特表 2024-538393 燃料電池システム、および燃料電池システムを作動させる方法

(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】2024-10-18

(54)【発明の名称】燃料電池システム、および燃料電池システムを作動させる方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04828 20160101AFI20241010BHJP

   H01M 8/04298 20160101ALI20241010BHJP

   H01M 8/04492 20160101ALI20241010BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20241010BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04828

H01M8/04298

H01M8/04492

H01M8/0432

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024529397

(86)(22)【出願日】2022-11-21

(85)【翻訳文提出日】2024-05-16

(86)【国際出願番号】 EP2022082608

(87)【国際公開番号】W WO2023094316

(87)【国際公開日】2023-06-01

(31)【優先権主張番号】102021213328.2

(32)【優先日】2021-11-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100177839

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 玲児

(74)【代理人】

【識別番号】100172340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 始

(74)【代理人】

【識別番号】100182626

【弁理士】

【氏名又は名称】八島 剛

(72)【発明者】

【氏名】レヴァース，グレゴリー

【テーマコード（参考）】

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H127AB04

5H127AC10

5H127BA02

5H127BB02

5H127BB07

5H127BB12

5H127BB22

5H127BB34

5H127BB37

5H127BB39

5H127BB40

5H127DB24

5H127DB26

5H127DB34

5H127DB36

5H127DB45

5H127DB48

5H127DC27

5H127DC28

5H127DC38

5H127DC68

5H127FF09

(57)【要約】

燃料電池システムを作動させる方法は、燃料電池システムの燃料電池のカソードのカソード入口に酸化ガス流が供給されることと、給湿器の排ガス入口にカソードのカソード出口からカソード排ガス流が供給されることと、給湿器の排ガス出口を介して給湿器からカソード排ガス流が排出されることと、カソード排ガス流から抽出された水によって給湿器で酸化ガス流が給湿されることと、カソード排ガスの水分含有率についての次の指標のうちの少なくとも１つが判定されることとを含み：カソード入口とカソード出口の間の圧力損失、給湿器の排ガス入口と排ガス出口の間の圧力損失、給湿器の排ガス入口と排ガス出口の間のカソード排ガス流の第１の温度差、給湿器の酸化ガス入口と酸化ガス出口の間の酸化ガス流の第２の温度差、かつ、少なくとも１つの判定された指標をベースとして燃料電池システムの少なくとも１つの動作パラメータが調整されることで、カソード入口での水分供給および／またはカソードからの水分排出が変更されることを含む。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池システム（２００）を作動させる方法（Ｍ）において、
前記燃料電池システム（２００）の燃料電池（２１０）のカソード（２１０Ｂ）のカソード入口（２１３）に酸化ガス流が供給（Ｍ１）されることと、
給湿器（２３０）の排ガス入口（２３３）に前記カソード（２１０Ｂ）のカソード出口（２１４）からカソード排ガス流が供給（Ｍ２）されることと、
前記給湿器（２３０）の排ガス出口（２３４）を介して前記給湿器（２３０）からカソード排ガス流が排出（Ｍ４）されることと、
カソード排ガス流から抽出された水によって前記給湿器（２３０）で酸化ガス流が給湿（Ｍ５）されることと、
カソード排ガスの水分含有率についての次の指標のうちの少なくとも１つが判定（Ｍ６）されることとを含み、
前記カソード入口（２１３）と前記カソード出口（２１４）の間の圧力損失、前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）と前記排ガス出口（２３４）の間の圧力損失、前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）と前記排ガス出口（２３４）の間のカソード排ガス流の第１の温度差、前記給湿器（２３０）の酸化ガス入口（２３１）と酸化ガス出口（２３２）の間の酸化ガス流の第２の温度差、かつ、
少なくとも１つの判定された指標をベースとして前記燃料電池システム（２００）の少なくとも１つの動作パラメータが調整されることで、前記カソード入口（２１３）での水分供給および／または前記カソード（２１０Ｂ）からの水分排出が変更（Ｍ７）されることを含む、方法。

【請求項2】

前記カソード入口（２１３）と前記カソード出口（２１４）の間の圧力損失の判定（Ｍ６）は、前記給湿器（２３０）と前記カソード入口（２１３）の間の圧力の検出、前記カソード出口（２１４）と前記給湿器の前記排ガス入口（２３３）の間の圧力の検出、および検出された圧力間の圧力差の計算を含み、または、前記カソード入口（２１３）と前記カソード出口（２１４）の間の圧力差の検出を含む、請求項１に記載の方法（Ｍ）。

【請求項3】

前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）と前記排ガス出口（２３４）の間の圧力損失の判定（Ｍ６）は、前記カソード出口（２１４）と前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）の間の圧力の検出、前記給湿器（２３０）の前記排ガス出口（２３４）の下流側の圧力の検出、および、検出された圧力間の圧力差の計算を含み、または、前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）と前記排ガス出口（２３４）の間の圧力差の検出を含む、請求項１または２に記載の方法（Ｍ）。

【請求項4】

前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）と前記排ガス出口（２３４）の間のカソード排ガス流の第１の温度差の判定（Ｍ６）は、前記カソード出口（２１４）と前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）の間の温度の検出、前記給湿器（２３０）の前記排ガス出口（２３４）の下流側の温度の検出、および、検出された温度間の差異の計算を含む、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法（Ｍ）。

【請求項5】

前記給湿器（２３０）の前記酸化ガス入口（２３１）と前記酸化ガス出口（２３２）の間の酸化ガス流の第２の温度差の判定（Ｍ６）は、前記給湿器（２３０）の前記酸化ガス出口（２３２）と前記カソード入口（２１３）の間の温度の検出、前記給湿器（２３０）の前記酸化ガス入口（２３１）の上流側の温度の検出、および、検出された温度間の差異の計算を含む、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法（Ｍ）。

【請求項6】

前記燃料電池システム（２００）の少なくとも１つの動作パラメータは、判定された第１および／または第２の温度差が５℃から１５℃、特に８℃から１２℃の範囲内で保たれるように変更される、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法（Ｍ）。

【請求項7】

前記カソード入口（２１３）への水分供給の変更（Ｍ７）は、前記給湿器（２３０）を迂回する第１のバイパス配管（２４１）を介しての前記カソード入口（２１３）への酸化ガス流の少なくとも部分的な供給を含み、および／または、前記給湿器（２３０）を迂回する第２のバイパス配管（２４２）を介しての前記カソード出口（２１４）からのカソード排ガス流の少なくとも部分的な排出を含む、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法（Ｍ）。

【請求項8】

前記第１のバイパス配管（２４１）を介して前記カソード入口（２１３）に酸化ガス流を少なくとも部分的に供給するために、少なくとも１つの判定された指標をベースとして、第１のバイパス弁（２４３）の開度の調整が行われ、および／または、前記第２のバイパス配管（２４２）を介して前記カソード出口（２１４）からカソード排ガス流を少なくとも部分的に排出するために、少なくとも１つの判定された指標をベースとして、第２のバイパス弁（２４４）の開度の調整が行われる、請求項７に記載の方法（Ｍ）。

