JPH05506741A - 電気エネルギーを発生させるための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 電気エネルギーを発生させるための装置技術分野 本発明は燃料電池が、燃料の中に化学的に結合されているエネルギーを電気エネ ルギーに変換する作用をする、電気エネルギーを発生させるための装置及び方法 に関する。

背景技術 多年にわたり燃料電池は公知である。それぞれ異なる圧力、温度においてそして 異なる電解質により作動される一連の異なる型が存在する０例えばアルカリ燃料 電池（Ａ　Ｆ　Ｃ＝ａｌｋａｌｆｎｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ　）　、燐酸燃料電 池（Ｐ　Ａ　Ｆ　Ｃ−ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ） 、固体酸素燃料電池（Ｓ　ＯＦ　Ｃ−５ｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅ ｌｌ）又は固体重合体燃料電池（Ｓ　Ｐ　Ｆ　Ｃ＝ｓｏｌｉｄ　ｐｏｌｙｍｅｒ 　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ）等がある。燃料電池はそれぞ れ１つの陽極室と１つの陰極室とを有し、陽極室と陰極室との間には電流が電解 室を介して流れる０通常の場合には陽極室に水素ガス又はその他のＨ！を濃厚に 含有するガスが燃料として供給され、陰極に０２を含有するガス（例えば空気） が酸化剤として供給される。

この場合に燃料電池の中の酸化反応は、熱燃焼に比して比較的低い温度レベルで 行われる。従ってこのような酸化反応は燃料の“低温燃焼”と呼ばれる０通常は 燃料電池の効率は、作動圧力を高めることにより上昇されることが可能である。

燃料電池の力学的構造は非常に敏感であるので力学的損傷を回避するために、Ｈ ，を濃厚に含有する陽極ガスの圧力と、０□を含有する陰極側の圧力とが常にほ ぼ一定の高さであるような措置が予めとられなくてはならない。これに加えて、 電流供給の変動とは独立して作動温度がその都度に所要のレベルにとどまるよう に、燃料電池を冷却するための調整装置が設けられなくてはならい、燃料電池装 置の運用信顛度に影響する１つの別の重要な点は、陽極ガスの純度を十分に良好 に維持することにある。いくつかの型の燃料電池（例えばＰＡＦＣ）はＣＯに対 して敏感であり、これに対して例えばＭＣＦＣ又は５ＯＦＣはＣＯに対して敏感 でない。

燃料電池による電流発生の全効率を高めるために、そして従来の電流発生方法に 対して競争力を獲得するために今までは、Ｈ２を濃厚に含有するガスの発生を直 接に電流発生と関連させることが行われてきた。何故ならばこれにより、燃料電 池で行われるプロセスにおいて発注するエネルギー及び液体流を、Ｈ２を濃厚に 含有するガスへ炭化水素を変換するときに利用することが可能であるからである 。これにより、第１図の概念図から分かるように、２つの部分装置は強く統合さ れた。

