JP2003515910A - 一体型マニホールド装置を有する燃料電池電力設備 - Google Patents

一体型マニホールド装置を有する燃料電池電力設備

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JP2003515910A JP2001542406A JP2001542406A JP2003515910A JP 2003515910 A JP2003515910 A JP 2003515910A JP 2001542406 A JP2001542406 A JP 2001542406A JP 2001542406 A JP2001542406 A JP 2001542406A JP 2003515910 A JP2003515910 A JP 2003515910A
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ジェイ． グスリー，ロビン
ジェイ． コーリガン，トーマス
ピー． ボンク，スタンレイ
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ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー
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Abstract

(57)【要約】 燃料電池電力設備用の一体型マニホールド装置は、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックとを含み、共通のマニホールドが、第１の燃料電池スタックおよび第２の燃料電池スタックと連通するように適合される。共通のマニホールドは、第１および第２の燃料電池スタックのそれぞれに第１の反応物を振り分ける第１の空間と、第１の反応物が第１および第２の燃料電池スタックのそれぞれから排出されるとき、第１の反応物を受け取る第２の空間と、を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、一般に一体型マニホールド装置を有する燃料電池電力設備に関し、
特に、燃料電池電力設備の全体の重量および体積を低減しながら、燃料電池電力
設備に入力反応物を均一に供給する、燃料電池電力設備の一体型マニホールド装
置に関する。
【０００２】
【背景技術】
固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、リン酸型燃料電池、プロトン
交換膜（ＰＥＭ）型燃料電池などの、多くの種類の燃料電池が当業技術で知られ
ている。燃料電池は、直接、化学エネルギーを電気エネルギーに変換することに
よって、電気を発生する。一般的な燃料電池では、電解質媒体によって、アノー
ド電極とカソード電極とが分離される。燃料がアノード電極に供給され、酸化剤
がカソード電極に供給され、さらに、燃料電池が適切な温度範囲に維持されると
、アノード電極とカソード電極の間で電圧が発生する。電解質媒体によって、カ
ソード電極とアノード電極の間をイオン種が移動する。
【０００３】 燃料電池によって発生する生成物は、比較的単純で温和であり、通常、水と二
酸化炭素を含み、従って、環境上の問題は、最小限に抑えられる。内燃機関など
の化石燃料に基づく動力源とは対照的に、燃料電池は、より単純で、より騒音が
少なく、汚染がなく、高い効率を有する。これらと他の理由により、燃料電池は
、将来有望な電源であると考えられる。
【０００４】 しかしながら、実際上は、燃料電池スタックの作動は、複雑になり得る。個別
の電気的に集積された複数の燃料電池装置から通常構成される燃料電池スタック
を維持するのに、少なからぬ装置が必要となり得る。このような装置には、適切
な温度に燃料電池スタックを維持するための温度管理サブシステム、燃料電池ス
タックを作動させることによって反応生成物として生成された水を処理し、かつ
、電力設備の全体を通して適切な湿度を維持するための水管理サブシステム、燃
料反応物を処理し燃料電池スタックへ供給するための燃料サブシステム、燃料電
池スタックへ酸化剤を供給するための送風機などが含まれる。全体的に見て、燃
料電池スタック、または電気的に接続された複数の燃料電池スタックと、その作
動サブシステムが、一般的な燃料電池電力設備を構成する。
【０００５】 当業者には理解されるように、燃料電池電力設備の構成要素およびサブシステ
ムは、用途に依存して変更可能であり、工業用のリン酸型の据え付け型電力設備
は、一般に（ＰＥＭ）である移動式電力設備とは、異なることになる。さらに、
燃料反応物として水素を供給することができる移動式ＰＥＭ電力設備は、ガソリ
ンから水素燃料を生成するサブシステムを備える必要があり得る、自動車内に取
り付けるためのＰＥＭ設備とは、かなり異なり得る。一般に、燃料電池電力設備
は、電力設備が使用されることになる用途に必要であり、かつ、燃料電池電力設
備によって組み込まれる燃料電池の種類に適した、サブシステム構成要素を含む
。燃料電池装置内の温度を制御するために、燃料電池装置のまわりを循環するよ
うに、冷媒、一般には水、が備えられる。
【０００６】 電気化学的燃料電池装置では、通常、燃料として水素を、酸化剤として酸素を
使用するが、上に示したように、ここでの反応副生成物は、水である。このよう
な燃料電池装置では、多孔質の導電性シート材料、一般には炭素繊維紙、から形
成された２つの電極の間に配置された、固体高分子電解質からなる膜またはイオ
ン交換膜が使用され得る。イオン交換膜は、デュポン社（ＤｕＰｏｎｔ）により
販売されている商標名ナフィオン（ＮＡＦＩＯＮTM）などのプロトン交換膜（以
下、ＰＥＭと呼ぶ）としても、知られており、その上に形成された触媒層を有し
ており、これは、所望する電気化学反応を促進する膜−電極界面となる。
【０００７】 作動中は、水素燃料は、アノード電極の多孔質電極材料に浸透し、触媒層と反
応して、水素イオンと電子を生成する。水素イオンは、膜を通ってカソード電極
へ移動し、電子は、外部回路を通ってカソード電極へ流れる。カソード電極では
、酸素を含む供給気体が、同様に、多孔質電極材料に浸透し、触媒層でアノード
電極からの水素イオンおよび電子と反応し、副生成物の水を生成する。イオン交
換膜は、この水素イオンのアノード電極からカソード電極への移動を促進するば
かりでなく、イオン交換膜は、酸素を含む気体酸化剤から水素燃料を隔てるよう
に作用する。アノード電極とカソード電極の触媒層で生じる反応は、次の式： アノード電極反応：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ 、 カソード電極反応：１／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ→Ｈ2Ｏ 、 で示される。
【０００８】 通常の燃料電池は、アノード電極プレート、カソード電極プレートと呼ばれる
２枚の気体透過性の導電性プレートの間に配置されたイオン交換膜を有する。こ
れらのプレートは、通常、黒鉛、黒鉛−高分子複合材などから形成される。プレ
ートは、集電体として機能し、さらに燃料と酸化剤をアノード電極とカソード電
極にそれぞれ供給する手段を与えるばかりでなく、これら２つの多孔質の導電性
電極の支持構造として機能する。プレートは、燃料電池の作動中に、反応副生成
物である水を運び去るためにも使用される。
