(57)【要約】Ｍ−ＮからＭまでラベル付けされた流域の列（２０〜２３、４９〜５２、６１〜６４、８７〜８９）の最後の燃料流域（２３，５２，６４，８９）の燃料出口（２９）から、Ｍ番目の流域又は、Ｍ番目と（Ｍ−１）番目の流域の両方のいずれかに適用されるリサイクル燃料を備える燃料電池発電設備（１９，４７，８６，１０２，１１２，１２１）。燃料リサイクルインペラはブロワ（３０）、排気で駆動されるターボ圧縮機（３０ａ）、エジェクタ（３０ｂ）又は電気化学水素ポンプ（３０ｃ）である。源（７７）からの燃料は、最初の燃料流域（８７）と流域の列の追加の燃料流域（８８，７４，８９）の両方に適用され、最初の流域の列における圧力降下要求と流速低減要求を低減することにより、追加の燃料流域におけるより多くの燃料を確保する。追加の燃料流域への流れは、流域内の電圧（１２６）か、排気の濃度（１２８）で制御可能である。一時的な燃料容積はタンク（１２５）によって供給される。
2007520049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ個の燃料流域（２０〜２３、４９〜５２、６１〜６４、７４，７５、８７〜８９、１５０〜１５２）の直列に配置された燃料流路を有し、該直列の最後の燃料流域は該直列におけるＭ番目の燃料流域であり、かつ、該直列における最初の燃料流域は（Ｍ−Ｎ）番目であり、ここで、ＮはＭより１つ少なく、燃料流域の上記直列は（ａ）各燃料電池の燃料流路を通るＭ個の燃料流経路（２０〜２３）と、（ｂ）１つの直列型燃料電池スタック内で直列の燃料流関係にあるＭ個のグループの燃料流域（４９〜５２、８７〜８９、１５０〜１５２）と、（ｃ）直列の燃料流関係にあるＭ個の燃料電池スタック（６１〜６４、７６，７５）の燃料流域であって、燃料は各スタックから上記直列の最後を除く隣接のスタック内に供給され、各燃料流域は燃料流域インレットと燃料流域出口の間で連結される燃料流域のいずれかから選択される複数の燃料電池であって、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域インレットは、（ｄ）内部燃料インレットマニホルド（２６）と、（ｅ）外部燃料インレットマニホルド（２６，１１７）と、（ｆ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｇ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択され、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域出口は、（ｈ）内部燃料出口マニホルド（２８）と、（ｉ）外部燃料出口マニホルド（２８，２９，９５）と、（ｊ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｋ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択される、燃料電池と、
燃料の源（２６，７７）と、
ここで、上記直列の最初の燃料流域は該源から燃料を受容し、
上記直列における追加の燃料流域（７５，８８，８９，１５１，１５２）であって、その直前の燃料流域から燃料を受容し、かつ、（ｌ）上記源から直接、又は（ｍ）上記源から燃料を受容する燃料貯蔵デバイス（１２５）を介して上記源からのいずれかによって受容する、追加の燃料流域（７５，８８，８９，１５１，１５２）と、
上記燃料流域のうちのＭ番目の燃料流域の燃料流域出口に連結された上記マニホルドのうちのいずれか１つから燃料を受容し、（ｒ）上記直列のＭ番目の燃料流域の燃料流域インレットに連結された上記マニホルド（５７，１１７）の内の最初のマニホルドか、（ｓ）上記直列の（Ｍ−１）番目の燃料流域の燃料流域インレットに連結された上記マニホルドの２番目のマニホルド（４０，５６、９４，９９）か、又は（ｔ）上記最初と２番目のマニホルドの両方にリサイクル燃料は供給される燃料リサイクルループ（３０，３４，３８）とを含んでなり、
上記燃料リサイクルループは、（ｕ）ブロワ（３０）か、（ｖ）電気化学水素ポンプ（３０ｃ）か、又は（ｗ）上記Ｍ番目の燃料流域の燃料流域出口に連結された入力と、上記最初と２番目のマニホルドのいずれか一方又は両方に連結される出力を有するエジェクタ（３０ｂ）のいずれかから選択されるインペラを有することを特徴とする、負荷に電力を供給するための燃料電池発電設備（１９，４７，６０，８６）。
【請求項２】
Ｍ個の燃料流域（２０〜２３、４９〜５２、６１〜６４、７４，７５、８７〜８９、１５０〜１５２）の直列に配置された燃料流路を有し、該直列の最後の燃料流域は該直列におけるＭ番目の燃料流域であり、かつ、該直列における最初の燃料流域は（Ｍ−Ｎ）番目であり、ここで、ＮはＭより１つ少なく、燃料流域の上記直列は（ａ）各燃料電池の燃料流路を通るＭ個の燃料流経路（２０〜２３）と、（ｂ）１つの直列型燃料電池スタック内で直列の燃料流関係にあるＭ個のグループの燃料流域（４９〜５２、８７〜８９、１５０〜１５２）と、（ｃ）直列の燃料流関係にあるＭ個の燃料電池スタック（６１〜６４、７６，７５）の燃料流域であって、燃料は各スタックから上記直列の最後を除く隣接のスタック内に供給され、各燃料流域は燃料流域インレットと燃料流域出口の間で連結される燃料流域のいずれかから選択される複数の燃料電池であって、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域インレットは、（ｄ）内部燃料インレットマニホルド（２６）と、（ｅ）外部燃料インレットマニホルド（２６，１１７）と、（ｆ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｇ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択され、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域出口は、（ｈ）内部燃料出口マニホルド（２８）と、（ｉ）外部燃料出口マニホルド（２８，２９，９５）と、（ｊ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｋ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択される、燃料電池と、
燃料の源（２６，７７）と、
ここで、上記直列の最初の燃料流域は該源から燃料を受容し、
上記燃料流域のうちのＭ番目の燃料流域の燃料流域出口に連結された上記マニホルドのうちのいずれか１つから燃料を受容し、（ｌ）上記直列のＭ番目の燃料流域の燃料流域インレットに連結された上記マニホルド（５７，１１７）の内の最初のマニホルドか、（ｍ）上記直列の（Ｍ−１）番目の燃料流域の燃料流域インレットに連結された上記マニホルドの２番目のマニホルド（４０，５６、９４，９９）か、又は（ｎ）上記最初と２番目のマニホルドの両方にリサイクル燃料は供給される燃料リサイクルループ（３０，３４，３８）、
とを含んでなることを特徴とする、燃料電池発電設備（１９，４７，６０，８６）。
【請求項３】
