(57)【要約】本発明は、燃料電池スタック（１）を有する燃料電池システム（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）に関する。燃料電池スタック（１）は、アノード部（２）及びカソード部（３）と、改質されたアノードガスを前記アノード部（２）に供給する改質器（４）と、前記アノード部（２）からのアノード排気ガス及び／又は前記カソード部（３）からのカソード排気ガスを燃焼させる排気ガスバーナ（５）と、を備える。少なくとも所定のセクションにおいて、前記排気ガスバーナ（５）の周囲に環状に改質器（４）が配置される。改質器（４）の内壁部は、前記排気ガスバーナ（５）の外壁部の周囲に亘って完全に又は少なくとも実質的に配置される。また、本発明は、本発明に係る燃料電池システム（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）の作動方法及び本発明に係る燃料電池システム（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）を備えた自動車（１０００）に関する。
2020517070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタック（１）を有する燃料電池システム（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）であって、
燃料電池スタック（１）は、
アノード部（２）及びカソード部（３）と、
前記アノード部（２）に改質されたアノードガスを供給する改質器（４）と、
前記アノード部（２）からのアノード排気ガス及び／又は前記カソード部（３）からのカソード排気ガスを燃焼させる排気ガスバーナ（５）と、
を備え、
前記改質器（４）は、少なくとも所定のセクションにおいて、前記排気ガスバーナ（５）の周囲で環状に配置され、
前記改質器（４）の内壁部は、前記排気ガスバーナ（５）の外壁部の周囲に亘って完全に又は少なくとも実質的に配置される、ことを特徴とする燃料電池システム（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）。
【請求項２】
前記排気ガスバーナ（５）の下流側でかつ前記改質器（４）の上流側に、アノードガスを蒸発させるエバポレータ（６）が配置され、
前記エバポレータ（６）の下流側に熱交換器（７）が配置されており、前記熱交換器（７）は、前記改質器（４）又は前記改質器（４）におけるアノードガスを加熱するように、前記改質器（４）に又は前記改質器（４）の近傍に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の前記燃料電池システム（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）。
【請求項３】
前記排気ガスバーナ（５）の上流に始動バーナ（８）が配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム（１００ｃ）。
【請求項４】
前記始動バーナ（８）は、前記始動バーナ（８）に燃料を供給する始動バーナインジェクタ（９）を有する、ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム（１００ｃ）。
【請求項５】
前記排気ガスバーナ（５）は、前記アノード排気ガス及び／又は前記カソード排気ガスの燃焼のための、排気バーナ触媒（１１）、特に円筒形の酸化触媒を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）。
【請求項６】
前記アノードガスを改質する前記改質器（４）は、前記排気ガスバーナ（５）及び／又は排気バーナ触媒（１１）の周囲で少なくとも所定のセクションに配置された、改質触媒（１２）、特に環状の酸化触媒を有する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）。
【請求項７】
前記アノード排気ガス及び／又は前記カソード排気ガスを燃焼させるための前記排気ガスバーナ（５）は、前記排気ガスバーナ（５）に燃料を供給するための排気ガスバーナインジェクタ（１０）を有する、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池システム（１００ｂ，１００ｃ）。
