５に向かって放散し、水１０が生成される。
基本的には、アノード４及びカソード５において生成された水１０は、それらの保湿に役立つものである。しかしながら、水１０は、水素２と酸素３の反応によって絶え間なく生成されるので、この水が電極に溜まり、セル１１の電圧を低下せしめることになる。従って、この水１０を電極から除去または排出させることが必要である。
【００３４】
アノード４からの排出は、次の図２において示されるように、水１０，不活性ガス，水素２の一部の混合物が、排出経路２３を通って貯留容器２４内へ運ばれるようにして実行される。貯留容器２４内では、水１０と不活性ガスの一部と液体凝縮物２５とが底部に溜まり、水素２と同じく不活性ガスの残り部分が、気体部分として、上部領域に溜まる。水素２若しくは気体部分２６はそれぞれ、貯留容器２４から燃料電池１のアノード４へ戻されてもよい。
しかしながら、凝縮物２５は、カソード５からの水１０と同じく、燃料電池システム２０から排出される。その際、気体部分２６の少なくとも一部も、凝縮物２５と一緒に排出される。また一方、カソード５からは、水素２とエアーとの反応中に生成された所謂カソード廃エアーも、水１０と共に排出される。
これら使用済みの作動媒体は、少なくともその一部が爆発性のものであり、もはや爆発の危険が無いように、燃料電池システムから安全に排出されなければならない。環流および排出は、基本的には、制御手段によって制御される制御ユニットによって実行される。
【００３５】
図３から図５に示されるように、燃料電池システム２０は、作動空間部（スペース）２７によって形成されている。作動空間部２０は、作動媒体の爆発性のある部分を処理し使用済みの作動媒体を排出する構成要素を収容している。これら構成要素とは、具体的に言えば、スタック１２，貯留容器２４及び冷却システム１３である。
【００３６】
本発明によれば、使用済みの作動媒体の爆発性がある部分は、排出されるに先立って、ファン２９を用いて混合区域（ゾーン：zone）３２内で混合されて、廃エアー３３が得られる。ここに、廃エアー３３の爆発性の値は、制限値よりも低く保たれている。混合ゾーン３２は、ファン２９によって作動空間部２７から分離されている。
この作動空間部２７内で使用済み媒体の爆発性がある部分の蓄積が生じないようにするために、作動空間部２７は掃気媒体２８によって掃気される。この目的のために、掃気媒体２８がファン２９によって吸引され、そして、ファン２９によって混合ゾーン３２へ吹き出される、つまり排出される。その結果、後で詳しく説明されるように、廃エアー３３は混合されることができる。
その後、廃エアー３３は、ファン２９により、センサユニット３０を介して、燃料電池システム２０から吹き出される。センサユニット３０は、ファン２９の下流側−つまり当該ファンの圧力側−に配置されており、爆発性について排出された廃エアー３３を検査する。この爆発性が過剰である場合には、制御装置３１は、センサユニット３０の情報に基づいて、例えば、燃料電池システムのスイッチを切り、爆発性を低減するための処置（ステップ：step）を誘導することができる。ファン２９は、好ましくは、防爆仕様に設計されている。
【００３７】
図３は、本発明に従った方法を概略的に示しており、当該方法によれば、掃気媒体２８が、少なくとも一部が爆発性である使用済みの作動媒体と混合されて、廃エアー３３が得られる。作動空間部２７は、掃気媒体２８のための入口部３４と出口部３５とを備えている。ファン２９は作動空間部２７の出口部３５に配置されており、掃気媒体２８は、入口部３４で吸引され出口部３５で吹き出される。入口部３４及び出口部３５は、好ましくは、作動空間部２７が、掃気媒体２８を用いて実質的に完全に掃気され換気されるのに適合するように配設されている。このことは、例えば、対角線上の配置によって実施することができる。
ファン２９が作動空間部２７の閉鎖部を構成し、このファン２９によって吹き出された掃気媒体２８が作動空間部２７内に逆流できないことは重要である。作動空間部２７は、このように、ファン２９の他側から分離された閉じたエアー空間部を形成する。従って、掃気媒体２８は、もし必要であれば、電池の充電中に生成される酸素を排出するのにも適応している。冷却システム１３の補償タンクは、掃気媒体２８を用いて掃気もしくは換気することもでき、放散によってその中で生成される気体状の場合によっては爆発性がある部分は、安全に排出されることができる。