Ｍ個の燃料流域（２０〜２３、４９〜５２、６１〜６４、７４，７５、８７〜８９、１５０〜１５２）の直列に配置された燃料流路を有し、該直列の最後の燃料流域は該直列におけるＭ番目の燃料流域であり、かつ、該直列における最初の燃料流域は（Ｍ−Ｎ）番目であり、ここで、ＮはＭより１つ少なく、燃料流域の上記直列は（ａ）各燃料電池の燃料流路を通るＭ個の燃料流経路（２０〜２３）と、（ｂ）１つの直列型燃料電池スタック内で直列の燃料流関係にあるＭ個のグループの燃料流域（４９〜５２、８７〜８９、１５０〜１５２）と、（ｃ）直列の燃料流関係にあるＭ個の燃料電池スタック（６１〜６４、７６，７５）の燃料流域であって、燃料は各スタックから上記直列の最後を除く隣接のスタック内に供給され、各燃料流域は燃料流域インレットと燃料流域出口の間で連結される燃料流域のいずれかから選択される複数の燃料電池であって、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域インレットは、（ｄ）内部燃料インレットマニホルド（２６）と、（ｅ）外部燃料インレットマニホルド（２６，１１７）と、（ｆ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｇ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択され、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域出口は、（ｈ）内部燃料出口マニホルド（２８）と、（ｉ）外部燃料出口マニホルド（２８，２９，９５）と、（ｊ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｋ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択される、燃料電池と、
燃料の源（２６，７７）と、
ここで、上記直列の最初の燃料流域は該源から燃料を受容し、
上記直列における追加の燃料流域（７５，８８，８９，１５１，１５２）であって、（ｌ）前記直列における上記追加の燃料流域の直前の燃料流域と、（ｍ）直接上記源の両方から燃料受容する、追加の燃料流域（７５，８８，８９，１５１，１５２）、
とを含んでなることを特徴とする、負荷に電力を供給するための燃料電池発電設備（１９，４７，６０，８６）。
【請求項４】
前記追加の燃料流域が、前記直列の２番目の燃料流域（７５，８８）であることを特徴とする、請求項３記載の燃料電池発電設備。
【請求項５】
前記追加の燃料流域が、前記直列の最後の隣の燃料流域（８８，１５１）であることを特徴とする、請求項３記載の燃料電池発電設備。
【請求項６】
前記追加の燃料流域が、前記直列の最後の燃料流域（８９）であることを特徴とする、請求項３記載の燃料電池発電設備。
【請求項７】
前記直列の最後の隣の燃料流域（１５１）が、前記直列における該最後の隣の燃料流域の直前の燃料流域と、直接前記源の両方から燃料を受容し、かつ、前記直列の最後の流域（１５２）は、前記直列の最後の隣の燃料流域と、直接前記源の両方から燃料を受容することを特徴とする、請求項３記載の燃料電池発電設備。
【請求項８】
前記源から前記追加の流域への燃料流が、（ｎ）前記追加の燃料流域の燃料電池内で生じる電圧（１２６，１２７ａ）と、（ｏ）前記追加の燃料流域を通って流れる燃料の濃度（１２８）と、（ｐ）前記負荷を流れる電流（１３８）と、（ｑ）前記追加の流域を出る反応ガス流の圧力（１３６）のうちの少なくとも１つに応答して制御されることを特徴とする、請求項３記載の燃料電池発電設備。
【請求項９】
Ｍ個の燃料流域（２０〜２３、４９〜５２、６１〜６４、７４，７５、８７〜８９、１５０〜１５２）の直列に配置された燃料流路を有し、該直列の最後の燃料流域は該直列におけるＭ番目の燃料流域であり、かつ、該直列における最初の燃料流域は（Ｍ−Ｎ）番目であり、ここで、ＮはＭより１つ少なく、燃料流域の上記直列は（ａ）各燃料電池の燃料流路を通るＭ個の燃料流経路（２０〜２３）と、（ｂ）１つの直列型燃料電池スタック内で直列の燃料流関係にあるＭ個のグループの燃料流域（４９〜５２、８７〜８９、１５０〜１５２）と、（ｃ）直列の燃料流関係にあるＭ個の燃料電池スタック（６１〜６４、７６，７５）の燃料流域であって、燃料は各スタックから上記直列の最後を除く隣接のスタック内に供給され、各燃料流域は燃料流域インレットと燃料流域出口の間で連結される燃料流域のいずれかから選択される複数の燃料電池であって、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域インレットは、（ｄ）内部燃料インレットマニホルド（２６）と、（ｅ）外部燃料インレットマニホルド（２６，１１７）と、（ｆ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｇ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択され、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域出口は、（ｈ）内部燃料出口マニホルド（２８）と、（ｉ）外部燃料出口マニホルド（２８，２９，９５）と、（ｊ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｋ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択される、燃料電池と、
燃料の源（２６，７７）と、
ここで、上記直列の最初の燃料流域は該源から燃料を受容し、
上記源からの燃料を受容する燃料貯蔵デバイス（１２５）と、
上記直列における追加の燃料流域（７５，８８，８９，１５１，１５２）であって、（ｌ）前記直列における前記追加の燃料流域の直前の燃料流域と、（ｍ）前記燃料貯蔵デバイスか又は（ｎ）前記源のいずれか一方とから燃料を受容する、追加の燃料流域（７５，８８，８９，１５１，１５２）、
とを含むことを特徴とする、燃料電池発電設備（１９，４７，６０，８６）。
【請求項１０】
Ｍ個の燃料流域（２０〜２３、４９〜５２、６１〜６４、７４，７５、８７〜８９、１５０〜１５２）の直列に配置された燃料流路を有し、該直列の最後の燃料流域は該直列におけるＭ番目の燃料流域であり、かつ、該直列における最初の燃料流域は（Ｍ−Ｎ）番目であり、ここで、ＮはＭより１つ少なく、燃料流域の上記直列は（ａ）各燃料電池の燃料流路を通るＭ個の燃料流経路（２０〜２３）と、（ｂ）１つの直列型燃料電池スタック内で直列の燃料流関係にあるＭ個のグループの燃料流域（４９〜５２、８７〜８９、１５０〜１５２）と、（ｃ）直列の燃料流関係にあるＭ個の燃料電池スタック（６１〜６４、７６，７５）の燃料流域であって、燃料は各スタックから上記直列の最後を除く隣接のスタック内に供給され、各燃料流域は燃料流域インレットと燃料流域出口の間で連結される燃料流域のいずれかから選択される複数の燃料電池であって、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域インレットは、（ｄ）内部燃料インレットマニホルド（２６）と、（ｅ）外部燃料インレットマニホルド（２６，１１７）と、（ｆ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｇ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択され、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域出口は、（ｈ）内部燃料出口マニホルド（２８）と、（Ｉ）外部燃料出口マニホルド（２８，２９，９５）と、（ｊ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｋ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択される、燃料電池と、
