(57)【要約】イオン交換膜型燃料電池（１０）が開示され、これは、膜電極拡散アセンブリ（１１）を包囲するモジュール（１１）を有する。膜電極拡散アセンブリは表面領域によって画定される活性領域を有し、希釈燃料が供給されたとき、約０．５Ｖの公称電圧で、表面領域の平方センチメートル当り、少なくとも約３５０ｍＡの平均電流密度を発生する。
2004515881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
それぞれが膜電極拡散アセンブリを内包する複数のモジュールを有し、該複数のモジュールの内の少なくとも一つは、残りのモジュールを作動させたままで、手によってイオン交換膜型燃料電池から容易に取り除くことができることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、前記膜電極拡散アセンブリは、表面領域によって画定される活性領域を有し、希釈燃料が供給されたとき、少なくとも約０．５Ｖの公称電圧で、前記表面領域の平方センチメートル当り少なくとも約３５０ｍＡの平均電流密度を発生することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池において、前記希釈燃料は水素を含み、希釈燃料中の水素濃度は、約３０％から約８０％であることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池において、各モジュールは動作中、所定量の熱エネルギを発生し、各モジュールのそれぞれは、それぞれのモジュールによって発生した熱エネルギの殆どを除去する陽極ヒートシンクを有していることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池において、各モジュールは動作中、所定量の熱エネルギを発生し、各モジュールのそれぞれは、各モジュールからの熱エネルギを除去することによって各モジュールの動作温度を調整する分岐した空気の流れを有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料電池において、各モジュールは、互いに間隔を置いた関係に設けられた一対の膜電極拡散アセンブリを有し、各膜電極拡散アセンブリは陽極側とこれと背中合わせの陰極側を有し、各膜電極拡散アセンブリの陰極側は近い位置、各陽極側は遠い位置にあり、そして各陰極側は一部において陰極空気通路を画定することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項７】
請求項１に記載の燃料電池において、前記膜電極拡散アセンブリは背中合わせの陽極側と陰極側を有し、動作中、電気と副産物として熱エネルギを発生し、陰極電流コレクタが、膜電極拡散アセンブリの陰極側にオーム電気接触の状態で載置し、膜電極拡散アセンブリに力を与え、そして膜電極拡散アセンブリから膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギを逃がすように伝導することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項８】
請求項１に記載の燃料電池において、前記膜電極拡散アセンブリは背中合わせの陽極側と陰極側を有し、各モジュールは更に、前記膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して熱除去の関係に設けられた陽極ヒートシンクを有し、各モジュールは更に、陰極空気流と陽極ヒートシンク空気流からなる分岐された空気の流れを有し、各モジュールは動作中に熱エネルギを発生し、前記熱エネルギの内の決して多くではない熱エネルギは前記陰極空気流によって除去されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池において、前記熱エネルギの大部分は、陽極ヒートシンクによって除去されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１０】
請求項１に記載の燃料電池において、各モジュールは、陽極及び陰極電流コレクタを有し、前記イオン交換膜型燃料電池は更に、
個々のモジュールを動作可能な方向に支持するサブラックと、
前記サブラックの近傍に設けられるＤＣバスであり、各モジュールの陽極及び陰極電流コレクタと電気的に接続するＤＣバスとを有し、各モジュールは前記サブラックから何の道具も使用することなく取り除くことができることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１１】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
表面領域によって画定される活性領域を有し、希釈燃料が供給されたとき、少なくとも約０．５Ｖの公称電圧で、表面領域の平方センチメートル当り少なくとも約３５０ｍＡの平均電流密度を発生する膜電極拡散アセンブリを内包するモジュールを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃料電池において、前記モジュールは手によって取扱うことができることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１３】
請求項１１に記載の燃料電池において、前記希釈燃料は水素を含み、前記希釈燃料中の水素の濃度は約３０％から約８０％であることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１４】