【請求項８】
始動バーナ（８）を備える請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池システム（１００ｃ）を作動させる方法であって、
前記始動バーナ（８）において、前記燃料電池システム（１００ｃ）の始動運転中の所定の時間枠で亜化学量論混的燃料空気混合物が燃焼される、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記改質器（４）において、前記燃料電池システム（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）の始動運転中の所定の時間枠で、亜化学量論混的燃料空気混合物が触媒部分酸化の一部として燃焼される、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
自動車（１０００）の少なくとも１つの駆動ユニット（２００）に動力を供給する燃料電池システム（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）を備えた自動車（１０００）であって、
前記燃料電池システム（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ）は、請求項１〜７のいずれかに記載のように構成される、ことを特徴とする自動車（１０００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アノード部及びカソード部と、改質されたアノードガスをアノード部に供給する改質器と、アノード部からのアノード排気ガス及び／又はカソード部からのカソード排気ガスを燃焼させる排気ガスバーナと、を有する燃料電池スタックを備えた燃料電池システム、特にＳＯＦＣシステムに関する。また、本発明は、ＳＯＦＣシステムの作動方法及びそのようなＳＯＦＣシステムを備えた自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴ５１３９３２Ａ１は、燃料電池の燃料を調製するための改質器の改質触媒及び燃料電池の排気後処理のための排気ガスバーナの酸化触媒を有する高温の燃料電池システム又はＳＯＦＣシステムの触媒ユニットを開示している。ＡＴ５１３９３２Ａ１によれば、酸化触媒は、円筒形の改質触媒の周囲で環状に配置されている。改質触媒及び酸化触媒のガス流路は、改質触媒を含む金属チューブ、改質触媒のハウジングを形成するスリーブを有する金属チューブ及び環状の酸化触媒の内壁を形成する内側チューブによって隔てられている。そのような構成により、コンパクトな状態で改質触媒と酸化触媒との間又は改質器と排気バーナとの間に効果的な熱伝達がもたらされる。さらに、酸化触媒コンバータを加熱するため、特に燃料電池システムの始動操作時に、付加的に酸化触媒コンバータを加熱又は予熱する始動バーナが燃料電池システムに配置される。特にモバイルの用途において、構成要素の数、したがって燃料電池システムの大きさ及び重量を可能な限り小さく又は減少させることが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＷＯ２０１３／１８７１５４Ａ１には、排気ガスバーナ及び改質器を備えた燃料電池モジュールが開示されている。この改質器は複数の改質器ラインを有している。このラインは、排気ガスバーナから所定の距離を隔て排気ガスバーナの長手方向と平行に延びている。また、燃料電池モジュールは、パイプシステムを介して流体及び／又は熱的に互いに接続されたエバポレータ及び熱交換器を有している。排気バーナ、改質器、エバポレータ及び熱交換器には相対的に複雑なパイプシステムが必要であり、これにより、燃料電池モジュールの構造が複雑なものとなる。
【０００４】
