(57)【要約】【解決手段】  本発明は、燃料電池スタックのための環境に優しく、安価で、容易に利用可能な誘電冷却剤を提供する。本発明は、燃料電池、システム及び燃料電池を冷却する方法に関する。燃料電池は、電流と少なくとも１種類の反応生成物を発生するため燃料と酸素とを反応させるように構成され、燃料流れ経路と、酸素流れ経路と、該燃料流れ経路及び該酸素流れ経路から流体的に切り離された冷却剤流れ経路と、を備える電子化学的触媒反応電池を形成する。該冷却剤流れ経路は、冷却剤分離マニホルドを形成し、該冷却剤分離マニホルドは、流体誘電冷却剤を含み、該流体誘電冷却剤は、植物油を元にした誘電冷却剤を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流と少なくとも１種類の反応生成物を発生するため燃料と酸素とを反応させるように構成された燃料電池であって、
前記燃料電池は、燃料流れ経路と、酸素流れ経路と、該燃料流れ経路及び該酸素流れ経路から流体的に切り離された冷却剤流れ経路と、を備えるように構成された電子化学的触媒反応電池を形成し、
前記冷却剤流れ経路は、冷却剤分離マニホルドを形成し、該冷却剤分離マニホルドは、流体誘電冷却剤を含み、該流体誘電冷却剤は、植物油を元にした誘電冷却剤を含んでいる、燃料電池。
【請求項２】
前記燃料流れ経路は、前記燃料電池の少なくとも一部分を通して前記燃料を回送させるように構成されたアノード流れ経路を備え、
前記酸素流れ経路は、前記燃料電池の少なくとも一部分を通して前記酸素を回送させるように構成されたカソード流れ経路を備える、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記電子化学的触媒反応電池は、
前記アノード流れ経路と流体連通し、かつ、前記燃料との触媒反応が生じるように構成されたアノードと、
前記カソード流れ経路と流体連通し、かつ、前記酸素との触媒反応が生じるように構成されたカソードと、
前記燃料電池の作働中に前記アノード及び前記カソードとの間に電解質を介した伝達が確立されるように、該アノード及び該カソードとの間に配置された膜と、
を更に備える、請求項３に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記植物油を元にした誘電流体は、少なくとも１種類の植物油を含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記植物油を元にした誘電流体は、２種類以上の植物油のブレンドを含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記植物油を元にした誘電流体は、１種類以上の植物油と１種類以上の合成油とのブレンドを含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記合成油は、石油系鉱油である、請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記植物油を元にした誘電流体は、１種類以上の植物油と約５０重量％以下の石油系鉱油とのブレンドを含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記植物油を元にした誘電流体は、１種類以上の植物油と約３０重量％以下の石油系鉱油とのブレンドを含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記植物油を元にした誘電流体は、１種類以上の植物油と約２０重量％以下の石油系鉱油とのブレンドを含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記植物油を元にした誘電流体は、約９８．５％の植物油を含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記植物油を元にした誘電流体は、塩素処理化合物が実質的に存在しない、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記植物油を元にした誘電流体は、食用である、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記植物油を元にした誘電流体は、次の化学式のトリグリセリドであり、
【化１】
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上記化学式において、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、各々独立に、アルキル基又はアルケニル基である、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１５】
前記アルキル基は、直鎖のアルキル基、分岐したアルキル基、飽和アルキル基、不飽和アルキル基、非置換のアルキル基、置換されたアルキル基、並びに、それらの組み合わせから選択された基を含んでいる、請求項１４に記載の燃料電池。
【請求項１６】
前記置換されたアルキル基は、１つ以上の機能的部位若しくは非機能的部位を含んでいる、請求項１５に記載の燃料電池。
【請求項１７】
前記アルケニル基は、直鎖のアルケニル基、分岐したアルケニル基、飽和アルケニル基、不飽和アルケニル基、非置換のアルケニル基、置換されたアルケニル基、並びに、それらの組み合わせから選択された基を含んでいる、請求項１４に記載の燃料電池。
【請求項１８】
前記置換されたアルケニル基は、１つ以上の機能的部位若しくは非機能的部位を含んでいる、請求項１７に記載の燃料電池。
【請求項１９】
前記植物油を元にした誘電流体は、少なくとも１の不飽和度を含む１種類以上の脂肪酸分子を含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項２０】
前記１種類以上の脂肪酸分子は、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキン酸、エイコセン酸、ベヘン酸、エルカ酸、パルミテン酸、ドコサジエン酸、リグノセリック酸、テトラコセノン酸、マルガリン酸、マーガロレイン酸、ガドレイン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ペンタデカン酸、ヘプタデカン酸、及び、それらの組み合わせからなるグループから選択されている、請求項１９に記載の燃料電池。
【請求項２１】
前記植物油を元にした誘電流体は、単価不飽和脂肪酸、多価不飽和脂肪酸、飽和脂肪酸、又は、それらの組み合わせを含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項２２】
前記植物油を元にした誘電流体は、食用種を元にしたエステルを含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項２３】
