JP3920624B2 - 燃料電池スタック用マニホールドシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は概して燃料電池スタック用のマニホールドシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は反応によって生成した化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する電気化学素子である。例えば、燃料電池の一例として、プロトンのみを燃料電池の陽極と陰極間で移送する、高分子電解質膜とも呼ばれる、プロトン交換膜（ＰＥＭ）を備える燃料電池が知られている。この種の燃料電池において、２原子の水素（燃料）が陽極で反応して水素プロトンと電子を生成する。水素プロトンはＰＥＭを介して陰極に移行する。また、この反応によって生成された電子は燃料電池の外部の回路内を陰極側に移動して電流を生成する。一方、陰極において、酸素が還元されて、水素プロトンおよび電子と反応して水を生成する。陽極反応と陰極反応は以下の化学式によって表される。
【０００３】
Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- （電池の陽極）
Ｏ2 ＋ ４Ｈ+ ＋ ４ｅ- → ２Ｈ2Ｏ （電池の陰極）
【０００４】
単一燃料電池が生成する電圧は通常比較的小さい（例えば、約１ボルト）ので、より大きい電圧を生成するために、いくつかの燃料電池が燃料電池スタックと呼ばれる配置構造に組み込まれる。燃料電池スタックは、そのスタックの１つ以上の電池をそれぞれ挟んで複数のプレート（例えば、黒鉛複合材または金属板）が上下方向に積層されている。これらのプレートは、燃料電池スタック内を通って反応物質や生成物を導く種々の通路やオリフィスを備えている。いくつかのＰＥＭ（各ＰＥＭが１つの燃料電池に対応する）が、スタックの全体にわたって、異なった燃料電池のそれぞれの陽極および陰極間に配置されている。スタックの各プレートに設けられる複数の開口部の各々は、通常、スタックの全体にわたって、反応物質や冷媒を流すための複数の通路を形成する目的で、他のプレートに設けられる複数の開口部の対応する開口部と一直線状に並んでいる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スタックのそれらの通路は燃料電池システムの種々の導管とも接続される必要がある。例えば、スタックに供給される燃料に関連するスタック内の通路は、燃料処理装置から燃料を移送する燃料供給ラインと接続される必要がある。このようなスタック内の通路と燃料電池システムの導管の接続は、燃料電池システムを組み立てるのに必要な時間の大部分を占め、この組立時間は直接燃料電池システムの全体のコストに影響を及ぼす。
【０００６】
従って、上記の問題を解決するような燃料電池スタックの配置構造が望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、燃料スタック内の通路と燃料電池システムの導管の接続を容易に行うことができ、また、燃料電池システムの熱および水管理を向上させることができる燃料電池スタック用マニホールドシステムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施態様によれば、燃料電池システムは、燃料電池スタックと、マニホールドと、ヒンジとを備えている。マニホールドはスタックに反応物質を流す密封されたインターフェイスを形成し、ヒンジはスタックとマニホールドの間を枢動可能に接続する。
【０００９】
本発明の他の実施態様によれば、燃料電池システムは燃料電池スタックと、マニホールドと、分離部（例えば、ガス／水分離部）とを備えている。マニホールドはスタックに流れを通し、マニホールド内に配置された分離部は流れの１つから水を集める。
【００１０】
本発明の利点および他の特徴は、以下の図面に基づく説明、および請求の範囲から明らかになるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１について説明する。本発明の実施例による燃料電池システム１０は、燃料電池スタック、例えば、ＰＥＭ（プロトン交換膜）式燃料電池スタック２０を備えている。この燃料電池スタック２０は、そのスタック２０に流入する燃料（例えば、水素）および酸化剤に対応して負荷（例えば、住宅負荷）用の電力を生成する。すなわち、スタック２０は、流入する燃料と酸化剤の流れを受入れてそれらの流れをスタック２０の所定の各陽極領域および所定の各陰極領域に導く流入通路を形成するように配列された開口部を有する複数のフロープレートを備えている。これらのフロープレートは、流入通路以外に、スタック２０内での燃料電池反応によって消耗されなかった燃料と酸化剤の流れが通過する流出通路を形成するように配列された開口部を有している。フロープレートはさらに、上記以外の通路、例えば、スタック２０に流入されてそこから流出される冷媒用の通路を有しているとよい。
【００１２】
燃料電池システム１０のスタック２０外に設けられた装置（燃料処理装置、送風機、酸化剤設備など）とスタック２０と間において、反応物質と冷媒を送るために、燃料電池システム１０はマニホールドシステム１１を備えている。このマニホールドシステム１１は従来のマニホールド配置構造と比較していくつかの利点を有している。例えば、詳細は後述するが、このマニホールドシステム１１はスタック２０に対して迅速に組み付けられ、また、スタック２０から迅速に取り外すことができる。さらに、マニホールドシステム１１は従来のマニホールド配置構造と比較して熱および水管理においてすぐれている。
【００１３】
本発明のいくつかの実施例において、マニホールドシステム１１は、マニホールドまたはマニホールドハウジングと呼ばれる一体構造を用いている。このマニホールドハウジング２２は、スタック２０の反応剤通路および冷媒通路をそれぞれシステム１０の反応剤導管および冷媒導管に連通させる各種チャンバを有している。マニホールドハウジング２２は、例えば、プラスチック、金属、または複合材のような材料からなる一体構造として構成されるとよい。例えば、選択された材料からマニホールドハウジング２２を形成するのに、切削加工または射出成形を用いるとよい。燃料電池システム１０に一体構造のマニホールドハウジング２２をその一部として連結することによって、従来の燃料電池システムと比較して、対流による熱損失を低減させることができる。
【００１４】
本発明のいくつかの実施例において、マニホールドシステム１１は、そのシステム１１内に集められた凝縮水を（マニホールドシステム１１の）単一水タンク３４内に導くことによって、その集められた凝縮水を、燃料電池システム１０が凍結温度下で使用される場合にその凝縮水を解凍することができる１つの場所に集中させることができる。この点にして関して、詳細は後述するが、水タンク３４はマニホールドハウジング２２内に配置されたガス／水分離部（図１には示されていない）から凝縮水を集め、マニホールドシステム１１の熱交換器３６は水タンク３４内の凍結された水（氷）を解凍するのに必要な熱を放出することができる。一例を挙げれば、熱交換器３６は、燃料電池システム１０の起動中、燃料処理装置の排ガスと熱交換する。詳細は後述するが、本発明のいくつかの実施例において、各ガス／水分離機構は、その分離機構内において凍結水を解凍するために、水タンク３４内に部分的に延出している。
