(57)【要約】  本発明は、圧縮機（２２）を用いてカソードガス（２）を圧縮する工程、供給装置を用いてカソードガス（２）に水を供給することによりカソードガス（２）を湿潤させる工程を含む、燃料電池のメンブレン（１２）の水分状態調節方法であって、前記供給装置が噴射弁（２６）を有しており、それを介して、すでに圧縮されたカソードガス（２）に必要に応じて水が供給される方法に関する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程：
−圧縮機（２２）を用いてカソードガス（２’）を圧縮する工程、
−供給装置を用いてカソードガス（２’）に水を供給することによりカソードガス（２’）を湿潤させる工程
を含む、燃料電池のメンブレン（１２）の水分状態調節方法において、
−前記供給装置が噴射弁（２６）を有しており、それを介して、すでに圧縮された前記カソードガス（２’）に必要に応じて水が供給される
ことを特徴とする、燃料電池のメンブレン（１２）の水分状態調節方法。
【請求項２】
前記供給装置を介して必要に応じて前記カソードガス（２’）に供給された水は前記燃料電池の排気から回収され、この水は、前記供給装置へ供給される前に好ましくはリザーバ（３０）に集められ、特に冷却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】
前記燃料電池の停止前に、前記供給装置に含まれる水を少なくとも部分的に、好ましくは完全に前記供給装置から除去する、および／または、前記燃料電池の作動前に、前記供給装置を少なくとも部分的に、好ましくは完全に排気することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記メンブレン（１２）には、任意に、好ましくはリザーバ（３０）がほぼ完全に満たされている場合に、特に０℃の範囲の周囲温度で、必要以上の水量が供給されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記燃料電池の稼働中に前記カソードガス（２’）の湿度を湿度計（２８）を用いて検出し、実際に検出した湿度に基づいて注水を調整することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記カソードガス（２’）の湿度を、まずガス／ガス交換器（２４）により上昇させ、引き続き、なお不足している外気の水量を注水により補充することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
以下：
−カソードガス（２’）を圧縮する圧縮機（２２）、
−前記カソードガス（２’）に水を供給することにより前記カソードガス（２’）を湿潤させる供給装置
を含む、燃料電池のメンブレン（１）の水分状態調節システム（１）において、
−前記供給装置が、前記カソードガス（２’）中に水を供給するための噴射弁（２６）を有しており、
−前記噴射弁（２６）は、前記圧縮機（２２）と前記燃料電池のカソード（１４）の間に配置されている
ことを特徴とする、燃料電池のメンブレン（１）の水分状態調節システム（１）。
【請求項８】
前記システム（１）は、前記カソードガス（２）の実際の湿度を検出する湿度計（２８）を有しており、前記湿度計（２８）は、前記噴射弁（２６）と前記カソード（１４）の間に配置され、特に前記供給装置および／または前記噴射弁（２６）と電気的に接続していることを特徴とする、請求項７に記載のシステム（１）。
【請求項９】
前記システム（１）は、前記燃料電池の排気から回収された水を貯蔵および／または冷却するリザーバ（３０）を有し、および／または
前記システムは、ガス／ガス交換器（２４）を有していることを特徴とする、請求項７または８に記載のシステム（１）。
【請求項１０】