已により示されている燃料電池システムは、１１個の燃料電池から、しかし自明 であるように多数の統合接続されている燃料電池からも成ることが可能である。

以降において燃料電池と述べる場合には常に１つの場合も複数の場合も含まれて いる。

燃料電池Ｂは２つの流入ガス流を有する。すなわちＨ２を濃厚に含有する陽極ガ ス流２と、０□を含有する陰極ガス流３とである。０２を含有する陰極ガス流３ は例えば圧縮空気から成る。圧縮空気は、例えば電気的に作動される圧縮機によ り供給されることが可能である。燃料電池の力学的損傷を回避するために液体流 ２及び３は、対応する調整装置により常に一定の圧力レベルの保持される。燃料 電池の中で行われる化学的プロセス／物理的プロセスにより排気ガスが発生する 。陽極室から排出される陽極ガス流４は残留Ｈ２を含有する。何故ならばＨ８を 濃厚に含有するガス２の中のＨ２は完全に消費されることが可能でないからであ る。作動方法及び燃料電池の型に依存して残留量は流入量の約５−３０％の領域 の中にある。実際値は電池の中の全組成と燃料利用とに依存する。陰極ガス流３ に初めから含まれている０□のうちの一部（しばしば約半分）も、陰極室の中か ら流出する陰極排気ガス６の中に含まれている。燃料電池の中でも水素の“低温 燃焼”において対応する量の水分が発生する。このような水分は、例えば陰極排 気ガス（及びいくつかの燃料電池の場合には陽極排気ガス）の凝縮により高い純 度の水として分離されることが可能である。第１図において、得られた水流は参 照番号５により示されている。最後に、燃料電池Ｂから、燃料電池Ｂからの熱の 排出をシンボリツクに示す液体流７が流出する。すなわちこれは燃料電池Ｂの冷 却系を表現している。このような冷却装置は、開放系としても又は排出される熱 が別の媒体に供給される閉鎖系としても実施されることが可能である。公知の装 置では通常は、蒸気発生のために用いられる開放系の冷却装置が使用される。こ の場合、用いる冷却水は慎重に（通常の無機物除去が行われたボイラー水より良 好に）浄化されなければならない。

これは非常にコスト高であるばかりでなく、依然として水の中に含まれる残Ｖｉ Ｉｍ機物に起因して、冷却装置の所望の長期間にわたる作動能力の保持さえ不可 能にする。液体流４から７により燃料電池装置Ｂは、Ｈ２ユニットＡの中の、Ｈ ２を濃厚に含有する陽極ガスの発生機構の中に組込れる。ＨｚユニットＡはほと んどの場合に蒸気改質装置として動作する。使用材料としてＨ２ユニッ）Ａにガ ス状炭化水素１の流れが供給される。ガス状炭化水素１は水蒸気により飽和され る。

これを実現するためには、燃料電池Ａの排気ガスから得られた水蒸気が少なくと も部分的に用いられる。水を蒸気相に移行させるためと、蒸気を加熱するためと に、燃料電池Ｂの冷却の際に発生する熱が利用されることが可能である。陽極排 気ガスの中に含まれているＨ、（及びその他の例えばＣＯ及び炭化水素等の可燃 性の成分）と、陰極排気ガス６の中に含まれている０２とは、Ｈ２ユニットＡの 中の間接的に加熱される改質器の熱需要を少なくとも部分的に満たすためにしば しば燃焼に用いられる。何故ならば蒸気改質プロセスは強く吸熱的に行われるか らである。燃料電池Ｂの作動圧力は通常は比較的高いので（約２−１０バール） 、莫気改賞ととりわけ改質器を間接的に加熱する燃焼は、対応して高い圧力にお いて行われる。これは、所要の耐熱性材料に起因して蒸気改質装置の製造コスト を特に高くし、これに加えて信耘性に関して問題を生じさせる。

第１図の概念図は非常に粗く、詳細を含まない。Ｈ２ユニッ）Ａの中で発生させ られた生成ガスが、燃料電池Ｂの中に導入される前に冷却され、通常は前もって Ｃｏ／Ｈ２シフト処理にかけられることは図示されていない。この場合に発生す る熱は、蒸気改質プロセスの流入液体流を加熱するためにも用いられる。

第１図からＨｔユニッ）Ａと燃料電池Ｂとの間の強い相互依存性が明瞭に分かる 。一方のユニットの作動変動が他方のユニットへ直接的に作用することも分かる 。燃料電池Ｂの中が電気化学的プロセスは非常に迅速に（実際の上で一瞬のうち に）制御されることが可能であり、これに対してＨ２を濃厚に含有するガスを発 生させる部分装置（ＨＸユニッ１−Ａ）は非常に緩慢に（数分で）対応する制御 に反応する。この理由から始動フェーズと、電気エネルギー供給側での異なる負 荷の場合への整合とは著しい調整技術的な困難をもたらす、これらはすべて前述 の問題とともに、大きい装置技術面での尽力にもかかわらず、障害のない作動時 間の持続の面で不満足な値しか今までもたらしていない。この持続時間は、現在 まで世界的に実現された約８０の装置において数千時間か又はこれよりかなり低 い。

