(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチスタック燃料電池システムにおいてスタック圧縮機構を簡素化する。【解決手段】マルチスタック燃料電池システム１００は、燃料電池の上側スタックアセンブリ１０２が配設されている上側内部チャンバを画定する上側ハウジングと、燃料電池の下側スタックアセンブリ１０４が配設されている下側内部チャンバを画定する下側ハウジングとを備える。上側ハウジングは、燃料電池の上側ハウジングおよび上側スタックアセンブリ１０２の重量が、下側ハウジング内部の下側スタックアセンブリ１０４内の燃料電池を圧縮するように、下側ハウジングの上方に配設される。【選択図】図１
2018041720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池（４０２）の上側スタック（１０２、３２０）が配設されている上側内部チャンバを画定する上側ハウジングと、
燃料電池（４０２）の下側スタック（１０４、３０４）が配設されている下側内部チャンバを画定する下側ハウジングと
を備え、前記上側ハウジングは、前記燃料電池（４０２）の前記上側ハウジングおよび上側スタック（１０２、３２０）の重量が前記下側ハウジング内部の前記下側スタック（１０４、３０４）内の前記燃料電池（４０２）を圧縮するように前記下側ハウジングの上方に配設されるシステム（１００）。
【請求項２】
前記上側ハウジングによって画定された前記上側内部チャンバは、前記下側ハウジングの前記下側内部チャンバから分離されている、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項３】
前記上側ハウジングと前記下側ハウジングの間に配設された熱交換器アセンブリ（１０８）をさらに備え、前記熱交換器アセンブリ（１０８）は、前記上側スタック（１０２、３２０）内の前記燃料電池（４０２）および前記下側スタック（１０４、３０４）内の前記燃料電池（４０２）に供給された入力燃料、前記上側スタック（１０２、３２０）内の前記燃料電池（４０２）および前記下側スタック（１０４、３０４）内の前記燃料電池（４０２）に供給された入力空気、前記上側スタック（１０２、３２０）内の前記燃料電池（４０２）および前記下側スタック（１０４、３０４）内の前記燃料電池（４０２）から受け入れた出て行く燃料、または前記上側スタック（１０２、３２０）内の前記燃料電池（４０２）および前記下側スタック（１０４、３０４）内の前記燃料電池（４０２）から受け入れた出て行く空気のうちの１つまたは複数についての温度を変えるように構成されている、請求項１記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記熱交換器アセンブリ（１０８）は、前記上側ハウジング内の前記燃料電池（４０２）を前記下側ハウジング内の前記燃料電池（４０２）と伝導的に結合する１つまたは複数の伝導性材料を含む、請求項３記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記熱交換器アセンブリ（１０８）は、前記熱交換器アセンブリ（１０８）の外側から指定された温度以下の温度で前記入力燃料または前記入力空気のうちの１つまたは複数を受け入れ、前記入力燃料または前記入力空気のうちの前記１つまたは複数を前記上側スタック（１０２、３２０）または前記下側スタック（１０４、３０４）のうちの１つまたは複数のスタック内の前記燃料電池（４０２）に向ける前に、前記入力燃料または前記入力空気のうちの前記１つまたは複数についての前記温度を前記指定された温度よりも上へ増加させるように構成されている、請求項３記載のシステム（１００）。
【請求項６】
前記熱交換器アセンブリ（１０８）は、前記上側スタック（１０２、３２０）または前記下側スタック（１０４、３０４）のうちの１つまたは複数のスタック内の前記燃料電池（４０２）から受け取った前記出て行く燃料または前記出て行く空気のうちの１つまたは複数から前記入力燃料または前記入力空気のうちの前記１つまたは複数へ熱エネルギーを伝達することによって、前記入力燃料または前記入力空気のうちの前記１つまたは複数についての前記温度を前記指定された温度よりも上へ上昇させるように構成されている、請求項５記載のシステム（１００）。
【請求項７】
前記熱交換器アセンブリ（１０８）は、前記上側ハウジングまたは前記下側ハウジングのうちの１つまたは複数から指定された温度よりも上の温度で前記出て行く燃料または前記出て行く空気のうちの１つまたは複数を受け取るように構成されるとともに、前記出て行く燃料または前記出て行く空気のうちの前記１つまたは複数を前記熱交換器アセンブリ（１０８）から外へ向ける前に、前記出て行く燃料または前記出て行く空気のうちの前記１つまたは複数についての前記温度を前記指定された温度以下へ低下させるように構成されている、請求項３記載のシステム（１００）。
【請求項８】
前記熱交換器アセンブリ（１０８）は、前記出て行く燃料または前記出て行く空気のうちの前記１つまたは複数から前記入力燃料または前記入力空気のうちの１つまたは複数へ熱エネルギーを伝達することによって、前記出て行く燃料または前記出て行く空気のうちの前記１つまたは複数についての前記温度前記指定された温度以下へ低下させるように構成されている、請求項７記載のシステム（１００）。
【請求項９】
燃料電池（４０２）の１つまたは複数のスタックが配設されている１つまたは複数の内部チャンバを画定する１つまたは複数のハウジングと、
前記１つまたは複数のハウジングの前記１つまたは複数の内部チャンバと流体結合されている熱交換器アセンブリ（１０８）であって、前記１つまたは複数のハウジングの外側から入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数を受け入れるとともに、前記１つまたは複数のハウジング内の前記燃料電池（４０２）から出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数を受け入れるように構成された熱交換器アセンブリ（１０８）と
を備え、前記熱交換器アセンブリ（１０８）は、前記入力燃料または前記入力空気のうちの前記１つまたは複数を加熱するか、前記出て行く燃料または前記出て行く空気のうちの前記１つまたは複数を冷却することの１つまたは複数をするように構成されているシステム（１００）。
【請求項１０】
前記１つまたは複数のハウジングは、上側ハウジングと下側ハウジングとを備え、前記熱交換器アセンブリ（１０８）は、前記上側ハウジングと前記下側ハウジングの間に配設されている、請求項９記載のシステム（１００）。
【請求項１１】
前記熱交換器アセンブリ（１０８）は、前記上側ハウジングの前記内部チャンバを前記下側ハウジングの前記内部チャンバから分離する、請求項１０記載のシステム（１００）。
【請求項１２】
前記熱交換器アセンブリ（１０８）は、前記上側ハウジング内の前記燃料電池（４０２）の第１のスタックを前記下側ハウジング内の前記燃料電池（４０２）の第２のスタックと伝導的に結合する、請求項１０記載のシステム（１００）。
【請求項１３】
前記１つまたは複数のハウジングは、前記燃料電池（４０２）の第１のスタックを有する上側ハウジングと、前記燃料電池（４０２）の第２のスタックを有する下側ハウジングを備え、前記上側ハウジングは、前記上側ハウジングおよび燃料電池（４０２）の前記第１のスタックの重量が前記第２のスタック内の前記燃料電池（４０２）を互いに対して圧縮するように前記下側ハウジングの上方に配設される、請求項９記載のシステム（１００）。
【請求項１４】
前記熱交換器アセンブリ（１０８）は、前記出て行く燃料または前記出て行く空気のうちの前記１つまたは複数から前記入力燃料または前記入力空気のうちの前記１つまたは複数へ熱エネルギーを伝達して、前記入力燃料または前記入力空気のうちの前記１つまたは複数を指定された温度を超える温度へ加熱するように構成されている、請求項９記載のシステム（１００）。
【請求項１５】