前記リザーバ（３０）および／または前記リザーバ（３０）を前記噴射弁（２６）に接続する管は、水を加熱する加熱装置を有しており、前記加熱装置は、特に０℃付近の周囲温度で作動可能であることを特徴とする、請求項７から９までのいずれか１項に記載のシステム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方法に関する独立請求項の上位概念に記載の方法、ならびにシステムに関する独立請求項の上位概念に記載のシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池のアノードとカソードの間に配置されたメンブレンを積極的に湿潤させることは、従来技術から公知である。このとき、ＰＥＭ燃料電池では、メンブレンを湿潤させるために、燃料電池のカソードにおける反応中に生成した生産水を使用する。この生成した水をガス／ガス交換器を用いて排気ガスから分離し、続いて外気に供給することにより、この水は再利用される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の対象は、方法に関する独立請求項の特徴を有する方法、ならびにシステムに関する独立請求項の特徴を有するシステムである。本発明の他の特徴および詳細は、それぞれの従属請求項、明細書および図面から明らかである。このとき、本発明による方法に関連して記載された特徴および詳細は、当然、本発明によるシステムにも関連して適用され、かつ、それぞれその逆も適用されるので、それぞれの発明に対する開示に関しては常に相互に関連する、もしくは関連してよい。
【０００４】
主請求項に記載の本発明による方法は、燃料電池のメンブレン、特にＰＥＭ燃料電池のＰＥＭメンブレンの水分状態を調節するために特に用いられる。このとき、この方法の利点は、とりわけ、カソード側に供給された外気を圧縮するために消費しなくてはならない出力損失をかなり削減することができるという点に見られる。従来公知の方法の場合、圧縮の必要性は、特に、ガス／ガス交換器を用いて慣用の方法で行なわれる空気の湿潤中に外気が加熱されることから生じる。この湿潤工程では、特に、外気の湿潤に使用する湿った排気の比較的高い温度が問題となっている。排気の加熱は、この場合、特に、排気に含まれる温かい生産水のせいである。ガス／ガス交換器で行なわれる湿潤工程の場合、排気の熱は湿潤すべき外気に移る。外気の温度が高まると、密度が低くなり、それにより外気の空気量当たりの酸素量が少なくなるので、最終的に燃料電池の稼働が非効率になる。すでに説明したように、このような場合の非効率な稼働を、湿潤工程の前または後に行なわれる外気の圧縮により改善することはできるが、このような圧縮工程は高いエネルギー消費を必要とし、これは本発明による方法により削減することができる。本発明の方法の別の利点の一つはさらに、本発明では、外気を湿潤するためのガス／ガス交換器の使用を意図的に省略し、それによりスペースと重量を削減できるだけではなく、特に外環境条件への強い依存性のようなガス／ガス交換器の他の欠点をも減少もしくは除去することができることから明らかである。
【０００５】
本発明による燃料電池のメンブレンの水分状態調節方法では、具体的に、まず圧縮機を用いてカソードガスを圧縮するが、このとき、圧縮機として、例えば回転圧縮機、往復圧縮機、ターボ圧縮機、イオン圧縮機、スクロール圧縮機等々のような様々な圧縮機型を使用することができる。本発明によれば、このとき、カソードガスをまず、少なくとも１バールを超える圧力まで、好ましくは２．５バールを超える圧力まで、特に５バールを超える圧力まで圧縮することが提案される。カソードガスを圧縮できるようにする前に、これをまず圧縮機に供給しなくてはならない。具体的には、カソードガスとして特に酸素含有空気、好適には圧縮機に供給する前になって初めて周囲から吸引され予め濾過された酸素含有空気を使用する。空気の濾過は、この場合、吸引した空気の有害な粒子およびガス状の不純物から、燃料電池部材、特に燃料電池の触媒材料を保護するためにも、燃料電池システムの他の部材を保護するためにも、どちらにも寄与する。カソードガスを圧縮した後、このカソードガスを、具体的には供給装置を用いて水を供給することにより湿潤させる。