前記食用種を元にしたエステルは、１４乃至２２の炭素原子を持ち、０乃至３の二重結合の直鎖を備える脂肪酸トリグリセリドを含んでいる、請求項２２に記載の燃料電池。
【請求項２４】
前記植物油を元にした誘電流体は、カストール油、ココナッツ油、コーン油、綿実油、クランビー油、ホホバ油、マメグンバイナズナ油、亜麻仁油、オリーブ油、パーム油、カノーラ油、ベニバナ油、ヒマワリ油、大豆油、ベロニア油、及び、それらの組み合わせからなるグループから選択された植物油を含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項２５】
前記植物油を元にした誘電流体は、酸化防止化合物を更に含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項２６】
前記酸化防止化合物は、ブチルヒドロキシアニソール、ブチルヒドロキシトルエン、第三級ブチルヒドロキノン、テトラヒドロブチロフェノン、アスコルビルパルミテート、没食子酸プロピル、並びに、アルファ−、ベータ−又はデルタ−トコフェロール、並びに、それらの組み合わせからなるグループから選択されている、請求項２５に記載の燃料電池。
【請求項２７】
前記植物油を元にした誘電流体は、抗菌物質を更に含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項２８】
前記植物油を元にした誘電流体は、染料又は顔料を更に含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項２９】
前記染料又は顔料は、油溶解性である、請求項２８に記載の燃料電池。
【請求項３０】
前記植物油を元にした誘電流体は、約０．３ｃａｌ／ｇ・℃以上の熱容量により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３１】
前記植物油を元にした誘電流体は、１００℃で約２．３９Ｊ／ｇ／Ｋの熱容量により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３２】
前記植物油を元にした誘電流体は、５０℃で約２．１０Ｊ／ｇ／Ｋの熱容量により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３３】
前記植物油を元にした誘電流体は、２５℃で約４．０×１０−４ｃａｌ／（ｃｍ・秒・℃）以下の熱伝導度により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３４】
前記植物油を元にした誘電流体は、約３３０℃以上の沸点により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３５】
前記植物油を元にした誘電流体は、約３００℃以上の引火点により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３６】
前記植物油を元にした誘電流体は、約３４０℃以上の燃焼点により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３７】
前記植物油を元にした誘電流体は、約−２０℃以下の流動点により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３８】
前記植物油を元にした誘電流体は、流動点降下剤を更に含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３９】
前記流動点降下剤は、ポリビニールアセテートのオリゴマー及びポリマー、アクリル性のオリゴマー及びポリマー、並びに、それらの組み合わせからなるグループから選択されている、請求項３８に記載の燃料電池。
【請求項４０】
前記植物油を元にした誘電流体は、２５℃で約７．４×１０−４／℃の膨張係数により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４１】
前記植物油を元にした誘電流体は、約３０ｋＶ／１００ミルの隙間以上の絶縁耐力により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４２】
前記植物油を元にした誘電流体は、２５℃で約３．２の誘電率により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４３】
前記植物油を元にした誘電流体は、２５℃で約０．０５％以下の誘電損失により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４４】
前記植物油を元にした誘電流体は、２５℃で約３０×１０１２Ω・ｃｍの体積抵抗率により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４５】
前記植物油を元にした誘電流体は、２５℃で約４７ｋＶ以上の絶縁破壊電位により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４６】
前記植物油を元にした誘電流体は、約２２６ｋＶのインパルス強度により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４７】
前記植物油を元にした誘電流体は、約−７９μＬ／分のガス発生傾向により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４８】
前記植物油を元にした誘電流体は、２５℃で約０．９２の比重により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４９】
前記植物油を元にした誘電流体は、２５℃で約２０ｍＮ／ｍ以上の界面張力により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５０】
前記植物油を元にした誘電流体は、約５．８のｐＨにより特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５１】
前記植物油を元にした誘電流体は、約０．０７ｍｇのＫＯＨ／ｇ以下の中和数により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５２】
前記植物油を元にした誘電流体は、２０℃で約０．０１ｍｍＨｇ以下の蒸気圧により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５３】
前記植物油を元にした誘電流体は、約０．１％以下の水中への溶解度により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５４】
前記植物油を元にした誘電流体は、約０．００１ｇ／Ｌ以下の１種類以上の揮発性有機化合物を含んでいる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５５】