前記熱交換器アセンブリ（１０８）は、前記出て行く燃料または前記出て行く空気のうちの前記１つまたは複数から前記入力燃料または前記入力空気のうちの前記１つまたは複数へ熱エネルギーを伝達して、前記出て行く燃料または前記出て行く空気のうちの前記１つまたは複数を指定された温度を超える温度へ冷却するように構成されている、請求項９記載のシステム（１００）。
【請求項１６】
前記熱交換器アセンブリ（１０８）は、前記出て行く燃料または前記出て行く空気のうちの前記１つまたは複数を前記入力燃料または前記入力空気のうちの前記１つまたは複数と混合させることなく、前記燃料電池（４０２）から前記出て行く燃料または前記出て行く空気のうちの前記１つまたは複数から前記入力燃料または前記入力空気のうちの前記１つまたは複数へ熱を伝達するように構成されている、請求項９記載のシステム（１００）。
【請求項１７】
内部に配設された燃料電池（４０２）の下側スタック（１０４、３０４）を有する下側ハウジングと熱交換器アセンブリ（１０８）を結合するステップと、
内部に配設された燃料電池（４０２）の上側スタック（１０２、３２０）を有する上側ハウジングを前記熱交換器アセンブリ（１０８）と結合するステップと
を含み、前記熱交換器アセンブリ（１０８）は、前記上側ハウジング内の前記燃料電池（４０２）の前記上側スタック（１０２、３２０）の重量が前記下側スタック（１０４、３０４）内の前記燃料電池（４０２）を互いに対して圧縮するように前記下側および上側ハウジングと結合される方法。
【請求項１８】
前記上側ハウジングを前記熱交換器アセンブリ（１０８）と結合するステップは、前記上側ハウジングと下側ハウジングの間に前記熱交換器アセンブリ（１０８）を配設するステップを含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記下側ハウジングと前記熱交換器アセンブリ（１０８）を結合するステップ、および前記上側ハウジングを前記熱交換器アセンブリ（１０８）と結合するステップは、前記熱交換器アセンブリ（１０８）を介して前記上側スタック（１０２、３２０）内の前記燃料電池（４０２）を前記下側スタック（１０４、３０４）内の前記燃料電池（４０２）と伝導的に結合するステップを含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記下側ハウジングと前記熱交換器アセンブリ（１０８）を結合するステップ、および前記上側ハウジングを前記熱交換器アセンブリ（１０８）と結合するステップは、前記燃料電池（４０２）の前記下側および上側スタック（１０２、３２０）が配設されている前記下側ハウジングおよび上側ハウジングの内部チャンバと前記熱交換器アセンブリを流体的に結合するステップを含む、請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載された主題は、一般に、燃料電池システムに関し、より詳細には、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、発電において比較的高い効率および低い汚染の可能性を示した電気化学エネルギー変換装置である。燃料電池は、一般に直流（ｄｃ）を供給し、これを例えばインバータを介して交流（ａｃ）に変換することができる。ｄｃまたはａｃの電圧は、モータ、ライト、通信機器、および任意の数の電気装置およびシステムに電力を供給するために使用することができる。燃料電池は、定置用用途、半定置用用途、または可搬用途において稼働することができる。ＳＯＦＣなどのある種の燃料電池は、産業および都市の必要を満すために電気を供給する大規模電力システムにおいて稼働することができる。他のものは、例えば、車の電力供給などのより小型の可搬用途に役立ち得る。
【０００３】
燃料電池は、イオン伝導層にわたって燃料と酸化剤を電気化学的に結合させることによって電気を発生させる。このイオン伝導層は、燃料電池の電解質とも名付けられ、液体または固体であり得る。一般的なタイプの燃料電池は、リン酸（ＰＡＦＣ：ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ  ａｃｉｄ）、溶融炭酸塩（ＭＣＦＣ：ｍｏｌｔｅｎ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、プロトン交換膜（ＰＥＭＦＣ：ｐｒｏｔｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）、および固体酸化物（ＳＯＦＣ：ｓｏｌｉｄ  ｏｘｉｄｅ）を含み、全ては一般に、それらの電解質にちなんで名付けられている。実際には、燃料電池は、典型的には、有用な電圧または電流で電力を発生させるために、燃料電池のアセンブリ内で電気的に直列に集められる。
【０００４】
概して、燃料電池の構成要素は、電解質と２つの電極とを含む。電気を発生させる反応は、一般に、典型的には反応を促進させるために触媒が配設されている電極で起こる。電極は、化学反応が生じる表面積を増大させるために、チャンネル、多孔質層などとして構成され得る。電解質は、電気的に帯電した粒子を一方の電極から他方の電極へ輸送するとともに、他の点では、燃料と酸化剤の両方に対して実質的に不浸透性である。
【０００５】
典型的には、燃料電池は、水素（燃料）および酸素（酸化剤）を水（副生成物）に変換して電気を発生させる。副生成物の水は、高温動作時に蒸気として燃料電池から退出し得る。この排出された蒸気（および他の高温の排気成分）は、追加の電気または電力を発生させるためにタービンおよび他の用途において利用することができ、発電効率の向上をもたらす。空気が酸化剤として用いられる場合、空気の窒素は、ほぼ不活性であり、典型的には燃料電池を通過する。水素燃料は、より容易に利用可能な天然ガスおよび他の炭化水素燃料および原料の改質などの炭素系原料のローカル改質（例えば、オンサイト水蒸気改質）、またはリモート改質によって供給され得る。炭化水素燃料の例には、限定するものではないが、天然ガス、メタン、エタン、プロパン、メタノール、および他の炭化水素が含まれる。
【０００６】
一部の燃料電池システムは、燃料電池を互いの上に垂直に積み重ねることによって互いに直列に接続された複数の燃料電池を含む。燃料電池は、亀裂または燃料電池間の燃料もしくは空気のための他の流路を防止するために共に耐密に保持される必要がある。これらの亀裂または流路は、燃料電池のスタック全体の劣化および故障をもたらし得る。
【０００７】
炭化水素燃料を電気エネルギーに変換することにおける複合サイクル燃料電池システムの効率は、燃料および空気の源から燃料電池の中へ燃料および／または空気が伝達する間に熱を失うシステム内の損失機構によって制限される。典型的に、これらの源は、燃料電池から遠くに配設され、結果として燃料および／または空気がより長い輸送経路となる。燃料および空気は、燃料電池内の反応のために加熱させられるので、燃料および空気を移送するために使用されるダクトは、燃料電池への輸送中の燃料および空気の熱損失を減少させるためのダクトの絶縁材料および設計のために高価になり得る。
【発明の概要】
【０００８】
一実施形態では、マルチスタック燃料電池システムは、燃料電池の上側スタックが配設されている上側内部チャンバを画定する上側ハウジングと、燃料電池の下側スタックが配設されている下側内部チャンバを画定する下側ハウジングとを備える。前記上側ハウジングは、前記燃料電池の前記上側ハウジングおよび上側スタックの重量が前記下側ハウジング内部の前記下側スタック内の前記燃料電池を圧縮するように前記下側ハウジングの上方に配設される。
【０００９】
一実施形態では、マルチスタック燃料電池システムは、燃料電池の１つまたは複数のスタックが配設されている１つまたは複数の内部チャンバを画定する１つまたは複数のハウジングと、前記１つまたは複数のハウジングの前記１つまたは複数の内部チャンバと流体結合されている熱交換器アセンブリとを備える。前記熱交換器アセンブリは、前記１つまたは複数のハウジングの外側から入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数を受け入れるとともに、前記１つまたは複数のハウジング内の前記燃料電池から出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数を受け入れるように構成されている。前記熱交換器アセンブリは、前記入力燃料または前記入力空気のうちの前記１つまたは複数を加熱するか、前記出て行く燃料または前記出て行く空気のうちの前記１つまたは複数を冷却することの１つまたは複数をするように構成されている。
