(57)【要約】　【課題】　燃料電池スタックの熱管理のための流体熱交換器の使用に関する。　【解決手段】　燃料電池アセンブリ（１００）は、燃料流れ及びオキシダント流れから電力を発生する第１の燃料電池ユニット（１１０）と、燃料電池ユニット（１１０）と熱交換流体の流れとの間で熱を交換する流体熱交換器（１２０）とを具備する。さらには、第１の燃料電池ユニット（１１０）を前記第２の燃料電池ユニット（１３０）に電気的に結合すると共に、流体結合する相互接続ユニット（１４０）とを具備してもよい。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料流れ及びオキシダント流れから電力を発生する第１の燃料電池ユニット（１１０）と、
　前記第１の燃料電池ユニット（１１０）と熱交換流体流れとの間で熱を伝達する流体熱交換器（１２０）とを具備する燃料電池アセンブリ（１００）。
【請求項２】
前記熱交換流体流れは前記燃料流れ及び前記オキシダント流れに対して直交している請求項１記載の燃料電池アセンブリ（１００）。
【請求項３】
第２の燃料電池ユニット（１３０）と、
　前記第１の燃料電池ユニット（１１０）を前記第２の燃料電池ユニット（１３０）に電気的に結合すると共に、流体結合する相互接続ユニット（１４０）とを更に具備する請求項１記載の燃料電池アセンブリ（１００）。
【請求項４】
前記流体熱交換器（１２０）は前記相互接続ユニット（１４０）の内部に配置されている請求項３記載の燃料電池アセンブリ（１００）。
【請求項５】
前記熱交換流体流れ及び前記オキシダント流れは別個の供給源から供給される請求項１記載の燃料電池アセンブリ（１００）。
【請求項６】
前記熱交換流体は空気、蒸気、酸素、水素、ヘリウム、水、改質燃料、未改質燃料及びそれらの組み合わせから成る流体群から選択された熱交換流体である請求項１記載の燃料電池アセンブリ（１００）。
【請求項７】
燃料流れ及びオキシダント流れから電力を発生する第１の燃料電池ユニット（１１０）と、
　前記第１の燃料電池ユニット（１１０）と、前記燃料流れ及び前記オキシダント流れに対して直交している熱交換流体流れとの間で熱を伝達する流体熱交換器（１２０）と、
　第２の燃料電池ユニット（１３０）と、
　前記第１の燃料電池ユニット（１１０）を前記第２の燃料電池ユニット（１３０）に電気的に結合すると共に、流体結合する相互接続ユニット（１４０）とを具備する燃料電池アセンブリ（１００）。
【請求項８】
燃料流れ及びオキシダント流れから第１の燃料電池ユニット（１１０）を使用して電力を発生することと、
　前記第１の燃料電池ユニット（１１０）と熱交換流体流れとの間で流体熱交換器（１２０）を使用して熱を伝達することとから成る方法。
【請求項９】
前記燃料流れ及び前記オキシダント流れから第２の燃料電池ユニット（１３０）を使用して電力を発生することと、
　相互接続ユニット（１４０）を使用して前記第１の燃料電池ユニット（１１０）を前記第２の燃料電池ユニット（１３０）に電気的に結合すると共に、流体結合することとを更に含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
燃料流れ及びオキシダント流れから第１の燃料電池ユニット（１１０）を使用して電力を発生することと、
　前記第１の燃料電池ユニット（１１０）と、前記燃料流れ及び前記オキシダント流れに対して直交している熱交換流体流れとの間で流体熱交換器（１２０）を使用して熱を伝達することと、
　前記燃料流れ及び前記オキシダント流れから第２の燃料電池ユニット（１３０）を使用して電力を発生することと、
　相互接続ユニット（１４０）を使用して前記第１の燃料電池ユニット（１１０）を前記第２の燃料電池ユニット（１３０）に電気的に結合すると共に、流体結合することとから成る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は一般に燃料電池の熱管理の分野に関し、特に、燃料電池スタックの熱管理のための流体熱交換器の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
　広範囲にわたる多様な用途で、例えば、固体酸化物燃料電池スタックなどの燃料電池スタックは発電において効率が高く且つ汚染が少ないという潜在能力を持っていることを実証してきた。燃料電池スタックは、複数の燃料電池ユニットをステージングできると共に、スタック内で燃料を改質できるように設計されるのが望ましい。しかし、特に第１の燃料電池ユニットと第２の燃料電池ユニットとの間の流体の中間冷却に関して、熱管理に関連する問題はまだ残っている。従って、燃料電池スタックの熱管理を改善する見込みはある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
