(57)【要約】  燃料電池デバイスの電圧状態をモニターするための集合体および方法。モニターすることは、燃料電池デバイスとの直接的な電気伝導または機械的接触なしに提供できる。これは、電気コンタクトの組の間の電圧を表示する電磁エネルギーまたは放射を生成するよう適合させられた、燃料電池デバイス上の１組の電気コンタクトに結合された検出器によって提供できる。これにより、検出器から隔てられたモニターは、生成された電磁エネルギーを検出し、電圧差を表現する出力信号を生成するのに使用できる。いくつかの例では、複数の燃料電池デバイスまたは重ねられた一組の燃料電池デバイスをモニターできる。デジタル信号を生成でき、１つまたは複数の燃料電池デバイスの動作条件の簡略化された指示を供給できる。追加情報を提供するために、多数のデジタル信号が使用できる。
2007535095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１組の電気コンタクトを有し、前記電気コンタクトの組の間に電圧を生成するよう適合させられた燃料電池デバイスと、
前記電気コンタクトの組に結合され、前記電気コンタクトの組の間の電圧を示す電磁放射を生成するよう適合させられた検出器と、
を有することを特徴とする燃料電池集合体。
【請求項２】
検出器は、電気コンタクト間の異なるレベルの電圧に対する異なるレベルの電磁放射を生成するよう適合させられることを特徴とする請求項１に記載の集合体。
【請求項３】
検出器は、電気コンタクトの間の電圧が少なくとも第１の電圧レベルにあるときに第１のレベルの電磁放射を生成し、電圧が第１の電圧レベルより低いときに第１のレベルの電磁放射と異なる第２のレベルの電磁放射を生成するよう適合させられることを特徴とする請求項２に記載の集合体。
【請求項４】
検出器は、電圧が第１の電圧レベルと異なる第２の電圧レベルより低いときに第３のレベルの電磁放射を生成するようにさらに適合させられることを特徴とする請求項３に記載の集合体。
【請求項５】
検出器は燃料電池デバイスによって電力供給された電気回路を含むことを特徴とする請求項２に記載の集合体。
【請求項６】
検出器は、電圧差が少なくとも第１の値であるときに動作するようにバイアスされた半導体デバイスをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の集合体。
【請求項７】
半導体デバイスは電磁放射を放つよう適合させられることを特徴とする請求項６に記載の集合体。
【請求項８】
検出器から物理的に隔てられ、生成された電磁放射を検出して電圧差を表現する出力信号を生成するよう適合させられたモニターを、さらに有することを特徴とする請求項１に記載の集合体。
【請求項９】
前記モニターは燃料電池デバイスからも物理的に隔てられていることを特徴とする請求項８に記載の集合体。
【請求項１０】
直列に接続された複数の燃料電池デバイスをさらに有し、検出器は複数の検出器デバイスを有し、それぞれの燃料電池デバイスは少なくとも１つの検出器デバイスに関連付けされていることを特徴とする請求項１に記載の集合体。
【請求項１１】
それぞれの検出器デバイスが複数の隣接した燃料電池デバイスに亘る１組のコンタクトと結合され、検出器から物理的に隔てられ、それぞれの検出器デバイスからの生成された電磁放射を検出して検出された放射を表現する出力信号を生成するよう適合させられたモニターをさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の集合体。
【請求項１２】
それぞれの検出器デバイスは、電気コンタクトの間の電圧が少なくとも第１の電圧レベルにあるときに第１のレベルの電磁放射を生成し、電圧が第１の電圧レベルより低いときに第２のレベルの電磁放射を生成するよう適合させられる集合体であって、
それぞれの検出器デバイスからの生成された電磁放射を検出して、すべての検出器デバイスが第１のレベルの電磁放射を生成しているときには第１の出力信号を生成し、いくつかの検出器デバイスが第２のレベルの電磁放射を生成しているときには第２の出力信号を生成するよう適合させられたモニターをさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の集合体。
【請求項１３】
それぞれの検出器デバイスが複数の隣接した燃料電池デバイスに亘る１組のコンタクトと結合され、複数の燃料電池デバイスが、複数の検出器デバイスのそれぞれに関連付けされている複数の隣接した燃料電池デバイスにそれぞれ含められることを特徴とする請求項１０に記載の集合体。
【請求項１４】
複数の燃料電池デバイスがそれぞれ唯一の組の検出器デバイスに関連付けされていることを特徴とする請求項１３に記載の集合体。
【請求項１５】
検出器から物理的に隔てられ、生成された電磁放射を検出して電圧差を表現する出力信号を生成するよう適合させられたモニターをさらに有することを特徴とする請求項１３に記載の集合体。
【請求項１６】
モニターは、それぞれの検出器デバイスにより生成された電磁放射を検出し、少なくとも１つの燃料電池デバイスが低下した電圧を生成しているかどうか決定するための論理回路構成をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の集合体。
【請求項１７】
燃料電池デバイスは開口を備えた露出表面を有し、検出器は、前記検出器の少なくとも一部が前記開口に位置決めされる状態で、燃料電池デバイスに取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の集合体。
【請求項１８】
検出器は、フォトダイオード、および複数の燃料電池デバイスの間に直列に接続された電流制限素子を含むことを特徴とする請求項１７に記載の集合体。
【請求項１９】
電磁放射は、可視光線、赤外線、および電波のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の集合体。
【請求項２０】
燃料電池デバイスは、燃料電池、燃料電池スタック、燃料電池システム、並びにエネルギー生成消費集合体のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の集合体。
【請求項２１】
１組の電気コンタクトを有し、前記電気コンタクトの組の間に電圧を生成するよう適合させられた燃料電池デバイスと、
前記電気コンタクトの組と結合され、電圧差を表現する電磁エネルギーを生成するよう適合させられた検出器と、
検出器から物理的に隔てられ、生成された電磁エネルギーを検出して電圧差を表現する出力信号を生成するよう適合させられたモニターと、
を有することを特徴とする燃料電池集合体。
【請求項２２】
前記モニターは燃料電池デバイスからも物理的に隔てられていることを特徴とする請求項２１に記載の集合体。
【請求項２３】
モニターは燃料電池デバイスに接触しないことを特徴とする請求項２２に記載の集合体。
【請求項２４】
検出器は、電気コンタクト間の異なるレベルの電圧に対する異なるレベルの電磁エネルギーを生成するよう適合させられることを特徴とする請求項２１に記載の集合体。
【請求項２５】
検出器は、電気コンタクトの間の電圧が少なくとも第１の電圧レベルにあるときに第１のレベルの電磁エネルギーを生成し、電圧が第１の電圧レベルより低いときに第１のレベルの電磁エネルギーと異なる第２のレベルの電磁エネルギーを生成するよう適合させられることを特徴とする請求項２４に記載の集合体。
【請求項２６】
検出器が燃料電池デバイスによって電力供給された電気回路を含むことを特徴とする請求項２４に記載の集合体。
【請求項２７】
検出器は、電圧差が少なくとも第１の値であるときに動作するようにバイアスされた半導体デバイスをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の集合体。
【請求項２８】
半導体デバイスは、動作時に、電磁エネルギーを放つよう適合させられることを特徴とする請求項２７に記載の集合体。
【請求項２９】
電磁放射は、可視光線、赤外線、および電波のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２８に記載の集合体。
【請求項３０】
直列に接続された複数の燃料電池デバイスをさらに有し、検出器は複数の検出器デバイスを有し、それぞれの燃料電池デバイスは少なくとも１つの検出器デバイスに関連付けされていることを特徴とする請求項２１に記載の集合体。
【請求項３１】
それぞれの検出器デバイスが複数の隣接した燃料電池デバイスに亘る１組の電気コンタクトと結合され、複数の検出器デバイスが、複数の検出器デバイスのそれぞれに関連付けされている複数の隣接した燃料電池デバイスにそれぞれ含められることを特徴とする請求項３０に記載の集合体。
【請求項３２】
それぞれの燃料電池デバイスがそれぞれ唯一の複数個の検出器デバイスに関連付けされていることを特徴とする請求項３１に記載の集合体。
【請求項３３】
モニターはそれぞれの検出器デバイスに関連付けられたモニターデバイスを含み、モニターデバイスは、関連する検出器デバイスによって生成された電磁エネルギーを検出するよう適合させられ、モニターは、少なくとも１つの燃料電池デバイスが低下した電圧を生成しているかどうか決定するための論理回路構成をさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の集合体。
【請求項３４】
電磁エネルギーは光であり、それぞれの検出器デバイスは光としての電磁エネルギーを生成する発光半導体デバイスを含み、それぞれのモニターデバイスは、関連する発光半導体デバイスによって放たれた光に応答する感光性の半導体デバイスを含むことを特徴とする請求項３３に記載の集合体。
【請求項３５】
それぞれの半導体デバイスは、電圧が少なくとも最小の電圧であるときに、電気を通すようにバイアスされていることを特徴とする請求項３４に記載の集合体。
【請求項３６】
燃料電池デバイスは、燃料電池、燃料電池スタック、燃料電池システム、およびエネルギー生成消費集合体のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２１に記載の集合体。
【請求項３７】
１組の電気コンタクトを有し、前記電気コンタクトの組の間に電圧を生成するよう適合させられた燃料電池デバイスと、
前記電気コンタクトの組に結合され、電気コンタクトの間の電圧が少なくとも第１の電圧レベルにあるときに第１のレベルの電磁エネルギーを生成し、電圧が第１の電圧レベルより低いときに第１のレベルの電磁エネルギーと異なる第２のレベルの電磁エネルギーを生成するよう適合させられた検出器と、
生成された電磁エネルギーに応答し、生成された電磁エネルギーのレベルを表現する出力デジタル信号を生成するよう適合させられたモニターと、
を有することを特徴とする燃料電池集合体。
【請求項３８】
直列に接続された複数の燃料電池デバイスをさらに有し、検出器は複数の検出器デバイスを有し、それぞれの燃料電池デバイスは少なくとも１つの検出器デバイスに関連付けされていることを特徴とする請求項３７に記載の集合体。
【請求項３９】
それぞれの検出器デバイスが複数の隣接した燃料電池デバイスに亘る１組の電気コンタクトと結合され、複数の検出器デバイスが、複数の検出器デバイスに関連付けされている複数の隣接した燃料電池デバイスにそれぞれ含められることを特徴とする請求項３８に記載の集合体。
【請求項４０】
モニターはそれぞれの検出器デバイスに関連付けられたモニターデバイスを含み、モニターデバイスは、関連する検出器デバイスによって生成された電磁エネルギーを検出するよう適合させられ、モニターは、少なくとも１つの燃料電池デバイスが低下した電圧を生成しているかどうか決定するための論理回路構成をさらに含むことを特徴とする請求項３９に記載の集合体。