【０００９】 これらのプレート内に、燃料または酸化剤をアノード電極とカソード電極のプ
レートに供給するために、流れ用の流路（ｃｈａｎｎｅｌ）が形成されるとき、
これらは、流体の流れの場のプレートと呼ばれる。これらのプレートは、同様に
、特定の燃料電池の構成では、水移動プレートとして機能することができる。こ
れらのプレートが、単に、アノード電極とカソード電極の多孔質材料に形成され
た流路に、重ねられるときは、これらは、分離プレートと呼ばれる。さらに、プ
レートには、燃料をアノード電極の流路に、あるいは、酸化剤をカソード電極の
流路に、供給するのに使用される反応物供給マニホールドが、形成されることも
ある。さらに、プレートには、燃料および酸化剤の流れの未反応成分を、さらに
は副生成物として生成するどのような水も、燃料電池から導くために、対応する
排出マニホールドが形成される。あるいは、マニホールドは、同一出願人による
クンツ（Ｋｕｎｚ）らに付与された米国特許第３，９９４，７４８号に示されて
いるように、燃料電池自体の外部に形成することもできる。
【００１０】 燃料電池装置の触媒層は、他の貴金属または貴金属合金を使用することもでき
るが、通常、炭素により保持された白金または白金合金である。２つ以上のアノ
ード電極プレート／膜／カソード電極プレートの組み合わせからなる複数の電気
的に接続された燃料電池装置は、燃料電池スタックと呼ばれる。単一の燃料電池
スタックは、通常、直列に接続される。
【００１１】 多くの場合、燃料電池スタックが使用される特定の用途では、主にそのような
燃料電池スタックの大きさに対する構造上の制限のため、単一の燃料電池スタッ
クの容量を超える装置電圧が必要とされる。すなわち、単一の燃料電池スタック
に極端に高い電圧を発生させるためには、そのような燃料電池スタックの長さは
、非現実的な長さになるであろうし、全体として燃料電池スタックの構造が変形
してしまう可能性があるであろう。従って、高電圧の要求に関するこれらの状況
を補償するために、燃料電池電力設備の電気を発生させる部分を形成するように
、２つ以上の燃料電池スタックを組み合わせて使用することができる。
【００１２】 作動するように接続された複数の燃料電池スタックは、高電圧が要求されるさ
まざまな輸送用途に特に有用である。しかしながら、そのような用途、特に構成
された燃料電池電力設備の重量および体積が、第一に重要である用途において、
複数の燃料電池スタックを使用することに関連する付加的な懸念がある。さらに
、複数の燃料電池スタックを使用するとき、燃料電池電力設備を構成する燃料電
池スタックのそれぞれに燃料および酸化剤反応物を確実に均一に分配するのが、
ますます困難になる。
【００１３】 上述した問題および懸念を念頭におくと、本発明の一般的な目的は、上述した
欠点を克服する、一体型マニホールド装置を有する燃料電池電力設備を提供する
ことである。
【００１４】
【発明の開示】
本発明の目的は、一体型マニホールド装置を有する燃料電池電力設備を提供す
ることである。
【００１５】 本発明の一実施態様によれば、燃料電池電力設備のための一体型マニホールド
は、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックとを含み、共通のマニホ
ールドが、第１の燃料電池スタックおよび第２の燃料電池スタックと連通するよ
うに適合される。
【００１６】 共通のマニホールドは、第１および第２の燃料電池スタックのそれぞれに第１
の反応物を振り分ける第１の空間と、第１の反応物が第１および第２の燃料電池
スタックのそれぞれから排出されるとき、第１の反応物を受け取る第２の空間と
、を含む。
【００１７】 本発明のこれらと他の目的、その好ましい実施態様は、明細書、特許請求の
範囲、図面を全体として考慮することにより、明らかになるであろう。
【００１８】
【発明を実施するための最良の形態】
図１には、直列に接続されて配置された２つの電気化学的燃料電池装置１１、
１２を有する部分的な燃料電池スタック１０の断面図が例示されている。各燃料
電池装置１１、１２は、ほんの約０．６〜０．７Ｖを発生するだけである。所望
する供給電力を生成するために、通常、同時に非常に多くの燃料電池を電気的に
接続する必要がある。燃料電池装置１１、１２では、それぞれ、アノード電極基
体１５とカソード電極基体１４との間に配置された固体高分子電解質からなるイ
オン交換膜１３が使用される。さらに、イオン交換膜１３は、プロトン交換膜（
ＰＥＭ）と呼ばれ、約０．００１インチの厚みのプラスチック製フィルムを使用
することができる。カソード電極基体１４とアノード電極基体１５は、それぞれ
、多孔質の導電性シート材料、一般にはテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）（登録商標）
被覆を有する炭素繊維紙から、形成される。
【００１９】 イオン交換膜１３は、その片側に形成された触媒層を備え、それによって、所
望する電気化学反応を促進するように作用する触媒−膜界面が形成される。アノ
ード電極触媒１６とカソード電極触媒８は、一般に、白金などの貴金属の１つ、
または、白金−ルテニウムなどの貴金属合金から選択される。外部負荷が掛けら
れたときに燃料電池１１と１２の間に電子が伝導するための通路を形成するため
に、燃料電池１２のアノード電極基体１５と燃料電池１１のカソード電極基体１
４とは、さらに、電気的に接続される。
【００２０】 図１をさらに参照すると、アノード電極の流れの場のプレート１８内に形成さ
れた燃料流路２０を通して、燃料が、アノード電極基体１５に供給され、一方、
カソード電極の流れの場のプレート１７内の酸化剤流路１９に、酸化剤が供給さ
れる。燃料と酸化剤は、両方とも、反応物と呼ばれる。燃料流路２０は、一般に
、酸化剤流路１９にほぼ直交するように配列される。燃料流路２０と酸化剤流路
１９は、それぞれ、アノード電極の流れの場のプレート１８とカソード電極の流
れの場のプレート１７の表面に、彫刻、研削、成形などにより形成することがで
き、１つの連続した流路、あるいは複数の流路とすることができる。さらに、燃
料と酸化剤は、軸方向の供給マニホールド、外部マニホールド、あるいはこれら
２つの組み合わせを用いて、燃料電池スタック１０を通して供給することができ
る。
【００２１】 アノード電極とカソード電極の流れの場のプレート１８、１７は、先に説明し
たように、多孔質の黒鉛または多孔質の黒鉛−高分子複合材から形成される。そ
れぞれのプレート１８、１７の細孔径は、異なってもよいが、プレート１８、１
７の通常の細孔直径は、約１〜約５μｍの範囲である。あるいは、アノード電極
とカソード電極の流れの場のプレート１８、１７のうちの１つだけが多孔質であ
るかまたはいずれも多孔質でない燃料電池も、検討されており、より広い本発明
の態様から逸脱することなく、使用することができる。
【００２２】 作動中は、水素燃料は、アノード電極基体１５の多孔質の電極材料に浸透し、
アノード電極触媒１６において反応して、プロトンと電子を生成する。プロトン
は、膜１３を通ってカソード電極触媒８へ移動する。燃料電池１２のアノード電
極触媒１６で生成された電子は、燃料電池１２のアノード電極の流れの場のプレ
ート１８と燃料電池１１のカソード電極の流れの場のプレート１７およびカソー
ド電極基体１４との両方を通って、燃料電池１１のカソード電極触媒８へ移動す
る。同様に、カソード電極触媒８では、酸化剤が、多孔質の電極材料に浸透し、
