特表 2024-536423 モジュール化燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-04

(54)【発明の名称】モジュール化燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240927BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20240927BHJP

   H01M 8/04014 20160101ALI20240927BHJP

   H01M 8/04111 20160101ALI20240927BHJP

   H01M 8/0612 20160101ALI20240927BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20240927BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20240927BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 J

H01M8/2475

H01M8/04014

H01M8/04111

H01M8/0612

H01M8/12 101

H01M8/10 101

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024521065

(86)(22)【出願日】2022-10-06

(85)【翻訳文提出日】2024-04-05

(86)【国際出願番号】 EP2022077830

(87)【国際公開番号】W WO2023057580

(87)【国際公開日】2023-04-13

(31)【優先権主張番号】21201222.3

(32)【優先日】2021-10-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522066067

【氏名又は名称】ターボ システムズ スウィツァーランド リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(74)【代理人】

【識別番号】100128428

【弁理士】

【氏名又は名称】田巻 文孝

(72)【発明者】

【氏名】ティソ ジャン－フランソワ

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126BB06

5H127AA06

5H127AA07

5H127AB03

5H127AB04

5H127AB14

5H127AB17

5H127AC15

5H127BA02

5H127BA03

5H127BA05

5H127BA12

5H127BA13

5H127BA28

5H127BA34

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB24

5H127BB37

(57)【要約】

モジュール化燃料電池システム（１００）が開示される。モジュール化燃料電池システム（１００）は、複数の燃料電池モジュール（１１０，４１０）を含み、各燃料電池モジュールは、吸入ガスインターフェース（１１３，１１４）および排気ガスインターフェース（１１２，４１２）を備える。モジュール化燃料電池システム（１００）は、燃料電池モジュール（１１０，４１０）の吸入ガスインターフェース（１１３）の各々に連結された吸入ガスマニホルド（１４０）と、燃料電池モジュール（１１０，４１０）の排気ガスインターフェース（１１２）の各々に連結された吸入ガスマニホルド（１３０）とをさらに含む。モジュール化燃料電池システム（１００）はさらに、コンプレッサ（１５２）およびタービン（１５１）を備えた少なくとも１つのターボチャージャを有するターボ過給システム（１５０）を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モジュール化燃料電池システム（１００）であって、
‐複数の燃料電池モジュール（１１０，４１０）を含み、各燃料電池モジュール（１１０，４１０）は、燃料電池（１１１）、吸入空気を前記燃料電池モジュール（１１０，４１０）に提供する吸入空気インターフェース（１１３，４１３）、および排気ガスを前記燃料電池モジュール（１１０，４１０）から運び去る排気ガスインターフェース（１１２，４１２）を備え、
‐前記燃料電池モジュール（１１０，４１０）の前記吸入空気インターフェース（１１３）の各々に連結された吸入空気マニホルド（１４０）を含み、前記吸入空気マニホルド（１４０）は、複数のモジュール（１４１，１４２，１４３）を収容し、各吸入空気モジュール（１４１，１４２，１４３）は、吸入空気を前記吸入空気マニホルド（１４０）から前記吸入空気インターフェース（１１３）のうちの少なくとも１つに提供するために少なくとも１つの隣接の吸入空気モジュール（１４１，１４２，１４３）に解除可能に連結されるとともに、前記吸入空気インターフェース（１１３）のうちの少なくとも１つに解除可能に連結されており、
‐前記燃料電池モジュール（１１０，４１０）の排気ガスインターフェース（１２０）の各々に連結された排気ガスマニホルド（１３０）を含み、前記排気ガスマニホルド（１３０）は、複数の排気ガスモジュール（１３１，１３２，１３３）を収容し、各排気ガスモジュール（１３１，１３２，１３３）は、排気ガスを前記排気ガスインターフェース（１１２）のうちの少なくとも１つから受け入れるために少なくとも１つの隣接の排気ガスモジュール（１３１，１３２，１３３）に解除可能に連結されるとともに、前記排気ガスインターフェース（１１２）のうちの少なくとも１つに解除可能に連結されており、
‐コンプレッサ（１５２）およびタービン（１５１）を備えた少なくとも１つのターボチャージャを有するターボ過給システム（１５０）を含み、前記タービン（１５１）は、前記排気ガスを前記排気ガスマニホルド（１３０）から受け入れるために前記排気ガスマニホルド（１３０）と流体連通状態にあり、前記コンプレッサ（１５２）は、過給後の吸入空気を前記吸入空気マニホルド（１４０）に提供するために前記吸入空気マニホルド（１４０）と流体連通状態にある、モジュール化燃料電池システム。

【請求項2】

前記複数の燃料電池モジュール（１１０，４１０）は、第１の燃料電池モジュール（１１０）および第２の燃料電池モジュール（４１０）を含み、前記第２の燃料電池モジュール（４１０）の総出力電力は、前記第１の燃料電池モジュール（１１０）の総出力電力よりも大きく、好ましくは、前記第２の燃料電池モジュール（４１０）の総出力電力は、前記第１の燃料電池モジュール（１１０）の総出力電力の少なくとも２倍であり、より好ましくは、前記第２の燃料電池モジュール（４１０）の総出力電力は、前記第１のタイプの燃料電池モジュール（１１０）の総出力電力の整数倍である、請求項１記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項3】

複数の燃料電池サブモジュール（３１０）を備えた複合燃料電池モジュール（２１０）をさらに含み、各燃料電池サブモジュール（３１０）は、燃料電池、吸入空気を前記燃料電池サブモジュール（３１０）に提供する吸入空気サブインターフェース（３１３）、および排気ガスを前記燃料電池サブモジュール（３１０）から運び去る排気ガスサブインターフェース（３１２）を含み、好ましくは、前記燃料電池サブモジュール（３１０）は、前記第１の燃料電池モジュール（１１０）である、請求項１または２記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項4】

前記第２の燃料電池モジュール（４１０）と前記複合燃料電池モジュール（２１０）の総出力電力は、実質的に同じであり、かつ／あるいは前記燃料電池モジュール（４１０）および前記複合燃料電池モジュール（２１０）は各々、実質的に同一サイズのハウジング（２２４）を含む、請求項３記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項5】

前記複合燃料電池モジュール（２１０）は、吸入空気モジュール（１４１，１４２，１４３）のうちの１つを前記複数の燃料電池サブモジュール（３１０）の前記吸入空気サブインターフェース（３１３）の各々に連結する吸入空気サブマニホルド（１７０）、および前記排気ガスモジュール（１３１，１３２，１３３）のうちの１つを前記複数の燃料電池サブモジュール（３１０）の前記排気ガスサブインターフェース（３１２）の各々に連結する排気ガスサブマニホルド（１６０）をさらに含む、請求項３または４記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項6】

熱を吸入空気と排気ガスとの間で交換するよう構成された外部熱交換器（１８０）をさらに含む、請求項１～５のうちいずれか一に記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項7】

前記外部熱交換器（１８０）は、熱を前記吸入空気から前記タービン（１５１）の上流側の前記排気ガスに伝達するよう構成されている、請求項６記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項8】

前記外部熱交換器（１８０）の第１の部分が前記コンプレッサ（１５２）の下流側にかつ前記吸入空気マニホルド（１４０）の上流側に配置され、前記外部熱交換器（１８０）の第２の部分が前記排気ガスマニホルド（１３０）の下流側にかつ前記タービン（１５１）の上流側に配置され、好ましくは、前記第１の部分は、熱を前記第２の部分に伝達するよう構成されている、請求項６または７記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項9】

前記外部熱交換器（１８０）は、熱を前記タービン（１５１）の下流側の前記排気ガスから前記コンプレッサ（１５２）の下流側の前記吸入空気に伝達するよう構成されている、請求項６記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項10】

前記外部熱交換器（１８０）の第１の部分が前記コンプレッサ（１５２）の下流側にかつ前記吸入空気マニホルド（１４０）の上流側に配置され、前記外部熱交換器（１８０）の第２の部分が前記タービン（１５１）の下流側に配置され、好ましくは、前記第２の部分は、熱を前記第１の部分に伝達するよう構成され、オプションとして、前記ターボ過給システム（１５０）は、前記外部熱交換器（１８０）を含む、請求項６または９記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項11】

前記吸入空気マニホルド（１４０）および前記排気ガスマニホルド（１３０）と並列に連結された少なくとも２つのターボチャージャを含む、請求項１～１０のうちいずれか一に記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項12】

前記複数の燃料電池モジュール（１１０）の各々は、前記燃料電池（１１１）を前記排気ガスインターフェース（１１２）に連結する排気ガスライン（１２５）をさらに含み、前記モジュール化燃料電池システムは、前記排気ガスライン（１２５）内に配置された内部熱交換器（１２２）、アフタバーナ（１２１）、およびオキシダイザならびに前記内部熱交換器と前記アフタバーナと前記オキシダイザの組み合わせをさらに含み、オプションとして、前記排気ガスライン（１２５）内に直列に配置された前記内部熱交換器（１２２）と前記アフタバーナ（１２１）を含み、前記アフタバーナ（１２１）は、好ましくは、前記内部熱交換器（１２２）の上流側に位置している、請求項１～１１のうちいずれか一に記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項13】

前記複数の燃料電池モジュール（１１０）の各々は、前記燃料電池（１１１）を燃料供給インターフェース（１１５）に連結する燃料供給ラインをさらに含み、前記モジュール化燃料電池システムは、前記燃料供給ライン内に配置された蒸気発生器（１２８）、プレリフォーマ（１２６）、リフォーマおよびシフト反応器のうちの１つをさらに含む、請求項１～１２のうちいずれか一に記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項14】

