JP2002530817A - 起動可能出力を改良した燃料電池システム - Google Patents
起動可能出力を改良した燃料電池システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
燃料改質装置を含んで成る燃料電池システムの作動を開始させる方法。起動時期を通じて、改質装置（１３）に対する原料に使用される同じ燃料（１４）が少数の少なくとも一部の燃料電池（１１）へ流される。これらの燃料電池は、少なくとも改質装置が作動状態になって燃料電池に好適な水素含有ガスを発生するまで、燃料を直接的に酸化させて出力電力を発生する。従って、改質装置の起動に典型的に伴われる遅れを生じることなく、有用な出力電力を得ることができる。
Description
【０００１】 （発明の分野） 本発明は固体ポリマー燃料電池システムの作動を開始させる方法および装置に
関する。特に、本発明は改質装置を含んだ起動燃料電池システムに関する。
関する。特に、本発明は改質装置を含んだ起動燃料電池システムに関する。
【０００２】 （発明の背景） 燃料電池システムは現在のところ、交通機関での利用や固設発電装置のような
数々の応用例における電力供給源として使用できるように開発されている。それ
らの応用例の幾つかでは、燃料電池システムは電力レベルが変化するにも拘わら
ずに多少長時間の連続作動が可能である。しかしながら他の応用例では、燃料電
池システムは頻繁なオン−オフ・サイクルを行われ、それ故に停止状態からの多
数回の起動を経験する。自動車における応用例は、そのような過酷なサイクルで
の応用の例である。
数々の応用例における電力供給源として使用できるように開発されている。それ
らの応用例の幾つかでは、燃料電池システムは電力レベルが変化するにも拘わら
ずに多少長時間の連続作動が可能である。しかしながら他の応用例では、燃料電
池システムは頻繁なオン−オフ・サイクルを行われ、それ故に停止状態からの多
数回の起動を経験する。自動車における応用例は、そのような過酷なサイクルで
の応用の例である。
【０００３】 一般に、電気化学燃料電池は反応物質、すなわち燃料および酸化剤の流体流を
変換して電力および反応生成物を発生する。電気化学燃料電池は一般に２つの電
極、すなわち陰極および陽極の間に配置した電解質を使用する。電極における所
望の電気化学反応を誘起するためには電気触媒が必要とされる。電解質に加えて
電極は導電基材を含み、その表面に電気触媒が付着される。固体ポリマー電解質
燃料電池は膜電極組立体（「ＭＥＡ」）を使用する。ＭＥＡは２つの電極層の間
に配置された固体ポリマー電解質またはイオン交換膜を含む。固体ポリマー燃料
電池は、他の燃料電池形式に比べて比較的低い温度（約８０℃）で作動する。
変換して電力および反応生成物を発生する。電気化学燃料電池は一般に２つの電
極、すなわち陰極および陽極の間に配置した電解質を使用する。電極における所
望の電気化学反応を誘起するためには電気触媒が必要とされる。電解質に加えて
電極は導電基材を含み、その表面に電気触媒が付着される。固体ポリマー電解質
燃料電池は膜電極組立体（「ＭＥＡ」）を使用する。ＭＥＡは２つの電極層の間
に配置された固体ポリマー電解質またはイオン交換膜を含む。固体ポリマー燃料
電池は、他の燃料電池形式に比べて比較的低い温度（約８０℃）で作動する。
【０００４】 広い範囲での反応物質が電気化学燃料電池に使用できる。酸化剤は典型的に酸
素であり、実質的に純粋な酸素流または空気のような希釈酸素流から発生される
。燃料はしばしば実質的に純粋な水素ガスとされ、または改質物質（ｒｅｆｏｒ
ｍａｔｅ）流のような水素含有ガス流で発生した水素分子とされる。水素分子以
外の他の燃料も燃料電池の陽極にて直接に酸化され得る。例えば、メタノール、
ジメチル・エーテル、およびメタンが燃料電池の陽極位置に発生され、そこで酸
化されて電子を発生することができる。そのような燃料はガス流で発生され得る
。しかしながらメタノールまたはジメチル・エーテルに関しては、水性液体流が
より一般的に使用される。
素であり、実質的に純粋な酸素流または空気のような希釈酸素流から発生される
。燃料はしばしば実質的に純粋な水素ガスとされ、または改質物質（ｒｅｆｏｒ
ｍａｔｅ）流のような水素含有ガス流で発生した水素分子とされる。水素分子以
外の他の燃料も燃料電池の陽極にて直接に酸化され得る。例えば、メタノール、
ジメチル・エーテル、およびメタンが燃料電池の陽極位置に発生され、そこで酸
化されて電子を発生することができる。そのような燃料はガス流で発生され得る
。しかしながらメタノールまたはジメチル・エーテルに関しては、水性液体流が
より一般的に使用される。
【０００５】 与えられた固体ポリマー燃料電池は気相または液相のいずれかの大半の燃料で
或る程度作動し、それ故に電力を供給できることが期待される。しかしながら固
体ポリマー燃料電池システムの設計および作動は、使用する燃料流の特定種類（
燃料および相の両方）に典型的に適合される。燃料電池の外部の副システム（例
えば燃料の循環、冷却、および（または）加湿の副システム）における相違と共
に、燃料電池自体にも相違がある。例えばこの頃、直接的なメタノール液体給送
式の燃料電池（すなわち、未改質メタノール水で「直接的」に作動する電池）の
陽極は、水素ガスを供給される燃料電池の場合とは異なる電気触媒および異なる
電極構造を典型的に使用している。水素ガス給送式および直接的なメタノール液
体の給送式の燃料電池の間の他の相違は、固体ポリマー膜の選択である。直接的
なメタノール液体給送式電池では、陽極側から膜を通って陰極側へメタノール燃
料がクロスオーバーすることで問題がしばしば生じている。膜材料のクロスオー
バー特性を改良することが、各燃料電池形式に好ましいとされるさまざまな膜を
もたらすと期待できる。
或る程度作動し、それ故に電力を供給できることが期待される。しかしながら固
体ポリマー燃料電池システムの設計および作動は、使用する燃料流の特定種類（
燃料および相の両方）に典型的に適合される。燃料電池の外部の副システム（例
えば燃料の循環、冷却、および（または）加湿の副システム）における相違と共
に、燃料電池自体にも相違がある。例えばこの頃、直接的なメタノール液体給送
式の燃料電池（すなわち、未改質メタノール水で「直接的」に作動する電池）の
陽極は、水素ガスを供給される燃料電池の場合とは異なる電気触媒および異なる
電極構造を典型的に使用している。水素ガス給送式および直接的なメタノール液
体の給送式の燃料電池の間の他の相違は、固体ポリマー膜の選択である。直接的
なメタノール液体給送式電池では、陽極側から膜を通って陰極側へメタノール燃
料がクロスオーバーすることで問題がしばしば生じている。膜材料のクロスオー
バー特性を改良することが、各燃料電池形式に好ましいとされるさまざまな膜を
もたらすと期待できる。
【０００６】 燃料電池の作動および性能（出力電力）を考慮する限り、水素ガスが現在好ま
しいとされる燃料である。しかしながら、他の燃料に比べて保存および取り扱い
