(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の第1側面上に配設された少なくとも一枚のセパレータ・プレートであって、該少なくとも一枚のセパレータ・プレートは、第1反応物質を導く第1群のチャネルを前記膜電極接合体上に形成し、該第1群のチャネルは交互的に位置された第1集合および第2集合のチャネルを含み、前記第1集合のチャネルの各々は前記第2集合のチャネルの内の一本のチャネルに隣接して位置決めされるという少なくとも一枚のセパレータ・プレートと、
前記膜電極接合体の第2側面上に配設された少なくとも一枚のセパレータ・プレートであって、第2反応物質を導く第2群のチャネルを前記膜電極接合体の前記第2側面上に形成するという少なくとも一枚のセパレータ・プレートと、
を備える燃料電池であって、
前記２つの集合のチャネルの各集合は、入力バルブにより制御される入力部および出力バルブにより制御される出力部を含み、
前記第1群のチャネルは、前記２つの集合のチャネルの内の一方の集合のチャネルの前記入力バルブを閉じると共に前記２つの集合のチャネルの内の他方の集合のチャネルの前記出力バルブを閉じることにより交差指型流れ場を形成し、且つ、前記入力バルブおよび前記出力バルブの両方を開くことにより習用の流れ場を形成し、
前記第1群のチャネルの内の前記第1集合のチャネルは、第1および第2の部分集合のチャネルを含み、且つ、
前記第1部分集合のチャネルの内の各チャネルは、孔を通して、前記第2部分集合のチャネルの内の対応チャネルと連通する、燃料電池。
【請求項２】
前記膜電極接合体の前記第1側面上の前記少なくとも一枚のセパレータ・プレートは、前記膜電極接合体と協働して前記第1群のチャネルを形成する第1の複数の凹所を含む、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記膜電極接合体の前記第2側面上の前記少なくとも一枚のセパレータ・プレートは、前記膜電極接合体と協働して前記第2群のチャネルを形成する第2の複数の凹所を含む、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記２つの集合のチャネルの各集合は、入力マニフォルドおよび出力マニフォルドに対して接続され、且つ、
前記入力バルブおよび前記出力バルブは夫々、前記入力マニフォルドおよび前記出力マニフォルドを制御する、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第1集合の内の前記第1部分集合のチャネルは、前記入力バルブにより制御される入力マニフォルドに対して接続され、且つ、前記第1集合の内の前記第2部分集合のチャネルは、前記出力バルブにより制御される出力マニフォルドに対して接続される、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第1集合のチャネルにおいて、前記第1部分集合における各チャネルと前記第2部分集合における対応チャネルとを流体接続している前記孔は、前記出力マニフォルドに隣接して画成される、請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第1群のチャネルの内の前記第2集合のチャネルは、第1および第2の部分集合のチャネルを含み、且つ、
前記第1部分集合のチャネルの内の各チャネルは、孔を通して、前記第2部分集合のチャネルの内の対応チャネルと連通する、請求項１記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第2集合の内の前記第2部分集合のチャネルは、前記入力バルブにより制御される入力マニフォルドに対して接続され、且つ、前記第2集合の内の前記第1部分集合のチャネルは、前記出力バルブにより制御される出力マニフォルドに対して接続される、請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記第2集合のチャネルにおいて、前記第1部分集合における各チャネルと前記第2部分集合における対応チャネルとを流体接続している前記孔は、前記入力マニフォルドに隣接して画成される、請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記膜電極接合体の前記第1側面上の前記少なくとも一枚のセパレータ・プレートは、第1セパレータ・プレート、第2セパレータ・プレートおよび第3セパレータ・プレートを含み、