燃料の源（２６，７７）と、
ここで、上記直列の最初の燃料流域は該源から燃料を受容し、
上記燃料流域のうちのＭ番目の燃料流域の燃料流域出口に連結された上記マニホルドのうちのいずれか１つから燃料を受容し、（ｌ）上記直列のＭ番目の燃料流域の燃料流域インレットに連結された上記マニホルド（５７，１１７）の内の最初のマニホルドか、（ｍ）上記直列の（Ｍ−１）番目の燃料流域の燃料流域インレットに連結された上記マニホルドの２番目のマニホルド（４０，５６、９４，９９）か、又は（ｎ）上記最初と２番目のマニホルドの両方にリサイクル燃料は供給される燃料リサイクルループ（３０，３４，３８）とを含んでなり、
上記燃料リサイクルループは、（ｏ）ブロワ（３０）か、（ｐ）電気化学水素ポンプ（３０ｃ）か、又は（ｑ）上記Ｍ番目の燃料流域の燃料流域出口に連結された入力と、上記最初と２番目のマニホルドのいずれか一方又は両方に連結される出力を有するエジェクタ（３０ｂ）のいずれかから選択されるインペラを有することを特徴とする、燃料電池発電設備（１９，４７，６０，８６）。
【請求項１１】
Ｍ個の燃料流域（２０〜２３、４９〜５２、６１〜６４、７４，７５、８７〜８９、１５０〜１５２）の直列に配置された燃料流路を有し、該直列の最後の燃料流域は該直列におけるＭ番目の燃料流域であり、かつ、該直列における最初の燃料流域は（Ｍ−Ｎ）番目であり、ここで、ＮはＭより１つ少なく、燃料流域の上記直列は（ａ）各燃料電池の燃料流路を通るＭ個の燃料流経路（２０〜２３）と、（ｂ）１つの直列型燃料電池スタック内で直列の燃料流関係にあるＭ個のグループの燃料流域（４９〜５２、８７〜８９、１５０〜１５２）と、（ｃ）直列の燃料流関係にあるＭ個の燃料電池スタック（６１〜６４、７６，７５）の燃料流域であって、燃料は各スタックから上記直列の最後を除く隣接のスタック内に供給され、各燃料流域は燃料流域インレットと燃料流域出口の間で連結される燃料流域のいずれかから選択される複数の燃料電池であって、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域インレットは、（ｄ）内部燃料インレットマニホルド（２６）と、（ｅ）外部燃料インレットマニホルド（２６，１１７）と、（ｆ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｇ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択され、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域出口は、（ｈ）内部燃料出口マニホルド（２８）と、（ｉ）外部燃料出口マニホルド（２８，２９，９５）と、（ｊ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｋ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択される、燃料電池と、
燃料の源（２６，７７）とを含んでなり、
上記直列における最初の燃料流域は、（ｌ）直接上記源か又は（ｍ）上記源から燃料を受容する燃料貯蔵デバイス（１２５）を介して上記源のいずれか一方から燃料を受容することを特徴とする、燃料電池発電設備（１９，４７，６０，８６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電設備から排気される燃料は、燃料電池発電設備内の燃料流域のいくつかではあるが、全部より少ない流域で燃料リサイクルループにより戻され、燃料は少なくとも２つの流域に供給され、リサイクル燃料はブロワ、電気化学水素ポンプ、又はエジェクタ（エダクタ（放出器））によって推進される、燃料電池発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
陽子交換膜型燃料電池発電設備において、例えば９９％台の高い燃料利用率を達成する一方で燃料電池発電設備内のいずれの部分においても燃料の欠乏を避けるために、燃料リサイクルループが通常採用される。そのようなリサイクルループは、リサイクルされる燃料の圧力を、新たに取り入れる燃料と実質的に同じ圧力に戻すような種類のポンプを利用して、燃料電池発電設備からの燃料排気を受容し、燃料電池発電設備の燃料インレットにそれを戻す。燃料リサイクルループの使用により、装置全体における燃料の利用率を、個々の燃料電池における燃料利用率よりも高いものとすることができる。
【０００３】
燃料のリサイクルにはブロワや圧縮機が必要であり、コストと無給電力の消費が増大する。純粋な水素系の場合、改質油とは反対に水素の密度が低いため、燃料を汲み上げるのが難しい。
【０００４】
あるいは又、高い燃料利用率は、燃料を逐次的に通過させることによって達成することができ、その場合、燃料電池スタックにおける個々の燃料電池のそれぞれ内か、又は、燃料電池の異なるグループの燃料電池群を介するかのいずれかを介して、最初に１組の燃料流域を通り、次いで、次の組の燃料流域を通る。これは、直列型（ｃａｓｃａｄｅｄ）燃料電池装置と呼ばれる。そのような装置は、燃料リサイクルループを使用することなく９９％台の装置全体の燃料利用率を達成することができるが、このような装置には他の問題が存在する。これらの問題には、燃料流域全体にわたる圧の高い割合での低下、水素が電解質を介して移動する窒素などの不活性ガスで希釈されることによる局部、特に燃料流域の最後の部位における燃料欠乏の危険性、及び、燃料が急速に装置全体に導入されるという問題による燃料電池装置の始動と停止、特に始動時の困難性が含まれている。
【０００５】
始動時の問題は、共に係属中の２００１年８月３日出願の米国特許出願第０９／９２１，８０９号に開示されるように、燃料を全ての燃料流域中に燃料供給管から直接導入し、燃料を全ての燃料流域から直接排気中へ引き出すことによって部分的に解消されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、燃料電池発電設備における改善された燃料利用率、燃料電池の燃料流域全体にわたる圧力のより低率での低下、直列型燃料電池流域における改善された燃料利用率、燃料電池発電設備における低減された燃料リサイクル圧、及び、燃料電池発電設備における改善された燃料の取扱並びに利用率を含む。
【０００７】
本発明によれば、１つの燃料流域から出る燃料が次の別の燃料流域に逐次流れるよう、燃料は、直列に配置された燃料流域を通って流され、燃料電池発電設備の燃料排気からのリサイクル燃料があり、上記直列に並んだ燃料流域の最後の２つの一方又は両方のいずれかへ燃料はリサイクルされる。
【０００８】
一連の燃料流域は、個々の燃料電池の燃料流路内における様々な経路であってよい。あるいは、燃料流域は、単一の直列型スタック内で直列に配置された燃料電池のグループであってもよく、また、最後のスタック以外に存在する燃料が逐次的に後続の次のスタックに入るような、一連の燃料フローの関係を有する個々の燃料電池スタックである燃料電池であってよい。多数の燃料経路が、内部燃料マニホルド又は外部燃料マニホルド、あるいは内部及び外部燃料マニホルドの両方によって得られる。