　上述の見込みの問題は、本発明の一実施例においては、燃料流れ及びオキシダント流れから電力を発生する第１の燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットと熱交換流体の流れとの間で熱を交換する流体熱交換器とを具備する燃料電池アセンブリにより対処される。
【０００４】
　本発明のこれらの特徴、面及び利点並びにその他の特徴、面及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより更に良く理解されるであろう。尚、図面中、同じ図中符号は図面全体を通して同じ部分を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
　図１は、燃料の流れ及びオキシダントの流れを示す燃料電池ユニットの等角投影図である。
【０００６】
　本発明の一実施例に従って、図２は、第１の燃料電池ユニット１１０と、流体熱交換器１２０とを具備する燃料電池アセンブリ１００の等角投影図を示す。動作中、第１の燃料電池ユニット１１０は燃料流れ及びオキシダント流れから電力を発生する。流体熱交換器１２０は、燃料電池ユニット１１０と熱交換流体の流れとの間で熱を伝達する。
【０００７】
　本発明の更に詳細な別の実施例に従って、図３は、第２の燃料電池ユニット１３０と、相互接続ユニット１４０とを更に具備する燃料電池アセンブリ１００を示す。相互接続ユニット１４０は第１の燃料電池ユニット１１０を第２の燃料電池ユニット１３０に電気的に結合すると共に、流体結合する。特定の一実施例によれば、流体熱交換器１２０は相互接続ユニット１４０の内部に配置されている。
【０００８】
　第１の燃料電池ユニット１００と第２の燃料電池ユニット１３０は、燃料電池を使用して指示された動作を実行することが可能である何らかの装置又はシステムを構成する。燃料電池の例としては固体酸化物燃料電池、プロトン交換膜燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、リン酸燃料電池、アルカリ燃料電池、ダイレクトメタノール燃料電池、再生燃料電池、亜鉛空気燃料電池及びプロトニックセラミック燃料電池などがあるが、これらには限定されない。
【０００９】
　本発明の別の実施例においては、第１の燃料電池ユニット１１０と第２の燃料電池ユニット１３０は少なくとも１つの平面燃料電池を構成する。本発明の更に別の実施例では、第１の燃料電池ユニット１１０と第２の燃料電池ユニット１３０は少なくとも１つの管状燃料電池を構成する。
【００１０】
　図４は、燃料電池スタック１５０の一例の等角投影図を示す。流体熱交換器１２０は、第１の燃料電池ユニット１１０から熱を伝達することが可能である何らかの熱交換流体を含む。一実施例によれば、熱交換流体及びオキシダントは同じ供給源から供給される。別の実施例においては、熱交換流体の流れとオキシダントの流れは別個の供給源から供給される。熱交換流体の例としては空気、蒸気、酸素、水素、水、ヘリウム、改質燃料、未改質燃料及びそれらの組み合わせなどがあるが、これらには限定されない。第１の燃料電池ユニット１１０及び熱交換流体からの熱伝達は、燃料電池スタック１５０の熱勾配を所定の範囲内又は限界内に維持するという効果を有する。熱交換流体が未改質燃料である実施例の場合、熱伝達は更に燃料を後の発電での使用に備えて改質するのにも役立つ。
【００１１】
　別の実施例では、第１の燃料電池ユニット１１０と第２の燃料電池ユニット１３０はオキシダント流れと平行な燃料流れを有する。これに代わる実施例では、燃料流れはオキシダント流れと平行ではない。更に別の実施例においては、図３及び図４に示すように、燃料流れはオキシダント流れに対して直交している。図３及び図４に示す本発明の実施例によれば、熱交換流体の流れは燃料流れ及びオキシダント流れに対して直交している。
【００１２】
　本発明のいくつかの特徴のみを図示し且つ説明したが、当業者には数多くの変形及び変更が明白であろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料電池ユニットの等角投影図。
【図２】本発明の一実施例による燃料電池アセンブリの等角投影図。
【図３】本発明の更に詳細な実施例による燃料電池アセンブリの等角投影図。
【図４】燃料電池スタックの等角投影図。
【符号の説明】
【００１４】
１００…燃料電池アセンブリ、１１０…第１の燃料電池ユニット、１２０…流体熱交換器、１３０…第２の燃料電池ユニット、１４０…相互接続ユニット、１５０…燃料電池スタック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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