JP2002532855A - 電気化学的燃料電池積層体のための体積効率的層状マニホルド組立体 - Google Patents

電気化学的燃料電池積層体のための体積効率的層状マニホルド組立体

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Abstract

(57)【要約】 一つ以上の内部マニホルド付燃料電池積層体（３０）の配列体のための体積効率のよい層状マニホルド組立体（１０）が開示されている。この組立体は、実質的に平らな層（１１、１２、１３）の積層体からなり、この場合、隣接する層の各対が流体分布室又はプレナム（１５、１６、１７）を定める。適当な通路（７５、７６）が各室を、燃料電池積層体の内部マニホルド（４７、４８、５７、５８）に接続し、燃料、酸化剤、又は冷却剤の流れの供給又は排出のための種々の外部流体口（７１、７２、７３）に接続する。少なくとも一つの流体のための通路（７４、７５）は、別の流体のための分布室を定める層を貫通する。弁（６１、６２、６３、６４、６５、６６）をマニホルド組立体中に直接組み込むことができ、燃料電池積層体の内部マニホルドを通る流体の流れの方向を周期的に反転するのに用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、電気化学的燃料電池積層体及び配列体のための流体マニホルドに関
する。
【０００２】 （背景技術） 電気化学的燃料電池は、反応物、即ち燃料と酸化剤の流体流を転化して電力及
び反応生成物を発生する。電気化学的燃料電池は、一般に二つの電極、即ち、カ
ソードとアノードとの間に配置した電解質を用いている。電極の所で希望の電気
化学的反応を起こすために電気触媒を用いる。電気触媒の外に、電極は電気伝導
性多孔質基体を有し、その上に電気触媒が付着されている。特に好ましい燃料電
池は固体重合体電解質燃料電池であり、それは膜電極組立体（ＭＥＡ）を用いて
いる。ＭＥＡは、二つの多孔質電極層の間に配置された固体重合体電解質又はイ
オン交換膜を有する。
【０００３】 電気化学的燃料電池に広い範囲の反応物を用いることができる。例えば、燃料
流は、実質的に純粋な水素ガス、ガス状水素含有改質ガソリン流、又は直接メタ
ノール燃料電池の場合にはメタノールにすることができる。酸化剤は実質的に純
粋な酸素でもよく、或は空気のような希釈酸素流でもよい。燃料及び酸化剤の両
方の流れは、流通領域板によりそれらの適当な電極へ送られるのが典型的である
。流通領域板は、電解質／電気触媒界面と反対側の各電極基体に隣接して配置さ
れている。流通領域板には流体通路（例えば、模様状の流体溝）が形成され、流
体が本質的に多孔質電極基体全体に亙って分配されるようになっている。流通領
域板は、電流コレクタ及び電極のための構造支持体としても働くのが典型的であ
る。
【０００４】 負荷を有する単一燃料電池の出力電圧は、１Ｖより低いのが典型的である。従
って、出力電圧を一層大きくするためには、通常数多くの電池を一緒に積層し、
直列に接続して一層大きな電圧の燃料電池積層体を形成する。積層体の各端に、
夫々端板を配置し、積層体を一緒に保持し、積層体構成部品を一緒に圧縮する。
圧縮力は、種々の積層体構成部品の間の電気的接触を行わせ、密封を達成するた
めに必要である。種々の理由から、圧縮端板組立体には、例えば、形状の変動に
順応し、それらを補償し、長時間に亙って圧縮力を維持するために幾らかの弾力
性が必要である。種々の弾力性圧縮端板組立体の例が、米国特許第５，４８４，
６６６号、第５，７８９，０９１号、及びＰＣＴ／国際特許公報ＮＯ．ＷＯ ９
５／２８０１０（出願番号ＰＣＴ／ＣＡ９５／００１８２）に記載されている。
【０００５】 燃料電池の電気化学的反応は発熱的なので、屡々燃料電池積層体全体に亙って
種々の位置に冷却流体を循環させる。（液体冷却剤、例えば水が一般に用いられ
、特に高電力燃料電池積層体では用いられている）。燃料電池積層体中の部品と
熱的に接触しながら冷却流体を循環させるためには、別の付加的流通領域板を用
いるのが典型的である。例えば、燃料電池積層体は、屡々三つの異なった流体（
即ち、燃料、酸化剤、及び冷却剤）のための複数の流通領域板を有し、各流通領
域板にそれらの流体を分布させるため流体マニホルドを有するのが望ましい。
【０００６】 好ましくは、各積層体の流体は共通の供給部から誘導され、適当な場合には、
夫々は共通の排出部へ最終的に排出される。（実質的に純粋な反応物流は積層体
中で行き止まりにすることができるが、これらでさえも一般に蓄積された不純物
を追い出すために周期的に排出される）。各流動領域板を共通の流体供給部及び
排出部へ接続する一つの方法は、燃料電池積層体を内部マニホルドで連結するこ
とである。即ち、外部からの流体を積層体中の夫々の流動領域へ共通の供給口か
ら供給し、共通の排出口を経て夫々から排出する。それらの口の方は積層体それ
自体の内部に形成された一対のマニホルドに接続されている。それら二つのマニ
ホルドの方は、積層体中の各流動領域の両端に接続されている。内部マニホルド
は、反応物圧力及びその流れが積層体中の各流動領域に亙って同じになるように
設計されているのが好ましい。
【０００７】 或る燃料電池装置では、複数の燃料電池積層体が直列に且つ（又は）並列に配
列して接続されている。燃料電池積層体マニホルドは、燃料、酸化剤、及び冷却
剤の流れの各々が単一の接続により全配列体へ最終的に与えられ、排出すること
ができるように共通の配列体マニホルドを形成するように相互に接続されている
のが好ましい。「積層体」マニホルドは、流体圧力及びその流れが配列体中の各
積層体全体に亙って同じであるように設計されているのが好ましい。
【０００８】 複数の燃料電池積層体の配列体のための慣用的マニホルド構造体は網状のパイ
プを用い、比較的大きなパイプが共通の流体供給部（又は排出部）を与え、それ
が今度は一層細い分岐パイプに比較的同様な圧力で夫々接続され、個々の積層体
の各々に通じている。最も効率的な流体の流れを得るために、丸い断面を有する
慣用的配管が好ましい。最小の肉厚を用いて圧力に耐えさせるために、慣用的丸
い配管が好ましい。しかし、そのような配列マニホルドにより占有される体積は
かなりのものになり、屡々配管自身の実際の体積よりも遥かに大きくなる。或る
燃料電池の用途で利用できる空間内に複雑な慣用的網状配管を収容することは困
難になることがある。
【０００９】 部品を減少し、体積効率をよくするために、積層マニホルドは配列体中の燃料
電池積層体の圧縮端板の中に組み込むことができる。例えば、米国特許第５，４
８６，４３０号明細書は、複数の燃料電池積層体の圧縮端板中に一体化された配