【００１５】
詳細は後述するが、マニホールドシステム１１は、上記以外にも多くの特徴を有している。それらの特徴の１つとして、測定子はマニホールドハウジング２２内に取り付けられている。この構成によれば、スタック２０が交換される場合に測定子を取り外す必要がない。他の特徴として、マニホールドシステム１１はスタック２０と離脱可能にヒンジ接続され、スタック２０を燃料電池システム１０のマニホールドシステム１１とフレーム１２の間に正確かつ迅速に取り付けることができる。
【００１６】
図２および図３は、上記の特徴の少なくともいくつかを例示するためのマニホールドシステム１１のさらに詳細な斜視図である。図示されるように、マニホールドシステム１１は、スタック２０の平坦な底面とマニホールドハウジング２２の比較的平坦な上面との間に挟まれた平坦なガスケット８２を備えている。このガスケット８２は、スタック２０とマニホールドシステム１１の間において燃料、酸化剤および冷媒の流れを密封するために設けられている。詳細は後述するが、ガスケット８２の平坦な上面９５はスタック２０の底面と接触している。ガスケット８２は、スタック２０の各通路から流出する燃料、冷媒、および酸化剤の流れをそれぞれ受け入れる開口部５２、４８、および４２を備えている。マニホールドハウジング２２の（後述する）各チャンバは、これらの燃料、冷媒、および酸化剤をマニホールドハウジング２２の燃料出口５０、冷媒出口４６、および酸化剤出口４４に導くように構成されている。これらの各出口５０、４６、および４４は、それらの出口から流出される燃料、冷媒、および酸化剤の流れをシステム１０の種々の部分に連通させる導管に接続されるとよい。
【００１７】
また、ガスケット８２は、燃料、冷媒、および酸化剤をスタック２０に供給するための開口部６４、６０、および７０を備えている。これらの開口部６４、６０および７０には、マニホールドハウジング２２の燃料入口６２、冷媒入口５６、および酸化剤入口（図２には示されていない）から燃料、冷媒、および酸化剤を受け入れる（マニホールドハウジング２２の）各チャンバからの燃料、冷媒、および酸化剤が流入される。なお、これらの燃料入口６２、冷媒入口５６、および酸化剤入口には、それぞれ、燃料処理装置（図示せず）、冷媒システム（図示せず）、および送風機（図示せず）から燃料、冷媒、および酸化剤が種々の導管を介して流入される。
【００１８】
本発明の他の実施例として、ガスケット８２の代わりに、他の密封構造、例えば、燃料用開口、冷媒用開口、および酸化剤開口を個別に密封する1組の密封リングを用いてもよい。
【００１９】
本発明のいくつかの実施例において、マニホールドシステム１１の他の特徴の１つとして、マニホールドハウジング２２と水タンク３４間を密封するガスケット４０（図２を参照）が設けられる。この構成によって、マニホールドハウジング２２内に配置されたガス／水分離部によって集められた水はガスケット４０を介して水タンク３４に形成された貯水部に貯蔵される。また、マニホールドシステム１１は、ガスケット８２に取り付けられた測定子７４、７６のような測定子を備えている。これらの測定子は、例えば、マニホールドハウジング２２内の各流れおよびタンク３４内の水を測定（例えば、温度および／または圧力）するのに用いられる。
【００２０】
詳細は後述するが、本発明のいくつかの実施例において、マニホールドハウジング２２は、溝８０と複数の尾根部８１（図４を参照）を備えており、これら溝８０と複数の尾根部８１とで、ヒンジ３０（図１を参照）の雌部を形成し、このヒンジ３０は、スタック２０をマニホールドハウジング２２に対して枢動可能に接続するものである。溝８０は、ガスケット８２の外端の近傍においてその外端に沿って配置され、（ヒンジ３０の）雄軸部を受容する。なお、この雄軸部はスタック２０の一部である（詳細は後述する）。複数の尾根部８１は、溝８０とその溝に隣接するガスケットの外端との間に配置されており、これら複数の尾根部８１は互いに離れて配置されている。各尾根部８１は、ヒンジ３０の軸の曲率に対して略一致するように湾曲している。詳細は後述するが、尾根部８１は十分な弾性を有しており、スタック２０がマニホールドハウジング２２上に載置されると、この尾根部８１は溝８０に対してわずか外側に変形し、その結果、ヒンジ３０の軸が溝８０内に容易に受容される。ヒンジ３０の軸が溝８０に受容された後、尾根部８１は元の非変形位置に戻って、溝８０内のヒンジ３０の軸を保持する。このようにして、ヒンジ３０の組み立てを行う。
【００２１】
図４と図５に示されるように、本発明のいくつかの実施例において、ガスケット８２の上記の開口は、マニホールドハウジング２２のチャンバとスタック２０の通路間を連通する。各チャンバはマニホールドハウジング２２に設けられた垂直区画壁とマニホールドハウジング２２の底によって形成され、各チャンバの上側開口部はガスケット８２によって密閉されている。例えば、マニホールドハウジング２２の冷媒出口４６とガスケット８２の冷媒開口部４８は、マニホールドハウジング２２のＬ字状チャンバ１５８（図５を参照）によって互いに連通されている。同様に、マニホールドハウジング２２の酸化剤出口４４とガスケット８２の酸化剤開口部４２は、マニホールドハウジング２２のチャンバ１６０によって互いに連通されている。さらに、マニホールドハウジング２２の燃料出口５０（ガスケット８２の開口１１０に対応）とガスケット８２の燃料開口部５２は、マニホールドハウジング２２のＬ字状チャンバ１５２によって互いに連通されている。一方、マニホールドハウジング２２の酸化剤入口５７とガスケット８２の酸化剤開口部７０は、マニホールドハウジング２２のチャンバー１５６によって互いに連通されている。また、マニホールドハウジング２２の冷媒入口５６とガスケット８２の冷媒開口部６０は、マニホールドハウジング２２のＬ字状チャンバ１５４によって互いに連通されている。さらに、マニホールドハウジング２２の燃料入口６２（ガスケット８２の開口１１２に対応）とガスケット８２の燃料開口６４は、マニホールドハウジング２２のチャンバ１５０によって互いに連通されている。
【００２２】
また、図５に示されるように、マニホールドハウジング２２内にガス／水分離部を形成するためのウェル（縦穴）がマニホールドハウジング２２に形成されている。このウェルは、ガス／水分離部の底と側壁を形成する。例えば、詳細は後述するが、燃料入口６２と連通するチャンバ１５０は、流入する燃料流から水を除去するガス／水分離部の一部をなす円筒状ウェル１７０を備えている。また、酸化剤入口５７と連通するチャンバ１５６は流入する酸化剤流から水を除去するガス／水分離部の一部をなす円筒状ウェル１７２を備えている。さらに、燃料出口５０と連通するチャンバ１５２は流出する燃料流れから水を除去するガス／水分離部の一部をなす円筒状ウェル１８０を備えている。