前記第1セパレータ・プレートは、前記膜電極接合体と協働して前記第1集合および前記第2集合のチャネルの内の前記第1部分集合のチャネルを形成し、前記第2セパレータ・プレートは、冷却液を導く第3群のチャネルを前記第1セパレータ・プレートと協働して形成し、且つ、前記第3セパレータ・プレートは、前記第2セパレータ・プレートと協働して前記第1集合および前記第2集合のチャネルの内の前記第2部分集合のチャネルを形成する、請求項７記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記第3セパレータ・プレートは更に、隣接する膜電極接合体と協働し、前記第2反応物質を導く一群のチャネルを形成する、請求項１０に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記第2群のチャネルは、交互的に位置された第1集合および第2集合のチャネルを含み、前記第1集合のチャネルの各々は前記第2集合のチャネルの内の一本のチャネルに隣接して位置決めされ、且つ、
前記２つの集合のチャネルの各集合は、入力バルブにより制御される入力部および出力バルブにより制御される出力部を含み、
前記第2群のチャネルは、前記２つの集合のチャネルの内の一方の集合のチャネルの前記入力バルブを閉じると共に前記２つの集合のチャネルの内の他方の集合のチャネルの前記出力バルブを閉じることにより交差指型流れ場を形成し、且つ、前記入力バルブおよび前記出力バルブの両方を開くことにより習用の流れ場を形成する、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１３】
相互に積層された複数個の請求項１に記載の燃料電池を備える、燃料電池アセンブリ。
【請求項１４】
相互に積層された複数個の燃料電池を備える燃料電池アセンブリであって、
各燃料電池は、
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の第1側面上に形成されて第1反応物質を導く第1群のチャネルであって、該第1群のチャネルは交互的に位置された第1集合および第2集合のチャネルを含み、前記第1集合のチャネルは第1入力マニフォルドと第1出力マニフォルドとの間で接続され、且つ、前記第2集合のチャネルは第2入力マニフォルドと第2出力マニフォルドとの間で接続され、各マニフォルドはバルブにより制御される、という第1群のチャネルと、
前記膜電極接合体の第2側面上に形成されて第2反応物質を導く第2群のチャネルと、を備え、
前記第1群のチャネルは、前記マニフォルドの全てを開くことにより習用の流れ場へと構成され、且つ、前記第1出力マニフォルドおよび前記第2入力マニフォルドを閉じることにより交差指型流れ場へと構成され、
前記第1群のチャネルの内の前記第1集合のチャネルは、第1および第2の部分集合のチャネルを含み、且つ、
前記第1部分集合のチャネルの内の各チャネルは、孔を通して、前記第2部分集合のチャネルの内の対応チャネルと連通する、燃料電池アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2008年9月25日に出願された米国特許出願第12/238,263号の優先権を主張するものであり、その開示内容は言及したことにより本明細書中に援用される。本発明は、概略的にはプロトン交換膜(PEM)燃料電池に関し、より詳細には、交差指型流れ場(Interdigitated Flow Field)(IDFF)形態と習用の流れ場(Conventional Flow Field)(CFF)形態との間で変更可能な流れ場を備えたPEM燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子膜(PEM)形燃料電池としても知られるプロトン交換膜(PEM)燃料電池は、たとえば水素などの燃料と、たとえば酸素などの酸化剤とを使用して電気を生成し、上記燃料と酸素との電気化学的反応の間において放出された化学エネルギを、電気エネルギへと変換する。PEM燃料電池は概略的に、孔質で導電性である２枚の電極層の間に配設されたPEMを含む膜電極接合体(MEA)を採用する。膜／電極層の各界面には典型的に電気触媒が配設されることで、所望の電気化学的反応を誘起する。典型的なPEM燃料電池において、上記MEAは２枚の導電セパレータ・プレートの間に配設される。各セパレータ・プレートは、燃料もしくは酸化剤を夫々の電気触媒層へと導向する流体流れ場を採用する。
【０００３】