前記複数の燃料電池モジュール（１１０，４１０）の各々および／または前記複合燃料電池モジュール（２１０）の各々は、水供給インターフェース（１１４）を含み、前記燃料電池システム（１００）は、
‐前記燃料電池モジュール（１１０，４１０）および／または前記複合燃料電池モジュール（２１０）の前記水供給インターフェース（１１４）の各々に連結された水供給マニホルド（１９０）をさらに含み、前記水供給マニホルド（１９０）は、複数の水供給モジュール（１９１，１９２，１９３）を収容し、各水供給モジュール（１９１，１９２，１９３）は、少なくとも隣接の水供給モジュール（１９１，１９２，１９３）に解除可能に連結されるとともに、少なくとも１つの水供給インターフェース（１１４）に解除可能に連結されている、請求項１～１３のうちいずれか一に記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項15】

前記複数の燃料電池モジュール（１１０，４１０）の各々および／または前記複合燃料電池モジュール（２１０）の各々は、燃料供給インターフェース（１１５）を含み、前記燃料電池システム（１００）は、
‐前記燃料電池モジュール（１１０，４１０）の前記燃料供給インターフェース（１１５）の各々および／または前記複合燃料電池モジュール（２１０）の各々に連結された燃料供給マニホルドをさらに含み、前記燃料供給マニホルドは、複数の燃料供給モジュールを収容し、各燃料供給モジュールは、少なくとも隣接の燃料供給モジュールに解除可能に連結されるとともに、少なくとも１つの燃料供給インターフェース（１１５）に解除可能に連結されている、請求項１～１４のうちいずれか一に記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項16】

前記燃料供給マニホルドおよび／または前記水供給マニホルド（１９０）に連結された外部蒸気発生器、外部プレリフォーマ、外部リフォーマおよび外部シフト反応器のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１４または１５記載のモジュール化燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、モジュール化燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池は、クリーンで静かであり、しかも効率的な発電を提供する潜在的能力を秘めている。熱エネルギーを利用するエンジンとは異なり、燃料電池は、水素ガスの変換と関連した化学エネルギーを電気に変換する電気化学プロセスまたはバッテリのようなプロセスを用いる。燃料電池システムは、大量の電気出力を生じさせるための技術分野において用いられている。燃料電池システムは、数個の燃料電池を含み、そしてオプションとして、ターボチャージャまたはターボ過給システムを含む。

【0003】

先行技術のシステムの１つの欠点は、燃料電池システムの個々のコンポーネントが顧客の要望にフレキシブルに対応できないということにある。例えば、多くの場合、燃料電池システムは、特定の出力電力向きに設計されており、すなわち、このシステムの燃料電池、ターボチャージャおよび他の全ての追加のコンポーネント（例えば、水供給システムまたは排気ガスシステム）は、特定の出力電力を有する特定のシステム向きに設計されている。所望の用途が他のパラメータ、例えば異なる出力電力を必要とする場合、燃料電池システム全体は、例えばターボチャージャを燃料電池に合わせるために、しかも適当な供給および排気システムを提供するために再設計される必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

改良型燃料電池システムについての需要が絶えず存在する。特に、極めてフレキシブルでありしかも、特定の用途向きにコンポーネントの各々を再設計する必要なく、大きな出力電力範囲を限定された数のコンポーネントでカバーすることができる燃料電池システムが要望されている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上述のことに照らして、独立形式の請求項１に記載されたモジュール化燃料電池システムが提供される。さらなる観点、さらなる利点、およびさらなる特徴は、特許請求の範囲の記載、本明細書、および添付の図面から明らかである。

【0006】

本発明の一観点によれば、モジュール化燃料電池システムが提供される。モジュール化燃料電池システムは、複数の燃料電池モジュールを含む。各燃料電池モジュールは、燃料電池、吸入空気を燃料電池モジュールに提供する吸入空気インターフェース、および排気ガスを燃料電池モジュールから運び去る排気ガスインターフェースを備える。モジュール化燃料電池システムは、燃料電池モジュールの吸入空気インターフェースの各々に連結された吸入空気マニホルドを含む。吸入空気マニホルドは、複数のモジュールを収容している。各吸入空気モジュールは、吸入空気を吸入空気マニホルドから吸入空気インターフェースのうちの少なくとも１つに提供するために少なくとも１つの隣接の吸入空気モジュールに解除可能に連結されるとともに、吸入空気インターフェースのうちの少なくとも１つに解除可能に連結されている。モジュール化燃料電池システムは、燃料電池モジュールの排気ガスインターフェースの各々に連結された排気ガスマニホルドをさらに含む。排気ガスマニホルドは、複数の排気ガスモジュールを収容している。各排気ガスモジュールは、排気ガスを排気ガスインターフェースのうちの少なくとも１つから受け入れるために少なくとも１つの隣接の排気ガスモジュールに解除可能に連結されるとともに、排気ガスインターフェースのうちの少なくとも１つに解除可能に連結されている。モジュール化燃料電池システムは、コンプレッサおよびタービンを備えた少なくとも１つのターボチャージャを有するターボ過給システムをさらに含む。タービンは、排気ガスを排気ガスマニホルドから受け入れるために排気ガスマニホルドと流体連通状態にあり、コンプレッサは、過給後の吸入空気を吸入空気マニホルドに提供するために吸入空気マニホルドと流体連通状態にある。

【0007】

当業者であれば、以下の詳細な説明を読むと、また、添付の図面を参照すると、追加の特徴および追加の利点を認識するであろう。

【0008】

図に示されたコンポーネントは、必ずしも縮尺どおりではなく、そうではなくて、本発明の原理を説明する際に強調がなされている。さらに、図中、同一の参照符号は、タイヤの部分を指示している。添付の図面は、本発明の諸実施形態に関し、これらの添付の図面について以下に記載している。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本明細書において説明する実施形態としてのモジュール化燃料電池システムの略図である。

【図2a】本明細書において説明する実施形態としての燃料電池モジュールの略図である。

【図2b】本明細書において説明する別の実施形態としての燃料電池モジュールの略図である。

【図3】本明細書において説明する実施形態としての複合燃料電池モジュールの略図である。

【図4】本明細書において説明する別の実施形態としてのモジュール化燃料電池システムの略図である。

【図5a】本明細書において説明する別の実施形態としてのモジュール化燃料電池システム装置の一部の略図である。

【図5b】本明細書において説明する別の実施形態としてのモジュール化燃料電池システム装置の一部の略図である。

【図5c】本明細書において説明する別の実施形態としてのモジュール化燃料電池システムの略図である。

【図6】本明細書において説明する別の実施形態としてのモジュール化燃料電池システムの一部の略図である。

【図7】本明細書において説明する別の実施形態としてのモジュール化燃料電池システム装置の一部の略図である。

【図8】本明細書において説明する別の実施形態としてのモジュール化燃料電池システム装置の一部の略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

今、種々の実施形態を詳細に参照するが、これら実施形態の１つ以上の実施例が各図に示されている。各実施例は、説明のために提供されており、本発明の限定として意図されてはいない。例えば、１つの実施形態の一部として図示しまたは説明する特徴は、任意他の実施形態に用いることができまたは任意他の実施形態と関連して用いることができ、それによりさらに別の実施形態がもたらされる。本発明は、かかる改造および変形を含むことが意図されている。

【0011】

図面についての以下の説明の範囲内において、同一の参照符号は、同一または類似のコンポーネントを指している。一般に、個々の実施形態に関する相違点のみを説明する。別段の指定がなければ、１つの実施形態における一部分または一観点の説明は、別の実施形態における対応の部分または観点にも当てはまると言える。

【0012】

例示的に図１を参照すると、モジュール化燃料電池システム１００が記載されている。モジュール化燃料電池システム１００は、複数の燃料電池モジュール１１０、吸入空気マニホルド１４０、排気ガスマニホルド１３０およびターボ過給システム１５０を含む。

【0013】

図２ａを例示的に参照すると、燃料電池モジュール１１０が記載されている。燃料電池モジュール１１０は、燃料電池１１１を含む。燃料電池１１１は、単一の燃料電池、もしくは燃料電池のスタック（４個の燃料電池のスタックを示す図２ａに示されている）または複数の個々の燃料電池もしくは燃料電池スタックであるのがよい。

【0014】

燃料電池モジュール１１０は、吸入空気を燃料電池モジュール１１０に提供する吸入空気インターフェース１１３、および排気ガスを燃料電池モジュール１１０から運び去る排気ガスインターフェース１１２をさらに含む。インターフェースは、外部装置または外部流体ラインを燃料電池モジュール１１０に連結する連結箇所と見なすことも可能である。

【0015】

燃料電池モジュール１１０は、吸入空気ライン１２７をさらに含むのがよく、吸入空気ライン１２７は、吸入空気インターフェース１１３および燃料電池１１１に機械的に結合されている。吸入空気ラインは、吸入空気インターフェース１１３を燃料電池１１１に流体結合し、そしてまた、吸入空気、特に過給後の吸入空気を燃料電池モジュール１１０の外部に位置するコンポーネントから吸入空気インターフェース１１３および吸入空気ライン１２７経由で燃料電池１１１に運搬することができるようになっている。