【０００９】
さらに本発明によれば、燃料電池発電設備内の、一連の燃料流域における隣の燃料流域に燃料を供給する第１の燃料流域を通る低減された燃料速度を得るために、取り入れられた燃料のいく分かを、その組の第１の燃料流域の周囲で迂回させ、同じ組の別の燃料流域の燃料インレットに直接適用する。燃料の一部を第１の流域の周囲で迂回させることは、流量を減少させることになる第１の流域による圧力低下を低減するため、有利である。減少した流量により又、第１の流域への入口における電解質の乾燥が低下する。これは、電解質が陽子交換膜である場合、電解質の寿命を延ばすことにおいて特に重要である。一例において、２つの燃料電池スタックが直列に連結され、その列における第２のスタックは、列の第１のスタックと、燃料供給管の両方からの燃料を受容する。他の例では、直列型燃料電池スタックの第１と第２の段の両方が、燃料供給管からの燃料を受容する。本発明のこの態様における別の例は、源からの燃料を直接、直列に配置された流域の最後の流域に供給する。
【００１０】
本発明によれば、さらなる流域内への燃料の流量は、少なくとも１つの（ａ）その流域内の電圧と、（ｂ）そこから排出する燃料によって制御される。
【００１１】
さらに本発明によれば、燃料電池発電設備は、燃料電池スタックから、その流域の燃料インレット内へ燃料を引き入れるためにエジェクタ又はエダクタを使用するものである。
【００１２】
本発明によれば、さらに、燃料電池スタックの燃料排気は、リサイクル燃料を供給するため、燃料電池スタックの燃料流域のインレットへ、単純なブロワによって推進される。
【００１３】
本発明によればまた、燃料電池スタックの燃料排気は、リサイクル燃料を供給するため、燃料電池スタックの燃料流域のインレットへ、電気化学水素ポンプによって推進される。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、第１の燃料流域以外の燃料流域に低い圧力容積の燃料を与えることによって、燃料電池スタックに対する負荷において急速な増大があるときに、下流の燃料流域へ追加の水素を流すことができる。
【００１５】
本発明のその他の目的、特徴及び利点は、以下の、関連図面に図示されているような例示的な実施態様の詳細な説明を参照することによってより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１を参照すると、燃料電池発電設備１９は複数の燃料電池（そのうちの1つだけを示している）を含み、それぞれは、経路Ｍ−Ｎから経路ＭからなるＭ個の燃料流域２０〜２３の直列に配置された燃料流路を有し、最後の経路２３を除く各経路２０〜２２の燃料流域は、逐次的に次の燃料流域２１〜２３へ燃料供給される。流域２０と流域２１の間の移行部２５は、内部転向マニホルドである。燃料は、燃料供給管２７から内部燃料インレットマニホルド２６で受容され、燃料電池スタック１９の排気は、内部燃料排気マニホルド２８と管２９を通過して燃料リサイクルインペラ３０へ送られる。燃料リサイクルインペラ３０の出力は、コントローラ３５に応答して第１の弁３４を介してバイパスインレット管３６と内部マニホルド３７とを通り、燃料電池スタックの最後の経路２３へ供給され、同時に、弁３８とバイパスインレット管３９と内部マニホルド４０を介して燃料電池スタックのＣ１経路２２へ供給される。排気のいく分かは、弁４１を通って排気管４２へ送られる。図１の実施態様では、燃料インレットからの燃料は、各燃料電池内のチャネル（流路）を介して燃料排気へ送られ、１つの経路から次の経路へ、各セル（電池）内に形成された内部転向マニホルドによって戻される。
【００１７】
図２は、図１の燃料電池発電設備１９を図示しているが、１つの経路から次の経路への燃料輸送の全てが、この態様では、外部転向マニホルド４５，４０ａ，３７ａによって達成される。所望に応じて、１つの経路から次の経路への輸送を、内部転向マニホルドで実現することも可能であり、これは、バイパス燃料の取り込みがある場合に限り適当である。
【００１８】
図１と図２それぞれの構成では４つの経路があるが、２つ又は３つ、あるいは４つより多くてもよい。図１と図２それぞれの構成において、リサイクル燃料は、燃料電池スタックの最後の経路と、燃料電池スタックの最後の経路の隣の経路の両方に供給される。しかしながら、本発明によれば、リサイクル燃料は、燃料電池スタックの最後の経路２３か、燃料電池スタックの最後の経路の隣の経路２２のいずれか一方に供給することだけが必要である。
【００１９】
図３を参照すると、直列型燃料電池発電スタック４７は、Ｍ−ＮからＭまで直列に配置された燃料電池４９〜５２のサブスタックの列を含んでなり、最後のサブスタック５２を除く各サブスタック４９〜５１の燃料の排出は、上記列の５０〜５２である次のサブスタックへ供給される。各サブスタック内には多数の燃料電池が存在し、直列型スタック４７の燃料電池は、相互に電気的に直列に連結されている。直列型スタック４７において、燃料は転向マニホルド５５によって第１のサブスタック４９から第２のサブスタック５０へ送られ、第２のサブスタックから第３のサブスタックへ、転向マニホルド５６によって送られ、次いで、第３のサブスタックから第４のサブスタックへと転向マニホルド５７によって送られる。転向マニホルド５６と５７は、最後の２つの流域にバイパス燃料を供給するバイパス燃料インレット３６，３９を有する。
【００２０】
図３の構成において、直列型燃料電池スタック４７は、４つのサブスタックを備えているが、本発明によれば、２つのサブスタック、３つのサブスタック、又は４つより多くのサブスタックであってもよい。直列型燃料電池スタック４７において、リサイクル燃料は最後の２つのサブスタック５１，５２に供給される。しかしながら、本発明によれば、転向マニホルド５６が燃料インレット３９を有さないような場合、リサイクル燃料は最後のサブスタック５２にだけ供給することもできる。
【００２１】
図４を参照すると、燃料電池発電設備６０は、Ｍ−Ｎ〜Ｍとラベル付けされた複数の完全な燃料電池スタック６１〜６４を備えている。第１のスタック６１は、燃料供給管２７からの燃料を受容し、上記列の第２のスタック６２は、該列の第１の燃料スタック６１からコンジット６８を越えた燃料を受容し、第３の燃料電池スタック６３は、第２の燃料電池スタックと弁３８の両方からの、コンジット６９中の燃料を受容し、この燃料は、インペラ３０によって供給されるリサイクル燃料を含み、インペラ３０は、アウトレット２９によって、上記列の最後のスタック６４の燃料流域出口と相互連結された燃料排出マニホルドに連結されている。上記列の最後のスタック６４は、列中の最後のスタックの隣のスタック６３と、インペラ３０からのバイパス燃料を受容する弁３４の両方から、コンジット７０を越えた燃料を受容する。
【００２２】
燃料電池発電設備６０は、４つの燃料電池スタック６１〜６４を備えているが、２つの燃料電池スタック、３つの燃料電池スタックまたは、４つより多い燃料電池スタックを備えることも可能である。燃料電池発電設備６０は、列の最後のスタック６４とその隣のスタック６３の両方にバイパス燃料を供給するが、本発明によれば、バイパス燃料は、列の最後のスタックの隣のスタック６３にのみ、あるいは、最後のスタック６４にのみ供給することもでき、その場合、弁３４，３８とそれらに関連するコンジットは省略される。