カソードガスの圧縮の工程を、本発明によりカソードガスの湿潤前に強制的に、すなわち「乾いている」カソードガスで行なうことにより、特に効率的でかつ省エネルギーの圧縮工程が保障される。圧縮工程を湿潤の後に初めて行なった場合、カソードガスが受容した水の一部が再び凝縮し、その結果、カソードガスがもはや所望の水分量を有していないという危険がさらにある。すでに圧縮したカソードガスを比較的少ない受容能力にも関わらず所望の程度湿潤できるようにするために、本発明によれば、前記供給装置が噴射弁を有しており、それを介して、すでに圧縮されたカソードガスに必要に応じて水が供給されることが提案されている。本発明による噴射弁を介して、その間、必要に応じてだけではなく、特に、この目的に通常使用されるガス／ガス交換器とは対照的に明らかより効率的な湿潤方法が提供される。噴射弁の他に、前記供給装置はさらに他の部品、例えば１つ以上の異なる種類の弁、１つ以上の異なる種類のポンプ、様々な管もしくは１つの配管システム、カソードガスへの水の供給を制御する少なくとも１つの制御ユニット、必要水量を測定する少なくとも１つの測定装置、通信のための少なくとも１つの通信装置、等々を含んでいてよい。
【０００６】
好適には、本発明の枠内で、前記供給装置を介して必要に応じてカソードガスに供給されかつ好ましくは燃料電池の排気から回収された水は、前記供給装置に供給される前に、リザーバに集められ、特に冷却されるようにしてよい。冷却された水もしくは冷たい水の供給は特に、これにより湿潤後の外気容積は変わらないので、あるいはエネルギー転換にとって不都合な程度には変わらないので、カソードガスが湿潤後でも同じ密度を有する、すなわち、従って体積当たりで同じ酸素量を有するために好適である。このことは、燃料電池の非効率な稼働を防止するだけではなく、可能な限り一定のエネルギー供給をも保証する。その上、激しく変動する環境条件においてさえ燃料電池をほぼ一定のエネルギーで稼働させるために、前記リザーバは冷却するだけではなく、好適には必要に応じて温度調節してもよく、このとき、温度調節は特に、環境条件および／または実際に生じたもしくは変化した電気エネルギーに依存して行なわれる。その上、前記リザーバを冷却するためのエネルギー消費を可能な限り少なくしなくてはならず、特に反応熱に対して冷却してはならないので、前記リザーバを燃料電池から離して配置することがさらに提案される。リザーバに集められ好ましくは冷却された水を前記噴射弁に供給するために、好ましくは、必要に応じて水を噴射弁に送出する少なくとも１つのポンプを設けていてもよい。必要に応じた送出を保障するために、さらに、前記噴射弁とポンプとの間もしくは前記噴射弁、ポンプおよびリザーバとの間に通信接続部を、ならびに、少なくとも貯蔵された水の必要量および量を検出しかつこのようにして必要に応じた配分を制御することができる制御ユニットを設けていてもよい。
【０００７】
さらに、燃料電池の停止前に、供給装置内に含まれる水を少なくとも部分的に、好ましくは完全に供給装置から除去することが考えられる。供給装置からの水の除去は、特に０℃付近または０℃以下の温度における燃料電池の使用を背景に、供給装置内で起こりうる水の凍結を防ぐために好適である。供給装置内での水の凍結は、少なくとも供給装置の部材を損傷させて破壊するかもしれない。その上、装置を可能な限り小さく設置するという意味で、排気から回収した水をリザーバから噴射弁へ供給するためにすでに設けられているポンプと同じポンプを供給装置から水を除去するために使用することが提案される。簡単な実施様態によれば、前記ポンプは、この場合、供給装置からの水をリザーバに送り戻すため逆方向に運転させてもよい。代わりに、それに応じて供給装置からの水をリザーバに送り戻す別々のポンプを設けていてもよい。供給装置からの水をリザーバに戻す代わりに、またはそれに加えて、加熱ベルト等々を含む加熱装置および／またはブロー装置を設けていてもよい。
【０００８】