列マニホルドを示している。その場合、燃料電池装置の流体は端板中に形成され
た主要配列通路を通って流れ、それら通路が今度は燃料電池積層体の内部マニホ
ルドの入口及び出口へ分岐通路により接続されている。もし主要配列通路の断面
積が積層体分岐通路の断面積よりも著しく大きいならば、主要配列通路の長さに
沿って起きる圧力低下は最小になり、従って、各積層体分岐通路への流体の流れ
は同様になる。しかし、丸い主要通路を含む端板の最小厚さは、勿論丸い通路の
直径が限界になる。更に丸い主要通路の列を有する最も薄い端板の最小幅は、列
になった丸い通路の直径の合計が限界になる。商業的電源としての燃料電池の有
望性を向上させるためには、一般に積層体の電力密度を向上すること、即ち、与
えられた電力出力能力に対する積層体の大きさ及び重量を減少することが望まし
い。従って、できるだけ一層薄く且つ（又は）狭くしたマニホルド・端板組立体
を用いることが望ましい。
【００１０】 燃料電池装置を一層複雑にするが、燃料電池積層体中の流動領域を通る流体の
流れを（例えば、本願と同じ出願人による１９９７年１２月１日に出願された米
国特許出願Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．０８／９８０，４９６に記載されているように
、燃料電池中の固体重合体イオン交換膜に水を分布する目的で）周期的に反転す
ることが有利になることがある。その場合もしできるならば、流れ反転、即ち、
流れ切り替え機構又は装置を、改良されたマニホルド組立体中に組み込むことも
望ましい。
【００１１】 （発明の開示） 一つ以上の内部マニホルド付燃料電池積層体を有する燃料電池配列体中に用い
るための層状マニホルド組立体は、実質的に平らな層で、それらの間に室又はプ
レナム（plenum）を定める層、前記層を貫通し、前記室を流体口へ流体接続する
（fluidly connecting：流通接続する）流体通路、及び前記層を同じく貫通し、
前記室を内部マニホルド口へ流通接続するマニホルド通路を有する。そのような
マニホルドは燃料電池流体（例えば、燃料電池反応物又は冷却剤の供給部又は排
出部）を配列体中の燃料電池積層体の適当な内部マニホルドへ分布するための小
型で薄い組立体を与える。分布は流体通路によって達成され、それら通路は別の
燃料電池流体の流体通路を貫通している。更に、実質的に平らな層状マニホルド
組立体は、配列体中の各燃料電池積層体の端部に圧縮力を適用するための圧縮組
立体の端板部品としても働くことができる。
【００１２】 一つの燃料電池流体の通路が、他の燃料電池流体のための室を定める層を貫通
することは、複雑性を増し、追加の密封を必要とするように見えるかもしれない
。しかし、層状組立体の構成は適当な通路の貫通部分が、貫通される層の一部と
して効果的に形成できるようにしている。また、貫通部の密封は、貫通された層
の全密封処理の一部として行うことができる。結局、層状組立体を使用すること
により、製造を簡単化し、必要な部品の数を少なくすることができる。
【００１３】 一般に、層状組立体は複数の層及び室を有し、例えば、実質的に平らな第一層
が配列体中の燃料電池積層体の端部に隣接し、実質的に平らな第二層が第一層に
隣接し、それら第一層と第二層がそれらの間に第一室を定め、実質的に平らな第
三層が第二層に隣接し、それら第二層と第三層がそれらの間に第二室を定める。
更に、組立体は流体口にそれらの室を接続する一組の通路を有し、例えば、第一
流体通路は第二層と第三層を貫通し、第一流体口を第一室に流通接続し、第二流
体通路は第三層を貫通し、第二流体口を第二室へ流通接続する。また、組立体は
それら室を内部マニホルド口に（燃料電池積層体のそれら内部マニホルドに接続
するために）接続する一組の通路を有し、例えば、第一マニホルド通路は第一層
を貫通し、第一室を第一流体内部マニホルド口へ流通接続し、第二マニホルド通
路は第一層及び第二層を貫通し、第二室を第二流体内部マニホルド口へ流通接続
する。
【００１４】 ここで用いられる層は、層の対になる表面が本質的に平らであるか、又は室の
間の境界が本質的に平らであるならば、実質的に平らであると考えられる。室を
定めるそれらの層の表面は、必ずしもそれら層の対になる表面と同じ面内に存在
する必要はない。更に、室壁が平行で平面状であることは好ましいが、必ずしも
そうである必要はない。例えば、室は傾いた壁を持っていてもよい。
【００１５】 配列体が単に一つの燃料電池積層体からなる場合には、層状マニホルド組立体
を用いることができる。例えば、単一の積層体中の複数の燃料電池の流動領域を
通って流体の流れの反転が必要な場合には、その組立体を用いるのが望ましいで
あろう。別法として、その組立体は、一つより多くの内部マニホルド付燃料電池
積層体を有する配列体で用いるのが望ましい。そのような場合には、組立体はマ
ニホルド通路及び各燃料電池積層体の各内部マニホルドを各室へ接続するための
内部マニホルド口を有する（即ち、一つより多くの第一マニホルド通路、第二マ
ニホルド通路、第一流体内部マニホルド口、及び第二流体内部マニホルド口を有
する）。
【００１６】 層状マニホルド組立体は、付加的（additional：追加の）室を定める付加的層
、付加的口、付加的流体通路、及び付加的マニホルド通路を持っていてもよく、
その場合、それら通路は同様なやり方で層を貫通している。このようにして、一
つの層状組立体は、燃料電池積層体中の適当な内部マニホルドに分布するための
複数の口に接続された複数の流体を有することができる。例えば、酸化剤供給部
、冷却剤供給部、及び冷却剤排出部を、一つの層状組立体を用いてそのように接
続し、分布させることができる。
【００１７】 層状マニホルド組立体は、一対の隣接する層の間に一つより多くの室を、付加
的流体口、付加的流体通路、及び付加的マニホルド通路と共に持っていてもよい
。例えば、一対の隣接する層が一つより多くの燃料電池積層体流体のための室を
定めることができる。例えば、一対の隣接する層が二つの室を定め、一つは流体
供給部口に接続され、他方が流体排出口に接続されているようにすることができ
る。このようにして、一つの層状組立体は、複数の流体を複数の口に接続し、燃
料電池積層体中の適当な内部マニホルドに分布させることができる。例えば、酸
化剤排出部、燃料供給部、及び燃料排出部を、一つの層状組立体を用いてそのよ
うに接続し、分布することができる。
【００１８】 層状組立体の利点は、一つ以上の室中の流体が流れるための断面積を、組立体
の厚さに等しい直径を有する同等のパイプの断面積よりも大きくすることができ
ることである。このようにして改良された組立体は、同じ太さのパイプよりも流
体の流れに対し抵抗を少なくする結果を与えることができる。