【0016】

燃料電池モジュール１１０は、排気ガスライン１２５をさらに含むのがよく、排気ガスライン１２５は、排気ガスインターフェース１１２および燃料電池１１１に機械的に結合されている。排気ガスライン１２５は、排気ガスインターフェース１１２を燃料電池１１１に流体結合し、そしてまた、排気ガス、特に過給後排気ガスを燃料電池１１１から、排気ガスライン１２５および排気ガスインターフェース１１２経由で、燃料電池モジュール１１０の外部に位置するコンポーネントに運搬することができるようになっている。

【0017】

燃料電池モジュール１１０は、ハウジング１２４を含むのがよい。吸入空気インターフェース１１３と排気ガスインターフェース１１２は、ハウジング１２４中に組み込まれるのがよい。好ましい実施形態では、ハウジングは、パーツハウジングまたは容器である。

【0018】

図１に戻ってこれを参照すると、燃料電池システム１００は、吸入空気マニホルド１４０をさらに含む。吸入空気マニホルドは、燃料電池モジュール１１０の吸入空気インターフェース１１３の各々に連結され、特に、機械的にかつ流体的に結合されている。吸入空気マニホルド１４０は、複数の吸入空気モジュール１４１，１４２，１４３を収容している。各吸入空気モジュール１４１，１４２，１４３は、少なくとも１つの隣接の吸入空気モジュール１４１，１４２，１４３に解除可能に連結され、好ましくは流体的にかつ機械的に解除可能に結合されるとともに、吸入空気を吸入空気マニホルド１４０から吸入空気インターフェース１１３のうちの少なくとも１つに提供するために吸入空気インターフェース１１３のうちの少なくとも１つに連結され、好ましくは流体的にかつ機械的に解除可能に結合されている。

【0019】

吸入空気モジュールは、ほぼ同じ構造および寸法形状のものである。吸入空気マニホルド１４０は、コンポーネントのタイプを可能な限り少なくした状態で、燃料電池との相互連結システムを単純化するとともに、燃料電池システム１００、特に燃料電池システム１００の出力電力の単純なスケール変更を容易にするためにタイプの相違が可能な限り少ない吸入空気モジュール１４１，１４２，１４３を含む。代表的には、各吸入空気モジュールは、燃料電池モジュール１１０の同じ数の吸入空気インターフェース１１３に連結されている。好ましくは、各吸入空気モジュールは、燃料電池モジュール１１０の各単一の吸入空気インターフェース１１３にそれぞれ連結される。

【0020】

図示の実施形態では、吸入空気マニホルド１４０は、１つ以上の結合吸入空気モジュール１４１を収容するのがよく、吸入空気モジュール１４１は各々、２つの隣接の吸入空気モジュールに結合している。吸入空気マニホルド１４０は、末端吸入空気モジュール１４３をさらに収容するのがよく、この末端吸入空気モジュールは、１つの隣接の吸入空気モジュール１４１だけに連結されている。末端吸入空気モジュール１４３は、末端吸入空気モジュール１４３に解除可能に連結されるのがよい末端側壁から離れて位置する結合吸入空気モジュール１４１と実質的に同一であるのがよい。吸入空気マニホルド１４０は、吸入空気マニホルド１４０をターボ過給システム１５０に連結する流入空気モジュール１４２をさらに収容するのがよい。流入空気モジュール１４２は、吸入空気マニホルド１４０をターボ過給システム１５０に連結するインターフェースから離れて位置する結合吸入空気モジュール１４１と実質的に同一であるのがよい。

【0021】

燃料電池システム１００は、排気ガスマニホルド１３０をさらに含む。排気ガスマニホルド１３０は、燃料電池モジュール１１０の排気ガスインターフェース１１２の各々に連結され、特に、機械的にかつ流体的に結合されている。排気ガスマニホルド１３０は、複数の吸入空気モジュール１３１，１３２，１３３を収容している。各排気ガスモジュール１３１，１３２，１３３は、少なくとも１つの隣接の排気ガスモジュール１３１，１３２，１３３に解除可能に連結され、好ましくは流体的にかつ機械的に解除可能に結合されるとともに、排気ガスを排気ガスマニホルドのうちの少なくとも１つ１１２から受け入れるために排気ガスインターフェースのうちの少なくとも１つ１１２に連結され、好ましくは流体的にかつ機械的に解除可能に結合されている。

【0022】

排気ガスモジュールは、ほぼ同じ構造および寸法形状のものである。排気ガスモジュールは、吸入空気モジュールと比較して、実質的に同一の構造および寸法形状のものであるのがよい。排気ガスモジュール１３０は、コンポーネントのタイプを可能な限り少なくした状態で、燃料電池システム１００、特に燃料電池システム１００の出力電力の単純なスケール変更を容易にするためにタイプの相違が可能な限り少ない排気ガスモジュール１３１，１３２，１３３を含む。代表的には、各排気ガスモジュールは、燃料電池モジュール１１０の同じ数の排気ガスインターフェース１１２に連結されている。好ましくは、各排気ガスモジュールは、燃料電池モジュール１１０の単一の排気ガスインターフェース１１３の各々にそれぞれ連結される。

【0023】

図示の実施形態では、排気ガスマニホルド１３０は、１つ以上の結合排気ガスモジュール１３１を収容するのがよく、排気ガスモジュール１３１は各々、２つの隣接の排気ガスモジュールに結合している。排気ガスマニホルド１３０は、末端排気ガスモジュール１３３をさらに収容するのがよく、この末端排気ガスモジュールは、１つの隣接の排気ガスモジュール１３１だけに連結されている。末端排気ガスモジュール１３３は、末端排気ガスモジュール１４３に解除可能に連結されるのがよい末端側壁から離れて位置する結合排気ガスモジュール１３１と実質的に同一であるのがよい。排気ガスマニホルド１３０は、排気ガスマニホルド１３０をターボ過給システム１５０に連結する流出ガスモジュール１３２をさらに収容するのがよい。流出ガスモジュール１３２は、排気ガスマニホルド１３０をターボ過給システム１５０に連結するインターフェースから離れて位置する結合排気ガスモジュール１３１と実質的に同一であるのがよい。

【0024】

吸入空気マニホルド１４０、排気ガスマニホルド１３０ならびに燃料電池の単純化された相互連結システム（インターフェース）は、互いに異なるコンポーネントを極めて僅かしか必要としない状態で、必要に応じて燃料電池システム１００をフレキシブルにスケール変更することができるようになっている。本発明の吸入空気マニホルド１４０および排気ガスマニホルド１３０はまた、すでに組み立てられた燃料電池システム、または所望のシステムパラメータが変わった場合にすでに使用可能な状態にある燃料電池システムをその後に改造することができる。例えば、本発明のすでに設置された燃料電池システムは、燃料電池システム全体を設計し直す必要なく、さらにスケールアップできる。その代わりに、かかる場合には僅かな追加のコンポーネントを設ける必要がある。さらに、本発明の燃料電池システムは、燃料電池モジュールと種々の供給マニホルド（例えば、吸気マニホルドや排気マニホルド）とターボ過給システム（以下にさらに説明する）との間の明確な境界を考慮に入れている。これにより、燃料電池システムを全体的に良好に見渡すことができるとともに、燃料電池システムへの単純化されたアクセスが可能になっている。

【0025】

さらに図１を参照すると、燃料電池システム１００は、ターボ過給システム１５０を含む。ターボ過給システム１５０は、コンプレッサ１５２およびタービン１５１を有する少なくとも１つのターボチャージャを含む。ターボチャージャは、シャフト付きターボチャージャであるのがよく、この場合、コンプレッサ１５２とタービン１５１は、シャフトにより機械的に結合されている。シャフト付きターボチャージャでは、好ましくは、電気ターボチャージャ（シャフトに電気的に動力供給することができまたはシャフトから電力を得ることができる）であるのがよい。変形例として、ターボチャージャは、好ましくはシャフトによって結合されていない電気コンプレッサと電気タービンを有してもよい。タービン１５１は、排気ガスを排気ガスマニホルド１３０から受け入れるために排気ガスマニホルド１３０と流体連通状態にあり、コンプレッサ１５２は、過給後吸入空気を吸入空気マニホルド１４０に提供するために吸入空気マニホルド１４０と流体連通状態にある。

【0026】

本発明の燃料電池システムは、１つ以上のターボチャージャを備えた１つの過給ターボシステムを含み、このターボ過給システムは、過給空気を吸入空気マニホルド全体に提供し、次に、過給空気は、個々の燃料電池モジュールに配分される。各燃料用の別個のターボチャージャを含む燃料電池システムと比較して、本発明の燃料電池システムは、（ターボ過給）コンポーネントの個数を実質的に減らすことができ、したがってコストを減少させることができる。さらに、本発明の燃料電池システムは、有利には、大形ターボ過給システムを含み、この大形ターボ過給システムは、数個の小形のターボチャージャを含む場合と比較して、ターボ過給効率を著しく増大させ、かくして燃料電池システム全体のエネルギー効率を著しく高める。

【0027】

本発明の燃料電池システム１００は、好ましくは、可能な限り少ない互いに異なるタイプの燃料電池モジュールを備えた状態で構成される。好ましい実施形態では、燃料電池システムは、２個または３個の互いに異なるタイプの燃料電池モジュールを含むに過ぎない。２個または３個の互いに異なるタイプの燃料電池モジュールは各々、出力電力および／またはハウジングのサイズが異なるのがよい。例えば、燃料電池システム１００の電力範囲を、２個または３個の互いに異なるタイプの燃料電池モジュール１１０を含んだだけの状態で、２５ｋＷから最大１００ＭＷまでの間にすることができる。本発明の燃料電池システムはさらに、各々が互いに異なるタイプの燃料電池を一緒に収容した互いに異なるタイプの燃料電池モジュールを組み合わせる可能性を考慮に入れている。