がかなり難しい。従って多くの燃料電池システムでは、燃料処理副システムを使
用することで他の燃料から水素含有ガス流を発生させている。典型的には、燃料
処理副システムには改質装置が含まれ、改質装置は通常は一般に水素を含有する
改質物質流を燃料の原料（メタノールや天然ガスのような）から、通常はその燃
料を適当な触媒の存在する中で高温度の蒸気と反応させて発生させる。この燃料
処理副システムはまた、改質処理を助成し、改質物質を純化し、および（または
）他の望ましい化合物をガス流に導入するために、他の各種の要素（例えば、蒸
発装置、転化装置、選択的酸化装置、水素分離装置、加湿装置など）も典型的に
含む。
しいとされる燃料である。しかしながら、他の燃料に比べて保存および取り扱い
がかなり難しい。従って多くの燃料電池システムでは、燃料処理副システムを使
用することで他の燃料から水素含有ガス流を発生させている。典型的には、燃料
処理副システムには改質装置が含まれ、改質装置は通常は一般に水素を含有する
改質物質流を燃料の原料（メタノールや天然ガスのような）から、通常はその燃
料を適当な触媒の存在する中で高温度の蒸気と反応させて発生させる。この燃料
処理副システムはまた、改質処理を助成し、改質物質を純化し、および（または
）他の望ましい化合物をガス流に導入するために、他の各種の要素（例えば、蒸
発装置、転化装置、選択的酸化装置、水素分離装置、加湿装置など）も典型的に
含む。
【０００７】 改質装置を基本とする燃料電池システムが幾つかの応用例で好ましいとされる
が、改質燃料を使用することである程度の困難さが生まれる。例えば、燃料処理
副システム自体の必要性および複雑性は別にしても、システムを起動するために
はより一層の複雑さおよび時間消費が避けられない。固体ポリマー燃料電池およ
び改質装置はいずれも大気温度より高い温度で典型的に作動し、従って正常作動
が開始されるまでに加熱することが必要となる。改質装置は特に数１００℃の温
度に加熱される必要があり、これは完了するまでに数分間を要する。さらに、暖
機時には改質装置の作動は通常それほど効率的でなく、発生したいずれの改質物
質も一酸化炭素のような不純物を多量に含み、それらの不純物は燃料電池の陽極
に典型的に使用されている電気触媒を害することになる。従って、起動時期に発
生したいずれの改質物質も燃料電池から電気出力を発生する目的のためにほとん
ど使用することはできない。さらに、燃料電池自体からの電力出力も、燃料電池
がある作動温度に達するまでは比較的低い。最後に、燃料処理副システムに、ま
た燃料電池の反応物質流の加湿に使用されるいずれの水供給源も大気温度条件が
０℃以下に下がると凍結し、従ってシステム起動には付随的に潜在する難しさが
示される。その結果、付随的な副システムが改質装置を基本とする燃料電池シス
テムの起動期間に電力および（または）熱を供給することが必要となる。例えば
、改質装置を加熱するために燃料の原料供給源からの燃料が燃焼され得る。改質
装置が作動を開始したならば、水素含有改質物質は燃料電池の起動に使用できる
。また、改質装置は燃料電池の加熱にも使用できる。しかしながらこの過程は幾
つかの応用例にとって遅速化することになる。これに代えて、実質的に純水素の
供給源を起動目的のためにシステムに保持することができる。この水素は改質装
置および燃料電池を暖機する熱を発生するために燃焼（バーナーまたは触媒によ
る燃焼）できる。水素は、適当な改質物質の供給を得られるようになるまで、燃
料電池の作動を開始するために燃料電池の陽極へ流されることもできる。例えば
ボトルに圧縮されたガスとして、または金属水素化合物に吸収されて水素供給源
は保存されることができる。しかしながら、水素供給源は定期的に補充されねば
ならない。他の方法では、改質装置を基本とした燃料電池システムは保存バッテ
リーまたは前述した方法の組み合わせにより与えられるエネルギーを使用して、
起動できる。
が、改質燃料を使用することである程度の困難さが生まれる。例えば、燃料処理
副システム自体の必要性および複雑性は別にしても、システムを起動するために
はより一層の複雑さおよび時間消費が避けられない。固体ポリマー燃料電池およ
び改質装置はいずれも大気温度より高い温度で典型的に作動し、従って正常作動
が開始されるまでに加熱することが必要となる。改質装置は特に数１００℃の温
度に加熱される必要があり、これは完了するまでに数分間を要する。さらに、暖
機時には改質装置の作動は通常それほど効率的でなく、発生したいずれの改質物
質も一酸化炭素のような不純物を多量に含み、それらの不純物は燃料電池の陽極
に典型的に使用されている電気触媒を害することになる。従って、起動時期に発
生したいずれの改質物質も燃料電池から電気出力を発生する目的のためにほとん
ど使用することはできない。さらに、燃料電池自体からの電力出力も、燃料電池
がある作動温度に達するまでは比較的低い。最後に、燃料処理副システムに、ま
た燃料電池の反応物質流の加湿に使用されるいずれの水供給源も大気温度条件が
０℃以下に下がると凍結し、従ってシステム起動には付随的に潜在する難しさが
示される。その結果、付随的な副システムが改質装置を基本とする燃料電池シス
テムの起動期間に電力および（または）熱を供給することが必要となる。例えば
、改質装置を加熱するために燃料の原料供給源からの燃料が燃焼され得る。改質
装置が作動を開始したならば、水素含有改質物質は燃料電池の起動に使用できる
。また、改質装置は燃料電池の加熱にも使用できる。しかしながらこの過程は幾
つかの応用例にとって遅速化することになる。これに代えて、実質的に純水素の
供給源を起動目的のためにシステムに保持することができる。この水素は改質装
置および燃料電池を暖機する熱を発生するために燃焼（バーナーまたは触媒によ
る燃焼）できる。水素は、適当な改質物質の供給を得られるようになるまで、燃
料電池の作動を開始するために燃料電池の陽極へ流されることもできる。例えば
ボトルに圧縮されたガスとして、または金属水素化合物に吸収されて水素供給源
は保存されることができる。しかしながら、水素供給源は定期的に補充されねば
ならない。他の方法では、改質装置を基本とした燃料電池システムは保存バッテ
リーまたは前述した方法の組み合わせにより与えられるエネルギーを使用して、
起動できる。
【０００８】 直接的なメタノール燃料電池システム（ＤＭＦＣｓ）は起動に関して同じ問題
を生じない。直接的なメタノール燃料電池は起動段階では比較的良好な性能を示
し、従って非常に急激な起動が可能で、大気温度からの起動の場合に或る程度有
効な電力出力を供給できる。さらにメタノールは、大半の応用例においてシステ
ムが曝される典型的な低温限界よりも十分に低い凝固点を有する。従って、メタ
ノールおよび或る種のメタノール水混合物は凝固に関する配慮（直接的なメタノ
ール燃料電池システム（ＤＭＦＣｓ）の典型的なメタノール水混合物は凝固に対
する十分な保護を与えるために高度に希釈されているけれども）をしていない。
しかしながら、現在、少なくとも直接的なメタノール燃料電池の性能および効率
は、全ての応用例における改質装置を基本とする燃料電池システムにとって代わ