【００１９】 層状マニホルド組立体の流体口は、最も外側の層の組立体平面の中心近くに位
置するのが好ましい。しかし、薄い層状組立体中の流体通路を通って流れる流体
は、室に入る時、隣接する層に衝突し、それにより流れに抵抗を与える。そのよ
うな場合には、流体通路が更に別の隣接層を通って組立体中へ貫通するようにす
ることが有利である。しかし、もし隣接する層が流体通路により更に貫通されて
いると、隣合った層の間に、流体の混合が起きないように適当に流通分離又は密
封を行うための或る体積が必要になることがある。
【００２０】 層状マニホルド組立体は、内部マニホルド付燃料電池積層体が固体重合体燃料
電池を有する場合の燃料電池配列体で用いるのに適している。その組立体は、積
層体の両側に位置する内部マニホルドを有する内部マニホルド付燃料電池積層体
、例えば、線状流体流通領域を有する燃料電池積層体で用いるのに特に適してい
る。
【００２１】 層状マニホルド組立体には、室の一つに流通接続されたマニホルド通路の幾つ
か又は全てに流体の流れを制御するための弁を配備することもできる。或るマニ
ホルド構造では、これらのマニホルド通路がマニホルド口を経て燃料電池積層体
中の一つ以上の内部マニホルドへ適切に流通接続されているならば、そのような
組立体で弁を適切に開閉することにより、内部マニホルドを通る流体の流れをど
ちらの方向にも流すことができるようにマニホルド通路を密封することができる
。このようにして、配列体中の燃料電池積層体中の流体の流れを周期的に反転さ
せることができる。例えば、適当なマニホルド形状及び弁配列を用いることによ
り、冷却剤又は酸化剤又は燃料の流れの反転を達成することができる。
【００２２】 マニホルド通路の各々の所の各弁は独立に操作することができるのが好ましい
。そのようにして、各燃料電池積層体への各流体の流れの方向を、独立に制御す
ることができる。
【００２３】 従って、そのようなマニホルド付燃料電池配列体中の流体の流れを周期的に反
転させる方法は、 （ａ） 前記配列体中に供給マニホルド組立体を組み込み、然も、前記供給マ
ニホルド組立体が、供給室を間に定める一対の隣接する実質的に平らな層；前記
供給室へ流体供給部を流通接続するための供給マニホルド組立体中の供給通路；
前記配列体中の各積層体中の一対のマニホルドの各々に交互に、内部マニホルド
口により前記供給室を流通接続するための供給マニホルド通路；及び前記供給マ
ニホルド通路の各々の中の流体の流れを制御するための弁；を具え、 （ｂ） 前記配列体に排出マニホルド組立体を組み込み、然も、前記排出マニ
ホルド組立体が、排出室を間に定める一対の隣接する実質的に平らな層；前記排
出室へ流体排出部を流通接続するための排出マニホルド組立体中の排出通路；前
記配列体中の各積層体中の一対のマニホルドの各々に交互に、内部マニホルド口
により前記排出室を流通接続するための排出マニホルド通路；及び前記排出マニ
ホルド通路の各々の中の流体の流れを制御するための弁；を具え、 然も、前記一対の内部マニホルドが、夫々、各燃料電池中の前記流体のための
流通領域の両端に流通接続されており、前記燃料電池積層体中の前記一対の内部
マニホルドの一方を前記供給室温に流通接続するが、前記排出室へは接続しない
ように前記弁を操作し、そして （ｃ） 周期的間隔で、前記弁の設定を調節し、それにより前記流通領域を通
る前記流体の流れを周期的に反転する、 ことからなる。
【００２４】 好ましくは、配列体中の各燃料電池積層体の一対の内部マニホルドの各々を通
る流れを異なった時間で反転する。
【００２５】 別の態様として、配列体のための層状マニホルド組立体は、少なくとも一つの
内部マニホルド付き燃料電池積層体を有する。その組立体は、配列体中の各燃料
電池積層体の内部マニホルドに流通接続するための流体口及び内部マニホルド口
を有する。層状マニホルド組立体は、 前記少なくとも一つの燃料電池積層体の各々の一方の端に隣接した第一層、 前記第一層に隣接した第二層、前記第一層と第二層との間に定められた第一室
； 前記第二層に隣接した第三層、前記第二層と第三層との間に定められた第二室
； 前記第二層及び第三層を貫通し、前記第一室へ第一流体口を流通接続する第一
流体通路； 前記第三層を貫通し、前記第二室へ第二流体口を流通接続する第二流体通路； 前記第一層を貫通し、前記第一室を第一流体内部マニホルド口へ流通接続する
第一マニホルド通路；及び 前記第一層及び第二層を貫通し、前記第二室を第二流体内部マニホルド口へ流
通接続する第二マニホルド通路； を有する。
【００２６】 （好ましい態様についての詳細な説明） 層状マニホルド組立体は、ただ一つの燃料電池積層体を有する配列体で用いる
のに有利であり、特に流体の流れを、燃料電池の流通領域で反転したい場合には
有利である。別法として、層状マニホルド組立体は、複数の燃料電池積層体を有
する配列体で用いるのが好ましい。層状マニホルド組立体は、一対の積層体の両
端の間か、又は長い積層体の中心マニホルドとして介在させることができる。図
１〜４は、積層体の各端部で圧縮端板としても働く層状マニホルド組立体を用い
た燃料電池積層体の配列体を例示している。この態様は、流体の流れの周期的反
転を達成するための機構を組み込むことを含め、層状組立体の幾つかの特徴及び
利点を例示している。図１ａは、層状マニホルド組立体及び積層燃料電池に対し
垂直な平面内で見た四つの燃料電池積層体を有する配列体の中心近くの断面図を
示している。実際に使用した場合、図示した燃料電池配列体は、図１ａの図が上
面図を表しているように配向するのが好ましい。しかし、次の記載では簡明にす
るため、図１ａに示したような配向に関連した配列に言及する。従って、燃料電
池積層体３０の両方の端には、上の層状マニホルド組立体１０及び下の層状マニ
ホルド組立体２０が存在する。上の層状マニホルド組立体１０は、配列体中の各
積層体の圧縮端板として働き、配列体中の各積層体のための酸化剤（空気）供給
、冷却剤供給、及び冷却剤排出のためのマニホルドとして働く。下の層状マニホ
ルド組立体２０は、配列体中の各積層体の他方の圧縮端板として働き、配列体中
の各積層体のための燃料供給、燃料排出、及び酸化剤排出のためのマニホルドと
して働く。図に描いた態様では冷却剤と酸化剤の流れの周期的反転は簡単に達成
することができる。
【００２７】 積層体のレイアウト 図１ａでは、四つの燃料電池積層体が一列に並べて配列されており、その列は
紙面に垂直である。その燃料電池積層体構造の別の断面図が図１ｃに示されてお
り、その図は層状マニホルド組立体の平面に平行な面内にあり、断面は積層体の
四つの燃料流通領域板４０を通って取られている。配列体中の積層体はおおよそ