触媒層８において水素イオンおよび電子と反応して、副生成物の水を生成する。
イオン交換膜１３は、この水素イオンの触媒層１６から触媒層８への移動を促進
するばかりでなく、イオン交換膜１３は、酸素を含む気体酸化剤が酸化剤流路１
９を移動するときに、この酸化剤から、燃料流路２０を通って流れる水素燃料を
隔てるように作用する。
【００２３】 燃料電池１１、１２内で生じる電気化学反応により生成する過剰な熱を、燃料
電池１１、１２から取り除くために、さらに、反応物を加湿するとともに、副生
成物の水を除去するために、冷媒、通常、水が、アノード電極とカソード電極の
流れの場のプレート１８、１７にそれぞれ形成された冷媒流路２１を通して、燃
料電池１１、１２に供給される。あるいは、アノード電極とカソード電極の流れ
の場のプレート１８、１７のうちの１つだけに冷媒流路２１が形成された燃料電
池１１も、検討されており、より広い本発明の態様から逸脱することなく、使用
することができる。
【００２４】 プロトン交換膜、貴金属触媒、テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）（登録商標）被覆を
有する炭素繊維紙について説明したが、本発明は、これらに限定されるものでな
く、これらの代わりに、その他の膜、電極材料によって、反応物、副生成物分子
、イオンに必要とされる流れが形成されるならば、それらの膜、電極材料も使用
することができる。同様に、非固体酸型電解質を有する燃料電池、あるいは、い
ずれも参照することによってその全体が本願に組み込まれる同一出願人によるラ
イザー（Ｒｅｉｓｅｒ）らに付与された米国特許第４，７６９，２９７号、マイ
ヤー（Ｍｅｙｅｒ）らに付与された米国特許第５，５０３，９４４号などに開示
されているようなその他の燃料電池の構成も、より広い本発明の態様から逸脱す
ることなく、使用することができる。
【００２５】 図２には、例えば、アノード電極の流れの場のプレート１８の燃料流路２０を
含む燃料電池１１のアノード電極側の平面図を示す、図１の線Ａに沿って取った
断面が例示されている。図２から理解できるように、供給燃料２２が、燃料電池
１１の半分に供給され、燃料流路２０の長さだけ移動する。供給燃料２２が燃料
電池１１から排出されると、供給燃料２２は、図示されていない燃料反転マニホ
ールドによって、燃料電池１１の下流側に向けられる。このように、供給燃料２
２は、燃料電池１１のアノード電極側全体に曝される。単一の燃料電池１１が、
燃料電池スタックの中のほんの１つの燃料電池に過ぎないとすれば、そのように
スタックになった各燃料電池の半分が、最初に、供給燃料２２を受け取り、一方
、スタック内の各燃料電池の残りの半分は、図示されていない燃料反転マニホー
ルドによって方向転換された後に、供給燃料２２を受け取るであろうことは、容
易に明らかになるであろう。さらに、図２には、複数の冷媒流路２１に水冷媒を
供給するのに使用される軸方向の入口と出口の冷媒マニホールド２３、２４が、
それぞれ示されている。図２の構成は、供給燃料２２が燃料電池１１の表面を横
断して２回通過しているので、２回通過流通系を示している。当業者に知られて
いるように、さらに、燃料反転マニホールドを対応させて増やすことで、より多
くの通過回数を達成することができる。気体不浸透性シール９が、燃料電池１１
の長さだけ延びており、燃料電池１１の一方側の供給燃料２２を、燃料電池１１
の他方側の供給燃料２２から隔てるように作用する。容易に理解されるように、
供給燃料２２が燃料電池１１に亘って通過する回数が増加すると、気体不浸透性
シール９の数も、同様に増加する。
【００２６】 図３には、例えば、カソード電極の流れの場のプレート１７の酸化剤流路１９
を含む燃料電池１１のカソード電極側の平面図を示す、図１の線Ｃに沿って取っ
た断面が例示されている。図３から理解できるように、酸化剤流２５が、燃料電
池１１の一方側の全体に供給され、反対側から排出されるまで、酸化剤流路１９
の長さだけ移動する。このように、燃料電池１１のカソード電極側全体が、酸化
剤反転マニホールドを使用せずに、酸化剤流２５に曝される。しかしながら、図
２に例示される燃料供給パターンと同様の酸化剤流パターンを形成するように、
酸化剤燃料流２５も、同様に、酸化剤反転マニホールドを組み込むように構成す
ることができることは、容易に明らかになるであろう。さらに、図３にも、水な
どの冷媒を複数の冷媒流路２１に供給するのに使用される軸方向の入口と出口の
冷媒マニホールド２３、２４が、それぞれ示されている。
【００２７】 これらの反応物が燃料電池１１にほぼ均一に供給される限り、アノード電極と
カソード電極の流れの場のプレート１８、１７には、それぞれ、どのような数の
燃料流路と酸化剤流路をも、線状であろうとなかろうと、形成することができる
ことは、容易に明らかになるであろう。
【００２８】 図１を再度参照すると、燃料電池装置１１、１２の配向などによって示される
ように、燃料電池装置が、互いに電気的に通じるように配置されるとき、燃料電
池スタックが形成される。先に説明したような単一の燃料電池スタックの構造上
の制限に照らしてみると、非常に高い電圧を発生させるには、複数の燃料電池ス
タックが互いに結合されることが要求され得る。このような場合、結果として得
られる燃料電池電力設備内の各燃料電池スタックは、通常、それ自体の燃料入口
および出口マニホールド、酸化剤入口および出口マニホールド、冷媒入口および
出口マニホールドを有することになるであろう。そのような燃料電池電力設備は
、必ず、重量および体積の問題に遭遇するばかりでなく、燃料電池スタック内の
燃料電池装置のそれぞれへ反応物を均一に供給するのが複雑になる。
【００２９】 従って、本発明の主要な態様は、これらの過大な重量および体積の問題に対処
するために、一体型マニホールド装置を有する燃料電池電力設備を提供すること
である。図４には、本発明の好ましい実施態様によるそのような１つの一体型燃
料電池電力設備１００の水平断面図が例示されている。図４には、複数の燃料電
池スタックを含む燃料電池電力設備１００が示されているが、複数の燃料電池ス
タックのマニホールド装置を一体化する方法および装置は、同様に、複数の燃料
電池装置とともに実施可能であることは、容易に理解されるであろう。
【００３０】 図４に示されるように、燃料電池電力設備１００は、共通の一体型燃料入口・
出口マニホールド１０６を共用し、作動するように接続された２つの燃料電池ス
タック１０２、１０４それぞれを含む。一体型燃料入口・出口マニホールド１０
６は、燃料電池スタック１０２、１０４のそれぞれと気体が連通するように配置
され、限定されるものではないがガラス充填ＮＯＲＹＬTMなどの、軽量誘電体強
化プラスチックから好ましくは形成される。内部セパレータバッフル１０８が、
入口・出口マニホールド１０６内に形成されるように適合され、その長さだけ延
びており、効果的に入口・出口マニホールド１０６を２つの別々の空間に分ける
。図４の構成に示されるように、入口・出口マニホールド１０６は、反応物燃料
、一般には水素または水素に富んだ燃料、のための共通の一体型入口・出口マニ
ホールドを提供するのに使用される。内部セパレータバッフル１０８は、入口・
出口マニホールド１０６内で、供給および排出される燃料流が互いに確実に分離
されるように、気体不浸透性である。
【００３１】 作動中に、燃料は、燃料入口１１０を介して一体型燃料入口・出口マニホール