前記植物油を元にした誘電流体は、１００℃で約２乃至約１５ｃＳｔの粘性率により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５６】
前記植物油を元にした誘電流体は、１００℃で約９ｃＳｔ以下の粘性率により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５７】
前記植物油を元にした誘電流体は、４０℃で約１１０ｃＳｔ以下の粘性率により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５８】
前記植物油を元にした誘電流体は、４０℃で約４０ｃＳｔ以下の粘性率により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５９】
前記植物油を元にした誘電流体は、約２００ｐｐｍ以下の湿気含有量により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６０】
前記植物油を元にした誘電流体は、約５乃至約１０％の湿気の飽和度により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６１】
前記植物油を元にした誘電流体は、約１乃至約２％の湿気の飽和度により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６２】
前記植物油を元にした誘電流体は、１気圧で、２５℃で約１６％の空気溶解度により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６３】
前記植物油を元にした誘電流体は、化学的酸素要求量に対する生化学的酸素要求量の比率が約４５％であることにより特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６４】
前記植物油を元にした誘電流体は、５日間に亘る約２００ｐｐｍ以上の生化学的酸素要求量により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６５】
前記植物油を元にした誘電流体は、２１日間に亘る約９９％以上の生物分解率により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６６】
前記植物油を元にした誘電流体は、約２５０ｍｇ／Ｌ以下のＬＣ５０により特徴付けられる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６７】
前記燃料電池は、再循環アッセンブリを更に備え、該再循環アッセンブリは、再循環流れ経路と、ポンプと、ラジエータとを備え、
前記冷却剤分離マニホルドは、入口と、出口と、を更に備え、
前記再循環流れ経路は、前記冷却剤分離マニホルド入口と、前記冷却剤分離マニホルド出口とを流体的に接続する、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６８】
複数の燃料電池を備える燃料電池スタックであって、該燃料電池の各々は、電流と少なくとも１種類の反応生成物を発生するため燃料と酸素とを反応させるように構成された、前記燃料電池スタックを有する、システムにおいて、
前記燃料電池の各々は、燃料流れ経路と、酸素流れ経路と、該燃料流れ経路及び該酸素流れ経路から流体的に切り離された冷却剤流れ経路と、を備えるように構成された電子化学的触媒反応電池を形成し、
前記冷却剤流れ経路は、冷却剤分離マニホルドを形成し、該冷却剤分離マニホルドは、流体誘電冷却剤を含み、該流体誘電冷却剤は、植物油を元にした誘電冷却剤を含んでいる、システム。
【請求項６９】
前記燃料流れ経路は、前記燃料電池の各々の少なくとも一部分を通して前記燃料を回送させるように構成されたアノード流れ経路を備え、
前記酸素流れ経路は、前記燃料電池の各々の少なくとも一部分を通して前記酸素を回送させるように構成されたカソード流れ経路を備える、請求項６８に記載のシステム。
【請求項７０】
前記電子化学的触媒反応電池は、
前記アノード流れ経路と流体連通し、かつ、前記燃料との触媒反応が生じるように構成されたアノードと、
前記カソード流れ経路と流体連通し、かつ、前記酸素との触媒反応が生じるように構成されたカソードと、
前記燃料電池の各々の作働中に前記アノード及び前記カソードとの間に電解質を介した伝達が確立されるように、該アノード及び該カソードとの間に配置された膜と、
を更に備える、請求項６９に記載のシステム。
【請求項７１】
前記燃料電池スタックは、再循環アッセンブリを更に備え、該再循環アッセンブリは、再循環流れ経路と、ポンプと、ラジエータとを備え、
前記冷却剤分離マニホルドは、入口と、出口と、を更に備え、
前記再循環流れ経路は、前記冷却剤分離マニホルド入口と、前記冷却剤分離マニホルド出口とを流体的に接続する、請求項６８に記載のシステム。
【請求項７２】
前記システムは、車両ボディを更に備え、前記燃料電池スタックは、該車両ボディに原動力を少なくとも部分的に提供するように構成されている、請求項６８に記載のシステム。
【請求項７３】
燃料電池を冷却する方法であって、
電流と少なくとも１種類の反応生成物を発生するため燃料と酸素とを反応させるように構成された燃料電池を用意し、
燃料流れ経路と、酸素流れ経路と、該燃料流れ経路及び該酸素流れ経路から流体的に切り離された冷却剤流れ経路と、を備えるように構成された電子化学的触媒反応電池を形成するように前記燃料電池を構成し、
冷却剤分離マニホルドを形成するように前記冷却剤流れ経路を構成し、該冷却剤分離マニホルドは、流体誘電冷却剤を含み、該流体誘電冷却剤は、植物油を元にした誘電冷却剤を含む、各工程を備える、方法。
【請求項７４】
前記燃料電池の少なくとも一部分を通して前記燃料を回送させるように構成されたアノード流れ経路を備えるように前記燃料流れ経路を構成し、
前記燃料電池の少なくとも一部分を通して前記酸素を回送させるように構成されたカソード流れ経路を備えるように前記酸素流れ経路を構成する、各工程を更に備える、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記アノード流れ経路と流体連通し、かつ、前記燃料との触媒反応が生じるように構成されたアノードと、
前記カソード流れ経路と流体連通し、かつ、前記酸素との触媒反応が生じるように構成されたカソードと、
前記燃料電池の作働中に前記アノード及び前記カソードとの間に電解質を介した伝達が確立されるように、該アノード及び該カソードとの間に配置された膜と、
を更に備えるように前記電子化学的触媒反応電池を構成する工程を更に備える、請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