請求項１１に記載の燃料電池において、前記膜電極拡散アセンブリは背中合わせの陽極側と陰極側を有し、動作中は、イオン交換膜型燃料電池は熱エネルギを発生し、前記イオン交換膜型燃料電池は、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギの大部分を除去するために、前記膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して熱除去の関係に設けられる陽極ヒートシンクを有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１５】
請求項１１に記載の燃料電池において、前記膜電極拡散アセンブリは背中合わせの陽極側及び陰極側を有すると共に動作中は熱エネルギを発生し、前記陽極はその中に形成された複数の溝を有し、前記モジュールは、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギの内の決して多くはない熱エネルギを除去する陰極空気流を有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１６】
請求項１１に記載の燃料電池において、前記膜電極拡散アセンブリは背中合わせの陽極側及び陰極側を有すると共に動作中は熱エネルギを発生し、前記モジュールは更に、前記膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して熱除去の関係に設けられた陽極ヒートシンクと、陰極空気流を有し、前記陽極ヒートシンク及び陰極空気流は、動作中、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギを除去することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１７】
請求項１１に記載の燃料電池において、前記膜電極拡散アセンブリは背中合わせの陽極側及び陰極側を有し、動作中は熱エネルギを発生し、前記モジュールは更に、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギを除去するための二つに分岐した空気流を有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１８】
請求項１１に記載の燃料電池において、前記モジュールは手によって操作することができ、該電池は更に、
背中合わせの側部を有し、且つ一対の背中合わせの空洞部を画定する電気的に非導電性支持部材であって、それぞれが背中合わせの陽極側と陰極側とを有する一対の膜電極拡散アセンブリが前記各空洞部に別々に封止して受容され、各陰極側は前記非導電性支持部材に対して間隔を置いた関係に設けられ、且つその間に陰極空気通路を画定する非導電性支持部材と、
各膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して、これに燃料を供給するために、流体移動可能な関係にそれぞれ設けられた一対の燃料供給アセンブリと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１９】
請求項１１に記載の燃料電池において、前記モジュールは手によって操作することができ、該電池は更に、
背中合わせの側部を有し、且つ一対のほぼ背中合わせの空洞部を画定する電気的に非導電性支持部材であって、それぞれが背中合わせの陽極側と陰極側とを有する一対の膜電極拡散アセンブリが前記各空洞部に別々に封止して受容され、各陰極側は前記非導電性支持部材に対して間隔を置いた関係に方向付けられ、且つその間に陰極空気通路を画定する非導電性支持部材と、
各膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して熱除去の関係に設けられる陽極ヒートシンクと、
前記モジュールに供給される分岐空気流であって、該分岐空気流は前記陰極空気通路に供給される陰極空気流と、前記陽極ヒートシンク上を通過する陽極ヒートシンク空気流とを有し、前記分岐空気流は、動作中に発生した熱エネルギを除去することによって、前記イオン交換膜型燃料電池の動作温度を調整する分岐空気流と、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項２０】
請求項１１に記載の燃料電池において、前記モジュールは手によって操作することができ、該電池は更に、
背中合わせの側部を有し、且つ一対のほぼ背中合わせの空洞部を画定する電気的に非導電性支持部材であって、それぞれが背中合わせの陽極側と陰極側とを有する一対の膜電極拡散アセンブリが前記各空洞部に別々に封止して受容され、各陰極側は前記非導電性支持部材に対して間隔を置いた関係に設けられ、且つその間に陰極空気通路を画定する非導電性支持部材と、
各膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して熱除去の関係に設けられる陽極ヒートシンクと、
前記モジュールに供給される分岐空気流であって、該分岐空気流は前記陰極空気通路に供給される陰極空気流と、前記陽極ヒートシンク上を通過する陽極ヒートシンク空気流とを有し、前記分岐空気流は更に分岐されてから各陰極空気通路に供給され、前記陰極空気流と前記陽極ヒートシンク空気流からなる前記分岐空気流は、動作中に発生した熱エネルギを除去することによって、前記イオン交換膜型燃料電池の動作温度を調整するようになった分岐空気流と、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項２１】
請求項１１に記載の燃料電池において、一対の膜電極拡散アセンブリが互いに間隔を置いた関係に設けられ、前記各膜電極拡散アセンブリは背中合わせの陽極側と陰極側を有し、前記各膜電極拡散アセンブリの陰極側は近い位置にあり、前記各膜電極拡散アセンブリの陽極側は遠い位置にあり、そして各陰極側は一部において分岐された陰極空気通路を画定することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項２２】