【0028】

一実施形態によれば、複数の燃料電池モジュールは、第１の燃料電池モジュール１１０および第２の燃料電池モジュール４１０（第２の燃料電池モジュール４１０の一例が図４に示されている）を含むのがよい。第１の燃料電池モジュール１１０および第２の燃料電池モジュール４１０は、好ましくは、同一タイプのコンポーネントを含み、また、達成可能な出力電力が異なっているに過ぎない。第１および第２の燃料電池モジュールはまた、出力電力およびサイズ、例えばハウジング１２４のサイズが互いに異なるのがよい。総出量電力は、それぞれの燃料電池モジュールの技術的設計目標である最大電力を意味している（全体として、それぞれの燃料電池モジュール内に収容された燃料電池または燃料電池スタックの全ての合計を意味している）。

【0029】

第２の燃料電池モジュール４１０の総出量電力は、第１の燃料電池モジュール１１０の総出力電力よりも大きいのがよい。好ましくは、第２の燃料電池モジュール４１０の総出力電力は、第１の燃料電池モジュール１１０の総出力電力の少なくとも２倍である。より好ましくは、第２の燃料電池モジュール４１０の総出力電力は、第１の燃料電池モジュール１１０の総出力電力の整数倍である。

【0030】

例えば、第１の燃料電池モジュール１１０は、２５ｋＷという総出力電力を有するのがよく、第２の燃料電池モジュール４１０は、１００ｋＷという総出力電力を有するのがよい。モジュール化燃料電池システム全体は、複数の第１の燃料電池モジュール１１０および複数の第２の燃料電池モジュール４１０を備えただけの状態で構成できる。より大形のメガワット級の出力電圧燃料電池システムは、数十個または数百個の第１（および第２の）燃料電池モジュールを含むのがよい。

【0031】

一実施形態よれば、モジュール化燃料電池システム１００は、複合燃料電池モジュール２１０をさらに含む。複合燃料電池モジュール２１０の実施例が、図３および図４に示されている。複合燃料電池モジュール２１０は、複数の燃料電池サブモジュール３１０を有する。複合燃料電池モジュール２１０は、複合燃料電池モジュール２１０が吸入空気を燃料電池サブモジュール３１０に提供する吸入空気インターフェース２１３、および排気ガスを燃料電池サブモジュール３１０から運び去る排気ガスインターフェース２１２を有しているという点で燃料電池モジュール１１０（および第２の燃料電池モジュール４１０）にほぼ同じである。

【0032】

燃料電池サブモジュール３１０は、好ましくは、本明細書において開示する任意の実施形態によれば、第１の燃料電池モジュール１１０に対応しているのがよい。具体的に言えば、各燃料電池サブモジュール３１０は、１つ以上の燃料電池または１つ以上の燃料電池スタック、吸入空気を燃料電池サブモジュール３１０に提供する吸入空気サブインターフェース３１３、および排気ガスを燃料電池サブモジュール３１０から運び去る排気ガスサブインターフェース３１２を有する。かくして、吸入空気を吸入空気マニホルド１４０から吸入空気インターフェース２１３経由で、次に吸入空気サブインターフェース３１３経由で燃料電池サブモジュールに運ぶことができる。排気ガスを燃料電池サブモジュール３１０から排気ガスサブインターフェース３１２経由で、次に排気ガスインターフェース２１２経由で排気ガスマニホルド１３０に運ぶことができる。

【0033】

一実施形態では、第２の燃料電池モジュール４１０と複合燃料電池モジュール２１０の総出力電力は、実質的に同一である。この実施形態では、第２の燃料電池モジュール４１０の総出力電力は、第１の燃料電池モジュール１１０の総出力電力の整数倍である。かくして、複合燃料電池モジュール２１０は、対応した整数個の第１の燃料電池モジュール１１０を燃料電池サブモジュール３１０として利用することによって、第２の燃料電池モジュール４１０と同一の総出力電力を持つよう設計されているのがよい。例えば、第１の燃料電池モジュールの総出力電力は、２５ｋＷであるのがよく、複合燃料電池モジュール２１０が４つの第１の燃料電池モジュール１１０を含むのがよく、それにより、結果的に、総出力電力が１００ｋＷとなる。複合燃料電池は、そのフレキシビリティ（生産および点検整備目的について）に起因して、部品についてより容易な管理を可能にする。複合燃料電池はまた、後の段階におけるシステムのグレードアップを単純化し、例えば、より高い電力の燃料電池が利用できるようになった場合、ユーザは、かかる燃料電池をグレードアップした燃料電池で置き換えることができる。複合燃料電池はまた、市場の要件に対する燃料電池システムのフレキシブルな調節を可能にする。

【0034】

複合燃料電池モジュール２１０は、ハウジング２２４をさらに有するのがよい。複合燃料電池モジュール２１０のハウジング２２４と第２の燃料電池モジュール４１０のハウジングは各々、実質的に同一サイズのものであるのがよい。図４に示すように、燃料電池システム１００は、複合燃料電池モジュール２１０と第２の燃料電池モジュール４１０をフレキシブルに組み立てて構成されたものであるのがよい。燃料電池システム１００は、複合燃料電池モジュール２１０および／または第１の燃料電池モジュール１１０および／または第２の燃料電池モジュール４１０の任意の組み合わせをフレキシブルに組み立てて構成されてもよい。

【0035】

複合燃料電池モジュール２１０は、吸入空気モジュール１４１，１４２，１４３のうちの１つ、および特に吸入空気インターフェース２１３を複数の燃料電池サブモジュール３１０の吸入空気サブインターフェース３１３の各々に機械的にかつ流体的に結合する吸入空気サブマニホルド１７０をさらに有するのがよい。複合燃料電池モジュール２１０は、排気ガスモジュール１３１，１３２，１３３のうちの１つ、および特に排気ガスインターフェース２１２を複数の燃料電池サブモジュール３１０の排気ガスサブインターフェース３１２の各々に機械的にかつ流体的に結合する排気ガスサブマニホルド１６０をさらに有するのがよい。

【0036】

吸入空気サブマニホルド１７０および排気ガスサブマニホルド１６０は、吸入空気マニホルド１４０および排気ガスマニホルド１３０に対応した仕方で構成されるのがよい。排気ガスサブマニホルド１６０は、複数の排気ガスサブモジュール１６１，１６２，１６３、例えば１つ以上の結合排気ガスサブモジュール１６１、１つ以上の末端排気ガスサブモジュール１６３、および排気ガスインターフェース２１２と結合する１つ以上の流出ガスサブモジュール１６２を有するのがよい。

【0037】

吸入空気サブマニホルド１７０は、複数の吸入空気サブモジュール１７１，１７２，１７３、例えば１つ以上の結合吸入空気サブモジュール１７１、１つ以上の末端吸入空気サブモジュール１７３、および吸入空気インターフェース２１３に結合する１つ以上の吸入空気サブモジュール１７２を有するのがよい。

【0038】

一実施形態によれば、モジュール化燃料電池システム１００は、熱を吸入空気と排気ガスとの間で交換するよう構成された外部熱交換器１８０を含む。外部熱交換器１８０の実施例が図５ａ～図５ｃに示されている。「外部」という用語は、燃料電池モジュールの外部に位置するものとしてまたは燃料電池モジュールの一部ではないものとして理解されるべきである。以下にさらに説明するように、燃料電池モジュールは、幾つかの実施形態では、内部熱交換器を含むのがよく、かかる内部熱交換器は、熱を同一の燃料電池モジュールの部分内で交換する。他方、外部熱交換器は、熱をモジュール化燃料電池システム１００の部分相互間で交換し、それにより好ましくは、燃料電池モジュールの全てに影響が及ぼされる。外部熱交換器１８０は、好ましくは、熱エネルギーを排気ガスマニホルド１３０の下流側の位置のところで排気ガスからまたは排気ガスに伝達するよう構成されるとともに／あるいはエネルギーをターボ過給システム１５０の下流側の位置のところで吸入空気からまたは吸入空気へ伝達するよう構成される。特定の実施形態では、外部熱交換器１８０は、燃料および／または水を予熱するよう使用されるのがよい。外部熱交換器１８０は、有利には、燃料電池システムに一度連結される必要があるだけであり、かくして、設計が単純化されるとともに燃料電池システムを製造する時間およびコストが減少する。

【0039】

１つの実施形態では、外部熱交換器１８０は、熱を吸入空気からタービン１５１の上流側に位置する排気ガスに伝達するよう構成されている。この実施形態では、燃料電池１１１が低温燃料電池、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＭＦＣ）である場合に特に有利である。かかる場合、燃料電池１１１を出た排気ガスは、例えば、８０℃という温度を有する場合がある。ターボ過給システム１５０を出た過給後吸入空気の温度は、１００℃から３００℃までの範囲にある場合がある。熱を吸入空気からタービン１５１の上流側に位置する排気ガスに伝達することにより、吸入空気の温度を低温燃料電池を動作させるのに適した温度まで減少させることができ、他方、タービン１５１の上流側の排気ガスの熱エネルギーを増大させることができ、かかる熱エネルギーは、ターボ過給システム１５０を動作させるのに必要なエネルギーコストを減少させるために使用できる。外部熱交換器１８０をこの実施形態ではアフタバーナ（過給後吸入空気のための）ともいう場合がある。図５ｂは、熱が吸入空気からタービン１５１の上流側の排気ガスに伝達される一実施形態を示している。