【請求項9】

前記カソード入口（２１３）への水分供給および／または前記カソード（２１０Ｂ）からの水分排出の変更（Ｍ７）は、前記燃料電池システム（２００）の次の動作パラメータ、
特に酸化ガスを送出する圧縮機（２２０）の回転数の変更による、または前記カソード出口（２１４）と接続された圧力制御弁（２２６）の開放位置の変更による、酸化ガス質量流量の変更、
特に前記燃料電池（２１０）を冷却する冷却剤質量流量の変更による、前記カソード（２１０Ｂ）での気化出力を変更するための前記カソード（２１０Ｂ）の温度の変更、
ドレーン弁（２２５）を介しての前記カソード（２１０Ｂ）からの液体の水の排出、
のうちの１つまたは複数の調整を含む、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法（Ｍ）。

【請求項10】

燃料電池システム（２００）において、
アノード（２１０Ａ）、カソード（２１０Ｂ）、前記アノード（２１０Ａ）と前記カソード（２１０Ｂ）の間に配置された電解膜（２１０Ｃ）、前記アノード（２１０Ａ）に燃料を供給するためのアノード入口（２１１）、前記アノード（２１０Ｂ）から排ガスを排出するためのアノード出口（２１２）、前記カソード（２１０Ｂ）に酸化ガスを供給するためのカソード入口（２１３）、および前記カソード（２１０Ｂ）からカソード排ガスを排出するためのカソード出口（２１４）を有する少なくとも１つの燃料電池（２１０）と、
酸化ガス入口（２３１）、前記カソード入口（２１３）と接続された酸化ガス出口（２３２）、前記カソード出口（２１４）と接続された排ガス入口（２３３）、および排ガス出口（２３４）を有する給湿器（２３０）とを含み、前記給湿器（２３０）は、前記カソード出口（２１４）から来るカソード排ガスから水を抽出し、前記酸化ガス入口（２３１）から前記酸化ガス出口（２３２）へと流れる酸化ガスを分離された水で給湿するためにセットアップされ、
前記酸化ガス出口（２３２）と前記カソード入口（２３２）の間の圧力および前記カソード出口（２３２）と前記排ガス入口（２３３）の間の圧力、ならびに／または前記カソード出口（２３２）と前記排ガス入口（２３３）の間および前記排ガス出口（２３４）の下流側の圧力、ならびに／または前記カソード出口（２３２）と前記排ガス入口（２３３）の間および前記排ガス出口（２３４）の下流側の温度、ならびに／または前記カソード入口（２１３）と前記給湿器の前記酸化ガス出口（２３２）の間および前記給湿器（２３０）の前記酸化ガス入口（２３１）の上流側の温度を検出するためにセットアップされたセンサシステム（２６０）を含み、かつ、
前記センサシステム（２６０）と信号伝送式に接続され、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法（Ｍ）を実施するように前記燃料電池システム（２００）へ指示するために前記燃料電池システム（２００）の少なくとも１つの動作パラメータを変更するための制御信号を出力するためにセットアップされた制御装置（２７０）を含む、燃料電池システム。

【請求項11】

前記給湿器（２３０）の前記酸化ガス入口（２３１）の上流側に位置する、酸化ガス流の流動経路の個所を、前記給湿器（２３０）の前記酸化ガス出口（２３２）と前記カソード入口との間に位置する前記流動経路の個所と、前記給湿器（２３０）を迂回したうえで接続する第１のバイパス配管（２４１）を追加的に含み、前記第１のバイパス配管（２４１）には、好ましくは前記制御装置（２７０）と接続されて前記制御装置（２７０）により操作可能である第１のバイパス弁（２４３）が配置され、および／または、
前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）と前記カソード出口（２１４）の間に位置する、カソード排ガス流の流動経路の個所を、前記給湿器（２３０）の前記排ガス出口（２３４）の下流側に位置する、カソード排ガス流の前記流動経路の個所と、前記給湿器（２３０）を迂回したうえで接続する第２のバイパス配管（２４２）を追加的に含み、前記第２のバイパス配管（２４２）には、好ましくは前記制御装置（２７０）と接続されて前記制御装置（２７０）により操作可能である第２のバイパス弁（２４４）が配置される、請求項９に記載の燃料電池システム（２００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システム、および燃料電池システムを作動させる方法に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池は、たとえば水素などの燃料に蓄えられた化学エネルギーを酸素とともに電気エネルギーへ直接変換するためのエネルギー変換器として、特に車両で利用されることが増えている。燃料電池は、典型的には、アノードと、カソードと、アノードとカソードの間に配置された電解膜とを有している。アノードでは燃料の酸化が行われ、カソードでは酸素の還元が行われる。

【0003】

カソード側では、酸素含有の酸化ガス流が、通常は周囲空気が、酸化ガス入口で供給される。このとき酸化ガスは通常は圧縮されて、給湿器によって所定の水分含有率まで給湿される。カソード側で酸素が還元されるときに水が発生し、この水は、カソードで反応しなかった酸化ガス流の成分とともに、カソード排ガス流として酸化ガス出口で少なくとも部分的に排出される。カソード排ガス流は給湿器に供給され、この給湿器で、カソード排ガスに含まれる水／水蒸気が、カソードへと流れる酸化ガスへ給湿のために部分的に供給される。

【0004】

燃料電池の電解膜が乾燥しすぎると、燃料電池のパフォーマンスが悪くなる。膜を通してのプロトンの輸送が難しくなるからである。さらに膜の乾燥は、その損傷にもつながりかねない。それに対して、多すぎる水が燃料電池に送出されると溢水の危険があり、このことは反応場所での酸素原子の供給を難しくし、同じく燃料電池のパフォーマンスを低下させる。したがって燃料電池の動作状態に依存して、酸化ガス入口に入る最善の水分質量流量を調整し、ないしは酸化ガス流の水分含有率を調整するのが望ましい。

【0005】

特許文献１には、燃料電池システムの乾燥に対処する方法が開示されており、カソード入口に流入する酸化ガスと、燃料電池のカソード出口から流出するカソード排ガスとの間の第１の温度差が検出されて、第１の温度限界値と比較される。この温度差が第１の温度限界値を上回っているとき、燃料電池システムの乾燥状態が検知されて、たとえば燃料電池により生成される電流の制限などの相応の対応策が開始される。さらに、燃料電池を冷却する冷却剤の第２の温度差が冷却剤入口と冷却剤出口との間で判定され、判定された第２の温度差が第２の温度限界値を上回っているときに、燃料電池乾燥状態の発生が検知される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第８９９３１８６Ｂ２号明細書

【発明の概要】

【0007】

本発明によると、請求項１の構成要件を有する、燃料電池システムを作動させる方法、ならびに請求項１０の構成要件を有する燃料電池システムが意図される。

【0008】

本発明の第１の態様によると、燃料電池システムを作動させる方法は、燃料電池システムの燃料電池のカソードのカソード入口に酸化ガス流が供給されることと、給湿器の排ガス入口にカソードのカソード出口からカソード排ガス流が供給されることと、給湿器の排ガス出口を介して給湿器からカソード排ガス流が排出されることと、カソード排ガス流から抽出された水によって給湿器で酸化ガス流が給湿されることと、カソード排ガスの水分含有率についての次の指標のうちの少なくとも１つが判定されることとを含む：カソード入口とカソード出口の間の圧力損失、給湿器の排ガス入口と排ガス出口の間の圧力損失、給湿器の排ガス入口と排ガス出口の間のカソード排ガス流の第１の温度差、給湿器の酸化ガス入口と酸化ガス出口の間の酸化ガス流の第２の温度差。さらにこの方法は、少なくとも１つの判定された指標をベースとして燃料電池システムの少なくとも１つの動作パラメータが調整されることで、カソード入口での水分供給および／またはカソードからの水分排出が変更されることを含む。