請求項１１に記載の燃料電池であって、更に、前記膜電極拡散アセンブリとオーム電気接触状態に配置され、同時に、前記膜電極拡散アセンブリに力を与え、前記膜電極拡散アセンブリからの熱エネルギが逃げるように伝導し、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した電流を集電する電流コレクタを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項２３】
請求項１１に記載の燃料電池において、前記膜電極拡散アセンブリは背中合わせの陽極側と陰極側を有すると共に動作中は熱エネルギを発生し、前記モジュールは更に、前記陰極側にオーム電気接触の状態で横たわり、同時に、前記膜電極拡散アセンブリに力を印加し、前記膜電極拡散アセンブリから熱エネルギを逃がすように伝導する陰極電流コレクタを有し、該陰極電流コレクタは一部において陰極空気通路を画定することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項２４】
請求項１１に記載の燃料電池において、前記膜電極拡散アセンブリは背中合わせの陽極側と陰極側を有すると共に動作中は熱エネルギを発生し、前記モジュールは更に、前記膜電極拡散アセンブリの陰極側に対して横並びの関係にあり、一部に陰極空気通路を画定する陰極電流コレクタを有し、前記燃料電池モジュールは更に、前記陰極空気通路にその一部が供給される分岐空気流を有し、前記分岐空気流は前記膜電極拡散アセンブリの動作温度を調整することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項２５】
イオン交換膜型燃料電池電力装置であって、該装置は、
所定量の熱エネルギを発生する複数の個別のイオン交換膜型燃料電池モジュールを具備し、前記個別イオン交換膜型燃料電池モジュールのそれぞれは、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの殆どを除去する陽極ヒートシンクを有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の電力装置において、各個別イオン交換膜型燃料電池モジュールは、背中合わせの陽極側と陰極側とを有する少なくとも二つの膜電極拡散アセンブリを有し、各イオン交換膜型燃料電池モジュールは手によって取扱うことができることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の電力装置において、各個別イオン交換膜型燃料電池モジュールは、前記膜電極拡散アセンブリのそれぞれの背中合わせの陽極側及び陰極側に電気接触状態にそれぞれ設けられる一対の電流コレクタを有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の電力装置において、各陽極ヒートシンクは、各膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して熱を受ける関係に設けられ、更に、一対の電流コレクタのそれぞれ及びそれぞれの膜電極拡散アセンブリに対して力を印加することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の電力装置において、各膜電極拡散アセンブリは表面領域を有する活性領域を有し、前記各膜電極拡散アセンブリは、希釈燃料が供給されたとき、少なくとも約０．５Ｖの公称電圧で、前記表面領域の平方センチメートル当り少なくとも約３５０ｍＡの平均電流密度を発生することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３０】
請求項２９に記載の電力装置において、個別のイオン交換膜型燃料電池モジュールは陰極空気流を有し、個別のイオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの内の決して多くはない量の熱エネルギは前記陰極空気流によって除去され、そして前記希釈燃料は水素の希釈混合体であることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の電力装置において、各前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは、
背中合わせの側部を有し、個別の空洞部を画定する電気的非導電性支持部材であって、前記各膜電極拡散アセンブリは前記各空洞部にそれぞれ封止状に設けられ、そして前記非導電性支持部材に対して間隔を置いた状態に設けられ、前記非導電性支持部材は前記各膜電極拡散アセンブリの間に設けられ、前記陰極電流コレクタは各前記膜電極拡散アセンブリの陰極側とオーム電気接触状態に設けられ、そして前記非導電性支持部材によって画定される前記空洞部に受容され、且つ各前記膜電極拡散アセンブリと前記非導電性支持部材の間に設けられるようになった非導電性支持部材と、
各前記膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して流体移動可能な関係でそれぞれ設けられる一対の燃料供給アセンブリであって、前記陽極電流コレクタは前記陽極側のそれぞれとオーム電気接触状態に設けられ、前記陽極ヒートシンクはイオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギを前記膜電極拡散アセンブリから逃がすように伝導するために、前記陽極側のそれぞれに対して熱を受ける関係に設けられ、前記燃料供給アセンブリは前記陽極側と前記陽極電流コレクタのほぼ間に方向付けられている燃料供給アセンブリと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載の電力装置において、前記陰極電流コレクタは、前記膜電極拡散アセンブリをその下の非導電性支持部材に対して間隔がある関係に方向付けし、且つそれに力を付与する変形可能部材からなり、前記膜電極拡散アセンブリの陰極側に沿って空気の移動を容易とするために、陰極空気通路が前記陰極電流コレクタ、膜電極拡散アセンブリ及び下の非導電性支持部材の間に画定され、前記陰極電流コレクタは更に、熱エネルギを膜電極拡散アセンブリから逃がすように伝導することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３３】
