(57)【要約】   導管（２５〜２８）の十字形接合部分のベーン（３１）が第１の位置に位置しているとき、燃料電池スタック（１１）の空気インレット／アウトレットマニフォルド（１２）への空気の流入・流出を可能にし、そしてベーンが第１の位置と垂直に位置しているとき、燃料電池（１７、１８）の空気流領域を遮断するよう導管（２５、２６）が完全に封鎖される。ベーン（４１）が垂直に位置しているとき、ベーンにより空気インレット／アウトレットマニフォルドディバイダが形成され、またベーンが水平に位置しているとき、ベーンによりマニフォルドが完全に遮断される。ベーン（５９）が垂直に位置しているとき、ベーンは空気インレット／アウトレットマニフォルドディバイダ２４と整列し、またベーンが水平に位置しているとき、ベーンによりマニフォルドと導管（４４、４６）との間の流路が遮断される。同様のベーンは、燃料反応ガスの流入または封入を選択する単一バルブに使用される。
2007509468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックの反応ガス流領域内の（ａ）ガス流入・流出または（ｂ）ガス封入を選択的に提供する単一バルブであって、
ガスインレット流路（２７、３６；４４、５４）と、
ガスアウトレット流路（２８、３７；４６、５５）と、
ベーン（３１、４１、５９）と、を備え、
上記ベーンは、上記ガスインレット流路と上記ガスアウトレット流路との間に位置し、第１の位置（図２、４）または第２の位置（図３、５）の方向にあり、
上記第２の位置は、第１の位置と垂直であり、
上記ベーンが第１の位置に位置するとき、ベーンにより上記インレット流路を通して供給源から燃料電池スタックに反応ガスが流入し、かつ上記アウトレット流路を通して燃料電池スタックからガスが流出することを可能にし、
上記ベーンが第２の位置に位置するとき、ベーンにより上記流路を通して上記燃料電池スタックに流入・流出するガスを遮断する、ことを特徴とする単一バルブ。
【請求項２】
実質的に直交する交差部の４つの頂点で相互接続した４つの導管（２５〜２８）を備え、
上記ベーン（３１）は、上記交差部分内に位置し、かつ上記導管の中の第１の導管（２５）が第２の導管（２７）と相互接続して、上記ガスインレット流路を形成するとともに、第３の導管（２６）が第４の導管（２８）と相互接続して、上記ガスアウトレット流路を形成するように、上記頂点中の第１の対の頂点の間における上記第１の位置に配置されることが可能であり、
上記ベーンは、上記導管の中の上記第１の導管が上記第４の導管と相互接続し、かつ上記第２の導管が上記第３の導管と相互接続して、上記燃料電池スタックに流入・流出する上記流路の流れを遮断するように、上記第１の位置と垂直で、かつ上記頂点の中の第２の対の頂点の間における上記第２の位置に配置されることが可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の単一バルブ。
【請求項３】
ガス流路を有するガスインレット／アウトレットマニフォルド（１２、４０；１４、５１）を備え、
上記ベーン（４１、５０）は、上記ガス流路に位置し、上記第１の位置においては、上記ガス流路を上記ガスインレット流路と上記ガスアウトレット流路とに分け、第２の位置においては、上記ガス流路を遮断するように機能することを特徴とする請求項１に記載の単一バルブ。
【請求項４】
流入するガスを上記燃料電池スタックの第１の半分に案内するとともに、上記燃料電池スタックの第２の半分から流出するガスを受け取るように、上記アウトレット流路から上記インレット流路を分けるディバイダ（２４）を有するガスインレット／アウトレットマニフォルド（１２；１４）を備え、
上記ベーン（５９）が、上記第１の位置に位置するとき、ベーンは上記ディバイダと整列し、ベーンが上記第２の位置に位置するとき、ベーンは上記ディバイダと垂直になり、これによって上記インレット流路ならびに上記アウトレット流路が遮断されることを特徴とする請求項１に記載の単一バルブ。
【請求項５】
上記ベーンは、能動的な電動装置（３３）によって一方の位置から他方の位置に移動することを特徴とする請求項１に記載の単一バルブ。
【請求項６】
上記ベーンは、ばね（６０）によって上記第２の位置に保持され、また上記インレット流路ならびに上記アウトレット流路を流れるガスにより、上記第１の位置に移動することを特徴とする請求項１に記載の単一バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックの反応ガス流路の１つ或いは双方のインレットならびにアウトレット上の単一バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術においては、電池に電気的負荷をかけることなく燃料電池発電装置を遮断すると、通常、電池内に残る反応ガスが電池の高電圧化を引き起こし、ひいては触媒ならびに担体の酸化、腐食を引き起こすことが知られている。これによって、電池の性能劣化を引き起こす。
