(57)【要約】  燃料電池システム（２）のための冷却装置が、少なくとも１つの冷却回路（２４）を有し、この冷却回路によって燃料電池（３）が冷却可能である。さらに、この燃料電池システムは、少なくとも１つの電気的駆動領域（２２）及びガス供給領域（２１）を有する、少なくとも１つの構成部品（２０）を含んでいる。このガス供給領域（２１）を通して燃料電池（３）にガスが供給可能である。この構成部品（２０）は、アクティブに冷却されている。  本発明によれば、構成部品（２０、ＸＸ）の冷却は、冷却回路（２４）内で、燃料電池（３、ＩＩＩ）の冷却と共に行われる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を冷却可能である少なくとも１つの冷却回路と、少なくとも１つの電気的駆動領域及び１つのガス供給領域を有する少なくとも１つの構成部品と、を備え、前記ガス供給領域を通して前記燃料電池にガスが供給可能であり、前記構成部品がアクティブに冷却される、燃料電池システムのための冷却装置であって、
前記構成部品（１３、２０）は、燃料電池（３）の冷却と同一の冷却回路（２３）で冷却されることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記冷却回路（２３）が６０°Ｃ〜９０°Ｃの温度レベルを有することを特徴とする、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却回路（２３）がクーラント供給装置（２５）と、該クーラント供給装置に対して直列に配される冷却熱交換器（２７）を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項４】
より低い温度レベルのもう１つの冷却回路（２４）が存在し、当該冷却回路（２４）によって、前記構成部品（２０、１３）の領域にない電気部品及び／又は電子部品（４、５、９、６）及び／又はその他の補助動力装置が冷却可能であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項５】
もう１つの前記冷却回路（２４）がクーラント供給装置（２６）と、該クーラント供給装置に対して直列に配される冷却熱交換器（２８）を有することを特徴とする、請求項４に記載の冷却装置。
【請求項６】
少なくとも１つの前記構成部品（１３、２０）及び前記燃料電池（３）が、連続して直列に前記冷却回路（２３）の中に配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項７】
少なくとも１つの前記構成部品（１３、２０）及び前記燃料電池（３）が、相互に並列に前記冷却回路（２３）の中に配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項８】
少なくとも１つの前記構成部品が、再循環供給装置（２０）又はエア供給装置（１３）として形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項９】
２つの前記構成部品が存在し、一方の前記構成部品が再循環供給装置（２０）として形成され、もう一方の前記構成部品がエア供給装置（１３）として形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記エア供給装置が、特にエレクトリックターボチャージャとしてフローコンプレッサを備えていることを特徴とする、請求項８又は９のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１１】
２つの前記構成部品が、相互に並列に前記冷却回路（２３）の中に配置されていることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の冷却装置。
【請求項１２】
少なくとも１つの前記構成部品（１３、２０）が断熱材（３１）を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１３】
前記燃料電池（３）が断熱材を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１４】