請求項３２に記載の電力装置において、前記燃料供給アセンブリはそれぞれ、前記希釈燃料と流体移動可能に結合され、且つ各前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して前記希釈燃料を供給するように作動し、各燃料供給アセンブリは、取入プレナム、排出プレナム、及び前記取入および排出プレナムの間に設けられ且つそれらと流体移動可能に結合される空洞部を画定する本体を有し、各燃料供給アセンブリ内に形成された空洞部は、前記非導電性支持プレートによって画定されるそれぞれの空洞部と共働することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３４】
請求項３３に記載の電力装置において、前記燃料供給アセンブリは内側及び外側対向面を有し、前記空洞部は前記本体を通り前記内側及び外側対向面の間を延在し、前記陽極電流コレクタは、前記膜電極拡散アセンブリの陽極側の表面領域の殆どの部分上にオーム電気接触状態に横たわり、更に前記燃料供給アセンブリの外側対向面に対して横並びの関係にあることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の電力装置において、前記陽極電流コレクタは前記陽極ヒートシンクから実質的に電気的に絶縁されており、前記陽極ヒートシンクは、前記イオン交換膜型燃料電池が作動中は、前記膜電極拡散アセンブリを横切る温度勾配の形成をほぼ阻止し、さらに、前記膜電極拡散アセンブリから熱エネルギを逃がすように伝導することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の電力装置において、前記個別のイオン交換膜型燃料電池モジュールはサブラック上に着脱自在に設けられ、前記電力装置は更に、
各イオン交換膜型燃料電池モジュールに対して流体移動可能な関係に結合される空気供給プレナムであって、該空気供給プレナムは、空気流を各前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに供給する排出端と、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールと接触するために既に入ってきた空気と、それぞれのイオン交換膜型燃料電池モジュールの外側から来た空気の両方の空気を受ける反対側の取入端とを有する空気供給プレナムと、
前記空気供給プレナムに結合され、各イオン交換膜型燃料電池モジュールを通って通過してき、そして空気流として前記各モジュールに戻して再循環される空気の量を調整する空気混合バルブと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３７】
請求項３６に記載の電力装置において、前記空気供給プレナムによって供給される空気流は、陽極ヒートシンク空気流と陰極空気流の二つに分岐され、前記陰極空気流は前記陰極空気通路に供給され、前記陽極ヒートシンク空気流は前記陽極ヒートシンク上を通過し且つ前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの殆どを除去するように作用し、そして前記空気混合バルブは、前記空気供給プレナムの取入端と排出端との中間に位置することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の電力装置であって、該装置は更にＤＣバスを有し、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールが前記サブラック上の所定位置に配置されたとき、前記陽極及び陰極電流コレクタは前記ＤＣバスと電気的に取り外し自在に結合されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３９】
請求項３８に記載の電力装置であって、該装置は更に、
各イオン交換膜型燃料電池モジュールと電気的に結合されるコントローラを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４０】
請求項３８に記載の電力装置であって、該装置は更に、
個別の各前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生する電力を受けるための電力調整アセンブリを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４１】
イオン交換膜型燃料電池電力装置であって、該装置は、
熱エネルギを発生し、イオン交換膜型燃料電池モジュールから前記熱エネルギを除去することにより、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールの動作温度を調整する二つに分岐した空気流を有するイオン交換膜型燃料電池モジュールを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４２】
請求項４１に記載の電力装置において、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは、背中合わせの陽極側及び陰極側を具えた膜電極拡散アセンブリを有し、一対の電流コレクタがそれぞれ各陽極側及び陰極側にオーム電気接触状態で設けられ、前記膜電極拡散アセンブリは表面領域を有する活性領域を有し、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは、希釈燃料のソースが提供されたとき、公称電圧が少なくとも約０．５Ｖのもと、前記活性領域の平方センチメートル当り少なくとも約３５０ｍＡの電流密度を発生することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４３】