直方体であり、燃料、酸化剤、及び冷却剤の流体流動領域板の各々に実質的に直
線的な流動領域を用いている。線状燃料流動領域４２は、図１ｃに見ることがで
きる。その図は、各積層体のための内部マニホルドの幾つかの対のレイアウトも
示している。各積層体の燃料、酸化剤、及び冷却剤流動領域の一方の端へは、夫
々燃料、酸化剤、及び冷却剤の内部マニホルド４６、４７、及び４８により流体
が到達できるようになっている。各積層体の燃料、酸化剤、及び冷却剤の流動領
域の他方の端へは、夫々燃料、酸化剤、及び冷却剤内部マニホルド５６、５７、
及び５８により流体が到達できるようにされている。図１ｃに示すように、酸化
剤内部マニホルド４７及び５７は、両方の端で流動領域（例えば、流動領域４２
）よりも僅かに低くなるように配置されている。この構成により、酸化剤排出物
からの液体の水の排水を促進し、それは、酸化剤流の流れの切り替えを用いた場
合には、酸化剤流動領域の各端から交互に排出される。一連の張られた金属圧縮
バンド５１が積層体の間に通されており、端板として働く層状マニホルド組立体
１０、２０に圧縮力を与え、燃料電池がそれらの間に配置されている。各圧縮バ
ンドは、一方の端が上の層状マニホルド組立体１０に固定され、他方の端が下の
層状マニホルド組立体２０に固定されている。四つの燃料電池積層体及び圧縮バ
ンドが電気絶縁体により互いに電気的に絶縁されており、それら絶縁体は図１ｃ
に垂直な方向に積層体の高さに亙って伸びている（図示されていない）。
【００２８】 上の層状マニホルド組立体 図１ａに関し、上の層状マニホルド組立体１０は、実質的に平らな第一層１１
を有し、その層は実質的に平らな第二層１２に隣接している。層１１及び１２は
、それらの間に冷却剤排出室又はプレナム１５を定める。第二層１２は、実質的
に平らな第三層１３にも隣接しており、これらの層は一緒になってそれらの間に
冷却剤供給室又はプレナム１６を定める。第三層１３は、実質的に平らな第四層
１４にも隣接しており、層１３及び１４はそれらの間に酸化剤供給室又はプレナ
ム１７を定める。冷却剤排出室１５、冷却剤供給室１６、及び酸化剤供給室１７
の各々は、夫々冷却剤排出通路７４、冷却剤供給通路７５、及び酸化剤供給通路
７６により、夫々冷却剤排出口７１、冷却剤供給口７２、及び酸化剤供給口７３
に流通接続されている。従って、冷却剤排出通路７４は、第二、第三、及び第四
の層１２、１３、１４を貫通している。冷却剤供給通路７５は、従って、第三及
び第四層、１３、１４を貫通している。最後に、酸化剤供給通路７６は、第四層
１４だけを貫通している。
【００２９】 図１ａでは、各積層体中の実質的に直線的な流動領域の各々の両端、従って、
各燃料電池積層体のための内部マニホルドは、配列体３０の両側３１及び３２に
沿って全体的に配置されている。冷却剤排出室１５は、各対の冷却剤内部マニホ
ルド４８、５８（夫々両側３１及び３２に配置され、図１ｃに示されている）に
、夫々冷却剤内部マニホルド口９１、９２（この図では示されていないが、夫々
両側３１及び３２に配置されている）の所で、冷却剤排出マニホルド通路８１、
８２（この図では示されていないが、夫々両側３１及び３２に配置されている）
により流体接続されている。四つの燃料電池積層体の各々の一番上の板の所で、
冷却剤内部マニホルド口９１、９２は、冷却剤内部マニホルド４８、５８と接続
している。従って、冷却剤排出マニホルド通路８１、８２は、第一層１１だけを
貫通している。
【００３０】 同様なやり方で、冷却剤供給室１６も、各対の冷却剤内部マニホルド４８、５
８（夫々両側３１及び３２に配置され、図１ｃに示されている）に、夫々冷却剤
内部マニホルド口９１、９２（この図では示されていないが、夫々両側３１及び
３２に配置されている）の所で、冷却剤供給マニホルド通路８３、８４（この図
では示されていないが、夫々両側３１及び３２に配置されている）により流体接
続されている。従って、冷却剤排出マニホルド通路８３、８４は、第一及び第二
層１１、１２を貫通している。
【００３１】 冷却剤供給室及び排出室１５、１６の両方共、各対の冷却剤内部マニホルド４
８、５８に流通接続されている。燃料電池積層体の内部マニホルドを通って冷却
剤を適切に流通させるため、冷却剤供給及び排出マニホルド通路８１、８２、８
３、８４の中の冷却剤の流れを、弁６１、６２、６３、６４を適切に開閉するこ
とにより制御することができる。例えば、弁６１及び６４を閉じ、弁６２及び６
３を開くことにより、冷却剤を冷却剤供給口７５を通って一方の側３１の所にあ
る冷却剤マニホルド４８中へ流し、燃料電池積層体中の冷却剤流通領域を通り、
他方の側３２の所にある冷却剤マニホルド５８に入り、最後に冷却剤排出口７４
を通り排出することができる。冷却剤の適切な流れを与えるための層構造及び弁
構成は、後の図２ａ及び３ａに一層詳細に示されている。
【００３２】 酸化剤供給口７３の酸化剤内部マニホルド４７、５７への流通接続は、上記冷
却剤のものと同様である。酸化剤供給室１７は、各対の酸化剤内部マニホルド４
７、５７に、酸化剤供給マニホルド通路８５、８６により、夫々酸化剤内部マニ
ホルド口９３、９４の所で流通接続されている。
【００３３】 下の層状マニホルド組立体 下の層状マニホルド組立体２０は、実質的に平らな第一層２１を有し、その層
は実質的に平らな第二層２２に隣接している。層２１及び２２は、それらの間に
燃料供給室２５及び燃料排出室２６の両方を定める。それら二つの室は、障壁２
４により分離されている。第二層２２も、実質的に平らな第三層２３に隣接し、
層２２及び２３は、それらの間に酸化剤排出室２７を定める。
【００３４】 この態様では、燃料の流れを反転するための弁は含まれていない。従って、燃
料供給口１０１は燃料供給通路１０４に流通接続されており、その通路が、今度
は燃料供給室２５及び燃料供給マニホルド通路１１１に流通接続されており、そ
のマニホルド通路は次に燃料内部マニホルド口９５の所で燃料内部マニホルド５
６に接続され、それにより燃料流通領域板４０（図１ａでは示されていない）中
への燃料のための流通路を与える。燃料は燃料内部マニホルド４６を通って流通
領域板４０を出るが、その内部マニホルドは燃料排出マニホルド口９６の所で燃
料排出マニホルド通路１１２に接続しており、それは次に燃料排出室２６に接続
しており、それが次に燃料排出通路１０５に接続し、燃料排出口１０２へ通じて
いる。
【００３５】 酸化剤排出口１０３の酸化剤内部マニホルド４７、５７への流通接続は、上で
述べた酸化剤供給のものと同様であるが、それらは下の層状マニホルド組立体２
０で見られる点が異なる。例えば、酸化剤排出口１０３は、酸化剤排出通路１０
６により酸化剤排出室２７へ流通接続され、その室は、今度は各対の酸化剤内部