【００２３】
いくつかの実施例において、マニホールドハウジング２２は、マニホールドハウジング２２からスタック２０に流れる反応物質の流れから水を除去するガス／水分離部の一部をなすウェル以外に、システム１０の種々の部分から、マニホールドハウジング２２に流れる反応物質の流れから水を除去するガス／水分離部の一部をなすウェルを備えている。具体的に、マニホールドハウジング２２はそのようなウェル１７４および１７６を有している。これらのウェル１７４および１７６は、導管１２６（ウェル１７４に対応）および導管１２２（ウェル１７６に対応）を介して燃料電池システム１０の他の部分からウェル１７４および１７６に流入する流れから水を除去するガス／水分離部の一部をなす。他のガス／水分離部と異なって、ウェル１７４および１７６は、スタック１０に対して直接的に流入／流出するマニホールドハウジング２２内の流れと接触しないように構成されている。すなわち、ウェル１７４を一部とするガス／水分離部は、チャンバ１５２内においてウェル１７４をチャンバ１５２から隔離する円筒状側壁１８６を備えている。この側壁１８６はマニホールドハウジング１５２の底から上方に延長してガスケット８２に至り、ウェル１７４を密閉する。同様に、ウェル１７６を一部とするガス／水分離部は、チャンバ１５２内においてウェル１７６をチャンバ１５２から隔離する円筒状側壁１８４を備えている。この側壁１８４はマニホールドハウジング１５２の底から上方に延長してガスケット８２に至り、ウェル１７６を密閉する。
【００２４】
マニホールドハウジング２２の他の特徴の１つとして、マニホールドハウジング２２は、その底から水タンク３４内に延長して、例えば、タンク３４の水の温度を測定する測定子７４が挿入される開口部１９１を備えているとよい。開口部１９１は円筒状側壁１９０によって包囲されている。この側壁１９０は開口部１９１をチャンバ１５６から隔離して、マニホールドハウジング２２の底から上方に延長してガスケット８２に至り、開口部１９１を密閉する。また、マニホールドハウジング２２は、流れを隔離しながらその流れの特性を計測するための測定子が挿入される他の側壁を備えているとよい。例えば、マニホールドハウジング２２は、チャンバ１５６から測定子７６を隔離して、マニホールドハウジング２２の底から上方に延長してガスケット８２に至り、開口部１９１を密閉する円状壁１９２を備えているとよい。
【００２５】
図６はマニホールドハウジング２２の裏側を示す図である。図示されるように、ウェル１７２、１７４、および１８０は、それらのウェル１７２、１７４、および１８０をタンク３４の温水によって包囲してそれらのウェル内の水の凍結を防ぐために、水タンク３４の水面下まで延長している。また、マニホールドハウジング２２は、酸化剤出口４４が連通するチャンバ１６０の一部であり、水タンク３４の水面下まで延長する箱状ウェル１６１を備えているとよい。この構成によって、スタック２０から流入される加熱された酸化剤の流れを水タンク３４の加熱に利用することができる。
【００２６】
前述したように、各ガス／水分離部はマニホールドハウジング２２内の円筒状ウェルによって形成される。一例として、ウェル１７６によって形成されるガス／水分離部２００が図７に示されている。図示されるように、ガス／水分離部２００には、ウェル１７６内に集められる水のレベルを調整する浮子２０６がウェル１７６内に配置されている。この浮子２０６を設けることによって、ガス／水分離部２００は、ウェル１７６内の水のレベルを、ガスが水タンク３４内に進入するのを防ぐのに十分なレベルに調整することができる。さらに具体的には、浮子２０６は、ウェル１７６の底の開口部２０４内に着座するように設計された成形エラストマからなるグロメット（すなわち、バルブシート）２０２を備えている。ウェル１７６内に貯留される水のレベルが十分なレベルに達していないと、グロメット２０２が開口部２０４に着座し、ウェル１７６と水タンク３４間の連通を遮断してウェル１７６内の水レベルを上昇させる。ウェル１７６内の水のレベルが十分なレベルを超えると、浮子２０６が上昇して、グロメット２０２を開口部２０４から上方に持ち上げ、ウェル１７６の水レベルが適当なレベルに低下するまでウェル１７６内の水が水タンク３４に流入される。
【００２７】
本発明のいくつかの実施例において、図８に示されるように、水タンク３４は上側に開口部２２２を有する略箱状の形状を有している。上側の開口部２２２を介して、水タンク３４とマニホールドハウジング２２内の各ガス／水分離部は連通している。フランジ２２０が開口部２２２の周囲に沿って設けられ、このフランジ２２０は、水タンク３４をマニホールドハウジング２２に接続させる複数のボルトが貫通する穴２２６を有している。本発明のいくつかの実施例において、水タンク３４は、その１つの側壁に、熱交換器３６が嵌め込まれる凹領域２２４を有している。
【００２８】
スタック２０をマニホールドハウジング２２に取り付けためにヒンジ３０が組み込まれるとき、図９に示されるように、スタック２０は水平位置まで回転されるとよい。スタック２０が水平位置に回転されたとき、ガスケット８２（図９には示されていない）はマニホールドハウジング２２の上面に位置し、浮子２０６（図１０も参照）はウェル内に挿入されてガス／水分離部が形成される。スタック２０およびマニホールドシステム１１の保守点検もスタック２０を水平位置にして行われるとよい。
【００２９】
図９に示されるように、スタック２０が垂直位置に回転されたとき、スタック２０の酸化剤出口開口部３０２、冷媒出口開口部３０４、および燃料出口開口部３０６は、対応するガスケット８２の酸化剤開口部６４、冷媒開口部６０、および燃料開口部７０とそれぞれ一直線状に並び、また、スタック２０が垂直位置に回転されたとき、スタック２０の燃料入口開口部３１４、冷媒入口開口部３１２、および酸化剤入口開口部３１０は、対応するガスケット８２の燃料開口部４２、冷媒開口部４８、および酸化剤開口部５２とそれぞれ一直線状に並ぶ。
【００３０】
図１１に示されるように、スタック２０が垂直位置に回転され、マニホールドシステム１１がフレーム１２（図１を参照）に取り付けられた後、フレーム１２に固着されるとよい。本発明のいくつかの実施例において、燃料電池システム１０は、スタック２０が垂直位置に回転されたときにそのスタック２０をフレームに接続させる掛止め機構またはコネクタを備えているとよい。コネクタは、スタック２０を横切って延長してスタック２０と接触する板バネ４００を備えているとよい。板バネ４００の弾性によって、スタック２０の長手方向の軸に力がかかり、スタック２０をマニホールドハウジング２２に対して圧縮し、ガスケット８２によって形成されたシール部を付勢する。板バネ４００の各端部には、フレーム１２に取り付けられる垂直ボルト４０４が挿入される切欠４０２が形成されている。スタック２０が垂直位置に回転されたとき、ボルト４０４が切欠４０２に挿入され、次いで、上側固定ナット４０６を各ボルト４０４の自由端に螺合させることによって、スタック２０をフレーム１２に固着する。ボルト４０４は、フレーム１２の水平部材１３（図１を参照）に固着される山形部材４１０を貫通する。ボルト４０４の頭部は、フレーム部材４１０の、板バネ４００が設けられる側とは反対側にあり、図１１においては見えていない。下側固定ナット４０８は、板バネ４００とフレーム部材４１０の間に位置して、ボルト４０４の中間部に螺合されている。