この問題を緩和する１つの方法は、不活性ガスまたは準不活性ガスによって、電池をパージすることである。２００１年６月１日に出願された米国特許出願番号第０９／８７２，９５７号においては、発電装置を遮断する過程が必要であり、ここでは、水素と主に窒素（燃料電池にとって不活性かつ無害な他のガスを有する場合もある）の特定のガス混合物の封入を要求される。窒素は空気から得られ、空気中の酸素は電池内の水素と反応することにより、その過程で早く消費される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発電装置を遮断する過程で、燃料電池内に特定のガス混合物を保持するには、燃料或いは酸化剤の反応流領域のインレットならびにアウトレットを封鎖することが必要である。
【０００４】
大気中の燃料電池発電装置の一部では、空気流に対しバルブが使用されない。他の装置では、空気流に対し一つのバルブのみが使用される。従って、特定のガス混合物を酸化剤流領域内で保持するには、燃料電池発電装置に１つ或いは２つのバルブを追加することが必要である。
【０００５】
燃料反応ガス流領域の場合、通常、２つのバルブを備えているので、コストならびに２つのバルブの複雑性を許容できるのであれば、燃料電池発電装置を遮断する際、燃料ガス流領域を遮断することに問題はない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、燃料電池スタックに流入・流出する燃料または酸化剤反応ガスを単一バルブで調整し、また発電装置を遮断する際、燃料電池スタックの１つ或いは双方の流領域内のガスを封入することを含む。
【０００７】
本発明によれば、単一バルブは、２つの位置のいずれかに位置することが可能であり、第１の位置は、反応ガス流領域に流入する反応ガス流ならびに反応ガス流領域から流出する反応ガス流を供給し、第２の位置は、同じ反応ガス流領域に流入・流出する反応ガス流を阻止する。
本発明における１つの形態によれば、導管は、互いに連通して十字形を形成しており、第１の位置のベーンは、一方の側のインレット導管と、他方の側のアウトレット導管と、を含む隣接した導管の間でのガスの流れを可能にする。ベーンが第２の位置に位置するとき、ベーンは隣接した導管の間のガスの流れを可能にするが、この一対の導管は、外部反応ガスインレットと外部反応ガスアウトレットであり、他の対の導管は、相互接続されるガス流領域のインレットとガス流領域のアウトレットであり、これによって、ガス流領域が遮断される。
【０００８】
他の実施例では、反応ガスマニフォルドの反応ガスインレット部分と反応ガスアウトレット部分との間の仕切りを跨ぐ調整バルブは、ベーンを有する。ベーンがインレットとアウトレットとの間の仕切りと整列した状態であるとき、マニフォルドに反応ガスが流入し、マニフォルドから反応ガスが流出する。しかし、ベーンがマニフォルドの仕切りと垂直に位置するとき、ベーンはガスの流入・流出を遮断し、またマニフォルドを密封する。これにより、燃料電池発電装置を遮断する際、ガス流領域のガスが封入される。この実用例は、箱形バルブ形式であるか、またはマニフォルドインレット全体の長さにわたって延びているマニフォルドディバイダ全体を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を参照すると、燃料電池スタック１１は、空気（または他の酸化剤）インレット／アウトレットマニフォルド１２と、エアターンマニフォルド１３と、燃料インレット／アウトレットマニフォルド１４と、燃料ターンマニフォルド１５と、を備える。スタックの燃料電池１７、１８は、プレッシャプレート２０、２１によって導電するよう互いに圧縮される。プレッシャプレートロッド、マニフォルドを保持するストラップ、および他の補助装置は、図示されていない。空気インレット／アウトレットマニフォルド１２は、ディバイダ２４を含む。図１に示すように、ディバイダ２４によって、インレット導管２５から取り込まれた吸入空気が燃料電池の左半分１７を通って流れ、その後、吸入空気は、エアターンマニフォルド１３を横切って、燃料電池の右半分１８を通り、アウトレット導管２６へと案内される。
【００１０】
導管２５、２６は、補助導管２７、２８と直角に結合しており、ベーン３１が図２に示すように左右の方向にあると、インレット導管２７から流入した空気は、ベーン３１を介して、インレット導管２５を通り、マニフォルド１２の中へと流れる。そして空気は、マニフォルド１２からアウトレット導管２６を通り、ベーン３１を介して、アウトレット導管２８を経て排出される。ここで、“排出”という用語は、特に燃料反応ガスについては、大気への放出、ならびに再循環経路への導入を含む。