マニホルド４７、５７に、酸化剤内部マニホルド口９７、９８（この図では示さ
れていないが、夫々両側の３１及び３２の所に配置されている）の所で、夫々酸
化剤排出マニホルド通路１１３、１１４（この図では示されていないが、夫々両
側の３１及び３２の所に配置されている）により流通接続されている。
【００３６】 このようにして、酸化剤供給室及び排出室１７、２７の両方が、各対の酸化剤
内部マニホルド４７、５７に流通接続されている。燃料電池積層体の内部マニホ
ルドを通って適切に酸化剤を流通させるため、酸化剤供給及び排出マニホルド通
路１１３、１１４、８５、８６中の酸化剤の流れは、弁６５、６６、６７、６８
を適切に開閉することにより制御することができる。酸化剤の適切な流れを与え
るための層構造及び弁構成は、冷却剤及び排出マニホルド通路のものと同様であ
る。
【００３７】 図１ｂは、図１ａの燃料電池積層体の配列体の側面３１の図である。この図は
、弁６１、６３、６５、６７の相対的位置を示している。配列体の燃料電池積層
体４５の間に配置された圧縮バンド５１の位置も示されている。
【００３８】 層状マニホルド組立体の流通路を例示するための概略的図 図２ａは、図１の上の層状マニホルド組立体１０の概略的図であり、それは配
列体のための共通の酸化剤供給部、冷却剤供給部、及び冷却剤排出部に接続され
ている。弁６１〜６６は、燃料電池積層体を出入りする種々の流体の流れを制御
する。各弁は、例示する弁６１と同様な構造を有する。弁６１は、長方形の密封
面６１ａ及び燃料電池積層体の配列体の外から作動させる軸６１ｂを有する。面
６１ａは、層１１に固定された長方形の座部１１ａに対し密封する。座部１１ａ
は、全体的に長方形の孔を有する。
【００３９】 図に示したように、冷却剤供給及び排出弁６２及び６３を開き、一方冷却剤供
給及び排出弁６１及び６４を閉じる。これにより冷却剤は、冷却剤供給口７２を
通って冷却剤内部マニホルド口９１へ流れ、その口から冷却剤内部マニホルド４
８（図示されていない）中へ導入される。次に冷却剤は燃料電池積層体中の冷却
剤流通領域を通って冷却剤内部マニホルド５８（図示されていない）中へ流れ、
冷却剤内部マニホルド口９２へ流れ、冷却剤排出口７１を通って排出される。冷
却剤の流れは、弁６２及び６３を閉じ、弁６１及び６４を開くことにより反転す
る。
【００４０】 図２ａでは、弁６５を開き、弁６６が閉じている。これにより酸化剤が酸化剤
供給口７３を通って酸化剤内部マニホルド口９３へ供給され、そこから酸化剤内
部マニホルド４７（図示されていない）中へ導入される。次に酸化剤は燃料電池
積層体中の酸化剤流通領域を通って流れ、酸化剤内部マニホルド５７（図示され
ていない）中へ流れ、酸化剤内部マニホルド口９８へ流れ、図２ｂに示されてい
る下の層状マニホルド組立体２０中の酸化剤排出口１０３を通って排出される。
酸化剤の流れは弁６５を閉じ、弁６６を開けることにより反転する。
【００４１】 図２ｂは、図１の下の層状マニホルド組立体２０の概略的図であり、それは配
列体のための共通の酸化剤排出部、燃料供給部、及び燃料排出部へ接続されてい
る。図に示したように、弁６７を閉じ、弁６８を開き、図２ａの弁６５及び６６
に対し適切な構成にする。これにより酸化剤が酸化剤内部マニホルド５７（図示
されていない）から、酸化剤内部マニホルド口９８へ流れ、下の層状マニホルド
組立体２０中の酸化剤排出口１０３を通って排出される。
【００４２】 燃料は燃料供給口１０１を通って入り、燃料内部マニホルド口９５の所から燃
料内部マニホルド５６へ流れ、燃料流通領域板を通り、燃料内部マニホルド４６
中へ入り、燃料内部マニホルド口９６へ流れ、燃料排出口１０２を通って排出さ
れる。
【００４３】 図２ａ及びｂの模式図では、一つの燃料電池積層体への流れを制御するための
一組の弁が示されている。しかし、図１の燃料電池配列体３０は、四つの積層体
及び四つの組の制御弁を有する。流れ反転後の短い時間、与えられた燃料電池積
層体からの電力出力の低下が一般に存在するので、全ての燃料電池積層体の流れ
を一時に反転しないようにすることが有利である。個々の燃料電池積層体の各々
への流れを制御するための複数の組の弁は、独立に操作することができるので、
唯一つの組の弁だけを一時に切り替え、電力の一時の減少を配列体の1/4だけか
らのものにするのが好ましい。その場合、四つの燃料電池積層体への流れを制御
する四組の弁は、各組を切り替える間の時間を充分長くし、前に切り替えた燃料
電池積層体が完全な電力に回復する時間を持つことができるようにしながら、順
次切り替えて行くのが好ましい。このようにして配列体からの電力出力を、流れ
を反転させる間、正常値の７５％以上を常に維持することができる。
【００４４】 上の層 図３ａ〜３ｄは、図１の上の層状マニホルド組立体１０を構成する各層の図を
示している。図３ａは、冷却剤排出室１５の底を定める第一層１１の上面図を示
している。第一層１１は、本質的に固体成形板であり、その中に種々の室、通路
、孔、及び支持体が形成されている。冷却剤排出マニホルド通路８１ａの近辺が
一層詳細に示されており、各マニホルド通路がどのように他のマニホルド通路か
ら隔離されているかを例示している。図３ａに示した図に関し、弁座部１１ａは
、マニホルド通路８１ａの右に接している（図２ａでは弁６１の密封面６１ａに
よって閉ざされている）。酸化剤供給マニホルド通路８５ａの壁は、第一層１１
の厚さ全体に亙り伸びており、それにより上記マニホルド通路８１ａに接してい
る。最後に、第一層１１の外側縁は、マニホルド通路８１ａの左下に接している
。
【００４５】 種々の流体マニホルド通路８１〜８６の位置は、図３ａに示されている。（冷
却剤供給マニホルド通路８３及び８４は、第二層１２の所で夫々冷却剤排出通路
８１及び８２と一緒になっている）。圧縮バンド５１のための開口５０が与えら
れており、第一層１１中に形成された支持体５２により取り巻かれ、隣接層１１
及び１２を圧縮力による曲げに対し支持する。支持体５２は、層１１の厚さ全体
に亙り伸びている。付加的円筒状支持体５３も層１１内に形成されており、同様
に厚さ全体に亙り伸び、曲げに対する支持を与える。（簡明にするため、図１ａ
では、支持体５２及び５３の存在は省略されている）。
【００４６】 図３ｂは、第二層１２の上面図を示し、それは冷却剤排出室１５を冷却剤供給
室１６から分離し、各室の頂部及び底部を夫々定める。そこに形成された特徴は
、図３ａのものと同様であり、参照番号は前のもので定めたものと同様な部品を
示している。同様なやり方で図３ｃは、第三層１３の上面図を示し、それは冷却
剤供給室１６を酸化剤供給室１７から分離し、各室の上部及び底部を夫々定める