るには適当でない。
を生じない。直接的なメタノール燃料電池は起動段階では比較的良好な性能を示
し、従って非常に急激な起動が可能で、大気温度からの起動の場合に或る程度有
効な電力出力を供給できる。さらにメタノールは、大半の応用例においてシステ
ムが曝される典型的な低温限界よりも十分に低い凝固点を有する。従って、メタ
ノールおよび或る種のメタノール水混合物は凝固に関する配慮（直接的なメタノ
ール燃料電池システム（ＤＭＦＣｓ）の典型的なメタノール水混合物は凝固に対
する十分な保護を与えるために高度に希釈されているけれども）をしていない。
しかしながら、現在、少なくとも直接的なメタノール燃料電池の性能および効率
は、全ての応用例における改質装置を基本とする燃料電池システムにとって代わ
るには適当でない。
【０００９】 （発明の概要） 燃料供給源および改質装置を含んで成る固体ポリマー燃料電池システムは、起
動時期に未改質燃料を含む起動流体で直接に作動する燃料電池の部分をシステム
に含めることにより、迅速に起動できる。従って、完全システムにおける複数の
燃料電池において、少なくとも第１の部分が起動期間に出力電力を提供する。シ
ステムにおける燃料電池の第２の部分、例えば残りの他の燃料電池、は起動後に
改質装置で発生された改質された水素含有ガスで作動され、従って起動後に出力
電力が提供される。燃料電池の第１の部分は従ってシステムの「起動電池」とな
る。
動時期に未改質燃料を含む起動流体で直接に作動する燃料電池の部分をシステム
に含めることにより、迅速に起動できる。従って、完全システムにおける複数の
燃料電池において、少なくとも第１の部分が起動期間に出力電力を提供する。シ
ステムにおける燃料電池の第２の部分、例えば残りの他の燃料電池、は起動後に
改質装置で発生された改質された水素含有ガスで作動され、従って起動後に出力
電力が提供される。燃料電池の第１の部分は従ってシステムの「起動電池」とな
る。
【００１０】 典型的に、改質装置はそれに適当な原料（例えば、燃料と蒸気との混合物）を
発生させる手段を含む一層複雑な燃料処理副システムの一部である。原料は改質
され、その後純化および（または）加湿されて水素含有ガスの流れを生じ、この
ガス流はその後正常作動温度にある燃料電池の第２の部分へ流される。起動流体
は燃料混合物（例えば、燃料と水との混合物）とされ得るが、改質は行われない
。その代わりに、燃料を含む起動流体流が起動期間に燃料電池の第１の部分へ流
され、燃料は燃料電池システムの起動電池の陽極位置で直接的に酸化される。
発生させる手段を含む一層複雑な燃料処理副システムの一部である。原料は改質
され、その後純化および（または）加湿されて水素含有ガスの流れを生じ、この
ガス流はその後正常作動温度にある燃料電池の第２の部分へ流される。起動流体
は燃料混合物（例えば、燃料と水との混合物）とされ得るが、改質は行われない
。その代わりに、燃料を含む起動流体流が起動期間に燃料電池の第１の部分へ流
され、燃料は燃料電池システムの起動電池の陽極位置で直接的に酸化される。
【００１１】 基本的には、直接的（未改質）および間接的（改質後）での両方の酸化に適当
ないずれの燃料も使用できる。適当な燃料はガスまたは液体とされ、例えばメタ
ン、ジメチル・エーテルのようなエーテル、およびメタノールのようなアルコー
ルを含む。しかしながら好ましい燃料はメタノールである。比較的豊富、安価、
および直接的または間接的な燃料として使用するのに適当であること以外に、メ
タノールおよびメタノール水は混合物は粋よりも低い凝固温度を有する。
ないずれの燃料も使用できる。適当な燃料はガスまたは液体とされ、例えばメタ
ン、ジメチル・エーテルのようなエーテル、およびメタノールのようなアルコー
ルを含む。しかしながら好ましい燃料はメタノールである。比較的豊富、安価、
および直接的または間接的な燃料として使用するのに適当であること以外に、メ
タノールおよびメタノール水は混合物は粋よりも低い凝固温度を有する。
【００１２】 「起動電池」を起動流体流で作動させることが有利である。その方法で、起動
期間における性能は向上される。従って、起動電池（第１の部分）の構造および
構成は、第２の部分の燃料電池とは異なり得る。例えば、燃料がメタノールであ
れば、電池の第２の部分における陽極電気触媒とは異なる陽極電気触媒を起動電
池である第１の部分に使用することが有利である。さらに、電池の第２の部分の
膜電解質とは異なる膜電解質を起動電池である第１の部分に使用することが有利
である。
期間における性能は向上される。従って、起動電池（第１の部分）の構造および
構成は、第２の部分の燃料電池とは異なり得る。例えば、燃料がメタノールであ
れば、電池の第２の部分における陽極電気触媒とは異なる陽極電気触媒を起動電
池である第１の部分に使用することが有利である。さらに、電池の第２の部分の
膜電解質とは異なる膜電解質を起動電池である第１の部分に使用することが有利
である。
【００１３】 起動電池を起動流体流で直接的に作動するように適合させることにより、その
性能は起動流体流で向上するが、水素含有ガス流では性能は悪い。それにも拘わ
らずに、起動時期が過ぎた後は付加的な出力電力を得るために起動電池（第１の
部分）に水素含有ガス流を流すことは有利となる。これに代えて、起動流体流は
起動期間後も起動電池へ継続的に流すことができる。同様にして、電池の第２の
部分は起動流体流での作動に適合されてはいないが、付加的な出力電力を得るた
めに起動期間に第２の部分へ起動流体流を流すことが有利となる。従って、燃料
電池の幾つか、または全ては、最初は起動流体流で作動され、その後に改質水素
含有ガス流で作動される。
性能は起動流体流で向上するが、水素含有ガス流では性能は悪い。それにも拘わ
らずに、起動時期が過ぎた後は付加的な出力電力を得るために起動電池（第１の
部分）に水素含有ガス流を流すことは有利となる。これに代えて、起動流体流は
起動期間後も起動電池へ継続的に流すことができる。同様にして、電池の第２の
部分は起動流体流での作動に適合されてはいないが、付加的な出力電力を得るた
めに起動期間に第２の部分へ起動流体流を流すことが有利となる。従って、燃料
電池の幾つか、または全ては、最初は起動流体流で作動され、その後に改質水素
含有ガス流で作動される。
【００１４】 複数の固体ポリマー燃料電池の第１の部分および第２の部分は別々の燃料電池
スタック（すなわち、起動電池を含んで成る１以上のスタック、および残りの電
池を含んで成る１以上のスタック）を含む。一方、燃料電池の第１の部分は燃料
電池の第２の部分の間に散在されることができる。
スタック（すなわち、起動電池を含んで成る１以上のスタック、および残りの電
池を含んで成る１以上のスタック）を含む。一方、燃料電池の第１の部分は燃料
電池の第２の部分の間に散在されることができる。
【００１５】 起動期間においては、起動電池は改質装置の加熱、燃料電池の第２の部分の加
熱、および（または）周辺副システムに対する電力供給に使用できる十分な出力
電力を提供する。システムの電池の全てを一度に起動することに比べると、それ