前記燃料電池システム（２）の中の断熱されていない領域が、前記の少なくとも１つの構成部品（１３、２０）及び／又は前記燃料電池（３）に隣接して流体接続路の中で配置されていることを特徴とする、請求項１２又は１３のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１５】
輸送手段（１）を駆動するための燃料電池システム（２）における、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の冷却装置の使用方法。
【請求項１６】
より低い温度レベルにあるもう１つの前記冷却回路（２４）を用いて、特にアクチュエータの電気部品及び／又は電子部品（４、５、９）並びに構成部品（６）が冷却可能であることを特徴とする、請求項１５に記載の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に詳しく定義されている種類の、燃料電池システムのための冷却装置に関する。本発明は、さらに、輸送手段を駆動するための燃料電池システムにおける、この種の冷却装置の使用にも関する。
【０００２】
例えば水素と酸素又は空気などの、ガス状出発物質から電力を生産するための燃料電池システムは、従来技術から知られている。詳細には、乗用車及び商用車といった輸送手段で使用するために、いわゆる低温型燃料電池が、燃料電池システムのコアエレメントとして非常にしばしば装備されている。この種の低温型燃料電池のよく見られるタイプは、例えば、いわゆるＰＥＭ燃料電池であり、これは、通常６０〜９０°Ｃの温度レベルで運転される。燃料電池のこのような温度レベルを運転中に確実なものとするために、通常は、燃料電池システムが冷却回路を有し、この冷却回路が、燃料電池の領域から、及びその他の構成部品の領域から、余分な廃熱を放出する。ここで、その他の構成部品とは、未使用の水素を燃料電池のアノードの後方領域から燃料電池のアノードの前方領域へ戻すための、エア供給装置又は水素再循環ファンなどの燃料電池システムの構成部品であることができる。そこでは、使用されずに戻された水素が圧縮ガスタンクからの新鮮な水素と混合され、再び燃料電池のアノードに送られる。燃料電池システムに直接結び付けることのできる、この種の構成部品以外にも、同様に冷却を必要とするさらなる構成部品、詳細には電気部品及び／又は電子部品が、特に輸送手段を駆動するためにもまた利用することができる。したがって、非常に多くのシステムでは、もう１つの冷却回路が設けられており、その理由は、とりわけ、パワーエレクトロニクス構成部品又は電気モータなどの電気部品及び電子部品は、適当な低い温度レベルまで冷却されると、概して割合に性能が良くなり寿命も割合に長くなるからである。したがって、第２の冷却回路は、通常、温度レベルが燃料電池のための冷却回路よりも低くなっており、これらの構成部品を冷却するために働く。
【０００３】
さらに、燃料電池システムでは、燃料電池の乾燥を予防するため、燃料電池に向って流れる出発物質がある程度の湿気を含んでいなければならないことも知られている。燃料電池から流れ出る生成物、すなわち、一般的にカソード領域からの排出エア及びアノード領域から流れ出る未使用のガスは、水素再循環ファンを介して戻されるガスであり、さらに、燃料電池内に水素と酸素から生じる生成水を有する。燃料電池システムのラインエレメントに、高含水率及び／又は液滴を有するガスが流されるという事実は、凍結点より低い温度での燃料電池システムの停止、及び特にその後の再起動に関して、極めて重要である。すなわち、ライン内に生じる液滴は、このような状況下では凍結する可能性があり、再始動の際に深刻な問題を引き起こす可能性がある。特に、エア供給装置及び水素再循環ファンの領域内で、ガス供給部の内部で水滴が凍結する可能性がある。それによって、特にフローコンプレッサ及びファンに関して、ガスを供給するために必要な羽根エレメントが、ガス供給部の壁上で凍結する可能性がある。その場合は、燃料電池システムの再始動の際に、関連する構成部品が正常に機能せず、これらの構成部品は、所期の機能を果たせるようになるまでに、まず多くの時間とエネルギーを費やして解凍されなければならない。