本発明の目的は、少なくとも部分的に前記問題を考慮することである。特に、本発明の目的は、排気バーナ、改質器、熱交換器及び／又はエバポレータ間における効果的な熱伝達がコンパクトかつ簡単に実現する燃料電池システム、燃料電池システムの作動方法及び燃料電池システムを備えた自動車を提供することである。これにより、燃料電池システムが、特に始動プロセス中に迅速かつ効率的に作動温度に達する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的は、特許請求の範囲により実現する。特に、前記目的は、請求項１に記載の燃料電池システム、請求項８に記載の方法及び請求項１０に記載の自動車によって実現する。従属クレーム、詳細な説明及び図面から本発明のさらなる利点が得られる。燃料電池システムについて説明した特徴及び詳細は、本発明に係る方法及び本発明に係る自動車にも適用され、その逆も成り立つ。したがって、本発明の個々の態様についての開示は互いに参照される。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、燃料電池システムは、アノード部及びカソード部を有する燃料電池スタックを備える。さらに、燃料電池システムは、改質されたアノードガスをアノード部に供給する改質器と、アノード部からのアノード排気ガス及び／又はカソード部からのカソード排気ガスを燃焼させる排気ガスバーナと、を備える。改質器は、少なくとも所定のセクションにおいて、排気ガスバーナの周囲で環状に配置されている。改質器の内壁部は、排気ガスバーナの外壁部の周囲に沿って完全に又は少なくとも実質的に配置される。
【０００７】
本発明の範囲内の実験の間、驚くべきことに、前述の排気バーナの周囲に改質器を直接配置することにより、燃料電池システムの有利な加熱構造が実現することが分かった。特に燃料電池システムの始動プロセスのため、排気ガスバーナとその周囲で環状に直接配置された改質器との間で、排気ガスバーナから改質器への効果的な熱輸送が行われる。改質器は、少なくとも所定のセクションにおいて、特に完全に燃料ガスバーナに直接隣接することが好ましい。
【０００８】
これは、排気ガスバーナ及び改質器が排気ガスバーナ及び／又は改質器の隔壁部だけによって互いに離間していることを意味する。
【０００９】
排気バーナは、円筒形であることが好ましい。好ましくは、改質器は、中空の円筒部の形態として構成され、排気ガスバーナの周囲に環状に正確に嵌合するように少なくとも所定のセクションに配置される。すなわち、円筒形の排気ガスバーナは、円筒形で中空の改質器の内周部に対応するように形成された外周部を有する。排気ガスバーナの外周部は、対応するように形成された改質器の内周部に沿って配置される。これにより、コンパクトな排気ガスバーナ改質器ユニットの構成を実現することができる。さらに、これにより、改質器と排気バーナとの間に効果的な熱伝達が得られる。排気ガスバーナは、少なくとも所定の領域において、真っ直ぐな円筒形又は実質的に真っ直ぐな円筒形に構成されることが好ましい。改質器は、排気ガスバーナを適切に受容する受容部を備えた中空の円筒部を有することが好ましい。しかし、改質器及び排気バーナは、真っ直ぐな円筒形又は対応する中空の円筒形に限定されない。
【００１０】
改質器が少なくとも所定のセクションにおいて排気ガスバーナの周囲に沿って環状に配置されるという事実は、特に、改質器が排気ガスバーナの全長に亘って排気ガスバーナの周囲に配置されないこと及び排気ガスバーナの周囲で排気ガスバーナの軸方向における少なくとも所定のセクションでは排気ガスバーナの全周に沿って配置されないことを意味する。
【００１１】
燃料電池システムは、好ましくは、燃料源及び酸素源を有するＳＯＦＣシステムの形態をなしている。燃料源は、アノード部に燃料を提供するように配設されている。酸素源は、カソード部に酸素を提供するように配設されている。本発明の範囲内において、酸素源は、空気、特に外気などの酸素含有流体（気体又は液体）を提供するように構成されている。燃料源は、燃料、特に液体燃料、又は燃料及び水の混合物、特に液体燃料を提供する。
【００１２】
燃料電池スタックは、複数の積層ユニットを有する。換言すると、本発明は、単一の燃料電池スタックを有する燃料電池システムに限定されない。燃料電池システムは、複数の燃料電池スタックを有していてもよい。
【００１３】