しかし市場は最低でも１０万時間か又はそれ以上の持続時間を要求する。

本発明の前段部分に対応する英国特許出願公開第２１８２１９５号公報から、燃 料電池とＨ２を濃厚に含有するガスを発生させる部分装置が第１図に示されてい る従来の技術に比してそれほど強く互いに依存されられていない、燃料電池によ る電気エネルギーを発生させる方法が公知である０例えば燃料電池の陽掻排気ガ スと陰極排気ガスとは触媒燃焼にかけられ、これにより発生させられる燃焼排気 ガスは、間接的に加熱される蒸気改質装置を加熱するために用いられるのではな く、ガスタービンで圧力除去される。このガスタービンは圧縮機を駆動し、圧縮 機は、燃料電池を作動するためと場合によっては触媒燃焼を行うためとの圧縮空 気を供給する。

圧縮空気圧縮機のもう１つの重要な課題は、燃焼圧縮空気を蒸気改質装置に供給 することである。これを実現するために、−次改質器段と二次改質器段とを含む 特別の改質器が用いられる。これら２つの段の間では、発生させられた生成ガス を加熱するために部分燃焼が行われる。部分燃焼の酸素需要は圧縮空気圧縮機に より賄われなければならない。

間接的に加熱される蒸気改質装置を有する公知の燃料電池装置の場合にも間接的 加熱のための燃焼が、しばしば高められた圧力の下で行われ、従って圧縮空気の 形態の燃焼空気が供給されなければならない。

英国特許出願公開第２１８２１９５号公報から公知の方法の１つの別の特徴は、 水蒸気による前述の飽和方法の１つの変形として、蒸気改質器の中の燃焼のため に必要な燃焼圧縮空気は燃料電池の排気ガスの触媒燃焼で発生させられた高温の 煤煙ガスにより予熱される。触媒燃焼で発生させられた煤煙ガスが冷却される際 に得られる水が、蒸気改質のための使用材料として用いられることは、この公知 の方法の１つの可能な変形としてのみ記載されている。従って要約すると、この 方法においては燃料電池とＨｔを濃厚に含有しているガスを発生させるための装 置の間に３つの液体流が存在する。すなわち燃料電池のためのＨ２供給流、蒸気 改質器へ供給される圧縮空気、及び（広義の意味で液体流と解釈される）熱流で ある。これにより依然として前記装置の間に強い相互依存が存在し、従って従来 の調整技術的問題は依然として解決されていない。蒸気改質器の構造も依然とし てコスト高である。何故ならばこの構造は全装置と同様に燃料電池の作動圧力に 整合されなければならないからである。

技術的課題 本発明の課題は、燃料電池を使用して電気エネルギーを発生させるための請求の 範囲第１項の上位概念に記載の方法と、請求の範囲第９項の上位概念に記載の装 置を、障害のない作動を保証するための調整コストができるだけ低く、前述の欠 点が大幅に回避されるように改良することにある。

上記課題は本発明により請求の範囲第１項の特徴部分に記載の装置により解決さ れる０本発明の装置の有利な実施例は請求の範囲第２項から第８項に記載されて いる。本発明を実施するための方法は請求の範囲第９項の特徴部分に記載の特徴 を有し、請求の範囲第１０項から第１７項の特徴部分により有利に実施されるこ とが可能である。

図面の簡単な説明 第１図は従来の技術の電気エネルギー発生装置の概念図、第２図は本発明の概念 的な原理図、第３図は本発明の装置の１つの実施例の概念図である。

発明の最良の実施形態 第１図から第３図において、同じ機能を有する部材には同一の参照番号が付され ている。

冒頭ですでに詳細に説明したように第１図は、現在まで通常用いられている、Ｈ ２発生装置と燃料電池装置との強いプロセス技術上の統合を示す、これに対して 第２図の本発明の概念図は、この統合が最小にされていることを明瞭に示してい る。Ｈｚユニットと、圧縮空気発生装置Ｃを含む燃料電池装置Ｂとの間の接続は 、Ｈ２を濃厚に含有する陰極ガス流２の必要不可欠な供給管から成るのみである 。これらの２つの部分装置ＡとＢ／Ｃとの間のすべてのその他の接続は不要とな る。