【００１０】
一実施形態では、方法は、内部に配設された燃料電池の下側スタックを有する下側ハウジングと熱交換器アセンブリを結合するステップと、内部に配設された燃料電池の上側スタックを有する上側ハウジングを前記熱交換器アセンブリと結合するステップとを含む。前記熱交換器アセンブリは、前記上側ハウジング内の前記燃料電池の前記上側スタックの重量が前記下側スタック内の前記燃料電池を互いに対して圧縮するように前記下側および上側ハウジングと結合される。
【００１１】
本発明の主題は、添付図面を参照して非限定の実施形態についての以下の説明を読むことによってより良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】マルチスタック燃料電池システムの一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示されたいくつかのマルチスタック燃料電池システムを備えることができる発電プラントの一実施形態を示す図である。
【図３】図１に示されたマルチスタック燃料電池システムの分解図である。
【図４】燃料電池分解図を示す図である。
【図５】一実施形態による図１に示されたマルチスタック燃料電池システムの動作を概略的に示す図である。
【図６】図１に示された熱交換器アセンブリの一実施形態の斜視図である。
【図７】一実施形態による図１に示された熱交換器アセンブリの空気処理構成要素を示す図である。
【図８】一実施形態による図１に示された熱交換器アセンブリの燃料処理構成要素を示す図である。
【図９】マルチスタック燃料電池システムを用意し動作させる方法の一実施形態の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書中に記載された本発明の主題は、互いの上に配置されたＳＯＦＣの複数のスタックを有する複数のスタック（またはマルチスタック）の燃料電池システムを提供する。一実施形態では、燃料電池の上スタックは、燃料電池の底スタックの上に置かれる。上スタックの重量は、下側スタック内の燃料電池を共に圧縮するのを助けることができる。燃料電池の両スタックのための熱交換器アセンブリは、スタック間に配置することができる。熱交換器は、摂氏６００度以下（または別の温度）の温度で入力ガスを受け入れ、スタックのためにこのガスを摂氏８００度（または別の温度）へ加熱することなどによって、スタックを加熱するのを助けることができる。結果として、熱交換器は、燃料電池スタックのために比較的冷たいまたは低い温度の燃料および空気を受け入れ、燃料および空気を加熱し、燃料および空気をスタックへ供給し、スタックから副生成物が離れるように向ける前に（例えば、熱交換器アセンブリの中に入ってくる燃料および空気を加熱することによって）スタックから副生成物の排水または排気を受け入れ冷却することができる。入力燃料および空気と熱交換器アセンブリから出力された副生成物とは比較的冷たい（例えば、摂氏６００度以下）ので、燃料および空気を熱交換器の中に向けるとともに、熱交換器を介してスタックから出力された副生成物を受け入れるダクトは、ステンレス鋼などのあまり費用がかからないおよび／または非絶縁の材料で作製することができる。
【００１４】
図１は、マルチスタック燃料電池システム１００の一実施形態を示す。システム１００は、垂直方向１０６に沿って互いの上に垂直に重ね合わされたＳＯＦＣなどの燃料電池の２つのスタックアセンブリ１０２、１０４を備える。概して、垂直方向１０６は、重力の方向と反対に向けられている。各スタックアセンブリ１０２、１０４内の燃料電池は、燃料電池が互いの上に垂直に重ね合わされるように互いの上に置かれる。このため、燃料電池の上側スタックアセンブリ１０２の重量が下側スタック内の燃料電池アセンブリ１０４を一緒に圧縮し、これらの燃料電池を互いに対して維持するのを助けるという結果になる。燃料および空気は、電流を発生させるために燃料電池のためのスタックアセンブリ１０２、１０４の中に向けられる。
【００１５】
熱交換器アセンブリ１０８は、燃料電池のスタックアセンブリ１０２、１０４の間に配設され、これらと流体結合されている。以下に説明されるように、熱交換器アセンブリ１０８は、燃料電池の副生成物からの熱を使用して、入ってくる燃料および入ってくる空気を加熱することができる（とともに、燃料および空気の出て行く副生成物を冷却もする）。代替として、熱交換器アセンブリ１０８は、燃料電池から出て行く空気からの熱を使用して、入ってくる燃料および入ってくる空気を加熱するとともに出て行く空気を冷却することができるが、出て行く燃料を冷却せず、これは改質のために使用することができる。
【００１６】
図２は、いくつかのマルチスタック燃料電池システム１００を備えることができる発電プラント２００の一実施形態を示す。プラント２００は、燃料電池システム１００のための燃料源および空気源として働く機械系システム（ＭＢＯＰ）２０２を備える。ＭＢＯＰ２０２は、様々なタンクまたは他の容器から別個のダクト２０４を介して燃料電池システム１００へ燃料および空気を供給することができる。図２に示されていないが、ダクト２０４は、燃料電池システム１００の（図１に示された）熱交換器アセンブリ１０８と流体結合されているスタックダクト２０６と流体結合することができる。適宜、プラント２００は、燃料電池システム１００と同じ燃料を用いて動作する天然ガスエンジン２０８を備えてもよい。プラント２００は、電気系システム（ＥＢＯＰ）２１０を備えることもでき、ＥＢＯＰ２１０は、燃料電池システム１００および／またはエンジン２０８によって生成されたＤＣを受け取る電気部品を表す。ＥＢＯＰ２１０は、（回路、プロセッサ、入力装置などによる）プラント２００の運転を制御する制御システムと、インバータなどを備えることができる。ＥＢＯＰ２１０のインバータは、燃料電池システム１００によって生成されたＤＣをＡＣに変換することができる。次いで、このＡＣは、（例えば、直接、または電力系統を介して）１つまたは複数の負荷へ供給することができる。
【００１７】
図２に示されるように、プラント２００は、いくつかのマルチスタック燃料電池システム１００を備えることもできる。これらのシステム１００は、ダクト２０４、２０６を介してＭＢＯＰ２０２と流体結合されており、それによってＭＢＯＰ２０２から燃料および空気を受け入れ、副生成物の燃料および空気をシステム１００からＭＢＯＰ２０２へ向ける。一実施形態では、燃料電池システム１００は、摂氏６００度以下の低い温度で、ＭＢＯＰ２０２からダクト２０４、２０６を通じて空気および燃料を別々に受け入れることができる。これは、ダクト２０４、２０６があまり絶縁されず、ダクト２０４、２０６が摂氏６００度を超える上昇した温度で燃料および空気を燃料電池システム１００へ送り届けることが必要とされる場合よりもあまり高価でない材料で形成されることを可能にすることができる。
【００１８】
図３は、図１に示されたマルチスタック燃料電池システム１００の分解図を示す。システム１００の（図１に示された）下側スタックアセンブリ１０４は、下側スタックアセンブリ１０４の下側アウタージャケットハウジング３０２が配設されている下側支持プレート３００を備える。下側アウタージャケットハウジング３０２は、燃料電池の下側スタック３０４を囲むまたは取り囲む。下側アウタージャケットハウジング３０２は、燃料電池の下側スタック３０４を取り囲む下側アウタージャケットハウジングの部分を形成するように互いに嵌まる部分３０６、３０８から形成される。ハウジング部分３０６、３０８は、下側支持プレート３００上にある。
【００１９】