作動空間部２７の掃気中に、爆発性があり機械的な継ぎ手部分での拡散によって生じ得る使用済みの作動媒体の特に小さな気体状部分は、掃気媒体２８によって吸収され、十分に希釈される。爆発性がある部分の濃度が増した掃気媒体２８は、通常作動においては、何ら危険を構成するものではない。また、作動空間部２７から排出されるものは、−気体部分２６の一部を含む−貯留容器２４からの凝縮物２５及びカソード５からのカソード廃エアーを伴った水である。凝縮物２５は実質的に周期的に貯留容器２４から排出される一方、カソード廃エアーを伴った水１０は、実質的に継続して排出される。
【００３８】
本発明によれば、掃気媒体２８，凝縮物２５、及びカソード廃エアーを伴った水１０は、混合ゾーン３２内に導かれて、互いに混合される。燃料電池システム２０の通常作動においては、爆発性がある部分，掃気媒体２８，凝縮物２５と、カソード廃エアーとの間の混合比が、爆発性についての制限値を越えることがないように保証される。
混合の効率は、掃気媒体２８が凝縮物２５以外の他の側から混合ゾーン３２内に導かれることにおいて、実質的に達成される。しかしながら、基本的には、混合は、掃気媒体２８若しくは使用済みの作動媒体がそれぞれ混合ゾーン３２内に導かれる方法−例えば特定の順序、によっても影響を受けるかも知れない。最初に掃気媒体２８を、次に凝縮物２５を、そして最後にカソード廃エアーを、混合ゾーン３２内へ導くことが可能である。そうすることで、酸素が乏しいカソード廃エアーとの混合が、特に混合ゾーン３２の出口部で、再び生じる。
気体状部分は−すなわち、掃気媒体２８及び凝縮物２５の気体部分２６は−爆発性がある部分を包含するが、ここにおいて、カソード廃エアーは酸素が乏しい。従って、混合することにより、そこに含まれる使用済み作動媒体の爆発性がある部分は、特に酸素が乏しいカソード廃エアーによって減少せしめられ、混合ゾーン３２内で生成される廃エアー３３は、ファン２９の圧力により、何らの追加的な方法を用いることなく、少なくとも部分的に、燃料電池システム２０から排出され若しくは吹き出されることができる、ことが達成される。
【００３９】
燃料電池１の通常作動においては、爆発性がある部分の最も高い占有割合（シェア：share）は、凝縮物２５の気体部分２６にある。更に、凝縮物２５の爆発性がある部分のシェアは、所謂「清浄化（パージング：purging）」中に周期的に上昇し、それに応じて混合ゾーン３２内に導かれ、その結果、混合ゾーン３２の爆発性の制限値は、おそらくはこの過程（プロセス）で越えられる。
しかしながら、本発明によれば、爆発性がある部分は、先ず初めに混合ゾーン３２内で廃エアー３３と混合され、従って、燃料電池システム２０から排出される前に、その爆発性が低減せしめられる。混合ゾーン３２は、それによって爆発性が補償される緩衝体（バッファ：buffer）と考えることもできる。混合ゾーン３２のこの働きは、実質的に、混合ゾーン３２内で乱流が発生し、それにより、廃エアー３３が混合され、その後排出される、という事実に起因するものである。
廃エアー３３の排出中、廃エアーは、当該廃エアー３３の爆発性を検査するのに適応したセンサユニット３０を通り過ぎて導かれる。このことは、例えば爆発防止などの安全対策のために必要である。センサユニット３０は、爆発性について測定した値を、爆発性の制限値を越えている場合には、適切な処置（ステップ）−例えば、「安全状態」に切り換える、若しくはスイッチを切る−を実行する制御装置３１に送信する。同様にして、制御装置３１は、掃気媒体２８の量あるいは流速がそれぞれ増すように、ファン９を制御するのにも適応しており、廃エアー３３の爆発性の値を相応に低く保つように所要の混合比が再び補償される。
【００４０】
本発明に係る方法は、また、燃料電池システム２０の通常作動においては、混合ゾーン３２内での混合により、排出された廃エアー３３の爆発性が、安定的に制限値よりも低く維持されることができるようにもする。通常作動とは、燃料電池１が電流を生じさせ且つ漏れが無い状態として、実質的に定義付けられる。
【００４１】
混合ゾーン３２内では、気体状の廃エアー３３が混合によって生成され、この廃エアーは、危険を伴うことなく、また、例えば燃焼などの追加的な方法を伴うことなく、燃料電池システム２０から排出されることができる。
【００４２】
混合ゾーン３２内では、凝縮物２５及び水１０のために、液体部分も有用であり、以下に説明される２通りの異なる方法を用いて排出されることができる。
【００４３】
図４に従った第１の方法では、セパレータ（separator）３６が混合ゾーン３２に一体化されており、該セパレータ３６は、液体部分を、混合ゾーン３２から、燃料電池システム２０から、直接に排出する。液体部分は、気体状部分よりも重いので、混合ゾーン３２の下方領域に溜まる。そこにセパレータ３６が好適に配置されており、水１０で象徴されるような液体部分が排出されることができる。これら液体部分の排出中は、爆発性がある部分は無視できるほど小さいので、爆発性に関しては何らの安全対策も実質的に不要である。