【0009】

本発明の第２の態様によると、たとえば車両で使用するために意図されていてよい燃料電池システムは、アノード、カソード、アノードとカソードの間に配置された電解膜、アノードに燃料を供給するためのアノード入口、アノードから排ガスを排出するためのアノード出口、カソードに酸化ガスを供給するためのカソード入口、およびカソードからカソード排ガスを排出するためのカソード出口を有する少なくとも１つの燃料電池と、酸化ガス入口、カソード入口と接続された酸化ガス出口、カソード出口と接続された排ガス入口、および排ガス出口を有する給湿器とを含み、給湿器は、カソード出口から来るカソード排ガスから水および水蒸気を抽出し、酸化ガス入口から酸化ガス出口へと流れる酸化ガスを分離されて抽出された水で給湿するためにセットアップされ、酸化ガス出口とカソード入口の間の圧力およびカソード出口と排ガス入口の間の圧力、ならびに／またはカソード出口と排ガス入口の間および排ガス出口の下流側の圧力、ならびに／またはカソード出口と排ガス入口の間および排ガス出口の下流側の温度、ならびに／またはカソード入口と給湿器の酸化ガス出口の間および給湿器の酸化ガス入口の上流側の温度を検出するためにセットアップされたセンサシステムを含み、かつ、センサシステムと信号伝送式に接続され、本発明の第１の態様に基づく方法を実施するように燃料電池システムへ指示するために燃料電池システムの少なくとも１つの動作パラメータを変更するための制御信号を出力するためにセットアップされた制御装置を含む。

【0010】

本発明の根底にある思想は、カソード入口からカソード出口へと流れるガスの、カソードで生じている圧力損失を参照して、および／または給湿器を貫流するときにカソード排ガス流で生じる圧力損失を参照して、および／または給湿器を貫流するときに生じるカソード排ガス流の温度変化を参照して、および／または給湿器を貫流するときに生じる酸化ガス流の温度変化を参照して、たとえば酸化ガスを通じてカソードに供給される水分質量流量が事前決定された範囲外にあるかどうかについて、カソードでの給湿状況の推定を引き出すことにある。判定された圧力損失および／または温度差は、カソード排ガス流の中の水分含有率を表す指標となる。カソードで発生する生成水に追加して行われるカソードへの水分注入は、実質的に酸化ガスを通じてのみ行われるので、カソード排ガスの水分含有率を通じて酸化ガスの水分含有率を推定することができる。一般に、カソードを通じての、ないし給湿器の排ガス入口から排ガス出口への圧力損失は、ガス中の水分含有率の上昇に伴って増大する。乾燥したガスの所与の質量流量のもとで、水分含有率の上昇に伴って質量流量が増えるからである。給湿器の中では、排ガス入口と排ガス出口との間で、カソード排ガスからたとえば膜で水が奪われて、たとえば膜を通る水の拡散を通じて酸化ガス流に供給される。このときカソード排ガス流の冷却が起こる。発生する温度差は、カソード排ガス流の水分含有率の増加に伴って大きくなることが確認されている。そのつどの圧力損失および／または温度差の実際値を、事前決定された目標範囲内に保つために、本発明によると、酸化ガスを通じてカソードに供給される水分質量流量が、および／またはカソードからたとえばカソード排ガスを通じて、もしくはその他の経路で、排出される水分質量流量が、判定された指標をベースとしたうえで変更され、それは、燃料電池システムの少なくとも１つの動作パラメータが変更されることによる。

【0011】

本発明の１つの利点は、たとえば湿度センサを通じて湿度が直接的に検出されるのではなく、圧力測定および／または温度測定を通じて間接的に検出されることにある。このことは、動作パラメータのいっそう迅速な適合化を可能にする。さらに別の利点は、カソードでの水分含有率の比較的正確な制御が簡易化されることにある。

【0012】

好ましい実施形態と発展例は、その他の従属請求項から、ならびに図面の図を参照する説明から、明らかとなる。

【0013】

いくつかの実施形態では、カソード入口とカソード出口の間の圧力損失の判定は、給湿器とカソード入口の間の圧力の検出、カソード出口と給湿器の排ガス入口の間の圧力の検出、および検出された圧力間の圧力差の計算を含み、または、カソード入口とカソード出口の間の圧力差の検出を含むことが意図されていてよい。それに応じて、カソード入口とカソード出口の間の圧力差として圧力損失を直接的に測定するために差圧センサを利用できるだけでなく、異なる圧力センサで圧力を測定して、圧力損失を表す圧力間の差異を、引き続いてたとえば制御装置によって測定することもできる。

【0014】

いくつかの実施形態では、給湿器の排ガス入口と排ガス出口の間の圧力損失の判定は、カソード出口と給湿器の排ガス入口の間の圧力の検出、給湿器の排ガス出口の下流側の圧力の検出、および、検出された圧力間の圧力差の計算を含み、または、給湿器の排ガス入口と排ガス出口の間の圧力差の検出を含むことが意図されていてよい。それに応じて、排ガス出口と排ガス入口の間の圧力差として圧力損失を直接的に測定するために差圧センサを利用できるだけでなく、異なる圧力センサで圧力を測定し、圧力損失を表す圧力間の差異を、引き続いてたとえば制御装置によって測定することもできる。

【0015】

いくつかの実施形態では、給湿器の排ガス入口と排ガス出口の間のカソード排ガス流の第１の温度差の判定は、カソード出口と給湿器の排ガス入口の間の温度の検出、給湿器の排ガス出口の下流側の温度の検出、および、検出された温度間の差異の計算を含むことが意図されていてよい。温度はそれぞれ温度センサによって検出することができ、差異は制御装置によって計算することができる。温度の測定の１つの利点は、きわめて低コストなセンサで正確かつ迅速に測定できることにあり、このことにより、測定された実際温度差が事前決定された温度目標範囲内で保たれるように、水分注入の制御を容易に具体化可能となる。

【0016】

いくつかの実施形態では、給湿器の酸化ガス入口と酸化ガス出口の間の酸化ガス流の第２の温度差の判定は、給湿器の酸化ガス出口とカソード入口の間の温度の検出、給湿器の酸化ガス入口の上流側の温度の検出、および、検出された温度間の差異の計算を含むことが意図されていてよい。

【0017】

いくつかの実施形態では、燃料電池システムの少なくとも１つの動作パラメータは、判定された第１および／または第２の温度差が５℃から１５℃、特に８℃から１２℃の範囲内で保たれるように変更されることが意図されていてよい。