らの電池のうちの第１の部分のみを起動するのに要求される入力エネルギーは少
なくて済む。従って、起動電池は起動過程を独力で完遂するエネルギー源として
使用できる。
熱、および（または）周辺副システムに対する電力供給に使用できる十分な出力
電力を提供する。システムの電池の全てを一度に起動することに比べると、それ
らの電池のうちの第１の部分のみを起動するのに要求される入力エネルギーは少
なくて済む。従って、起動電池は起動過程を独力で完遂するエネルギー源として
使用できる。
【００１６】 この方法の好ましい実施例では、燃料電池システムにおける構成要素の温度が
所定の閾値に達したときに、起動期間が典型的に完了する。従って、構成要素の
温度パラメータが監視され、少数の起動時期の終結をトリガーするのに使用でき
る。改質装置の作動温度が満足に改質された燃料流を発生させるその能力を一般
に示すので、その温度が好適実施例においてひき金（トルガー）として使用され
てもよい。それに代えて、燃料電池の第２の部分の温度はトリガーとして使用で
きる。
所定の閾値に達したときに、起動期間が典型的に完了する。従って、構成要素の
温度パラメータが監視され、少数の起動時期の終結をトリガーするのに使用でき
る。改質装置の作動温度が満足に改質された燃料流を発生させるその能力を一般
に示すので、その温度が好適実施例においてひき金（トルガー）として使用され
てもよい。それに代えて、燃料電池の第２の部分の温度はトリガーとして使用で
きる。
【００１７】 前述において、改質装置および燃料電池の両方の特性が許すならば、起動流体
および原料混合物は同じで、従って両者を共通容器に保存可能にすることが好ま
しい。
および原料混合物は同じで、従って両者を共通容器に保存可能にすることが好ま
しい。
【００１８】 （好適実施例の詳細な説明） 未改質燃料で起動し、その後改修燃料で作動される基本的な燃料電池システム
の概略図が図１ａに示されている。起動時期には、まず最初に未改質燃料が燃料
供給源４から燃料電池スタック１へ流される。起動期間の終了後、燃料は改質装
置３を含む燃料処理副システム９へ流され、改質装置で水素含有ガスが発生され
る。その後水素含有ガスが未改質燃料に代えて燃料電池スタック１へ流される。
図１ｂは、起動期間を通じて未改質燃料が別個の起動スタック１へ流されること
以外は同様な概略図を示す。起動期間の後、燃料処理副システム９からの水素含
有ガスは他の燃料電池スタック２へ流される。任意であるが、燃料処理副システ
ム９からの水素含有ガスは、起動期間の終了後も燃料電池スタック１へ流すこと
ができる。図示したように、温度センサー９ａは燃料処理副システム９の温度パ
ラメータを監視する。温度パラメータに関する所定の閾値に達した後、温度セン
サー９ａは起動期間の終了を示す信号を発する。
の概略図が図１ａに示されている。起動時期には、まず最初に未改質燃料が燃料
供給源４から燃料電池スタック１へ流される。起動期間の終了後、燃料は改質装
置３を含む燃料処理副システム９へ流され、改質装置で水素含有ガスが発生され
る。その後水素含有ガスが未改質燃料に代えて燃料電池スタック１へ流される。
図１ｂは、起動期間を通じて未改質燃料が別個の起動スタック１へ流されること
以外は同様な概略図を示す。起動期間の後、燃料処理副システム９からの水素含
有ガスは他の燃料電池スタック２へ流される。任意であるが、燃料処理副システ
ム９からの水素含有ガスは、起動期間の終了後も燃料電池スタック１へ流すこと
ができる。図示したように、温度センサー９ａは燃料処理副システム９の温度パ
ラメータを監視する。温度パラメータに関する所定の閾値に達した後、温度セン
サー９ａは起動期間の終了を示す信号を発する。
【００１９】 起動性能を改善された好ましい燃料電池システムは、複数の固体ポリマー燃料
電池と、メタノール燃料の供給源と、メタノール燃料および水の混合物で成る起
動燃料と、改質装置を含む燃料処理副システムとを含む。燃料処理副システムは
、これもメタノール燃料および水の混合物でなる原料を改質および処理して、水
素含有ガス流を発生させる。起動燃料は固体ポリマー燃料電池の第１の部分の燃
料入口へ流される。燃料電池のこの第１の部分は起動燃料で作動するように適合
されている。原料は燃料処理副システムの入口へ流される。燃料処理副システム
の出口は固体ポリマー燃料電池の第２の部分の燃料入口へ流体連結される。しか
しながら燃料処理副システムの出口は燃料電池の第１の部分の燃料入口に再び流
体連結されており、これにより第１の部分は起動期間においては起動流体で作動
するように、また起動期間の後は水素含有ガス流で作動するようになされる。
電池と、メタノール燃料の供給源と、メタノール燃料および水の混合物で成る起
動燃料と、改質装置を含む燃料処理副システムとを含む。燃料処理副システムは
、これもメタノール燃料および水の混合物でなる原料を改質および処理して、水
素含有ガス流を発生させる。起動燃料は固体ポリマー燃料電池の第１の部分の燃
料入口へ流される。燃料電池のこの第１の部分は起動燃料で作動するように適合
されている。原料は燃料処理副システムの入口へ流される。燃料処理副システム
の出口は固体ポリマー燃料電池の第２の部分の燃料入口へ流体連結される。しか
しながら燃料処理副システムの出口は燃料電池の第１の部分の燃料入口に再び流
体連結されており、これにより第１の部分は起動期間においては起動流体で作動
するように、また起動期間の後は水素含有ガス流で作動するようになされる。
【００２０】 このようなメタノールを燃料としたシステムの幾つかの異なる実施例が続く概
略図に示されている。（簡略化のために、酸化剤供給源、圧縮機、ヒーター、電
気出力ターミナルなどの各種の通常の要素は、それらの図面に示されていない。
それらの要素、およびシステム全体におけるそれらの集積は、本明細書で援用す
る米国特許第５２００２７８号に開示されている。）図２では、システム２０は
メタノールで直接的に作動するように適合された第１の燃料電池スタック１１を
含む。第２の燃料電池スタック１２は、燃料処理副システム１９の改質装置１３
で発生された改質物質によって作動するように適合されている。このシステムは
メタノール容器１４および水容器１５を含む。
略図に示されている。（簡略化のために、酸化剤供給源、圧縮機、ヒーター、電
気出力ターミナルなどの各種の通常の要素は、それらの図面に示されていない。
それらの要素、およびシステム全体におけるそれらの集積は、本明細書で援用す
る米国特許第５２００２７８号に開示されている。）図２では、システム２０は
メタノールで直接的に作動するように適合された第１の燃料電池スタック１１を
含む。第２の燃料電池スタック１２は、燃料処理副システム１９の改質装置１３
で発生された改質物質によって作動するように適合されている。このシステムは
メタノール容器１４および水容器１５を含む。
【００２１】 起動期間を通じて、連結部１７ａにおいてメタノール容器１４からのメタノー
ルと水容器１５からの水とを制御して混合することで起動流体流が作られる。そ