熱交換器アセンブリ１０８は、下側アウタージャケットハウジング３０２の上に配設されており、燃料電池の下側スタック３０４は、垂直方向に沿ってかつ下側アウタージャケットハウジング３０２のハウジング部分３０６、３０８の間で熱交換器アセンブリ１０８と下側支持プレート３００の間に配設されている。熱交換器アセンブリ１０８は、燃料電池の下側スタック３０４も含む下側アウタージャケットハウジング３０２の内側の内部チャンバと流体結合されており、それによって熱交換器アセンブリ１０８は、空気および燃料を下側アウタージャケットハウジング３０２の内部チャンバの中に送り届けるとともに燃料電池の下側スタック３０４から出て行く空気および燃料を受け取ることができるようになっている。
【００２０】
いくつかのスタックダクト３１０、３１２、３１４、３１６（図２の２０６としても示される）は、熱交換器アセンブリ１０８および（図２に示された）ダクト２０４と流体結合されている。異なるスタックダクト３１０、３１２、３１４、３１６は、燃料を熱交換器アセンブリ１０８に送り込み、空気を熱交換器アセンブリ１０８に送り込み、出て行く燃料を熱交換器アセンブリ１０８から受け入れ、または熱交換器アセンブリ１０８から出て行く空気を受け取る。
【００２１】
上側スタックアセンブリ１０２の上側アウタージャケットハウジング３１８は、熱交換器アセンブリ１０８に配設される。上側アウタージャケットハウジング３１８は、燃料電池の上側スタック３２０を囲むまたは取り囲む。上側アウタージャケットハウジング３１８は、燃料電池の上側スタック３２０を取り囲む上側アウタージャケットハウジング３１８の部分を形成するように互いに嵌まる対向したハウジング部分３２２、３２４から形成される。ハウジング部分３２２、３２４は、熱交換器アセンブリ１０８の上面にある。
【００２２】
上側アウタージャケットハウジング３１８は、燃料電池の上側スタック３２０の上にある誘電体エンドキャップ３２６も備える。誘電体エンドキャップ３２６は、溶融シリカまたは別の非伝導性材料から形成することができる。上側アウタージャケットハウジング３１８のベローズキャップ３２８は、燃料電池の上側スタック３２０の上端または上表に対して誘電体エンドキャップ３２６を圧縮する。ベローズキャップ３２８は、上側スタック内の燃料電池３２０に圧縮力を与えることができる。ベローズキャップ３２８は、上側アウタージャケットハウジング３１８の内部チャンバ内で燃料電池の上側スタック３２０を囲むようにハウジング部分３２２、３２４とも結合される上側アウタージャケットハウジング３１８の半円端部部材３３０、３３２によって取り囲まれる。
【００２３】
各アウタージャケットハウジング３０２、３１８は、外部環境から封止されている内部チャンバを画定する。これらの内部チャンバは、燃料電池によって電流を生成されるためにチャンバの中に燃料および空気が供給されることを除いて、および燃料電池によって消費されない燃料および／または空気を除いて、外部環境から封止される。内部チャンバは、ジャケットハウジング３０２、３１８、ならびに熱交換器アセンブリ１０８の外面などの別の構成要素によって画定することができる。例えば、燃料電池４０２の下側スタック３０４が配設されている内部チャンバは、ハウジング部分３０６、３０８、下側プレート３００、および熱交換器アセンブリ１０８の下側外面によって画定するまたは囲むことができる。燃料電池４０２の上側スタック３２０が配設されている内部チャンバは、ハウジング部分３２２、３２４、キャップ３２６、適宜、端部部材３３０、３３２、適宜、ベローズキャップ３２８、および熱交換器アセンブリ１０８の上側外面によって画定するまたは囲むことができる。代替として、熱交換器アセンブリ１０８は、システム１００の上側スタック１０２と下側スタック１０４の間になくてもよい。例えば、熱交換器アセンブリ１０８は、上側および／または下側スタックの１つまたは複数の側方にあってもよく、下側スタックの下方にあってもよく、上側スタックの上方にあってもよいなどである。熱交換器アセンブリ１０８以外の構成要素のプレート、表面などは、上側または下側アウタージャケットハウジング３０２、３１８の内部チャンバの境界のうちの１つまたは複数を形成することができる。
【００２４】
いくつかの細長いピンまたはバー３３４は、上側スタック３２０および／または下側スタック３０４内の燃料電池内の開口または穴を通じて垂直に延びることができるとともに、一端でベローズキャップ３２８と結合するとともに他方で熱交換器アセンブリ１０８の上面と結合することができる。これらのピンまたはバー３３４は、上側スタック３２０内の燃料電池を誘電体エンドキャップ３２６と熱交換器アセンブリ１０８の間で互いに対して圧縮させる長さを有することができる。より長い細長いピンまたはバー３３６は、一端で上側アウタージャケットハウジング３１８と結合することができるとともに、他端で下側アウタージャケットハウジング３０２と結合することができ、それによってアウタージャケットハウジング３０２、３１８を互いに固定し、および／または熱交換器アセンブリ１０８に向けてアウタージャケットハウジング３０２、３１８に力を及ぼすようになっている。
【００２５】
スタック３０４、３２０内の燃料電池は、燃料電池によって生成された直流が、スタック３０４を通じて垂直におよびスタック３２０を通じて垂直に伝導されるように互いに伝導的に結合される。これらの燃料電池は、熱交換器アセンブリ１０８と伝導的に結合することもでき、熱交換器アセンブリ１０８は、１つまたは複数の伝導性材料を含むまたはそれから形成される。熱交換器アセンブリ１０８は、燃料電池によって生成された直流が、下側スタック３０４を通じて上側スタック３２０から下へ、および／または上側スタック３２０を通じて下側スタック３０４から上へ伝導されるための伝導性経路を与える。
【００２６】
図４は、燃料電池４０２のスタック４００の分解図を示す。スタック４００は、図３に示されたスタック３０４、３２０のうちの１つまたは複数を表す。スタック４００は、互いの上に垂直に重ね合わされたいくつかの燃料電池４０２を含む。燃料電池４０２は、ＳＯＦＣまたは別のタイプの燃料電池とすることができる。燃料電池４０２は、燃料電池４０２を形成するようにプレート４０４、４０６および封止４０８を共にろう付けすることなどによって、燃料電池４０２を形成するように互いに結合される複数の伝導性プレート４０４、４０６と封止４０８とを備える。燃料電池４０２は、燃料電池４０２がスタック４００内で直列に互いに伝導的に結合されるようにスタック４００内で互いに当接する。上述したように、一のスタック３０４または３２０内の燃料電池４０２は、（図１および図３に示された）熱交換器アセンブリ１０８と伝導的に結合することができ、熱交換器アセンブリ１０８も、スタック３０４または３２０内の燃料電池４０２を他のスタック３２０または３０４内の燃料電池４０２を伝導的に結合する。
【００２７】
燃料電池４０２は、積み重ねられた燃料電池４０２の両端部に伝導性端部プレート４１０、４１２によって配設される。これらの端部プレート４１０、４１２は、ボルト、ナット、ネジなどの締結具４１６によって端部プレート４１０、４１２に固定されている細長いバーまたはピン４１４によって互いに結合される。バーまたはピン４１４の長さは、端部プレート４１０、４１２に燃料電池４０２を互いに対して圧縮させるのに十分短いものであり得る。
【００２８】
図５は、一実施形態による図１に示されたマルチスタック燃料電池システム１００の動作を概略的に示す。熱交換器アセンブリ１０８は、システム１００の上側部分１０２および下側部分１０４内の（図４に示された）燃料電池４０２を用いて電流を生成するのに使用するために、熱交換器に入ってくる燃料５００および熱交換器に入ってくる空気５０２を受け入れる。熱交換器に入ってくる燃料および空気５００、５０２は、燃料および空気５００、５０２の源から、（図３に示された）スタックダクト３１０、３１２、３１４、３１６のうちの２つ以上の別個のダクト、および（図２に示された）ダクト２０４を介して受け入れることができる。熱交換器に入ってくる燃料および空気５００、５０２は、摂氏６００度以下、摂氏４００度以下、摂氏２００度以下、摂氏１００度以下、またはダクト３１０、３１２、３１４、３１６の外側の周囲温度以下の温度での燃料および空気５００、５０２などの低温の燃料および空気であり得る。