【0018】

いくつかの実施形態では、カソード入口への水分供給の変更は、給湿器を迂回する第１のバイパス配管を介してのカソード入口への酸化ガス流の少なくとも部分的な供給を含むことが意図されていてよい。すなわち、このとき酸化ガス流は少なくとも部分的に給湿器の脇を通るように案内され、それに伴って追加的に給湿されることがない。このようにしてカソードに比較的乾燥した酸化ガス流が供給され、これが追加の水をカソードで受け取って運び出すことができる。したがって、酸化ガス流全体に占める、バイパス配管を通るように案内される酸化ガス流の割合と、給湿器を通るように案内される酸化ガス流の割合とが、燃料電池システムの動作パラメータとなり、これを変更することで、カソード入口での水分供給のきわめて効率的な変更ができるという利点がある。

【0019】

任意選択の第１のバイパス配管は、給湿器の酸化ガス入口の上流側に位置する、酸化ガス流の流動経路の個所を、給湿器の酸化ガス出口とカソード入口との間に位置するこの流動経路の個所と、給湿器を迂回したうえで接続する。

【0020】

いくつかの実施形態では、第１のバイパス配管を介してカソード入口に酸化ガス流を少なくとも部分的に供給するために、少なくとも１つの判定された指標をベースとして、第１のバイパス弁の開度の調整が行われることが意図されていてよい。第１のバイパス配管に配置される任意選択の第１のバイパス弁は、たとえば制御装置と接続されて制御装置により操作可能であってよい。すなわち、流動断面によって定義されるバイパス弁の開度を、このようにして制御装置から出力される操作信号または制御信号により、たとえば流動断面が完全に遮蔽される閉止された状態と、流動断面が完全に解放される開放された状態との間で調整することができる。任意選択として流動断面を無段階に、または離散した段階で、閉止された状態と開放された状態との間で変更することができる。制御装置は、カソード排ガス流の水分含有率について判定された指標をベースとして、制御信号を出力する。たとえば、そのつど判定された圧力差および／または温度差が上昇している場合には、そのつどいっそう高い割合の酸化ガス流を給湿器の脇を通るように案内して、上で説明したようにカソードへの水分注入が減るようにするために、バイパス弁の開度ないし流動断面が拡大されることが意図されていてよい。

【0021】

いくつかの実施形態では、カソード入口での水分供給の変更は、給湿器を迂回する第２のバイパス配管を介してのカソード出口からのカソード排ガス流の少なくとも部分的な排出を含むことが意図されていてよい。それに応じてカソード排ガス流は少なくとも部分的に給湿器の脇を通るように案内され、それにより、カソード排ガス流の中にある水が、酸化ガスへの給湿のために提供されることがない。したがって、給湿器内での酸化ガスへの水分注入が低減され、このことはカソード入口への水分供給を効果的に引き下げる。このように、カソード排ガス流全体に占める、第２のバイパス配管を通って案内されるカソード排ガス流の割合と、給湿器を通って案内されるカソード排ガス流の割合とが燃料電池システムの動作パラメータとなり、これを変更することで、カソード入口への水分供給のきわめて効果的な変更を実現できるという利点がある。

【0022】

任意選択の第２のバイパス配管は、給湿器の排ガス入口とカソード出口との間に位置する、カソード排ガス流の流動経路の個所を、給湿器の排ガス出口の下流側に位置する、カソード排ガス流の流動経路の個所と、給湿器を迂回したうえで接続する。

【0023】

いくつかの実施形態では、第２のバイパス配管を介してカソード出口からカソード排ガス流を少なくとも部分的に排出するために、少なくとも１つの判定された指標をベースとして、第２のバイパス弁の開度の調整が行われることが意図されていてよい。第２のバイパス配管に配置される任意選択の第２のバイパス弁は、たとえば制御装置と接続されて制御装置により操作可能であってよい。すなわち、流動断面によって定義されるバイパス弁の開度を、このようにして制御装置から出力される操作信号または制御信号により、たとえば流動断面が完全に遮蔽される閉止された状態と、流動断面が完全に解放される開放された状態との間で調整することができる。任意選択として流動断面を無段階に、または離散した段階で、閉止された状態と開放された状態との間で変更することができる。制御装置は、カソード排ガス流の水分含有率について判定された指標をベースとして、制御信号を出力する。たとえば、そのつど判定された圧力差および／または温度差が上昇している場合には、そのつどいっそう高い割合のカソード排ガス流を給湿器の脇を通るように案内して、上で説明したようにカソードへの水分注入が減るようにするために、バイパス弁の開度ないし流動断面が拡大されることが意図されていてよい。

【0024】

いくつかの実施形態では、カソード入口への水分供給および／またはカソードからの水分排出の変更は、特に酸化ガスを送出する圧縮機の回転数の変更による、またはカソード出口と接続された圧力制御弁の開放位置の変更による、酸化ガス質量流量の調整と変更を、動作パラメータの変更として含むことが意図されていてよい。このようにして、水分注入を変更するために、カソードでのガス質量流量が増減される。

【0025】

いくつかの実施形態では、カソード入口への水分供給および／またはカソードからの水分排出の変更は、特に燃料電池を冷却する冷却剤質量流量の変更による、カソードでの気化出力を変更するためのカソードの温度の変更を、動作パラメータの変更として含むことが意図されていてよい。温度が変更されることで、気化出力を効果的に変更することができ、そのようにして、さらに多い、またはさらに少ない、気体状の水をカソード排ガス流を介して運び出すことができる。

【0026】

いくつかの実施形態では、カソードからの水分排出の変更は、ドレーン弁を介してのカソードからの液体の水の排出を含むことが意図されていてよい。この場合、少なくとも１つの判定された指標をベースとしたうえで、そのつど検出された圧力差または温度差がそれぞれの目標範囲外にある場合に、カソード入口とカソード出口との間で流動経路と流体導通式に接続されたドレーン弁が開放されて、液体の水をカソードから導出する。

【0027】

次に、図面の図を参照しながら本発明について説明する。図面は次のものを示す。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の実施例に基づく燃料電池システムの液圧回路図を示す模式図である。

【図2】本発明の実施例に基づく燃料電池システムを作動させる方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図において、別段の記載がない限り、同一の符号は同一または機能が同一のコンポーネントを表す。

【0030】

図１は、たとえば車両で、特に乗用車、トラック、バスなどの道路交通車両で、使用することができる、例示としての燃料電池システム２００の液圧回路図を模式的に示している。

【0031】

図１に例示として示すように、燃料電池システム２００は少なくとも１つの燃料電池２１０と、給湿器２３０と、センサシステム２６０と、制御装置２７０とを含んでいる。さらに任意選択として、図１に例示として示すように、第１のバイパス弁２４３が配置された第１のバイパス配管２４１および／または第２のバイパス弁２４４が配置された第２のバイパス配管２４２が設けられていてよい。さらに燃料電池システムは、ガス質量流を輸送するために圧縮機２２２を有することができる。さらに別の任意選択のコンポーネントとして、図１に示す次のコンポーネントのうちの１つまたは複数が設けられていてよい：フィルタ２２０、中間冷却器２２４、ドレーン弁２２５、圧力制御弁２２６、サイレンサ２２８。