単純な流体流れ場は、隣接する孔質電極層に対して開放されたチャンバであって、流体取入口の役割を果たす第1ポートと、流体吐出口の役割を果たす第2ポートとを備えるというチャンバを含み得る。更に複雑な流体流れ場は、上記取入口と上記吐出口との間の少なくとも一本の流体チャネルであって、上記電極層と接触させるべく流体流を導向するという少なくとも一本の流体チャネル、または、上記流れ場を通る反応物質の流路を制御する案内バリヤを取入れる。燃料用の流れ場により燃料極(anode)へと導向された燃料流は、孔質の該燃料極を貫通して拡散すると共に、該燃料極の電気触媒層により酸化される。また、酸化剤用の流れ場により空気極(cathode)へと導向された酸化剤流は、孔質の該空気極を貫通して拡散すると共に、該空気極の電気触媒層において還元される。
【０００４】
流れ場に関しては、種々の設計態様が開発されてきた。たとえば、習用の流れ場(CFF)設計態様は、入力部と出力部との間に所定数のチャネルを使用すると共に、電極上に比較的に均一な反応物質分布を提供すべく構成される。この習用の構成において、各チャネル内を流れる反応物質は、上記電極内へと分布し、他の反応物質と反応し得る。しかし、一定の反応物質は上記電極に進入せずに上記入力部から上記出力部へと直接的に流れ得ることから、反応物質の利用率は比較的に低い。反応物質の利用効率を高めるために、交差指型流れ場(IDFF)設計態様が開発された。IDFFは一群の取入流チャネルと一群の吐出流チャネルとを含み、且つ、各取入流チャネルは各吐出流チャネルに対して接続されない。IDFFにおいて、上記取入流チャネルにおける反応物質気体は隣接する孔質電極内へと付勢されると共に、該反応物質気体が触媒と接触する機会は増大されることから、反応物質の利用効率が高められる。上記IDFF形態は、更に高い電池性能と更に低い燃料消費量とを提供し得る、と言うのも、燃料気体は更に効率的に各電極へと拡散されるからである。しかしIDFF形態は、幾つかの不都合も有している。たとえば、IDFFにおいて膜電極接合体は、特に燃料電池が高温で動作するときに、更に容易に乾燥することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
故に依然として、燃料電池の全体的な性能を高め得るという燃料電池用の新たな流れ場設計態様に対する要望が在る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ひとつの見地に依れば、本開示内容は燃料電池に関する。該燃料電池は、膜電極接合体と、上記膜電極接合体の第1側面上に配設された少なくとも一枚のセパレータ・プレートと、上記膜電極接合体の第2側面上に配設された少なくとも一枚のセパレータ・プレートとを含む。上記膜電極接合体の第1側面上に配設された上記少なくとも一枚のセパレータ・プレートは、第1反応物質を導く第1群のチャネルを上記膜電極接合体上に形成し得る。上記第1群のチャネルは、交互的に位置された第1集合および第2集合のチャネルを含む。上記第1集合のチャネルの各々は、上記第2集合のチャネルの内の一本のチャネルに隣接して位置決めされる。上記膜電極接合体の第2側面上に配設された上記少なくとも一枚のセパレータ・プレートは、第2反応物質を導く第2群のチャネルを上記膜電極接合体の上記第2側面上に形成し得る。上記２つの集合のチャネルの各集合は、入力バルブにより制御される入力部および出力バルブにより制御される出力部を含む。上記第1群のチャネルは、上記２つの集合のチャネルの内の一方の集合のチャネルの上記入力バルブを閉じると共に上記２つの集合のチャネルの内の他方の集合のチャネルの上記出力バルブを閉じることにより交差指型流れ場を形成し得ると共に、上記入力バルブおよび上記出力バルブの両方を開くことにより習用の流れ場を形成し得る。
【０００７】
別の見地に依れば、燃料電池アセンブリは、相互に積層された複数個の燃料電池を含む。各燃料電池は、膜電極接合体を含む。上記膜電極接合体の第1側面上には、第1反応物質を導く第1群のチャネルが形成される。該第1群のチャネルは、交互的に位置された第1集合および第2集合のチャネルを含む。上記第1集合のチャネルは、第1入力マニフォルドと第1出力マニフォルドとの間で接続される。上記第2集合のチャネルは、第2入力マニフォルドと第2出力マニフォルドとの間で接続される。各マニフォルドは、バルブにより制御される。上記膜電極接合体の第2側面上には、第2反応物質を導く第2群のチャネルが形成される。上記第1群のチャネルは、上記マニフォルドの全てを開くことにより習用の流れ場へと構成され得ると共に、上記第1出力マニフォルドおよび上記第2入力マニフォルドを閉じることにより交差指型流れ場へと構成され得る。
【０００８】
添付図面は、本発明の更なる理解を実現するために提供すべく含まれると共に、本明細書に取入れられてその一部を構成し、本発明の好適実施例を例証すると共に、詳細な説明と協働して本発明の原理の説明に資するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の好適実施例に係る燃料電池システムの一部分の斜視図である。