【請求項４１】
電磁エネルギーは光であり、それぞれの検出器デバイスは光としての電磁エネルギーを生成する発光半導体デバイスを含み、それぞれのモニターデバイスは、関連する発光半導体デバイスによって放たれた光に応答する感光性の半導体デバイスを含むことを特徴とする請求項４０に記載の集合体。
【請求項４２】
電気コンタクトの組の間の電圧を検出する段階と、
検出された電圧を示す電磁エネルギーを生成する段階と、
生成された電磁エネルギーをモニターする段階と、
を有することを特徴とする、電気コンタクトの組の間の電圧を生成する燃料電池デバイスの動作をリモートでモニターする方法。
【請求項４３】
前記生成する段階は、電気コンタクトの間の異なるレベルの電圧に対する異なるレベルの電磁エネルギーを生成する段階を含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記生成する段階は、電気コンタクトの間の電圧が少なくとも第１の電圧レベルにあるときに第１のレベルの電磁エネルギーを生成し、電圧が第１の電圧レベルより低いときに第１のレベルの電磁エネルギーと異なる第２のレベルの電磁エネルギーを生成する段階を、さらに含むことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記検出する段階は、燃料電池デバイスによってエネルギーを生成しつつ電気回路を形成する、電磁エネルギーを操作する段階を含むことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
前記操作する段階は、電圧差が少なくとも第１の値であるときに動作するようにバイアスされた半導体デバイスを操作する段階を含むことを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
半導体デバイスは、動作時に、電磁エネルギーを放つことを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記モニターする段階は、電圧を表現する出力信号を生成する方式の下に、燃料電池デバイスから隔てられ、生成された電磁エネルギーを検出する段階を有することを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４９】
前記検出する段階は、複数の電圧を検出する段階を含み、それぞれの電圧は、直列接続された複数の燃料電池デバイスに亘る１組の電気コンタクトの間に存在し、少なくとも２つの電圧が一連の重なった燃料電池デバイスに亘っていることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項５０】
前記検出する段階は、複数の燃料電池デバイスが燃料電池デバイスの複数のセットにそれぞれ含まれた状態で、燃料電池デバイスの異なったセットに亘る複数の電圧を検出する段階を含むことを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記モニターする段階は、燃料電池デバイスから電気的に分離され、検出された電圧を表現する出力信号を生成する方式の下に、生成された電磁エネルギーを検出する段階を含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記電磁エネルギーを検出する段階は、燃料電池デバイスから物理的に隔てられた位置でエネルギーを検出する段階を含むことを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記電磁エネルギーを検出する段階は、少なくとも１つの燃料電池デバイスが低下した電圧を生成しているかどうか決定する段階を、さらに含むことを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
生成された電磁エネルギーをモニターする段階は、燃料電池デバイスから物理的に隔てられた位置で、生成された電磁エネルギーをモニターする段階を含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項５５】
生成された電磁エネルギーをモニターする段階は、モニターを燃料電池デバイスに接触しない状態で、生成された電磁エネルギーをモニターする段階を含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項５６】
燃料および酸化剤の電気化学反応によって１組の電気コンタクトの間に電圧を生成する手段と、
前記電気コンタクトの組の間の電圧を検出する手段と、
検出された電圧を示す電磁放射を生成する手段と、
を有することを特徴とする燃料電池集合体。
【請求項５７】
前記放射を生成する手段は、電気コンタクトの間の異なるレベルの電圧に対する異なるレベルの電磁放射を生成することを特徴とする請求項５６に記載の集合体。
【請求項５８】
前記放射を生成する手段は、さらに、電気コンタクトの間の電圧が少なくとも第１の電圧レベルにあるときに第１のレベルの電磁放射を生成し、電圧が第１の電圧レベルより低いときに第１のレベルの電磁放射と異なる第２のレベルの電磁放射を生成するためのものであることを特徴とする請求項５７に記載の集合体。
【請求項５９】
前記検出する手段は、さらに、前記電圧を生成する手段によって生成したエネルギーを使用して電圧を検出するためのものであることを特徴とする請求項５７に記載の集合体。
【請求項６０】
前記電圧を生成する手段から電気的に分離され、検出された電圧を表現する出力信号を生成する方式の下に、生成された電磁放射をモニターする手段をさらに有することを特徴とする請求項５６に記載の集合体。
【請求項６１】
前記モニターする手段は、さらに、前記電圧を生成する手段から物理的に隔てられ位置で放射をモニターするためのものであることを特徴とする請求項６０に記載の集合体。
【請求項６２】
前記モニターする手段は前記電圧を生成する手段に接触しないことを特徴とする請求項６０に記載の集合体。
【請求項６３】
前記検出する手段は、さらに複数の電圧を検出するためのものであって、それぞれの電圧は、直列接続された複数の電圧を生成する手段に亘る１組の電気コンタクトの間に存在し、少なくとも２つの電圧が一連の重なった電圧を生成する手段に亘っていることを特徴とする請求項５６に記載の集合体。
【請求項６４】
前記検出する手段は、さらに、複数の電圧を生成する手段のそれぞれが電圧を生成する手段の複数のセットに含まれる状態で、電圧を生成する手段の異なるセットに亘る複数の電圧を検出するためのものであることを特徴とする請求項６３に記載の集合体。
【請求項６５】
前記電圧を生成する手段から電気的に分離され、検出された電圧を表現する出力信号を生成する方式の下に、生成された電磁放射をモニターする手段をさらに有することを特徴とする請求項６４に記載の集合体。
【請求項６６】
前記生成された電磁放射をモニターする手段は、さらに、前記電圧を生成する手段から物理的に隔てられ位置で電磁放射をモニターするためのものであることを特徴とする請求項６５に記載の集合体。
【請求項６７】
前記生成された電磁放射をモニターする手段は、さらに、少なくとも１つの電圧を生成する手段が低下した電圧を生成しているかどうか決定するためのものであることを特徴とする請求項６５に記載の集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示するところは、一般に、燃料電池集合体に関し、さらに詳細には、燃料電池デバイスによる電圧出力を検出するための集合体および方法に関わる。燃料電池デバイスは１つ以上の燃料電池を含む装置である。
【背景技術】
【０００２】
電気化学的燃料電池は、燃料と酸化剤を、電気と反応生成物と熱に変換する装置である。例えば、燃料電池は、水素と酸素を水と電気に変換するように適合させることができる。そのような燃料電池において、水素は燃料であり、酸素は酸化剤であり、水は反応生成物である。
【０００３】
単一の燃料電池で生成した電気の量は、いくつかの燃料電池を一緒に接続することによって、補完することができる。直列に接続された燃料電池は、しばしば燃料電池スタックと呼ばれる。燃料電池スタックにおける個々の燃料電池または燃料電池のグループによって生成された電圧は電池の機能を示すものである。電池は、劣化するか、さもなければ誤動作する可能性がある。この誤動作は、電池により生成される電圧の減少を引き起こし、あるいは電圧の反転さえ引き起こす可能性がある。
【０００４】
歴史的に、燃料電池動作をモニターすることは、アナログ電圧測定回路の物理的な取り付けを通じて達成されてきた。燃料電池および燃料電池スタック構造のもろさが原因で、これらの取り付けは電池の損傷と短絡をもたらす可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の開示するところは、ここでは一般に燃料電池デバイスと呼ぶ１つ以上の燃料電池または燃料電池のグループによって生成される、電圧を検出する集合体および方法に関連する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
いくつかの例において、燃料電池デバイスに直接的な電気導通または機械的接触をしないモニターによって、モニターすることが提供される。そのような集合体の例は、燃料電池デバイス上の一組の電気コンタクトに結合された検出器を含み、その電気コンタクトは、その組の間の電圧を示す電磁エネルギーを生成するよう適合させられる。従って、さらなる例は、電圧検出器または燃料電池デバイスに物理的に接触しないモニター、あるいはモニターされるデバイスを含む。モニターは、生成された電磁エネルギーを検出し、また、燃料電池デバイスまたはデバイス群で検出された電圧差を表現する出力信号を生成するよう適合させられる。
【０００７】
いくつかの例では、複数の燃料電池デバイスのそれぞれ、および／または、燃料電池デバイスの重なったグループの電圧が検出される。いくつかの例では、それぞれの検出された電圧がモニターされる。燃料電池デバイスまたは燃料電池デバイスのグループのいずれかが、容認できる電圧の範囲外の電圧を有するときには、光または他の検出可能な信号における変化などの指示が提供される。いくつかの例では、燃料電池デバイスまたは燃料電池デバイスのグループのいずれかが容認できる電圧の範囲外でいつ動作するかを、そしてその状態の指示をいつ生成するかを、論理回路が決定する。さらなる例では、デジタル信号が生成され、１つまたは複数の燃料電池デバイスの動作条件の簡略化された指示を供給し、あるいは多数のデジタル信号が、燃料電池デバイスの重なったグループの電圧がいつ検出されるか、などの追加の機能情報を提供するのに使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
燃料電池デバイスと呼ばれる燃料電池または燃料電池のグループを、物理的に燃料電池デバイスに接触せずに燃料電池デバイス動作条件の検出を可能にする方式の下に、モニターするための方法と集合体が全般的に開示される。ここで使用されるように、「燃料電池デバイス」という用語は、一般に、１つ以上の燃料電池、および／または、１つ以上の燃料電池を含む装置のことを言う。燃料電池デバイスに関して例証する例は、燃料電池、燃料電池のグループ、燃料電池スタック、燃料電池システム、そして、１つ以上の燃料電池を含むエネルギー生成消費集合体を含む。
【０００９】