【0032】

図１には、アノード２１０Ａと、カソード２１０Ｂと、アノード２１０Ａとカソード２１０Ｂの間に配置された電解膜２１０Ｃとを有する燃料電池２１０が模式的に示されている。さらに燃料電池は、たとえば水素などの気体燃料をアノード２１０Ａへ供給するためのアノード入口２１１と、アノード２１０Ｂから排ガスを排出するためのアノード出口２１２と、酸化ガスをカソード２１０Ｂへ供給するためのカソード入口２１３と、カソード２１０Ｂからカソード排ガスを排出するためのカソード出口２１４とを含んでいる。図１では、純粋に例示として１つの燃料電池２１０だけが示されている。当然ながら、このような多数の燃料電池２１０が電気的に直列にスタックをなすようにつなぎ合わされることが意図されていてよい。そのようなケースでは、スタックのすべての燃料電池２１０について共通の燃料電池入口２１１、共通の燃料電池出口２１２、共通のカソード入口２１３、および共通のカソード出口２１４が設けられるのが好ましい。

【0033】

給湿器２３０は、図１ではブロックとして模式的にのみ示されており、酸化ガス入口２３１と、酸化ガス出口２３２と、排ガス入口２３３と、排ガス出口２３４とを含んでいる。図１に示すように、酸化ガス出口２３２はカソード入口２１３と流体導通式に接続され、排ガス入口２３３はカソード出口２１４と接続されている。酸化ガス入口２３１は圧縮機２２２の圧力出力部と流体導通式に接続され、圧縮機２２２と酸化ガス入口２３１の間には、図１に例示として示すように、任意選択の中間冷却器２２４が配置されていてよい。排ガス出口２３４は、たとえば任意選択の圧力制御弁２２６を介して、および好ましくは周囲への出口を形成する任意選択のサイレンサ２２８を介して、周囲と接続される。

【0034】

このように圧縮機２２２は、たとえば周囲空気などの酸化ガスを給湿器２３０の酸化ガス入口２３１へ送出し、圧縮された周囲空気が場合により中間冷却器２２４により冷却されてから、給湿器２３０へと到達する。給湿器２３０の酸化ガス出口２３２から酸化ガスがカソード入口２１３に供給され、そこで酸化ガスに含まれる酸素の還元が、水を形成しながら行われる。カソードで生じる反応生成物は、カソード排ガスとしてカソード出口２１４を通して排出されて、給湿器２３０の排ガス入口２３３に供給される。給湿器２３０は、カソード出口２１４から来るカソード排ガスから水を抽出し、ないしはたとえば膜（図示せず）でカソード排ガスから水を奪い、抽出されたまたは奪われた水により、酸化ガス入口２３１から酸化ガス出口２３２へと流れる酸化ガスへ給湿をするために構成され、それは、たとえば酸化ガスが給湿器２３０の膜を通るように案内されることによる。

【0035】

圧力制御弁２２６および／または圧縮機２２２の回転数により、カソード２１０Ｂを通るガスの質量流量を変えることができる。

【0036】

さらに図１に示すように、任意選択の第１のバイパス配管２４１が、給湿器２３０の酸化ガス入口２３１の上流側でたとえば中間冷却器２２４と酸化ガス入口２３１の間に位置する酸化ガス流の流動経路の個所を、給湿器２３０の酸化ガス出口２３２とカソード入口の間に位置する流動経路の個所と、給湿器２３０を迂回しながら接続する。第１のバイパス配管２４１に配置される第１のバイパス弁２４３は、バイパス弁２４３の開度が変わることによって第１のバイパス配管２４１を通る酸化ガスの貫流を変えるために操作可能である。バイパス弁２４３は、たとえば可変の流動断面を有する電磁弁として製作されていてよい。第１のバイパス弁２４３により、給湿器２３０を通るように案内される酸化ガス流の割合と、第１のバイパス配管２４１を通るように案内される酸化ガス流の割合とを自由に分けることができる。

【0037】

第１のバイパス配管２４１の代替または追加として設けられる第２のバイパス配管２４２は、給湿器２３０の排ガス入口２３３とカソード出口２１４との間に位置する、カソード排ガス流の流動経路の個所を、給湿器２３０の排ガス出口２３４の下流側でたとえば排ガス出口２３４と圧力制御弁２２６の間に位置する、カソード排ガス流の流動経路の個所と、給湿器２３０を回避しながら接続し、その様子が図１に模式的に示されている。第２のバイパス配管２４２に配置される第２のバイパス弁２４４は、バイパス弁２４４の開度を変えることによって第２のバイパス配管２４２を通るカソード排ガスの貫流を変えるために操作可能である。バイパス弁２４４はたとえば可変の流動断面を有する電磁弁として製作されていてよい。第２のバイパス弁２４４により、給湿器２３０を通るように案内されるカソード排ガス流の割合と、第２のバイパス配管２４２を通るように案内されるカソード排ガス流の割合とを自由に分けることができる。

【0038】

図１に例示として示すセンサシステム２６０は、第１および第２の圧力センサ２６１，２６２を含んでおり、ならびに、第１および第２の温度センサ２６４，２６５を含んでいる。第１の圧力センサ２６１は、酸化ガス出口２３２とカソード入口２１３の間で、特にカソード入口２１３で直接的に、圧力を検出するために配置されてセットアップされる。第２の圧力センサ２６２は、カソード出口２１４と排ガス入口２３３の間で、特にカソード出口２１４で直接的に、圧力を検出するために配置されてセットアップされる。圧力センサ２６１，２６２の代替または追加として、カソード入口２１３とカソード出口２１４の間の圧力差を直接的に検出する差圧センサ２６３が設けられていてもよく、その様子が図１に模式的に示されている。第１の温度センサ２６４は、例示として図１に示すように、たとえばカソード出口２１４と排ガス入口２３３の間に配置されていてよく、カソード排ガスの温度を給湿器２３０に供給される前に検出するためにセットアップされる。第２の温度センサ２６５は、図１に例示として示すように、たとえば排ガス出口２３４と任意選択の圧力制御弁２２６の間に配置され、または一般には給湿器２３０の下流側でカソード排ガス経路に配置され、カソード排ガスの温度を給湿器２３０の下流側で検出するためにセットアップされる。温度センサ２６４，２６５は、圧力センサ２６１～２６３の代替または追加として設けられていてよい。排ガス入口２３３と排ガス出口２３４の間の圧力差を検出するためにセットアップされた圧力センサまたは差圧センサによって温度センサ２６４，２６５が置き換えられ、または、これらのセンサが温度センサ２６４，２６５に追加して設けられることも同様に考えられる。さらにセンサ２６１は、給湿器２３０の酸化ガス出口２３２とカソード入口２１３の間の温度を検出するためにセットアップされることも考えられ、そのようなケースでは、給湿器２３０の酸化ガス入口２３１の上流側に別の温度センサ（図示せず）が追加的に設けられることになる。

【0039】

このように、一般にセンサシステム２６０は、酸化ガス出口２３２とカソード入口２３２の間の圧力およびカソード出口２３２と排ガス入口２３３の間の圧力、ならびに／またはカソード出口２３２と排ガス入口２３３の間の圧力および排ガス出口２３４の下流側の圧力、ならびに／またはカソード出口２３２と排ガス入口２３３の間および排ガス出口２３４の下流側の温度、ならびに／またはカソード入口２１３と給湿器２３０の酸化ガス出口２３２の間および給湿器２３０の酸化ガス入口２３１の上流側の温度を検出するためにセットアップされる。