【図２】本発明の好適実施例に係る図１のA-A線に沿う上記燃料電池の一部分の断面図である。
【図３】本発明の好適実施例に係る図２におけるB-B線に沿う一群のチャネルの断面図である。
【図４】本発明の好適実施例に係る図２におけるC-C線に沿う別の一群のチャネルの断面図である。
【図５】本発明の好適実施例に従い習用の流れ場を採用している例示的に開示された燃料電池の平面図である。
【図６】本発明の好適実施例に従い交差指型流れ場を採用している例示的に開示された燃料電池の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に依れば、本明細書において広範囲に具現されるPEM燃料電池アセンブリは、直列に電気接続された複数の燃料電池を含む。本発明に依れば、各燃料電池は、各セパレータ・プレートと、該各セパレータ・プレートの間に配設された膜電極接合体とにより構築される。図１は、相互に積層された３枚のセパレータ・プレート120、130および140を含む燃料電池100の一区画の斜視図を広範囲に示している。図２は、図１におけるA-A線に沿い、図１に示されたセパレータ・プレートの２つの集合の断面図を膜電極接合体と共に広範囲に示している。図２に示された如く、燃料電池100は、図１に示されたセパレータ・プレートの２つの集合であって、両者間に配設された膜電極接合体150と共に積層されるという２つの集合を含み得る。各セパレータ・プレートおよび各膜電極接合体は、それらの間に複数本のチャネルを形成し、それらを通り、反応物質気体および冷却液が通過し得る。
【００１１】
図１および図２に広範囲に示された好適実施例において、各セパレータ・プレートは、実質的に台形波形状の断面を有している。３枚のセパレータ・プレート120、130および140および各膜電極接合体150は、上記膜電極接合体の第1側面上に形成されて第1反応物質を導く第1群のチャネル108および128、上記膜電極接合体の第2側面上に形成されて第2反応物質を導く第2群のチャネル138、および、冷却液を導く第3群のチャネル118、という３つの群で分布された複数本のチャネルを形成する。各チャネル108は、第1セパレータ・プレート120と、該第1セパレータ・プレート120に隣接して配備された膜電極接合体150とにより形成される。各チャネル108は、交互的に位置されたチャネル108aおよびチャネル108bを含む。各チャネル128は、第2セパレータ・プレート130と第3セパレータ・プレート140とにより形成される。各チャネル128は、交互的に位置されたチャネル128aおよびチャネル128bを含む。第1群のチャネル108および128は、第1集合のチャネル108aおよび128aと、第2集合のチャネル108bおよび128bとを含む。第1集合のチャネル108aおよび128aは、第1部分集合のチャネル108aおよび第2部分集合のチャネル128aを含む。第2集合のチャネル108bおよび128bは、第1部分集合のチャネル108bおよび第2部分集合のチャネル128bを含む。第2群のチャネル138は、第3セパレータ・プレート140と、該第3セパレータ・プレート140に隣接して配備された膜電極接合体150とにより形成される。第3群のチャネル118は、第1セパレータ・プレート120と、第2セパレータ・プレート130とにより形成される。
【００１２】
一例として、台形波形状のセパレータ・プレート120は、(たとえば図２における上方などの)第1方向を向く第1集合の凹所と、(たとえば図２における下方などの)第2方向を向く第2集合の凹所とを含む、一連の実質的に台形状の凹所を画成し得る。上方を向く凹所および下方を向く凹所は、交互的に位置決めされる。図２に示された如く、上方を向く凹所は、セパレータ・プレート120の上方にて隣接する膜電極接合体150と共にチャネル108を画成し、且つ、下方を向く凹所は、隣接する第2セパレータ・プレート130と共にチャネル118を画成する。他のチャネルは、上述された如く且つ図２に示された如く、同様の様式で画成される。
【００１３】
図３は、図２のB-B線に沿う複数本のチャネル108の断面図を示している。図３に示された如く、複数本のチャネル108はチャネル108aおよびチャネル108bを含んでいる。図３に示された如くチャネル108aおよびチャネル108bは、チャネル108aの内の各チャネルがチャネル108bの内の一本のチャネルに隣接する如く、交互的に位置決めされる。チャネル108の各々は、第1端部112と第2端部114との間で延在する。チャネル108aの第1端部112は開口を画成し、且つ、チャネル108aの第2端部114は閉鎖される。チャネル108bの第1端部112は閉鎖され、且つ、チャネル108bの第2端部114は開口を画成する。