の後、起動流体流はバルブ１８ａを通して第１の燃料電池スタック１１の燃料入
口１１ａへ流される。第１の燃料電池スタック１１は改質装置１３または第２の
燃料電池スタック１２を加熱するため、または他の副システムに電力を供給する
ために使用できる電力を発生する。燃料処理副システム１９のための原料は、連
結部１７ｂにおいてメタノール容器１４からのメタノールと水容器１５からの水
とを制御して混合することで作られる。システム２０が暖機されると、燃料シス
テムの起動期間に通常しばしば行われるように、原料は改質装置１３を通して流
され、燃料処理副システムの出力流は第２の燃料電池スタック１２を通して流さ
れる。しかしながら起動期間では、典型的に第２の燃料電池スタック１２には電
気的負荷の影響が全く生じない。電気的負荷は、燃料処理副システムの出力流が
得られたときにのみ、またおそらく第２の燃料電池スタック１２が所望の作動温
度に達したときにのみ、第２の燃料電池スタック１２に加えられることが好まし
い。
ルと水容器１５からの水とを制御して混合することで起動流体流が作られる。そ
の後、起動流体流はバルブ１８ａを通して第１の燃料電池スタック１１の燃料入
口１１ａへ流される。第１の燃料電池スタック１１は改質装置１３または第２の
燃料電池スタック１２を加熱するため、または他の副システムに電力を供給する
ために使用できる電力を発生する。燃料処理副システム１９のための原料は、連
結部１７ｂにおいてメタノール容器１４からのメタノールと水容器１５からの水
とを制御して混合することで作られる。システム２０が暖機されると、燃料シス
テムの起動期間に通常しばしば行われるように、原料は改質装置１３を通して流
され、燃料処理副システムの出力流は第２の燃料電池スタック１２を通して流さ
れる。しかしながら起動期間では、典型的に第２の燃料電池スタック１２には電
気的負荷の影響が全く生じない。電気的負荷は、燃料処理副システムの出力流が
得られたときにのみ、またおそらく第２の燃料電池スタック１２が所望の作動温
度に達したときにのみ、第２の燃料電池スタック１２に加えられることが好まし
い。
【００２２】 改質装置１３が温度モニター１９ａで指示される適当な作動温度のとき、原料
は改質装置の入口１３ａへ流される。その後、燃料処理副システム１９からの水
素含有ガスの出力流は第２の燃料電池スタック１２の入口１２ａへ流される。こ
のとき、第１の燃料電池スタック１１へ至る起動流体の流れを停止させ、その代
わりにバルブ１８ａを通して水素含有ガスを燃料入口１１ａへ流すことが望まし
い。その後、起動の終了した後の燃料処理副システム１９からの水素含有ガスで
作動される第１の燃料電池スタック１１および第２の燃料電池スタック１２の両
方から出力電力が得られる。
は改質装置の入口１３ａへ流される。その後、燃料処理副システム１９からの水
素含有ガスの出力流は第２の燃料電池スタック１２の入口１２ａへ流される。こ
のとき、第１の燃料電池スタック１１へ至る起動流体の流れを停止させ、その代
わりにバルブ１８ａを通して水素含有ガスを燃料入口１１ａへ流すことが望まし
い。その後、起動の終了した後の燃料処理副システム１９からの水素含有ガスで
作動される第１の燃料電池スタック１１および第２の燃料電池スタック１２の両
方から出力電力が得られる。
【００２３】 メタノールのクロスオーバー量に部分的に原因して、通常の直接的なメタノー
ル燃料電池は、約１〜１３重量％の範囲のメタノール濃度を有するメタノール／
水の溶液によって典型的に作動する。従って、連結部１７ａにおいて準備された
起動流体は、この範囲のメタノール濃度を有することができる。しかしながら改
質装置１３は、約６０％のメタノール重量濃度の原料で典型的に作動する。（化
学量論的に、１モルのメタノールは改質反応で１モルの水と反応する。しかしな
がら実際には過剰の水が典型的に使用される。）
ル燃料電池は、約１〜１３重量％の範囲のメタノール濃度を有するメタノール／
水の溶液によって典型的に作動する。従って、連結部１７ａにおいて準備された
起動流体は、この範囲のメタノール濃度を有することができる。しかしながら改
質装置１３は、約６０％のメタノール重量濃度の原料で典型的に作動する。（化
学量論的に、１モルのメタノールは改質反応で１モルの水と反応する。しかしな
がら実際には過剰の水が典型的に使用される。）
【００２４】 起動流体および原料におけるメタノール濃度は、システム２０の或る部分で凝
固（それぞれ−１０℃および−８０℃の程度の凝固点を有する）を生じないよう
にする幾分かの保護を与える。凝固しないように保護するために水容器１５内に
添加剤（例えばエチレン・グリコール）を使用することもまた可能である。しか
しながらいずれの添加剤も、第１の燃料電池スタック１１の燃料電池と改質装置
１３との両方で共用できるものでなければならない。勿論、メタノールは適当な
添加剤であり、適当量を効果的に使用することで以下の代替実施例に示すように
起動流体容器を成す。
固（それぞれ−１０℃および−８０℃の程度の凝固点を有する）を生じないよう
にする幾分かの保護を与える。凝固しないように保護するために水容器１５内に
添加剤（例えばエチレン・グリコール）を使用することもまた可能である。しか
しながらいずれの添加剤も、第１の燃料電池スタック１１の燃料電池と改質装置
１３との両方で共用できるものでなければならない。勿論、メタノールは適当な
添加剤であり、適当量を効果的に使用することで以下の代替実施例に示すように
起動流体容器を成す。
【００２５】 図３は他の実施例の燃料電池システム３０を示しており、このシステムもまた
第１の燃料電池スタック２１および第２の燃料電池スタック２２と、改質装置２
３を含む燃料処理副システム２９と、メタノール容器２４とを含み、それらの各
々は図２に示すものと構造および作動が似ている。しかしながら起動流体の供給
源を含む起動流体容器２６が含まれており、水容器２５に関しては異なる手順が
引き続き行われる。
第１の燃料電池スタック２１および第２の燃料電池スタック２２と、改質装置２
３を含む燃料処理副システム２９と、メタノール容器２４とを含み、それらの各
々は図２に示すものと構造および作動が似ている。しかしながら起動流体の供給
源を含む起動流体容器２６が含まれており、水容器２５に関しては異なる手順が
引き続き行われる。
【００２６】 図３では、起動期間には、起動流体が起動流体容器２６からバルブ２８ａを通
して第１の燃料電池スタック２１の燃料入口２１ａへ供給される。改質装置のた
めの原料は、連結部２７ａにおいてメタノール容器２４からのメタノールと水容
器２５からの水を制御して混合することで作られる。再び述べるが、原料は改質
装置の入口２３ａへ直接に流される。ここで、水容器２５のための水供給源は第
１の燃料電池スタック２１および（または）第２の燃料電池スタック２２が作動
することで発生した生成水から得られる。従って、第１の燃料電池スタックの出
口２１ｂおよび第２の燃料電池スタックの出口２２ｂからの水は集められ手水容
器２５へ流される。少数の停止時には、凝固を回避するために水容器２５は空と