【００３１】
前述の実施例の説明において、「上」、「下」、「垂直」、および「水平」といった方向に関する用語は、燃料電池システムおよび関連する構成部品を説明するための便宜的な用語であり、このような方向性は本発明を実施するのに必ずしも必要ではなく、ここに述べた方向性とは異なる方向性に基づいて本発明を実施することも可能である。
【００３２】
以上、本発明を限られた実施例に基づいて説明したが、それらの開示に基づいて、当業者が種々の改良例および変更例を考案できることは明らかであり、そのような改良例および変更例はすべて請求の範囲、従って、本発明の精神と範囲に包含されるとみなされるべきである。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による燃料電池システム用マニホールドシステムによれば、以下の効果を得ることができる。すなわち、マニホールドシステムはスタックと離脱可能にヒンジ接続されるので、スタックをマニホールドシステムとフレーム間に正確かつ迅速に取り付けることができる。また、燃料電池システムに一体構造のマニホールドハウジングをその一部として連結することによって、従来の燃料電池システムと比較して、対流による熱損失を低減させることができる。さらに、マニホールドシステムは、そのシステム内に集められた凝縮水を水タンク内に導くことによって、その集められた凝縮水を燃料電池システムが凍結温度下で使用される場合に解凍することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による燃料電池システムの斜視図である。
【図２】本発明の実施例による燃料電池システム用マニホールドシステムの斜視図である。
【図３】本発明の実施例による燃料電池システム用マニホールドシステムの分解斜視図である。
【図４】本発明の実施例によるマニホールドシステムのガスケットとマニホールドハウジングの平面図である。
【図５】本発明の実施例によるマニホールドハウジングの平面図である。
【図６】本発明の実施例によるマニホールドハウジングの底面図である。
【図７】図６の線７−７に沿った断面図である。
【図８】本発明の実施例によるマニホールドシステムの水タンクの斜視図である。
【図９】本発明の実施例によるヒンジの作動を説明するための燃料電池とマニホールドシステムの斜視図である。
【図１０】本発明の実施例による燃料電池とマニホールドシステムの分解斜視図である。
【図１１】本発明の実施例によるスタックを燃料電池システムのフレームに固着するコネクタとスタックを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 燃料電池システム
１１ マニホールドシステム
１２ フレーム
２０ 燃料電池スタック
２２ マニホールドハウジング
３０ ヒンジ
３４ 水タンク
３６ 熱交換器
４０ ガスケット
４２、４８、５２ 開口部
５０ 燃料出口
４６ 冷媒出口
４４ 酸化剤出口
６２ 燃料入口
５６ 冷媒入口
６０、６４、７０ 開口部
８２ ガスケット
１５０、１５２、１５４、１５６、１５８、１６０ チャンバ
１６１ 箱状ウェル
１７０、１７２、１７４、１７６、１８０ 円筒状ウェル
１８４、１８６ 円筒状側壁
２００ ガス／水分離部
２０６ 浮子
２０２ グロメット
【発明の属する技術分野】
本発明は概して燃料電池スタック用のマニホールドシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は反応によって生成した化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する電気化学素子である。例えば、燃料電池の一例として、プロトンのみを燃料電池の陽極と陰極間で移送する、高分子電解質膜とも呼ばれる、プロトン交換膜（ＰＥＭ）を備える燃料電池が知られている。この種の燃料電池において、２原子の水素（燃料）が陽極で反応して水素プロトンと電子を生成する。水素プロトンはＰＥＭを介して陰極に移行する。また、この反応によって生成された電子は燃料電池の外部の回路内を陰極側に移動して電流を生成する。一方、陰極において、酸素が還元されて、水素プロトンおよび電子と反応して水を生成する。陽極反応と陰極反応は以下の化学式によって表される。
【０００３】
Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- （電池の陽極）
Ｏ2 ＋ ４Ｈ+ ＋ ４ｅ- → ２Ｈ2Ｏ （電池の陰極）
【０００４】
単一燃料電池が生成する電圧は通常比較的小さい（例えば、約１ボルト）ので、より大きい電圧を生成するために、いくつかの燃料電池が燃料電池スタックと呼ばれる配置構造に組み込まれる。燃料電池スタックは、そのスタックの１つ以上の電池をそれぞれ挟んで複数のプレート（例えば、黒鉛複合材または金属板）が上下方向に積層されている。これらのプレートは、燃料電池スタック内を通って反応物質や生成物を導く種々の通路やオリフィスを備えている。いくつかのＰＥＭ（各ＰＥＭが１つの燃料電池に対応する）が、スタックの全体にわたって、異なった燃料電池のそれぞれの陽極および陰極間に配置されている。スタックの各プレートに設けられる複数の開口部の各々は、通常、スタックの全体にわたって、反応物質や冷媒を流すための複数の通路を形成する目的で、他のプレートに設けられる複数の開口部の対応する開口部と一直線状に並んでいる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スタックのそれらの通路は燃料電池システムの種々の導管とも接続される必要がある。例えば、スタックに供給される燃料に関連するスタック内の通路は、燃料処理装置から燃料を移送する燃料供給ラインと接続される必要がある。このようなスタック内の通路と燃料電池システムの導管の接続は、燃料電池システムを組み立てるのに必要な時間の大部分を占め、この組立時間は直接燃料電池システムの全体のコストに影響を及ぼす。
【０００６】
従って、上記の問題を解決するような燃料電池スタックの配置構造が望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、燃料スタック内の通路と燃料電池システムの導管の接続を容易に行うことができ、また、燃料電池システムの熱および水管理を向上させることができる燃料電池スタック用マニホールドシステムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施態様によれば、燃料電池システムは、燃料電池スタックと、マニホールドと、ヒンジとを備えている。マニホールドはスタックに反応物質を流す密封されたインターフェイスを形成し、ヒンジはスタックとマニホールドの間を枢動可能に接続する。