【0040】

制御装置２７０は、図１ではブロックとして記号でのみ図示されており、電子制御装置として具体化される。たとえば制御装置２７０は、たとえばＣＰＵなどの形態のプロセスユニットと、データ記憶装置、特にたとえばハードディスク、ＳＤメモリ、フラッシュメモリなどの形態の不揮発性のデータ記憶装置とを有することができる。データ記憶装置はプロセスユニットによって可読であり、プロセスユニットによって実行可能なソフトウェアを保存することができ、そのようにして、入力信号をベースとして制御信号または操作信号を出力するように制御装置２７０に指図する。

【0041】

図１に二重矢印２７１によって記号で図示するように、制御装置２７０は電気信号および／または電磁信号を出力および受信するためにセットアップされ、センサシステム２６０とたとえばバスシステム（図示せず）を介して有線式に、またはたとえばＷｉＦｉ、ブルートゥース（登録商標）などを通じて無線式に、信号伝送をするように接続される。同様に制御装置２７０は、場合により設けられる１つまたは複数のバイパス弁２４３，２４４および／または圧縮機２２２および／または圧力制御弁２２６と、信号伝送をするように接続される。

【0042】

制御装置７０は、方法Ｍを実行するよう燃料電池システム２００に指図するために、燃料電池システム２００の少なくとも１つの動作パラメータを変更するための制御信号を出力するためにセットアップされる。

【0043】

図２は、以下において例示として図１の燃料電池システム２００を取り上げて説明する、燃料電池システム２００を作動させる方法Ｍの手順を模式的に示している。

【0044】

ステップＭ１で、カソード２１０Ｂのカソード入口２１３への酸化ガス流の供給が行われる。そのために制御装置２７０は、たとえば圧縮機２２２に制御信号を出力して、酸化ガス流を送出するようこれに指図する。
ステップＭ２で、カソード排ガス流がカソード２１０Ｂのカソード出口２１４から給湿器２３０の排ガス入口２３３に供給される。

【0045】

ステップＭ３で、給湿器２３０のカソード排ガス流から、たとえば膜で水が奪われる。ステップＭ４で、カソード排ガス流が給湿器２３０から排ガス出口２３４を介して排出され、存在する場合には圧力制御弁２２６および下流側に位置するサイレンサ２２８を通って、周囲に放出される。

【0046】

ステップＭ５で、たとえば上で説明した方式により給湿器の膜でカソード排ガス流から奪われた水によって、給湿器２３０で酸化ガス流への給湿が行われる。

【0047】

ステップＭ６で、カソード排ガスの水分含有率についての次の指標のうちの少なくとも１つの判定が行われる：カソード入口２１３とカソード出口２１４の間の圧力損失、給湿器２３０の排ガス入口２３３と排ガス出口２３４の間の圧力損失、給湿器２３０の排ガス入口２３３と排ガス出口２３４の間のカソード排ガス流の第１の温度差、給湿器２３０の酸化ガス入口２３１と酸化ガス出口２３２の間の酸化ガス流の第２の温度差。

【0048】

指標としてのカソード入口２１３とカソード出口２１４の間の圧力損失は、ステップＭ６で、たとえば給湿器２３０とカソード入口２１３の間の圧力が第１の圧力センサ２６１によって検出され、カソード出口２１４と給湿器の排ガス入口２３３の間の圧力が第２の圧力センサ２６２によって検出され、検出された圧力間の圧力差が制御装置２７０により計算されることによって判定することができる。その代替として、カソード入口２１３とカソード出口２１４の間の圧力差を差圧センサ２６３によって直接的に検出し、入力信号として制御装置２７０に伝送することができる。

【0049】

ステップＭ６での指標としての給湿器２３０の排ガス入口２３３と排ガス出口２３４の間の圧力損失の判定は、たとえば、圧力センサ（図示せず）によるカソード出口２１４と給湿器２３０の排ガス入口２３３の間の圧力の検出、センサシステム２６０の別の圧力センサ（図示せず）による給湿器２３０の排ガス出口２３４の下流側の圧力の検出、および、制御装置２７０による検出された圧力間の圧力差の計算を含むことができる。その代替として、給湿器２３０の排ガス入口２３３と排ガス出口２３４の間の圧力差を差圧センサによって直接的に検出することも考えられる。

【0050】

ステップＭ６で、給湿器２３０の排ガス入口２３３と排ガス出口２３４の間のカソード排ガス流の第１の温度差が判定される場合、このことは、カソード出口２１４と給湿器２３０の排ガス入口２３３の間の温度が第１の温度センサ２６４によって検出され、給湿器２３０の排ガス出口２３４の下流側の温度が第２の温度センサ２６５によって検出され、検出された温度間の差異の計算が制御装置２７０によって行われることによって行うことができる。これと同様にして、給湿器２３０の酸化ガス入口２３１と酸化ガス出口２３２の間の酸化ガス流の第２の温度差の判定は、給湿器２３０の酸化ガス出口２３２とカソード入口２１３の間の温度の検出と、給湿器２３０の酸化ガス入口２３１の上流側の温度の検出と、制御装置２７０による検出された温度間の差異の計算とを含むことができる。

【0051】

ステップＭ７で、少なくとも１つの判定された指標をベースとする燃料電池システム２００の少なくとも１つの動作パラメータの調整により、カソード入口２１３への水分供給の変更および／またはカソード２１０Ｂからの水分排出の変更が行われる。すなわちステップＭ７で、制御装置２７０が制御信号を燃料電池システム２００の各コンポーネントに、たとえばバイパス弁２４３，２４４のうちの一方もしくは両方、圧縮機２２２、圧力制御弁２２６、ドレーン弁２２５、および／または燃料電池２１０を冷却する冷却剤が送出される冷却剤送出デバイス（図示せず）に、出力する。制御信号は、少なくとも１つの判定された指標をベースとして判定され、燃料電池システムの動作パラメータの調整を惹起して、カソード排ガス流の水分含有率についての実際値が、または判定された指標が、目標範囲内に保たれるようにし、または目標範囲内に戻るようにする。

【0052】

たとえばステップＭ７で、燃料電池システム２００の少なくとも１つの動作パラメータを変更して、判定される圧力差がそのつど事前決定されるインターバルに保たれるようにすることができる。場合により、燃料電池システム２００の少なくとも１つの動作パラメータを変更して、判定される第１または第２の温度差が事前決定された範囲内に、たとえば５℃から１５℃、特に８℃から１２℃の範囲内に、保たれるようにすることもできる。

【0053】

すでに述べたとおり、特に膜２１０Ｃへの給湿のために作用する、カソード２１０Ｂにおける水分含有率を変更または適合化することができ、それは、カソード入口２１３での水分供給が、すなわちカソード２１０Ｂへの水分質量流量が、変更されることによる。このことはステップＭ７で、たとえば酸化ガス流が少なくとも部分的に第１のバイパス配管２４１を介してカソード入口２１３へ供給されることによって行うことができる。そのために制御装置２７０は、たとえば少なくとも１つの判定された指標をベースとして、第１のバイパス弁２４３の開度を調整するために、第１のバイパス弁２４３に制御信号を出力することができる。それにより、燃料電池２１０への水分注入を減らすために、給湿器２３０で給湿された酸化ガス流の割合を減らすことができ、または燃料電池２１０への水分注入を増やすために、割合を増やすことができる。