なされる。この実施例では、改質装置のための十分な量の原料水を準備するため
に起動期間を通じて第１の燃料電池スタック２１からの水生成に依存できるよう
にし、また起動期間後は両燃料電池スタック２１，２２からの水生成を使用する
ようにできる。
して第１の燃料電池スタック２１の燃料入口２１ａへ供給される。改質装置のた
めの原料は、連結部２７ａにおいてメタノール容器２４からのメタノールと水容
器２５からの水を制御して混合することで作られる。再び述べるが、原料は改質
装置の入口２３ａへ直接に流される。ここで、水容器２５のための水供給源は第
１の燃料電池スタック２１および（または）第２の燃料電池スタック２２が作動
することで発生した生成水から得られる。従って、第１の燃料電池スタックの出
口２１ｂおよび第２の燃料電池スタックの出口２２ｂからの水は集められ手水容
器２５へ流される。少数の停止時には、凝固を回避するために水容器２５は空と
なされる。この実施例では、改質装置のための十分な量の原料水を準備するため
に起動期間を通じて第１の燃料電池スタック２１からの水生成に依存できるよう
にし、また起動期間後は両燃料電池スタック２１，２２からの水生成を使用する
ようにできる。
【００２７】 図４はさらに他の実施例である燃料システム４０を示している。図３の場合と
同様に、燃料システム４０は第１の燃料電池スタック３１および第２の燃料電池
スタック３２と、改質装置３３を含む燃料処理副システム３９と、メタノール容
器３４と、起動流体容器３６とを含み、それらの各々は図３に示されたものと構
造および作動が似ている。水容器は省略されている。
同様に、燃料システム４０は第１の燃料電池スタック３１および第２の燃料電池
スタック３２と、改質装置３３を含む燃料処理副システム３９と、メタノール容
器３４と、起動流体容器３６とを含み、それらの各々は図３に示されたものと構
造および作動が似ている。水容器は省略されている。
【００２８】 図４では、起動時期には、起動流体が再び述べるが起動流体容器３６からバル
ブ３８ａを通して第１の燃料電池スタック３１の燃料入口３１ａへ供給される。
改質装置のための原料は、連結部３７ｂにてメタノール容器３４からのメタノー
ルと起動流体容器３６からの起動流体混合物とを制御して混合することで作られ
る。この実施例は、原料におけるメタノールの所望される濃度が起動燃料におけ
る濃度よりも高いならば、基本的に可能である。起動流体は、作動する第１の燃
料電池スタック３１および（または）第２の燃料電池スタック３２によって生成
された生成水（それぞれ第１スタックの出口３１ｂおよび第２スタックの出口３
２ｂから流れてくる）と、メタノール容器３４からのメタノールとを混合して得
られる。図４の実施例は図３の場合よりも必要とする容器が１つ少ないが、改質
装置が付加的な材料バランスの考慮を必要とし、それにおいて起動流体容器３６
へ送られるメタノールおよび水の比率は注意深く制御されねばならず、起動流体
容器３６内で均等に混合されねばならない。
ブ３８ａを通して第１の燃料電池スタック３１の燃料入口３１ａへ供給される。
改質装置のための原料は、連結部３７ｂにてメタノール容器３４からのメタノー
ルと起動流体容器３６からの起動流体混合物とを制御して混合することで作られ
る。この実施例は、原料におけるメタノールの所望される濃度が起動燃料におけ
る濃度よりも高いならば、基本的に可能である。起動流体は、作動する第１の燃
料電池スタック３１および（または）第２の燃料電池スタック３２によって生成
された生成水（それぞれ第１スタックの出口３１ｂおよび第２スタックの出口３
２ｂから流れてくる）と、メタノール容器３４からのメタノールとを混合して得
られる。図４の実施例は図３の場合よりも必要とする容器が１つ少ないが、改質
装置が付加的な材料バランスの考慮を必要とし、それにおいて起動流体容器３６
へ送られるメタノールおよび水の比率は注意深く制御されねばならず、起動流体
容器３６内で均等に混合されねばならない。
【００２９】 さらに他の実施例である燃料電池システム５０が図５ａに示されており、燃料
電池配列４１の全体が起動期間を通じて起動流体容器４６からバルブ４８ａを通
して燃料入口４１ａへ起動流体を供給されること以外は、図４の実施例と似てい
る。起動期間後、これに代えて改質装置４３から燃料入口４１ａへ水素含有ガス
を供給するようにバルブ４８ａが切り換えられる。図４に示すように、或る燃料
電池スタック、すなわち第１の部分４１ｙが未改質の起動流体で作動するように
適合され、残りの第２の部分４１ｚは水素含有ガスで作動するように適合されて
いる。図５ａは、第１の部分４１ｙが第２の部分４１ｚに隣接された構造を示し
ている。図５ｂは、第１の部分４１ｙの燃料電池が燃料電池配列４１の第２の部
分４１ｚ燃料電池の間に散在されたこと以外は似ている実施例を示す。しかしな
がら、これらの実施例ではいずれの燃料電池も起動流体で作動するように適合さ
れることは望ましくないことに留意する必要がある。その理由は、起動流体で作
動する配列全体から得られる出力電力は、いずれかの燃料電池を特別に変更しな
くても起動目的のために十分だからである。これらの実施例の一般的な利点は、
各燃料電池の部分にとって別個のマニホルド連結および電気接続が要求されない
ことである。他の利点は、単一スタックとして燃料電池の部分を集積することが
暖機時期の効率的な熱伝達を促進する（図６に示される実施例は特にそうである
）。しかしながら、燃料電池スタックの全ての電池は、それらの実施例では起動
時期の終了時に燃料供給切り換えの遷移時期を避けられない。
電池配列４１の全体が起動期間を通じて起動流体容器４６からバルブ４８ａを通
して燃料入口４１ａへ起動流体を供給されること以外は、図４の実施例と似てい
る。起動期間後、これに代えて改質装置４３から燃料入口４１ａへ水素含有ガス
を供給するようにバルブ４８ａが切り換えられる。図４に示すように、或る燃料
電池スタック、すなわち第１の部分４１ｙが未改質の起動流体で作動するように
適合され、残りの第２の部分４１ｚは水素含有ガスで作動するように適合されて
いる。図５ａは、第１の部分４１ｙが第２の部分４１ｚに隣接された構造を示し
ている。図５ｂは、第１の部分４１ｙの燃料電池が燃料電池配列４１の第２の部
分４１ｚ燃料電池の間に散在されたこと以外は似ている実施例を示す。しかしな
がら、これらの実施例ではいずれの燃料電池も起動流体で作動するように適合さ
れることは望ましくないことに留意する必要がある。その理由は、起動流体で作
動する配列全体から得られる出力電力は、いずれかの燃料電池を特別に変更しな
くても起動目的のために十分だからである。これらの実施例の一般的な利点は、
各燃料電池の部分にとって別個のマニホルド連結および電気接続が要求されない
ことである。他の利点は、単一スタックとして燃料電池の部分を集積することが
暖機時期の効率的な熱伝達を促進する（図６に示される実施例は特にそうである
）。しかしながら、燃料電池スタックの全ての電池は、それらの実施例では起動
時期の終了時に燃料供給切り換えの遷移時期を避けられない。
【００３０】 十分に高いメタノール濃度の起動流体混合物が連続的に使用できるならば、起