【0040】

外部熱交換器１８０は、第１の部分または第１の流体流れ通路および第２の流体流れ通路を有するのがよく、この場合、熱は、第１の流体流れ通路と第２の流体流れ通路との間で交換される。第１の流体流れ通路は、好ましくは、（過給後）吸入空気を流すために構成され、第２の流体流れ通路は、好ましくは、排気ガスを流すために構成されている。外部熱交換器１８０の第１の部分は、コンプレッサ１５２の下流側に、好ましくは、ターボ過給システムの最高圧力コンプレッサの下流側に、かつ吸入空気マニホルド１４０の上流側に配置される。外部熱交換器１８０の第２の部分は、排気ガスマニホルド１３０の下流側に、好ましくはターボ過給システムの最高圧力タービンの上流側に配置される。第１の部分は、好ましくは、熱を第２の部分に伝達するよう構成される。

【0041】

１つの実施形態では、外部熱交換器１８０は、熱をタービン１５１の上流側の排気ガスからコンプレッサ１５２の下流側の吸入空気に伝達するよう構成されている。この実施形態は、燃料電池１１１が高温燃料電池、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である場合に特に有利である。かかる場合、燃料電池１１１を出た排気ガス温度は、例えば、８００℃である場合がある。ターボ過給システムを出た後であっても、排気ガスの温度は、３５０℃以上である場合があり、例えば６００℃である。ターボ過給システム１５０を出たターボ過給後吸入空気の温度は、２００℃から３００℃までの範囲にあるのがよい。熱を（最低圧力）タービン１５１の下流側の排気ガスから伝達することにより、吸入空気の温度を高圧燃料電池を動作させるのに適した温度まで増大させることができる。熱エネルギーは、ターボ過給システムの上流側の排気ガスから抽出されることはなく、その結果、ターボ過給システムは、エネルギーを発生させることができる一方で、ターボ過給システムを出た排気ガスの過剰の熱だけが用いられ、かかる過剰の熱は、上述のように構成されていなければ、無駄になる恐れがある。図５ａは、熱がタービン１５１の下流側の排気ガスからコンプレッサ１５２の下流側の吸入空気に伝達される実施形態を示している。

【0042】

外部熱交換器１８０は、第１の部分または第１の流体流れ通路および第２の部分または第２の流体流れ通路を有するのがよく、この場合、熱は、第１の流体流れ通路と第２の流体流れ通路との間で交換される。第１の流体流れ通路は、好ましくは、（過給後）吸入空気を流すために構成され、第２の流体流れ通路は、好ましくは、排気ガスを流すために構成されている。外部熱交換器１８０の第１の部分は、コンプレッサ１５２の下流側に、好ましくはターボ過給システムの最高圧コンプレッサの下流側に、かつ吸入空気マニホルド１４０の上流側に配置される。外部熱交換器１８０の第２の部分は、タービンの下流側に、好ましくはターボ過給システムの最低圧タービンの下流側に配置される。第２の部分は、好ましくは、熱を第１の部分に伝達するよう構成される。

【0043】

ターボ過給システム１５０は、外部熱交換器１８０を含むのがよい。例えば、外部熱交換器１８０は、ターボ過給システム１５０と一体に形成されるのがよい。

【0044】

図２ｂは、燃料電池モジュール１１０内に含まれるのがよい追加のオプションとしてのコンポーネントを示している。図２ｂは、幾つかの特徴を示しているが、理解されるべきこととして、これら特徴の各々を図示の他の特徴とは別個独立に燃料電池モジュール１１０内に含めることができる。さらに、燃料電池モジュール１１０について示された特徴の各々はまた、第２の燃料電池モジュール４１０または複合燃料電池モジュール２１０内に含めることができる。これらコンポーネントのうちの１つ以上を燃料電池モジュール中に設けることにより、燃料電池システムのサイズをフレキシブルに適合させることができ、しかも燃料電池システムの組み立てが単純化される。

【0045】

燃料電池モジュールは、排気ガスライン１２５を有するのがよい。燃料電池モジュール１１０は、排気ガスライン１２５内に配置された内部熱交換器１２２、アフタバーナ１２１およびオキシダイザのうちの少なくとも１つを含むのがよい。好ましい実施形態では、燃料電池モジュール１１０は、排気ガスライン１２５内に配置された内部熱交換器１２２、およびアフタバーナ１２１またはオキシダイザを含む。内部熱交換器１２２および／またはアフタバーナ１２１および／またはオキシダイザは各々、排気ガスライン１２５内に直列に配置されるのがよい。アフタバーナ１２１またはオキシダイザは、好ましくは、内部熱交換器１２２の上流側に配置される。オキシダイザは、フレームレスオキシダイザ、触媒オキシダイザおよびサーマルオキシダイザから選択された１つであるのがよい。アフタバーナおよび／またはオキシダイザは、高温燃料電池、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いる場合に特に有益であると言える。低温燃料電池、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＭＦＣ）の場合、アフタバーナおよび／またはオキシダイザはまた、有利には、有害ガスを分解するとともに対応の化学エネルギーの一部を回収するよう採用されるのがよい。

【0046】

内部熱交換器を外部熱交換器に加えてまたは外部熱交換器の代替手段として設けることができる。内部熱交換器はまた、利用可能な熱エネルギーを有効な仕方で用いることができるようにし、かくして、エネルギー消費量および環境への優しさに関して燃料電池システムを改善する。

【0047】

上述したように、内部熱交換器１２２は、熱を同一の燃料電池モジュール１１０の部分内で交換するよう構成されている。内部熱交換器は、第１の部分または第１の流体通路および第２の部分または第２の流体流れ通路を有するのがよい。第１の流体流れ通路は、好ましくは（過給後）吸入空気の流れを通すよう構成され、第２の流体流れ通路は、好ましくは、排気ガスの流れを通すよう構成される。内部熱交換器１２２の第２の部分は、好ましくは、排気ガスライン１２５内に配置される。内部熱交換器１２２の第１の部分は、好ましくは、燃料電池モジュール１１０の吸入空気ライン１２７内に配置される。吸入空気ライン１２７が例えば図２ｂに示されている。

【0048】

１つの実施形態では、内部熱交換器１２２は、熱を排気ガスから燃料電池モジュール１１０内の吸入空気に伝達するよう構成されている。この実施形態は、燃料電池１１１が高温燃料電池、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である場合に特に有利である。この実施形態では、内部熱交換器１２２を吸入空気ヒータという場合がある。内部熱交換器の第１の部分は、好ましくは、燃料電池１１１のカソードの上流側に配置されるのがよい。

【0049】

もう１つの実施形態では、内部熱交換器１２２は、熱を吸入空気から燃料電池１１１内の排気ガスに伝達するよう構成されている。熱は、ターボ過給システム１５０の上流側の箇所で排気ガスに伝達される。この実施形態は、燃料電池１１１が低温燃料電池、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＭＦＣ）である場合に特に有利である。

【0050】

この実施形態では、内部熱交換器１２２を排気ガスヒータという場合がある。内部熱交換器の第１の部分は、好ましくは、燃料電池１１１のカソードの上流側にかつ／あるいはプレリフォーマまたはリフォーマ（両方とも、以下にさらに詳細に説明する）の上流側には位置されるのがよい。

【0051】

一実施形態によれば、内部熱交換器１２２および／または外部熱交換器１８０は、第３の部分または第３の流れ流体通路を有するのがよい。第３の流体流れ通路は、好ましくは、燃料または水の流れを通すよう構成される。内部熱交換器１２２および／または外部熱交換器１８０は、熱を排気ガスまたは吸入空気から水および／または燃料に伝達するよう構成されるのがよい。換言すると、内部熱交換器１２２および／または外部熱交換器１８０の第１の部分または第２の部分は、熱を第３の部分に伝達するよう構成されているのがよい。この実施形態は、燃料電池１１１が高温燃料電池、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である場合に特に有利であり、というのは、高温燃料サプライおよび／または高温水サプライが高温燃料電池モジュールを動作させる上で必要とされるからである。

【0052】

追加的または代替的に、内部熱交換器１２２は、第１の部分または第１の流れ流体通路または第２の部分または第２の流体流れ通路を有するのがよい。第１の流体流れ通路は、好ましくは、燃料または水の流れを通すよう構成され、これに対し、第２の流体流れ通路は、好ましくは、排気ガスのために構成されている。内部熱交換器１２２は、熱を排気ガスから水および／または燃料に伝達するよう構成されているのがよい。換言すると、内部熱交換器１２２の第２の部分は、熱を第１の部分に伝達するよう構成されるのがよい。

【0053】

燃料電池モジュール１１０を燃料供給インターフェース１１５に連結する燃料供給ラインをさらに有するのがよい。追加的にまたは代替的に、燃料電池モジュール電池１１０は、燃料電池モジュール１１０の１つ以上の水供給インターフェース１１４に連結された１本以上の水供給ラインをさらに有するのがよい。燃料供給インターフェース１１５および水供給インターフェース１１４は、燃料電池システム１００の単純なスケール変更、特に燃料電池システム１００の出力電力の単純なスケール変更を容易にするための完全にモジュール式のシステムとして燃料電池モジュール１１０を設計することができるようにする。水は、液体としての水または水の蒸気（水蒸気）であるのがよい。後者の場合、燃料電池モジュールの一部ではない蒸気発生器は、水の流れを水供給インターフェース１１４に供給することができる。燃料電池モジュール１１０が２つ以上の水供給インターフェース１１４を有する場合、水供給インターフェースのうちの１つは、液体としての水を供給するよう構成されるのがよく、水供給インターフェースのうちの第２の１つは水蒸気を供給するよう構成されるのがよい。変形例として、燃料電池モジュール１１０は、水供給インターフェース１１４を有さなくてもよく、水は、燃料電池１１１によって、例えば以下にさらに説明するアノード再循環ブロワによって供給できる。