ド１０６に供給され、それによって、燃料電池スタック１０２、１０４のそれぞ
れを構成する燃料電池装置のそれぞれの半分へ、内部セパレータバッフル１０８
により同時に振り分けられる。供給された燃料が、燃料電池スタック１０２、１
０４を構成する燃料電池装置のそれぞれの最初の半分から排出されると、一対の
燃料反転マニホールド１１４が、燃料電池装置のそれぞれの残りの半分へ、燃料
を、方向転換させる。循環する燃料は、次に、燃料出口１１２を介して一体型燃
料入口・出口マニホールド１０６から排出される。図４に例示される燃料電池電
力設備１００は、反応物が２つの燃料電池スタック１０２、１０４のそれぞれの
燃料電池装置の表面を横断して２回通過しているので、一般に、２回通過流通系
と呼ばれる。２回通過流通系について説明したが、本発明は、これに限定される
ものでなく、より広い本発明の態様から逸脱することなく、どのような通過回数
も実現することができる。
【００３２】 燃料反転マニホールド１１４は、循環する燃料の圧力に耐えることができる、
一対の対向するハニカム状の軽量アルミニウムフレーム１２０として、好ましく
は形成される。一対の軽量レール１１６が、フレーム１２０のそれぞれの一方の
末端部に形成され、好ましくは、同様に、誘電体強化プラスチックなどから形成
されており、燃料反転マニホールド１１４のそれぞれを効果的に覆っている。さ
らに、循環する燃料に接触する軽量レール１１６の内側部分と、燃料反転マニホ
ールド１１４の内部とは、耐食性被覆またはライニング１１８で処理される。複
数のタイロッド１２２が、対向するフレーム１２０の間に延びており、燃料反転
マニホールド１１４と燃料電池スタック１０２、１０４とを互いに気密に連通さ
せるように、どのような従来の方法によっても、対向するフレーム１２０に固定
される。
【００３３】 アルミニウムおよび誘電体強化プラスチックが、燃料反転マニホールド１１４
および軽量レール１１６をそれぞれ形成することができる材料として挙げたが、
本発明は、これらに限定されるものでなく、より広い本発明の態様から逸脱する
ことなく、どのような材料も使用することができる。
【００３４】 燃料電池電力設備１００は、一対の外部酸化剤入口マニホールド１２４と一対
の外部酸化剤出口マニホールド１２６、さらに、一対の内部冷媒入口マニホール
ド１４０と一対の冷媒出口マニホールド１４４、を有する単一通過酸化剤流通系
も備えている。当業者には理解されるように、複数通貨酸化剤流通構成も、本発
明によって意図されている。反応物酸化剤、一般には空気または酸素を含む気体
が、一対の酸化剤入口１３０を介して燃料電池スタック１０２、１０４へ供給さ
れ、一対の酸化剤出口１３２を介して燃料電池電力設備１００から排出されるま
で、燃料電池スタック１０２、１０４を通って流れる。外部マニホールド１０６
、１１４、１２４、１２６のそれぞれが、循環する反応物の圧力に耐えることが
できる気密環境を与えるように、どのような従来の方法によっても、燃料電池電
力設備１００にシールされることは、容易に明らかになるであろう。
【００３５】 図４から理解できるように、本発明の主要な態様は、燃料電池スタック１０２
、１０４に供給される各反応物のための別々の入口および出口マニホールドを知
られているように使用するのとは対照的に、共通の燃料入口・出口マニホールド
１０６を使用することである。単一の燃料入口・出口マニホールド１０６の使用
は、全体として燃料電池電力設備１００の重量および体積を実質的に低減する。
さらに、内部セパレータバッフル１０８を使用することにより、単一の燃料入口
・出口マニホールド１０６は、ほぼ±５％の範囲内で、ほぼ同じ量の燃料が、燃
料電池スタック１０２、１０４のそれぞれに同時に供給されるように、構成され
ている。燃料の均等な分配によって、燃料電池電力設備１００内の電流の変動が
低減され、電圧の発生が安定化され、さらに、燃料電池電力設備１００の日常の
保守の間隔が延長される。また、単一の燃料入口１１０と単一の燃料出口１１２
だけを経由して、燃料電池電力設備１００を作動させることによって、燃料電池
電力設備１００の構造上の複雑さが、大幅に低減され、燃料電池電力設備１００
の全体の重量および体積がいっそう減少する。
【００３６】 図５には、本発明の別の実施態様による、一体型燃料電池電力設備２００の水
平断面図が例示されている。図４の燃料電池電力設備１００の一体型マニホール
ド装置に類似しているが、図５に示されている実施態様は、共通の一体型燃料入
口・出口マニホールド２０６を有するばかりでなく、一対の一体型酸化剤入口・
出口マニホールド２２５を備える。
【００３７】 図５に示されるように、燃料電池電力設備２００は、共通の一体型燃料入口・
出口マニホールド２０６を共用し、２つの作動するように接続された燃料電池ス
タック２０２、２０４それぞれを含む。一体型燃料入口・出口マニホールド２０
６は、燃料電池スタック２０２、２０４のそれぞれと気体が連通するように配置
され、限定されるものではないがガラス充填ＮＯＲＹＬTMなどの、軽量誘電体強
化プラスチックから好ましくは形成される。内部セパレータバッフル２０８が、
入口・出口マニホールド２０６内に形成されるように適合され、その長さだけ延
びており、効果的に入口・出口マニホールド２０６を２つの別々の空間に分ける
。図５の構成に示されるように、入口・出口マニホールド２０６は、反応物燃料
、一般には水素または水素に富んだ燃料、のための共通の一体型入口・出口マニ
ホールドを提供するのに使用される。内部セパレータバッフル２０８は、入口・
出口マニホールド２０６内で、供給および排出される燃料流が互いに確実に分離
されるように、気体不浸透性である。
【００３８】 作動中に、燃料は、燃料入口２１０を介して一体型燃料入口・出口マニホール
ド２０６に供給され、それによって、燃料電池スタック２０２、２０４のそれぞ
れを構成する燃料電池装置のそれぞれの半分へ、内部セパレータバッフル２０８
により同時に振り分けられる。供給された燃料が、燃料電池スタック２０２、２
０４を構成する燃料電池装置のそれぞれの最初の半分から排出されると、一対の
燃料反転マニホールド２１４が、燃料電池装置のそれぞれの残りの半分へ、燃料
を、方向転換させる。循環する燃料は、次に、燃料出口２１２を介して一体型燃
料入口・出口マニホールド２０６から排出される。図５に例示される燃料電池電
力設備２００は、反応物が２つの燃料電池スタック２０２、２０４のそれぞれの
燃料電池装置の表面を横断して２回通過しているので、一般に、２回通過流通系
と呼ばれる。２回通過流通系について説明したが、本発明は、これに限定される
ものでなく、より広い本発明の態様から逸脱することなく、どのような通過回数
も実現することができる。
【００３９】 燃料反転マニホールド２１４は、循環する燃料の圧力に耐えることができる、
一対の対向する軽量アルミニウムフレーム２２０として、好ましくは形成される
。一対の軽量レール２１６が、フレーム２２０のそれぞれの一方の末端部に形成
され、好ましくは、同様に、誘電体プラスチックなどから形成されており、燃料
反転マニホールド２１４のそれぞれを効果的に覆っている。さらに、循環する燃
料に接触する軽量レール２１６の内側部分と、燃料反転マニホールド２１４の内
部とは、耐食性被覆２１８で処理される。複数のタイロッド２２２が、対向する
フレーム２２０の間に延びており、燃料反転マニホールド２１４と燃料電池スタ