さらに、特に０℃の範囲の周囲温度の場合、前記メンブレンには、任意に、好ましくはリザーバがほぼ完全に満たされている場合に、必要以上の水量が供給されることが考えられる。０℃の範囲の周囲温度におけるこのような過剰量の供給は、リザーバを損傷もしくは破裂から守るために特に有意義である。このような過剰量の供給の代わりに、またはそれに加えて、破裂を防止するために、リザーバを凍結に強く、例えば特に伸縮性のある材料から、作っていてもよく、および／または、少なくとも破裂の危険がある場合にリザーバを相応に加熱する加熱装置を有していてもよい。代わりに、０℃の範囲の周囲温度でメンブレンに水を過剰量供給するのとは対照的に、凍結による被害からメンブレンを守るために、供給を減少、特に停止してもよい。この場合、凍結に強い形態および／または加熱装置の配置の代わりに、またはそれに加えて、リザーバは、０℃の範囲の周囲温度でリザーバから水を排出する温度制御式排出弁を有してもよいので、リザーバからの水が完全に凍結した場合でさえリザーバの破裂の危険はない。
【０００９】
好適には、本発明の枠内で同様に、燃料電池を作動させる前に、前記供給装置を少なくとも部分的に、好ましくは完全に排気するようにしてもよい。供給装置の完全な排気は、特に、これにより残りの空気が供給装置から除去されるので有意義である。この残りの空気は、通常、少なくとも不定の酸素量、少なくとも不定の温度および少なくとも不定の水分を有する。通常、しかし、この空気残分は、外気より少ない酸素量および／または高い温度および／または少ない水分を有するので、効率的な化学変換および一定のエネルギー供給の枠内では、供給装置の排気、特に完全な排気は好適である。排気のために好ましくは噴射弁が使用されてもよく、このとき、この噴射弁には、特に、噴射能力が検知された時点で初めてポンプを介してリザーバからの水が供給される。その時点で初めて外気は噴射弁により水で湿潤されうる。
【００１０】
さらに、本発明の枠内では、燃料電池が稼働中のカソードガスの湿度を湿度計を用いて検出し、実際に検出した湿度に基づいて注水を調整するようにしてもよい。このように実際に検出した湿度に合わせて注水することは、特に激しく変動する周囲温度では有意義であり、かつこのような条件においても、化学エネルギーを電気エネルギーに可能な限り最適に変換することができ、ならびに可能な限り一定のエネルギーを供給することができる。このために、湿度計は好ましくは噴射弁とカソードの間に配置する必要がある。
【００１１】
さらに、本発明の枠内では、外気をまずガス／ガス交換器を通して、それにより湿度を上昇させてもよい。最適な水分量を有する外気を燃料電池に供給するために、引き続き、なお不足している水分を注水で補充してもよい。ガス／ガス交換器は、この方法の場合、好ましくははるかに小さく設計されてもよく、好ましくは交換器と平行な弁は無くてもよい。
【００１２】
同様に、本発明の対象は、装置に関する独立請求項の特徴を有する、燃料電池のメンブレンの水分状態調節システムである。ここでは具体的に、このシステムは、カソードガスを圧縮する圧縮機、ならびにカソードガスに水を供給することによりカソードガスを湿潤させる供給装置を含み、前記供給装置が、カソードガス中に水を供給するための噴射弁を有しており、かつ前記噴射弁は、前記圧縮機と前記燃料電池のカソードの間に配置されているようになっている。それにより、本発明によるシステムは、本発明による方法に関して詳細に記載された利点と同じ利点をもたらす。すでに本発明の方法についての実施様態で説明したように、この対象のシステムは、好ましくはＰＥＭ燃料電池のメンブレンの水分状態を調節するために設けられている。カソードガスを湿潤するためのガス／ガス交換器を噴射弁に替えることに基づき、スペースと重量の削減という利点の他に、カソードガスを圧縮するためのエネルギー消費を特により少なくすることができる。本発明によれば圧縮機を噴射弁とカソードの間に配置することにより、カソードガスの圧縮工程は、本発明によりカソードガスの湿潤前に強制的に、すなわち「乾いている」カソードガスで行なわれ、それにより、より効率的なだけではなく、より省エネルギーな圧縮工程が保障されている。