。図３ｄは第四層１４の底面図を示し、それは酸化剤供給室１７の頂部を定める
。
【００４７】 下の層 図４ａ〜４ｄは、図１の下の層状マニホルド組立体２０を構成する各層の図を
示している。図４ａは第一層２１の底面図（この場合も図１に関する）を示し、
それは燃料供給及び排出室２５及び２６の頂部を夫々定める。図４ａには、電気
絶縁体のための配置溝１５０も示されており、それらは四つの燃料電池積層体及
び圧縮バンド５１を互いに電気的に絶縁している。図４ｂは、第二層２２の底面
図を示し、それは燃料供給及び排出室２５、２６を、酸化剤排出室２７から分離
し、各室の底部及び上部を夫々定めている。層２２は一般に前の層と同様である
が、それが、燃料供給室２５を燃料排出室２６から分離するための隔壁２４を有
する点が異なる。隔壁２４は、層２２の全厚さに亙って伸びている。図４ｃは第
三層２３の上面を示し、それは酸化剤排出室２７の底部を定める。最後に図４ｄ
は第三層２３の底面図を示し、それは弾力性スプリング５４及びバンド５１の配
列を示し、それらは上及び下のマニホルド組立体１０、２０（即ち、端板）を一
緒に押して燃料電池を圧縮するのに用いられている。
【００４８】 層状マニホルド組立体を構成する層は、どのような適当な材料から作ってもよ
い。前の態様では、数多くの複雑な特徴がそこに形成されている。例えば、成形
可能な材料（例えば、適当に堅くした熱可塑性樹脂）からそのような層を製造す
るのが好ましいであろう。そのような層は、もし望むならば、適当な接着剤を用
いるか、又は他の慣用的手段を用いて一体的組立体に一緒に結合することができ
る。
【００４９】 別の態様を用いることもできるが、層状マニホルド組立体の前記態様により、
望ましい薄さの直方体状平行六面体の形を達成することができる。燃料電池配列
体の縦横比により、組立体の厚さは、流れに対し同等の断面積を有するパイプの
太さよりも小さくすることができる。更に、燃料電池積層体の各共通の流体口か
ら各内部マニホルドまでの通路の長さは比較的短く、各燃料電池積層体について
大略同じである。これにより流動抵抗は比較的低く保ち、流体圧力及び（又は）
各燃料電池積層体への流れは同様になる。更に、前の態様は、切り替え弁６１〜
６８が内部マニホルド４６〜４８及び５６〜５８に対し非常に近接している点で
、流れ切り替えの目的にとって有利である。このことは、反転した時、供給され
る流体が実際に燃料電池流動領域に入り始める前に、空にしなければならない排
出流体の体積を最小にする結果を与える。
【００５０】 別の態様 図５ａ〜５ｄは、燃料電池配列体の共通の酸化剤供給部、酸化剤排出部、冷却
剤供給部、及び冷却剤排出部に接続するための層状マニホルド組立体の別の態様
を示している。この態様と図１に示したものとの相異点は、酸化剤口を酸化剤室
へ接続する酸化剤通路が、冷却室を定める層中へ伸びていることである。従って
、酸化剤通路はこれらの層の一つを貫通している。この設計は、冷却剤室を定め
る層に対する酸化剤流の衝突から生ずる流れの抵抗を減少させることができ、望
ましい。
【００５１】 図５ａは、第一層１２１、第二層１２２、及び第三層１２３を有する別の層状
マニホルド組立体１２０の断面図を示している。これらの層は冷却剤供給室１２
４、冷却剤排出室１２５、冷却剤供給室１２６、及び酸化剤排出室１２７を定め
、それらは冷却剤供給通路１２８、冷却剤排出通路１２９、酸化剤供給通路１３
０、及び酸化剤排出通路１３１の通路により、夫々冷却剤供給口１３２、冷却剤
排出口１３３、酸化剤供給口１３４、及び酸化剤排出口１３５へ接続されている
。酸化剤供給通路１３０及び１３１の両方が層１２２を貫通している。隔壁１２
１ａ及び１２１ｂは、酸化剤供給通路１３０及び酸化剤排出通路１３１を、夫々
冷却剤供給室１２４及び冷却剤排出室１２５から分離する。隔壁１２１ｃ及び１
２３ａは、酸化剤供給通路１３０を、酸化剤排出通路１３１から分離する。燃料
電池積層体中のそれら室から内部マニホルドへの接続のような他の接続は、図１
に示したものと同様であり、ここで詳細に言及することはしない。
【００５２】 図５ｂは、第一層１２１の上面図を示し、それは、夫々酸化剤供給通路及び排
出通路１３０及び１３１の一部と共に、冷却剤供給室及び排出室１２４及び１２
５を夫々定める。
【００５３】 図５ｃは、第二層１２２の上面図を示し、それは、冷却剤供給室及び排出室１
２４及び１２５を、夫々酸化剤供給室及び排出室１２６及び１２７から夫々分離
し、各対の室の上部及び底部を夫々定める。
【００５４】 図５ｄは、第三層１２３の底面図を示し、それは酸化剤供給室及び排出室１２
６及び１２７の上部を夫々定める。
【００５５】 次の実施例は、本発明の態様を例示するために与えられているが、本発明を何
等限定するものではないと考えられるべきである。
【００５６】 （実施例） 図１に描いた態様に全体的に従い、７５ｋＷ燃料電池配列体のための層状マニ
ホルド組立体を設計し、製造した。その配列体は四つの燃料電池積層体を有し、
各々が直列になった１１０個の電池を有し、端板として層状マニホルド組立体を
用いていた。各燃料電池積層体では、酸化剤及び冷却剤の流れを順次切り替える
ことも用いることができるようにした。層状マニホルド組立体を有する配列体は
、燃料、酸化剤、及び冷却剤として、夫々水素、空気、及び精製水を用い、夫々
の流量を９７０、２９００、及び２５０リットル／分にして操作することができ
るように設計した。配列体が設計された作動電流密度で、得られる化学量論性が
水素及び空気の流れについて、夫々１．２及び１．５であるように設計した。（
化学量論性は、燃料電池中での電気化学的反応により実際に消費される反応物の
量に対する燃料電池に与えられた反応物の量の比として定義される）。流れ切り
替え時間は、積層体の一つで３０秒毎に流れが反転するように選択された。
【００５７】 層状マニホルド組立体中の層は、ガラス充填熱可塑性樹脂から製造され、接着
剤で一緒に結合されていた。冷却剤供給室、冷却剤排出室、及び空気供給室を具
えた完成組立体（即ち、図１の上の組立体）は、高さ約６０ｍｍで、幅２５０ｍ
ｍであった。その中の空気供給室は約１３ｍｍ×２２０ｍｍであり、それにより
空気の流れのための断面積は、空気室中約２８００ｍｍ２（６０ｍｍ直径のパイ
プの断面積に相当する）であった。従って、この層状マニホルド組立体は、実際
的燃料電池配列体に用いるのに適していた。
【００５８】 本発明の特定の部品、態様、及び用途を示し、説明してきたが、勿論本発明が
それらに限定されるものではないことは理解されるであろう。なぜなら、特に上
記教示を考慮して、当業者により修正を行うことができるからである。従って、
特許請求の範囲は、本発明の本質及び範囲内に入るそれらの特徴を組み込むよう