【０００４】
この問題を軽減するために、文献１は、この「危険な」湿気が、乾燥した掃気ガスによって除去され、したがって前述の問題点が生じないように、システム内に存在するガスが乾燥していることを提案している。文献２は、この問題点を解決するためのその他の手法を提案しており、この手法では、水素再循環ファンを作動させることにより、少なくともアノード回路内でガスの加熱及び乾燥が達成される。よって、両解決方法はどちらも、追加エネルギーを必要とするか、又は作動停止の際に乾燥したガスを関連したライン領域を通して送るための適当なコネクタ及び構成部品を必要とするという欠点をもつ。さらに、両構造はどちらも、エネルギー効率上の理由からだけでも、実際に作動停止が相応により長い時間にわたっている場合に限って使用されるべきであるというという欠点をもつ。このため、必要となる制御は比較的コストがかかり、燃料電池システムの素早い再始動の際には、不必要なエネルギー損失が引き起こされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３１４８２０Ａ１号明細書
【特許文献２】日本国特許出願公開第２００８−０４１４３３Ａ号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の課題は、これらの欠点を回避した上で、それでもなお、作動中にアクティブ冷却された構成部品が場合によっては凍結することもあり得ることについての前述の問題点を回避することができる、燃料電池システムのための冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に基づき、この課題は、請求項１の特徴部分の特徴によって解決される。従属請求項は、本発明に基づく解決方法の有利な実施形態及び発展形態を示している。
【０００８】
本発明に基づく、冷却回路内の燃料電池と組み合わせた構成部品の冷却は、構成部品が相対的に高い温度レベルで冷却されるという利点をもつ。ここで、ガス供給装置内の電子部品は、例えば駆動装置のための駆動制御やＤＣ／ＤＣコンバータといった、その他のパワーエレクトロニクス部品の中の電子部品に比べれば、決してそれほど複雑には形成されていない。したがって、ガス運搬装置内の電子部品は、損傷を受けることなくより長い時間にわたってこのような比較的高い温度レベルにも耐えるように、より簡単かつ低コストで形成することができる。しかし、燃料電池自体が比較的高い温度レベルにあって構成部品が冷却されると、それにより、システムの作動停止に際して、構成部品は、その周りを囲むラインエレメントに比べてゆっくりと冷却されることになる。その理由は、この構成部品が、作動中には相応の高い温度レベルを有しており、その質量のため、例えばラインエレメントよりも長い時間、熱を蓄えているからである。このようにして、一般的には、燃料電池と、最小限少なくとも１つの構成部品とが、これらの周りを囲むその他の構成部品、ラインエレメント等の形をとった領域よりも、ゆっくりと冷却されることになる。冷却の際には、相応により素早く冷えるこれらの領域の中に湿気が抽出され、その場所で凝縮する。そのため、液滴が構成部品の領域内で凝縮する危険性は、大きな追加コストなしに大幅に削減され、その結果、凍結条件の下での再始動の際には、もはや前述の問題点は生じなくなる。このことは、従来技術に対して、加熱、フラッシング等のための追加の構成部品なしに達成される。さらに、この効果は、この種の冷却装置を備えた燃料電池システムが作動する際に自動的に発生するため、再始動までの持続時間とは無関係に、追加的な制御努力もなしに常に得られる。
【０００９】
その際、本発明に基づく冷却装置の非常に有利なもう１つの実施形態によれば、より低い温度レベルのもう１つの冷却回路が存在し、この冷却回路によって、構成部品の領域にない電子部品及び／又はその他の補助動力装置が冷却可能であることが示されている。
【００１０】