続いて議論する燃料電池デバイスは、さまざまな異なるタイプの燃料電池、すなわちプロトン交換膜（ＰＥＭ；陽子交換膜）燃料電池、さらにアルカリ燃料電池、固体酸化物燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、りん酸燃料電池などと互換性がある。例証の目的のために、ＰＥＭ燃料電池の形状の典型的な燃料電池２０は図１に概略的に示されており、一般的に、燃料電池システムの一部として２２で示され、または燃料電池スタック２４の一部として示される。プロトン交換膜燃料電池は、通常、アノード領域３０とカソード領域３２の間に配置されたイオン交換膜または電解質膜２８からなる膜−電極集合体２６を利用する。各領域３０および３２は、電極３４すなわちアノード３６と、カソード３８をそれぞれ含む。各領域３０および３２はサポート板４０、すなわち、ここでさらに詳細に議論することになるバイポーラプレート集合体の少なくとも一部も含む。燃料電池２０のサポート板４０は燃料電池によって生成された相対的な電圧を伝える。
【００１０】
動作においては、水素４２がアノード領域に供給される一方で、酸素４４がカソード領域に供給される。水素４２と酸素４４は、それぞれのソース（源）４６および４８からの何らかの適切な機構を通して、燃料電池のそれぞれの領域に供給することができる。水素４２のための適切なソース４６の例は、加圧タンク、水素化物ベッド(hydride bed)、または他の適切な水素蓄積装置、および／または、水素ガスを含有する流れを形成する燃料処理装置を含む。酸素４４の適切なソース４８の例は、酸素または空気の加圧タンク、ファン、コンプレッサー、送風機あるいはカソード領域に空気を指向する他の装置を含む。水素および酸素は、通常、酸化還元反応を通してお互いに化合する。膜２８は水素分子の通過を制限するが、それは主に膜のイオン伝導性が原因で水素イオン（陽子）がそこを通過することを許容することになる。酸化還元反応の自由エネルギーは水素ガスからイオン交換膜を通して陽子を駆動する。膜２８は、電気的に伝導性でない傾向もあるので、外部回路５０は残留する電子にとって最低エネルギー経路であり、このことは図１で概略的に示される。
【００１１】
実際には、燃料電池スタックは、隣接する膜−電極集合体を分離するバイポーラプレート集合体を備えた複数の燃料電池を含む。バイポーラプレート集合体は、本質的に、自由電子がバイポーラプレート集合体を通して最初の電池のアノード領域から隣接した電池のカソード領域まで移動することを可能にし、その結果、運用負荷を満たすのに使用できるスタックを通じて電気的ポテンシャル（電位）が構築される。この電子の正味の流れは、運用負荷を満たすのに使用可能な電流を生成する。
【００１２】
少なくとも１つのエネルギー消費装置５２は燃料電池に、より典型的には燃料電池スタックに電気的に結合できる。装置５２は、電池／スタックに負荷をかけて、負荷を満たすためにそこから電流を取り出す。装置５２に関して例証された例は、自動車、レクリエーションビークル（ＲＶ車）、ボートおよび他の船舶、１つ以上の住居や商業事務所あるいはビルや近隣のいくつかの組み合せ、道具、照明、照明集合体、電気器具、コンピュータ、産業設備、信号通信および通信装置、バッテリー、およびスタック２４が一部を成す燃料電池システムのためのバランス・オブ・プラント消費電力(balance of plant electrical requirements)さえをも含む。図１において５６で総合的に示される生成および消費集合体は、少なくとも１つの燃料電池システム２２および１つのエネルギー消費装置５２を含む。
【００１３】
カソード領域３２においては、外部回路からの電子と膜からの陽子が酸素と化合して、水と熱を生成する。また、図１には、水素ガスを含むことができるアノード浄化(purge)流れ５４と、通常、十分でなければ少なくとも部分的に、酸素が使い果たされるカソード空気排気流れ５５も示される。燃料電池スタック２４が、通常、共通の水素の（または他の反応物質の）供給、空気取り込み、およびスタック浄化ならびに排気流れを有していて、したがって個々の燃料電池に関連する流れを送り、そこから流れを収集するための適切な流路を含むことになる、ということが理解されるべきである。いかなる適切な機構も、領域を選択的に浄化するのに同様に使用できる。
【００１４】
上で議論されたように、いくつかの燃料電池スタックは反応物質または燃料として水素ガスを利用する。したがって、燃料電池スタック２４は、水素ガス４２（そして、関連する供給システムおよびバランス・オブ・プラント構成部品）のソース４６に結合することができ、燃料電池システム２２を形成することができる。燃料電池システムについて例証する例を図２に概略的に示す。図１について直前に議論したように、水素ガス４２のソース４６の例は、図２に破線で示すような水素ガスの蓄積された供給源を収容する蓄積装置６２を含む。適切な蓄積装置６２の例は加圧タンクと水素化物ベッドを含む。水素ガス４２の追加のまたは代替のソース４６は燃料処理装置からの生成物流れであり、その燃料処理装置は反応生成物を生成するための供給流れを反応させることによって水素を生成し、その反応生成物から水素ガス４２を含有する流れが形成される。図２の実線で示されるように、システム２２は少なくとも１つの燃料処理装置６４と、少なくとも１つの燃料電池スタック２４を含む。燃料処理装置６４は、少なくとも１つの原料を含む供給流れ６８から水素ガス４２を含む生成水素流れ６６を生成するように適合させられる。燃料電池スタックは、自身から供給された生成水素流れ６６の一部から電流を生成するよう適合させられる。例証された例では、単一の燃料処理装置６４と単一の燃料電池スタック２４が示されている。しかしながら、これらの構成部品のどれか1つ以上、または両方を使用できる。これらの構成部品が概略的に示されており、そして燃料電池システムは、空気供給システムや、熱交換機や、加熱アセンブリなどのような、図には明確に示されていないような追加の構成部品を含むことができる。また、図示のように、水素ガスは、燃料処理装置６４および蓄積装置６２の１つ以上からスタック２４に供給することもでき、そして燃料処理装置からの水素は、蓄積装置とスタック２４の１つ以上に供給することができる。いくつかまたはすべての流れ６６は、追加的または代替的に、他の水素消費過程における使用、燃料または加熱のための燃焼、あるいは後続使用のための蓄積のために、適切な流路を通して供給することができる。
【００１５】
燃料処理装置６４は供給流れから水素ガスを生成する何らかの適切な装置である。従って、燃料処理装置６４は、少なくとも実質的に水素ガスから成る流れがそこにおいて供給流れから生成される水素生成領域７０を含むものとして記述できる。供給流れ６８から水素ガスを生成するための適切な機構の例は、水蒸気改質および自己熱改質を含み、そこでは、改質触媒が炭素含有原料と水を含む供給流れから水素ガスを生成するのに使用される。水素ガスを生成するための他の適切な機構は、炭素含有原料の熱分解と触媒部分酸化を含み、その場合には供給流れは水を含まない。水素ガスを生成するためのさらに他の適切な機構は電解であり、その場合には原料は水である。適切な炭素含有原料の例は少なくとも１つの炭化水素またはアルコールを含む。適切な炭化水素の例はメタン、プロパン、天然ガス、ディーゼル、灯油（ケロシン）、ガソリンなどを含む。適切なアルコール類の例はメタノール、エタノール、またエチレングリコールやプロピレン・グリコールなどのポリオール（多価アルコール）類を含む。
【００１６】
供給流れ６８は、何らかの適切な機構を通して燃料処理装置６４に供給することができる。図２には単一の供給流れ６８のみが示されているが、１つ以上の供給流れ６８を使用でき、またそれらの流れは同一または異なる原料を含むことができる。
【００１７】
多くの用途において、燃料処理装置が少なくとも実質的に純粋な水素ガスを生成することが望ましい。従って、燃料処理装置は、本来十分に純粋な水素ガスを生成する過程を利用でき、あるいは燃料処理装置は、燃料処理装置で生成された水素ガスから不純物を取り除く適切な浄化および／または分離装置を含むことができる。領域７０が純粋な水素ガスを生成しないとき、流れ６６は一酸化炭素、二酸化炭素、水、メタン、および非反応原料のような例証された１つ以上の不純物を含むことができる。他の例として、燃料処理システムまたは燃料電池システムは、燃料処理装置より下流に１つ以上の浄化および／または分離装置を含むことができる。これは図２で概略的に示され、図では、分離領域７２が破線で示されている。燃料処理装置６４が分離領域７２を含むとき、水素生成領域は、水素ガスと他のガスを含む混合気体流れを生成するものとして記述できる。同様に、この混合気体流れから、少なくとも実質的に純粋な水素ガスと、他のガスの少なくとも実質的な部分を含んだ少なくとも１つの副産物流れと、を含んだ、流れ６６のような少なくとも１つの生成物流れを、多くの適切な分離領域が生成することになるであろう。混合気体流れと副産物流れは図２においてそれぞれ７４と７６で概略的に示される。
【００１８】
分離領域７２は、水素ガスの純度を増加させ、および／または、水素ガスに混合されうる他の１つ以上のガス（一酸化炭素および／または二酸化炭素など）の濃度を減少させる何らかの適切な圧力駆動過程または他の過程を利用できる。適切な圧力駆動分離過程の非排他的な例は、１つ以上の水素選択膜の使用と圧力スイング吸収システム(pressure swing adsorption system)の使用を含む。分離領域または領域群は、共通のシェル(shell；外殻)内の水素生成領域が燃料処理装置に取り付けられるか、あるいは燃料処理装置とは別に配置された状態で（だが、依然そこに流体接続された状態で）、収容できる。流れ７４においていかなる一酸化炭素の濃度も低下するための適切な構成に関して例証する例は、メタン化触媒(methanation catalyst)であるが、一酸化炭素除去アセンブリまたは他の化学的浄化アセンブリが、本発明の開示するところの範囲内で使用できる。
【００１９】
燃料電池システムとの関連で、燃料処理装置は、望ましくは、実質的に純粋な水素ガスを生成するよう適合させられ、さらに望ましくは、燃料処理装置は純粋な水素ガスを生成するよう適合させられる。本発明が開示する目的のために、実質的に純粋な水素ガスは９０％よりも純粋で、望ましくは９５％よりも純粋で、より望ましくは９９％よりも純粋で、さらにより望ましくは９９．５％よりも純粋である。適切な燃料処理装置は米国特許第６，２２１，１１７号明細書、米国特許第５，９９７，５９４号明細書、米国特許第５，８６１，１３７号明細書、および係属中である米国特許出願第０９／８０２，３６１号明細書に開示されている。上記で特定された特許および特許出願の完全な開示内容はすべての趣旨に対して参照としてここに組み込まれている。
【００２０】
図２は、燃料電池システム２２が少なくとも１つのエネルギー蓄積装置７８を含むことができる（但し必ずしも必要ではない）ことも概略的に表している。装置７８は、燃料電池スタック２４で生成した電流の少なくとも一部分を蓄積するよう適合させられる。さらに詳細には、その電流は、エネルギー消費装置５２、および／または、燃料電池システム２２などの運用負荷を満たすのに後ほど使用されうるポテンシャル（電位）を構築できる。エネルギー消費装置５２は、１つ以上のスタック２４およびエネルギー蓄積装置７８にその負荷をかけるように適合させることができる。適切なエネルギー蓄積装置７８に関して例証する例はバッテリーであるが、ウルトラキャパシタ(ultra capacitor)やフライホイールのような他のものも使用できる。装置７８は、追加的または代替的に、システムを起動する際の燃料電池システムを駆動するために使用できる。
【００２１】