これは、本発明の１つの変形においてはＨ！ユニットＡが、Ｈ２又はＨｚを濃厚 に含有するガスのための貯蔵器のみから成るか、又は単に、対応する水素供給管 から成り、燃料電池Ｂのために必要な水素は燃料電池Ｂの作動から完全に独立し てすなわち別の場所でも発生させることが可能であることを意味する。しかし、 必要な水素を燃料電池ＢのＨ２の需要に対応して燃料電池Ｂの直接近くで発生さ せる方がはるかに有利である。しかしいずれにしても本発明ではＨｚの発生の整 合は比較的容易に行うことが可能である。何故ならば本発明ではＨｚユニットは プロセス技術的及び制御技術的に燃料電池Ｂから大幅に独立して作動されること が可能であるからである０重要な点は、陽極ガス流４と陰極ガス流６とが燃焼室 の中で有利には触媒燃焼するために設けられており、これにより生じた燃焼排気 ガスが圧縮空気発生装置Ｃを作動するためにのみ用いられることである。すなわ ち従来の技術のように燃焼排気ガスが、Ｈ２の発生のために用いられるいずれか のプロセス媒体を予熱するために用いられるのではない、燃料電池Ｂを冷却する ために、単純に閉じており従って障害の少ない冷却系が設けられることが問題な く可能である。何故ならば本発明では燃料電池Ｂが、Ｈ，ユニットＡのための蒸 気の発生に用いられる必要がないからである。

廃熱流７は、例えば燃料電池Ｂのための圧縮空気流３を予熱するために、又は必 要な場合には陽極排気ガスのために用いられる圧縮空気を予熱するために用いら れることが可能である。燃料電池装置Ｂの排気ガスの中に含まれている、参照番 号５により示されている水分は不要であり、触媒燃焼の排気ガスと一緒に排出さ れてよい。しかし水分は凝縮され、本発明の装置に関わりのない用途に用いられ ることも可能である。部分装置Ａ及びＢの中で生じる廃熱も、部分装置Ａ及びＢ の結合のこの大幅な低減を損なうことなしに、必要な場合には本発明装置に関わ りのない加熱目的のために用いられることが可能である。

第３図に概念的に示されている本発明の実施例に基づいて次に詳細を説明する。

本発明の装置は、Ｈ２ユニット、（燃料電池８を有する）燃料電池装置Ｂ、圧縮 空気発生装置Ｃから実質的になる。装置Ａ及びＣは破線により囲まれている。基 本的には任意のＨ２供給システムを燃料電池８のために使用することができる。

本発明の改善形においてはＨ２ユニットＡの圧力が燃料電池８の所与の作動圧よ り小さい場合のために、燃料電池８の陽極室８ａへつながっているＨ２供給管２ の途中に（破線により示されている）Ｈｚ圧縮機１６が設けられている。有利な 実施例では第３図に示されているようにＨ２ユニットＡが水蒸気改質装置として 形成されている。導管により例えば天然ガス又はバイオガス等のガス状の炭化水 素の流れ１が改質装置の中に導かれる。この炭化水素の部分流１ａは飽和器１０ に到達する。飽和器１０で部分流１ａは水蒸気により飽和される。

このために有利には飽和器１０として、本出願人によるヨーロッパ特許出願公開 第０３２０４４０号公報に記載の飽和器が用いられる。この飽和器１０の下半部 には、水供給管１４を介して供給され（例えばラフシピリング等の）滴下体を介 して下方へ流れる水流に対する逆流として、炭化水素ガスが液状水と接触する。

飽和器１０はこの下部で、発生させられた生成ガス（Ｈｚを濃厚に含有するガス ）の中に含まれている潜熱により間接的に加熱される。これを実現するために生 成ガスは導管２Ｃを介して、飽和器ｌＯの下半部にある熱交換器の中に導かれる 。従ってこの場合、ガス状の炭化水素を飽和させるために必要な水蒸気は外部か ら供給されるのではなく、直接に飽和器１０自身の中で生しる。飽和状態に達し た後に炭化水素／水蒸気混合気は飽和器１０の上半部で、この混合気が改質装置 ９の中に導入されることが可能なように更に加熱される。