再循環アッセンブリを提供する工程であって、該再循環アッセンブリは、再循環流れ経路と、ポンプと、ラジエータとを備え、前記冷却剤分離マニホルドは、入口と、出口と、を更に備える、前記工程と、
前記再循環流れ経路が、前記冷却剤分離マニホルド入口と、前記冷却剤分離マニホルド出口とを流体的に接続するように、該再循環流れ経路を構成する工程と、
前記流体誘電冷却剤を前記冷却剤分離マニホルドを通して循環させ、これにより該流体誘電冷却剤が前記燃料電池から熱を引き出し、加熱された流体誘電冷却剤を生成する、工程と、
前記冷却剤分離マニホルド出口から前記ラジエータへと前記再循環流れ経路を介して前記加熱された流体誘電冷却剤を循環させ、これにより、該加熱された流体誘電冷却剤が冷却されて前記冷却剤分離マニホルド入口へと戻される、工程と、
を更に備える、請求項７３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、液体冷却式燃料電池に係り、より詳しくは、燃料電池、システム及び燃料電池を冷却する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電気的エネルギーを生成するため、水素の酸化及び酸素の還元に依存している。これらの触媒反応の副産物は、水である。熱力学的には、アノードにおける水素燃料の酸化と、カソードにおける酸素の還元とは、燃料電池内に配置されたアノード及びカソードの両方の間で、約１．２３Ｖの電池電位を与える。しかし、実際に測定された値は、典型的には、約１Ｖである。電池電圧におけるこの差異は、主要には、カソードのゆっくりとした運動学に起因しており、電池電圧において、ほとんど２００ｍＶの損失にもなる。電池電圧におけるこの損失の結果は、燃料電池内の過剰熱の結果である。そのような過剰熱の除去は、燃料電池構成部品の有用寿命を増大させる上で不可欠である。
【０００３】
電気的出力を増大させるため多数の燃料電池がスタック内に配列されるとき、熱発生は、かなり高くなる。その結果、そのような過剰熱を除去するためには、高い熱容量を有し、かつ、約−４０℃乃至約１４０℃の間の温度で物理的に安定した冷却剤が用いられる。従来の燃焼エンジン車両で使用される水系冷却剤は、この範囲内に属し、典型的には、エチレングリコール及び水の混合物を含んでいる。しかし、今日の燃料電池スタックの設計は、冷却剤が実質的に非導電性（誘電性）であることを要求している。冷却剤が有意な伝導度を有する場合、それは、様々な伝導性冷却剤により誘起されたスタック問題を引き起こし、これらの問題には、燃料効率を減少させる分岐電流、燃料電池スタック内での増大した圧力を形成してガス排気が必要となるヘッダー領域におけるガス変化（Ｏ２及びＨ２）、冷却剤劣化、及び、コーティングの膨れ及び腐食加速を始めとしたスタック構成部品の酸素劣化が含まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者らは、燃料電池スタックのための液体冷却剤技術を改善する必要性を認識した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、燃料電池スタックのための環境に優しく、安価で、容易に利用可能な誘電冷却剤を提供することにより、上記必要性を充足させる。該誘電冷却剤は、燃料電池技術によりパワー供給される車両で使用する上で十分に適したものである。ここで、「環境に優しい」とは、該誘電冷却剤が、毒性が無く、生物分解可能な材料であることを意味している。本発明は、特定の利点にも特定の機能にも限定されるものではないが、該冷却剤が誘電性であり、イオン輸送が全く可能としないが故に、該冷却剤がスタック構成部品に影響を及ぼさず、スタックのヘッダー領域の分流電流により引き起こされ得る性能損失が可能とはならないことが記されるべきである。その結果、腐食抑制剤を、燃料電池構成部品の分解を禁止するため添加する必要は無くなる。本発明の誘電冷却剤の熱容量は、水系冷却剤のものよりも僅かに少ないが、本冷却剤は、比較的低い動粘性率を持ち、規制的なポンプ出力を相当程度増加させること無く、消費熱を除去するため、より高い流量でポンプ送り出しすることを可能にしている。その上、本誘電冷却剤の比較的高い沸点は、燃料電池スタック及び冷却剤ループを、より高い温度（〜１４０℃）で作働させることを可能にし、ラジエータから環境へ熱を排出する能力を増大させる。
【０００６】
本発明は、一つの態様では、電流と少なくとも１種類の反応生成物を発生するため燃料と酸素とを反応させるように構成された燃料電池を提供する。該燃料電池は、燃料流れ経路と、酸素流れ経路と、該燃料流れ経路及び該酸素流れ経路から流体的に切り離された冷却剤流れ経路と、を備えるように構成された電子化学的触媒反応電池を形成する。該冷却剤流れ経路は、冷却剤分離マニホルドを形成し、該冷却剤分離マニホルドは、流体誘電冷却剤を含み、該流体誘電冷却剤は、植物油を元にした誘電冷却剤を含んでいる。
【０００７】
本発明は、別の態様では、複数の燃料電池を備える燃料電池スタックを有するシステムを提供する。該燃料電池の各々は、電流と少なくとも１種類の反応生成物を発生するため燃料と酸素とを反応させるように構成される。該燃料電池の各々は、燃料流れ経路と、酸素流れ経路と、該燃料流れ経路及び該酸素流れ経路から流体的に切り離された冷却剤流れ経路と、を備えるように構成された電子化学的触媒反応電池を備える。該冷却剤流れ経路は、冷却剤分離マニホルドを形成し、該冷却剤分離マニホルドは、流体誘電冷却剤を含み、該流体誘電冷却剤は、植物油を元にした誘電冷却剤を含んでいる。
【０００８】
更に別の態様では、本発明のシステムが、車両ボディを更に提供する。この燃料電池スタックは、車両ボディに原動力を少なくとも部分的に提供するように構成されている。
本発明は、更に別の態様では、燃料電池を冷却する方法を提供し、該方法は、電流と少なくとも１種類の反応生成物を発生するため燃料と酸素とを反応させるように構成された燃料電池を用意する工程を備えている。本方法は、燃料流れ経路と、酸素流れ経路と、該燃料流れ経路及び該酸素流れ経路から流体的に切り離された冷却剤流れ経路と、を備えるように構成された電子化学的触媒反応電池を形成するように燃料電池を構成する工程を更に備えている。本方法は、冷却剤分離マニホルドを形成するように冷却剤流れ経路を構成し、該冷却剤分離マニホルドは、流体誘電冷却剤を含み、該流体誘電冷却剤は、植物油を元にした誘電冷却剤を含んでいるように構成する工程を更に備えている。
【０００９】
本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を一緒に参照して本発明の次の詳細な説明からより完全に理解されよう。なお、請求の範囲は、該請求の範囲の記載によって画定されるものであり、本説明に記載された特徴及び利点の特有の記載事項によっては画定されない。
【００１０】