その上、すでに湿潤したカソードガスが圧縮工程の際に水分を失うという危険は存在しない。噴射弁という概念は、本発明の枠内では、バルブも、インジェクタも、ならびにノズル等々も含む。噴射弁は、この場合さらに、様々な方法で反応可能であってよく、もしくは様々な方法で制御してもよい。この場合、具体的な噴射弁は、磁気式、好ましくは空気式、特に電子制御式噴射弁であってよい。好ましくは、噴射弁は、カソードガスを効率的に湿潤するために、ノズル、特に噴霧ノズルを有する。このノズル自体は、様々な方法で形成されていてよく、様々な噴霧方法を取ってもよい。好適には、噴射弁は、供給された水を噴霧する一流体ノズル、特に二流体ノズルを有することが提案される。一流体ノズルはこの場合、供給された水の噴霧に専ら自身のエネルギーを利用し、追加の圧縮空気の供給は通常必要ないので好適である。それに対して二流体ノズルを用いると、通常、明らかにより効率的な湿潤が可能である。というのも、二流体ノズルは、すでに比較的低い圧力差で極めて高い速度に達しそれにより極めて細かい液体噴霧を生じさせる圧縮空気のような第２の媒体を噴霧するために、エネルギー供給体として様々な気体またはそうしたものを使用するからである。
【００１３】
さらに、この発明の枠内では、前記システムは、カソードガスの実際の湿度を検出する湿度計を有しており、この湿度計は前記噴射弁と前記カソードの間に配置され、特に前記供給装置および／または前記噴射弁と電気的に接続していることが提案される。湿度計をこのように配置することで、特に、実際に検出した湿度に合わせた注水が可能になる。このことは、特に周囲温度が激しく変動する場合に有意義であり、このような条件においても、化学エネルギーを可能な限り最適に電気エネルギーに変換することができ、ならびに可能な限り一定のエネルギーを供給することができる。時間的に最適化して調整するために、湿度計は好ましくは実際の湿度を検出するコントローラ、特にＰおよび／またはＰＩおよび／またはＰＤおよび／またはＰＩＤコントローラを含んでいてよい。本発明によるシステムを制御するために、特に必要に応じたカソードガスの湿潤を制御するために、個々のシステム部材は好ましくは互いに制御接続部もしくは通信接続部を介して接続されている。これらの制御接続部もしくは通信接続部は、ここで、少なくとも部分的に無線および／または少なくとも部分的に有線による接続で形成されていてよい。好適には、この制御接続部および／または通信接続部は、ＢＵＳシステム、特にＣＡＮ−ＢＵＳシステムを介して互いに接続されていてよい。さらに、対象となっているこのシステムがここで、制御のために上位の制御装置を有していれば好適である。この上位の制御装置は、この場合、別に配置されていてもよく、あるいは本発明によるシステムの機器の１つに、好ましくは噴射弁に組み込まれていてもよい。代わりに、この上位の制御装置を、メンブレンの水分状態を調節する本発明によるシステムから離して配置してもよく、個別の部材と有線で、好ましくは無線で、通信接続および制御接続していてもよい。
【００１４】
さらに、本発明によるシステムは、燃料電池の排気から回収される水を貯蔵および／または冷却するためのリザーバを有していてよい。排気から回収される水の貯蔵および冷却は、特に好適である。というのも、燃料電池からの排気は反応熱により激しく加熱され、そのため湿潤に直接使用すると湿潤すべきカソードガスが湿潤工程において同様に激しく加熱されるという欠点を有するためである。このことは、すでに述べたように、特にエネルギー論的見地から不利である。この理由から、とりわけ、燃料電池の排気から回収された水を外気の湿潤に用いることができるまでは、この水を貯蔵および冷却することが考えられる。その上、激しく変動する環境条件においてさえほぼ一定のエネルギーで燃料電池を稼働させるために、リザーバは純粋な冷却装置だけではなく、リザーバ内の水を必要に応じて、特に環境条件および／または実際に生じたもしくは変化した電気エネルギーに依存して温度調節することができる温度調節装置を特に有していてよい。リザーバに集められかつ好ましくは冷却された水を噴射弁に供給するために、このとき、好ましくは水を必要に応じて噴射弁に送出する少なくとも１つのポンプが設けられていてもよい。必要に応じた送出を保障するために、さらに、噴射弁とポンプの間に、もしくは噴射弁、ポンプおよびリザーバの間に通信接続部を、ならびに少なくとも貯蔵された水の必要量と量を検出し、このように必要に応じて配分することができる制御装置が設けられていてよい。