【００２９】
熱交換器に入ってくる燃料および空気５００、５０２を低温で供給することによって、より小さい絶縁性の（および、したがってあまり費用がかからない）材料がダクト２０４、２０６、３１０、３１２、３１４、３１６に使用されることを可能にすることができ、（例えば、熱交換器アセンブリ１０８またはスタックアセンブリ１０２、１０４の中に入る前に入ってくる燃料および空気５００、５０２を加熱する構成要素の必要をなくすまたは減少させることによって）熱交換器に入ってくる燃料および空気５００、５０２を供給するのに必要とされる構成要素を減少させることができ、および／または熱交換器に入ってくる燃料および空気５００、５０２の源が、システム１００からさらに離れて位置することを可能にすることができる。
【００３０】
熱交換器アセンブリ１０８は、燃料および／または空気を燃料電池４０２へ送り届ける前に燃料および／または空気の温度を上昇させるために、熱エネルギーまたは熱を熱交換器に入ってくる燃料および空気５００、５０２へ伝達する。熱交換器アセンブリ１０８は、燃料電池４０２の（図３および図４に示された）スタック３０４、３２０、４００から熱交換器アセンブリ１０８によって受け取られる燃料電池の出て行く燃料５０４および／または空気５０６から熱を伝達することができる。一実施形態では、冷却された熱交換器に入ってくる燃料５００と冷却された熱交換器に入ってくる空気５０２の両方は、加熱された燃料電池から出て行く燃料５０４、および加熱された燃料電池から出て行く空気５０６によって加熱される。代替として、冷却された熱交換器に入ってくる燃料５００または冷却された熱交換器に入ってくる空気５０２の両方ではなく一方だけが、加熱された燃料電池から出て行く燃料５０４、および加熱された燃料電池から出て行く空気５０６によって加熱される。代替として、冷却された熱交換器に入ってくる燃料５００および／または冷却された交換器に入ってくる入力空気５０２の一方または両方は、加熱された燃料電池の出て行く燃料５０４または加熱された燃料電池から出て行く空気５０６に一方だけによって加熱される。
【００３１】
熱交換器アセンブリ１０８は、（システム１００の構成要素が作製される材料の上側温度限界よりも低いが）摂氏６００度よりも高い温度などの少なくとも指定された温度まで熱交換器に入ってくる燃料５００および／または熱交換器に入ってくる空気５０２を加熱することができる。指定された温度は、ダクト２０４、２０６が（例えば、溶融、焼き付き、またはその他にダクトに損傷を与えることなく）安全に伝達できる温度とすることができる。代替として、指定された温度は、燃料および／または空気が燃料電池が燃料および空気を電流に変換するためのある温度であってもよい。
【００３２】
熱交換器アセンブリ１０８は、燃料電池の出て行く燃料５０４および／または燃料電池の出て行く空気５０６からの熱エネルギーを用いて、熱交換器に入ってくる燃料５００および／または熱交換器に入ってくる空気５０２を加熱することができ、またはさらなる熱源（例えば、電流を流すことによって加熱されている抵抗要素）を用いて、熱交換器に入ってくる燃料５００および／または熱交換器に入ってくる空気５０２の加熱を増すことができる。一実施形態では、図３に示されたシステム１００のアウタージャケットハウジング３０６、３０８、３２２、３２４は、システム１００内の燃料および空気を加熱することができ、またはシステム１００内の燃料および／または空気の温度を少なくとも維持することができる。
【００３３】
加熱されている熱交換器に入ってくる燃料５００および熱交換器に入ってくる空気５０２は、熱交換器アセンブリ１０８によって、システム１００の上側スタックアセンブリ１０２および下側スタックアセンブリ１０４の中に、加熱された燃料電池の入力燃料５０８および加熱された燃料電池の入力空気５１０として向けられる。上側スタックアセンブリ１０２および下側スタックアセンブリ１０４内の燃料電池４０２は、電流を生成するためにこの加熱された燃料電池の入力燃料および空気５０８、５１０の少なくとも一部を消費する。このプロセス中に消費されない加熱された燃料電池の入力燃料５０８および／または加熱された燃料電池の入力空気５１０の少なくとも一部は、上側スタックアセンブリ１０２と下側スタックアセンブリ１０４から熱交換器アセンブリ１０８の中に、加熱された燃料電池から出て行く燃料５０４および加熱された燃料電池から出て行く空気５０６として流れる。
【００３４】
加熱された燃料電池から出て行く燃料５０４および／または加熱された燃料電池から出て行く空気５０６から冷却された入力燃料５００および／または冷却された入力空気５０２へ熱エネルギーの交換中に、加熱された出て行く燃料５０４および／または加熱された出て行く空気５０６は冷却することができる。例えば、加熱された出て行く燃料５０４および／または加熱された出て行く空気５０６は、摂氏６００度を超えない、摂氏４００度を超えない、摂氏２００度を超えない、摂氏１００度を超えない、またはダクト３１０、３１２、３１４、３１６の外側の周囲温度を超えない温度まで冷却することができる。熱交換器アセンブリ１０８によって冷却される出て行く燃料５０４および出て行く空気５０６は、冷却された出て行く燃料５１２および冷却された出て行く空気５１４と呼ばれ得る。冷却された出て行く燃料および空気５１２、５１４は、ダクト２０４、２０６、３１０、３１２、３１４、３１６のうちの１つまたは複数を介して熱交換器アセンブリ１０８から離れるように流れることができる。出て行く燃料および空気５１２、５１４を冷却することによって、より小さい絶縁性の（および、したがってあまり費用がかからない）材料がダクト２０４、２０６、３１０、３１２、３１４、３１６に使用されることを可能にすることができ、および／または（例えば、出て行く燃料および空気を冷却する構成要素の必要をなくすまたは減少させることによって）燃料および空気５１２、５１４を受け入れることが必要とされる構成要素を減少させる。
【００３５】
図５に示されるように、熱交換器アセンブリ１０８に入力されるとともに熱交換器アセンブリ１０８から出力される燃料および／または空気の全部は、冷却された燃料５００、５１２および冷却された空気５０２、５１４である。上述したように、これは、熱交換器アセンブリ１０８の外側で燃料５００、５１２および空気５０２、５１４を取り扱うダクトおよび他の構成要素の費用および複雑さを低下させることができる。
【００３６】
図６は、図１に示された熱交換器アセンブリ１０８の一実施形態の斜視図を示す。熱交換器アセンブリ１０８は、複数の垂直ボディまたはバー６０６によって接合されている上側プレート６０２および対向した下側プレート６０４から形成された外側ハウジング６００を備える。上側プレート６０２は、（図１に示された）上側スタックアセンブリ１０２内の（図４に示された）燃料電池４０２と係合しまたはその他の方法で伝導的に結合することができ、下側プレート６０４は、（図１に示された）下側スタックアセンブリ１０４内の燃料電池４０２と係合しまたはその他の方法で伝導的に結合することができる。ハウジング６００は、上側スタックアセンブリ１０２内の燃料電池４０２がハウジング６００によって下側スタックアセンブリ１０４内の燃料電池４０２と伝導的に結合されるように１つまたは複数の伝導性材料から形成することができる。
【００３７】
熱交換器アセンブリ１０８は、いくつかの入口ダクト６０８、６１０、６１２、６１４と、出口ダクト６１６、６１８、６２０、６２２とを備える。これらのダクト６０８、６１０、６１２、６１４、６１６、６１８、６２０、６２２は、熱交換器アセンブリ１０８の対向した側面に開口を備え、それによってダクトが、熱交換器アセンブリ１０８の上側プレート６０２上の位置またはその上方の位置における上側スタックアセンブリ１０２の内部と流体結合することができるとともに、熱交換器アセンブリ１０８の下側プレート６０４上の位置またはその下方の位置における下側スタックアセンブリ１０４の内部と流体結合することができるようになっている。