【００２３】
図５には本発明の他の形態が例示されており、この形態では、燃料電池発電設備７３は、Ｍ−Ｎ〜Ｍとラベル付けされた２つの燃料電池スタック７４，７５を備える。燃料は、コントローラ３５の制御下において弁７８を介して源７７からスタック７４の燃料インレットマニホルドのインレット８０に供給される。燃料は又、（オリフィスで置換可能な）弁８２を介して弁７８から列の第２のスタック７５の燃料インレットマニホルドのインレット８３へ供給され、インレット８３は又、スタック７４の燃料排出マニホルドからの燃料も受容する。本発明のこの形態によれば、このことにより、スタック７４を介してその燃料を流すことなく、スタック７５へ燃料のいく分かが供給され、これは、スタックの燃料流域における燃料速度と圧力低下を低減させることができ、さらに、スタック７５における部分的な燃料の欠乏を避ける助けとなる。
【００２４】
図６に図示するように、列の最後のスタックの燃料排出マニホルドから出る燃料は、燃料排出コンジット８５を介してリサイクル燃料インペラ３０に供給してよく、そのインペラ３０は、コントローラ３５に応答して弁３８を介してリサイクル燃料をスタック７４の燃料インレットマニホルドのインレット８０に供給する。そのため、図５と図６の燃料電池発電設備７３で例示される本発明の態様は、スタックの１つに供給されるリサイクル燃料と共に、あるいはそのようなリサイクル燃料なしに使用することができる。図６の例は、リサイクル燃料を燃料流域の列中の第１の燃料流域（スタック７４）にのみ供給するように示されているが、リサイクル燃料は、この列の第２の燃料流域、スタック７５、又は両方のスタックに供給することもできる。図５と図６のそれぞれの構成は、２つのスタックのみを有するものとして例示されているが、本発明によれば、様々な形態のリサイクル燃料と共に、あるいは伴わずに、３つ又はより多くのスタックを採用することができる。
【００２５】
図６の燃料リサイクルガスが供給されるスタックＭ−Ｎの上流のる弁８２に燃料を供給することが望ましい。この配置には、（１）ストリームの水素含量が高濃度であることと、（２）ストリームが水を含まないことにより、フロー（流れ）をより正確に調節することができることという２つの利点がある。
【００２６】
図７を参照すると、直列型燃料電池発電設備８６は、Ｍ−Ｎ〜Ｍとラベル付けされた燃料電池８７〜８９のグループの列を有する。直列型発電設備８６は、燃料インレットマニホルド９２、第１の燃料転向マニホルド９４、第２の燃料転向マニホルド９３、及び燃料排出マニホルド９５を有する。源７７からの燃料は、コントローラ３５に応答して弁７８を通過し、燃料インレットマニホルド９２内へ直接入る。燃料は又、コントローラ３５の制御下で弁８２を介して第１の燃料転向マニホルド９３へ流れる。このようにして、直列型燃料電池発電設備８６中の第２のグループ８８と第３のグループ８９に到達した燃料は、その全部が第１のグループ８７を通過する必要がない。従って、第１のグループ８７による電解質の圧力降下並びに乾燥（ドライアウト）はより小さいものとなり、かつ、第２と第３のスタック８８，８９の燃料要求を、低速の燃料流に合わせることができる。
【００２７】
図８において、燃料電池発電設備８６は、源７７からの燃料を、燃料流域８９のＭ番目のグループ内に直接燃料を供給するよう、弁７８，８２を通過させて転向マニホルド９４ａへの燃料インレットに送る。図８の構成では、転向マニホルド９３ａは源７７からの燃料インレットを有さない。
【００２８】
図８においては又、弁８２に対する制御が、セルの最後のグループ内の電圧１２７ａに応答可能であり、その電圧は、グループ全体にわたる電圧、又は、ある数の燃料電池で利用される電圧とすることが可能であることが示されている。あるいは又、コントローラ３５は、ライン１２９上にある燃料排出マニホルド９５からの燃料アウトレット中の水素濃度を指示する水素検出器１２８に応答して弁８２を制御できる。さらには、電圧と水素濃度の両方を弁８２の制御に利用することも可能である。このように、ライン１２７ａ上の最後のセルグループ内におけるセル電圧の平均が、ライン１２７上のスタック全体にわたるセル電圧の平均より低い場合、水素の欠乏が指示されて弁８２が開く、あるいは、より大きく開く。同様に、水素の欠乏（燃料排出マニホルド９５からの排気中の水素濃度が低すぎる場合）の指示により、コントローラ３５により、弁８２を通る流れの容積が増大する。反対に、逆の指示があった場合には、弁８２を部分的又は完全に閉じるよう調節することができる。
【００２９】
図８は又、コントローラを、圧力変換器１３６からの信号、並びに、電流センサ１３８からの信号によって指示される際の負荷を通る電流に応答させることもできる。
【００３０】
図９を参照すると、直列型燃料電池発電設備８６は、別のグループ９８と追加の燃料転向マニホルド９９を有し、上記で図３を参照しながら説明したように、最後の２つのグループ９８，８９へのリサイクル燃料流を含む。そのため、燃料電池発電設備は、直列型燃料電池スタックにおける燃料のいく分かをスタックの第２のグループ（Ｃ２）に供給することにより、該直列型燃料電池スタックの第１のグループ（Ｍ−Ｎ）を通る燃料流の量と速度を低減することができること、同時に、直列型燃料電池スタック中の最後のグループ（Ｍ）にのみにリサイクル燃料を適用するか、又は、燃料電池スタックの最後の隣のグループ（Ｃ１）に適用するか、あるいは両方に適用することを含む、本発明のこれら形態の両方を利用することができる。
【００３１】
図１０を参照すると、直列型燃料電池発電設備１１２は、実質的に、図３を参照しながら説明した直列型燃料電池発電設備４７の、３つのグループを有する型であるが、ここでは、燃料電池の３つのグループ４９，５０，５２のみであり、かつ、１つのリサイクルインレット３６のみが存在する。図１０では、本発明の別の形態は、リサイクル燃料が燃料流域の列の最後の１つ又は２つの燃料流域にのみ戻されるときに低圧要求がある形態である。これにより、低電力、燃料を燃料転向マニホルド１１７に輸送するエジェクタ３０ｂなどの低圧インペラの利用が可能である。エジェクタ３０ｂは、燃料流域５２のうちの１つにわたる圧力降下がほんのわずかであることにより、従来既知の燃料電池発電設備の第１の流域（４９など）へ燃料リサイクルガスを適用する場合とは対照的に、リサイクル燃料を燃料アウトレット２９から取り出すことができる。
【００３２】
図１１に例示の燃料電池発電設備１２１は、図１０の燃料電池発電設備１０２，１１２に類似しているが、インペラ３０ｃが上記米国特許第６，２８０，８６５号明細書で開示されるような電気化学水素ポンプである点で異なる。
【００３３】
そのため、本発明の重要な形態は、燃料流域の列中の最後の流域の１つ又は２つのいずれか一方へ燃料バイパスを適用することによって燃料バイパスの圧力を低下させる形態であることである。低圧により、エジェクタ、電気化学水素ポンプなどのデバイス、低圧要求と低エネルギー要求を有する簡単なブロワの使用が可能となる。これにより、無給電力の消費を最小化されるため、燃料電池発電設備全体がより効率的なものとなる。本発明は又、発電設備全体の燃料利用率が９９％台である場合でさえ、燃料流が直列関係に配置された燃料流域の後段が燃料の欠乏にさらされないことを確実にする。
【００３４】