ここで、気体状部分のみが混合ゾーン３２内に入るように、セパレータ３６を混合ゾーン３２のもっと上流側に配置することも可能である。このことは、加圧セパレータ（pressurized separator）３６によって実現することができ、凝縮物２５の気体部分２６は、セパレータ３６内で既に、カソード廃エアーと混合される。この場合には、事前混合（pre-mixing）と呼ばれる。この目的のために、混合ゾーン３２は、例えば、通路部（チャンネル：channel）若しくは管部（チューブ：tube）と一体化されるように、設計されてもよい。
ファン２９は、例えば、−出口部４５を構成する−管部の一端に配置され、燃料電池システム２０によって吸引された掃気媒体２８は、前記管部の他端を通って、燃料電池システム２０から吹き出され或いは排出される。混合ゾーン３２は、実質的にファン２９の直ぐ後ろに配置され、実質的に管部の一部を形成しており、その結果、気体状部分は、掃気媒体２８の連続した流れと混合され、センサユニット３０を介して吹き出される。
【００４４】
図５に従った第２の方法は、液体部分を排出するのに燃料電池１の冷却器１４を利用するものであり、該冷却器１４は、熱的に監視（モニタ：monitor）された蒸発器３７を伴って設計されている。混合ゾーン３２からの液体部分は、この蒸発器３７に導かれ、そこで蒸発させられる。この蒸発は、冷却システム１４内でのスタック１２の冷却によって得られる、冷却器１４の温度のおかげで達成される。このようにして、液体部分は、蒸気状になり、混合ゾーン３２からの気体状部分と共に、センサユニット３０を介して、排出されることができる。
従って、気体状部分と液体部分とは、同時に混合ゾーン３２から蒸発器３７に導かれることができ、気体状部分は、混合ゾーン３２から自動的にセンサユニット３０を介して排出されることができる。これに加えて、蒸気状部分の廃エアー３３との更なる混合が、センサユニット３０を介しての排出が行われる前に生じる。
【００４５】
一般に、流れの方向は、実質的にファン２９によって予め定められることに、留意すべきである。しかしながら、このことは、カソード廃エアーの流れの方向によって補助的に支持され得るものである。単に貯留容器２４から排出することは、それとは無関係である、というのは、好ましくは圧力制御を介して実行されるからである。基本的に、冷却器１４のファン１５も、防爆型ファン２９の機能を想定することができる。従って、ファン１５は、燃料電池システム２０用に十分であろう。
作動空間部２７の入口部３４には、そこを通って流れる掃気媒体２８の量を測定する測定装置が配設されてもよい。かかる測定は、燃料電池システム２０が実際に掃気されることを確かなものとし、爆発性がある部分の危険な蓄積が生じることはない。この目的のために、測定装置は制御装置３１と好適に接続される。従って、爆発性がある部分の蓄積の危険性についての早期の検出および防止が可能になる。この測定値は、燃料電池システム２０を、一般に先行技術から知られる作動状態にする手順のための追加的な条件として見なされてもよく、その結果、間違いなく、何らの爆発性がある部分も排出されることはない。
作動媒体の水素２は最大の危険の源となるので、センサユニット３０は、好ましくは水素センサを備えている。この場合、センサユニット３０のセンサは、燃料電池１の作動媒体に適応している。
【００４６】
吹き出された廃エアー３３は、好ましくは、掃気媒体２８の入口部３４に辿り着くことができないように誘導され、このことも、前記入口部３４の測定装置によってモニタされることができる。掃気媒体２８は、新鮮なエアー源の媒体であってもよく、そのために、殆どの場合には環境大気が用いられる。そうする際には、掃気媒体２８は、好適に濾過されてもよい。
【００４７】
例えば、冷却システム１３或いはプロセスの余りの高温，漏洩，欠陥バルブ（パージング），欠陥スタック１２等の欠陥が起こると、基本的には、燃料電池システム２０は、もはや正常状態ではない。かかる状況は、センサユニット３０によって検知される。例えば、廃エアー３３の爆発性が継続的に上昇する場合には、爆発性の上昇傾向を検知することも可能である。
【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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【国際調査報告】
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