本発明の実施例の次の詳細な説明は、図面と関連付けて読むとき最もよく理解することができる。これらの図面では、同様の構成は、同様の参照番号を用いて指し示される。
【実施例】
【００１１】
当業者は、図面中の構成要素が簡単さ及び明瞭さを図るように図示されており、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを認識するであろう。例えば、図面中の構成要素のうち幾つかの寸法は、本発明の実施例についての理解を改善させるため他の構成要素に対して誇張されている。
【００１２】
本発明の一実施例によれば、電流と少なくとも１つの反応生成物とを発生するため燃料（典型的には、ガス状水素）を酸素と反応する用に構成された燃料電池が提供される。詳細を更に後述される燃料電池の他の構成部品の間において、燃料電池は、冷却剤隔離マニホルドを形成する冷却剤流れ経路を備えている。当該マニホルドは、流体誘電冷却剤を備え、該冷却剤は、燃料電池を冷却し、その構成部品の有用寿命を向上させるため用いられる。
【００１３】
流体誘電冷却剤は、植物油を元にした誘電流体を備え、これは少なくとも一種類の植物油を含み得る。典型的には、植物油を元にした誘電流体は、約９８．５％の植物油を含んでいる。植物油は、植物から抽出することができ、典型的には、例えばグリセリン等のポリオールのバックボーンから形成された混合グリセリドを含んでいる。該組成中では、組成物である水酸基が、等しいか又はほとんど等しい数の脂肪酸分子でエステル化されている。多数の有用な植物油は、トリグリセリド、即ち、グリセリンのバックボーンに化学的に結合された３つの脂肪酸分子を有するグリセリドである。そのようなトリグリセリドは、一般的に、以下の化学式となる。
【００１４】
【化１】
2006509347.tif 000003
【００１５】
上式中で、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、各々独立に、直鎖若しくは分岐したアルキル又はアルケニル基であり、飽和又は不飽和のいずれであってもよく、１つ以上の機能的部位若しくは非機能的部位で置換することができる。植物油は、１４乃至２２の炭素原子と、０乃至３の二重結合との直鎖を含む脂肪酸トリグリセリドを含み得る、食用の種子を元にしたエステルとして形成されていてもよい。
【００１６】
植物油の機能的特性における差異は、一般に、それらの組成分の脂肪酸分子の変動に寄与することができる。幾つかの異なる脂肪酸は、次のものを含んでおり、それらの全ては、本発明の植物油中に存在することができる。即ち、該脂肪酸は、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキン酸、エイコセン酸、ベヘン酸、エルカ酸、パルミテン酸、ドコサジエン酸、リグノセリック酸、テトラコセノン酸、マルガリン酸、マーガロレイン酸、ガドレイン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ペンタデカン酸、ヘプタデカン酸、及び、それらの組み合わせを含むことができる。これらの脂肪酸分子は、それらの不飽和度でも変動し、従って、単価不飽和及び多価不飽和脂肪酸の両方、並びに、飽和脂肪酸、又は、それらの組み合わせを含むことができる。より詳しくは、本発明の植物油を元にした誘電流体は、２３．８％±０．１％の単価不飽和脂肪酸と、５９．９％±０．１％の多価不飽和脂肪酸と、１５．７％±０．１％の飽和脂肪酸と、を含むことができる。
【００１７】
脂肪酸分子は、任意数の仕方でポリオールのバックボーン上に配列され、各々のポリオールは、１つ、２つ又は幾つかの構成成分の脂肪酸分子を持つことができる。トリグリセリド分子上の３つの脂肪酸分子は、例えば、同じであってもよく、又は、２つ又は３つの異なる脂肪酸分子を含んでいてもよい。植物で見出されるトリグリセリド化合物の組成が、種によって変動し、特定の種の系統によっては、それほどは変動しない一方で、植物の種の単一の系統から導出された植物油は、一般には、同じ脂肪酸組成を持つ。
【００１８】
自然に発生した全てのトリグリセリドは、単一の組の特性を有している。例えば、トリグリセリドの中には、他のものよりも酸化を受けやすいものがある。本発明によれば、少なくとも１の不飽和度を有する成分（即ち、少なくとも１つのＣ＝Ｃ二重結合）を含む脂肪酸分子を有する油を使用するのが典型的である。この選択は、水素ガスの放出が所望の量減少する酸化の効果を比較検討するものである。単価不飽和酸化物を含む油は、多価不飽和油ほどには急速に酸化しないことが見出され、従って、それが本発明で典型的に使用される。本発明で使用するのに適した、特有の代表的な植物油は、次のものを含んでいる。即ち、カストール油、ココナッツ油、コーン油、綿実油、クランビー油、ホホバ油、マメグンバイナズナ油、亜麻仁油、オリーブ油、パーム油、カノーラ油、ベニバナ油、ヒマワリ油、大豆油、ベロニア油、及び、それらの組み合わせである。
【００１９】
本発明の植物油を元にした誘電流体を形成する植物油は、単独で使用されるか又は１つ以上の他の植物油と共に混合され得る。適切な状況では、植物油又は植物油のブレンドは、石油系鉱油を始めとする１種類以上の合成油と組み合わせることができる。植物油又は植物油ブレンドが１種類以上の合成油と組み合わせられるとき、結果として生成されたブレンドの非植物油成分の量及び／又は特徴は、植物油を元にした油田流体の有利な特性には干渉しないだろう。かくして、例えば、有意な量の塩素処理流体（例えばトリクロロベンゼン又はポリ塩化ビフェニル等の芳香族の塩素処理化合物）は、植物油成分の多数の正の環境属性を無効にする。そのようなブレンドが用いられる場合、該ブレンドは、約５０重量パーセント以下の石油系鉱油を含むべきである。代替例として、該ブレンドは、約３０重量パーセント以下又は約２０重量パーセント以下の石油系鉱油を含んでいてもよい。その上、植物油を元にした誘電流体は、２０重量パーセントより少ない塩素処理流体を含むように、塩素処理成分が実質的に存在するべきではない。代替例として、誘電流体は、約５重量パーセントより少なく又は約１重量パーセントより少なく石油系鉱油を含んでいてもよい。植物油を元にした誘電流体は、更に「食用」であってもよい。即ち、それは、有毒又は他の仕方で生物学的に危険であると考えられる成分を一切含まないということである。
【００２０】
植物油を元にした誘電流体は、事実上、明白な外観を持ち、所望の場合には、着色、若しくは、適切な色素又は顔料で色を付けられていてもよい。例えば、誘電流体は、その環境に優しい特性、即ち「緑色」の特性を表すため、緑色の色合いが付けられていてもよい。既知の任意の色素又は顔料を、この目的のため使用することができ、その多くは、食品添加物として市販されている。最も有用な色素及び顔料は、油に溶解可能であるものである。
【００２１】