本発明の他の態様が図１２に例示されており、ここでは、燃料電池発電設備８６は図８のものに類似するが、弁８２とマニホルド９４ａの間に設けられた低圧燃料貯蔵タンク１２５のように、予備燃料量が設けられている点で異なる。これにより、流域８９の最後のグループが、燃料電池スタックの負荷が急速に増大する時に、迅速に追加の水素を受容することが可能となる。源からの燃料を、図５〜図９に図示したように、燃料流域の列の第１の流域以外に適用することにより、燃料として純粋な水素ではなく改質油が使用される時に、特に有益である。
【００３５】
図５〜図９及び図１２の実施態様の全てにおいて、弁７８，８２は直列配置である必要はなく、弁８２は、水素又は改質油などの水素高濃度燃料の源７７に直接連結してもよい。そのため、追加の燃料流域は、源からの燃料を直接又は貯蔵デバイス１２５を介して受容することができ、利用可能な燃料容積を追加して負荷の過渡電流が増大する際に補助する。
【００３６】
図１２は又、本発明のさらなる形態を示しており、追加の燃料流域８９への燃料の流量は、ライン１２７ａ上でコントローラ３５に信号を供給する電圧センサ１２６で測定された際の燃料流域のグループか、又はサブグループのいくつかの電圧によって制御される。あるいは、追加の燃料流域８９に供給される燃料の量は、ライン１２９上でコントローラ３５に信号を供給する水素検出器１２８で検出された際に、燃料排出マニホルド９５から排出される燃料などの、追加の燃料流域を通る燃料の流量で制御することもできる。あるいは又、電圧と水素濃度を、追加の流域への流量を制御するのに使用することもできる。
【００３７】
図１３は、対応する弁１５５…１５６，１５７の制御下で、いずれかの個数の燃料流域（Ｘ）１５０…１５１，１５２が、源７７から直接燃料を受容でき、同様に、対応する弁１６０，１６１から燃料リサイクルガスを受容できることが例示されている。源７７からの燃料は、最初の２つ、最初と最後、又は全てに適用できるが、所望に応じて、リサイクル燃料ガスを、最後、最後の隣、最初又は燃料流域のいずれかの組み合わせに供給することもできる。図１３においては、燃料流域は各セルの燃料流路、１つの直列型燃料電池スタック内における直列燃料流関係における燃料電池のＭ個のグループの燃料流域、又は、直列燃料流関係にあるＭ個の燃料電池スタックの燃料流域を通過する燃料流であると理解すべきである。
【００３８】
本発明のいくつかの態様を採用した燃料電池発電設備は、最大効率に関して好ましいものであり得るが、本発明の様々な態様は利用率に応じて個別に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による、燃料電池スタックの全ての燃料電池内に複数の経路を有し、最後の２つの経路にリサイクル燃料が適用される燃料電池発電設備を示す、簡略化した定型的な概略図。
【図２】外部燃料マニホルドのみを採用した、図１の燃料電池発電設備を示す、簡略化した定型的な概略図。
【図３】本発明による、直列型燃料電池スタック中に、燃料流が直列関係に配置された燃料電池の複数のグループを有し、スタックの最後の２グループにリサイクル燃料が適用される燃料電池発電設備を示す、簡略化した定型的な概略図。
【図４】本発明による、直列に配置された複数の燃料電池スタックを有し、列の最後の２つのスタックにリサイクル燃料が適用される燃料電池発電設備を示す、簡略化した定型的な概略図。
【図５】本発明による、１対の燃料電池スタックを備え、第２の燃料電池スタックが、第１の燃料電池スタックと燃料供給管の両方からの燃料を受容する燃料電池発電設備を示す、簡略化した定型的な概略図。
【図６】第１のスタックのインレットに供給されるリサイクル燃料を有する、図５の燃料電池発電設備を示す、簡略化した定型的な概略図。
【図７】本発明による、複数の燃料電池のグループを有し、第２のグループが、第１のグループと燃料供給管の両方からの燃料を受容する直列型燃料電池設備を示す、簡略化した定型的な概略図。
【図８】本発明による、複数の燃料電池のグループを有し、最後のグループが、最後の隣のグループと燃料供給管の両方からの燃料を受容する直列型燃料電池発電設備を示す、簡略化した定型的な概略図。
【図９】本発明による直列型燃料電池スタックであって、第２のグループが第１のグループと燃料供給管の両方からの燃料を受容し、かつ、燃料電池発電設備の排気から該列における最後の２つのグループに供給されるリサイクル燃料を有する直列型燃料電池スタックを示す、簡略化した定型的な概略図。
【図１０】本発明による直列型燃料電池スタックであって、燃料電池スタックからの燃料排気からリサイクル燃料を取り出して、該列の最後のグループのインレットへ供給するエジェクタを有する直列型燃料電池スタックを示す、簡略化した定型的な概略図。
【図１１】本発明による直列型燃料電池スタックであって、燃料電池スタックからの燃料排気からリサイクル燃料を取り出して、該列の最後のグループのインレットへ供給する電気化学水素ポンプを有する直列型燃料電池スタックを示す、簡略化した定型的な概略図。
【図１２】本発明による、複数の燃料電池グループを有し、最後のグループは、最後の隣のグループと燃料供給貯蔵タンクの両方からの燃料を受容する直列型燃料電池発電設備を示す、簡略化した定型的な概略図。
【図１３】それらの内のいくつか、又は全部が源及び／又は燃料リサイクルガスからの新鮮な燃料を受容可能な、直列に配置された燃料流域を示す、簡略化された定型的なブロック図。
【図１】
2007520049.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年11月17日(2005.11.17)
【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】
Ｍ個の燃料流域（２０〜２３、４９〜５２、６１〜６４、７４，７５、８７〜８９、１５０〜１５２）の直列に配置された燃料流路を有し、該直列の最後の燃料流域は該直列におけるＭ番目の燃料流域であり、かつ、該直列における最初の燃料流域は（Ｍ−Ｎ）番目であり、ここで、ＮはＭより１つ少なく、燃料流域の上記直列は（ａ）各燃料電池の燃料流路を通るＭ個の燃料流経路（２０〜２３）と、（ｂ）１つの直列型燃料電池スタック内で直列の燃料流関係にあるＭ個のグループの燃料流域（４９〜５２、８７〜８９、１５０〜１５２）と、（ｃ）直列の燃料流関係にあるＭ個の燃料電池スタック（６１〜６４、７６，７５）の燃料流域であって、燃料は各スタックから上記直列の最後を除く隣接のスタック内に供給され、各燃料流域は燃料流域インレットと燃料流域出口の間で連結される燃料流域のいずれかから選択される複数の燃料電池であって、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域インレットは、（ｄ）内部燃料インレットマニホルド（２６）と、（ｅ）外部燃料インレットマニホルド（２６，１１７）と、（ｆ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｇ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択され、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域出口は、（ｈ）内部燃料出口マニホルド（２８）と、（ｉ）外部燃料出口マニホルド（２８，２９，９５）と、（ｊ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｋ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択される、燃料電池と、