燃料電池集合体８０の全般的な概略図を図３に示す。燃料電池集合体は、動作の際に１組の電気コンタクト８４と８６の間の電位を生成する燃料電池デバイス８２を含む。そのような燃料電池デバイスの例は、図１および図２について説明されたような燃料電池２０、燃料電池システム２２、燃料電池スタック２４、およびエネルギー生成消費集合体５６を含む。コンタクト８４および８６は図３に概略的に表され、装置構成に応じて様々な位置からアクセスしやすいコンタクトを含む。議論したように、燃料電池デバイスは単一の燃料電池または複数の燃料電池を含む。また、これも説明したように、各燃料電池は、燃料と酸化剤を電流に変換するために個別に適合させられる。燃料電池は、通常、電気的に直列に結合されるが、燃料電池が並列で、または直列と並列の組み合わせで結合される構成を含む。電気的に結合されると、電池は装置の構成に応じた電位を合計で生成する。例えば、すべての電池が電気的に直列に結合されるならば、装置によって提供される電位はそれぞれの電池の電位の和である。同様に、含まれる燃料電池の数は、燃料電池デバイスの要求される出力などの、用途に応じた選択事項である。
【００２２】
検出器８８は導体９０および９２によってコンタクトに接続される。ここで使用されるように、検出器は、燃料電池デバイスの動作条件に基づく電磁エネルギーを伝播し、放出し、および／または、生成する装置、設備、アセンブリ、回路または素子である。例えば、検出器８８はコンタクト間に存在する電圧に応答し、また表現する電磁エネルギー９４を生成するよう適合させられた装置とすることができる。これから明らかになるように、検出器８８の例は、誘導コイル、電流導体、発光半導体、レーザまたは他の照明源などのエネルギー伝播器または放出器を含み、そのような装置が一部分を形成する何らかの回路を含む。電磁エネルギーは、検出器からリモートでモニターされるよう適合させられる。そのような電磁エネルギーの例は電界、磁界、および放射線を含む。電磁放射線はあらゆる使用可能で検出可能な形態であって、紫外線、可視光線、赤外線、および電波を含む。
【００２３】
検出器８８は燃料電池デバイス８２に関連してサポートされる。適切なサポート機構、または燃料電池デバイス８２に関連して検出器８８をサポートする方法を例証する例は、燃料電池デバイス８２と一体に組み立てること、燃料電池デバイスに検出器を物理的に取り付けること、および燃料電池デバイスとは独立に検出器をサポートすることを含む。検出器が適切にコンタクト８４および８６に結合されることは、装置で生成された電圧の表示を検出器によって検出するのに十分である。導体９０および９２は、図３に線で象徴的に示され、そして燃料電池デバイスに亘る電位を表現する情報の伝達を提供するものならば、その導体がどんな形態をも取ることができる、ということは、本発明の開示の範囲内である。一般的な意味において、この伝達は配線による伝達、または有線伝達連結または無線伝達連結により提供できる。いくつかの例では、燃料電池デバイスで生成したエネルギーは検出器によって使用される。エネルギーの運搬を可能にする伝達の例は、端子、電極、ワイヤ配線、金属配線、導電性表面構成、導電性接着剤などの、燃料電池デバイスから検出器への電流の伝導のために与えられる適合部を含む。
【００２４】
説明と関連する図面において、挿入された参照番号は、以前に特定した構成の例示および変形例に対する一定の参照番号と同様に使用されている。これらの関連する構成が素子、下位の素子、変形物、特性、および、ここで説明され、例証され、および／または、取り込まれた他の種類のどれかのもののいくつか、またはすべてを含むことができる（但し必ずしも必要ではない）、ということは、本発明の開示の範囲内である。
【００２５】
燃料電池集合体８０に関する第２の例は、図４の概略ブロック形態で燃料電池集合体８０（１）として示されている。燃料電池集合体８０（１）は、燃料電池デバイス８２（１）と電磁エネルギー９４（１）を生成する検出器８８（１）を含む。検出器８８（１）は装置８２（１）に取り付けられ、電気コンタクト８４（１）と８６（１）に接触するように示されている。検出器８８（１）（およびここで開示された他の検出器）は、何らかの適切な電磁信号を生成することができる。したがって、検出器が定常状態の信号または振動性の信号を生成するように構成できる、ということは、本発明の開示の範囲内である。例えば、振動性の信号は、コンタクト間または検出ポイント間の電圧に関連付けられ、または相関付けられる周波数、位相角、および／または、振幅を持つことができる。振動性の信号の利点は、検出器と対応するモニターの間の大きな距離範囲に備えることができることである。
【００２６】
示されたように、集合体８０（１）はさらにモニター１００を含む。モニター１００は電磁エネルギー９４（１）に応答して、検出器８８（１）で生成された電磁エネルギーを表現し、またそれに対応して燃料電池デバイス電圧を表現する出力信号を生成するよう適合させられる。いかなる適切なモニター構成も使用できる。出力信号は、出力信号経路１０２で生成することができる。このような構成では、出力装置１０４は、出力信号を生成するために出力信号経路１０２に結合できる。この信号は、検出された燃料電池デバイスの動作条件を決定するのに使用でき、少なくとも部分的にそれに応答する対応燃料電池システムの動作を制御することは、本発明の開示の範囲内である。従って、ここで説明および／または例証した燃料電池集合体のいくつかが、モニターのあるなしにかかわらず実施できる、ということは、本発明の開示の範囲内である。同様に、例証された特定の実施の形態に関して説明および／または例証された構成部品、構造、素子、変形物などが、説明および／または例証された他の実施の形態と共に選択的に利用できることが、本発明の開示の範囲内にあるという状態の下で、例証された例は、模範的構成、実施の形態、任意選択の構成部品などをまとめて明示することを目的としている。
【００２７】
検出器によって生成された電磁エネルギーにモニターが応答するので、モニターは検出器に接触する必要はなく、あるいは検出器の一部である必要はない。この例では、モニターは、電磁エネルギーを検出できるいくらかの距離Ｄだけ検出器から物理的に隔てられる。このようにして、燃料電池デバイスにおけるモニターの物理的損傷など、不利な物理的影響の可能性は減少する。電磁エネルギーを、燃料電池デバイスの動作条件についての情報を伝えるための媒体とすることによって、モニターが、検出器および燃料電池デバイスから電気的に分離できることも理解されるだろう。しかしながら、モニター１００が検出器に物理的に接触できることが許容されることさえも、また本発明の開示の範囲内である。
【００２８】
モニターおよび出力装置は、ここで説明された機能を達成するための何らかの適切な構成によって作成される。例えば、モニターおよび出力装置は、単一ユニットまたは別々のユニットとして形成できる。さらに、モニターおよび出力装置は、お互いに接触するか、近接するか、または遠く離れた場所に存在することができる。さらなる例として、モニターは、電磁エネルギーを検出して、電磁エネルギーのレベルに比例したアナログ出力信号を生成するセンサー、またはトランスデューサを含むことができる。必要に応じて、モニターは、１つ以上の出力装置への出力信号経路を通して運ばれる情報の他の形態に信号を変換する処理装置または多重化装置などの、アナログまたはデジタル回路を含めることができる。出力装置は、破線１０６で表されるように出力信号を分析し、燃料電池デバイスの動作を制御するコンピュータまたはマイクロ処理装置などの、処理装置または制御装置を含めることができる（但し必ずしも必要でない）。出力装置が、現地か遠隔地の装置への１つ以上の通信チャンネルまたは接続を含むことができ、また簡単なアナログまたはデジタルディスプレイや視覚的または聴覚的警報手段を含むことができる、ということは、本発明の開示の範囲内である。
【００２９】
図５は燃料電池集合体８０（２）のさらなる例を概略的に表す。集合体８０（２）は燃料電池デバイス８２（２）および検出器８８（２）を含む。燃料電池デバイス８２（２）は燃料電池スタック１１０の形態である。スタック１１０はスタックの対向する端部に配置されたエンドプレート１１２および１１４を含む。スタック１１０は複数の燃料電池または燃料電池集合体１１６をも含み、それは、物理的にエンドプレート１１２と１１４の間に配置される。すべての燃料電池が電気的に直列に結合される例では、スタックによって提供された電圧は個々の燃料電池の電圧の和である。スタック１１０には、陽極コンタクト１１８と陰極コンタクト１２０が示されており、その間に亘って負荷が電気的に結合されるように適合させられる。図５では、これらのコンタクトは概略的に表現されており、様々な場所からアクセスされるよう適合させられる。同様に、何らかの特定のスタックにおける燃料電池１１６の数は設計上の選択の問題であり、例えば、燃料電池スタックの必要な出力、および個々の電池の設計や性能に基づいて選択される。
【００３０】
集合体８０（２）の一部として、検出器８８（２）は、それぞれの導体１２２および１２４を通してコンタクト１１８および１２０に接続されるよう適合させられる。コンタクト１１８および１２０の間の電圧に基づいて、検出器８８（２）は、電磁エネルギー９４（２）を発生させるよう適合させられる。
【００３１】
燃料電池スタック１３０の全般的な概略図を、さらに他の例である燃料電池集合体８０（３）の一部として図６に示す。スタック１３０は、エンドプレート１３４と１３６の間に配置される電池１３２ａおよび１３２ｂなどの複数個の燃料電池デバイス８２（３）を、燃料電池１３２の形態で含む。燃料電池の機能をモニターするために可能な多くの構成が存在することは、本発明の範囲内である。１つの例では、それらは図５に示すようなグループとしてモニターされる。他の例では、電池は、個々の電池または電池のグループ別にモニターされるよう適合させられる。これらの図式的に示す例のために、燃料電池デバイスをモニターする３つのさらなる構成が、図６における構成Ｉ、ＩＩ、およびＩＩＩのように特定される。構成Ｉでは、各電池１３２がモニターされる。よって、検出器８８（３）は各電池１３２に関連付けられた検出器デバイス１３８を含む。従って、検出器デバイス１３８は、それぞれの燃料電池デバイス８２（３）で生成された電圧を表現する電磁エネルギー９４（３）を生成するよう適合させられる。例えば、検出器デバイスの１３８ａおよび１３８ｂは電池１３２ａおよび１３２ｂによって生成された電圧を感知し、感知された電圧に基づいて電磁エネルギー９４（３）（ａ）および９４（３）（ｂ）をそれぞれ生成する。
【００３２】
構成ＩＩでは、４つの電池１３２のグループが、検出器デバイス１３８（１）を含む検出器８８（３）ａによってモニターされる。この変形のように、各グループ１４０は、燃料電池デバイス８２（４）であるものと考えられる。電池を表現するグループは、グループ１４０ａ、１４０ｂ、および１４０ｎを含む。従って検出器８８（３）ａは、対応する検出器デバイス１３８（１）ａ、１３８（１）ｂ、および１３８（１）ｎを含む。各グループにおける電池の数が、各グループが２つの電池、３つの電池、または４つより多くの電池を含む状態のように変えることができる、ということは、本発明の開示の範囲内である。
【００３３】
構成ＩＩＩは、検出器デバイス１３８（２）の重なったグループ分けによって形成された検出器８８（３）ｂを開示し、それは、これから続いて詳細に議論するように各グループ中の電池の機能に関するさらなる情報をまとめて与える。この構成は、検出器デバイスの第１、第２、第３および第４のセット１４６、１４８、１５０、および１５２の例を含む。この例では、それぞれの検出器装置１３８（２）は４個の直列接続された燃料電池上の電圧をモニターする。検出器デバイス１３８（２−１）の第１のセット１４６は検出器デバイス１３８（２−１）ａ、１３８（２−１）ｂ、および１３８（２−１）ｎを含む。これらの検出器デバイスは検出器デバイス１３８と同じ電池のセットにそれぞれ接続される。それぞれの検出器デバイスでモニターされる電池の数、および／または、検出器デバイス間の重なる度合いが、例証した図式的例に示したよりもさらに多いかまたは少ない範囲を含むというように変わりうる、ということは、本発明の開示の範囲内である。