この更に行う加熱も同様に間接的な方法で、導管２ａを介して直接に改質装置９ から到来し同様に炭化水素／水蒸気混合気に対する逆流として案内される生成ガ ス流の潜熱により行われる。生成ガス流は、ＣＯ／Ｈ１−シフト反応器１１に導 く導管２ｂを介して、飽和器１０の上半部にある熱交換器から流出する。広く普 及しているようにシフト反応器１１が、生成ガスを冷却するための熱交換器がそ れぞれの間に挿入接続されている、２つ以上の順次に接続されているユニットか ら成ることが可能なことは自明である。シフト反応器１１で発熱反応で生成ガス の中のＨ２含有量が高められ、ＣＯ含有量が対応して減少される。シフト反応器 １１に生じる生成ガスの温度上昇は、飽和器の下部で炭化水素／水蒸気混合気を 発生させるために都合が良い。

予熱温度にされた炭化水素／水蒸気混合気は導管１５を介して飽和器１０から改 質装置９の反応室の中に到達する。改質装置９は有利には間接的に加熱されるが しかし直接に加熱される事も可能である。これを実現するために例えば供給され るガス流１の部分流１ｂが改質装置９の燃焼室の中で燃焼空気流の供給下で燃焼 される。圧縮空気の供給なしに燃焼が行われることが可能であるようにこの燃焼 を大気条件の下で行うと有利である。燃焼室からの排気ガスは１３により示され 、例えば飽和器の中に供給される水１４及び／又は燃焼空気流を予熱するために 用いられることも可能である。実際の上で圧力なしでの燃焼が可能であることは 、改質装置９と、ＨｚユニットＡにおけるその他の装置部分との製造コストを小 さくすることに寄与する。これに加えて、水蒸気改質自体もほぼ圧力なしで又は 小さい圧力（例えば１−５バール）で行われることが可能となる。何故ならば必 要な場合にはＨ２圧縮機１６が、Ｈ３を濃厚に含有するガスの流れを燃料電池８ の所与の作動圧力にすることが可能であるからである。これに対して公知の方法 では、燃料電池Ｂの作動圧に達するために水蒸気改質は常に比較的高い圧力の下 で行われる。

燃料電池装置ＢからのＨ！ユニッ）Ａの大幅な独立は、通常の作動の場合に弁に より閉鎖されている導管２ｄが設けられ、導管２ｄが、Ｈ２を濃厚に含有する発 生ガスをある期間だけ改質装置９の燃焼室の中に導入することが可能にすること により改善される。これにより、発生させられた水素が燃料電池８から取出れる 必要なしに改質装置を冷たい状態から始動するか又はある期間だけ最小の稼働率 の作動状態で作動することが完全に問題なく可能となる。

燃料電池８の陽極室８ａが導管２を介して、Ｈ８を濃厚に含有する陽極ガス流を 供給される間に陰極室８１は導管３を介して、圧縮された空気としてのＯｏを含 有するガスの所要量を受取る。図示の実施例では有利には圧縮空気導管３の途中 に圧縮空気貯蔵器２１が挿入接続されている。圧縮貯蔵器２１は最大圧力調整装 置を備え、圧縮機２０の中に圧縮されている圧縮空気を緩衝のための中間貯蔵し 、従って圧縮機２０が何らかの理由で動作しないか又は充分に動作しない場合で も圧縮空気の供給が可能である。有利にはターボ圧縮機として形成されており多 段であることもある圧縮機は外気を導管３ａを介して吸込み、駆動装置としてガ スタービン１９に接続されている。このガスタービン１９は、燃焼室１７の中で 有利には触媒燃焼により発生させられた燃焼排気ガスにより作動される。燃焼排 気ガスは導管１８を介して供給され、圧力降下後に導管１８ａを介して再び排出 される。燃焼室１７の中で通常の作動で、導管４及び６を介して燃料電池８から 到来する陽極排気ガス及び陰極排気ガス、すなわち残留Ｈ２と通常はＣＯ等のそ の他の可燃成分及び改質されない炭化水素も含有する陽極排気ガス流と、残留酸 素をまだ含有する陰極排気ガス流とが互いに燃焼される。