この構造は、前述の、それ自体従来技術から知られている、燃料電池システムと低温冷却回路及び高温冷却回路との組合せを示している。この場合、低温冷却回路は、詳細にはドライブエレクトロニクスの構成部品、電子コンバータ等を冷却する。しかし、電子構成部品として、従来の構造においても同様にこの低温冷却回路によって冷却されると考えられる、ガス供給装置を備える少なくとも１つの構成部品が、この場合には、燃料電池自体を冷却するための高温冷却回路の中へ移動される。それによって、この構成部品は、作動中に比較的高い温度レベルにあることになる。それによって、システム停止の際、この構成部品は、それに対応して割合ゆっくりと冷却するため、湿気は構成部品のガス供給部の中で凝縮するのではなく、この構成部品の周りを囲む、例えばラインエレメントといった領域の中で凝縮する。温度が凍結点より低いときには、周辺領域内で液滴がラインエレメントの壁の周囲に凍り付く可能性はあるが、しかし、ガス供給部の中で液体が凝縮することはないので、ガス供給部内での凍結、特にこの領域内でガス供給手段が凍り付く可能性もない。
【００１１】
さらに、本発明に基づく冷却装置の非常に有利かつ適切な実施形態によれば、少なくとも１つの構成部品が断熱材を有することができる。
【００１２】
より高い温度レベルにある冷却回路内で少なくとも１つの構成部品を冷却することにより、燃料電池システムの停止時に、この構成部品がより高い温度レベルをもち、それによって比較的ゆっくりと冷却するという本発明に基づく作用は、この構成部品の断熱材によってさらに強化される。この簡単で低コストかつパッシブな手段によって、燃料電池システムの停止後の構成部品の冷却はさらに遅くなり、その結果、構成部品のガス供給領域内での液体の凝縮は、前述の場合に比べてさらにその可能性が小さくなる。
【００１３】
本発明に基づく、燃料電池システムのための冷却装置は、特に、始動と停止を頻繁に繰り返す燃料電池システムに適しており、さらに、凝縮された水が低温のために凍結する危険性のある領域内に存在する燃料電池システムにも適している。したがって、本発明に基づく冷却装置の特に有利かつ適切な使用は、輸送手段を駆動するために用いられる燃料電池システムの場合である。
【００１４】
この種の駆動システムは、始動と停止が頻繁に行われ、西欧諸国の緯度圏では、しばしば凍結点より低い温度にさらされる可能性もある。さらに、輸送手段の推進については、できる限り効率的なエネルギー利用がますます大きな役割を果たすようになっているので、前述の利点は、このような使用の際に特にその真価を発揮する。さらに、本発明に基づく冷却装置を使用することにより、凍結条件下での再始動のための最適な条件を備えた燃料電池システムを、簡単に、堅牢かつ確実に停止することが可能である。このこともまた、輸送手段で使用するための構造に特に適している。
【００１５】
この場合、本発明の意味での輸送手段は、陸上、水上、又は空中における各種輸送手段を意味することができ、具体的には、人又は貨物を輸送するための車両、物流分野での車両、船舶又は潜水艦等を意味することができる。同様に、航空機での使用が考えられ、ここでは通常、電気エネルギーが航空機の推進用にではなく、補助ユニットの駆動用に使用される。
【００１６】
本発明のその他の有利な実施形態は、残りの従属請求項に示されており、以下に図を用いて詳しく説明される実施形態によって明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】概略化された車両の燃料電池システムの例である。
【図２】第１の実施形態における本発明に基づく冷却装置である。
【図３】第２の実施形態における本発明に基づく高温冷却回路である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１では、輸送手段の例としての車両１を、かなり簡略化したものが示されている。この車両１は燃料電池システム２を装備しており、この燃料電池システムは破線で囲まれている。燃料電池システム２の中核としての燃料電池３が電力を送り、この電力はＤＣ／ＤＣコンバータ４又はその他の類似した電子構成部品を介して、車両１のバッテリ回路に提供される。この際、電力は主として車両１を駆動するために働き、このことが、ここではパワーエレクトロニクス５及び電気モータ６によって示されている。ここで選択された図では、軸７を介して、車両１のホイール８が電気モータ６によって駆動される。さらに、燃料電池３によって作られた電力は、その他の電気構成部品又はパワーエレクトロニクス構成部品に提供され、これらの構成部品は、ここではボックス９によって例として示されている。さらに、電気エネルギーのための、例えばバッテリ及び／又は高電圧コンデンサの形をとった蓄電池１０を設けることができる。