【0054】

燃料は、炭化水素ガスまたは炭化水素ガス混合物を含むのがよい。好ましい実施形態では、燃料は、水素、メタン、液化天然ガス（ＬＮＧ）、アンモニア、メタノールおよびこれらの組み合わせからなる群から選択されるのがよい。

【0055】

燃料電池モジュール１１０は、燃料供給ライン内に配置された蒸気発生器１２８、プレリフォーマ１２６、リフォーマおよびシフト反応器のうちの少なくとも１つをさらに有するのがよい。加うるに、水供給ラインは、水供給インターフェース１１４を蒸気発生器１２８、プレリフォーマ１２６、リフォーマおよびシフト反応器のうちの少なくとも１つ、好ましくはプレリフォーマ１２６に連結するのがよい。開始材料（燃料）を化学的に反応させることができ、かくして、これがプレリフォーマ１２６、リフォーマおよびシフト反応器の上流側かつ下流側の異なるガス混合物に対応することができるが、燃料供給インターフェース１１５を燃料電池に連結するライン全体は、燃料供給ラインと見なされる。

【0056】

プレリフォーマ１２６および／またはリフォーマおよび／またはシフト反応器は各々、排気ガスライン１２５内に直列に配置されるのがよい。プレリフォーマ１２６は、好ましくは、リフォーマおよびシャフト反応器の上流側に配置される。リフォーマは、好ましくは、シフト反応器の上流側に配置される。蒸気発生器１２８は、好ましくは、水供給インターフェース１１４の下流側にかつプレリフォーマ１２６および／またはリフォーマおよび／またはシフト反応器および／または燃料電池１１１の上流側に配置される。変形例として、蒸気発生器は、プレリフォーマおよび／またはリフォーマおよび／または水‐ガス化学反応型シフト反応器の一構成要素であってもよい。

【0057】

プレリフォーマは、特に燃料、例えば高級炭化水素分子、の反応によってメタンを生産するよう構成されるのがよい。リフォーマは、特に燃料、例えば炭化水素と水蒸気の反応によって水素および一酸化炭素を生産するよう構成されるのがよい。シフト反応器は、水‐ガスシフト化学反応を促進しまたは引き起こすよう構成されるのがよい。シフト反応器は、反応体中に含まれる水素と比較して、水素の量を増大させるよう構成されているのがよい。蒸気発生器１２８は、液体としての水を蒸気に変換するよう構成されているのがよい。蒸気発生器には、好ましくは予熱水、例えば内部熱交換器１２２によって加熱された水が供給される。

【0058】

燃料電池１１１が高温燃料電池、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である場合、燃料電池モジュール１１０は、代表的には、リフォーマを収容しておらず、オプションとして、特に燃料が炭化水素燃料を含む場合にはプレリフォーマ１２６を収容するのがよい。燃料電池１１１が低温燃料電池、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＭＦＣ）である場合、燃料電池モジュール１１０は、代表的には、燃料が水素である場合にはリフォーマを収容していないが、特に燃料がメタンまたは炭化水素燃料を含む場合、例えば残存する一酸化炭素を酸化するためにリフォーマまたはシフト反応器を収容するのがよい。

【0059】

モジュール化燃料電池システム１００は、燃料電池モジュール１１０，４１０および／または複合燃料電池モジュール２１０の水供給インターフェース１１４の各々に流体的にかつ機械的に結合された水供給マニホルド１９０をさらに含むのがよい。水供給マニホルドの一例が図６に示されている。水供給マニホルド１９０は、複数の水供給モジュール１９１，１９２，１９３を有する。各水供給モジュール１９１，１９２，１９３は、少なくとも隣接の水供給モジュール１９１，１９２，１９３に流体的に結合されるとともに機械的に解除可能に連結され、しかも少なくとも１つの水供給インターフェース１１４に解除可能に連結されている。水供給マニホルド１９０は、水を蒸気発生器１２８および／またはプレリフォーマ１２６および／またはリフォーマおよび／または水‐ガス化学反応型シフト反応器および／または燃料電池１１１に供給するよう構成されている。

【0060】

水供給モジュール１９１，１９２，１９３は、互いにほぼ同じ構造および寸法形状のものである。代表的には、各水供給モジュールは、燃料電池モジュール１１０の同数の水供給インターフェース１１４に、好ましくは１つの単一水供給インターフェース１１４に連結される。水供給マニホルド１９０および排気ガスマニホルド１３０または吸入空気マニホルド１４０は、対応した仕方で構成されるのがよく、例えば、水供給マニホルド１９０は、複数の水供給モジュール１９１，１９２，１９３、例えば１つ以上の連結水供給モジュール１９１、１つ以上の末端水供給モジュール１９３、および水源と結合可能な１つ以上の流入水モジュール１９２を含むのがよい。

【0061】

モジュール化燃料電池システム１００は、燃料電池モジュール１１０，４１０および／または複合燃料電池モジュール２１０の燃料供給インターフェース１１５の各々に流体的にかつ機械的に結合された燃料供給マニホルドをさらに含むのがよい。燃料供給マニホルドは、複数の燃料供給モジュールを有する。各燃料供給モジュールは、少なくとも隣接の燃料供給モジュールに流体的に結合されるとともに機械的に解除可能に連結され、しかも少なくとも１つの燃料供給インターフェース１１５に解除可能に連結されている。燃料供給マニホルドは、燃料をプレリフォーマ１２６および／またはリフォーマおよび／または水‐ガス反応型シフト反応器および／または燃料電池１１１に供給するよう構成されている。

【0062】

燃料供給モジュールは、互いにほぼ同じ構造および寸法形状のものである。代表的には、各燃料モジュールは、燃料電池モジュール１１０の同数の燃料インターフェース１１５、好ましくは１つの単一燃料供給インターフェース１１５に連結されている。燃料供給マニホルドおよび排気ガスマニホルド１３０または吸入空気マニホルド１４０は、対応した仕方で構成されるのがよく、例えば、燃料供給マニホルドは、複数の燃料供給モジュール、例えば１つ以上の結合燃料供給モジュール、１つ以上の末端燃料供給モジュール、および燃料源と結合可能な１つ以上の流入燃料モジュールを含むのがよい。

【0063】

燃料供給マニホルドおよび水供給マニホルド１９０は、コンポーネントのタイプを可能な限り少なくした状態で、燃料電池システム１００、特に燃料電池システム１００の出力電力の単純なスケール変更を容易にする。

【0064】

一実施形態によれば、モジュール化燃料電池システム１００は、外部蒸気発生器および／または外部プレリフォーマのうちの少なくとも一方、外部リフォーマおよび水供給マニホルド１９０を含むのがよい。上述したように、「外部」という用語は、燃料電池モジュールの外部に位置するものとしてまたは燃料電池モジュールの一部ではないものとして理解されるべきである。この実施形態は、燃料電池システム１００全体のためには、１つの単一蒸気発生器および／または１つの単一プレリフォーマ、および／または１つの単一リフォーマおよび／または１つの単一のシフト反応器を提供すればよいようになっている。この実施形態では、燃料電池モジュールの水供給ラインおよび水供給インターフェース１１４を省くことができる。水供給マニホルドに代えて、（単一の）水供給ラインが外部蒸気発生器および／または外部プレリフォーマおよび／または外部リフォーマおよび／または外部シフト反応器を外部水源にれんけつすることができる。外部プレリフォーマ、外部リフォーマおよび外部シフト反応器のうちの少なくとも１つが燃料供給インターフェース１１５の上流側に配置されるのがよい。外部プレリフォーマ、外部リフォーマおよび外部シフト反応器のうちの少なくとも１つを含むモジュール化燃料電池システムは、コンポーネントの数を減らした単純な設計を考慮に入れている。さらに、燃料供給モジュール用のインターフェースの数を減少させることができ、それにより燃料電池システムのスケールをフレキシブルに適合させるのが容易になる。

【0065】

モジュール化燃料電池システム１００は、複数の外部蒸気発生器および／または各燃料供給モジュールのための外部プレリフォーマおよび／または外部リフォーマおよび／または外部シフト反応器を含むのがよい。モジュール化燃料電池システム１００は、外部プレリフォーマ、外部リフォーマおよび外部シフト反応器のうちの少なくとも１つを含むのがよい。換言すると、外部プレリフォーマ、外部リフォーマおよび外部シフト反応器のうちの少なくとも１つは、各燃料供給モジュール内に配置されるのがよい。

【0066】

一実施形態によれば、ターボ過給システム１５０は、少なくとも２つのターボチャージャを含むのがよい。

【0067】

１つの例示の実施形態では、少なくとも２つのターボチャージャが吸入空気マニホルド１４０および排気ガスマニホルド１３０と並列に連結されるのがよい。ターボチャージャの各々は、タービンおよびコンプレッサを含む。少なくとも２つのターボチャージャのうちの１つ以上は、シャフト付きターボチャージャであるのがよく、この場合、コンプレッサ１５２とタービン１５１は、シャフトを介して機械的に結合され、または変形例として、別個の電気コンプレッサおよび別個の電気タービンを含んでもよい。少なくとも２つのターボチャージャの各々は、本明細書において説明したような外部熱交換器１８０を有するのがよい。吸入空気マニホルド１４０の上流側の空気流の流路および／または排気ガスマニホルド１３０の下流側の排気ガスの流路は、２つ以上の平行な流路に分割（枝分かれ）されるのがよく、ターボチャージャの各々は、平行な流路のうちの一方と流体連通状態にある。