【００１１】
図３に示すように、シャフト３２によって上下の方向となるようにベーン３１が回転すると、インレット導管２７がアウトレット導管２８と連絡し、またインレット導管２５がアウトレット導管２６と連絡する。言い換えると、空気インレット／アウトレットマニフォルド１２の２つのチャンバは互いに接続し、燃料電池スタックの空気流領域のガスを効果的に封入する。
【００１２】
従って、直角に結合した導管２５〜２８ならびにベーン３１を含む単一バルブは、ベーンが第１の位置に位置しているとき、空気流領域への流入・流出を可能にし、またベーンが第２の位置に位置しているとき、空気流領域への流入・流出を阻止する。
【００１３】
図１に示すように、直角に結合した導管３４〜３７のような類似の配置が、燃料インレット、アウトレットならびに燃料封入に利用される。この配置は、空気側の導管２５〜２８と互いに同じ関係を有する。
【００１４】
図４では、チャンバ４０が、空気インレット／アウトレットマニフォルド１２の幅全体にわたって延びている。ベーン４１が図４に示すように垂直なとき、ベーンはディバイダ２４と同様に空気流を分け、インレット導管４４からの空気流が、スタック１１の左側の燃料電池１７の中に流入し、またスタックの右側における燃料電池１８から出る空気流が、アウトレット導管４６に流入する。図５に示すように、ベーン４１が水平位置に切り換えられると、ベーンは構造体４０を完全に遮る。このようにして、ベーンは導管４４、４６から燃料電池１７、１８を遮断する。
【００１５】
チャンバ５１内の類似したベーン５０が、図４に示すように燃料インレット導管５４およびアウトレット導管５５と整列した状態では、燃料はスタック右側の燃料電池１８の中に流れる。ベーン５０の最も内側の部分が、燃料インレットマニフォルド１４内でディバイダとして機能する。一方で、ベーン５０が構造体５１を横切るよう回転したとき、ベーンが導管５４、５５から燃料電池１７、１８を遮断する。このようにして、ベーンがスタック１１の燃料流領域内のガスを封入する。
【００１６】
類似した実施例が、図６、７に示されている。その中で、空気インレットマニフォルド１２は、図１で図示したようなディバイダ２４を含む。構造体５８が、空気インレット／アウトレットマニフォルド１２の外部に設けられており、またベーン５９を備える。図６に示すように、ベーン５９は垂直のとき、ディバイダ２４と一直線になる。その結果、空気は、導管４４、４６を通って燃料電池に流入・流出する。図７に示すように、ベーン５９が水平位置に回転すると、構造体５８を完全に遮る。このようにして、ベーンは導管４４、４６から燃料電池１７、１８を遮断する。燃料マニフォルドでの同様のベーンならびにチャンバは、同様の過程で燃料ガスを流し、また封入する。
【００１７】
一方の位置から他方の位置へのベーンの移動は、従来技術における手段３３（図１）によって得られる。ベーンの動作は受動的であっても良く、図８に示すように、導管２６、２７のガス流がベーンに作用し、ばね６０の力に逆らってベーンが回転する。ソレノイドリンクやステップモータ、または他の能動的な電動装置を用いることもできる。
【００１８】
本発明を、２つの酸化剤ならびに燃料の流路を有する燃料電池について説明したが、直交部分にベーンを有する実施例（図１）は、他の従来技術における流路構造に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】反応剤流領域に選択的にガスを流入、または封入することを可能にする単一バルブを形成するように十字形導管を利用する本発明における実施例の斜視図。
【図２】流入位置のバルブを示す一部を切り欠いた部分平面図。
【図３】封入位置のバルブを示す一部を切り欠いた部分平面図。
【図４】ベーンからなる反応ガスインレットマニフォルドディバイダを有する燃料電池発電装置を流入位置において示す斜視図。
【図５】ベーンからなる反応ガスインレットマニフォルドディバイダを有する燃料電池発電装置を封入位置において示す斜視図。
【図６】インレット／アウトレットマニフォルドディバイダの外側に配置された箱形ダンパバルブを有する燃料電池発電装置の流入位置におけるベーンの状態を示す斜視図。
【図７】封入位置のベーンを示す図６の装置の部分斜視図。
【図８】受動的なベーン制御機構を備えた図１の装置の部分斜視図。
【図１】
2007509468.tif 000003
【図２】
2007509468.tif 000004
【図３】
2007509468.tif 000005
【図４】
2007509468.tif 000006
【図５】
2007509468.tif 000007
【図６】
2007509468.tif 000008
【図７】
2007509468.tif 000009
【図８】
2007509468.tif 000010
【国際調査報告】
2007509468.tif 000011