【００３８】
図６に示された熱交換器アセンブリ１０８を続けて参照すると、図７は、一実施形態による熱交換器アセンブリ１０８の空気処理構成要素を示し、図８は、一実施形態による熱交換器アセンブリ１０８の燃料処理構成要素を示す。（図５に示された）空気５０２、５０６、５１０、５１４が流れる熱交換器アセンブリ１０８のダクトは、（図５に示された）燃料５００、５０４、５０８、５１２が流れる熱交換器アセンブリ１０８のダクトから分離されているとともに、それと流体結合されていない。これらのダクトは、熱交換器アセンブリ１０８の対向した側面に開口を備え、上側スタックアセンブリ１０２と下側スタックアセンブリ１０４の両方がダクトと流体結合されているようになっている。
【００３９】
図７に示された熱交換器アセンブリ１０８の空気処理構成要素に関しては、入口ダクト６０８は、熱交換器アセンブリ１０８が（図１に示された）マルチスタック燃料電池システム１００の外側から（図５に示された）冷却された入力空気５０２を内部を通じて受け入れる冷却された空気の入口と呼ばれ得る。入口ダクト６１２は、熱交換器アセンブリ１０８が上側スタックアセンブリ１０２または下側スタックアセンブリ１０４から加熱された出て行く空気５０６を内部を通じて受け入れる加熱された空気の入口と呼ばれ得る。出口ダクト６２０は、熱交換器アセンブリ１０８が（図５に示された）加熱された入力空気５１０を上側スタックアセンブリ１０２または下側スタックアセンブリ１０４へ内部を通じて供給する加熱された空気の出口と呼ばれ得る。出口ダクト６１６は、熱交換器アセンブリ１０８が冷却された出て行く空気５１４をシステム１００の外側の１つまたは複数の位置へ内部を通じて供給する冷却された空気の出口と呼ばれ得る。
【００４０】
図８に示された熱交換器アセンブリ１０８の燃料処理構成要素に関しては、入口ダクト６１０は、熱交換器アセンブリ１０８がシステム１００の外部から（図５に示された）冷却された入力燃料５００を内部を通じて受け入れる冷却された燃料の入口と呼ばれ得る。入口ダクト６１４は、熱交換器アセンブリ１０８が上側スタックアセンブリ１０２または下側スタックアセンブリ１０４から加熱された出て行く燃料５０４を内部を通じて受け入れる加熱された燃料の入口と呼ばれ得る。出口ダクト６２２は、熱交換器アセンブリ１０８が（図５に示された）加熱された入力燃料５０８を上側スタックアセンブリ１０２または下側スタックアセンブリ１０４へ内部を通じて供給する加熱された燃料の出口と呼ばれ得る。出口ダクト６１８は、熱交換器アセンブリ１０８が冷却された出て行く燃料５１２をシステム１００の外側の１つまたは複数の位置へ内部を通じて供給する冷却された燃料の出口と呼ばれ得る。
【００４１】
熱交換器アセンブリ１０８は、上述したように、出て行く加熱された燃料および／または空気に入力の冷却された燃料および／または空気の温度を上昇させる（それによって加熱された燃料および／または空気を冷却する）ように、アセンブリ１０８内の別個のダクト６０８、６１０、６１２、６１４、６１６、６１８、６２０、６２２を通じて燃料および空気を向けることによって動作する。ダクト６１０は、熱交換器アセンブリ１０８の外側から熱交換器アセンブリ１０８に冷却された燃料５００を受け入れ、ダクト６１４は、上側スタックアセンブリ１０２および／または下側スタックアセンブリ１０４から熱交換器アセンブリ１０８に加熱された燃料５０４を受け入れる。ダクト６１０、６１４は、互いに熱的に近くで（例えば、燃料５００の温度を上昇させるのに加熱された燃料および／または加熱された空気に十分近くで）燃料を向け、それによって、燃料５００、５０４を互いに混合させることなく、システム１００の外側からの冷却燃料５００を燃料電池４０２からの加熱された燃料５０４によって加熱させる（および加熱された燃料５０４を冷却する）。冷却された燃料５００を受け入れたダクト６１０は、ダクト６２２と流体結合されており、それによって加熱された燃料５０８に加熱される冷却された燃料５００は、スタックアセンブリ１０２、１０４のうちの１つまたは複数内の燃料電池４０２の中に向けられる。スタックアセンブリ１０２、１０４のうちの１つまたは複数内の燃料電池４０２から加熱された燃料５０４を受け入れたダクト６１４は、ダクト６１８と流体結合されており、それによって冷却された燃料５１２へ冷却される加熱された燃料５０４は、ダクト６１８を介して熱交換器アセンブリ１０８およびシステム１００のから外へ向けられる。
【００４２】
ダクト６０８は、熱交換器アセンブリ１０８の外側から熱交換器アセンブリ１０８の中に冷却された空気５０２を受け入れ、ダクト６１２は、上側スタックアセンブリ１０２および／または下側スタックアセンブリ１０４から熱交換器アセンブリ１０８の中に加熱された空気５０６を受け入れる。ダクト６０８、６１２は、システム１００の外側からの冷却空気５０２を燃料電池４０２からの加熱された空気５０６によって加熱させる（および加熱された空気５０６を冷却する）ように互いに熱的に近くでこれらの冷却された空気および加熱された空気を向けるが、空気５０２、５０６を互いに混合させることはない。冷却された空気５０２を受け入れたダクト６０８は、ダクト６２０と流体結合されており、それによって加熱された空気５１０に加熱される冷却された空気５０２は、スタックアセンブリ１０２、１０４のうちの１つまたは複数内の燃料電池４０２の中へ向けられる。スタックアセンブリ１０２、１０４のうちの１つまたは複数内の燃料電池４０２から加熱された空気５０６を受け入れたダクト６１２は、ダクト６１６と流体結合されており、それによって冷却された空気５１４へ冷却される加熱された空気５０６は、ダクト６１６によって熱交換器アセンブリ１０８およびシステム１００から外へ向けられる。
【００４３】
図９は、マルチスタック燃料電池システムを用意し動作させる方法９００の一実施形態の流れ図を示す。方法９００は、図１に示された燃料電池システム１００を組み立てるおよび／または動作させるために使用することができる。一実施形態では、方法９００の一部は、システム１００を組み立てるために使用することができ、方法９００の別の一部は、システム１００を動作させるために使用することができる。方法９００の全ての実施形態は、システム１００の組み立てと動作の両方に限定されない。
【００４４】
９０２において、熱交換器アセンブリは、下側燃料電池スタックアセンブリと結合される。熱交換器アセンブリ１０８を取り付けることによって、またはさもなければ熱交換器アセンブリ１０８を下側スタックアセンブリ１０４と接触させることによって、（図１に示された）熱交換器アセンブリ１０８は、（図１に示された）下側スタックアセンブリ１０４とを伝導的に結合することができる。
【００４５】
９０４において、熱交換器アセンブリは、上側燃料電池スタックアセンブリと結合される。熱交換器アセンブリ１０８は、上側スタックアセンブリ１０２を熱交換器アセンブリ１０８の上へ取り付けることによって（図１に示された）上側スタックアセンブリ１０２と伝導的に結合することができる。上側スタックアセンブリおよび熱交換器アセンブリの重量は、互いに対して下側スタック内の燃料電池アセンブリを圧縮するのを助けることができ、それによって隣り合うまたは隣接した燃料電池間の封止が壊されるまたは中断されるのを防止する。
【００４６】
９０６において、冷却された燃料および冷却された空気は、外部源から熱交換器アセンブリの中に受け入れられる。燃料および空気は、上述したように指定された温度よりも上には加熱することができない。９０８において、加熱された燃料および加熱された空気は、燃料電池スタックアセンブリのうちの１つまたは複数から熱交換器アセンブリの中に受け入れられる。９１０および９１２において、加熱された燃料および／または加熱された空気は、冷却された燃料および／または冷却された空気が加熱されるとともに加熱された燃料および／または加熱された空気が冷却されるように冷却された燃料および／または冷却された空気のすぐ近くで熱交換器アセンブリを通じて向けられる。熱交換器内で加熱される燃料および空気は、電流の生成時に燃料電池によって使用するためにスタックアセンブリの燃料電池の中に向けることができる。９１４において、熱交換器アセンブリ内で冷却される燃料および／または空気は、熱交換器アセンブリの外へ向けられる。