【0068】

もう１つの例示の実施形態では、少なくとも２つのターボチャージャは、吸入空気マニホルドおよび排気空気マニホルドと直列に連結されるのがよい。ターボチャージャのうちの１つを低圧ターボチャージャという場合があり、ターボチャージャのうちの１つを高圧ターボチャージャという場合がある。低圧ターボチャージャおよび／または高圧ターボチャージャは、電気ターボチャージャであるのがよく、特に、別個の電気コンプレッサおよび別個の電気タービンを含む。代表的には、直列連結された少なくとも２つのターとチャージャを含むターボ過給システムは、本明細書において説明する外部熱交換器１８０を１つしか含まないのがよい。

【0069】

追加的にまたは代替的に、ターボ過給システムは、低圧ターボチャージャと高圧ターボチャージャとの間に配置されたインタークーラを含んでもよく、あるいは、３つ以上のターボチャージャの場合、ターボ過給システムは、隣り合うターボチャージャの各対相互間に配置されたインタークーラを含むのがよい。インタークーラは、第１の部分または第１の流体流れ通路および第２の部分または第２の流体流れ通路を有するのがよい。

【0070】

１つの例示の実施形態では、第１の流体流れ通路は、好ましくは、流体または水の流れを通すよう構成され、これに対し、第２の流体流れ通路は、好ましくは、過給後吸入空気のために構成されている。第２の流体流れ通路は、好ましくは、低圧圧縮機と高圧圧縮機との間、または隣接の対をなすコンプレッサ相互間に配置される。インタークーラは、熱を過給後吸入空気から水または燃料に伝達するよう構成されているのがよい。換言すると、インタークーラの第２の部分は、熱を第１の部分に伝達するよう構成されているのがよい。有利には、インタークーラは、過給後吸入空気の熱エネルギーを用いて燃料電池モジュールの動作のために加熱される必要のある水および／または燃料を加熱することができるようになっている。この実施形態は、燃料電池が高温燃料電池である場合に特に有利であると言え、この場合、高圧タービンに由来する排気ガスは、低圧コンプレッサに由来する吸入空気の温度よりも高い温度を有することができ、したがって、インタークーラ経由で吸入空気を冷却するために使用できない。したがって、インタークーラは、熱エネルギーを別の仕方で利用することができるようになっている。

【0071】

１つの例示の実施形態では、第１の流体流れ通路は、好ましくは、排気ガス向きに構成され、これに対し、第２の流体流れ通路は、好ましくは、過給後吸入空気向きに構成されている。第１の流体流れ通路は、好ましくは、高圧タービンと低圧タービンとの間、または隣接の１対のタービン相互間に配置される。第２の流体流れ通路は、好ましくは、低圧コンプレッサと低圧コンプレッサとの間、または隣接の１対のコンプレッサ相互間に配置される。インタークーラは、熱を過給後吸入空気から排気ガスに伝達するよう構成されているのがよい。換言すると、インタークーラの第２の部分は、熱を第１の部分に伝達するよう構成されているのがよい。有利には、インタークーラは、過給後吸入空気の熱エネルギーを用いて排気ガスを加熱することができるようになっており、それにより、次のタービン段階における電力および効率が向上する。この実施形態は、燃料電池が低温燃料電池であるのに特に有利であると言え、この場合、高圧タービンに由来する排気ガスは、低圧コンプレッサに起因する吸入空気の温度よりも低い温度を有することができる。

【0072】

上述の例示の実施形態はまた、各々直列に配置された２つ以上のターボチャージャを有する２つ以上の並行ターボ過給サブシステムを設けることによって互いに組み合わせ可能である。上述の例示の実施形態はまた、２つ以上の並行ターボ過給サブシステムを有することによって互いに組み合わせ可能であり、ターボ過給システムのうちの１つ以上は、ターボチャージャを１つだけ含み、ターボ過給サブシステムのうちの１つ以上は、直列に配置された２つ以上のターボチャージャを含む。

【0073】

代表的には、各並行ターボ過給サブシステムは、たった１つの外部熱交換器１８０および／または上述したように、低圧ターボチャージャと高圧ターボチャージャとの間、または各対の隣り合うターボチャージャ相互間に配置されたインタークーラを有するのがよい。

【0074】

外部熱交換器１８０は、特に高温燃料電池、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いる場合に最低圧ターボチャージャと一体的に形成されるのがよい。この場合、ターボ熱は、最低圧タービンの上流側位置から燃料電池の下流側に位置する最高圧力段コンプレッサ後の位置まで伝達されるのがよい。

【0075】

図７は、直列に配置された３つのターボチャージャを備えるターボチャージャ過給システムを含む燃料電池システムを示している。ターボ過給システムは、高圧タービン１５３、中圧タービン１５４、低圧タービン１５５、高圧コンプレッサ１５６、中圧コンプレッサ１５７および低圧コンプレッサ１５８を含む。燃料電池システムは、外部熱交換器をさらに含む。第１の流体流れ通路は、（過給後）吸入空気の流れを通すよう構成され、第２の流体流れ通路は、排気ガスの流れを通すよう構成されている。外部熱交換機１８０の第１の部分は、ターボ過給システムの最高圧コンプレッサ１５６の下流側にかつ吸入空気マニホルド１４０の上流側に配置されている。外部熱交換器１８０の第２の部分は、ターボ過給システムの最低圧タービン１５５の下流側に配置されている。第２の部分は、好ましくは、熱を第１の部分に伝達するよう構成されている。好ましくは、ターボ過給システムは、各対のコンプレッサ相互間のインタークーラ、すなわち、高圧コンプレッサ１５６と中間圧コンプレッサ１５７との間の１つのインタークーラ、および中圧コンプレッサ１５７と低圧コンプレッサ１５８との間の１つのインタークーラを含むのがよい。図７に示す実施形態は、燃料電池１１１が高温燃料電池である場合に特に有利である。

【0076】

燃料電池システムは、ターボチャージャの各々のための外部熱交換器１８０を含むのがよい。各外部熱交換器１８０は、特に低温燃料電池を用いる場合にターボチャージャのうちの１つと一体に形成されるのがよい。各段では、熱は、圧縮機の後から対応のタービンの上流側に（前に）進むことができる。

【0077】

図８は、直列に配置された３つのターボチャージャを備えたターボ過給システムを含む燃料電池システムを示している。ターボ過給システムは、高圧タービン１５３、中圧タービン１５４、低圧タービン１５５、高圧コンプレッサ１５６、中圧コンプレッサ１５７および低圧コンプレッサ１５８を含む。燃料電池システムは、ターボチャージャの各々のために外部熱交換器１８０を含む。各段では、熱は、コンプレッサの後から対応のタービンの上流側に（前に）進む。図８に示す実施形態は、燃料電池１１１が低温燃料電池である場合に特に有利である。

【0078】

燃料電池モジュール１１０は、内部電気接続システム、および電気接続インターフェースをさらに有する。モジュール化燃料電池システムは、燃料電池システム、および特に燃料電池モジュールの動作を制御する制御システム、および外部電気接続システムを含むのがよい。外部電気接続システムは、制御システムに接続されるとともに燃料電池モジュール１１０の各々の電気接続インターフェースに接続されるのがよい。

【0079】

モジュール化燃料電池システムは、冷却回路を含むのがよく、燃料電池モジュール１１０は、１つ以上の冷却回路インターフェース、例えば入口および出口接続部をさらに含むのがよい。冷却用流体は、水、空気または任意他の適当な冷却剤流体であるのがよい。

【0080】

燃料電池モジュール１１０は、アノード再循環ブロワ１２３をさらに含むのがよく、このアノード再循環ブロワの一例が図２ｂに示されている。アノード再循環ブロワ１２３は、燃料電池１１１によって消費されなかった水素および／または燃料電池１１１のアノードから出た水をプレリフォーマおよび／またはリフォーマおよび／または水‐ガス反応型シフト反応器および／または燃料電池の燃料入口（例えば、水素送り込み部）に送り戻すよう構成されているのがよい。

【0081】

本発明の燃料電池システムは、極めて様々な燃料消費量の互いに異なる用途範囲向きに利用されるのがよい。例えば、燃料電池システムは、自動車用途、ならびに熱電併給（ＣＨＰ）用途に用いられるが、コストの劇的な削減が期待することができるＭＷ出力電力を必要とする大規模用途にも利用できる。

【0082】

上述のことは、諸実施形態に関するが、基本的な範囲から逸脱することなく他の実施形態および別の実施形態を想到することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。