な修正を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１ａは、層状マニホルド組立体を有する燃料電池積層体の配列体の頂部断面
図である。この図は、層状マニホルド組立体及び積層燃料電池の平面に対し垂直
な面内にある。 図１ｂは、図１ａの配列体の側面図である。この場合も図面は、層状マニホル
ド組立体及び積層燃料電池の平面に対し垂直で、図１ａの図に対し直角な面内に
ある。 図１ｃは、図１ａの燃料電池積層体の、層状マニホルド組立体及び積層燃料電
池の平面に対し平行な面内の断面図である。この図は、並べた積層体配列及び各
積層体のための内部マニホルドのレイアウトを示している。
【図２】 図２ａは、図１ａ、１ｂ、及び１ｃの上の層状マニホルド組立体の概略的断面
図であり、その組立体は、配列体のための共通の酸化剤供給部、冷却剤供給部、
及び冷却剤排出部に接続されている。 図２ｂは、図１ａ、１ｂ、及び１ｃの下の層状マニホルド組立体の概略的断面
図であり、その組立体は、配列体のための共通の酸化剤排出物部、燃料供給部、
及び燃料排出部に接続されている。
【図３】 図３ａは、図１ａ、１ｂ、及び１ｃの上の層状マニホルド組立体の第一層の上
面図であり、それは冷却剤排出室の底部を定める。 図３ｂは、図１ａ、１ｂ及び１ｃの上の層状マニホルド組立体の第二層の上面
図であり、それは冷却剤排出室を冷却剤供給室から分離し、各々の上部及び底部
を夫々定める。 図３ｃは、図１ａ、１ｂ及び１ｃの上の層状マニホルド組立体の第三層の上面
図であり、それは冷却剤供給室を空気供給室から分離し、各々の上部及び底部を
夫々定める。 図３ｄは、図１ａ、１ｂ及び１ｃの上の層状マニホルド組立体の第四層の底面
図であり、それは空気供給室の頂部を定める。
【図４】 図４ａは、図１ａ、１ｂ、及び１ｃの下の層状マニホルド組立体端板の第一層
の底面図であり、それは燃料供給室及び排出室の頂部を定める。 図４ｂは、図１ａ、１ｂ及び１ｃの下の層状マニホルド組立体の第二層の底面
図であり、それは燃料供給室及び排出室を、酸化剤排出室から分離し、各々の上
部及び底部を夫々定める。 図４ｃは、図１ａ、１ｂ及び１ｃの下の層状マニホルド組立体の第三層の上面
図であり、それは酸化剤排出室の底部を定める。 図４ｄは、図１ａ、１ｂ及び１ｃの下の層状マニホルド組立体の第三層の底面
図である。この図は、弾力性圧縮スプリング及び圧縮バンドの配列を示している
。
【図５】 図５ａは、別の層状マニホルド組立体の側断面図であり、その組立体は配列体
のための共通の酸化剤供給部、酸化剤排出部、冷却剤供給部、及び冷却剤排出部
に接続されている。酸化剤供給通路及び排出通路は、冷却供給室及び排出室を分
離する層を貫通している。 図５ｂは、図５ａの層状マニホルド組立体の第一層の上面図であり、それは酸
化剤供給通路及び排出通路の一部分と共に、冷却剤供給室及び排出室を分離する
。 図５ｃは、図５ａの層状マニホルド組立体の第二層の上面図であり、それは冷
却剤供給室及び排出室を、酸化剤供給室及び排出室から分離し、各対の室の上部
及び底部を夫々定める。 図５ｄは、図５ａの層状マニホルド組立体の第三層の底面図であり、それは酸
化剤供与室及び排出室の頂部を定める。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イイプ、デビッド、カウ − キー カナダ国 ブリティッシュ コロンビア、 バンクーバー、 イースト フォーティス アベニュー 2678 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC08

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも一つの内部マニホルド付燃料電池積層体を有する
    配列体のための層状マニホルド組立体において、前記組立体が、前記配列体中の
    各燃料電池積層体の内部マニホルドに流体接続する（fluid connection：流通接
    続する）ための流体口及び内部マニホルド口を有し、然も； 前記少なくとも一つの燃料電池積層体の各々の一方の端に隣接した実質的に平
    らな第一層； 前記第一層に隣接した実質的に平らな第二層；前記第一層と第二層との間に定
    められた第一室； 前記第二層に隣接した実質的に平らな第三層；前記第二層と第三層との間に定
    められた第二室； 前記第二層及び第三層を貫通し、第一流体口を前記第一室に流体接続する（fl
    uidly connecting：流通接続する）第一流体通路； 前記第三層を貫通し、第二流体口を前記第二室に流体接続する第二流体通路； 前記第一層を貫通し、前記第一室を第一流体内部マニホルド口に流体接続する
    第一マニホルド通路；及び 前記第一層及び第二層を貫通し、前記第二室を第二流体内部マニホルド口へ流
    体接続する第二マニホルド通路、 を具えた層状マニホルド組立体。
  2. 【請求項２】 複数の内部マニホルド付燃料電池積層体を有する配列体のた
    めの層状マニホルド組立体において、複数の第一マニホルド通路、第二マニホル
    ド通路、第一流体内部マニホルド口、及び第二流体内部マニホルド口を具えた、
    請求項１に記載の層状マニホルド組立体。
  3. 【請求項３】 更に、 第三層に隣接した実質的に平らな第四層；前記第三と第四層との間に定められ
    た第三室；第一及び第二の流体通路が更に前記第四層を貫通しており； 前記第四層を貫通し、第三流体口を前記第三室に流体接続する第三流体通路；
    及び 前記第三、第二、及び第一層を貫通し、前記第三室を第三流体内部マニホルド
    口へ流体接続する第三マニホルド通路、 を具えた、請求項２に記載の層状マニホルド組立体。
  4. 【請求項４】 更に、 夫々、前の層に隣接した複数の実質的に平らな層；隣接した層の各対の間に定
    められた追加の室；及び更に前記複数の層を貫通する夫々前の流体通路； 前記複数の層を貫通し、前記追加の室の各々に追加の流体口を流体接続する複
    数の流体通路；及び 各前の層を貫通し、各追加の室を内部マニホルド口へ流体接続する複数のマニ
    ホルド通路； を具えた、請求項３に記載の層状マニホルド組立体。
  5. 【請求項５】 第一又は第二室の少なくとも一方の中の流体の流れのための
    断面積が、層状マニホルド組立体の厚さに等しい直径を有するパイプの断面積よ
    りも大きい、請求項１に記載の層状マニホルド組立体。
  6. 【請求項６】 第二流体通路が、更に第二層を貫通している、請求項１に記
    載の層状マニホルド組立体。
  7. 【請求項７】 第一及び第二の流体口が、組立体の平面の中心近くに位置す