【００１９】
ここに図示された実施形態では、燃料電池３は、個別のＰＥＭ（ポリマー電解質膜）燃料電池の積み重ね、いわゆるスタックとして形成されているものとする。燃料電池３は、カソードチャンバ１１及びアノードチャンバ１２を有し、これらのカソードチャンバ及びアノードチャンバは電解質膜としての高分子膜によって互いに分離されている。エア供給装置１３を介して、酸素含有ガスとしてのエアが燃料電池３のカソードチャンバ１１に供給される。次に、使用済みの排出エアは、燃料電池システム２のこの実施形態では、カソードチャンバ１１からタービン１４の中へ送りこまれ、このタービンの中で膨張し、その後、車両１の周辺へ排出される。エア供給装置１３は、供給領域１５及び電気機械１６の他に、上述のタービン１４も含んでいる。ここで例として図示されたエア供給装置１３の構造全体は、エレクトリックターボチャージャ（ＥＴＣ）とも呼ばれる。タービン１４を介して、排出エアからエネルギーが取り戻されることから、エアの供給に必要な全エネルギーが電気機械１６によって提供される必要はなくなる。例外的に、タービン１４で過剰エネルギーが発生すると、通常はフローコンプレッサとして形成されているエア供給領域１５の中でエアを供給するために必要なエネルギーよりも多くのエネルギーがタービン１４で使用できるため、ジェネレータ作動中の電気機械１６によってエネルギーが回収されることも、車両１のバッテリ回路に送り込まれることもできる。
【００２０】
ここで図示された実施形態では、燃料電池３のアノードチャンバ１２に供給されるのは、車両１の中の圧縮ガスタンク１７内に貯蔵された水素である。通常は減圧器を含む、対応する配合バルブ１８を介して、圧縮ガスタンク１７からの水素は、燃料電池３のアノードチャンバ１２に提供される。燃料電池３のアノードチャンバ１２の全領域に、水素を均等に提供し、それによって燃料電池３の優れた性能を確実なものとするためには、通常、燃料電池３の中で消費され得る水素よりも多くの水素が燃料電池３の中へ配分される。この余分な水素は、再循環ライン１９と、通常はガス供給領域２１及び電気駆動モータ２２を備えた水素再循環ファンとして形成される再循環供給装置２０とを介して、アノードチャンバ１２の領域から送りだされる。これにより、再循環供給装置２０は、未使用のアノード排出ガスがフィードバックするのを補助する。次に、このアノード排出ガスは、圧縮ガスタンク１７からの新鮮な水素と混合され、共通の水素流として再び燃料電池３のアノードチャンバ１２に送られる。
【００２１】
そのような燃料電池システム２、並びに、車両１の電気構成部品及び／又は電子構成部品の中では、通常、運転中に廃熱が発生するため、この廃熱をアクティブに送り出さなければならない。このアクティブな冷却のため、車両１は、通常２つの冷却回路２３、２４を有しており、これらの冷却回路が図２に例示されている。冷却回路２３、２４は、高温冷却回路２３と低温冷却回路２４とに分割されている。高温冷却回路２３の温度は、燃料電池３を駆動するための一般的な温度レベル、すなわち約６０°Ｃ〜９０°Ｃの領域内に入る。低温冷却回路２４の温度は、この温度レベルよりも低くなるが、その理由は、冷却回路２４が電気構成部品及び／又は電子構成部品若しくはパワーエレクトロニクス構成部品を冷却するために働くからであり、これらの構成部品が高温冷却回路の温度レベルよりも低い温度レベルまで冷却されるときには、それらの構成部品は、一般的に、より簡単で、低コストかつより長い寿命をもって実現されることができる。したがって、低温冷却回路のための一般的な温度レベルは、６０°Ｃよりも低い。
【００２２】