【００１５】
対象となっている水分状態調節システムを０℃付近の周囲温度の場合でさえ確実に稼働させることができるようにするためには、同様に、リザーバおよび／またはリザーバを噴射弁と接続する管が、水を加熱する加熱装置を有するようにしてよい。このことは、特に管、弁ならびにリザーバを凍結の被害から守るのに好適である。加熱装置での不必要なエネルギー消費を防ぐために、さらにまた、これら対応する装置が０℃付近の周囲温度で初めて作動可能であるようにしてもよい。
【００１６】
本発明の他の利点、特徴および詳細は、図面を参照して発明の実施例を詳細に記載した以下の説明から明らかである。このとき、クレームおよび明細書中で言及された特徴は、それぞれ個別にそれ自身あるいは任意の組み合わせで発明に不可欠なものであってよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術によるメンブレンの水分状態調節システムの概略図である。
【図２】本発明によるメンブレンの水分状態調節システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図中、同じ技術的特徴に対しては同一の符号を使用する。
【００１９】
図１は、従来技術によるメンブレン１２の水分状態調節システム１の概略図を示す。このシステム１は、メンブレン１２により互いに分離しているアノード１０およびカソード１４を有する燃料電池を含む。燃料電池の冷却のために、冷却サイクル１８を含む冷却ユニット１６が燃料電池のカソード１４側に配置されている。アノード１０もカソード１４も、メンブレン１２と電気的に接続している。燃料電池のアノード１０には、稼働中、アノードガス２が環流しており、これはこの例では水素である。このため、水素２は遮断弁４を開放することによりアノード供給管８ａへ送られる。絞り弁６の開放を調節することによりアノードガス２は絞り弁６の後方に配置されたアノード供給管８ａの第２の部分を流れてから、アノード１０に達する。アノードガス２の反対側にはカソードガス２’が導入されるが、これはこの例では酸素含有の外気である。外気２’は吸引されて、まずエアフィルタ２０で濾過される。このとき、空気濾過は、吸引した空気の有害な粒子およびガス状の不純物から、燃料電池部材、特に燃料電池の触媒材料を保護するためにも、燃料電池システムの他の部材を保護するためにも、どちらにも寄与する。濾過後、外気２’を、ガス／ガス交換器２４を同様に通過しかつ生産水を含む排気の傍らを通すことにより、カソードガス２’はガス／ガス交換器２４により湿潤される。排気目的で、ガス／ガス交換器２４には遮断弁４を備えたバイパスが配置されている。排気は、燃料電池のカソード側１４からカソード排出管８ｂ’を介して排出され、ガス／ガス交換器２４を通過する。このようにして、反応の際にカソード１４側で生じる水は外気２’を湿潤するために再利用される。外気２’をガス／ガス交換器２４内で湿潤した後、圧縮機２２を用いて空気２’を圧縮してから、湿潤し圧縮したこのカソードガス２’をカソード供給管８ｂを介してカソード１４に供給して、メンブレンにおいてアノードガスとカソードガス２、２’の間に化学反応が起こる。反応の際に消費されなかったアノードガス２は、その間にアノード排出管８ａ’を介して燃料電池から出て、アノード供給管８ａ’を介して新たに前記サイクルに供給される。この実施形態で問題になっているのは、特に、燃料電池に供給する前のカソードガス２’の圧縮に非常に多くのエネルギーを消費しなくてはならないということである。ガス／ガス交換器２４内で湿潤中のカソードガス２’の加熱から非常に高い圧縮エネルギーが生じる。ガス／ガス交換器２４内で湿潤中のカソードガス２’の加熱はまた、反応熱により加熱された排気によっても起こる。湿潤したカソードガス２’の加熱およびそれにより低下した密度にかかわらず体積当たりの酸素を十分な量で導入できるようにするために、カソードガス２’を、多くのエネルギーを消費して圧縮しなくてはならない。そうすることによってのみ、反応物質の最適な化学反応と、可能な限り一定のエネルギー供給が保障される。