完全燃焼のためには０□含有量が充分でない場合には、本発明の有利な実施例で は、弁により閉成可能な導管２３を介して圧縮空気も圧縮空気貯蔵器２１から取 出され、燃焼室１７の中に導かれることが可能である。発生させられた圧縮空気 をＨ２ユニットＡを作動するために利用することは本発明では行われない。

弁により閉成可能な導管２２を設けることも有利である。これにより別の可燃性 ガス（例えば天然ガス又はバイオガス）を陽極排気ガス流から独立して燃焼室１ ７に導（ことが可能となる。これにより内燃室１７及びタービン／圧縮機１９． ２０の作動も燃料電池８の作動から独立して行うことが可能となる。圧縮空気発 生装置Ｃの中での使用には、自動車内燃期間の中での使用と同様に排気ターボ過 給機が特に適している。

通常の場合には燃料電池８は陽極排気ガスの中に場合によっては存在するその他 の可燃性成分と合わせた残留Ｈ２の量がガスタービン１９で所要の圧縮空気量を 発生させるために十分な量の熱を燃料室１７の中での燃焼により発生させるのに 十分であるように、作動される。

第３図で特に示されていない燃料電池８の冷却は、例えば冷却閉回路を介して行 うことが可能である。何故ならば（例えば発生蒸気を介して）排出された熱の再 利用の面での冷却効率はそれほど重要ではないからである。何故ならば有利には Ｈ８ユニットとして使用されるＨ２を発生させるだめの装置は、処理蒸気を外部 から導いて供給する必要がまったくなく、Ｈ２を発生させるための装置は飽和器 １０の中で液状水により作業するからである。

二の水の純度に対する要求は現在まで公知の方法における燃料電池の冷却水の純 度に対する要求より著しく低い公知の方法では燃料電池の冷却水が直接に水蒸気 に変換され（開いている冷却系）、蒸気改質のためにＨ！全発生枠内で使用され なければならないからである。閉じている冷却系では熱交換における利用可能な 温度差が、十分な蒸気発生には不足である。

しかし本発明では燃料電池８の廃熱が、好都合に、燃料電池８の導管３を介して 供給された圧縮空気流又は場合によっては燃焼室１７に供給された圧縮空気流を 予熱するために用いられる。

燃料電池８として本発明の枠内で基本的にすべての型の燃料電池が適用可能であ る。しかし有利には、比較的低い温度（２００”Ｃ以下）で動作するＡＦＣ型、 ５ＰＦＣ型及び特にＰＡＦＣ型の電池が適用される。ＭＣＦＣ型及び５ＯＦＣ型 等の高温燃料電池は、本発明を実施するために適用することはできるが、しかし あまり目的にかなってはいない。燃料電池の作動圧力は１−１０バール、有利に は３−８バールの範囲内に保持されるべきである。何故ならばこの温度領域は一 方では良好な発電効率を可能にし、他方では本発明の装置の要素の機械的性質す なわち力学的性質に対して特に高い要求を課さないからである。これとは独立し てＨ２ユニットの圧力はより低く選択されるることが可能である。何故ならば本 発明ではＨｚ圧縮機が途中に接続されるからである。このことは、著しく簡単化 された制御及び調整制御技術と共働して本発明の装置の全コストを大幅に下げる 。何故ならば本発明の装置における主組立は大幅に互いに独立して作動すること が可能なであり、これに対して従来の装置は主組立が互いに強く統合されており 、ひいては従来の装置は作動が非常に困難であるからである０本発明の別の重要 な利点は、運用信頼度及び装置のアベイラビリティが著しく改善されることにあ る。主組立が燃料電池装置とは独立して作動されることが可能である本発明の装 置全体の始動が問題な（実現されることが可能であるだけでなく、電流供給側に おける負荷変動に対する反応も、主組立が化学工学的に互いに独立しているので 問題なく克服されることが可能である。