ック２０２、２０４とを互いに気密に連通させるように、どのような従来の方法
によっても、対向するフレーム２２０に固定される。
【００４０】 燃料電池電力設備２００は、一対の一体型入口・出口酸化剤マニホールド２２
５を有する２回通過酸化剤流通系をさらに備えており、このマニホールド２２５
は、それ自体が、別々の入口酸化剤マニホールド２２４と出口酸化剤マニホール
ド２２６を形成するように、内部仕切２２３によって、２つの部分に分けられて
いる。反応物酸化剤、一般には空気または酸素を含む気体が、一対の酸化剤入口
２３０を介して燃料電池スタック２０２、２０４へ供給される。酸化剤が、燃料
電池スタック２０２、２０４の第１の半分を通って流れると、次に、一対の酸化
剤反転マニホールド２３５が、一対の酸化剤出口２３２を介して燃料電池電力設
備２００から排出されるまで、燃料電池スタック２０２、２０４の第２の半分へ
、燃料流を、方向転換させる。
【００４１】 酸化剤反転マニホールド２３５は、一対の軽量アルミニウムフレーム２３７と
して、好ましくは形成されており、フレーム２３７のそれぞれの一方の末端部に
形成され、好ましくは、同様に、誘電体プラスチックなどから形成された、一対
の軽量レール２３６を含む。軽量レール２３６は、酸化剤反転マニホールド２３
５のそれぞれを効果的に覆っている。さらに、循環する酸化剤に接触する軽量レ
ール２３７の内側部分と、酸化剤反転マニホールド２３５の内部とは、耐食性被
覆２１８で処理される。
【００４２】 一対の内部冷媒入口マニホールド２４０と一対の内部冷媒出口マニホールド２
４４が、当業技術内でよく知られるように、燃料電池電力設備２００に、冷媒、
一般には水を供給するように作用する。外部マニホールド２０６、２１４、２２
５、２３５のそれぞれが、循環する反応物の圧力に耐えることができる気密環境
を与えるように、どのような従来の方法によっても、燃料電池電力設備２００に
シールされることは、容易に明らかになるであろう。
【００４３】 図５から理解できるように、図４に関連して説明した、単一の燃料入口・出口
マニホールド２０６に内在する利点に加えて、燃料電池電力設備２００は、一対
の一体型酸化剤入口・出口マニホールド２２５を有するように適合されることに
よって、その重量および体積をいっそう低減する。さらに、燃料電池電力設備２
００内には、２つの酸化剤入口２３０と２つの酸化剤出口２３２が存続するが、
燃料電池電力設備２００の同じ側に、これらの反応物供給開口部を配置すること
によって、酸化剤反応物を伝えるのに必要な導管の量および複雑さを低減するこ
とが、有利に達成される。
【００４４】 図４、図５には、共通の一体型燃料入口・出口マニホールド１０６、２０６を
それぞれ有する燃料電池電力設備が示されているが、本発明は、これらに限定さ
れるものでなく、その代わりに酸化剤反応物を供給および排出するために、より
広い本発明の態様から逸脱することなく、中央に配向された共通のマニホールド
を使用することができる。図６には、そのような一体型酸化剤入口・出口マニホ
ールドを有するように適合された燃料電池電力設備３００の断面図が例示されて
いる。
【００４５】 図６に示されるように、燃料電池電力設備３００は、共通の一体型酸化剤入口
・出口マニホールド３０６を共用し、２つの作動するように接続された燃料電池
スタック３０２、３０４それぞれを含む。一体型酸化剤入口・出口マニホールド
３０６は、限定されるものではないがガラス充填ＮＯＲＹＬTMなどの、軽量誘電
体強化プラスチックから好ましくは形成される。内部セパレータバッフル３０８
が、入口・出口マニホールド３０６内に形成されるように適合され、その幅だけ
延びており、効果的に入口・出口マニホールド３０６を２つの別々の空間に分け
る。図６の構成に示されるように、入口・出口マニホールド３０６は、反応物酸
化剤、一般には空気または酸素を含む気体、のための共通の一体型入口・出口マ
ニホールドを提供するのに使用される。内部セパレータバッフル３０８は、入口
・出口マニホールド３０６内で、供給および排出される酸化剤流が互いに確実に
分離されるように、気体不浸透性である。
【００４６】 作動中に、酸化剤は、酸化剤入口３１０を介して周囲よりわずかに高い圧力で
一体型酸化剤入口・出口マニホールド３０６に導入され、それによって、燃料電
池スタック３０２、３０４のそれぞれを構成する燃料電池装置のそれぞれの半分
へ、内部セパレータバッフル３０８により同時に振り分けられる。図６に示され
る断面図では、単一の酸化剤入口３１０のみを示したが、本発明は、これに限定
されるものでなく、その代わりに燃料電池電力設備３００に酸化剤を供給するた
めに、より広い本発明の態様から逸脱することなく、複数の酸化剤入口を使用す
ることができる。
【００４７】 供給された酸化剤が、燃料電池スタック３０２、３０４を構成する燃料電池装
置のそれぞれの最初の半分から排出されると、一対の酸化剤反転マニホールド３
１４が、燃料電池装置のそれぞれの残りの半分へ、酸化剤を、方向転換させる。
循環する酸化剤は、次に、酸化剤出口３１２を介して一体型酸化剤入口・出口マ
ニホールド３０６から排出される。
【００４８】 酸化剤反転マニホールド３１４は、循環する酸化剤の圧力に耐えることができ
る、一対の対向する軽量アルミニウムフレーム３２０として、好ましくは形成さ
れる。一対の軽量レール３１６が、フレーム３２０のそれぞれの一方の末端部に
形成され、好ましくは、同様に、誘電体プラスチックなどから形成されており、
酸化剤反転マニホールド３１４のそれぞれを効果的に覆っている。さらに、循環
する酸化剤に接触する軽量レール３１６の内側部分と、酸化剤反転マニホールド
３１４の内部とは、耐食性被覆３１８で処理される。複数のタイロッド３２２（
仮想線で示される）が、対向するフレーム３２０の間に延びており、酸化剤反転
マニホールド３１４と燃料電池スタック３０２、３０４とを互いに気密に連通さ
せるように、どのような従来の方法によっても、対向するフレーム３２０に固定
される。
【００４９】 燃料電池電力設備３００は、一対の内部燃料入口および出口マニホールド３３
１をさらに備える。この構成は、燃料として純粋な水素を使用する燃料電池電力
設備に最も適用できる。反応物燃料、一般には水素または水素改質燃料、が一対
の燃料入口３３０を介して周囲よりわずかに高い圧力で燃料電池スタック３０２
、３０４に供給される。燃料は、一対の燃料出口３３２を介して燃料電池電力設
備３００から排出されるまで、燃料電池スタック３０２、３０４の第２の半分を
循環する。
【００５０】 一対の内部冷媒入口マニホールド３４０と一対の内部冷媒出口マニホールド３
４４が、当業技術内でよく知られるように、燃料電池電力設備３００に、冷媒、
一般には水を供給するように作用する。マニホールド３０６、３１４は、循環す
る反応物の圧力に耐えることができる気密環境を与えるように、どのような従来
の方法によっても、燃料電池電力設備３００にシールされる。
【００５１】 図６から理解できるように、本発明の主要な態様は、燃料電池スタック３０２
、３０４に供給される各反応物のための別々の入口および出口マニホールドを知
られているように使用するのとは対照的に、共通の酸化剤入口・出口マニホール
ド３０６を使用することである。それによって、単一の酸化剤入口・出口マニホ
ールド２０６は、全体として燃料電池電力設備３００の重量および体積を低減す
る。さらに、単一の酸化剤入口・出口マニホールド３０６は、ほぼ±５％の範囲