本発明の植物油を元にした誘電流体の冷却剤としての使用は、水系冷却剤とは異なり、燃料電池の有用寿命を延ばすことができ、植物油を元にした誘電流体は、スタック成分を劣化しない。その結果、腐食抑制剤を、本発明の流体誘導冷却剤に添加する必要はない。
【００２２】
他の非誘導性の水系冷却剤は、本発明の植物油を元にした誘電流体よりも高い熱容量を持っているが、植物油を元にした誘電流体の比較的低い動粘性率は、該流体を高い流量でポンプ輸送することを可能にする。本発明によれば、植物油を元にした誘電流体は、１００℃で約２乃至約１５ｃＳｔの粘性率を持つことができ、より詳しくは、１００℃で約９ｃＳｔ以下、４０℃で約１１０ｃＳｔ以下、４０℃で約４０ｃＳｔ以下である。加えて、植物油を持ちにした誘電流体の熱容量（比熱）は、約０．３ｃａｌ/ｇ℃以上であり、より詳しくは、２５℃で０．４５（ｃａｌ/ｇｍ/℃）、又は、１００℃で２．３９Ｊ/ｇ/Ｋ（水に関する４．２Ｊ/ｇ/Ｋと比較したとき）、及び、５０℃で２．１０Ｊ/ｇ/Ｋであってもよい。これは、寄生的なポンプ出力における適切な損失無しに燃料電池から消費熱の除去を促進する。流体誘導冷却剤を循環させるため要求されるポンプ出力は、追加の開いた冷却剤流れ経路を所有する二極式プレートを使用することにより減少させることができる。
【００２３】
低温における本発明の植物油を元にした誘電流体の性能は、幾つかの用途、例えば低温気候環境等において重要である。植物油の中には、それら自身だけでは、低温環境において標準的な燃料電池冷却剤用途に適するのに十分に低い流動点を持っていないものがある。植物油は、幾つかの従来の鉱油とは異なり、長期間に亘ってそれらの流動点温度を僅かに上回る温度にまで冷却されたとき、固体化し又はゲル化し得る。典型的な燃料電池用途は、冷却剤が、約−２０℃より低い流動点を有することを要求する。本発明の植物油を元にした誘電流体は、低温気象環境（約−２０℃よりも低い）で典型的に遭遇する適切に低い温度で流動性を確保するように変更することができる。誘電流体の適切な変更は、植物油を元にした誘電流体が、約−２０℃よりも低い流動点を有するように、流動点降下剤の添加を含んでいる。適切な流動点降下剤は、ポリビニールアセテートのオリゴマー及びポリマー、アクリル性のオリゴマー及びポリマー、並びに、それらの組み合わせを含んでいる。
【００２４】
低温特性は、油の分別のあるブレンドにより改善することもできる。幾つかの油のブレンドは、例えば、それらの個々の組成油よりも低い流動点を持っている。例えば、２５重量％の大豆油（Ｉ）と７５重量％の菜種子油（ＩＩ）とのブレンドは、組成分である油（Ｉ）及び（ＩＩ）のそれぞれの流動点である−１５℃及び−１６℃と比較して、−２４℃の流動点を有する。流動点において類似した有利な低下を示す他の植物油のブレンドには、２５％の大豆油及び７５％のオレイン酸塩修正油と、５０％の大豆油及び５０％のオレイン酸塩修正油と、２５％の大豆油及び７５％のひまわり油とが含まれている。この油ブレンドのリストは、包括的なものではなく、本発明の特質を解説するため単に提供されたものに過ぎないことが理解されよう。
【００２５】
温度スペクトルの他方の終端では、植物油を元にした誘電流体の沸点は、約３３０℃以上である。加えて、植物油を元にした誘電流体は、発火耐性特性を持ち、約３００℃以上の引火点を示し、より詳しくは、密閉カップ法による引火点が約３１６℃で、開放カップ法による引火点が約３３０℃を示し、従来の誘電流体及び高い引火点の「難燃性」誘電流体の両方に対して、３００℃の受容可能な最小標準を上回る燃焼点を示す。難燃性流体は、国家電気安全コード（基準品質保証標準委員会Ｃ２）のセクション１５により安全ガードされた炎として認められている。本発明の植物油を元にした誘電流体は、リストに挙げられた難燃性液体としての国家電気コードセクション４５０−２３の要求事項と合致する。それは、ＯＳＨＡ記事の§１９１０．３０５、セクション５（ｖ）により覆われている。本発明の誘電流体は、産業相互保険機構で認可され、ＵＬ分類された、ＮＥＣ論文４５０−２３に従う「難燃性」を示し、ＮＥＣに従うリストされた製品の定義に適している。植物油を元にした誘電流体は、数種類の油を含み、該油は、例えば、典型的には、約３４０℃以上の引火点、より詳しくは、開放カップ法によれば約３６０℃の引火点を有する。植物油を元にした誘電流体の冷却剤の熱伝導度は、２５℃で約４．０×１０-4  cal/（cm・sec・℃）以下とすることができる。
【００２６】
本発明の植物油を元にした誘電流体は、約３０ｋＶ／１００ミル隙間以上の絶縁耐力、より詳しくは２５℃で約５６ｋＶ（約０．２ｃｍ（０．０８０インチ）の隙間）又は２５℃で４７ｋＶの絶縁耐力、２５℃で約７．４×１０-4  /℃の膨張係数、５℃で約３．２の比誘電率、２５℃で約０．０５％以下の誘電損失又は力率、より詳しくは２５℃で約０．０３％以下の誘電損失又は力率、２５℃で約３０×１０１２Ω・ｃｍの体積抵抗率、並びに、２５℃で約４７ｋＶ以上の絶縁破壊電位により特徴付けることができる。その上、植物油を元にした誘電流体は、約０．３８ｃｍ（０．１５インチ）の隙間で約２２６ｋＶのインパルス強度（球体から球体の間）、約−７９μＬ／分のガス発生傾向、２５℃で約０．９２の比重、２５℃で約２０ｍＮ／ｍ以上、より詳しくは約２７ｍＮ／ｍの界面張力、約５．８のｐＨ、及び、約０．０７ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、より詳しくは約０．０２２ｍｇＫＯＨ/ｇの中和価（酸）によって更に特徴付けることができる。誘電流体は、２０℃で約０．０１ｍｍＨｇ以下の蒸気圧を示し、約０．１％以下の水中での溶解度を有し、約０．００１ｇ／Ｌ以下の１種類以上の揮発性有機成分を含んでいる。
【００２７】
誘電性能に関するその負の効果の故に、植物油を元にした誘電流体中の水の存在、極性汚染は望ましくない。流体中の水は、反応に利用可能な水の量に比例して、植物油中の脂肪酸エステルの化学的分解率を増大させようとする傾向にある。そのような反応の最も明白なインジケータは、中和価の値の有意な増大である。
【００２８】
この問題は、燃料電池が作働しなければならないところの幅広い温度範囲によってもっとひどくなり得る。誘電分解特性及び鉱油の他の誘電特性は、油中に存在する水の飽和度に直接関連する。油の水飽和点は、温度の関数である。飽和点に達したとき、絶縁耐力は急激に低下する。典型的に誘電冷却剤として使用される鉱油のための水飽和点は、室温で約６５ｐｐｍであるが、約１００℃で５００ｐｐｍを超える。温度における幅広い変化にさらされた燃料電池は、誘電流体中の水飽和の度合いの変動を受け、高い作働温度（約１４０℃）で蒸気／液体平行で分解される水は、油の温度が減少するとき、沈殿又は凝結し得る。
【００２９】