排気ガスバーナは、排気ガスバーナの外周壁面から改質器又は改質器の流体伝導部に突出した熱伝導エレメントを排気ガスバーナの外周壁面に備えていてもよい。これにより、改質器と排気バーナとの間の熱伝達が向上する。熱伝導エレメントは、フィン及び／又はリブの形態とし得る。排気ガスバーナの外周壁面にフィン及び／又はリブを有することにより、改質器と排気バーナとの間の熱伝達を簡単かつ費用効率良く向上させることができる。フィン及び／又はリブに加えて又はこれに替えて、排気バーナの軸方向において出口バーナの外周壁面上で排気バーナを完全に包囲するらせん状のリブを排気ガスバーナに取り付けてもよい。その結果、高温の排気ガスバーナにおいてアノードガスが通流する流路を延長させることができるとともに、排気ガスバーナと改質器との間に効果的な熱伝達を実現することができる。
【００１４】
本発明のさらなる実施例では、燃料電池システムにおいて、アノードガスを蒸発させるエバポレータを排気ガスバーナの下流でかつ改質器の上流に配置し、熱交換器をエバポレータの下流に配置してもよい。これにより、改質器又はアノードガスを加熱する熱交換器が改質器内、改質器上又は改質器の近傍に配置される。エバポレータは、排気ガスバーナの直後又はすぐ後方に位置することが好ましい。排気バーナのすぐ下流に配置することにより、エバポレータを通り改質器に向かうアノードガスが効果的に加熱又は過熱される。排気ガスバーナからの排気ガスがエバポレータを介して改質器に配設された熱交換器へと流れるため、排気ガスが燃料電池システムの周囲に流出する前に、アノードガスが排気ガスバーナからの排気ガスによって加熱又は過熱される。排気ガスバーナの排気ガスによりアノードガスを加熱するために、排気ガスバーナからの排気ガスが通流するエバポレータの第１の流体ライン部分は、アノードガスが通流するエバポレータの第２の流体ライン部分と熱的に連通している。
【００１５】
アノードガスは、特に液体又は気体の炭化水素であり、改質器によりアノード部に送るため、燃料源からエバポレータを介して改質器に供給される。燃料は、水素、エタノール、メタン又はディーゼルを含んでいてもよい。さらに、本開示の内容において、排気ガスは、排気ガスバーナにおいて燃焼されて、エバポレータにおける熱源として利用可能な熱を発生させるアノード及び／又はカソード排気ガスを意味するものと理解されたい。エバポレータの後、排気ガスは、熱交換器を通して運ばれる。熱交換器は、（燃焼した）排気ガスから熱を除去し、周囲環境に放出する。アノード排気ガスは、燃料と、排気ガスバーナにおける燃料スタックの変換後にまだ変換されていない他の成分と、を含む。カソード排気ガスは、本質的に、特に排他的に空気又は酸素含有流体からなる。
【００１６】
また、本発明の燃料電池システムにおいて、排気ガスバーナの上流に始動バーナが配置されていてもよい。排気ガスバーナは始動バーナに直接接続されてもよい。始動バーナを用いることにより、排気バーナ又は排気バーナにおける排気ガスが、特に始動プロセス中に迅速に加熱される。したがって、燃料電池システムが迅速かつ効率的に始動され得る。本発明の燃料電池システムでは、円筒形の排気バーナに始動バーナを特に容易に配置することができる。また、改質リングの内側に配置された排気バーナに始動バーナを統合することも考えられる。
【００１７】
一実施例では、排気ガスバーナ及び始動バーナは、共通の又は一体的な構成要素として構成される。有利には、そのような共通のバーナは触媒材料を含み、これにより、付加的な空気が供給される。例えば、始動バーナとしてかつ排気ガスバーナとして機能するバーナは、２つ以上の燃焼チャンバを有していてもよい。
【００１８】
本発明における意味において、始動バーナは、燃料電池システム及び／又は燃料電池システムの個々の構成要素を加熱するための始動バーナであると理解することができる。燃料電池システムのコールドスタートの間、排気ガスバーナが依然として低温であり、このため燃料電池システムの加熱及び／又は作動温度の維持に適していない場合に、燃料電池システムを作動温度まで加熱するように始動バーナを使用することができる。
【００１９】
始動バーナの作動開始後、この高温の排気ガスは、システムのアノード側及びカソード側を介して運ばれる。燃料電池スタックの作動温度に達すると、アノード電流を発生することができる。すなわち、燃料がアノード流路を介してアノードに供給される。同時に、始動バーナへの燃料供給が停止されるため、作動しなくなるか、作動が受動的なものとなる。アノード排気ガスは、カソード排気ガス（空気）の供給下で排気ガスバーナにおいて燃焼される。