【０００９】
本発明の他の実施態様によれば、燃料電池システムは燃料電池スタックと、マニホールドと、分離部（例えば、ガス／水分離部）とを備えている。マニホールドはスタックに流れを通し、マニホールド内に配置された分離部は流れの１つから水を集める。
【００１０】
本発明の利点および他の特徴は、以下の図面に基づく説明、および請求の範囲から明らかになるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１について説明する。本発明の実施例による燃料電池システム１０は、燃料電池スタック、例えば、ＰＥＭ（プロトン交換膜）式燃料電池スタック２０を備えている。この燃料電池スタック２０は、そのスタック２０に流入する燃料（例えば、水素）および酸化剤に対応して負荷（例えば、住宅負荷）用の電力を生成する。すなわち、スタック２０は、流入する燃料と酸化剤の流れを受入れてそれらの流れをスタック２０の所定の各陽極領域および所定の各陰極領域に導く流入通路を形成するように配列された開口部を有する複数のフロープレートを備えている。これらのフロープレートは、流入通路以外に、スタック２０内での燃料電池反応によって消耗されなかった燃料と酸化剤の流れが通過する流出通路を形成するように配列された開口部を有している。フロープレートはさらに、上記以外の通路、例えば、スタック２０に流入されてそこから流出される冷媒用の通路を有しているとよい。
【００１２】
燃料電池システム１０のスタック２０外に設けられた装置（燃料処理装置、送風機、酸化剤設備など）とスタック２０と間において、反応物質と冷媒を送るために、燃料電池システム１０はマニホールドシステム１１を備えている。このマニホールドシステム１１は従来のマニホールド配置構造と比較していくつかの利点を有している。例えば、詳細は後述するが、このマニホールドシステム１１はスタック２０に対して迅速に組み付けられ、また、スタック２０から迅速に取り外すことができる。さらに、マニホールドシステム１１は従来のマニホールド配置構造と比較して熱および水管理においてすぐれている。
【００１３】
本発明のいくつかの実施例において、マニホールドシステム１１は、マニホールドまたはマニホールドハウジングと呼ばれる一体構造を用いている。このマニホールドハウジング２２は、スタック２０の反応剤通路および冷媒通路をそれぞれシステム１０の反応剤導管および冷媒導管に連通させる各種チャンバを有している。マニホールドハウジング２２は、例えば、プラスチック、金属、または複合材のような材料からなる一体構造として構成されるとよい。例えば、選択された材料からマニホールドハウジング２２を形成するのに、切削加工または射出成形を用いるとよい。燃料電池システム１０に一体構造のマニホールドハウジング２２をその一部として連結することによって、従来の燃料電池システムと比較して、対流による熱損失を低減させることができる。
【００１４】
本発明のいくつかの実施例において、マニホールドシステム１１は、そのシステム１１内に集められた凝縮水を（マニホールドシステム１１の）単一水タンク３４内に導くことによって、その集められた凝縮水を、燃料電池システム１０が凍結温度下で使用される場合にその凝縮水を解凍することができる１つの場所に集中させることができる。この点にして関して、詳細は後述するが、水タンク３４はマニホールドハウジング２２内に配置されたガス／水分離部（図１には示されていない）から凝縮水を集め、マニホールドシステム１１の熱交換器３６は水タンク３４内の凍結された水（氷）を解凍するのに必要な熱を放出することができる。一例を挙げれば、熱交換器３６は、燃料電池システム１０の起動中、燃料処理装置の排ガスと熱交換する。詳細は後述するが、本発明のいくつかの実施例において、各ガス／水分離機構は、その分離機構内において凍結水を解凍するために、水タンク３４内に部分的に延出している。
【００１５】
詳細は後述するが、マニホールドシステム１１は、上記以外にも多くの特徴を有している。それらの特徴の１つとして、測定子はマニホールドハウジング２２内に取り付けられている。この構成によれば、スタック２０が交換される場合に測定子を取り外す必要がない。他の特徴として、マニホールドシステム１１はスタック２０と離脱可能にヒンジ接続され、スタック２０を燃料電池システム１０のマニホールドシステム１１とフレーム１２の間に正確かつ迅速に取り付けることができる。
【００１６】
図２および図３は、上記の特徴の少なくともいくつかを例示するためのマニホールドシステム１１のさらに詳細な斜視図である。図示されるように、マニホールドシステム１１は、スタック２０の平坦な底面とマニホールドハウジング２２の比較的平坦な上面との間に挟まれた平坦なガスケット８２を備えている。このガスケット８２は、スタック２０とマニホールドシステム１１の間において燃料、酸化剤および冷媒の流れを密封するために設けられている。詳細は後述するが、ガスケット８２の平坦な上面９５はスタック２０の底面と接触している。ガスケット８２は、スタック２０の各通路から流出する燃料、冷媒、および酸化剤の流れをそれぞれ受け入れる開口部５２、４８、および４２を備えている。マニホールドハウジング２２の（後述する）各チャンバは、これらの燃料、冷媒、および酸化剤をマニホールドハウジング２２の燃料出口５０、冷媒出口４６、および酸化剤出口４４に導くように構成されている。これらの各出口５０、４６、および４４は、それらの出口から流出される燃料、冷媒、および酸化剤の流れをシステム１０の種々の部分に連通させる導管に接続されるとよい。
【００１７】
また、ガスケット８２は、燃料、冷媒、および酸化剤をスタック２０に供給するための開口部６４、６０、および７０を備えている。これらの開口部６４、６０および７０には、マニホールドハウジング２２の燃料入口６２、冷媒入口５６、および酸化剤入口（図２には示されていない）から燃料、冷媒、および酸化剤を受け入れる（マニホールドハウジング２２の）各チャンバからの燃料、冷媒、および酸化剤が流入される。なお、これらの燃料入口６２、冷媒入口５６、および酸化剤入口には、それぞれ、燃料処理装置（図示せず）、冷媒システム（図示せず）、および送風機（図示せず）から燃料、冷媒、および酸化剤が種々の導管を介して流入される。
【００１８】
本発明の他の実施例として、ガスケット８２の代わりに、他の密封構造、例えば、燃料用開口、冷媒用開口、および酸化剤開口を個別に密封する1組の密封リングを用いてもよい。
【００１９】
本発明のいくつかの実施例において、マニホールドシステム１１の他の特徴の１つとして、マニホールドハウジング２２と水タンク３４間を密封するガスケット４０（図２を参照）が設けられる。この構成によって、マニホールドハウジング２２内に配置されたガス／水分離部によって集められた水はガスケット４０を介して水タンク３４に形成された貯水部に貯蔵される。また、マニホールドシステム１１は、ガスケット８２に取り付けられた測定子７４、７６のような測定子を備えている。これらの測定子は、例えば、マニホールドハウジング２２内の各流れおよびタンク３４内の水を測定（例えば、温度および／または圧力）するのに用いられる。