【符号の説明】

【0083】

１００ モジュール化燃料電池システム
１１０，４１０ 燃料電池モジュール
１１１ 燃料電池
１１２，４１２ 排気ガスインターフェース
１１３，４１３ 吸入空気インターフェース
１１４ 水供給インターフェース
１１５ 燃料供給インターフェース
１２１ アフタバーナ
１２２ 内部熱交換器
１２３ アノード再循環ブロワ
１２４，２２４ ハウジング
１２５ 排気ガスライン
１２６ プレリフォーマ
１２７ 吸入空気ライン
１３０ 排気ガスマニホルド
１３１，１３２，１３３ 排気ガスモジュール
１４０ 吸入空気マニホルド
１４１，１４２，１４３ 吸入空気モジュール
１５０ ターボ過給システム
１５１ タービン
１５２ コンプレッサ
１５３ 高圧タービン
１５４ 中圧タービン
１５５ 低圧タービン
１５６ 高圧コンプレッサ
１５７ 中圧コンプレッサ
１５８ 低圧コンプレッサ
１６０ 排気ガスサブマニホルド
１６１，１６２，１６３ 排気ガスサブモジュール
１７０ 空気サブマニホルド
１７１，１７２，１７３ 吸入空気サブモジュール
１８０ 外部熱交換器
１９０ 水供給マニホルド
１９１，１９２，１９３ 水供給モジュール
２１０ 複合燃料電池モジュール
２１２ 排気ガスインターフェース
２１３ 吸入空気インターフェース
３１０ 燃料電池サブモジュール
３１２ 排気ガスサブインターフェース
３１３ 吸入空気サブインターフェース

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2024-04-05

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モジュール化燃料電池システム（１００）であって、
‐複数の燃料電池モジュール（１１０，４１０）を含み、各燃料電池モジュール（１１０，４１０）は、燃料電池（１１１）、吸入空気を前記燃料電池モジュール（１１０，４１０）に提供する吸入空気インターフェース（１１３，４１３）、および排気ガスを前記燃料電池モジュール（１１０，４１０）から運び去る排気ガスインターフェース（１１２，４１２）を備え、
‐前記燃料電池モジュール（１１０，４１０）の前記吸入空気インターフェース（１１３）の各々に連結された吸入空気マニホルド（１４０）を含み、前記吸入空気マニホルド（１４０）は、複数のモジュール（１４１，１４２，１４３）を収容し、各吸入空気モジュール（１４１，１４２，１４３）は、吸入空気を前記吸入空気マニホルド（１４０）から前記吸入空気インターフェース（１１３）のうちの少なくとも１つに提供するために少なくとも１つの隣接の吸入空気モジュール（１４１，１４２，１４３）に解除可能に連結されるとともに、前記吸入空気インターフェース（１１３）のうちの少なくとも１つに解除可能に連結されており、
‐前記燃料電池モジュール（１１０，４１０）の排気ガスインターフェース（１２０）の各々に連結された排気ガスマニホルド（１３０）を含み、前記排気ガスマニホルド（１３０）は、複数の排気ガスモジュール（１３１，１３２，１３３）を収容し、各排気ガスモジュール（１３１，１３２，１３３）は、排気ガスを前記排気ガスインターフェース（１１２）のうちの少なくとも１つから受け入れるために少なくとも１つの隣接の排気ガスモジュール（１３１，１３２，１３３）に解除可能に連結されるとともに、前記排気ガスインターフェース（１１２）のうちの少なくとも１つに解除可能に連結されており、
‐コンプレッサ（１５２）およびタービン（１５１）を備えた少なくとも１つのターボチャージャを有するターボ過給システム（１５０）を含み、前記タービン（１５１）は、前記排気ガスを前記排気ガスマニホルド（１３０）から受け入れるために前記排気ガスマニホルド（１３０）と流体連通状態にあり、前記コンプレッサ（１５２）は、過給後の吸入空気を前記吸入空気マニホルド（１４０）に提供するために前記吸入空気マニホルド（１４０）と流体連通状態にある、モジュール化燃料電池システム。

【請求項2】

前記複数の燃料電池モジュール（１１０，４１０）は、第１の燃料電池モジュール（１１０）および第２の燃料電池モジュール（４１０）を含み、前記第２の燃料電池モジュール（４１０）の総出力電力は、前記第１の燃料電池モジュール（１１０）の総出力電力よりも大きい、請求項１記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項3】

複数の燃料電池サブモジュール（３１０）を備えた複合燃料電池モジュール（２１０）をさらに含み、各燃料電池サブモジュール（３１０）は、燃料電池、吸入空気を前記燃料電池サブモジュール（３１０）に提供する吸入空気サブインターフェース（３１３）、および排気ガスを前記燃料電池サブモジュール（３１０）から運び去る排気ガスサブインターフェース（３１２）を含む、請求項１または２記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項4】

前記第２の燃料電池モジュール（４１０）と前記複合燃料電池モジュール（２１０）の総出力電力は、実質的に同じであり、かつ／あるいは前記燃料電池モジュール（４１０）および前記複合燃料電池モジュール（２１０）は各々、実質的に同一サイズのハウジング（２２４）を含む、請求項３記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項5】

前記複合燃料電池モジュール（２１０）は、吸入空気モジュール（１４１，１４２，１４３）のうちの１つを前記複数の燃料電池サブモジュール（３１０）の前記吸入空気サブインターフェース（３１３）の各々に連結する吸入空気サブマニホルド（１７０）、および前記排気ガスモジュール（１３１，１３２，１３３）のうちの１つを前記複数の燃料電池サブモジュール（３１０）の前記排気ガスサブインターフェース（３１２）の各々に連結する排気ガスサブマニホルド（１６０）をさらに含む、請求項３記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項6】

熱を吸入空気と排気ガスとの間で交換するよう構成された外部熱交換器（１８０）をさらに含む、請求項１に記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項7】

前記外部熱交換器（１８０）は、熱を前記吸入空気から前記タービン（１５１）の上流側の前記排気ガスに伝達するよう構成されている、請求項６記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項8】

前記外部熱交換器（１８０）の第１の部分が前記コンプレッサ（１５２）の下流側にかつ前記吸入空気マニホルド（１４０）の上流側に配置され、前記外部熱交換器（１８０）の第２の部分が前記排気ガスマニホルド（１３０）の下流側にかつ前記タービン（１５１）の上流側に配置される、請求項６または７記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項9】

前記外部熱交換器（１８０）は、熱を前記タービン（１５１）の下流側の前記排気ガスから前記コンプレッサ（１５２）の下流側の前記吸入空気に伝達するよう構成されている、請求項６記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項10】

前記外部熱交換器（１８０）の第１の部分が前記コンプレッサ（１５２）の下流側にかつ前記吸入空気マニホルド（１４０）の上流側に配置され、前記外部熱交換器（１８０）の第２の部分が前記タービン（１５１）の下流側に配置される、請求項６または９記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項11】

前記吸入空気マニホルド（１４０）および前記排気ガスマニホルド（１３０）と並列に連結された少なくとも２つのターボチャージャを含む、請求項１に記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項12】

前記複数の燃料電池モジュール（１１０）の各々は、前記燃料電池（１１１）を前記排気ガスインターフェース（１１２）に連結する排気ガスライン（１２５）をさらに含み、前記モジュール化燃料電池システムは、前記排気ガスライン（１２５）内に配置された内部熱交換器（１２２）、アフタバーナ（１２１）、およびオキシダイザならびに前記内部熱交換器と前記アフタバーナと前記オキシダイザの組み合わせをさらに含み、オプションとして、前記排気ガスライン（１２５）内に直列に配置された前記内部熱交換器（１２２）と前記アフタバーナ（１２１）を含む、請求項１に記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項13】

前記複数の燃料電池モジュール（１１０）の各々は、前記燃料電池（１１１）を燃料供給インターフェース（１１５）に連結する燃料供給ラインをさらに含み、前記モジュール化燃料電池システムは、前記燃料供給ライン内に配置された蒸気発生器（１２８）、プレリフォーマ（１２６）、リフォーマおよびシフト反応器のうちの１つをさらに含む、請求項１に記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項14】

前記複数の燃料電池モジュール（１１０，４１０）の各々および／または前記複合燃料電池モジュール（２１０）の各々は、水供給インターフェース（１１４）を含み、前記燃料電池システム（１００）は、
‐前記燃料電池モジュール（１１０，４１０）および／または前記複合燃料電池モジュール（２１０）の前記水供給インターフェース（１１４）の各々に連結された水供給マニホルド（１９０）をさらに含み、前記水供給マニホルド（１９０）は、複数の水供給モジュール（１９１，１９２，１９３）を収容し、各水供給モジュール（１９１，１９２，１９３）は、少なくとも隣接の水供給モジュール（１９１，１９２，１９３）に解除可能に連結されるとともに、少なくとも１つの水供給インターフェース（１１４）に解除可能に連結されている、請求項１に記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項15】

前記複数の燃料電池モジュール（１１０，４１０）の各々および／または前記複合燃料電池モジュール（２１０）の各々は、燃料供給インターフェース（１１５）を含み、前記燃料電池システム（１００）は、
‐前記燃料電池モジュール（１１０，４１０）の前記燃料供給インターフェース（１１５）の各々および／または前記複合燃料電池モジュール（２１０）の各々に連結された燃料供給マニホルドをさらに含み、前記燃料供給マニホルドは、複数の燃料供給モジュールを収容し、各燃料供給モジュールは、少なくとも隣接の燃料供給モジュールに解除可能に連結されるとともに、少なくとも１つの燃料供給インターフェース（１１５）に解除可能に連結されている、請求項１に記載のモジュール化燃料電池システム。

【請求項16】

前記燃料供給マニホルドおよび／または前記水供給マニホルド（１９０）に連結された外部蒸気発生器、外部プレリフォーマ、外部リフォーマおよび外部シフト反応器のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１４または１５記載のモジュール化燃料電池システム。

【国際調査報告】