【００２０】
さらに、本発明の燃料電池システムにおいて、始動バーナが、燃料を始動バーナに供給するための始動バーナインジェクタを有する場合に有利である。これにより、始動バーナにおける燃料及び空気混合物を所望の化学量論混合比（stoichiometric mixing ratio）に迅速かつ簡単に調整することができる。したがって、燃料電池システムの始動プロセスの間に、第１の、例えば亜化学量論混合比（sub-stoichiometric mixing ratio）を設定し、次いで、第２の、例えば化学量論又は超化学量論混合比（super-stoichiometric mixing ratio）を迅速かつ容易に設定することができる。始動バーナインジェクタにより、燃料電池システムの迅速かつ効率的な始動プロセスが簡単な方法で促進される。本明細書において、「燃料」なる用語は、好ましくは、水素又は炭化水素を含む流体を意味するものとして使用される。燃料電池システムの加熱プロセス中、空気又は酸素含有流体を供給することにより、始動バーナにおいて燃料が燃焼する。始動バーナは、触媒材料を有するか又は触媒コーティングされてもよい。
【００２１】
さらに、本発明による燃料電池システムにおいて、カソード排気ガス及び／又はアノード排気ガスの燃焼のための排気バーナが排気バーナ触媒、特に円筒形の酸化触媒を有していてもよい。排気ガスバーナ触媒を用いることにより、排気ガスバーナは、基本的に自立又は実質的に自立して機能することができる。したがって、排気ガスを燃焼させるための排気ガスバーナに対する供給ラインなどの補助機器が不要となる。これは、排気バーナを特に省スペース化された状態で提供できることを意味する。さらに、燃料電池システムの複雑さを低減させることができる。本発明において、排気ガスバーナ触媒に加えて、排気ガスバーナがアノード排気ガス及び／又はカソード排気ガスを加熱するための電気加熱媒体を有する場合に特に有利である。電気加熱媒体により、排気ガスバーナは、まず所定の作動温度に達し、適切な効率で作動する。好ましい実施例では、排気ガスバーナ触媒コンバータは、電気加熱媒体のコーティングとして構成される。これは、排気ガスバーナを特に省スペース化された状態で利用することができることを意味する。排気バーナが始動バーナと一体に形成されている場合、特に電気加熱媒体が好ましい。排気ガスバーナは、カソード排気ガス、特に空気を供給することにより、燃料電池スタックのアノード部で完全には燃焼しない燃料を完全に燃焼させるように構成されている。このため、排気ガスバーナは、特に触媒材料を有するか又は触媒コーティングされている。したがって、排気ガスバーナは、本発明の内容において、アフターバーナとして理解することができる。
【００２２】
本発明の燃料電池システムの場合、アノードガスを改質するための改質器が、改質触媒、特に排気バーナ及び／又は排気バーナ触媒の周囲に少なくとも部分的に配置された環状の酸化触媒を有する場合にも有利である。改質触媒コンバータの利点は、前述の排気バーナ触媒コンバータにも適用される。本発明の燃料電池システムにおいて、対応するように構成された改質器に配置される環状の改質触媒が、対応するように構成された排気バーナに配置される円筒形の排気バーナ触媒の周囲で環状に配置されている場合、すなわち、改質触媒が排気バーナ触媒と少なくとも部分的に同軸に配置される場合に、特に有利である。そのような配置により、排気ガスバーナの対応する部分と改質器との間における熱伝達が特に効果的になる。
【００２３】
本発明のさらなる実施例では、燃料電池システムにおいて、カソード排気ガス及び／又はアノード排気ガスの燃焼のための排気ガスバーナが燃料を排気ガスバーナに供給する排気ガスバーナインジェクタを有していてもよい。排気ガスバーナインジェクタにより、排気ガスバーナにおける燃料空気混合物が所望の化学量論混合比に迅速かつ容易に調整される。例えば、燃料電池システムの始動プロセス中に排気ガスバーナの燃焼温度を一時的に上昇させるために、特に、計量された量の燃料を排気ガスバーナに供給してもよい。本発明による燃料電池システムの場合、排気ガスバーナインジェクタを円筒形の排気ガスバーナに配置することが容易となる。
【００２４】