内で、ほぼ同じ量の酸化剤が、燃料電池スタック３０２、３０４のそれぞれに同
時に供給されるように、構成されている。酸化剤の均等な分配は、燃料電池電力
設備３００内の電流の変動を低減するのに役立ち、電圧の発生を安定化し、さら
に、燃料電池電力設備３００の日常の保守の間隔を延長する。また、単一の酸化
剤入口３１０と単一の酸化剤出口３１２だけを経由して、燃料電池電力設備３０
０を作動させることによって、燃料電池電力設備３００の構造上の複雑さが、大
幅に低減され、燃料電池電力設備３００の全体の重量および体積が減少する。
【００５２】 図７には、よりよく例示するために、燃料電池電力設備３００の分解図が示さ
れている。共通の酸化剤入口・出口マニホールド３０６は、燃料電池スタック３
０２、３０４のそれぞれの間のマニホールド３０６の作動位置に示されている。
先に説明したように、共通の酸化剤入口・出口マニホールド３０６は、燃料電池
スタック３０２、３０４のそれぞれの長さに沿って、酸化剤の、より均等な分配
を与えるために、複数の酸化剤入口３１０を有するように適合され得る。さらに
、図７には、図４、図５のそれぞれのサイドレール１１６、２１６と同様の軽量
サイドレール３１６が例示されており、このサイドレール３１６は、酸化剤反転
マニホールド３１４を覆うのに使用され、それによって、供給された酸化剤反応
物のための気密環境を与える。
【００５３】 図８には、全体が番号４００により示された、本発明の別の実施態様による、
一体型マニホールド装置を有する燃料電池電力設備の断面図が例示されている。
図８に示されるように、燃料電池電力設備４００は、共通の一体型酸化剤入口・
出口マニホールド４０６を共用し、２つの作動するように接続された燃料電池ス
タック４０２、４０４それぞれを含む。一体型酸化剤入口・出口マニホールド４
０６は、限定されるものではないがガラス充填ＮＯＲＹＬTMなどの、軽量誘電体
強化プラスチックから好ましくは形成される。内部セパレータバッフル４０８が
、入口・出口マニホールド４０６内に形成されるように適合され、その幅だけ延
びており、効果的に入口・出口マニホールド４０６を２つの別々の空間に分ける
。図６の構成と同様に、入口・出口マニホールド４０６は、反応物酸化剤、一般
には空気または酸素を含む気体、のための共通の一体型入口・出口マニホールド
を提供するのに使用される。内部セパレータバッフル４０８は、入口・出口マニ
ホールド４０６内で、供給および排出される酸化剤流が互いに確実に分離される
ように、気体不浸透性である。
【００５４】 上述したように、燃料電池電力設備４００は、図６の燃料電池電力設備３００
と同様の構成で形成されており、酸化剤入口４１０、酸化剤出口４１２、一対の
酸化剤反転マニホールド４１４、一対の内部冷媒入口マニホールド４４０、一対
の内部冷媒出口マニホールド４４４を備える。しかしながら、燃料電池電力設備
４００は、一対の外部燃料マニホールド４３１を備えており、このマニホールド
４３１を通して、反応物燃料、一般には水素または水素に富んだ燃料、が一対の
燃料入口４３０を介して周囲よりわずかに高い圧力で燃料電池スタック４０２、
４０４に供給される。燃料は、一対の燃料出口４３２を介して燃料電池電力設備
４００から排出されるまで、燃料電池スタック４０２、４０４の燃料電池装置に
設けられた燃料流路を循環する。
【００５５】 図９には、全体が番号５００により示された、本発明の別の実施態様による、
一体型マニホールド装置を有する燃料電池電力設備の断面図が例示されている。
図９に示されるように、燃料電池電力設備５００は、共通の一体型酸化剤入口・
出口マニホールド５０６を共用し、２つの作動するように接続された燃料電池ス
タック５０２、５０４それぞれを含む。一体型酸化剤入口・出口マニホールド５
０６は、限定されるものではないがガラス充填ＮＯＲＹＬTMなどの、軽量誘電体
強化プラスチックから好ましくは形成される。内部セパレータバッフル５０８が
、入口・出口マニホールド５０６内に形成されるように適合され、その幅だけ延
びており、効果的に入口・出口マニホールド５０６を２つの別々の空間に分ける
。図６、図８の構成と同様に、入口・出口マニホールド５０６は、反応物酸化剤
、一般には空気または酸素を含む気体、のための共通の一体型入口・出口マニホ
ールドを提供するのに使用される。内部セパレータバッフル５０８は、入口・出
口マニホールド５０６内で、供給および排出される酸化剤流が互いに確実に分離
されるように、気体不浸透性である。
【００５６】 燃料電池電力設備５００は、酸化剤入口５１０、酸化剤出口５１２、一対の酸
化剤反転マニホールド５１４、一対の内部冷媒入口マニホールド５４０、一対の
内部冷媒出口マニホールド５４４を含むように構成される。しかしながら、燃料
電池電力設備５００は、さらに一対の外部燃料マニホールド５３１を備えており
、このマニホールド５３１を通して、反応物燃料、一般には水素または水素改質
燃料、が一対の燃料入口５３０を介して周囲よりわずかに高い圧力で燃料電池ス
タック５０２、５０４に供給される。燃料は、一対の燃料出口５３２を介して燃
料電池電力設備５００から排出されるまで、一対の燃料反転マニホールド５３５
によって、燃料電池スタック５０２、５０４の第２の半分へ、方向転換される。
【００５７】 図１０には、全体が番号６００により示された、本発明の別の実施態様による
、一体型マニホールド装置を有する燃料電池電力設備の断面図が例示されている
。図１０に示されるように、燃料電池電力設備６００は、共通の一体型酸化剤入
口・出口マニホールド６０６を共用し、２つの作動するように接続された燃料電
池スタック６０２、６０４それぞれを備える。一体型酸化剤入口・出口マニホー
ルド６０６は、限定されるものではないがガラス充填ＮＯＲＹＬTMなどの、軽量
誘電体強化プラスチックから好ましくは形成される。燃料電池電力設備６００は
、酸化剤入口６１０、酸化剤出口６１２、一対の酸化剤反転マニホールド６１４
、一対の外部燃料入口マニホールド６３０、一対の外部燃料出口マニホールド６
３２、一対の外部燃料反転マニホールド６３５を含む。
【００５８】 しかしながら、燃料電池電力設備６００は、内部セパレータバッフル６０８ば
かりでなく、２つの冷媒バッフル６０７、６０９をさらに備えている。先に開示
した本発明の実施態様と同様に、内部セパレータバッフル６０８は、入口・出口
マニホールド６０６内に形成されるように適合され、その幅だけ延びており、効
果的に入口・出口マニホールド６０６を２つの別々の空間に分ける。この構成に
より、内部セパレータバッフル６０８は、酸化剤が酸化剤出口６１２を通って排
出される前に、供給された酸化剤、一般には空気または酸素を含む気体を、燃料
電池スタック６０２、６０４の最初の半分へ、同時に振り分ける。冷媒バッフル
６０７、６０９も、出口マニホールド６０６の幅だけ延びており、その中に、循
環する冷媒、一般には水などの流入および排出のための流路を形成する。冷媒バ
ッフル６０７、６０９、内部セパレータバッフル６０８は、入口・出口マニホー
ルド６０６内で、供給および排出される酸化剤流を、互いに、かつ、循環する冷
媒から、確実に分離するように、気体不浸透性である。先に開示した利点に加え
て、燃料電池電力設備６００の重量および体積は、酸化剤入口および出口マニホ
ールドを冷媒入口および出口マニホールドと一体化することによって、いっそう
低減される。