ＰＡＦＣ型の燃料電池で動作し第３図の装置図式にほぼ対応する本発明の２００ に−の装置の技術データは例えば次の通りである。

供給燃料　天然ガス又はバイオガス 定格電力　１８０　ｋＷ 熱出力　２１０に讐 電気的定格効率　４０％（低位発熱量）動作範囲　４０％−１００％ ４０％から１００％への負荷変化 １０＋ｉｎ以内 天然ガス消費量　３８７０００　ｋｃａｌ／ｈ本発明の装置、小さいスペースの コンパクトな構造と特徴とする。

蒸気改質装置　６．ＯＸ　２．５　Ｘ　５．Ｏｍ燃料電池　２．５　Ｘ　２．５ 　Ｘ　３．Ｏｍターボ圧縮機　２．５　Ｘ　２．５　Ｘ　１．ＯｍＦＩＧ、　１ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成４年３月６日

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．Ｈｚを濃厚に含有するガスを供給するためのユニット（ＨｚユニットＡ）と 、陽極室（８ａ）がＨｚユニット（Ａ）からのＨｚ供給管（２）を有する燃料電 池装置（Ｂ）とを具備し、ガスタービン（１９）及び燃焼室（１７）を更に具備 し、燃焼室（１７）は例えば触媒燃焼のための燃焼室であり、燃焼室（１７）は 、陽極室（８ａ）からのガス供給管（４）も燃料電池装置（Ｂ）の陰極室（８ｂ ）からのガス供給管（６）を有し、燃焼室（１７）の燃焼出口は排気ガス導管（ １８）を介してガスタービン（１９）の入口へつながり、ガスタービン（１９） と駆動的に結合されている圧縮空気発生ユニット（Ｃ）を更に具備し、圧縮空気 発生ユニット（Ｃ）の圧縮空気出口は圧縮空気導管（３）を介して陰極室（８ｈ ）に接続されている電気エネルギーを発生させるための装置において、Ｈｚ導管
2. （２）が、一方の側のＨｚユニット（Ａ）と他方の側の燃料電池装置（Ｂ）及び 圧縮空気発生ユニット（Ｃ）との間のただ１つの液体接続導管であることを特徴 とする電気エネルギーを発生させるための装置。 ２．圧縮空気導管（３）の途中に、最大圧力調整装置を有する圧縮空気貯蔵器（ ２１）が挿入接続されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の電気エネ ルギーを発生させるための装置。
3. ３．燃焼室（１７）が、燃料電池装置（Ｂ）から独立しておりかつ遮断可能であ る、燃焼ガスのための供給管（２２）を有することを特徴とする請求の範囲第１ 項又は第２項に記載の電気エネルギーを発生させるための装置。
4. ４．燃焼室（１７）が、圧縮空気貯蔵器（２１）からの圧縮空気のための遮断可 能な供給管（２３）を有することを特徴とする請求の範囲第２項又は第３項に記 載の電気エネルギーを発生させるための装置。
5. ５．Ｈｚユニット（Ａ）が、炭化水素を蒸気改質するための装置として形成され ていることを特徴とする請求の範囲第１項から第４項のうちのいずれか１つの項 に記載の電気エネルギーを発生させるための装置。
6. ６．蒸気改質するための装置が、直接又は間接的に加熱される反応器（９）と、 蒸気改質により発生させられることが可能な生成ガスの中のＣＯの割合を減少さ せるためにＨｚを付加的に発生させるための少なくとも１つのシフト反応器（１ １）と、生成ガスの潜熱により間接的に加熱することが可能である飽和器（１０ ）とを有し、飽和器（１０）は水及びガス状炭化水素を供給されることが可能で あり、予熱された炭化水素／水蒸気混合気が飽和器（１０）から導管（１５）を 介して改質器（９）に導かれることが可能であることを特徴とする請求の範囲第 ５項記載の電気エネルギーを発生させるための装置。