【００３４】
例証した例では、４つの隣接する燃料電池のグループからなる４つの組み合わせを４つのセットがモニターするように、それぞれの直列セットが１つの燃料電池によって差分配置(stagger)される。検出器デバイス１３８（２−２）の第２のセット１４８は検出器デバイス１３８（２−２）ａ、１３８（２−２）ｂ、および１３８（２−２）ｎを含む。検出器デバイス１３８（２−３）の第３のセット１５０は検出器デバイス１３８（２−３）ａ、１３８（２−３）ｂ、および１３８（２−３）ｎを含む。同様に、検出器デバイス１３８（２−４）の第４のセット１５２は検出器デバイス１３８（２−４）ａ、１３８（２−４）ｂ、および１３８（２−４）ｎを含む。図６に見られるように、装置検出器１３８（２−２）、１３８（２−３）、および１３８（２−４）のセット１４８、１５０、および１５２における検出器デバイスによってモニターされる燃料電池デバイスは、それらのすぐ上側の装置検出器と比較して、それぞれ１つの燃料電池デバイス分だけ右にオフセットされている（ずらされている）ことがわかる。その結果、各端部の３つの燃料電池デバイスを除いて、それぞれの燃料電池デバイスは、４つの異なる燃料電池デバイスの各グループの一部としてモニターされる。例として、燃料電池デバイス１３２ｄは、検出器デバイス１３８（２−１）ａ、１３８（２−２）ａ、１３８（２−３）ａ、および１３８（２−４）ａのそれぞれによってモニターされる４つの燃料電池デバイスの１つである。
【００３５】
それぞれの燃料電池デバイスは与えられた検出器デバイスによってグループの一部としてモニターされる。よって、電池の１つが劣化すると、その劣化は、燃料電池デバイスのグループが修復措置を要するほどに劣化したことを示すのに十分なものとならなければならない。モニターされるグループが小さければ小さいほど、関連する検出器によって提供される情報はより明確となり、各燃料電池デバイスは大きくグループの動作に寄与する。モニターされるグループが大きければ大きいほど、燃料電池のグループにおける燃料電池の１つの劣化を他の燃料電池が相殺する可能性があるので、劣化した電池が検出される可能性は少なくなるであろう。
【００３６】
いくつかの適用では、どれかの電池の動作電圧が敷居値よりいつ低下するかを決定することが望ましいが、検出器デバイスは、燃料電池デバイスのグループの電圧を測定するように設計されている。そのような状況では、埋め合わせの、および／または、部分的に過剰なモニタリングを使用して増加した情報が得られる。しかしながら、増加した情報のレベルは増加した数の検出器装置の使用を必要とする。
【００３７】
一例として、燃料電池が約０．６ボルトの正常な動作電圧を有するならば、グループにおける４つの電池は、約２．４ボルトの合成された正常な動作電圧を有する。劣化した電池のグループが平均で０．５ボルトあるいはそれ以下を指すならば、２．０ボルトを下回る検出電圧が劣化した電池のグループとして扱われるであろう。ここで使用される「正常な動作の」、「公称の」、「動作可能な」、「非劣化の」という用語は、運転可能な燃料電池デバイスの検出された電圧または電位を説明するものとして使用される。「衰退した」、「敷居値未満」、「減少した」、「動作不可能な」、「弱まった」、および「不能」という用語は、正常な動作電圧より低い検出された電圧または電位を説明するのに使用される。
【００３８】
ここに開示された燃料電池集合体、検出器、モニター、および他の構成は、上記で提示した例示の電圧より高いかまたは低い正常な動作電圧を有している燃料電池による使用のために構成できる、ということは、本発明の開示の範囲内である。同様に、他の「劣化した」または敷居値未満の電圧、例えば０．１ボルト、０．３ボルト、０．４ボルト、０から０．５ボルトの範囲の電圧、正常な動作電圧の２５％、５０％、７５％または１０〜９０％の範囲の電圧などは、本発明の開示の範囲から逸脱することなく使用できる。燃料電池集合体が、劣化した燃料電池デバイスを指す低い敷居値や、正常な動作電圧と低い敷居値の間にある中間の敷居値のような、１つの敷居値電圧を超える電圧を検出し選択的に応答するように構成できる、ということも、本発明の開示の範囲内である。この中間の敷居値としては、例えば故障のポイントまではまだ劣化していない程度の弱い電池のことを指すことができる。この応答は、例えば、対応する（電気的）コンタクトの間の異なるレベルの電圧の検出に応答する、異なるレベル電磁放射を生成することを含むことができる。従って、動作／不能だけではない検出は、弱まった（劣化に迫っている）電池または他の燃料電池デバイスの早期検出のための機構を提供することができる。
【００３９】
次の表は、モニタリング時に図６に示した３つの模範的構成を使用して得られた情報の例を与える。
【００４０】
【表１】
2007535095.tif 000003
【００４１】
表１では、あらゆる燃料電池デバイスが、電圧が０．５ボルトまたはそれを超える限りにおいて、好ましい出力を生成する検出器を備えている。示されていないものを含み、装置「ｈ」を除くすべての燃料電池デバイスが０．６ボルトの正常電圧を持っているが、装置「ｈ」は０．１ボルトの容認できない電圧をもつ。好ましい出力は「１」で示され、好ましくない出力は「０」で示される。そしてこれは、さらなる処理のために容易にデジタル形式に変換できる、簡単な「動作／不能」の出力形態の例である。つまり、燃料電池デバイスの１つが劣化しているならば、燃料電池集合体全体が停止されて、劣化した燃料電池デバイスを修理するか、または取り替える。アナログ信号をデジタル信号に集約するための上記仕様は例示の目的を意図しており、これに限定されるものではない。従って、上記仕様を逆にしたものを含んだ何らかの適切な仕様も使用できる、ということは、本発明の開示の範囲内である。出力のデジタル形式の変形はアナログ出力あって、そこでは検出された電圧に正比例する出力を検出器が生成する。他の例では、一連の優先順位を付けた離散的な出力を生成し、燃料電池デバイス動作の全般的な中間レベルが示される。この後者の手法は、燃料電池動作の「高い」、「正常な」、「低い」、「劣化した」レベルを指す出力を提供する。出力の形式は特定用途のニーズに基づいて構築される。
【００４２】
いくつかの状況では、モニターしている個々の燃料電池のコストと複雑さは、個々の燃料電池の状態を検出する利益を上回ってしまう。そのような状況での、別の選択（オプション）は、電池のグループかモジュールの状態を検出することを含む。これは、例えば、燃料電池がモジュールまたは他のグループ分けに提供されるならば、一体として設置および／または撤去するよう適合させることに対して望ましいかもしれない。この選択（オプション）は表２に示される。
【００４３】
【表２】
2007535095.tif 000004
【００４４】
より詳細には、表２では、各検出器は４つの直列接続された燃料電池デバイスの合成電圧を検出する。燃料電池デバイスは、表１で示されたのと同じレベルの電圧を持つ。燃料電池デバイスｄ−ｇからなるグループまたはモジュールは２．４ボルトの電圧を持ち、一方、燃料電池デバイスｈ−ｋからなるグループは１．９ボルトの電圧を持つ。この第２のグループに対する電圧がグループに対して採用された最低レベル２．０ボルトを下回るので、容認できないレベルにあると考えられる。この構成の結果は、４つの装置のどれが誤動作しているか、あるいは低下した電圧が１つの装置より多くの装置の誤動作が混合されたもののためであるかのかどうか、を示していない。グループが４つでなく５つの装置からなるならば、すべてのグループが平均レベル内で機能しているように見えるであろうし、好ましい出力がすべてのグループに対して生成しているであろう。さらなる例として、誤動作している装置が０．２ボルトの電圧を生成したならば、表２の出力はすべて好ましいだろう。したがって、グループを構成している装置の数が少なければ少ないほど、情報がより正確であるということは、明らかである。
【００４５】
【表３】
2007535095.tif 000005
【００４６】
表３は、各装置が４つの唯一のグループに含まれる状態で、差分配置され、重なった４つの装置のグループを検出する構成ＩＩＩにより提供されたものとしてモニターするものを示す。ここでも、装置は、先の２つの表と同一の個々の電圧を生成している。各装置が検出されるグループにそれぞれ寄与するので、この構成は、燃料電池の状態を検出するのにおいて本質的に過剰である。この過剰さは、誤動作している燃料電池デバイスを検出するのにより多くの機会を与える。図６に関して言及されるように、この例では、端部の装置は中間の装置についての完全な過剰さからの利益を得ない。装置「ｈ」を含むどんなグループもが、１つ以上の装置が誤動作していることを指し示す出力を持つ。
【００４７】
しかしながら、この例に提供された情報から、個々の欠点のある装置を特定できる。これは、装置「ｈ」を含んでいないすべてのグループが好ましい出力を有し、装置「ｈ」だけが欠陥であるという結論に通じる、という観測によって決定される。そして、いくつかの例では、燃料電池集合体は、一連の検出器またはモニターから受け取った出力の分析のために提供される論理回路構成または機能手段を含む。構成ＩＩＩは、構成Ｉとほぼ同じ数の検出器デバイスを持っている。しかしながら、個々の装置についての情報は、直接決定するのと違って、むしろ推測しなければならない。過剰さに起因して、構成ＩＩＩは、構成ＩＩによって示されたような別々のモジュールの検出に提供されるものよりは、遥かに多くの情報を提供する。従って、構成ＩＩＩは、それ故、個々の装置の電圧を検出するのは非実用的であるものの、詳細なレベルの情報が要求される状況では適切である。
【００４８】
さて、図７を参照すると、検出器に関するさらなる例が全体的に８８（４）で示されている。検出器８８（４）は、端子１６４および１６６の間に結合された検出器デバイス１３８（３）を含む。端子１６４と１６６は、説明されたように、１つまたは複数の燃料電池デバイスのコンタクトに接続されるよう適合させられる。端子１６４および１６６は模範例であり、燃料電池集合体８０の導体９０および９２に関して説明されたように、燃料電池デバイスのコンタクトに接続されるよう適合させられるいかなる形式の電気伝導体であってもよい。検出器デバイス１３８（３）は、接続される燃料電池デバイスによって、またそれから生成したエネルギーを使用して動作することによって、駆動される電気回路である。
【００４９】
装置１３８（３）は、電圧差が少なくとも決定された値または大きさであるときに動作するようにバイアスされ、または他の方法で構成される、いかなる適切な半導体デバイスをも含む。例えば、電圧差が燃料電池デバイスの正常な動作電圧の選択された割合であるときに動作するように、半導体デバイスを構成できる。例としては、５０％、７０％、７５％、８０％、９０％、および１００％を含む。図７では、発光ダイオード（ＬＥＤ）などのフォトダイオード１６８の形態の半導体デバイスが示されている。必要に応じて、直列にシリコンダイオード、抵抗、および光源を使用できる。図７における破線は、ダイオード１６８に並列に電気接続した任意選択の抵抗ＲＰを示す。ダイオード１６８と抵抗ＲＰの並列結合は抵抗ＰＳに直列に接続される。抵抗ＰＳは電流制限素子である。検出器デバイス１３８（３）は２つの動作状態を有し、１つはＬＥＤが動作する状態で、もう１つはそれが動作しない状態である。抵抗ＲＰを追加することにより、検出器の調整機能を増加でき、いくつかの実施形態において有益にできる。しかしながら、そして図７の実線で示された例と異なって、それは燃料電池スタックに接続されるためのインピーダンス（ＲＳ＋ＲＰ）をも与える。対照的に、図７の実線で示された例は、スタックが電流生成の動作状態にないときに、電気負荷を燃料電池スタックに与えないように構成された検出器として記述できる。この構成は、スタックが仮に電流を生成するように構成されないときに負荷がスタックにかけられると、スタックの燃料電池におけるアノードが分解されるか、さもなくば劣化するような状況において有益である。