本発明のさらなる態様によれば、既に詳細に説明した燃料電池システムの作動方法が提供される。したがって、本発明による手順は、本発明に係る燃料電池システムについて詳細に説明した利点と同じ利点を有する。前記方法の一部として、亜化学量論混的燃料空気混合物（sub-stoichiometric fuel-air mixture）は、燃料電池システムの始動運転中に所定の時間枠で始動バーナにおいて燃焼される。これにより、排気バーナが効果的に加熱される。
【００２５】
さらに、亜化学量論混的燃料空気混合物は、改質器における本発明による手順において触媒部分酸化の一部として、燃料電池システムの始動運転中に所定の時間枠で燃焼される。これにより、改質器に熱が加えられ、燃料電池システムの始動プロセス中に改質器が特に効果的に加熱される。さらに、アノードは、ＣＰＯＸ運転又は改質器における触媒部分酸化によって空気又は酸素による酸化から保護される。
【００２６】
本発明の他の態様によれば、自動車の少なくとも１つの駆動ユニットに動力を供給する、既に詳細に説明した燃料電池システムを備えた自動車が提供される。したがって、本発明に係る自動車は、前述した利点と同様の利点を有する。
【００２７】
本発明を向上させるさらなる手段は、図面に概略的に示した本発明の種々の実施例についての以下の説明から明らかになる。構造的な詳細及び空間的な配置を含む、特許請求の範囲、詳細な説明又は図面から明らかになる全ての特徴及び／又は利点は、個々に及び種々の組み合わせで本発明に不可欠なものである。図面は以下の事項を概略的に示している。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施例に係る燃料電池システムを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る燃料電池システムにおける統合されたエバポレータを備える排気ガスバーナ改質ユニットを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る燃料電池システムを示す図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る燃料電池システムを示す図である。
【図５】本発明に係る燃料電池システムを備えた自動車を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１〜５において、同一の機能及び動作モードを有する構成要素については同一の参照符号を使用する。
【００３０】
図１は、第１の実施例に係る燃料電池システム１００ａを概略的に示している。燃料電池システム１００ａは、ＳＯＦＣシステムの形態で構成され、燃料タンクの形態をなす燃料源１３と、ブロワの形態をなす酸素源１４と、を有する。
【００３１】
燃料電池システム１１０ａは、アノード部２及びカソード部３と、改質されたアノードガスをアノード部２に供給する改質器４と、アノード部２からのアノード排気ガス及びカソード部３からのカソード排気ガスを燃焼させる排気ガスバーナ５と、を有する燃料電池スタック１をさらに備える。改質器４は、排気ガスバーナ５の周囲で環状に配置されている。改質器４の内壁部は、排気ガスバーナ５の外壁部の周囲に亘って完全に又は少なくとも実質的に完全に配置されている（図２を参照してより詳細に説明する）。
【００３２】
図１に示すように、排気ガスバーナ５の下流でかつ改質器４の上流には、アノードガスを蒸発させるエバポレータ６が配置されている。エバポレータ６の下流側には、熱交換器７が配置されている。熱交換器７は、改質器４又は改質器４におけるアノードガスを加熱するように改質器４に配置される。図１に示した実施例によれば、排気ガスバーナ５からの排気ガスは、エバポレータ６を介して熱交換器７に直接送られ、そこから燃料電池システム１００ａの周囲に送られる。
【００３３】
燃料又はアノードガスは、燃料源１３からエバポレータ６を介して環状の改質器４に送られ、そこから改質されたアノードガスとしてアノード部２に送られる。空気又は酸素含有流体は、酸素源１４から熱交換器７を介してカソード部３に送られる。
【００３４】