請求項４２に記載の電力装置において、該装置は更に、
空洞部を画定するハウジングと、
前記空洞部内に設けられ、前記ハウジングによって画定されるサブラックであり、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールが前記サブラックに取り外し可能に支持されるサブラックと、
前記ハウジング内で前記サブラックの近傍に設けられ、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールが前記サブラック上に受容されると、各前記電流コレクタと電気的に結合されるＤＣバスと、
前記ハウジングに設けられ、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに対して流体移動可能な関係に結合される空気供給プレナムと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４４】
請求項４３に記載の電力装置において、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは更に陽極ヒートシンクを有し、前記空気供給プレナムは取入端と、これと対向し、陽極ヒートシンク空気流と陰極空気流とからなる分岐空気流を提供する排出端とを有し、前記陰極空気流は前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側に供給され、前記陽極ヒートシンク空気流は前記陽極ヒートシンク上を通過し且つ前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの殆どを除去するように作用することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４５】
請求項４４に記載の電力装置において、空気混合バルブが前記空気供給プレナムに作用的に結合され、且つ前記イオン交換膜型燃料電池モジュールの下流側に設けられており、前記空気供給プレナムの前記取入端は、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールと接触するために既に入ってきた第１空気源と、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールの外側から来た第２空気源とを受け、前記空気混合バルブは、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに供給される前記それぞれの空気源の相対的な量を調整することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４６】
請求項４５に記載の電力装置であって、該装置は更に、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールと前記空気混合バルブとに電気的に結合されるコントローラを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４７】
請求項４１に記載の電力装置において、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは、背中合わせの陽極側と陰極側を有する少なくとも二つの膜電極拡散アセンブリを有し、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは手によって操作することができ、前記陽極側はそれぞれその中に形成された溝を有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４８】
請求項４７に記載の電力装置において、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは陽極電流コレクタと陰極電流コレクタを有し、これらは、それぞれ、各前記膜電極拡散アセンブリの背中合わせの陽極側及び陰極側に電気接触状態に設けられることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４９】
請求項４８に記載の電力装置において、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは更に、
各膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して熱を受ける関係に設けられ、各一対の電流コレクタと、その間に設けられる膜電極拡散アセンブリに力を付与する陽極ヒートシンクを有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項５０】
請求項４９に記載の電力装置において、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは更に、
陰極空気流と陽極ヒートシンク空気流からなる二つに分岐した空気流を有し、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの内の決して多くはない熱エネルギは前記陰極空気流によって除去されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項５１】
請求項５０に記載の電力装置において、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは更に、