【００５０】
抵抗値、モニターされている燃料電池デバイスの動作電圧、および警報または障害の状態が出現すべきレベルの電圧または敷居値がダイオードの動作に寄与する。シリコンダイオードは、動作可能になる前に約０．７ボルトの順バイアスを必要とすることが知られている。対照的に、ゲルマニウムダイオードは、「点灯する」までに約０．３ボルト必要とする。上記の例では、単一の燃料電池が、通常運転の際に約０．６ボルトの電圧を生成する。したがって、単一の燃料電池は、シリコンダイオードを点灯しないだろうが、ゲルマニウムダイオードを点灯するのには十分であるだろう。したがって、図６で例証された構成のいずれかにゲルマニウムダイオードを使用できるが、検出器を動作させる電力を提供するのに燃料電池を当てにする際には、２つ以上の燃料電池のグループに関する動作条件を検出するために、シリコンダイオードが機能しうるであるだろう。これに相応して、ＬＥＤタイプのダイオードは、通常、約１．８〜２ボルトの範囲の順方向伝導電圧で動作する。したがって、そのようなＬＥＤタイプのダイオードまたはＬＥＤは、少なくとも３つまたは４つの燃料電池のグループには、慣習上最も適している。
【００５１】
抵抗ＲＳおよびＲＰとしての値は、約１０ｍａのような電流の低水準を引き出すために選定される。第１の例として、検出器２８（４）が、４つ直列に接続されたそれぞれ約０．６ボルトを生成する燃料電池に亘るならば、２．４ボルトの正常電位が端子１６４と１６６で存在しているであろう。ＲＳ＝１７０オームに選択すると、電圧は約０．７ボルトがかかるダイオードと抵抗ＲＳの間で分割され、ＲＳには１．７ボルトがかかる。これは１０ｍａの正常な動作電流をもたらす。ダイオードを０．５ボルトの平均燃料電池電圧と２．０ボルトの総電圧で消灯させる必要があるならば、並列抵抗ＲＰは９１．５オームの値が与えられる。そして、０．７ボルトが抵抗ＲＰとダイオードの両方の両端に現れ、そして１．３ボルトが抵抗ＲＳの両端に現れる。２．０ボルトより大きな電圧に対して、ダイオードは短く、抵抗ＲＰの効果的なバイパスとして理想的に機能し、約０．７ボルトの電圧降下を維持する。総電圧が２．０ボルトを下回ると、抵抗ＲＰには０．７ボルト未満の電圧がかかり、そしてダイオードは消灯する。約２ボルトの伝導電圧を持つＬＥＤダイオードが使用されているときには、抵抗ＲＰは、この示された例から省略できる。ダイオードがバイアスされていないとき、それは回路に対して非常に大きな抵抗を示し、それに対応してきわめて少ない電流しか伝えない。
【００５２】
検出された燃料電池のグループにおける状態の情報についての追加のレベルは、図７の破線で示されるような、検出器２８（４）に第２の検出器デバイス１３８（４）を加えることによって得ることができる。検出器デバイス１３８（４）はデバイス１３８（３）と同様であり、抵抗ＲＳ（１）、必要に応じて抵抗ＲＰ（１）、および光源／ダイオード１７２を含む。この場合、検出器デバイスは、モニターされる燃料電池のグループが燃料電池当たり少なくとも０．４ボルトであるときに、電磁放射を生成するよう適合させられる。これは、結合された４つの燃料電池のために生成された電圧が約１．６ボルトであることを意味する。ダイオード１７２がシリコンダイオードであれば、総電圧が１．６ボルトに等しいとき、０．７ボルトがダイオードと抵抗ＲＰ（１）に現れ、０．９ボルトが抵抗ＲＳ（１）の両端に現れる。１０ｍａの電流が正常な運転レベルで流れるようにＲＳ（１）＝１７０オームに設定すれば、ＲＰ（１）＝１３２オームのとき、総電圧が１．６ボルトのもとでダイオードはバイアスされる。ダイオード１６８および１７２に発光ダイオードを使用するとき、それらは、ＬＥＤの一方または両方が所与の時点で動作するかどうかに関して急速な視覚的決定を可能にするために、異なる着色がされた光を生成するように選択できる。
【００５３】
これまで言及したように、また以下でさらに議論するように、他のタイプの検出器デバイスを使用できる。例えば、ゲルマニウムダイオードが検出器デバイス１３８（４）で使用されるならば、抵抗ＲＰ（１）に対する適切な値は約３９オームである。
【００５４】
図８は、そして、燃料電池集合体８０（４）の一部としての燃料電池デバイス８２（４）のスタック１８２に付着され、検出器８８（４）と同様の模範的な検出器８８（５）の部分的で断片的な例示である。詳細には、４つの燃料電池デバイス８２（４）ａ、８２（４）ｂ、８２（４）ｃ、および８２（４）ｄは、図１に表されたプレート４０に対応した、それぞれの電気伝導性の露出プレートまたは表面１８４、１８６、１８８、および１９０を有する。露出表面は別々に隔てられる。電池の間の電位は、対応する表面で相対的な電圧を測定することによって決定される。この例では、開口部が検出器８８（５）を受け入れるようなサイズにされた状態で、開口部１９２が４つの面に形成される。
【００５５】
この検出器は誘電体または他の適切な基板１９４を含み、その上に回路の形態で検出器デバイス１３８（５）がマウントされる。基板１９４の端部には、基板１９４が開口部１９２に勘合されるときに、表面１８４および１９０にそれぞれ接続する電気伝導層１９６および１９８がある。この例では、これらの層は接着剤によって基板に付着されられるか、またはそれらは導電性接着剤からなっている。開口部１９２を伴わない方式を含んだ何らかの適切な付着機構も利用できる、ということは、本発明の開示の範囲内である。燃料電池デバイスに対する検出器のための適切な取り付け機構に関する他の例は、接着剤、圧力嵌め、ピン、または機械的な捕獲デバイスによって取り付けることを含む。抵抗ＲＳ（２）および、例えばＬＥＤを含む電磁エネルギー伝送器２００は、コンタクトストリップ２０２により電気伝導層の間で直列に接続されている。検出器８８（５）は、図７に示された検出器８８（４）に関して説明されたように設計されている。検出器は、伝送器によって生成された電磁エネルギーが検出器または燃料電池デバイスから物理的に隔てられた位置に存在するように、そして検出器または燃料電池デバイスに物理的に接触することなくモニターされることが可能なように、マウントされる。伝送器２００からの光が見える例示された位置は、検出器をモニターするのに適切な位置である。例えば、これは、露出表面１８４、１８６、１８８、および１９０と同一平面上の、またはその下に後退させた、またはその上に出っ張らせた基板１９４の露出面として例示した位置に検出器を配置することによって提供することができる。
【００５６】
燃料電池集合体に使用される検出器の形態は説明された形態に限定されない。例えば、２つの検出器集合体の追加例が図９および図１０に示される。特に図９は、２つの端子２１２と２１４の間に直列に接続された抵抗ＲＳ（２）と光源２１０を含む検出器８８（６）を示す。電磁エネルギー、またはより詳細には紫外線、可視光線または赤外線の形態の電磁放射９４（４）は、端子上の電圧と抵抗および光源による実効抵抗とに比例して光源２１０によって生成される。
【００５７】
図１０は、端子２２２と２２４の間に直列に接続された抵抗ＲＳ（３）と誘導コイル２２０を含む検出器８８（７）を示す。コイル２２０は、端子２２２と２２４上に存在する電圧に正比例する磁場の形態の電磁エネルギー９４（５）を生成する。図９および図１０に示された検出器のどちらかが、低電圧レベルの電流の流れを防ぐためにインライン・ダイオードを含むこともできる。
【００５８】
図１１は模範的な検出器８８（８）およびモニター１００（１）を開示する。検出器８８（８）は、説明されたような、電磁エネルギー９４（６）を生成する検出器デバイス１３８（５）を含む。可視か不可視の光の形態にある電磁エネルギーがいくつかの例で放出される際には、モニター１００（１）はフォトトランジスタ２３２または他の感光性デバイスの形態にあるモニターデバイス２３０を含むことができる。フォトトランジスタは、受け取られた電磁放射に感応して端子２３４に出力信号を生成するようにバイアスされる。この例では、端子２３４は出力装置に接続されており、図４を参照して議論したように図示されていない。
【００５９】
図１２はモニター１００（２）を備えた検出器８８（９）の他の構成を示す。検出器８８（９）は、デバイス１３８（６）ａ、１３８（６）ｂ、および１３８（６）ｎなどのような直列に接続された複数の検出器デバイス１３８（６）を含む。各デバイス１３８（６）は、上述のような１つまたは複数の電池装置状態を検出し、検出された状態に対応して電磁エネルギーを生成する。電磁放射９４（７）ａ、９４（７）ｂ、および９４（７）ｎなどのような、それぞれの電磁エネルギー９４（７）は、デバイス２３０（１）ａ、２３０（１）ｂ、および２３０（１）ｎなどのような、モニターデバイス２３０（１）によって受け取られる。上記で議論されたように、モニターデバイスの例は、示されたようなフォトトランジスタまたは他の適切な装置を含む。モニターデバイスは、単一の出力を端子２４０に生成させるように、実線で示される如く直列に接続される。この構成は２つの動作状態を有する。すべてのモニターデバイスがオンにされているか導通しているときだけ、低出力信号が生成される。受信されたる電磁信号の欠落に起因して、それらのいずれかが導通障害すると、高い出力信号がもたらされる。そして、単一の燃料電池デバイスが好ましく機能していないとき、これは、燃料電池集合体を修理するか、または取り替えることが必要となるような動作／不能の配列の変化となる。これらの二値の状態はデジタル制御デバイスのための入力を提供できる（但し必ずしも必要でない）、ということは、本発明の開示の範囲内である。
【００６０】
必要に応じて、各モニターデバイス２３０（１）は、破線で示す如く出力端子２４２と２４４によって表されるように、またフォトトランジスタ２３２に対して図１１に表されるように、出力信号を生成するために個別にバイアスされ、その結果、個々の燃料電池デバイスか装置がモニターされることが可能となる。使用された検出器とモニターデバイスに応じて、出力信号はアナログ信号、デジタル信号、またはその両方を含む。
【００６１】
図１３に、出力装置１０４（１）ａおよび１０４（１）ｂなどのような、１つまたは複数の出力装置１０４（１）に結合された情報処理装置２５０を含むモニター１００（３）の部分に関するさらなる例を示す。処理装置２５０は、図１２に示したような、モニターデバイスによって出力された信号を受信する端子２５２ａおよび２５２ｂなどの複数の入力端子２５２を含む。処理装置は、入って来る信号を多重送信して、データ矢印２５４によって表されたデータバス上にそれらを出力するよう適合させられる。いくつかの例では、処理装置２５０は論理機能を実行するよう適合させられ、所望の出力信号を生成するためにデータに対し論理機能を実行するよう適合させられた論理回路を含む。
【００６２】
そして、これらの例において、燃料電池デバイスの１つまたはグループの動作状態は、燃料電池デバイスとの直接の物理的接触なしに検出される、ということが理解されるであろう。すなわち、開示した燃料電池素子検出器が、一旦燃料電池デバイスに取り付けられると、燃料電池デバイスのモニタリングは、燃料電池デバイスとのさらなる接触なしにできる。発光装置が検出器に使用されるならば、装置の目視検査により必要とされる情報が提供される。生成された電磁エネルギーを受け取るためのモニターデバイスが設置されるならば、燃料電池集合体に対するさらなる物理的または電気的接続なしで燃料電池集合体のさらなる自動運転と制御が提供される。いくつかの例では、個々の燃料電池または燃料電池のグループがモニターされ、また、要求通りに機能しない１つの燃料電池または燃料電池の１つのグループを示す指示が提供される。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の開示において説明された燃料電池集合体と装置は、燃料電池が電流を生成するのに利用される燃料製造、燃料電池および他の産業に適している。