図２は、好ましい実施例に係る改質器４、排気ガスバーナ５及びエバポレータ６を概略的に示している。図２に示すように、エバポレータ６は、排気ガスバーナ５のすぐ下流に配置されている。さらに、図２は、改質器４が、改質器４の通路容積に対応するように配置された環状の改質触媒１２を有していることを示している。さらに、アノード排気ガス及びカソード排気ガスを燃焼させる排気ガスバーナ５が、排気ガスバーナ５の通路容積に対応するように配置された酸化触媒の形態をなす円筒形の排気ガスバーナ触媒１１を有している。排気バーナ触媒１１及び改質触媒１２は、排気ガスバーナ５及び改質器４の隔壁だけによって互いに離間されている。改質触媒１２は、排気バーナ触媒１１の周囲の全長に亘って配置されている。これにより、排気ガスバーナ５又は排気バーナ触媒１１から改質器４又は改質触媒１２への熱伝達が特に良好なものとなる。
【００３５】
図３を参照して、第２の実施例に係る燃料電池システム１００ｂについて説明する。第２の実施例に係る燃料電池システム１００ｂは、基本的に第１の実施例に係る燃料電池システム１００ａに対応している。冗長な説明を避けるため、第２の実施例の特徴だけについて説明する。
【００３６】
図３に示した燃料電池システム１００ｂでは、排気ガスバーナ５は、アノード排気ガス及びカソード排気ガスの燃焼のため、排気ガスバーナ５に燃料を供給する排気ガスバーナインジェクタ１０を有する。
【００３７】
図４を参照して、第３の実施例に係る燃料電池システム１００ｃについて説明する。第３の実施例に係る燃料電池システム１００ｃは、基本的に、第１の実施例に係る燃料電池システム１００ａ及び第２の実施例に係る燃料電池システム１００ｂに対応している。冗長な説明を避けるため、第３の実施例の特徴だけについて説明する。
【００３８】
図４に示した燃料電池システム１００ｃでは、排気ガスバーナ５の上流側に、排気ガスバーナ５の方向に流れるカソード排気ガス及びアノード排気ガスを加熱する始動バーナ８が配置されている。始動バーナ８は、始動バーナ８に燃料を供給する始動バーナインジェクタ９を有する。始動バーナ８又は始動バーナインジェクタ９には、燃料源１３から燃料が供給され、酸素源１４から酸素、特に空気が供給される。始動バーナ８の上流でかつ酸素源１４の下流における酸素ラインには、酸素源１４から始動バーナ８への酸素の計量供給のため計量バルブ１５が配置されている。
【００３９】
次に、図４を参照して、燃料電池システム１００ｃの始動プロセスの間における、図示した燃料電池システム１００ｃの作動方法を説明する。
【００４０】
燃料電池システムが起動されると、酸素含有流体、特に空気が、燃料源１３から始動バーナ８に供給され、燃料が酸素源１４から供給される。これは、排気ガスバーナ５を加熱するように、始動バーナ８において適量の燃料空気混合物が燃焼され得ることを意味する。燃料電池システムの始動運転の間、始動バーナ８において亜化学量論混的燃料空気混合物が燃焼される。燃料電池システム１００ｃの始動運転時における好ましい時間枠において、亜化学量論混的燃料空気混合物は、触媒部分酸化の一部として改質器４において燃焼される。燃料電池システム１００ｃ、特に改質器４、排気ガスバーナ５及び／又は燃料電池スタック１における温度が決定される。改質器４、排気ガスバーナ５及び／又は燃料電池スタック１における決定された温度が所定の閾値を超えるとすぐに、始動バーナ８が停止する。すなわち、燃料及び酸素の供給が停止する。
【００４１】
図４は、燃料電池システム１００ａを備えた自動車１０００を示している。燃料電池システム１００ａは、自動車１０００の電気モータの形態をなす駆動ユニット２００にエネルギーを供給する。
【００４２】
１  燃料電池スタック
２  アノード部
３  カソード部
４  改質器
５  排気ガスバーナ
６  エバポレータ
７  熱交換器
８  始動バーナ
９  始動バーナインジェクタ
１０  排気ガスバーナインジェクタ
１１  排気バーナ触媒
１２  改質触媒コンバータ
１３  燃料源
１４  酸素源
１５  計量バルブ
１００ａ〜１００ｃ  燃料電池システム
２００  駆動ユニット
１０００  自動車
【図１】
2020517070.tif 000003
【図２】
2020517070.tif 000004
【図３】
2020517070.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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