【００２０】
詳細は後述するが、本発明のいくつかの実施例において、マニホールドハウジング２２は、溝８０と複数の尾根部８１（図４を参照）を備えており、これら溝８０と複数の尾根部８１とで、ヒンジ３０（図１を参照）の雌部を形成し、このヒンジ３０は、スタック２０をマニホールドハウジング２２に対して枢動可能に接続するものである。溝８０は、ガスケット８２の外端の近傍においてその外端に沿って配置され、（ヒンジ３０の）雄軸部を受容する。なお、この雄軸部はスタック２０の一部である（詳細は後述する）。複数の尾根部８１は、溝８０とその溝に隣接するガスケットの外端との間に配置されており、これら複数の尾根部８１は互いに離れて配置されている。各尾根部８１は、ヒンジ３０の軸の曲率に対して略一致するように湾曲している。詳細は後述するが、尾根部８１は十分な弾性を有しており、スタック２０がマニホールドハウジング２２上に載置されると、この尾根部８１は溝８０に対してわずか外側に変形し、その結果、ヒンジ３０の軸が溝８０内に容易に受容される。ヒンジ３０の軸が溝８０に受容された後、尾根部８１は元の非変形位置に戻って、溝８０内のヒンジ３０の軸を保持する。このようにして、ヒンジ３０の組み立てを行う。
【００２１】
図４と図５に示されるように、本発明のいくつかの実施例において、ガスケット８２の上記の開口は、マニホールドハウジング２２のチャンバとスタック２０の通路間を連通する。各チャンバはマニホールドハウジング２２に設けられた垂直区画壁とマニホールドハウジング２２の底によって形成され、各チャンバの上側開口部はガスケット８２によって密閉されている。例えば、マニホールドハウジング２２の冷媒出口４６とガスケット８２の冷媒開口部４８は、マニホールドハウジング２２のＬ字状チャンバ１５８（図５を参照）によって互いに連通されている。同様に、マニホールドハウジング２２の酸化剤出口４４とガスケット８２の酸化剤開口部４２は、マニホールドハウジング２２のチャンバ１６０によって互いに連通されている。さらに、マニホールドハウジング２２の燃料出口５０（ガスケット８２の開口１１０に対応）とガスケット８２の燃料開口部５２は、マニホールドハウジング２２のＬ字状チャンバ１５２によって互いに連通されている。一方、マニホールドハウジング２２の酸化剤入口５７とガスケット８２の酸化剤開口部７０は、マニホールドハウジング２２のチャンバー１５６によって互いに連通されている。また、マニホールドハウジング２２の冷媒入口５６とガスケット８２の冷媒開口部６０は、マニホールドハウジング２２のＬ字状チャンバ１５４によって互いに連通されている。さらに、マニホールドハウジング２２の燃料入口６２（ガスケット８２の開口１１２に対応）とガスケット８２の燃料開口６４は、マニホールドハウジング２２のチャンバ１５０によって互いに連通されている。
【００２２】
また、図５に示されるように、マニホールドハウジング２２内にガス／水分離部を形成するためのウェル（縦穴）がマニホールドハウジング２２に形成されている。このウェルは、ガス／水分離部の底と側壁を形成する。例えば、詳細は後述するが、燃料入口６２と連通するチャンバ１５０は、流入する燃料流から水を除去するガス／水分離部の一部をなす円筒状ウェル１７０を備えている。また、酸化剤入口５７と連通するチャンバ１５６は流入する酸化剤流から水を除去するガス／水分離部の一部をなす円筒状ウェル１７２を備えている。さらに、燃料出口５０と連通するチャンバ１５２は流出する燃料流れから水を除去するガス／水分離部の一部をなす円筒状ウェル１８０を備えている。
【００２３】
いくつかの実施例において、マニホールドハウジング２２は、マニホールドハウジング２２からスタック２０に流れる反応物質の流れから水を除去するガス／水分離部の一部をなすウェル以外に、システム１０の種々の部分から、マニホールドハウジング２２に流れる反応物質の流れから水を除去するガス／水分離部の一部をなすウェルを備えている。具体的に、マニホールドハウジング２２はそのようなウェル１７４および１７６を有している。これらのウェル１７４および１７６は、導管１２６（ウェル１７４に対応）および導管１２２（ウェル１７６に対応）を介して燃料電池システム１０の他の部分からウェル１７４および１７６に流入する流れから水を除去するガス／水分離部の一部をなす。他のガス／水分離部と異なって、ウェル１７４および１７６は、スタック１０に対して直接的に流入／流出するマニホールドハウジング２２内の流れと接触しないように構成されている。すなわち、ウェル１７４を一部とするガス／水分離部は、チャンバ１５２内においてウェル１７４をチャンバ１５２から隔離する円筒状側壁１８６を備えている。この側壁１８６はマニホールドハウジング１５２の底から上方に延長してガスケット８２に至り、ウェル１７４を密閉する。同様に、ウェル１７６を一部とするガス／水分離部は、チャンバ１５２内においてウェル１７６をチャンバ１５２から隔離する円筒状側壁１８４を備えている。この側壁１８４はマニホールドハウジング１５２の底から上方に延長してガスケット８２に至り、ウェル１７６を密閉する。
【００２４】
マニホールドハウジング２２の他の特徴の１つとして、マニホールドハウジング２２は、その底から水タンク３４内に延長して、例えば、タンク３４の水の温度を測定する測定子７４が挿入される開口部１９１を備えているとよい。開口部１９１は円筒状側壁１９０によって包囲されている。この側壁１９０は開口部１９１をチャンバ１５６から隔離して、マニホールドハウジング２２の底から上方に延長してガスケット８２に至り、開口部１９１を密閉する。また、マニホールドハウジング２２は、流れを隔離しながらその流れの特性を計測するための測定子が挿入される他の側壁を備えているとよい。例えば、マニホールドハウジング２２は、チャンバ１５６から測定子７６を隔離して、マニホールドハウジング２２の底から上方に延長してガスケット８２に至り、開口部１９１を密閉する円状壁１９２を備えているとよい。
【００２５】
図６はマニホールドハウジング２２の裏側を示す図である。図示されるように、ウェル１７２、１７４、および１８０は、それらのウェル１７２、１７４、および１８０をタンク３４の温水によって包囲してそれらのウェル内の水の凍結を防ぐために、水タンク３４の水面下まで延長している。また、マニホールドハウジング２２は、酸化剤出口４４が連通するチャンバ１６０の一部であり、水タンク３４の水面下まで延長する箱状ウェル１６１を備えているとよい。この構成によって、スタック２０から流入される加熱された酸化剤の流れを水タンク３４の加熱に利用することができる。
【００２６】