【００２０】
図２は、図１とは異なり、本発明によるメンブレン１２の水分状態調節システム１の概略図を示す。図１に表されたシステム１とは対照的に、本発明によるシステム１は、燃料電池のカソード側に導入された外気２’を湿潤するガス／ガス交換器２４を有していない。その代わりに、外気２’を湿潤するために噴射弁２６を使用している。噴射弁２６と湿度計２８を用いることで、外気２’の実際の湿度を検出し、その実際の湿度に応じて噴射弁２６による湿潤を制御することが可能である。噴射弁２６は、リザーバ３０から噴射弁２６に水を送るポンプ３２を介して必要な水を受け取る。リザーバ３０内には、排気から回収した水が貯蔵され、好ましくは冷却されている。ポンプ３２とカソードガス供給管８ｂの間には、さらに遮断弁３４が配置されており、これは好ましくは、燃料電池の起動前に供給装置を排気するために使用される。本発明によるシステムを制御するために、それぞれのシステム部材は、図面には記載していない通信接続部を介して、好ましくはＢＵＳシステム、特にＣＡＮ−ＢＵＳシステムを介して、互いに接続されている。好適には、システム１は、このシステム１の制御のために、特に換気、排気および必要に応じた配分の制御のために、同様に図面には記載していない上位の制御装置を含む。この上位の制御装置は、このとき、別に配置していても、他の機器の１つ、特に噴射弁２６に組み込まれていてもよい。代わりに、この上位の制御装置をメンブレン１２の水分状態調節システム１から離して配置してもよく、個別の部材と有線で、好ましくは無線で、通信および制御接続していてもよい。ガス／ガス交換器２４の代わりに本発明による噴射弁２６を使用することにより、貴重なスペースおよび重量を削減することができるだけではなく、供給された外気２’を圧縮するために消費しなくてはならない出力損失も大幅に削減することができる。というのも、供給された外気２’は噴射弁２６により非常に効率的にかつ熱伝達なしに湿潤することができるので、カソードガス２’を過度に圧縮する必要性がなくなるからである。ガス／ガス交換器２４の代わりに噴射弁２６を使用することに加えて、本発明によればさらに圧縮機２２が、外気２’を湿潤するのに用いられる装置２６とカソード１４との間にではなく、噴射弁２６の前に配置されている。カソードガス２’の圧縮工程を、本発明によりカソードガス２’の湿潤前に強制的に、すなわち「乾いている」カソードガス２’で行なうことにより、特により効率的でかつ省エネルギーの圧縮工程が保障される。
【符号の説明】
【００２１】
１  システム
２  アノードガス
２’  カソードガス
４  遮断弁
６  絞り弁
８ａ  アノード供給管
８ａ’  アノード排出管
８ｂ  カソード供給管
８ｂ’  カソード排出管
１０  アノード
１２  メンブレン
１４  カソード
１６  冷却ユニット
１８  冷却サイクル
２０  エアフィルタ
２２  圧縮機
２４  ガス／ガス交換器
２６  噴射弁
２８  湿度計
３０  リザーバ
３２  ポンプ
３４  遮断弁
【図１】
2020532050.tif 000003
【図２】
2020532050.tif 000004
【国際調査報告】
2020532050.tif 000005
2020532050.tif 000006
2020532050.tif 000007
2020532050.tif 000008
2020532050.tif 000009
2020532050.tif 000010