背中合わせの側部を有し、それぞれの空洞部を画定する電気的に非導電性の支持部材であって、各膜電極拡散アセンブリは別々にそれぞれの空洞部に封止状態に設けられ、且つ前記非導電性支持部材に対して間隔を置いた状態に設けられ、前記非導電性支持部材はそれぞれの膜電極拡散アセンブリの間に方向付けて設けられ、前記陰極電流コレクタは、各膜電極拡散アセンブリの前記陰極側にオーム電気接触状態に設けられ、各陰極電流コレクタはそれぞれ前記非導電性支持部材によって画定される各空洞部と関連し、それぞれの膜電極拡散アセンブリと前記非導電性支持部材のほぼ間に設けられるようになった非導電性支持部材と、
各前記膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して流体移動可能な関係にそれぞれ設けられた一対の燃料供給アセンブリであって、前記陽極電流コレクタは各膜電極拡散アセンブリの前記陽極側とオーム電気接触状態に設けられ且つ各前記燃料供給アセンブリに対して横並びに設けられるようになった燃料供給アセンブリとを具備し、
前記陽極ヒートシンクは、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギを前記膜電極拡散アセンブリから逃がすように伝導するために、各前記陽極に対して熱を受ける関係に設けられていることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項５２】
請求項５１に記載の電力装置において、前記陰極電流コレクタは、前記膜電極拡散アセンブリを下に位置する前記非導電性支持部材に対して間隔を置いた関係に方向付けると共に、前記膜電極拡散アセンブリに対して力を印加する変形可能な部材を有し、陰極空気通路が、前記陰極電流コレクタの前記変形可能部材と膜電極拡散アセンブリと下側の非導電性支持部材との間に、前記膜電極拡散アセンブリの陰極側に沿った空気の移動を容易とするために形成され、前記陰極電流コレクタと前記膜電極拡散アセンブリの陰極側に沿った空気の移動が、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギを放散することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項５３】
請求項５２に記載の電力装置において、前記燃料供給アセンブリはそれぞれ希釈燃料源に流体移動可能に結合され且つ各前記膜電極拡散アセンブリの陽極側に希釈燃料を供給するように作動し、各前記燃料供給アセンブリは、取入プレナム、排出プレナム及び前記取入及び排出プレナムの間に設けられ且つそれらに対して流体移動可能に結合された空洞部を画定する本体を有し、前記各燃料供給アセンブリに形成された前記空洞部は、前記非導電体支持プレートによって画定されたそれぞれの空洞部と共働し且つそれぞれの膜電極拡散アセンブリを作動的に受容することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項５４】
請求項５３に記載の電力装置において、前記燃料供給アセンブリは内側及び外側対向面を有し、前記空洞部は前記本体を通って前記内側及び外側対向面の間に延在し、前記燃料供給アセンブリの前記外側対向面は表面領域を有し、前記陽極電流コレクタは前記燃料供給アセンブリの前記外側対向面の前記表面領域の殆どの上を横並びにほぼ覆う関係に横たわり、且つ前記燃料供給アセンブリによって画定される空洞部に受容される前記膜電極拡散アセンブリの陽極にオーム電気接触状態に設けられることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項５５】
請求項５４に記載の電力装置において、前記陽極電流コレクタは前記陽極ヒートシンクから実質的に電気的に絶縁されており、前記陽極ヒートシンクは、前記イオン交換膜型燃料電池の動作中、前記膜電極拡散アセンブリの活性領域を横切る温度勾配の形成を阻止することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項５６】
請求項５５に記載の電力装置において、個々のイオン交換膜型燃料電池モジュールはサブラック上に取り外し可能に設けられ、前記電力装置は更に、
各イオン交換膜型燃料電池モジュールに対して流体移動可能な関係に結合される空気供給プレナムであって、該空気供給プレナムは、各イオン交換膜型燃料電池モジュールに空気流を提供する排出端と、各前記イオン交換膜型燃料電池モジュールと接触するために以前に入ってきた空気と前記それぞれのイオン交換膜型燃料電池モジュールの外側からの空気の両方の空気を受ける反対側の取入端とを有する空気供給プレナムと、
前記空気供給プレナムに結合され、前記各イオン交換膜型燃料電池モジュールを通過してき、そしてイオン交換膜型燃料電池モジュールに戻して再循環される空気の量を測る空気混合バルブと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項５７】
請求項５６に記載の電力装置において、前記陰極空気流は前記陰極空気通路に供給され、前記陽極ヒートシンク空気流は前記陽極ヒートシンク上を通過し、且つ前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの殆どを除去し、前記空気混合バルブは前記イオン交換膜型燃料電池モジュールの下流に設けられることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項５８】
請求項５７に記載の電力装置であって、該装置は更にＤＣバスを有し、前記陽極及び陰極電流コレクタは、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールが前記サブラック上に搭載されているとき、前記ＤＣバスと電気的に結合されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項５９】
請求項５８に記載の電力装置において、前記電力装置は更に、