【００４７】
一実施形態では、マルチスタック燃料電池システムは、燃料電池の上側スタックが配設されている上側内部チャンバを画定する上側ハウジングと、燃料電池の下側スタックが配設されている下側内部チャンバを画定する下側ハウジングとを備える。上側ハウジングは、上側ハウジングおよび燃料電池の上側スタックの重量が下側ハウジング内部の下側スタック内の燃料電池を圧縮するように下側ハウジングの上方に配設される。
【００４８】
適宜、上側内部チャンバは、上側ハウジングによって画定され、下側ハウジングの下側内部チャンバから分離されている。
【００４９】
システムは、上側ハウジングと下側ハウジングの間に配設された熱交換器アセンブリを備えることができる。熱交換器アセンブリは、上側スタック内の燃料電池および下側スタック内の燃料電池へ供給された入力燃料、上側スタック内の燃料電池および下側スタック内の燃料電池へ供給された入力空気、上側スタック内の燃料電池および下側スタック内の燃料電池から受け入れた出て行く燃料、または上側スタック内の燃料電池および下側スタック内の燃料電池から受け入れた出て行く空気のうちの１つまたは複数の温度を変えるように構成することができる。
【００５０】
一例では、熱交換器アセンブリは、上側ハウジング内の燃料電池を下側ハウジング内の燃料電池と伝導的に結合する１つまたは複数の伝導性材料を含む。熱交換器アセンブリは、熱交換器アセンブリの外側から指定された温度以下の温度で入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数を受け入れ、入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数を上側スタックまたは下側スタックのうちの１つまたは複数内の燃料電池に向ける前に、入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数についての温度を指定された温度よりも上へ増加させるように構成することができる。熱交換器アセンブリは、上側スタックまたは下側スタックのうちの１つまたは複数内の燃料電池から受け取った出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数から入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数へ熱エネルギーを伝達することによって入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数についての温度を指定された温度よりも上へ上昇させるように構成することができる。熱交換器アセンブリは、上側ハウジングまたは下側ハウジングのうちの１つまたは複数から指定された温度よりも上の温度で出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数を受け入れるように構成することができるとともに、出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数を熱交換器アセンブリから外へ向ける前に、出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数についての温度を指定された温度以下へ低下させるように構成することができる。
【００５１】
一例では、熱交換器アセンブリは、出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数から入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数へ熱エネルギーを伝達することによって、出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数についての温度を指定された温度以下へ低下させるように構成されている。
【００５２】
一実施形態では、マルチスタック燃料電池システムは、燃料電池の１つまたは複数のスタックが配設されている１つまたは複数の内部チャンバを画定する１つまたは複数のハウジングと、１つまたは複数のハウジングの１つまたは複数の内部チャンバと流体結合されている熱交換器アセンブリとを備える。熱交換器アセンブリは、１つまたは複数のハウジングの外側から入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数を受け入れるとともに、１つまたは複数のハウジング内の燃料電池から出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数を受け入れるように構成されている。熱交換器アセンブリは、入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数を加熱するか、出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数を冷却することの１つまたは複数をするように構成されている。
【００５３】
適宜、１つまたは複数のハウジングは、上側ハウジングと下側ハウジングとを備え、熱交換器アセンブリは、上側ハウジングと下側ハウジングの間に配設することができる。
【００５４】
一例では、熱交換器アセンブリは、上側ハウジングの内部チャンバを下側ハウジングの内部チャンバから分離することができる。熱交換器アセンブリは、上側ハウジング内の燃料電池の第１のスタックを下側ハウジング内の燃料電池の第２のスタックと伝導的に結合することができる。
【００５５】
１つまたは複数のハウジングは、燃料電池の第１のスタックを有する上側ハウジングと、燃料電池の第２のスタックを有する下側ハウジングとを備えることができる。上側ハウジングは、上側ハウジングおよび燃料電池の第１のスタックの重量が第２のスタック内の燃料電池を互いに対して圧縮するように下側ハウジングの上方に配設することができる。
【００５６】
一例では、熱交換器アセンブリは、出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数から入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数へ熱エネルギーを伝達して、入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数を指定された温度を超える温度へ加熱するように構成されている。熱交換器アセンブリは、出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数から入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数へ熱エネルギーを伝達して、出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数を指定された温度を超える温度へ冷却するように構成することができる。
【００５７】
適宜、熱交換器アセンブリは、出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数を入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数と混合させることなく、燃料電池から出て行く燃料または出て行く空気のうちの１つまたは複数から入力燃料または入力空気のうちの１つまたは複数へ熱を伝達するように構成されている。
【００５８】
一実施形態では、方法は、内部に配設された燃料電池の下側スタックを有する下側ハウジングと熱交換器アセンブリを結合するステップと、内部に配設された燃料電池の上側スタックを有する上側ハウジングを熱交換器アセンブリと結合するステップとを含む。熱交換器アセンブリは、上側ハウジング内の燃料電池の上側スタックの重量が下側スタック内の燃料電池を互いに対して圧縮するように下側および上側ハウジングと結合される。
【００５９】