【００１４】
図４は、図２におけるC-C線に沿う複数本のチャネル128の断面図を示している。図４に示された如く、複数本のチャネル128はチャネル128aおよびチャネル128bを含んでいる。チャネル128の各々は、第1端部132と第2端部134との間で延在する。チャネル128aの第1端部132は閉鎖され、且つ、チャネル128aの第2端部134は開口を画成する。チャネル128bの第1端部132は開口を画成し、且つ、チャネル128bの第2端部134は閉鎖される。第2群のチャネル138の各々は、両方ともに開放された２つの端部の間で延在する。同様に、第3群のチャネル118の各々は、両方ともに開放された２つの端部の間で延在する。
【００１５】
チャネル108aの各々は、チャネル108aおよび128aの第2端部に近い箇所にて画成された孔154を介して、隣接するチャネル128aと流体連通する。チャネル108bの各々は、チャネル108bおよび128bの第1端部に近い箇所にて画成された孔152を介して、隣接するチャネル128bと流体連通する。
【００１６】
図５および図６において広範囲に具現された如く、チャネル108aおよび128aは、第1入力マニフォルドM1と第1出力マニフォルドM3との間で接続される。チャネル108bおよび128bは、第2入力マニフォルドM2と第2出力マニフォルドM4との間で接続される。図１および図５における実線矢印により表される如く、チャネル108aの第1端部112は入力マニフォルドM1に対して接続され、且つ、チャネル108bの第2端部114は出力マニフォルドM4に対して接続される。図１および図５における点線矢印により表される如く、チャネル128bの第1端部は入力マニフォルドM2に対して接続され、且つ、チャネル128aの第2端部は出力マニフォルドM3に対して接続される。マニフォルドM1はバルブ313により制御され、マニフォルドM2はバルブ315により制御され、マニフォルドM3はバルブ317により制御され、且つ、マニフォルドM4はバルブ319により制御される。第1群のチャネル108および128は、全てのマニフォルドを開くことによりCFFへと構成され得ると共に、代替的に、たとえばM2などの一方の入力マニフォルドと、たとえばM3などの一方の出力マニフォルドとを閉じることにより、IDFF流れ場へと構成され得る。
【００１７】
膜電極接合体150は燃料電池において使用される典型的な膜電極接合体であり、たとえば、プロトン交換膜(PEM)、触媒、および、各電極を含んでいる。各電極は、孔質基板上に形成され得る。上記PEMは、触媒が埋設された２つの電極間に挟持される。上記PEMは、プロトンが透過し得るが電気的には絶縁性のバリアを形成する。各電極は、上記PEMにより相互から電気絶縁される。一方の電極は燃料電池100の燃料極156を構成し、且つ、他方の電極は空気極158を構成する。上記PEMは、該膜を通り燃料極156から空気極158に至るプロトンの移動を許容するが、電子は、導電経路を通り迂回させて空気極158に至らせる。
【００１８】
使用に際し、たとえば加圧された水素ガス(H2)などの一方の反応物質は、膜電極接合体150の燃料極側156に至る各チャネル138を通り、燃料電池100に進入する。たとえば酸素ガス(O2)などの他方の反応物質は、膜電極接合体150の空気極側158に至る各チャネル108および128を通り、燃料電池100に進入する。燃料極側156および空気極側158の各々は、触媒を含んでいる。上記水素ガスおよび酸素ガスは膜電極接合体150にて反応し、且つ、該反応は電気および水を生成する。各チャネル118は冷却チャネルである。冷却液は、チャネル118を通り流れることで、燃料電池100を冷却し得る。
【００１９】
図５は、CFF形態における燃料電池100の概略図を示している。図５に示された如く、CFF形態においては、バルブ313および315の両方が開かれ得ると共に、入力マニフォルドM1およびM2は両方が反応物質気体を燃料電池100に対して供給し得る。バルブ317および319の両方も開かれ得ると共に、出力マニフォルドM3およびM4の両方が燃料電池100からの反応物質気体の流出を許容し得る。詳細には、各反応物質気体の一方、たとえば酸素ガスなどは、入力マニフォルドM1からチャネル108a内に流入し得ると共に、該チャネルとチャネル128aとの間における孔154を通してチャネル128aに進入し得る。各チャネル108a内の酸素ガスは膜電極接合体150の空気極側158へと拡散し得ると共に、該酸素ガスは、各チャネル138により膜電極接合体150の燃料極側156へと導入された水素ガスと反応し得る。チャネル108aおよび128a内の酸素ガスは、チャネル128aに対して接続された出力マニフォルドM3を介して退出し得る。酸素ガスはまた、第2入力マニフォルドM2からチャネル128b内へと流入すると共に、該チャネルと、対応するチャネル108bとの間の孔152を通して該チャネル108bに進入し得る。チャネル108b内の酸素は、膜電極接合体150内へと拡散し、水素と反応し得る。チャネル108bおよび128b内の酸素は、第2出力マニフォルドM4から燃料電池100を退出し得る。