図１における車両１の説明では、多数の構成部品上に熱交換器が示され、構成部品のアラビア数字に対応したローマ数字を付されている。これらの熱交換器ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩ、ＩＸ、ＸＩＩＩ及びＸＸは、燃料電池２並びに車両１のバッテリ回路又はアクチュエータの、冷却するべき構成部品の内で最も重要な構成部品を例示している。
【００２３】
図２の冷却回路２３、２４の説明では、それぞれの冷却回路がクーラント供給装置２５、２６及び冷却熱交換器２７、２８を備えていることが分かる。冷却熱交換器２７、２８は、内燃機関を装備された従来の車両での車両ラジエタに類似している。通常は、これらの冷却熱交換器に気流が当たり、冷却回路２３及び２４の中を流れるクーラントを冷却する。さらに、それぞれの冷却回路２３、２４内のクーラントの冷却を改善するためには、必要に応じて、例示されたベンチレータ２９、３０を介して、これらの冷却熱交換器に気流を当てることもできる。
【００２４】
図２の説明で分かる通り、高温冷却回路２３が燃料電池３を冷却することは、ここでは、燃料電池３の領域内の熱交換器ＩＩＩを示す符号ＩＩＩを付されたボックスによって示されている。さらに、直列接続されたクーラントが再循環供給装置２０の熱交換器ＸＸを流れ、その後、燃料電池３の熱交換器ＩＩＩを流れる。より低い温度レベルにあるその他の冷却回路２４では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４と、アクチュエータ及び駆動モータ６のパワーエレクトロニクス５との熱交換器ＩＶ、Ｖ、ＶＩが直列配列で示されている。その横で、例示された平行する支流内では、クーラントがその他の電気構成部品及び／又は電子構成部品９の熱交換器ＩＸを流れる。エア供給装置１３の熱交換器ＸＩＩＩは、図２では省略されているが、この熱交換器は、原則的に、高温冷却回路２３の中にも、低温冷却回路２４の中にも配置可能と考えられる。
【００２５】
前述の通り、凍結点より低い温度では、燃料電池システム２のラインエレメントの領域内に湿ったガス又は液滴を有するガスが存在することが、特に問題である。つまり、停止後に燃料電池システム２が冷却する際には、この湿気が結露又は蓄積する可能性がある。具体的には再循環供給装置２０のガス供給領域２１の中で、又はエア供給装置１３のエア供給領域１５若しくはタービン１４の中で湿気が蓄積するときには、それによって、通常はフローコンプレッサ又はファンとして形成されている領域１４、１５、２１の供給手段が凍り付く可能性がある。このことは、再循環供給装置２０では特に問題であり、その理由は、ここでは、再循環したアノード排出ガスの中に、割合に多くの湿気が存在するからである。ある程度までは、この問題は、エア供給装置１３の場合にも発生するが、この時点では、まだそれほど多くの湿気を含んでいない周辺から、新鮮なエアが吸引される。エア供給装置１３の領域内でより大きな問題となるのはタービン１４の領域で、その理由は、ここでもまた、生成水を含む排出ガスがカソード領域から流れ出るからであり、この生成水は、同様に非常に多くの湿気を含み、それに対応して、この湿気がこの領域内で凝縮する可能性がある。
【００２６】
どのようにすればこの作用を防止できるのか、又は明らかに軽減できるのか、これを水素再循環ファン２０の例で説明する。このことは、エア供給領域１５及びタービン１４を備えたエア供給装置１３に適用することができるが、この場合、問題は、再循環供給装置２０のガス供給領域２１内ほど大きくはない。
【００２７】
再循環供給装置２０の冷却が熱交換器ＸＸを介してアクティブに高温冷却回路２３の中で行われることにより、再循環供給装置２０が燃料電池システム２の構成部品としては比較的高い温度レベルで駆動される。ガス供給領域２１及び電気駆動モータ２２を備えた再循環供給装置２０は、全体として比較的大きな質量を有するので、燃料電池システム２の駆動中には、この全質量が、ほぼ高温冷却回路２３の温度レベルに対応する温度にまで加熱される。これによって、燃料電池システム２の停止時には、再循環供給装置２０が比較的高い温度レベルにあり、それに対応してよりゆっくりと冷却する。特に、再循環供給装置２０は、その質量が割合に大きいため、この再循環供給装置に隣接する領域よりも、詳細には、この再循環供給装置に隣接するラインエレメントよりも、ゆっくりと冷却する。