【００６４】
上記に詳述された開示内容は、独立した利用可能性を持った複数の異なる開示内容を網羅するものと信じる。これらのそれぞれの開示内容は、好ましい形態で説明してきたが、説明され、ここで例示されたたこれらの特定の例は、多数の変形が可能であるので、限定的意味で考えるべきではない。開示内容の主な事項は、ここで開示された様々な要素、特徴、機能および／または特性に関する全ての新規で、明白でない組み合わせと下位の組み合わせを含む。同様に、特許請求の範囲が「ある１つの」または「第１の」要素あるいはその同等物を記載するところにおいては、そのような請求の範囲は１つ以上のそのような要素の組み込みを含み、そのような要素の２つ以上を必要とせず除外もしないものと理解されるべきである。
【００６５】
添付の特許請求の範囲は、開示された例に対応し、新規で明白でない一定の組み合わせおよび下位の組み合わせを特別に指摘するもと信じる。特徴、機能、要素、および／または、特性の他の組み合わせおよび下位の組み合わせは、現在の請求の範囲の修正、またはこれか関連の出願の新しい請求の範囲の表現を通じて請求されうる。このような修正のまたは新しい請求の範囲は、また、それらが異なる組み合わせに向けられるか同一の組み合わせに向けられるかにかかわらず、元の請求の範囲とは異なるか、より広いか、より狭いか、または等しいかにかかわらず、本発明の開示するところの主な事項の範囲に含まれていると見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】燃料電池の概略図である。
【図２】燃料電池スタックを含む燃料電池システムの概略図である。
【図３】本発明の開示するところによる燃料電池集合体の例を示す概略図である。
【図４】本発明の開示するところによる燃料電池集合体の他の例を示す概略図である。
【図５】本発明の開示するところによる燃料電池集合体において使用できるような、複数の燃料電池を有する燃料電池スタックの断片的な概略図である。
【図６】本発明の開示するところによる複数の燃料電池をモニターするのに使用される検出器デバイスの様々な配置を示す、簡略化した断片的な概略図である。
【図７】本発明の開示するところによる燃料電池集合体において使用できるような、検出器デバイスの概略図である。
【図８】本発明の開示するところによる燃料電池集合体の、断片的に部分分解した図である。
【図９】本発明の開示するところによる燃料電池集合体において使用できるような、検出器デバイスの他の例の概略図である。
【図１０】本発明の開示するところによる燃料電池集合体において使用できるような、検出器デバイスに関するさらに他の例の概略図である。
【図１１】本発明の開示するところによる燃料電池集合体において使用できるような、検出器およびモニターの組み合わせの概略図である。
【図１２】本発明の開示するところによる燃料電池集合体において使用できるような、検出器およびモニターの他の組み合わせのさらなる概略図である。
【図１３】本発明の開示するところによる燃料電池集合体において使用できるような、処理装置および出力装置の一般的な概略図である。
【符号の説明】
【００６７】
２０  燃料電池
２２  燃料電池システム
２４  燃料電池スタック
２６  電極集合体
２８  検出器
２８  電解質膜
３４  電極
３６  アノード
３８  カソード
４２  水素
４４  酸素
４６、４８  ソース
８０  燃料電池集合体
８２  燃料電池デバイス
８８  検出器
９４  電磁エネルギー（電磁放射）
１００  モニター
１０２  出力信号経路
１０４  出力装置
１１０  燃料電池スタック
１１６  燃料電池
１３０  スタック
１３０  燃料電池スタック
１３２  燃料電池
１３８  検出器デバイス
１６８  フォトダイオード
１８２  スタック
１９４  基板
２００  電磁エネルギー伝送器
２３０  モニターデバイス
２３２  フォトトランジスタ
２５０  情報処理装置
【図１】
2007535095.tif 000006
【図２】
2007535095.tif 000007
【図３】
2007535095.tif 000008
【図４】
2007535095.tif 000009
【図５】
2007535095.tif 000010
【図６】
2007535095.tif 000011
【図７】
2007535095.tif 000012
【図８】
2007535095.tif 000013
【図９】
2007535095.tif 000014
【図１０】
2007535095.tif 000015
【図１１】
2007535095.tif 000016
【図１２】
2007535095.tif 000017
【図１３】
2007535095.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月21日(2005.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの第１の組の電気コンタクトを有し、前記第１の電気コンタクトの組の間に第１の電圧を生成するよう適合させられた燃料電池デバイスと、
前記第１の電気コンタクトの組に結合され、燃料電池デバイスから電流を引き出し、前記電流と第１の電圧を表現する第１の電磁エネルギー信号に前記電流を変換するよう適合させられた検出器と、
を有することを特徴とする燃料電池集合体。
【請求項２】
検出器は、第１の電気コンタクトの組の間の第１の電圧が少なくとも第１の電圧レベルにあるときに第１のレベルの電磁エネルギーを生成し、第１の電圧が第１の電圧レベルより低いときに第１のレベルの電磁エネルギーと異なる第２のレベルの電磁エネルギーを生成するよう適合させられることを特徴とする請求項１に記載の集合体。
【請求項３】
検出器は、第１の電圧が第２の電圧レベルより低いときに第３のレベルの電磁エネルギーを生成するようにさらに適合させられ、第２の電圧レベルが第１の電圧レベルと異なることを特徴とする請求項２に記載の集合体。
【請求項４】
検出器は燃料電池デバイスによって電力供給された電気回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の集合体。
【請求項５】
検出器は、第１の電圧が少なくとも第１の電圧レベルであるときに動作するようにバイアスされた半導体デバイスをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の集合体。
【請求項６】
半導体デバイスは第１の電磁エネルギー信号を放つよう適合させられることを特徴とする請求項５に記載の集合体。
【請求項７】
半導体デバイスは発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項５に記載の集合体。
【請求項８】
燃料電池デバイスは直列に接続された複数の燃料電池を有することを特徴とする請求項１に記載の集合体。
【請求項９】
第１の電気コンタクトの組は複数の燃料電池のサブセットに亘ることを特徴とする請求項８に記載の集合体。
【請求項１０】
複数の燃料電池のサブセットは厳密に１つの燃料電池デバイスを含むことを特徴とする請求項９に記載の集合体。
【請求項１１】
複数の燃料電池は複数のサブセットと複数の電気コンタクトの組とを含み、それぞれのサブセットは複数の電気コンタクトの組の１つの間に電圧を発生させるように構成され、さらに検出器は複数の検出器デバイスを含み、それぞれの検出器デバイスは複数のサブセットにおけるそれぞれの１つのサブセットに結合され、電磁エネルギー生成するよう構成されることを特徴とする請求項９に記載の集合体。
【請求項１２】
複数の燃料電池におけるそれぞれの燃料電池は唯一の複数検出器デバイス群に関連していることを特徴とする請求項１１に記載の集合体。
【請求項１３】
複数の燃料電池は２つのエンドプレートの間に保持されることを特徴とする請求項８に記載の集合体。
【請求項１４】
検出器は、複数の燃料電池デバイスの間に直列に接続されたフォトダイオードおよび電流制限素子を含むことを特徴とする請求項８に記載の集合体。
【請求項１５】
燃料電池デバイスは開口を備えた露出面を有し、検出器は、前記検出器の少なくとも一部が前記開口に位置決めされる状態で、燃料電池デバイスに取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の集合体。
【請求項１６】
第１の電磁エネルギー信号は、可視光線、赤外線、および電波のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の集合体。
【請求項１７】
燃料電池デバイスは、燃料電池、燃料電池スタック、燃料電池スタックの一部、燃料電池システム、並びにエネルギー生成消費集合体のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の集合体。
【請求項１８】
検出器から物理的に隔てられ、第１の電磁エネルギー信号を検出して第１の電圧を表現する出力信号を生成するよう適合させられたモニターを、さらに有することを特徴とする請求項１から１７のうちいずれか１項に記載の集合体。
【請求項１９】
第１の電磁エネルギー信号は光であり、モニターデバイスは、前記光に応答する感光性の半導体デバイスを含むことを特徴とする請求項１８に記載の集合体。
【請求項２０】
感光性の半導体デバイスは、第１の電圧が少なくとも最小の電圧であるときに、電気を通すようにバイアスされていることを特徴とする請求項１９に記載の集合体。
【請求項２１】
モニターは検出器に接触されず、任意選択的にモニターは検出器に抵抗連結されないことを特徴とする請求項１８に記載の集合体。
【請求項２２】
モニターは検出器の視線上にあることを特徴とする請求項１８に記載の集合体。
【請求項２３】
モニターと検出器とは共通のハウジングに含まれることを特徴とする請求項１８に記載の集合体。
【請求項２４】
モニターは燃料電池デバイスから物理的に隔てられていることを特徴とする請求項１８に記載の集合体。
【請求項２５】
出力信号を受け取るよう適合させられた出力装置をさらに有することを特徴とする請求項１８に記載の集合体。
【請求項２６】
出力装置は、出力信号を分析し、自身に応答する燃料電池デバイスの動作を制御するよう適合させられることを特徴とする請求項２５に記載の集合体。
【請求項２７】
それぞれの検出器デバイスに関連するモニターをさらに有し、それぞれのモニターは、複数の検出器デバイスにおいてそれぞれの検出器デバイスによって生成された電磁エネルギーを検出するよう適合させられることを特徴とする請求項１１または１２に記載の集合体。
【請求項２８】
それぞれのモニターデバイスは、モニターデバイスが関連するそれぞれの検出器デバイスによって生成された電磁エネルギーを表現する出力信号を生成するよう構成されていることを特徴とする請求項２７に記載の集合体。
【請求項２９】
それぞれのモニターデバイスはモニターアセンブリーに含まれ、さらに前記モニターアセンブリーは、少なくとも１つの燃料電池が低下した電圧を生成しているかどうか決定するための論理回路構成を含むことを特徴とする請求項２７に記載の集合体。
【請求項３０】
モニターアセンブリーは、それぞれの検出器デバイスが第１のレベルの電磁エネルギーを生成しているときには第１の出力信号を生成し、いくつかの検出器デバイスが第１のレベルの電磁エネルギーよりも低い第２のレベルの電磁エネルギーを生成しているときには第２の出力信号を生成するよう適合させられることを特徴とする請求項２９に記載の集合体。