動流体混合物およびげり混合物の塑性は同じにできる。その場合、上述した装置
をさらに簡略化することが基本的に可能である（例えば、メタノール容器３４を
無くすことが可能である）。
動流体混合物およびげり混合物の塑性は同じにできる。その場合、上述した装置
をさらに簡略化することが基本的に可能である（例えば、メタノール容器３４を
無くすことが可能である）。
【００３１】 特定の要素、実施例および本発明の適用を図示し、説明したが、勿論のことな
がら本発明はそれに限定されないことは理解されるであろう。何故なら、当業者
にとって記載した精神および範囲から逸脱せずに、特に前述の教示に照らして変
更を加えることができるからである。
がら本発明はそれに限定されないことは理解されるであろう。何故なら、当業者
にとって記載した精神および範囲から逸脱せずに、特に前述の教示に照らして変
更を加えることができるからである。
【図１】 図１ａは燃料供給源と、燃料処理副システムと、燃料電池スタックとを含んで
成る燃料電池システムの概略図であり、図１ｂは別個の「起動」スタックを含ん
で成る図１ａの燃料電池システムを示す。
成る燃料電池システムの概略図であり、図１ｂは別個の「起動」スタックを含ん
で成る図１ａの燃料電池システムを示す。
【図２】 メタノール容器と、水容器と、メタノール／水混合物、および水素含有ガスで
それぞれ作動するように適合された別個の燃料電池スタックとを含んで成る固体
ポリマー燃料電池システムの第１の実施例の概略図である。
それぞれ作動するように適合された別個の燃料電池スタックとを含んで成る固体
ポリマー燃料電池システムの第１の実施例の概略図である。
【図３】 メタノール容器と、水容器と、起動流体容器と、メタノール／水混合物、およ
び水素含有ガスでそれぞれ作動するように適合された別個の燃料電池スタックと
を含んで成る固体ポリマー燃料電池システムの第２の実施例の概略図である。
び水素含有ガスでそれぞれ作動するように適合された別個の燃料電池スタックと
を含んで成る固体ポリマー燃料電池システムの第２の実施例の概略図である。
【図４】 メタノール容器と、起動流体容器と、メタノール／水混合物、および水素含有
ガスでそれぞれ作動するように適合された別個の燃料電池スタックとを含んで成
る固体ポリマー燃料電池システムの第３の実施例の概略図である。
ガスでそれぞれ作動するように適合された別個の燃料電池スタックとを含んで成
る固体ポリマー燃料電池システムの第３の実施例の概略図である。
【図５ａ】 メタノール容器と、起動流体容器と、１つのスタックに配置された第１および
第２の燃料電池群であって、メタノール／水混合物、および水素含有ガスでそれ
ぞれ作動するように適合された燃料電池群とを含んで成る固体ポリマー燃料電池
システムの第４の実施例の概略図である。
第２の燃料電池群であって、メタノール／水混合物、および水素含有ガスでそれ
ぞれ作動するように適合された燃料電池群とを含んで成る固体ポリマー燃料電池
システムの第４の実施例の概略図である。
【図５ｂ】 １つのスタックにおいて液体メタノール／水の混合物で作動するように適合さ
れた第１の燃料電池群が、水素含有ガスで作動するように適合された第２の燃料
電池群の間に散在されている、図５ａのシステムに似た固体ポリマー燃料電池シ
ステムの第５の実施例の概略図である。
れた第１の燃料電池群が、水素含有ガスで作動するように適合された第２の燃料
電池群の間に散在されている、図５ａのシステムに似た固体ポリマー燃料電池シ
ステムの第５の実施例の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ａ Ｇ 8/10 8/10 8/24 8/24 Ｅ (72)発明者 コルボウ、ケビン、エム カナダ国 ブリティッシュ コロンビア、 ノース バンクーバー、ファーンウッド クレセント 1305 (72)発明者 セント − ピエール、ジーン カナダ国 ブリティッシュ コロンビア、 バンクーバー、ウエスト サーティナイン ス アベニュー ２−2225 Ｆターム(参考） 5H026 AA01 AA06 AA08 CX05 5H027 AA02 AA06 AA08 BA01 KK41 KK42 KK46 MM08 MM09 MM12 MM21 MM26
Claims (33)
- 【請求項１】 複数の固体ポリマー燃料電池と、燃料供給源と、前記燃料を
含む原料を処理して水素含有ガス流を発生させる改質装置を含む燃料処理副シス
テムとを含んで成る燃料電池システムの作動を開始させる方法であって、 起動期間中に前記燃料を含む起動流体流を前記複数の固体ポリマー燃料電池の
少なくとも第１の部分へ流し、これによって前記起動期間中の出力電力を前記第
１の部分が供給する段階と、 前記起動期間の後、前記水素含有ガス流を前記燃料処理副システムから前記複
数の固体ポリマー燃料電池の少なくとも第２の部分へ流し、これによって前記起
動時期後の出力電力を前記第２の部分が供給する段階とを含む燃料電池システム
の作動を開始させる方法。 - 【請求項２】 前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記第１の部分が前記起
動流体流で作動できるように成されている請求項１に記載された方法。 - 【請求項３】 前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記第１の部分が、固体
ポリマー燃料電池の前記第２の部分の陽極電気触媒とは異なる陽極電気触媒を含
む請求項２に記載された方法。 - 【請求項４】 前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記第１の部分が固体ポ
リマー燃料電池の前記第２の部分の膜電解質とは異なる膜電解質を含む請求項２
に記載された方法。 - 【請求項５】 前記起動期間の後、前記水素含有ガス流を前記複数の固体ポ
リマー燃料電池の前記第１の部分へ流し、これによって前記起動期間後の出力電
力を前記第１の部分が供給する段階をさらに含む請求項１に記載された方法。 - 【請求項６】 前記起動期間の後、前記起動流体流を前記複数の固体ポリマ
ー燃料電池の前記第１の部分へ流し、これにより前記起動期間後の出力電力を前
記第１の部分が提供する段階をさらに含む請求項２に記載された方法。 - 【請求項７】 前記起動期間の後、前記起動流体流を前記複数の固体ポリマ
ー燃料電池の前記第２の部分へ流し、また前記起動期間の後、前記水素含有ガス
流を前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記第１の部分へ流す段階をさらに含む
請求項１に記載された方法。 - 【請求項８】 前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記第１の部分が前記複
数の固体ポリマー燃料電池の前記第２の部分の間に散在されている請求項６に記
載された方法。 - 【請求項９】 前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記第１の部分、および