それによって、再循環供給装置２０の領域内での、アノード再循環ライン１９の湿ったガス内での液体の結露が回避される。つまり、この湿気は、むしろ隣接する領域内で凝縮するのだが、これらの領域は、内部の温度が割合低くなっており、それに対応してより素早く冷える。それによって再循環供給装置２０のガス供給領域２１内での凝縮水の形成がほとんど回避され、その結果、供給手段が凍結する危険が回避されるか、又は少なくとも明らかに軽減される。さらに、燃料電池システム２の停止時に再循環供給装置のゆっくりとした冷却をさらに遅くするために、図１に図示されている通り、再循環供給装置２０の領域内に断熱材３１を設けることができる。その際、燃料電池３自体の領域内で湿気が凝縮しその場で凍結するという危険性は比較的小さいが、その理由は、燃料電池３自体が同様に、高温冷却回路２３の温度レベルにあるからであり、又、比較的大きな質量を備えた燃料電池が、いずれにせよ、ゆっくりと冷えるからでもある。さらに、燃料電池３自体に、同様に、断熱材を設けることができるが、それはここでは図示されていない。
【００２８】
ゆっくりとした冷却の他にも、再循環供給装置２０の領域によって、又は高温冷却回路２３の高い温度レベルにおける再循環供給装置２０の冷却によって、さらに、付加的なポジティブな作用が達成される。構成部品がアクティブに冷却される場所では、及び作動中には、燃料電池システム２の中の又は燃料電池システム２のライン内の湿気が、この構成部品の周辺よりも常にある程度まで冷たくなり、凝縮することは避けられない。従来普通であった温度レベルよりも高い温度レベルでの再循環供給装置２０の冷却によって、液体の凝縮は、再循環供給装置２０の領域内での駆動中にも、またそれと共に、再循環ライン１９及びアノードチャンバ１２自体の領域内でも、相応に軽減される。それゆえ、比較的少量の水が液体の形で発生し、この水はセパレータ等を介して、システムから排出されなければならない。このことは、システムの駆動にとって有利であるが、その理由は、燃料電池３内の膜に十分な湿り気を与えると同時に、システム性能を改善するからであり、また、水を排出する際、詳細には、このことが再循環ライン１９の領域からのガスと共に行われる際には、常にある程度の量の水素もまた失われるからでもある。したがって、この排出が最大限まれであることが、エネルギー及び排出の点で有利である。
【００２９】
再循環供給装置２０を例として詳細に説明されたアイデアは、同様に、エア供給領域１５及びタービン１４を備えたエア供給装置１３にもまた応用が可能である。ここでもまた、高温冷却回路２３の温度レベルでの冷却により、及び、場合によっては断熱により、前述の作用が達成可能である。したがって、図３で説明される構造の場合には、高温冷却回路２３が、さらにもう１つの実施形態で図示されている。ここでもまた、低温冷却回路２４が平行して存在するが、説明を簡略化するために、再度図示することはしない。冷却回路２３の中には、冷却熱交換器２７、クーラント供給装置２５及びベンチレータ２９が再度示されている。前述の、クーラントによる熱交換器ＸＸ及び熱交換器ＩＩＩの直列的な流れの代わりに、ここでは、クーラントが、冷却回路２３の中で、エア供給装置１３の熱交換器ＸＩＩＩ、再循環供給装置２０の熱交換器ＸＸ及び燃料電池３の熱交換器ＩＩＩを通って並列的に流れる。冷却回路２３における、個々の熱交換器ＸＩＩＩ、ＸＸ及びＩＩＩへのクーラント流量は、冷却回路２３の個々の経路内の適切なスロットル及び／又はバルブ装置３２によって配分される。もちろん、ここで説明された、３つのスロットル又はバルブ装置３２を備えたバリエーションの他に、２つだけの経路にスロットルを設けることを考えることもできるが、その理由は、このバリエーションが、個々の経路の流れの適切な制御を可能にし、またそれによって、個々の冷却熱交換器ＸＩＩＩ、ＸＸ及びＩＩＩの冷却の適切な制御を可能にすると考えられるからである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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