【００２０】
燃料電池100はまた、IDFF形態によっても構成され得る。たとえば図６に示された如く、IDFF形態においては、バルブ315および317が閉じられると共に、バルブ313および319が開かれる。結果として、入力マニフォルドM1は開かれ且つ入力マニフォルドM2は閉じられると共に、出力マニフォルドM3は閉じられ且つ出力マニフォルドM4は開かれる。各反応物質気体の一方、たとえば酸素ガスなどは、入力マニフォルドM1からチャネル108a内に流入してから、該チャネル108aとチャネル128aとの間の孔154を通して該チャネル128aに進入する。チャネル108aの第2端部114は閉鎖され、且つ、チャネル128aの第2端部134に対して接続された出力マニフォルドM3は閉じられていることから、酸素ガスはチャネル108aもしくはチャネル128aのいずれを通しても流出し得ない。これにより、酸素ガスは強制的に、膜電極接合体150の空気極電極158内へと拡散される。膜電極接合体150における酸素は、隣接するチャネル108bおよび128b内へと拡散し得ると共に、出力マニフォルドM4を通してチャネル108bおよび128bを退出する。酸素ガスが膜電極接合体150内へと拡散される間、該酸素ガスは、膜電極接合体150の空気極側158における触媒と接触し、水素と反応し得る。上記IDFF形態において、酸素ガスは強制的に膜電極接合体150内へと拡散され、其処で該酸素ガスは触媒と接触し得ることから、酸素ガスの利用率は上記CFF形態よりも相当に高い。
【００２１】
図１から図６は、膜電極接合体150の一側面のみ(たとえば空気極側)が、CFF形態とIDFF形態との間で交換可能である流れ場設計態様を採用することを示している。他側面(たとえば燃料極側)は、CFF形態を使用している。しかし、当業者であれば、他側面もまた、交換可能な設計態様、もしくは、IDFF形態を使用し得ることを理解し得よう。これに加え、図１から図６は１個の燃料電池のみを示している。当業者であれば、図１から図６に示された如き燃料電池の複数個が一体的に積層されて燃料電池発電装置を確立し得ることを理解し得よう。
【００２２】
本発明に係る燃料電池100に対しては、習用の燃料電池と比較して幾つかの利点が付随する。燃料電池100の燃料極側および空気極側のいずれかまたは両方が、IDFF形態とCFF形態との間で切換えられ得る。IDFF形態は、燃料もしくは酸化剤の効率を高め得る。高温にて、IDFF形態の元で、上記膜電極接合体は乾燥することがある。上記膜電極接合体が乾燥し切ることを阻止するために、燃料電池100の燃料極側および空気極側のいずれかまたは両方が、CFF形態へと切換えられ得る。低温にては、燃料電池100の燃料極側および空気極側のいずれかまたは両方が、IDFF形態へと切換えられ得る。たとえば燃料電池100は、たとえば0℃未満の低温にて、燃料極側および空気極側のいずれかまたは両方にて、IDFF形態へと切換えられ得る。また燃料電池100は、たとえば80℃超の高温にて、燃料極側および空気極側のいずれかまたは両方にて、CFF形態へと切換えられ得る。IDFF形態とCFF形態との間の切換えは、上記各マニフォルドを制御する上記各バルブを投入および遮断することにより実施され得る。たとえば、各マニフォルド上のバルブの全てを開くことにより上記燃料電池はCFF形態とされると共に、２つの集合のチャネルの内の一方の集合のチャネルの入力バルブを閉じ且つ２つの集合のチャネルの内の他方の集合のチャネルの出力バルブを閉じることにより、上記燃料電池はIDFF形態とされる。
【００２３】
当業者であれば、上記燃料電池システムに対しては種々の改変および変更が為され得ることは明らかであろう。また当業者であれば、本明細書を考慮し、開示された燃料電池システムを実施することで、他の実施例は明らかであろう。本明細書および各実施例は例示的であるにすぎないと考慮されるべきであり、本発明の真の有効範囲は以下の各請求項およびそれらの均等物により表されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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