鉱油とは対照的に、植物油は、一般に、遙かに高い湿度飽和点を有し、典型的には、室温で５００ｐｐｍを超えている。従って、新しい燃料電池システムで使用される植物油中の受容可能な湿度レベルは、従来の鉱油のためのものよりも遙かに高くなり得る。植物油中の水の存在は組成分の脂肪酸エステルの追加の分解を引き起こし得るので、植物油を元にした誘電流体の準備中に使用される湿気除去プロセスは、飽和のパーセンテージとして、鉱油に対して典型的に要求されるレベルより低いレベルに達する湿気レベルのためにせめぎ合う。約２００ｐｐｍ以下、より詳しくは２０ｍｇ／ｋｇの湿気含有量、又は、室温で植物油中において、約５乃至約１０％、より詳しくは、約１乃至約２％の湿気の飽和度が典型的である。その上、本発明の植物油を元にした誘電流体は、１気圧、２５℃で、約１６％の空気溶解度により特徴付けられる。油は、微粒子及び他の汚染物質を除去するため、濾過作用又は他の適切な手段により処理されることができる。これは、従来の鉱油を元にした誘電材料を取り扱い、処理するための技術に類似した態様で達成することができる。
【００３０】
本発明の植物油を元にした誘電流体の長期間に亘る安定性は、誘電流体の安定性又は性能を改善するため知られた従来の任意の方法を利用することにより改善することができる。例えば、１種類以上の酸化防止剤又は抗菌薬物質を誘電流体に添加することができる。この目的のための有用な酸化防止剤を、植物油を含む誘電流体内で直接、分解することができ、該酸化防止剤には、例えば、ＢＨＡ（ブチルヒドロキシアニソール）、ＢＨＴ（ブチルヒドロキシトルエン）、ＴＢＨＱ（第三級ブチルヒドロキノン）、ＴＨＢＰ（テトラヒドロブチロフェノン）、アスコルビルパルミテート（ローズマリー油）、没食子酸プロピル、並びに、アルファ−、ベータ−又はデルタ−トコフェロール（ビタミンＥ）が含まれている。
一般に、微生物の成長を抑制するため１種類以上の添加剤を誘電流体内に含ませることが望ましい。誘電流体と適合性がある抗菌物質を、流体中に混合してもよい。場合によっては、酸化防止剤として有用である化合物も抗菌物質として使用することもできる。例えば、ＢＨＡ等のフェノール酸化防止剤も、特にカリウム吸収物、ソルビン酸、又は、モノグリセリド等の他の抗菌物質と共に使用されるとき、バクテリア、カビ、ウィルス、及び、原生動物に対抗する活性を示すことが知られている。ビタミンＥ、パルミチン酸アスコルビル及び他の化合物も、誘電流体への抗菌性添加剤として使用するのに適している。
【００３１】
本発明の植物油を元にした誘電流体は、「環境に優しい」ものとして特徴付けられている。従って、誘電流体は、特に、健康及び環境へのリスクを最小にするように処方されている。それは、再生可能、リサイクル可能で再使用可能な天然資源、必需食品である食用種子油や、本願で説明される食用の性能向上添加剤から作られている。遺伝的に変えられた種子油は、必要とされていない。植物油を元にした誘電流体は、非再生資源を枯渇させる燃料電池のための石油系流体冷却剤のための代用として用いることができる。
【００３２】
本発明の誘電流体は、無毒であり、生体内に蓄積せず、容易に生物分解することができ、それにより、土壌及び水性の環境の両方において、迅速かつ徹底的に、分解される。その生物分解率は、環境保護機関（ＥＰＡ）の標準参照材料（クエン酸ナトリウム）に合致し、ＥＰＡのテストＯＰＰＴＳ８３５．３１００によれば「究極の生物分解能力」を持つとみなされている。植物油を元にした誘電流体は、危険となるおそれのある、石油、ハロゲン、又は、シリコン化合物を含んでおらず、かくして、当該流体は、偶発的に流出した場合でも、環境への影響が少ない。薄層が熱及び空気流れにさらされたときに重合する流体の能力は、表面に沿った地表下の土壌への移動を防止させる。
【００３３】
植物油を元にした誘電流体は、化学的酸素要求量（ＢＯＤ／ＣＯＤ）に対する生化学的酸素要求量の約４５％の比、５日間に亘る約２００ｐｐｍ以上の生化学的酸素要求量、２１日間に亘る約９９％以上の生物分解率、約２５０ｍｇ／Ｌ以下のＬＣ５０により特徴付けられ、トラウト、トキシシティ、テストＯＥＣＤＧ．Ｌ．２０３に従ってテストされたとき、ゼロの失敗率を達成した。
【００３４】
本発明の別の実施例によれば、燃料電池スタックを形成するため結合された複数の燃料電池を備えるシステムが提供される。スタック内部の各々の燃料電池は、電流及び少なくとも１種類の反応生成物を発生するため燃料を酸素と反応させるように構成されている。スタック内に含まれているものは、冷却剤流れ経路であり、該経路は、冷却剤分離マニホルドを形成する。マニホルドは、植物油を元にした誘電流体を含む流体誘電冷却剤を含んでいる。
【００３５】
流体誘電冷却剤の伝導率は、燃料電池スタックのための冷却剤を選択するとき、かなり重要となる。これは、主要には、反応ガス並びに冷却剤を冷却剤流れ経路に分配するためヘッダー領域を用いるスタックの設計の故である。このヘッダー領域では、１０Ｖ／ｍの電場が容易に達成される。水系冷却剤のイオン化汚染物質は、許容できないレベルにまで該伝導率を増大させることができ、ヘッダー領域内の分流電流を引き起こす。
【００３６】
しかし、本発明の植物油を元にした冷却剤は、イオン輸送を可能とはしない誘電体である。その結果、汚染されたときでさえ、植物油を元にした誘電流体冷却剤は、スタックの構成部品に影響を及ぼさず、スタックのヘッダー領域上の分流電流に起因した性能損失を可能とはしない。９０℃を超える温度で時期尚早に熱的に劣化するイオン交換樹脂とは異なり、本発明の誘電冷却剤は、ラジエータで浪費熱を効率的に排気するため遙かに高い温度でもイオン交換器無しに働くことができる。
【００３７】
本発明の燃料電池及びシステムは、更に、燃料流れ経路、酸素流れ経路、及び、燃料流れ経路及び酸素流れ経路から流体的に分離された冷却剤流れ経路を備えるように構成された、電子化学的触媒反応電池を各々備えている。燃料経路は、各々の燃料電池の少なくとも一部分を通って燃料を回送するように構成されたアノード流れ経路を備えていてもよい。電子化学的触媒反応電池は、アノード流れ経路と流体連通したアノードを更に備え、該アノードでは、燃料との触媒反応が生じるように構成されている。加えて、酸素流れ経路は、各々の燃料電池の少なくとも一部分を通って酸素を回送させるように構成されたカソード流れ経路を備えていてもよい、電子化学的触媒反応電池は、更に、カソード流れ経路と流体的に連通したカソードを更に備えていてもよく、酸素との触媒反応は、カソード上で生じるように構成されている。その上、膜は、アノード及びカソードの間に配置することができ、それにより、それらの間で、電解質を介した伝達が燃料電池又はシステムの作働中に確立される。
【００３８】
本発明の燃料電池及びシステムは、各々、冷却剤流れ経路を備えており、更には、再循環流れ経路、ポンプ及びラジエータを備える再循環アッセンブリを備えている。冷却剤分離マニホルドは、入口及び出口を更に備えることができる。再循環流れ経路は、冷却剤分離マニホルド入口から延在し、ポンプ及びラジエータを冷却剤分離マニホルド出口に流体的に接続する。再循環アッセンブリは、冷却剤流れ経路に通して冷却剤を循環させるように構成され、かくして、燃料電池又は燃料電池スタックから消費熱を引き出し、該熱を再循環流れ経路を介してラジエータに分配する。ラジエータは、再循環のための加熱された誘電冷却剤から熱を取り出し、冷却剤分離マニホルドに戻す上で効果的である任意のラジエータであってもよい。