【0054】

その代替または追加としてステップＭ７で、カソード出口２１４からのカソード排ガス流を少なくとも部分的に第２のバイパス配管２４２を介して給湿器２３０の脇を通すことができる。そのために制御装置２７０は、たとえば少なくとも１つの判定された指標をベースとして、第２のバイパス弁２４４の開度を調整するために、第２のバイパス弁２４４に制御信号を出力することができる。バイパス配管２４２を通って流れるカソード排ガス流の割合からは、給湿器２３０で水を奪うことができない。そのため、酸化ガス流への給湿のために利用できる水分量が減少する。したがって、燃料電池２１０への水分注入を減らすために、給湿器２３０で水が奪われるカソード排ガス流の割合を、第２のバイパス弁２４４の開放によって減らすことができ、または、燃料電池２１０への水分注入を増やすために、第２のバイパス弁２４４の閉止によって割合を増やすことができる。

【0055】

このように、ステップＭ７での少なくとも１つの動作パラメータの調整は、バイパス弁２４３，２４４のうちの一方または両方の開度の調整を含むことができる。

【0056】

ステップＭ７でのカソード入口２１３への水分供給の変更、および／またはカソード２１０Ｂからの水分排出の変更は、さらに、燃料電池システム２００の次の動作パラメータのうちの１つまたは複数の調整を含むことができる：

【0057】

－酸化ガス質量流量の変更。そのために制御装置２７０は、たとえば制御信号を圧縮機２２２に出力して、その回転数を変更することができ、および／または制御信号を圧力制御弁２２６に出力して、その開度を変更することができる。
－カソード２１０Ｂでの気化出力を変更するための、カソード２１０Ｂの温度の変更。たとえば制御装置２７０は、燃料電池２１０を冷却する冷却剤が送出される冷却剤送出デバイス（図示せず）に制御信号を出力することができる。それにより、燃料電池２１０を冷却する冷却剤の質量流量が変更され、このことがカソード２１０Ｂの温度の変化につながる。
－ドレーン弁２２５を介してのカソード２１０Ｂからの液体の水の排出。制御装置２７０は、たとえば制御信号をドレーン弁２２５に出力して、判定された指標に依存する時間帯のあいだドレーン弁２２５を開くことができ、それにより液体の水がカソードから導出される。ドレーン弁２２５はたとえば切換可能な電磁弁として製作されていてよく、カソードと流体導通式に接続される。

【0058】

以上において実施例を参照しながら本発明を例示として説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、さまざまな仕方で改変可能である。特に、上記の各実施例の組み合わせも考えられる。

【符号の説明】

【0059】

２００ 燃料電池システム
２１０ 燃料電池
２１０Ａ アノード
２１０Ｂ カソード
２１０Ｃ 電解膜
２１３ カソード入口
２１４ カソード出口
２２２ 圧縮機
２２５ ドレーン弁
２２６ 圧力制御弁
２３０ 給湿器
２３１ 酸化ガス入口
２３２ 酸化ガス出口
２３３ 排ガス入口
２３４ 排ガス出口
２４１ 第１のバイパス配管
２４２ 第２のバイパス配管
２４３ 第１のバイパス弁
２４４ 第２のバイパス弁
２６０ センサシステム
２７０ 制御装置
Ｍ 方法
Ｍ１ 供給
Ｍ２ 供給
Ｍ４ 排出
Ｍ５ 給湿
Ｍ６ 判定
Ｍ７ 変更

【図1】

【図2】

【手続補正書】

【提出日】2024-05-16

【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】

燃料電池システム（２００）を作動させる方法（Ｍ）において、
前記燃料電池システム（２００）の燃料電池（２１０）のカソード（２１０Ｂ）のカソード入口（２１３）に酸化ガス流が供給（Ｍ１）されることと、
給湿器（２３０）の排ガス入口（２３３）に前記カソード（２１０Ｂ）のカソード出口（２１４）からカソード排ガス流が供給（Ｍ２）されることと、
前記給湿器（２３０）の排ガス出口（２３４）を介して前記給湿器（２３０）からカソード排ガス流が排出（Ｍ４）されることと、
カソード排ガス流から抽出された水によって前記給湿器（２３０）で酸化ガス流が給湿（Ｍ５）されることと、
カソード排ガスの水分含有率についての次の指標のうちの少なくとも１つが判定（Ｍ６）されることとを含み、
前記カソード入口（２１３）と前記カソード出口（２１４）の間の圧力損失、前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）と前記排ガス出口（２３４）の間の圧力損失、前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）と前記排ガス出口（２３４）の間のカソード排ガス流の第１の温度差、前記給湿器（２３０）の酸化ガス入口（２３１）と酸化ガス出口（２３２）の間の酸化ガス流の第２の温度差、かつ、
少なくとも１つの判定された指標をベースとして前記燃料電池システム（２００）の少なくとも１つの動作パラメータが調整されることで、前記カソード入口（２１３）での水分供給および／または前記カソード（２１０Ｂ）からの水分排出が変更（Ｍ７）されることを含む、方法。

【請求項2】

前記カソード入口（２１３）と前記カソード出口（２１４）の間の圧力損失の判定（Ｍ６）は、前記給湿器（２３０）と前記カソード入口（２１３）の間の圧力の検出、前記カソード出口（２１４）と前記給湿器の前記排ガス入口（２３３）の間の圧力の検出、および検出された圧力間の圧力差の計算を含み、または、前記カソード入口（２１３）と前記カソード出口（２１４）の間の圧力差の検出を含む、請求項１に記載の方法（Ｍ）。

【請求項3】

前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）と前記排ガス出口（２３４）の間の圧力損失の判定（Ｍ６）は、前記カソード出口（２１４）と前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）の間の圧力の検出、前記給湿器（２３０）の前記排ガス出口（２３４）の下流側の圧力の検出、および、検出された圧力間の圧力差の計算を含み、または、前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）と前記排ガス出口（２３４）の間の圧力差の検出を含む、請求項１または２に記載の方法（Ｍ）。

【請求項4】

前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）と前記排ガス出口（２３４）の間のカソード排ガス流の第１の温度差の判定（Ｍ６）は、前記カソード出口（２１４）と前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）の間の温度の検出、前記給湿器（２３０）の前記排ガス出口（２３４）の下流側の温度の検出、および、検出された温度間の差異の計算を含む、請求項１または２に記載の方法（Ｍ）。

【請求項5】

前記給湿器（２３０）の前記酸化ガス入口（２３１）と前記酸化ガス出口（２３２）の間の酸化ガス流の第２の温度差の判定（Ｍ６）は、前記給湿器（２３０）の前記酸化ガス出口（２３２）と前記カソード入口（２１３）の間の温度の検出、前記給湿器（２３０）の前記酸化ガス入口（２３１）の上流側の温度の検出、および、検出された温度間の差異の計算を含む、請求項１または２に記載の方法（Ｍ）。

【請求項6】

前記燃料電池システム（２００）の少なくとも１つの動作パラメータは、判定された第１および／または第２の温度差が５℃から１５℃、特に８℃から１２℃の範囲内で保たれるように変更される、請求項１または２に記載の方法（Ｍ）。