前述したように、各ガス／水分離部はマニホールドハウジング２２内の円筒状ウェルによって形成される。一例として、ウェル１７６によって形成されるガス／水分離部２００が図７に示されている。図示されるように、ガス／水分離部２００には、ウェル１７６内に集められる水のレベルを調整する浮子２０６がウェル１７６内に配置されている。この浮子２０６を設けることによって、ガス／水分離部２００は、ウェル１７６内の水のレベルを、ガスが水タンク３４内に進入するのを防ぐのに十分なレベルに調整することができる。さらに具体的には、浮子２０６は、ウェル１７６の底の開口部２０４内に着座するように設計された成形エラストマからなるグロメット（すなわち、バルブシート）２０２を備えている。ウェル１７６内に貯留される水のレベルが十分なレベルに達していないと、グロメット２０２が開口部２０４に着座し、ウェル１７６と水タンク３４間の連通を遮断してウェル１７６内の水レベルを上昇させる。ウェル１７６内の水のレベルが十分なレベルを超えると、浮子２０６が上昇して、グロメット２０２を開口部２０４から上方に持ち上げ、ウェル１７６の水レベルが適当なレベルに低下するまでウェル１７６内の水が水タンク３４に流入される。
【００２７】
本発明のいくつかの実施例において、図８に示されるように、水タンク３４は上側に開口部２２２を有する略箱状の形状を有している。上側の開口部２２２を介して、水タンク３４とマニホールドハウジング２２内の各ガス／水分離部は連通している。フランジ２２０が開口部２２２の周囲に沿って設けられ、このフランジ２２０は、水タンク３４をマニホールドハウジング２２に接続させる複数のボルトが貫通する穴２２６を有している。本発明のいくつかの実施例において、水タンク３４は、その１つの側壁に、熱交換器３６が嵌め込まれる凹領域２２４を有している。
【００２８】
スタック２０をマニホールドハウジング２２に取り付けためにヒンジ３０が組み込まれるとき、図９に示されるように、スタック２０は水平位置まで回転されるとよい。スタック２０が水平位置に回転されたとき、ガスケット８２（図９には示されていない）はマニホールドハウジング２２の上面に位置し、浮子２０６（図１０も参照）はウェル内に挿入されてガス／水分離部が形成される。スタック２０およびマニホールドシステム１１の保守点検もスタック２０を水平位置にして行われるとよい。
【００２９】
図９に示されるように、スタック２０が垂直位置に回転されたとき、スタック２０の酸化剤出口開口部３０２、冷媒出口開口部３０４、および燃料出口開口部３０６は、対応するガスケット８２の酸化剤開口部６４、冷媒開口部６０、および燃料開口部７０とそれぞれ一直線状に並び、また、スタック２０が垂直位置に回転されたとき、スタック２０の燃料入口開口部３１４、冷媒入口開口部３１２、および酸化剤入口開口部３１０は、対応するガスケット８２の燃料開口部４２、冷媒開口部４８、および酸化剤開口部５２とそれぞれ一直線状に並ぶ。
【００３０】
図１１に示されるように、スタック２０が垂直位置に回転され、マニホールドシステム１１がフレーム１２（図１を参照）に取り付けられた後、フレーム１２に固着されるとよい。本発明のいくつかの実施例において、燃料電池システム１０は、スタック２０が垂直位置に回転されたときにそのスタック２０をフレームに接続させる掛止め機構またはコネクタを備えているとよい。コネクタは、スタック２０を横切って延長してスタック２０と接触する板バネ４００を備えているとよい。板バネ４００の弾性によって、スタック２０の長手方向の軸に力がかかり、スタック２０をマニホールドハウジング２２に対して圧縮し、ガスケット８２によって形成されたシール部を付勢する。板バネ４００の各端部には、フレーム１２に取り付けられる垂直ボルト４０４が挿入される切欠４０２が形成されている。スタック２０が垂直位置に回転されたとき、ボルト４０４が切欠４０２に挿入され、次いで、上側固定ナット４０６を各ボルト４０４の自由端に螺合させることによって、スタック２０をフレーム１２に固着する。ボルト４０４は、フレーム１２の水平部材１３（図１を参照）に固着される山形部材４１０を貫通する。ボルト４０４の頭部は、フレーム部材４１０の、板バネ４００が設けられる側とは反対側にあり、図１１においては見えていない。下側固定ナット４０８は、板バネ４００とフレーム部材４１０の間に位置して、ボルト４０４の中間部に螺合されている。
【００３１】
前述の実施例の説明において、「上」、「下」、「垂直」、および「水平」といった方向に関する用語は、燃料電池システムおよび関連する構成部品を説明するための便宜的な用語であり、このような方向性は本発明を実施するのに必ずしも必要ではなく、ここに述べた方向性とは異なる方向性に基づいて本発明を実施することも可能である。
【００３２】
以上、本発明を限られた実施例に基づいて説明したが、それらの開示に基づいて、当業者が種々の改良例および変更例を考案できることは明らかであり、そのような改良例および変更例はすべて請求の範囲、従って、本発明の精神と範囲に包含されるとみなされるべきである。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による燃料電池システム用マニホールドシステムによれば、以下の効果を得ることができる。すなわち、マニホールドシステムはスタックと離脱可能にヒンジ接続されるので、スタックをマニホールドシステムとフレーム間に正確かつ迅速に取り付けることができる。また、燃料電池システムに一体構造のマニホールドハウジングをその一部として連結することによって、従来の燃料電池システムと比較して、対流による熱損失を低減させることができる。さらに、マニホールドシステムは、そのシステム内に集められた凝縮水を水タンク内に導くことによって、その集められた凝縮水を燃料電池システムが凍結温度下で使用される場合に解凍することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による燃料電池システムの斜視図である。
【図２】本発明の実施例による燃料電池システム用マニホールドシステムの斜視図である。
【図３】本発明の実施例による燃料電池システム用マニホールドシステムの分解斜視図である。
【図４】本発明の実施例によるマニホールドシステムのガスケットとマニホールドハウジングの平面図である。
【図５】本発明の実施例によるマニホールドハウジングの平面図である。
【図６】本発明の実施例によるマニホールドハウジングの底面図である。
【図７】図６の線７−７に沿った断面図である。
【図８】本発明の実施例によるマニホールドシステムの水タンクの斜視図である。
【図９】本発明の実施例によるヒンジの作動を説明するための燃料電池とマニホールドシステムの斜視図である。
【図１０】本発明の実施例による燃料電池とマニホールドシステムの分解斜視図である。
【図１１】本発明の実施例によるスタックを燃料電池システムのフレームに固着するコネクタとスタックを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 燃料電池システム
１１ マニホールドシステム
１２ フレーム
２０ 燃料電池スタック
２２ マニホールドハウジング
３０ ヒンジ
３４ 水タンク
３６ 熱交換器
４０ ガスケット
４２、４８、５２ 開口部
５０ 燃料出口
４６ 冷媒出口
４４ 酸化剤出口
６２ 燃料入口
５６ 冷媒入口
６０、６４、７０ 開口部
８２ ガスケット
１５０、１５２、１５４、１５６、１５８、１６０ チャンバ
１６１ 箱状ウェル