燃料の源（２６，７７）と、
ここで、上記直列の最初の燃料流域は該源から燃料を受容し、
上記直列における追加の燃料流域（７５，８８，８９，１５１，１５２）であって、その直前の燃料流域から燃料を受容し、かつ、（ｌ）上記源から直接、又は（ｍ）上記源から燃料を受容する燃料貯蔵デバイス（１２５）を介して上記源からのいずれかによって受容する、追加の燃料流域（７５，８８，８９，１５１，１５２）と、
上記燃料流域のうちのＭ番目の燃料流域の燃料流域出口に連結された上記マニホルドのうちのいずれか１つから燃料を受容し、（ｒ）上記直列のＭ番目の燃料流域の燃料流域インレットに連結された上記マニホルド（５７，１１７）の内の最初のマニホルドか、（ｓ）上記直列の（Ｍ−１）番目の燃料流域の燃料流域インレットに連結された上記マニホルドの２番目のマニホルド（４０，５６、９４，９９）か、又は（ｔ）上記最初と２番目のマニホルドの両方にリサイクル燃料は供給される燃料リサイクルループ（３０，３４，３８）とを含んでなり、
上記燃料リサイクルループは、（ｕ）ブロワ（３０）か、（ｖ）電気化学水素ポンプ（３０ｃ）か、又は（ｗ）上記Ｍ番目の燃料流域の燃料流域出口に連結された入力と、上記最初と２番目のマニホルドのいずれか一方又は両方に連結される出力を有するエジェクタ（３０ｂ）のいずれかから選択されるインペラを有することを特徴とする、負荷に電力を供給するための燃料電池発電設備（１９，４７，６０，８６）。
【請求項２】
Ｍ個の燃料流域（２０〜２３、４９〜５２、６１〜６４、７４，７５、８７〜８９、１５０〜１５２）の直列に配置された燃料流路を有し、該直列の最後の燃料流域は該直列におけるＭ番目の燃料流域であり、かつ、該直列における最初の燃料流域は（Ｍ−Ｎ）番目であり、ここで、ＮはＭより１つ少なく、燃料流域の上記直列は（ａ）各燃料電池の燃料流路を通るＭ個の燃料流経路（２０〜２３）と、（ｂ）１つの直列型燃料電池スタック内で直列の燃料流関係にあるＭ個のグループの燃料流域（４９〜５２、８７〜８９、１５０〜１５２）と、（ｃ）直列の燃料流関係にあるＭ個の燃料電池スタック（６１〜６４、７６，７５）の燃料流域であって、燃料は各スタックから上記直列の最後を除く隣接のスタック内に供給され、各燃料流域は燃料流域インレットと燃料流域出口の間で連結される燃料流域のいずれかから選択される複数の燃料電池であって、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域インレットは、（ｄ）内部燃料インレットマニホルド（２６）と、（ｅ）外部燃料インレットマニホルド（２６，１１７）と、（ｆ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｇ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択され、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域出口は、（ｈ）内部燃料出口マニホルド（２８）と、（ｉ）外部燃料出口マニホルド（２８，２９，９５）と、（ｊ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｋ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択される、燃料電池と、
燃料の源（２６，７７）と、
ここで、上記直列の最初の燃料流域は該源から燃料を受容し、
上記燃料流域のうちのＭ番目の燃料流域の燃料流域出口に連結された上記マニホルドのうちのいずれか１つから燃料を受容し、（ｌ）上記直列のＭ番目の燃料流域の燃料流域インレットに連結された上記マニホルド（５７，１１７）の内の最初のマニホルドか、（ｍ）上記直列の（Ｍ−１）番目の燃料流域の燃料流域インレットに連結された上記マニホルドの２番目のマニホルド（４０，５６、９４，９９）か、又は（ｎ）上記最初と２番目のマニホルドの両方にリサイクル燃料は供給される燃料リサイクルループ（３０，３４，３８）、
とを含んでなることを特徴とする、燃料電池発電設備（１９，４７，６０，８６）。
【請求項３】
削除
【請求項４】
削除
【請求項５】
前記追加の燃料流域が、前記直列の最後の隣の燃料流域（８８，１５１）であることを特徴とする、請求項３記載の燃料電池発電設備。
【請求項６】
削除
【請求項７】
前記直列の最後の隣の燃料流域（１５１）が、前記直列における該最後の隣の燃料流域の直前の燃料流域と、直接前記源の両方から燃料を受容し、かつ、前記直列の最後の流域（１５２）は、前記直列の最後の隣の燃料流域と、直接前記源の両方から燃料を受容することを特徴とする、請求項３記載の燃料電池発電設備。
【請求項８】
前記源から前記追加の流域への燃料流が、（ｎ）前記追加の燃料流域の燃料電池内で生じる電圧（１２６，１２７ａ）と、（ｏ）前記追加の燃料流域を通って流れる燃料の濃度（１２８）と、（ｐ）前記負荷を流れる電流（１３８）と、（ｑ）前記追加の流域を出る反応ガス流の圧力（１３６）のうちの少なくとも１つに応答して制御されることを特徴とする、請求項３記載の燃料電池発電設備。
【請求項９】
Ｍ個の燃料流域（２０〜２３、４９〜５２、６１〜６４、７４，７５、８７〜８９、１５０〜１５２）の直列に配置された燃料流路を有し、該直列の最後の燃料流域は該直列におけるＭ番目の燃料流域であり、かつ、該直列における最初の燃料流域は（Ｍ−Ｎ）番目であり、ここで、ＮはＭより１つ少なく、燃料流域の上記直列は（ａ）各燃料電池の燃料流路を通るＭ個の燃料流経路（２０〜２３）と、（ｂ）１つの直列型燃料電池スタック内で直列の燃料流関係にあるＭ個のグループの燃料流域（４９〜５２、８７〜８９、１５０〜１５２）と、（ｃ）直列の燃料流関係にあるＭ個の燃料電池スタック（６１〜６４、７６，７５）の燃料流域であって、燃料は各スタックから上記直列の最後を除く隣接のスタック内に供給され、各燃料流域は燃料流域インレットと燃料流域出口の間で連結される燃料流域のいずれかから選択される複数の燃料電池であって、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域インレットは、（ｄ）内部燃料インレットマニホルド（２６）と、（ｅ）外部燃料インレットマニホルド（２６，１１７）と、（ｆ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｇ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択され、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域出口は、（ｈ）内部燃料出口マニホルド（２８）と、（ｉ）外部燃料出口マニホルド（２８，２９，９５）と、（ｊ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｋ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択される、燃料電池と、
燃料の源（２６，７７）と、
ここで、上記直列の最初の燃料流域は該源から燃料を受容し、
上記源からの燃料を受容する燃料貯蔵デバイス（１２５）と、