【請求項7】

前記カソード入口（２１３）への水分供給の変更（Ｍ７）は、前記給湿器（２３０）を迂回する第１のバイパス配管（２４１）を介しての前記カソード入口（２１３）への酸化ガス流の少なくとも部分的な供給を含み、および／または、前記給湿器（２３０）を迂回する第２のバイパス配管（２４２）を介しての前記カソード出口（２１４）からのカソード排ガス流の少なくとも部分的な排出を含む、請求項１または２に記載の方法（Ｍ）。

【請求項8】

前記第１のバイパス配管（２４１）を介して前記カソード入口（２１３）に酸化ガス流を少なくとも部分的に供給するために、少なくとも１つの判定された指標をベースとして、第１のバイパス弁（２４３）の開度の調整が行われ、および／または、前記第２のバイパス配管（２４２）を介して前記カソード出口（２１４）からカソード排ガス流を少なくとも部分的に排出するために、少なくとも１つの判定された指標をベースとして、第２のバイパス弁（２４４）の開度の調整が行われる、請求項７に記載の方法（Ｍ）。

【請求項9】

前記カソード入口（２１３）への水分供給および／または前記カソード（２１０Ｂ）からの水分排出の変更（Ｍ７）は、前記燃料電池システム（２００）の次の動作パラメータ、
特に酸化ガスを送出する圧縮機（２２２）の回転数の変更による、または前記カソード出口（２１４）と接続された圧力制御弁（２２６）の開放位置の変更による、酸化ガス質量流量の変更、
特に前記燃料電池（２１０）を冷却する冷却剤質量流量の変更による、前記カソード（２１０Ｂ）での気化出力を変更するための前記カソード（２１０Ｂ）の温度の変更、
ドレーン弁（２２５）を介しての前記カソード（２１０Ｂ）からの液体の水の排出、
のうちの１つまたは複数の調整を含む、請求項１または２に記載の方法（Ｍ）。

【請求項10】

燃料電池システム（２００）において、
アノード（２１０Ａ）、カソード（２１０Ｂ）、前記アノード（２１０Ａ）と前記カソード（２１０Ｂ）の間に配置された電解膜（２１０Ｃ）、前記アノード（２１０Ａ）に燃料を供給するためのアノード入口（２１１）、前記アノード（２１０Ａ）から排ガスを排出するためのアノード出口（２１２）、前記カソード（２１０Ｂ）に酸化ガスを供給するためのカソード入口（２１３）、および前記カソード（２１０Ｂ）からカソード排ガスを排出するためのカソード出口（２１４）を有する少なくとも１つの燃料電池（２１０）と、
酸化ガス入口（２３１）、前記カソード入口（２１３）と接続された酸化ガス出口（２３２）、前記カソード出口（２１４）と接続された排ガス入口（２３３）、および排ガス出口（２３４）を有する給湿器（２３０）とを含み、前記給湿器（２３０）は、前記カソード出口（２１４）から来るカソード排ガスから水を抽出し、前記酸化ガス入口（２３１）から前記酸化ガス出口（２３２）へと流れる酸化ガスを分離された水で給湿するためにセットアップされ、
前記酸化ガス出口（２３２）と前記カソード入口（２１３）の間の圧力および前記カソード出口（２１４）と前記排ガス入口（２３３）の間の圧力、ならびに／または前記カソード出口（２１４）と前記排ガス入口（２３３）の間および前記排ガス出口（２３４）の下流側の圧力、ならびに／または前記カソード出口（２１４）と前記排ガス入口（２３３）の間および前記排ガス出口（２３４）の下流側の温度、ならびに／または前記カソード入口（２１３）と前記給湿器の前記酸化ガス出口（２３２）の間および前記給湿器（２３０）の前記酸化ガス入口（２３１）の上流側の温度を検出するためにセットアップされたセンサシステム（２６０）を含み、かつ、
前記センサシステム（２６０）と信号伝送式に接続され、請求項１または２に記載の方法（Ｍ）を実施するように前記燃料電池システム（２００）へ指示するために前記燃料電池システム（２００）の少なくとも１つの動作パラメータを変更するための制御信号を出力するためにセットアップされた制御装置（２７０）を含む、燃料電池システム。

【請求項11】

前記給湿器（２３０）の前記酸化ガス入口（２３１）の上流側に位置する、酸化ガス流の流動経路の個所を、前記給湿器（２３０）の前記酸化ガス出口（２３２）と前記カソード入口との間に位置する前記流動経路の個所と、前記給湿器（２３０）を迂回したうえで接続する第１のバイパス配管（２４１）を追加的に含み、前記第１のバイパス配管（２４１）には、好ましくは前記制御装置（２７０）と接続されて前記制御装置（２７０）により操作可能である第１のバイパス弁（２４３）が配置され、および／または、
前記給湿器（２３０）の前記排ガス入口（２３３）と前記カソード出口（２１４）の間に位置する、カソード排ガス流の流動経路の個所を、前記給湿器（２３０）の前記排ガス出口（２３４）の下流側に位置する、カソード排ガス流の前記流動経路の個所と、前記給湿器（２３０）を迂回したうえで接続する第２のバイパス配管（２４２）を追加的に含み、前記第２のバイパス配管（２４２）には、好ましくは前記制御装置（２７０）と接続されて前記制御装置（２７０）により操作可能である第２のバイパス弁（２４４）が配置される、請求項１０に記載の燃料電池システム（２００）。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0032】

図１には、アノード２１０Ａと、カソード２１０Ｂと、アノード２１０Ａとカソード２１０Ｂの間に配置された電解膜２１０Ｃとを有する燃料電池２１０が模式的に示されている。さらに燃料電池は、たとえば水素などの気体燃料をアノード２１０Ａへ供給するためのアノード入口２１１と、アノード２１０Ａから排ガスを排出するためのアノード出口２１２と、酸化ガスをカソード２１０Ｂへ供給するためのカソード入口２１３と、カソード２１０Ｂからカソード排ガスを排出するためのカソード出口２１４とを含んでいる。図１では、純粋に例示として１つの燃料電池２１０だけが示されている。当然ながら、このような多数の燃料電池２１０が電気的に直列にスタックをなすようにつなぎ合わされることが意図されていてよい。そのようなケースでは、スタックのすべての燃料電池２１０について共通の燃料電池入口２１１、共通の燃料電池出口２１２、共通のカソード入口２１３、および共通のカソード出口２１４が設けられるのが好ましい。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0039】

このように、一般にセンサシステム２６０は、酸化ガス出口２３２とカソード入口２１３の間の圧力およびカソード出口２１４と排ガス入口２３３の間の圧力、ならびに／またはカソード出口２１４と排ガス入口２３３の間の圧力および排ガス出口２３４の下流側の圧力、ならびに／またはカソード出口２１４と排ガス入口２３３の間および排ガス出口２３４の下流側の温度、ならびに／またはカソード入口２１３と給湿器２３０の酸化ガス出口２３２の間および給湿器２３０の酸化ガス入口２３１の上流側の温度を検出するためにセットアップされる。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0042】

制御装置２７０は、方法Ｍを実行するよう燃料電池システム２００に指図するために、燃料電池システム２００の少なくとも１つの動作パラメータを変更するための制御信号を出力するためにセットアップされる。

【国際調査報告】