前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記第２の部分が前記燃料電池システムの別
々の燃料電池スタックに配置されている請求項６に記載された方法。 - 【請求項１０】 前記燃料が液体である請求項１に記載された方法。
- 【請求項１１】 前記起動流体流の凝固点が水の凝固点よりも低い請求項１
０に記載された方法。 - 【請求項１２】 前記燃料がメタノールを含んで成る請求項１０に記載され
た方法。 - 【請求項１３】 前記起動流体流がメタノールおよび水の混合物を含んで成
る請求項１２に記載された方法。 - 【請求項１４】 前記燃料がジメチル・エーテルを含んで成る請求項１に記
載された方法。 - 【請求項１５】 前記起動期間中に前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記
第１の部分の前記出力電力を使用する前記改質装置を加熱する段階をさらに含む
請求項１に記載された方法。 - 【請求項１６】 前記起動期間中に前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記
第１の部分の前記出力電力を使用する前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記第
２の部分を加熱する段階をさらに含む請求項１に記載された方法。 - 【請求項１７】 前記起動期間中に前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記
第１の部分の前記出力電力を使用する周辺副システムに電力を付与する段階をさ
らに含む請求項１に記載された方法。 - 【請求項１８】 前記燃料電池システムの温度パラメータを監視する段階、
および前記温度パラメータが指定の閾値に達したとき、前記起動期間を終える段
階をさらに含む請求項１に記載された方法。 - 【請求項１９】 前記温度パラメータが前記燃料処理副システムにおける前
記改質装置の作動温度である請求項１８に記載された方法。 - 【請求項２０】 前記温度パラメータが前記複数の固体ポリマー燃料電池の
前記第２の部分の温度である請求項１８に記載された方法。 - 【請求項２１】 前記燃料電池システムにメタノール容器を備える段階と、 前記燃料電池システムに水容器を備える段階と、 前記メタノール容器からのメタノールおよび前記水容器からの水を前記起動流
体流に使用する段階と、 前記メタノール容器からのメタノールおよび前記水容器からの水を前記改質装
置のための前記原料に使用する段階とをさらに含む請求項１３に記載された方法
。 - 【請求項２２】 前記燃料電池システムにメタノール容器を備える段階と、 前記燃料電池システムに水容器を備え、前記複数の固体ポリマー燃料電池から
前記水容器へ生成水を流す段階と、 前記燃料電池システムに起動流体容器を備え、前記起動流体を保存するために
前記起動流体容器を使用する段階と、 前記メタノール容器からのメタノールおよび前記水容器からの水を前記改質装
置のための前記原料に使用する段階とをさらに含む請求項１３に記載された方法
。 - 【請求項２３】 前記燃料電池システムにメタノール容器を備える段階と、 前記燃料電池システムに起動流体容器を備える段階と、 前記メタノール容器からのメタノール、および前記複数の固体ポリマー燃料電
池からの生成水を前記起動容器へ流す段階と、 前記起動流体容器からの前記起動流体を前記複数の固体ポリマー燃料電池の前
記第１の部分へ流す段階と、 前記メタノール容器からのメタノールおよび前記起動流体容器からの前記起動
流体を前記改質装置の前記原料に使用する段階とをさらに含む請求項１３に記載
された方法。 - 【請求項２４】 前記起動時期に前記起動流体流を前記複数の固体ポリマー
燃料電池へ流し、これにより前記複数の固体ポリマー燃料電池が前記起動期間の
出力電力を供給する段階と、 前記起動期間の後、前記水素含有ガス流を前記複数の固体ポリマー燃料電池へ
流し、これにより前記複数の固体ポリマー燃料電池が前記起動期間後の出力電力
を供給する段階とをさらに含む請求項２３に記載された方法。 - 【請求項２５】 前記固体ポリマー燃料電池の前記第１の部分は前記起動流
体流で作動する請求項２４に記載された方法。 - 【請求項２６】 前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記第１の部分が前記
複数の固体ポリマー燃料電池の前記第２の部分の間に散在されている請求項２５
に記載された方法。 - 【請求項２７】 前記起動流体流のための前記起動流体および前記改質装置
のための前記原料が同じであり、共通の燃料容器に保存される請求項１３に記載
された方法。 - 【請求項２８】 複数の固体ポリマー燃料電池と、 燃料供給源と、 水素含有ガス流を発生させるために前記燃料を含む原料を処理するための改質
装置を含み、前記燃料供給源からの燃料を受け入れるように連結された燃料処理
副システムとを含み、 前記複数の固体ポリマー燃料電池の少なくとも第１の部分は前記燃料供給源か
ら前記燃料を受け入れるように流体連結され、前記複数の固体ポリマー燃料電池
の少なくとも第２の部分は前記燃料処理副システムからの前記水素含有ガス流を
受け入れるように流体連通されている起動可能出力を改良された燃料電池システ
ム。 - 【請求項２９】 前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記第１の部分は前記
燃料を含む起動燃料で作動する請求項２８に記載された燃料電池システム。 - 【請求項３０】 前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記第１の部分が固体
ポリマー燃料電池の前記第２の部分の陽極電気触媒とは異なる陽極電気触媒を含
む請求項２９に記載された燃料電池システム。 - 【請求項３１】 前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記第１の部分が固体
ポリマー燃料電池の前記第２の部分の膜電解質とは異なる膜電解質を含む請求項
２９に記載された燃料電池システム。 - 【請求項３２】 前記複数の固体ポリマー燃料電池の前記第１の部分が前記
燃料処理副システムからの前記水素含有ガスを受け入れるように交換可能に流体
連通されている請求項２９に記載された燃料電池システム。 - 【請求項３３】 前記燃料がメタノールを含んで成る請求項２８に記載され
た燃料電池システム。
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| US09/191,049 | 1998-11-12 | ||
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|---|---|
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