適宜、上側ハウジングを熱交換器アセンブリと結合するステップは、上側ハウジングと下側ハウジングの間に熱交換器アセンブリを配設するステップを含む。下側ハウジングと熱交換器アセンブリを結合するステップ、および上側ハウジングを熱交換器アセンブリと結合するステップは、熱交換器アセンブリを介して上側スタック内の燃料電池を下側スタック内の燃料電池と伝導的に結合するステップを含むことができる。
【００６０】
一例では、下側ハウジングと熱交換器アセンブリを結合するステップ、および上側ハウジングを熱交換器アセンブリと結合するステップは、燃料電池の下側および上側スタックが配設されている下側ハウジングおよび上側ハウジングの内部チャンバと熱交換器アセンブリを流体的に結合するステップを含む。
【００６１】
本明細書中に使用されるとき、単数形および単語「ａ」または「ａｎ」を伴ってあげられた要素またはステップは、そのような除外が明示されていない限り、複数の前記要素またはステップを除外しないと理解されたい。さらに、記載した本主題の「一実施形態」の言及は、挙げた特徴をやはり組み込むさらなる実施形態の存在を除外すると解釈されることは意図されていない。また、対照的に明示されていない限り、実施形態が、特定の特性を有する１つの要素または複数の要素を「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」ことは、その特性を有さないさらなるそのような要素を含むことができる。
【００６２】
上記の説明は、例示的であることを意図されており、限定的なものではないことを理解されたい。例えば、上述した実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用されてもよい。さらに、多くの修正が、特定の状況または材料を様々な本主題の教示に適合させるために、その範囲から逸脱することなくなされてもよい。本明細書中に記載された材料の寸法および種類は、開示した主題のパラメータを定めることが意図されるが、これらは、決して限定的なものではなく、例示的な実施形態である。多くの他の実施形態は、上記の説明を精査することによって当業者に明らかとなろう。したがって、本明細書中に記載された主題の範囲は、添付の特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲と共に添付の特許請求の範囲に基づいて決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、用語「含む、備える（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「その場合に（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」は、それぞれの用語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「その場合に（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な英語の同義語として使用される。さらに、以下の特許請求の範囲において、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」などは、標識として使用されるに過ぎず、その対象に数的要件を課すためのものではない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズ・プラス・ファンクション形式では書かれておらず、以下の特許請求の範囲が、さらなる構造の欠けた機能の陳述が続く「手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」という句を明示的に使用しない限り、およびこの句を使用するまでは、米国特許法第１１２条の第６パラグラフに基づいて解釈されることが意図されている。
【００６３】
本明細書では、最良の態様を含めて本明細書中に記載された本主題のいくつかの実施形態を開示するために、さらには、当業者が装置またはシステムを作製および使用し方法を実行することを含めて開示した本主題の実施形態を実施することを可能にするために、例を使用されている。本明細書中に記載された本主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められており、また、当業者によって想到される他の例を含み得る。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【符号の説明】
【００６４】
１００  マルチスタック燃料電池システム、燃料電池システム、システム
１０２  スタックアセンブリ、上側スタックアセンブリ、上側スタック、上側部分
１０４  スタックアセンブリ、下側スタックアセンブリ、下側スタック、下側部分
１０６  垂直方向
１０８  熱交換器アセンブリ、アセンブリ
２００  発電プラント
２０２  機械系システム（ＭＢＯＰ）
２０４  別個のダクト、ダクト
２０６  スタックダクト、ダクト
２０８  天然ガスエンジン、エンジン
２１０  電気系システム（ＥＢＯＰ）
３００  下側支持プレート、下側プレート
３０２  下側アウタージャケットハウジング、アウタージャケットハウジング、ジャケットハウジング
３０４  下側スタック、スタック
３０６  ハウジング部分、アウタージャケットハウジング
３０８  ハウジング部分、アウタージャケットハウジング
３１０  スタックダクト、ダクト
３１２  スタックダクト、ダクト
３１４  スタックダクト、ダクト
３１６  スタックダクト、ダクト
３１８  上側アウタージャケットハウジング、アウタージャケットハウジング、ジャケットハウジング
３２０  上側スタック、スタック
３２２  ハウジング部分、アウタージャケットハウジング
３２４  ハウジング部分、アウタージャケットハウジング
３２６  誘電体エンドキャップ、キャップ
３２８  ベローズキャップ
３３０  半円端部部材、端部部材
３３２  半円端部部材、端部部材
３３４  細長いピンまたはバー、ピンまたはバー
３３６  より長い細長いピンまたはバー
４００  スタック
４０２  燃料電池
４０４  伝導性プレート、プレート
４０６  伝導性プレート、プレート
４０８  封止
４１０  伝導性端部プレート、端部プレート
４１２  伝導性端部プレート、端部プレート
４１４  細長いバーまたはピン、バーまたはピン
４１６  締結具
５００  熱交換器に入ってくる燃料、冷却された熱交換器に入ってくる燃料、冷却された入力燃料、冷却された燃料、燃料、冷却燃料
５０２  熱交換器に入ってくる空気、冷却された熱交換器に入ってくる空気、交換器に入ってくる入力空気、冷却された入力空気、冷却された空気、空気、冷却空気
５０４  燃料電池の出て行く燃料、加熱された燃料電池から出て行く燃料、加熱された出て行く燃料、加熱された燃料、燃料
５０６  燃料電池の出て行く空気、加熱された燃料電池から出て行く空気、加熱された出て行く空気、空気、加熱された空気
５０８  加熱された燃料電池の入力燃料、加熱された入力燃料、加熱された燃料、燃料
５１０  加熱された燃料電池の入力空気、空気、加熱された入力空気、加熱された空気
５１２  冷却された出て行く燃料、出て行く燃料、燃料、冷却された燃料
５１４  冷却された出て行く空気、出て行く空気、空気、冷却された空気
６００  外側ハウジング、ハウジング
６０２  上側プレート
６０４  下側プレート
６０６  垂直ボディまたはバー
６０８  入口ダクト、ダクト、入口ダクト
６１０  入口ダクト、ダクト、入口ダクト
６１２  入口ダクト、ダクト、入口ダクト
６１４  入口ダクト、ダクト、入口ダクト
６１６  出口ダクト、ダクト、出口ダクト
６１８  出口ダクト、ダクト、出口ダクト
６２０  出口ダクト、ダクト、出口ダクト
６２２  出口ダクト、ダクト、出口ダクト
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
2018041720000001.pdf