上記直列における追加の燃料流域（７５，８８，８９，１５１，１５２）であって、（ｌ）前記直列における前記追加の燃料流域の直前の燃料流域と、（ｍ）前記燃料貯蔵デバイスか又は（ｎ）前記源のいずれか一方とから燃料を受容する、追加の燃料流域（７５，８８，８９，１５１，１５２）、
とを含むことを特徴とする、燃料電池発電設備（１９，４７，６０，８６）。
【請求項１０】
Ｍ個の燃料流域（２０〜２３、４９〜５２、６１〜６４、７４，７５、８７〜８９、１５０〜１５２）の直列に配置された燃料流路を有し、該直列の最後の燃料流域は該直列におけるＭ番目の燃料流域であり、かつ、該直列における最初の燃料流域は（Ｍ−Ｎ）番目であり、ここで、ＮはＭより１つ少なく、燃料流域の上記直列は（ａ）各燃料電池の燃料流路を通るＭ個の燃料流経路（２０〜２３）と、（ｂ）１つの直列型燃料電池スタック内で直列の燃料流関係にあるＭ個のグループの燃料流域（４９〜５２、８７〜８９、１５０〜１５２）と、（ｃ）直列の燃料流関係にあるＭ個の燃料電池スタック（６１〜６４、７６，７５）の燃料流域であって、燃料は各スタックから上記直列の最後を除く隣接のスタック内に供給され、各燃料流域は燃料流域インレットと燃料流域出口の間で連結される燃料流域のいずれかから選択される複数の燃料電池であって、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域インレットは、（ｄ）内部燃料インレットマニホルド（２６）と、（ｅ）外部燃料インレットマニホルド（２６，１１７）と、（ｆ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｇ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択され、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域出口は、（ｈ）内部燃料出口マニホルド（２８）と、（ｉ）外部燃料出口マニホルド（２８，２９，９５）と、（ｊ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｋ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択される、燃料電池と、
燃料の源（２６，７７）と、
ここで、上記直列の最初の燃料流域は該源から燃料を受容し、
上記燃料流域のうちのＭ番目の燃料流域の燃料流域出口に連結された上記マニホルドのうちのいずれか１つから燃料を受容し、（ｌ）上記直列のＭ番目の燃料流域の燃料流域インレットに連結された上記マニホルド（５７，１１７）の内の最初のマニホルドか、（ｍ）上記直列の（Ｍ−１）番目の燃料流域の燃料流域インレットに連結された上記マニホルドの２番目のマニホルド（４０，５６、９４，９９）か、又は（ｎ）上記最初と２番目のマニホルドの両方にリサイクル燃料は供給される燃料リサイクルループ（３０，３４，３８）とを含んでなり、
上記燃料リサイクルループは、（ｏ）ブロワ（３０）か、（ｐ）電気化学水素ポンプ（３０ｃ）か、又は（ｑ）上記Ｍ番目の燃料流域の燃料流域出口に連結された入力と、上記最初と２番目のマニホルドのいずれか一方又は両方に連結される出力を有するエジェクタ（３０ｂ）のいずれかから選択されるインペラを有することを特徴とする、燃料電池発電設備（１９，４７，６０，８６）。
【請求項１１】
Ｍ個の燃料流域（２０〜２３、４９〜５２、６１〜６４、７４，７５、８７〜８９、１５０〜１５２）の直列に配置された燃料流路を有し、該直列の最後の燃料流域は該直列におけるＭ番目の燃料流域であり、かつ、該直列における最初の燃料流域は（Ｍ−Ｎ）番目であり、ここで、ＮはＭより１つ少なく、燃料流域の上記直列は（ａ）各燃料電池の燃料流路を通るＭ個の燃料流経路（２０〜２３）と、（ｂ）１つの直列型燃料電池スタック内で直列の燃料流関係にあるＭ個のグループの燃料流域（４９〜５２、８７〜８９、１５０〜１５２）と、（ｃ）直列の燃料流関係にあるＭ個の燃料電池スタック（６１〜６４、７６，７５）の燃料流域であって、燃料は各スタックから上記直列の最後を除く隣接のスタック内に供給され、各燃料流域は燃料流域インレットと燃料流域出口の間で連結される燃料流域のいずれかから選択される複数の燃料電池であって、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域インレットは、（ｄ）内部燃料インレットマニホルド（２６）と、（ｅ）外部燃料インレットマニホルド（２６，１１７）と、（ｆ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｇ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択され、
燃料マニホルドに連結される上記各燃料流域出口は、（ｈ）内部燃料出口マニホルド（２８）と、（ｉ）外部燃料出口マニホルド（２８，２９，９５）と、（ｊ）内部燃料転向マニホルド（２５，３７，４０）と、（ｋ）外部燃料転向マニホルド（３７ａ，４０ａ，４５、５５〜５７、９３，９４，９９）のいずれかから選択される、燃料電池と、
燃料の源（２６，７７）とを含んでなり、
上記直列におけるＭ番目の燃料流域は、（ｌ）直接上記（Ｍ−１）番目と（ｍ）上記から燃料を受容する燃料貯蔵デバイス（１２５）を介して上記（Ｍ−１）番目とから燃料を受容することを特徴とする、燃料電池発電設備（１９，４７，６０，８６）。
【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】
図１０を参照すると、直列型燃料電池発電設備１１２は、実質的に、図３を参照しながら説明した直列型燃料電池発電設備４７の、３つのグループを有する型であるが、ここでは、燃料電池の３つのグループ４９，５０，５２のみであり、かつ、１つのリサイクルインレット３６のみが存在する。図１０では、本発明の別の形態は、リサイクル燃料が燃料流域の列の最後の１つ又は２つの燃料流域にのみ戻されるときに低圧要求がある形態である。これにより、燃料転向マニホルド１１４中における低電力、燃料を燃料転向マニホルド１１７に輸送するエジェクタ３０ｂなどの低圧インペラの利用が可能である。エジェクタ３０ｂは、燃料流域５２のうちの１つにわたる圧力降下がほんのわずかであることにより、従来既知の燃料電池発電設備の第１の流域（４９など）へ燃料リサイクルガスを適用する場合とは対照的に、リサイクル燃料を燃料アウトレット２９から取り出すことができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
図１３は、対応する弁１５５…１５６，１５７の制御下で、いずれかの個数の燃料流域（Ｘ）１５０…１５１，１５２が、源７７から直接燃料を受容でき、同様に、対応する弁１６０，１６１，１６２から燃料リサイクルガスを受容できることが例示されている。源７７からの燃料は、最初の２つ、最初と最後、又は全てに適用できるが、所望に応じて、リサイクル燃料ガスを、最後、最後の隣、最初又は燃料流域のいずれかの組み合わせに供給することもできる。図１３においては、燃料流域は各セルの燃料流路、１つの直列型燃料電池スタック内における直列燃料流関係における燃料電池のＭ個のグループの燃料流域、又は、直列燃料流関係にあるＭ個の燃料電池スタックの燃料流域を通過する燃料流であると理解すべきである。
【国際調査報告】
2007520049.tif 000016
2007520049.tif 000017