各前記イオン交換膜型燃料電池モジュールと電気的に結合されるコントローラを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項６０】
請求項５９に記載の電力装置において、前記電力装置は更に、
各前記個別イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した電力を受けるための電力調整アセンブリを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項６１】
イオン交換膜型燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは、
互いに間隔を置いて設けられた一対の膜電極拡散アセンブリを有し、各膜電極拡散アセンブリは陽極側と、これと背中合わせの陰極側を有し、各膜電極拡散アセンブリの前記陰極側は近い関係に、そして陽極側は遠い関係にあり、各陰極側は一部において分岐陰極空気通路を画定することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６２】
請求項６１に記載のイオン交換膜型燃料電池モジュールは更に、
前記一対の膜電極拡散アセンブリの中間に設けられた非導電性支持部材を有し、該非導電性支持部材は、個別の空洞部を画定する背中合わせの側部を有し、前記支持部材の前記背中合わせの側部は、一部において、分岐陰極空気通路を画定し、各膜電極拡散アセンブリの前記陰極側は、前記非導電性支持部材によって画定される空洞部の一方に対峙することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６３】
請求項６２に記載のイオン交換膜型燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
前記非導電性支持部材によって画定される各空洞部に受容され、前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側とオーム電気接触状態に設けられる陰極電流コレクタを有し、前記陰極電流コレクタは前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側と係合し、それを前記支持部材に対して間隔を置いた関係に方向付ける複数の可撓性電気的導電性部材を有し、前記陰極電流コレクタは、一部において、前記分岐陰極空気通路を画定し、更に前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギを該膜電極拡散アセンブリから逃がすように伝導することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６４】
請求項６３に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
各膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して流体移動可能に設けら、且つ前記支持部材と共働する燃料供給アセンブリを有し、前記燃料供給アセンブリは各前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極に対して横並びの関係に設けられることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６５】
請求項６４に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
各膜電極拡散アセンブリの前記陽極側とオーム電気接触状態に設けられ、且つ前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギを逃がすように伝導する陽極電流コレクタを有し、前記燃料供給アセンブリは前記各膜電極拡散アセンブリの前記陽極側と前記陽極電流コレクタの中間に設けられることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６６】
請求項６５に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
前記膜電極拡散アセンブリに対して熱を除去する関係に設けられ、且つ前記陽極電流コレクタからは電気的にほぼ絶縁されている陽極ヒートシンクを有し、前記膜電極拡散アセンブリは熱エネルギを発生し、前記陽極ヒートシンクは前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギの殆どを除去することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６７】
請求項６６に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記分岐陰極空気通路は陰極空気流を受け、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの決して多くはない部分の熱エネルギは前記陰極空気流によって除去されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６８】
請求項６７に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに対して流体移動可能に結合される空気供給プレナムであって、該空気供給プレナムは取入端とこれに対向した排出端とを有し、前記空気供給プレナムは、前記陰極空気流と陽極ヒートシンク空気流とからなる分岐空気流を供給し、前記取入端は前記分岐陰極空気通路を通過してきた陰極空気流と、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールの外側から入ってきた空気とを受けるようになった空気供給プレナムと、