    る、請求項１に記載の層状マニホルド組立体。
  8. 【請求項８】 更に、 少なくとも一つの対の隣接層の間に定められた追加の室； 少なくとも第三板を貫通し、追加の流体口を前記追加の室へ流体接続する追加
    の流体通路；及び 少なくとも一つの第一層を貫通し、前記追加の室を追加の流体内部マニホルド
    口へ流体接続する追加のマニホルド通路； を具えた、請求項２に記載の層状マニホルド組立体。
  9. 【請求項９】 少なくとも一つの対の隣接層の中の前記二つの室に接続され
    た二つの流体口が、燃料電池積層体流体のための供給口及び排出口である、請求
    項８に記載の層状マニホルド組立体。
  10. 【請求項１０】 前記の室の一つに流体接続されたマニホルド通路の各々の
    中の流体の流れを制御するための弁を更に具えた、請求項１に記載の層状マニホ
    ルド組立体。
  11. 【請求項１１】 マニホルド通路が、一つより多くの燃料電池積層体に前記
    の室を流体接続するためのものであり、前記通路の各々の中の流体の流れを、弁
    の操作により独立に制御することができる、請求項１０に記載の層状マニホルド
    組立体。
  12. 【請求項１２】 マニホルド通路が、単一の燃料電池積層体中の一対の内部
    マニホルドに前記の室を流体接続するための一対の通路を有し、前記一対の通路
    の各々の中の流体の流れを変化させるため、弁が作動的に接続されている、請求
    項１０に記載の層状マニホルド組立体。
  13. 【請求項１３】 第一、第二、及び第三流体口が、夫々、酸化剤供給口、冷
    却剤供給口、及び冷却剤排出口の一つである、請求項３に記載の層状マニホルド
    組立体。
  14. 【請求項１４】 前記少なくとも一つの対の隣接層中の二つの室に接続され
    た二つの流体口が、燃料供給口及び燃料排出口である、請求項９に記載の層状マ
    ニホルド組立体。
  15. 【請求項１５】 第一及び第二室が冷却剤室であり、更に 前記第一室に流体接続された一対のマニホルド通路の各々の中の冷却剤の流れ
    を制御するための弁；及び 前記第二室に流体接続された一対のマニホルド通路の各々の中の冷却剤の流れ
    を制御するための弁； を具えた、請求項１２に記載の層状マニホルド組立体。
  16. 【請求項１６】 第一及び第二室が酸化剤室であり、更に 前記第一室に流体接続された一対のマニホルド通路の各々の中の酸化剤の流れ
    を制御するための弁；及び 前記第二室に流体接続された一対のマニホルド通路の各々の中の酸化剤の流れ
    を制御するための弁； を具えた、請求項１２に記載の層状マニホルド組立体。
  17. 【請求項１７】 請求項１に記載の層状マニホルド組立体を具えた、少なく
    とも一つの内部マニホルド付燃料電池積層体のマニホルド付燃料電池配列体。
  18. 【請求項１８】 請求項１０に記載の層状マニホルド組立体を具えた、少な
    くとも一つの内部マニホルド付燃料電池積層体のマニホルド付燃料電池配列体。
  19. 【請求項１９】 前記の少なくとも一つの内部マニホルド付燃料電池積層体
    が、複数の固体重合体燃料電池を有する、請求項１７に記載のマニホルド付燃料
    電池配列体。
  20. 【請求項２０】 少なくとも一つの内部マニホルド付燃料電池積層体が、各
    燃料電池を通って伸びる実質的に直線状の流体流通領域を有する複数の燃料電池
    を有する、請求項１７に記載のマニホルド付燃料電池配列体。
  21. 【請求項２１】 内部マニホルド付燃料電池積層体のマニホルド付燃料電池
    配列体中の流体の流れを周期的に反転する方法において、 （ａ） 前記配列体中に供給マニホルド組立体を組み込み、然も、前記供給マ
    ニホルド組立体が、 供給室を間に定める一対の隣接する実質的に平らな層； 前記供給室へ流体供給部を流体接続するための供給マニホルド組立体中の供給
    通路； 前記配列体中の各積層体中の一対のマニホルドの各々に交互に、内部マニホル
    ド口により前記供給室を流体接続するための供給マニホルド通路；及び 前記供給マニホルド通路の各々の中の流体の流れを制御するための弁； を具え、 （ｂ） 前記配列体に排出マニホルド組立体を組み込み、然も、前記排出マニ
    ホルド組立体が、 排出室を間に定める一対の隣接する実質的に平らな層； 前記排出室へ流体排出部を流体接続するための排出マニホルド組立体中の排出
    通路； 前記配列体中の各積層体中の一対のマニホルドの各々に交互に、内部マニホル
    ド口により前記排出室を流体接続するための排出マニホルド通路；及び 前記排出マニホルド通路の各々の中の流体の流れを制御するための弁； を具え、 然も、前記一対の内部マニホルドが、夫々、各燃料電池中の前記流体のための
    流通領域の両端に流体接続されており、各燃料電池積層体中の前記一対の内部マ
    ニホルドの一方を前記供給室温に流体接続するが、前記排出室へは接続しないよ
    うに前記弁を操作し、そして （ｃ） 周期的間隔で、前記弁の設定を調節し、それにより前記流通領域を通
    る前記流体の流れが周期的に反転される、 ことを包含する、周期的反転法。
  22. 【請求項２２】 前記配列体中の各燃料電池積層体中の前記一対の内部マニ
    ホルドの各々を通る流れを、異なった時間で反転する、請求項２１に記載のマニ
    ホルド付燃料電池配列体中の流体の流れを周期的に反転する方法。
  23. 【請求項２３】 少なくとも一つの内部マニホルド付燃料電池積層体を有す
    る配列体のための層状マニホルド組立体において、配列体中の各燃料電池積層体
    中の内部マニホルドに流体接続するための流体口及び内部マニホルド口を有し、
    然も、 前記少なくとも一つの燃料電池積層体の各々の一方の端に隣接した第一層、 前記第一層に隣接した第二層、前記第一層と第二層との間に定められた第一室
    ； 前記第二層に隣接した第三層；前記第二層と第三層との間に定められた第二室
    ； 前記第二層及び第三層を貫通し、前記第一室へ第一流体口を流体接続する第一
    流体通路； 前記第三層を貫通し、前記第二室へ第二流体口を流体接続する第二流体通路； 前記第一層を貫通し、前記第一室を第一流体内部マニホルド口へ流体接続する
    第一マニホルド通路；及び 前記第一層及び第二層を貫通し、前記第二室を第二流体内部マニホルド口へ流
    体接続する第二マニホルド通路、 を具えた層状マニホルド組立体。
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