【００５９】 図１１には、全体が番号７００により示された、本発明の別の実施態様による
、一体型マニホールド装置を有する燃料電池電力設備の断面図が例示されている
。図１１に示されるように、燃料電池電力設備７００は、共通の一体型酸化剤流
マニホールド７０６を共用し、２つの作動するように接続された燃料電池スタッ
ク７０２、７０４それぞれを備える。一体型酸化剤流マニホールド７０６は、限
定されるものではないがガラス充填ＮＯＲＹＬTMなどの、軽量誘電体強化プラス
チックから好ましくは形成される。燃料電池電力設備７００は、さらに、酸化剤
入口マニホールド７１０、酸化剤出口マニホールド６１２、一対の燃料入口マニ
ホールド７３０、一対の燃料出口マニホールド７３２、一対の冷媒気体排気口７
４２、一対の冷媒入口マニホールド７４０、一対の冷媒出口マニホールド７４４
を含み、これらは、互いに関連して作用し、燃料電池電力設備７００に、必要と
される反応物気体および冷媒の供給および排出を行う。
【００６０】 図１１に示された実施態様では、供給された酸化剤、一般には空気または他の
酸素を含む気体、の通路のための共通の流れ導管として作用させることによって
、燃料電池電力設備７００の全体の体積および重量を低減させるために、共通の
一体型酸化剤流マニホールド７０６が使用される。あるいは、ほぼ均一な体積の
酸化剤流が燃料電池スタック７０２、７０４のそれぞれを通って確実に流れるよ
うにするために、「燃料電池装置への供給反応物の改善された供給方法および装
置」という名称で１９９９年３月８日に米国に出願され同時係属中で、参照する
ことによってその全体がここに組み込まれる米国出願番号第０９／２６５，１３
９号の出願に開示されているものなどのように、酸化剤マニホールド７１０、７
０６、７１２の１つまたは複数の中に複数のファンを配置することができる。
【００６１】 図４〜図１１には、本発明の多くのさまざまな実施態様が例示されており、そ
れぞれは、異なる反応物、冷媒の流れパターンを有するばかりでなく、酸化剤、
燃料、冷媒のマニホールドの位置に関してわずかな変形物を有する。しかしなが
ら、本発明の主要な態様は、酸化剤、燃料、冷媒のマニホールドあるいは反応物
、冷媒の流れパターンの特定の構成にかかわらず、燃料電池電力設備に適用する
ことができる、共通の一体型マニホールド装置を提供することである。
【００６２】 このような本発明による共通の一体型マニホールド装置を使用することによっ
て、作動するように接続された燃料電池電力設備の全体の重量および体積を、大
幅に低減することができる。さらに、共通の一体型マニホールド装置によって、
燃料電池電力設備を構成する燃料電池スタックに、必要な反応物が、より均一に
提供される。燃料のこの均一な分配は、燃料電池スタック内の電流および温度の
変動を実質的に低減させることによって、燃料電池電力設備の作動安定性を向上
させ、それによって、より効率的で、より信頼性のある燃料電池電力設備が、有
利に実現される。
【００６３】 本発明は、好ましい実施態様について説明してきたが、本発明の実質的な範囲
から逸脱することなく、さまざまな自明の変更を行い得るとともに、本発明の構
成要素を、等価物に置換し得ることは、当業者には理解されるであろう。従って
、本発明は、開示された特定の実施態様に限定するものでなく、本発明は、特許
請求の範囲の中に含まれる全ての実施態様を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 直列に配置された２つのＰＥＭ型燃料電池を通して取った断面図。
【図２】 図１の線Ａに沿った断面として取った、燃料電池のアノード電極側の簡略平面
図。
【図３】 図１の線Ｃに沿った断面として取った、燃料電池のカソード電極側の簡略平面
図。
【図４】 本発明の一実施態様による、共通の一体型燃料マニホールドを有する燃料電池
電力設備を構成する２つの燃料電池スタックの水平断面図。
【図５】 本発明の別の実施態様による、共通の一体型燃料マニホールドと、一対の一体
型酸化剤入口・出口マニホールドと、を有する燃料電池電力設備を構成する２つ
の燃料電池スタックの水平断面図。
【図６】 本発明の別の実施態様による、共通の一体型酸化剤マニホールドを有する燃料
電池電力設備を構成する２つの燃料電池スタックの断面図。
【図７】 図６に示された燃料電池電力設備の分解図。
【図８】 本発明の別の実施態様による、共通の一体型酸化剤マニホールドと、一対の一
体型燃料入口・出口マニホールドと、を有する燃料電池電力設備を構成する２つ
の燃料電池スタックの断面図。
【図９】 本発明の別の実施態様による、共通の一体型酸化剤マニホールドと、一対の一
体型燃料入口・出口マニホールドと、を有する燃料電池電力設備を構成する２つ
の燃料電池スタックの断面図。
【図１０】 本発明の別の実施態様による、冷媒マニホールドの組み込みを含む共通の一体
型酸化剤マニホールドを有する燃料電池電力設備の断面図。
【図１１】 本発明の別の実施態様による、一体型単一通過酸化剤マニホールド装置を有す
る燃料電池電力設備の断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＡＥ，Ａ Ｇ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ボンク，スタンレイ ピー． アメリカ合衆国，コネチカット，トルラン ド，サウス リヴァー ロード 139 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC08 CV06

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料電池電力設備用の一体型マニホールド装置であって、燃料
    電池電力設備は、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックとを含み、
    一体型マニホールド装置は、 第１の燃料電池スタックおよび第２の燃料電池スタックと連通するように適
    合される共通のマニホールドを備え、この共通のマニホールドは、第１および第
    ２の燃料電池スタックのそれぞれに第１の反応物を振り分ける第１の空間と、第
    １の反応物が第１および第２の燃料電池スタックのそれぞれから排出されるとき
    、第１の反応物を受け取る第２の空間と、を含むことを特徴とする一体型マニホ
    ールド装置。
  2. 【請求項２】 共通のマニホールドは、第１および第２の燃料電池スタックの
    間に配置されており、さらに、第１および第２の燃料電池スタックと気密に連通
    するように適合されることを特徴とする請求項１記載の一体型マニホールド装置
    。
  3. 【請求項３】 共通のマニホールドは、この共通のマニホールドの中に形成さ
    れこの共通のマニホールドを第１の空間と第２の空間とに分ける内部バッフルを
    有するように適合され、 この内部バッフルは、気体不浸透性となるように適合され、それによって、
    排出される第１の反応物から、振り分けられた第１の反応物を分離することを特
    徴とする請求項１記載の一体型マニホールド装置。
  4. 【請求項４】 共通のマニホールドは、 第１の空間へ第１の反応物を供給する第１の反応物入口開口部と、 第２の空間から第１の反応物を排出する第１の反応物出口開口部と、 をさらに含み、内部バッフルは、第１および第２の燃料電池スタックのそれぞ