7. ７．Ｈｚユニット（Ａ）として水素貯蔵器が設けられていることを特徴とする請 求の範囲第１項から第４項のうちのいずれか１つの項に記載の電気エネルギーを 発生させるための装置。
8. ８．Ｈｚ供給管（２）の途中にＨｚ圧縮機（１６）が挿入接続されていることを 特徴とする請求の範囲第１項から第７項のうちのいずれか１つの項に記載の電気 エネルギーを発生させるための装置。
9. ９．Ｈｚを濃厚に含有するガスが燃料電池の陽極室に、そしてＯｚを含有するガ ス例えば空気が燃料電池の陰極室に、それぞれほぼ同一の圧力下で供給され、燃 料電池により発生させられた排気ガス流（陽極排気ガス及び陰極排気ガス）は燃 焼工程例えば触媒燃焼工程にかけられ、この燃焼工程の際に発生させられた燃焼 ガスは、Ｏｚを含有するガスを圧縮するための駆動エネルギー源として用いられ る、電気エネルギーを発生させるための方法において、Ｏｚを含有する圧縮され たガスが、燃料電池の陰極室の中への供給のためにのみ用いられ、必要な場合に は部分的に直接的に圧縮駆動装置のための燃焼ガスを発生させるために用いられ ることを特徴とする電気エネルギーを発生させるための方法。
10. １０．燃料電池及び排気ガス流燃焼工程に必要であるＯｚ含有ガスを圧縮するた めにまだ十分な駆動エネルギーが陽極排気ガスの燃焼により発生する程に高い濃 度で陽極排気ガスの中に残留Ｈｚが平均して残るように燃料電池が作動されるこ とを特徴とする請求の範囲第９項記載の電気エネルギーを発生させるための方法 。
11. １１．圧縮されたＯｚ含有ガスの緩衝貯蔵が行われることを特徴とする請求の範 囲第９項又は第１０項に記載の電気エネルギーを発生させるための方法。
12. １２．処理工程の始動の際、燃料電池が陽極排気ガスをまだまったく出していな いか又は十分な量で出していない場合には一時的に別の可燃性ガスが、Ｈｚを濃 厚に含有するガスとして燃焼のために用いられることを特徴とする請求の範囲第 ９項から第１１項のうちのいずれか１つの項に記載の電気エネルギーを発生させ るための方法。
13. １３．Ｈｚを濃厚に含有するガスが、例えば天然ガス又はバイオガスである炭化 水素を蒸気改質することにより発生させられ、炭化水素と水蒸気とから成る、蒸 気改質のために必要な予熱された混合気を発生させるために飽和器が用いられ、 飽和器は、蒸気改質とこれに続くＣＯ／Ｈｚシフト処理により発生させられた生 成ガスとにより間接的に加熱され、飽和器の中で炭化水素が、まだ液状であり必 要な場合には予熱されている水との直接的に接触されることを特徴とする請求の 範囲第９項から第１２項のうちのいずれか１つの項に記載の電気エネルギーを発 生させるための方法。
14. １４．蒸気改質が、間接的に加熱される改質器の中で行われ、大気条件の下で又 は僅かな過剰圧力において炭化水素の第２の燃焼工程からの燃焼ガスがこの加熱 のために用いられることを特徴とする請求の範囲第１３項記載の電気エネルギー を発生させるための方法。
15. １５．蒸気改質が、例えば３バール以下の低い圧力において改質器の中で実施さ れることを特徴とする請求の範囲第１３項又は第１４項に記載の電気エネルギー を発生させるための方法。
16. １６．Ｈｚを濃厚に含有する発生させられたガスが蒸気改質の後に燃料電池の所 与の作動圧力へ圧縮されることを特徴とする請求の範囲第１５項記載の電気エネ ルギーを発生させるための方法。
17. １７．燃料電池の中の作動圧力が最大１０バール特に最大３−８バールに制限さ れることを特徴とする請求の範囲第９項から第１６項のうちのいずれか１つの項 に記載の電気エネルギーを発生させるための方法。