【請求項３１】
モニターアセンブリーは検出器から物理的に隔てられ、電磁エネルギーを表現する出力信号を生成するよう適合させられることを特徴とする請求項２９に記載の集合体。
【請求項３２】
燃料電池デバイスは、さらに直列に接続された第１の燃料電池セットと第２の燃料電池セットとを有し、さらに、
第１の燃料電池セットは、第１の電気コンタクトの組の間の第１の電圧を生成するよう適合され、
第２の燃料電池セットは、第２の電気コンタクトの組の間の第２の電圧を生成するよう適合され、
検出器は第１の燃料電池セットに結合された第１の検出器デバイスと、第２の燃料電池セットに結合された第２の検出器デバイスとを有し、さらに、
第１の検出器デバイスは、第１の電磁エネルギー信号を生成するよう適合させられ、また、
第２の検出器デバイスは、第２の電圧を表現する第２の電磁エネルギー信号を生成するよう適合させられ、
出力信号を生成するよう構成されたモニターアセンブリーをさらに有し、前記モニターアセンブリーは、
第１の電磁エネルギー信号を検出して第１の電圧に応答するよう適合させられた第１のモニターと、
第２の電磁エネルギー信号を検出して第２の電圧に応答するよう適合させられた第２のモニターと、
を有する
ことを特徴とする請求項１から１７のうちいずれか１項に記載の集合体。
【請求項３３】
第１および第２のモニターは直列に接続されることを特徴とする請求項３２に記載の集合体。
【請求項３４】
第１のモニターは第１の電圧を表現する第１の出力サブ信号を生成するよう構成され、第２のモニターは第２の電圧を表現する第２の出力サブ信号を生成するよう構成されることを特徴とする請求項３２に記載の集合体。
【請求項３５】
第１のモニターは少なくとも十分に第２の電磁エネルギー信号から隔てられ、第２のモニターは少なくとも十分に第１の電磁エネルギー信号から隔てられることを特徴とする請求項３２に記載の集合体。
【請求項３６】
第１の検出器デバイスに対して第１のモニターが近接することが、少なくとも十分に第１のモニターを第２の電磁エネルギー信号から隔て、第２の検出器デバイスに対して第２のモニターが近接することが、少なくとも十分に第２のモニターを第１の電磁エネルギー信号から隔てることを特徴とする請求項３５に記載の集合体。
【請求項３７】
１組の電気コンタクトを有し、前記電気コンタクトの組の間に電圧を生成するよう適合させられた燃料電池デバイスと、
前記電気コンタクトの組に結合され、電圧を表現する電磁エネルギーを生成するよう適合させられた半導体デバイスと、
前記半導体デバイスから物理的に隔てられ、生成された電磁エネルギーを検出して電圧を表現する出力信号を生成するよう適合させられたモニターと、
を有することを特徴とする燃料電池集合体。
【請求項３８】
半導体デバイスは、電圧が少なくとも第１の値であるときに動作するようにバイアスされていることを特徴とする請求項３７に記載の集合体。
【請求項３９】
半導体デバイスは動作時に電磁エネルギーを放つよう適合させられることを特徴とする請求項３７に記載の集合体。
【請求項４０】
半導体デバイスは発光ダイオードを含み、電磁エネルギーは光であることを特徴とする請求項３９に記載の集合体。
【請求項４１】
モニターは光に感応する感光性半導体デバイスを含むことを特徴とする請求項４０に記載の集合体。
【請求項４２】
発光ダイオードと電流制限素子とが電気コンタクトの組の間に直列に接続されていることを特徴とする請求項４０に記載の集合体。
【請求項４３】
モニターは燃料電池デバイスからも物理的に隔てられていることを特徴とする請求項４０に記載の集合体。
【請求項４４】
半導体デバイスは、燃料電池デバイスから電流を引き出し、前記電流を電磁エネルギーに変換するよう適合させられ、さらに前記電磁エネルギーは前記電流を表現することを特徴とする請求項３７に記載の集合体。
【請求項４５】
半導体デバイスとモニターとは共通のハウジングに含まれることを特徴とする請求項３７に記載の集合体。
【請求項４６】
燃料電池デバイスは、２つのエンドプレートの間に保持された複数の燃料電池を有することを特徴とする請求項３７に記載の集合体。
【請求項４７】
半導体デバイスは、複数の燃料電池からなるサブセットに亘る電気コンタクトの組に結合されることを特徴とする請求項４６に記載の集合体。
【請求項４８】
燃料電池の電気コンタクトの組の間の電圧を生成する段階と、
燃料電池デバイスからの電流を、前記電流と前記電圧を表現する電磁エネルギーに変換する段階と、
を有することを特徴とする、燃料電池デバイスの動作をリモートでモニターする方法。
【請求項４９】
前記生成する段階は、電気コンタクトの間の電圧が少なくとも第１の電圧レベルにあるときに第１のレベルの電磁エネルギーを生成し、電圧が第１の電圧レベルより低いときに第１のレベルの電磁エネルギーと異なる第２のレベルの電磁エネルギーを生成する段階を、含むことを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記変換する段階は、燃料電池デバイスによってエネルギーを生成しつつ電気回路を形成する、電磁エネルギーを操作する段階を含むことを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記操作する段階は、電圧差が少なくとも第１の値であるときに動作するようにバイアスされた半導体デバイスを操作する段階を含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
半導体デバイスは動作時に電磁エネルギーを放つよう適合させられることを特徴とする請求項５１に記載の集合体。
【請求項５３】
前記変換する段階は、複数の電圧を検出する段階を含み、それぞれの電圧は、直列接続された複数の燃料電池デバイスに亘る１組の電気コンタクトの間に存在し、少なくとも２つの電圧は、重なった燃料電池デバイスのセットに亘っていることを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５４】
前記検出する段階は、複数の燃料電池デバイスが燃料電池デバイスの複数のセットにそれぞれ含まれた状態で、燃料電池デバイスの異なったセットに亘る複数の電圧を検出する段階を含むことを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
複数の燃料電池デバイスは２つのエンドプレートの間に保持されることを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
前記検出する段階は、少なくとも１つの燃料電池デバイスが低下した電圧を生成しているかどうか決定する段階を含むことを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５７】
前記変換する段階は燃料電池デバイスから物理的に隔てられた位置で行われることを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５８】
生成された電磁エネルギーをモニターする段階をさらに有することを特徴とする請求項４８から５７のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項５９】
前記モニターする段階は、電磁エネルギーを検出する段階と電圧を表現する出力信号を生成する段階とを有することを特徴とする請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記モニターする段階は、燃料電池デバイスから電気的に隔てられた方式の下に、生成された電磁エネルギーを検出する段階を有することを特徴とする請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
前記生成された電磁エネルギーをモニターする段階は、燃料電池デバイスから物理的に隔てられた位置で生成された電磁エネルギーをモニターする段階を含むことを特徴とする請求項５８に記載の方法。
【請求項６２】
前記生成された電磁エネルギーをモニターする段階は、燃料電池デバイスに接触しないモニターによって、生成された電磁エネルギーをモニターする段階を含むことを特徴とする請求項５８に記載の方法。
【請求項６３】
前記モニターする段階はモニターによって行われ、前記変換する段階は検出器によって行われ、前記モニターと前記検出器とは共通のハウジングに含まれることを特徴とする請求項５８に記載の方法。
【請求項６４】
燃料電池デバイス内の燃料および酸化剤の電気化学反応によって１組の電気コンタクトの間に電圧を生成する手段と、
燃料電池デバイスからの電流を、前記電流と前記電圧を表現する電磁エネルギーに変換する手段と、
を有することを特徴とする燃料電池集合体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
燃料電池スタック１３０の全般的な概略図を、さらに他の例としての燃料電池集合体８０（３）の一部として図６に示す。スタック１３０は、エンドプレート１３４と１３６の間に配置される電池１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、および１３２ｄなどの複数個の燃料電池デバイス８２（３）を、燃料電池１３２の形態で含む。燃料電池の機能をモニターするために可能な多くの構成が存在することは、本発明の範囲内にある。１つの例では、それらは図５に示すようなグループとしてモニターされる。他の例では、電池は、個々の電池または電池のグループ別にモニターされるよう適合させられる。これらの図式的に示した例のために、燃料電池デバイスをモニターする３つのさらなる構成が、図６における構成Ｉ、ＩＩ、およびＩＩＩのように特定される。構成Ｉでは、各電池１３２がモニターされる。よって、検出器８８（３）は各電池１３２に関連付けられた検出器デバイス１３８を含む。従って、検出器デバイス１３８は、それぞれの燃料電池デバイス８２（３）で生成された電圧を表現する電磁エネルギー９４（３）を生成するよう適合させられる。例えば、検出器デバイスの１３８ａおよび１３８ｂは電池１３２ａおよび１３２ｂによって生成された電圧を感知し、感知された電圧に基づいて電磁エネルギー９４（３）（ａ）および９４（３）（ｂ）をそれぞれ生成する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
抵抗ＲＳとＲＰとしての値は、約１０ｍａのような電流の低水準を引き出すために選定される。第１の例として、検出器８８（４）が、４つ直列に接続されたそれぞれ約０．６ボルトを生成する燃料電池に亘るならば、２．４ボルトの正常電位が端子１６４と１６６で存在しているであろう。ＲＳ＝１７０オームに選択すると、電圧は約０．７ボルトがかかるダイオードと抵抗ＲＳの間で分割され、ＲＳには１．７ボルトがかかる。これは１０ｍａの正常な動作電流をもたらす。ダイオードを０．５ボルトの平均燃料電池電圧と２．０ボルトの総電圧で消灯させる必要があるならば、並列抵抗ＲＰは９１．５オームの値が与えられる。そして、０．７ボルトが抵抗ＲＰとダイオードの両方の両端に現れ、そして１．３ボルトが抵抗ＲＳの両端に現れる。２．０ボルトより大きな電圧に対して、ダイオードは短く、抵抗ＲＰの効果的なバイパスとして理想的に機能し、約０．７ボルトの電圧降下を維持する。総電圧が２．０ボルトを下回ると、抵抗ＲＰには０．７ボルト未満の電圧がかかり、そしてダイオードは消灯する。約２ボルトの伝導電圧を持つＬＥＤダイオードが使用されているときには、抵抗ＲＰは、この示された例から省略できる。ダイオードがバイアスされていないとき、それは回路に対して非常に大きな抵抗を示し、それに対応してきわめて少ない電流しか伝えない。
【国際調査報告】
2007535095.tif 000019