    れに、第１の反応物入口開口部を通して導入された第１の反応物を振り分けるこ
    とを特徴とする請求項３記載の一体型マニホールド装置。
  5. 【請求項５】 内部バッフルは、第１および第２の燃料電池スタックのそれぞ
    れに、ほぼ同じ量の第１の反応物を振り分けることを特徴とする請求項４記載の
    一体型マニホールド装置。
  6. 【請求項６】 共通のマニホールドと内部バッフルは、誘電体強化プラスチッ
    クから形成され、 第１の反応物は、燃料と酸化剤の一方であることを特徴とする請求項５記載
    の一体型マニホールド装置。
  7. 【請求項７】 第１および第２の燃料電池スタックは、それぞれ、第１および
    第２の燃料電池スタックのそれぞれと気密に連通するように適合される第２の反
    応物マニホールド装置をさらに含み、 この第２の反応物マニホールド装置は、第１および第２の燃料電池スタック
    のそれぞれへ第２の反応物を供給する第２の反応物入口開口部と、第１および第
    ２の燃料電池スタックのそれぞれから第２の反応物を排出する第２の反応物出口
    開口部と、を含むように適合されることを特徴とする請求項４記載の一体型マニ
    ホールド装置。
  8. 【請求項８】 第１の反応物は、燃料と酸化剤の一方であり、 第２の反応物は、燃料と酸化剤の他方であり、 第２の反応物マニホールド装置は、外部マニホールドと内部マニホールドの
    一方であることを特徴とする請求項７記載の一体型マニホールド装置。
  9. 【請求項９】 共通のマニホールドは、第１の空間内に形成され第１および第
    ２の燃料電池スタックのそれぞれに冷媒流を振り分ける第１の冷媒バッフルと、
    第２の空間内に形成され、冷媒流が第１および第２の燃料電池スタックのそれぞ
    れから排出されるとき、冷媒流を受け取る第２の冷媒バッフルと、を含むように
    適合されることを特徴とする請求項８記載の一体型マニホールド装置。
  10. 【請求項１０】 燃料電池電力設備用の一体型マニホールド装置であって、燃
    料電池電力設備は、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックとを含み
    、一体型マニホールド装置は、 第１の燃料電池スタックと連通するように適合され、第１および第２の燃料
    電池スタックへ反応物を導く入口マニホールドと、 第１の燃料電池スタックおよび第２の燃料電池スタックと連通するように適
    合される共通のマニホールドと、 第２の燃料電池スタックと連通するように適合され、反応物が第２の燃料電
    池スタックから排出されるとき、反応物を受け取る出口マニホールドと、備える
    ことを特徴とする一体型マニホールド装置。
  11. 【請求項１１】 共通のマニホールドは、第１および第２の燃料電池スタック
    の間に配置され、 燃料電池電力設備は、入口マニホールド、共通のマニホールド、出口マニホ
    ールドの１つの中に配置されたファンをさらに含むことを特徴とする請求項１０
    記載の一体型マニホールド装置。
  12. 【請求項１２】 反応物は酸化剤であることを特徴とする請求項１１記載の一
    体型マニホールド装置。
  13. 【請求項１３】 燃料電池電力設備用のマニホールド装置を一体化する方法で
    あって、燃料電池電力設備は、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタッ
    クとを含み、この方法は、 第１の燃料電池スタックおよび第２の燃料電池スタックと連通するように共
    通のマニホールドを適合させ、 第１および第２の燃料電池スタックのそれぞれに第１の反応物を振り分ける
    第１の空間を共通のマニホールド内に含み、 第１の反応物が第１および第２の燃料電池スタックのそれぞれから排出され
    るとき、第１の反応物を受け取る第２の空間を共通のマニホールド内に含む、 ことを含むことを特徴とする方法。
  14. 【請求項１４】 第１および第２の燃料電池スタックの間に共通のマニホール
    ドを配置し、 共通のマニホールドから第１の燃料電池スタックへ気密に連通させるととも
    に、共通のマニホールドから第２の燃料電池スタックへ気密に連通させることを
    さらに含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
  15. 【請求項１５】 共通のマニホールド内に形成され共通のマニホールドを第１
    の空間と第２の空間とに分ける内部バッフルを含むように共通のマニホールドを
    適合させ、 排出される第１の反応物から、振り分けられた第１の反応物を分離するよう
    に、内部バッフルを気体不透過性となるように形成することをさらに含むことを
    特徴とする請求項１３記載の方法。
  16. 【請求項１６】 共通のマニホールド内の第１の反応物入口開口部を通して第
    １の空間へ第１の反応物を供給し、 共通のマニホールド内の第１の反応物出口開口部を通して第２の空間から第
    １の反応物を排出することをさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の方法
    。
  17. 【請求項１７】 第１および第２の燃料電池スタックへほぼ同じ量の第１の反
    応物を供給することをさらに含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 第１の空間内に形成され第１および第２の燃料電池スタック
    のそれぞれに冷媒流を振り分ける第１の冷媒バッフルと、第２の空間内に形成さ
    れ、冷媒流が第１および第２の燃料電池スタックのそれぞれから排出されるとき
    、冷媒流を受け取る第２の冷媒バッフルと、を含むように、共通のマニホールド
    を適合させることをさらに含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 燃料電池電力設備用のマニホールド装置を一体化する方法で
    あって、燃料電池電力設備は、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタッ
    クとを含み、この方法は、 第１および第２の燃料電池スタックへ反応物を導くために、第１の燃料電池
    スタックと連通するように入口マニホールドを適合させ、 第１の燃料電池スタックおよび第２の燃料電池スタックと連通するように共
    通のマニホールドを適合させ、 反応物が第２の燃料電池スタックから排出されるとき、反応物を受け取るた
    めに、第２の燃料電池スタックと連通するように出口マニホールドを適合させる
    、 ことを含むことを特徴とする方法。
  20. 【請求項２０】 第１および第２の燃料電池スタックの間に共通のマニホール
    ドを配置し、 入口マニホールド、共通のマニホールド、出口マニホールドの１つの中にフ
    ァンを配置することをさらに含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
  21. 【請求項２１】 反応物を酸化剤とすることをさらに含むことを特徴とする請
    求項２０記載の方法。
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