【００３９】
任意の特定の燃料電池構成に本発明を限定するものではないが、図１を参照すると、本発明に従って使用するための典型的な燃料電池又はシステムの概略図が、一例として提供されている。燃料電池スタック１は、直列、並列、又は、その両方で電気的に接続することができる、複数の個々の燃料電池を備えている。燃料電池スタック１の燃料側１１では、燃料（典型的には、ガス状水素Ｈ２）は、供給部２２から、バルブ２４及びライン２６を介して、燃料電池内部に配置されている燃料流れ経路を介して電子化学的触媒反応電池内に供給することができる。従って、燃料は、入口２８のところで燃料電池スタック１に入り、燃料は、未消費の水素及び水を含む燃料排気ガスが、出口３０のところで燃料電池スタック１から出る。凝結した水は、収集リセプタクル３２内に受け入れることができ、出て行く水素の一部分は、ポンプ３４を用いて入口２８に戻すことができる。残りの燃料側排気ガスは、バルブ５０及びライン３６を介して、燃焼装置３８に供給することができ、該燃焼装置では、ファン４０からの空気と共に、燃料側排気ガスが、排気ガス、主要には窒素及び水蒸気の燃焼が、ライン４２を介して燃料電池スタック１から出て行くように、燃焼される。リセプタクル３２内に収集された水は、ドレインバルブ４４を用いて周期的に排出することができる。
【００４０】
燃料電池スタック１の燃料側１１では、リザーバー４６内の窒素Ｎ２の供給部が設けられていてもよい。燃料電池スタック１がオフのとき、燃料電池から水素Ｈ２を移動させるため、燃料電池内の燃料流れ経路内にライン２６を介して窒素Ｎ２を導入するように、バルブ２４を、閉鎖することができ、バルブ４８を、開放することができる。水素Ｈ２は、燃焼器３８内の制御された条件下で、燃焼することができ、これにより、燃料電池内の水素Ｈ２の蓄積のおそれを減少させる。燃焼装置３８は、作働中に連続的である必要はなく、バルブ５０を用いて、燃料側１１の回路から分離することができる。
【００４１】
酸素Ｏ２は、ライン５２を介して燃料電池スタック１の酸素側１３に入り、モーター５４により駆動されるコンプレッサ５６により圧縮することができる。コンプレッサ５６を通過した後、酸素Ｏ２は、ライン５８を介して酸素入口６０に至り、該入口から、酸素が酸素流れ経路を介して燃料電池内の電子化学的触媒反応電池に入る。主要には水蒸気、窒素及び酸素からなる排気ガスは、燃料電池スタック１の酸素出口６２から出て行き、該出口で、水蒸気は、リセプタクル６４内に収集することができ、残りの排気ガスは、ライン６６及びバルブ６７を介して大気中に排気される。モーター（図示せず）によっても駆動されるオプションの補助コンプレッサ６８、又は、コンプレッサ５６は、システムを始動するため使用することができる。システムの燃料側１１に関して、バルブ６５を、リセプタクル６４内に収集された水が、システムから排出されることを選択的に可能にするため、使用することができる。
【００４２】
本発明によれば、再循環アッセンブリ１６は、システム作動の間に燃料電池スタック１の適切な冷却を確実にするためループとして表される。アッセンブリ１６は、アッセンブリ１３内の燃料側１１及び酸素側１３に対して自律的であり、アッセンブリ１６内の誘電冷却剤（植物油を元にした誘電流体）が、反応電池内で水素Ｈ２及び酸素Ｏ２の間の反応により発生された流体と混合しない。アッセンブリ１６は、ポンプ１８及びラジエータ２０を備えた、閉鎖した再循環流れ経路を更に備えている。
【００４３】
ここで、図２を参照すると、本発明のシステムは、車両ボディ７５を更に備えることができる。車両ボディ７５内で具現化することができる燃料電池スタック１は、車両ボディ７５に原動力を少なくとも部分的に提供するように構成されている。典型的にガス状水素である燃料の供給部２２を設けることができる。図２に示された車両は乗員自動車であるが、燃料電池システムによりパワー供給され又は推進されることができる、既知又は将来開発される任意の車両、例えば、自動車（即ち、車、軽量若しくは大型重量級トラック、又はトラクタートレイラー）、農場設備、航空機、鉄道エンジン等であってもよい。図２に示されるシステムは、本願で説明される植物油を元にした誘電流体により冷却することができる。該誘電流体は、環境に優しい特性を有し（即ち、有毒でなく、他の仕方で生物学的に危険でない）、かつ、燃料電池スタック１内部の分流電流の発生を減少させる上で有効である。
【００４４】
本発明の更に別の実施例によれば、燃料電池を冷却する方法は、前述したように構成された燃料電池を提供し、冷却剤分離マニホルドを通して流体誘電冷却剤を循環させ、それにより、流体誘電冷却剤が、燃料電池から熱を抽出し、加熱された流体誘電冷却剤を生成する、各工程を備えている。流体誘電冷却剤は、更に詳細に上述されたような植物油を元にした誘電流体を含むことができる。本方法は、加熱された流体誘電冷却剤を、再循環流れ経路を介して、冷却剤分離マニホルドからラジエータへと循環させ、ラジエータ内の加熱流体誘電冷却剤を冷却し、冷却された流体誘電冷却剤をマニホルド入口へと戻す工程を更に備えている。
【００４５】
本発明をより容易に理解することができるために、本発明を示す次の例を参照する。しかし、この例は、本発明の範囲をこれに限定するものではない。
電流の遷移は、電場（５Ｖ／ｃｍ）で、Envirotemp(R)FR3TM冷却剤（ウィスコンシン州，ウォーケショー市のクーパーパワーシステムズから市販されている）の圧力で３１６Ｌステンレス鋼のクーポンで得られた。図３は、分流電流と、８０℃で５Ｖの印加電位で測定された時間との間の関係を示しており、測定可能な分流電流は検出されなかったことを示している。
【００４６】
本発明は、幾つかの実施例を参照することにより説明されたが、説明された本発明のコンセプトの精神及び範囲内で多数の変更をなすことができることが理解されるべきである。従って、本発明は、開示された実施例に限定されるものではなく、次の請求の範囲の用語により可能となる全範囲を網羅することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明に係るシステムの概略図である。
【図２】図２は、本発明に係る車両ボディを更に備えるシステムの概略図である。
【図３】図３は、本発明に係る植物油を元にした誘電冷却剤の存在下でステンレス鋼クーポンで得られた電流遷移を示す。
【図１】
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【図２】
2006509347.tif 000006
【図３】
2006509347.tif 000007
【国際調査報告】
2006509347.tif 000008