１７０、１７２、１７４、１７６、１８０ 円筒状ウェル
１８４、１８６ 円筒状側壁
２００ ガス／水分離部
２０６ 浮子
２０２ グロメット
Claims (26)
- 燃料電池スタックと、
前記スタックに反応物質を流す密封されたインターフェイスを形成するマニホールドと、
前記スタックと前記マニホールドとの間を枢動可能に接続するヒンジと
を備えてなり、前記ヒンジは前記スタックに固着された第１ヒンジ部と前記マニホールドに固着された第２ヒンジ部とを備えてなり、前記第１および第２ヒンジ部は前記スタックと前記マニホールドの間を離脱可能に接続する接続部を形成することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記第１ヒンジ部は前記ヒンジ部の雄部を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
- 前記第２ヒンジ部は前記ヒンジ部の雌部を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
- 前記ヒンジは、前記マニホールドの前記スタックに対する開口部が露出される第１位置から、前記スタックが前記マニホールドに密封された状態で接続される第２位置まで、前記スタックを枢動させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池スタックを保持するフレームと、
前記スタックが前記第２位置にあるときに前記スタックを前記フレームに固着するコネクタと、
をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。 - 前記マニホールド内に配置されて前記流れの１つから水を集める分離部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
- 前記分離部は前記マニホールドに配置されたウェルと、前記ウェル内に配置されたプランジャとを備え、
前記ウェルはその底に前記ウェルから水を放出させるオリフィスを備え、
前記プランジャは、前記オリフィスへの接近を制御することによって、前記ウェル内の水のレベルを調整する
ことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。 - 前記マニホールドに取り付けられて前記オリフィス内を流れる水を集める水タンクをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
- 前記ウェルは前記水タンク内に延長していることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
- 前記ウェルは前記水タンクの水面下にあることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
- 前記ウェルは前記マニホールドと一体に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
- 前記マニホールドが前記スタックに直接通さない他の流れを前記マニホールドに送る導管と、
前記マニホールド内に配置されて前記他の流れから水を集める他の分離部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。 - 前記他の分離部は前記マニホールドに配置されたウェルと、前記ウェル内に配置されたプランジャとを備え、
前記ウェルはその底に前記ウェルから水を放出させるオリフィスを備え、
前記プランジャは、前記オリフィスへの接近を制御することによって、前記ウェル内の水のレベルを調整する
ことを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。 - 前記マニホールドに取り付けられて前記オリフィス内を流れる水を集める水タンクをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池システム。
- 前記マニホールド内に配置された測定子をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
- 前記水タンク内の氷を溶解する熱交換器をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
- マニホールドを用いて燃料電池スタックに反応物質を流す工程と、
前記スタックと前記マニホールドとの間を枢動可能に接続する接続部を形成する工程と
を含んでなり、前記の接続部を形成する工程はさらに、
前記スタックに取り付けられる第１ヒンジ部を形成する工程と、
前記マニホールドに固着される第２ヒンジ部を形成する工程と、
を含んでなり、前記第１および第２ヒンジ部は前記スタックと前記マニホールドの間を離脱可能に接続する接続部を形成することを特徴とする燃料電池スタックの使用方法。 - 前記第１ヒンジ部は前記ヒンジ部の雄部を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記第２ヒンジ部は前記ヒンジ部の雌部を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記枢動可能な接続部は、前記マニホールドの前記スタックに対する開口部が露出される第１位置から、前記スタックが前記マニホールドに密封された状態で接続される第２位置まで、前記スタックを回転させることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記スタックが前記第２位置にあるときに前記スタックを前記フレームに固着する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
- 前記マニホールド内の前記流れの１つから水を分離する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池スタックの使用方法。
- 前記水を分離する工程は、
前記マニホールドに水タンクを取り付ける工程と、
前記マニホールド内に前記水タンクと連通するガス／水分離部を配置する工程と、
を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。 - 前記分離部の少なくとも一部を前記水タンクの水面下に延長させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
- 前記マニホールドが前記スタックに直接通さない他の流れを前記マニホールドに送る工程と、
前記マニホールド内に配置されて前記他の流れから水を集める工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。 - 前記マニホールド内の前記流れの１つについて特性を測定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
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