前記外側からの空気と前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに供給された以前の陰極空気流の量を制御するために、前記空気供給プレナムに対して流体移動可能な関係に結合される空気混合バルブと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６９】
請求項６８に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールを動作可能方向に取り外し可能に支持するサブラックと、
前記サブラックに隣接して作動的に設けられるＤＣバスであって、該ＤＣバスは、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールが前記サブラック上に作動的に載置されたとき、前記陽極及び陰極電流コレクタと電気的に結合され、前記空気供給プレナムの取入端は、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに対して、それが前記サブラック上に作動的に搭載されたとき、流体移動可能な関係に設けられることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７０】
請求項６９に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールと電気的に結合されるコントローラと、
前記ＤＣバスと前記コントローラに電気的に結合され、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した電力を受けるように作動する電力調整アセンブリと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７１】
イオン交換膜型燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは、
それぞれが背中合わせの陽極と陰極側を有する一対の膜電極拡散アセンブリと、
前記膜電極拡散アセンブリの前記背中合わせの陽極及び陰極側と電気的に結合される陽極及び陰極電流コレクタと、
前記一対の膜電極拡散アセンブリの間に設けられる支持部材であって、前記各膜電極拡散アセンブリの陰極側は、前記支持部材に対峙するようになった支持部材と、
前記支持部材と、各前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側との間に画定される陰極空気通路と、
前記各膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して流体移動可能な関係に結合される燃料供給アセンブリと、
各陽極に対して熱を受ける関係に方向付けられる陽極ヒートシンクと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７２】
請求項７１に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記支持部材は対向した第１及び第２端と、個別の空洞部を画定する背中合わせの側部を具える本体を有し、前記各膜電極拡散アセンブリの前記陰極側は前記空洞部内に設けられ且つ前記支持部材に対して間隔を置いた関係に方向付けられ、前記陰極電流コレクタは各空洞部に受容され且つ前記支持部材と前記各膜電極拡散アセンブリの前記陰極側との間に設けられ、前記陰極電流コレクタは、前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側を前記支持部材に対して間隔を置いた関係に位置させ、そして前記各膜電極拡散アセンブリの前記陰極側、前記陰極電流コレクタ及び前記支持部材は、前記支持部材の第１端及び第２端の間に延びる陰極空気通路を画定することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７３】
請求項７２に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料供給アセンブリは前記膜電極拡散アセンブリと前記陽極電流コレクタの間に方向付けて設けられ、前記陽極電流コレクタは前記膜電極拡散アセンブリの陽極とオーム電気接触状態に設けられ、前記陽極電流コレクタは前記陽極ヒートシンクから電気的に絶縁され、そして前記陽極側はその中に形成された複数の内部接続溝を有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７４】
請求項７３に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに対して流体移動可能な関係に結合される空気供給プレナムであって、該空気供給プレナムは取入端とこれに対向した排出端を有し、前記空気供給プレナムは、分岐された空気流を前記燃料電池モジュールに供給し、前記分岐された空気流は、前記陰極空気通路に供給される陰極空気流と、前記陽極ヒートシンクから熱を逃がすように伝導するために、前記陽極ヒートシンク上を通過する陽極ヒートシンク空気流とからなり、前記取入端は前記陰極空気通路を通過してきた陰極空気流と、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールの外側から入ってきた空気を受けるようになった空気供給プレナムと、
前記外側からの空気と前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに供給された以前の陰極空気流の割合を制御するために、前記空気供給プレナムに対して流体測定可能な関係に結合される空気混合バルブと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７５】
請求項７４に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールを動作可能な方向に取り外し可能に支持するサブラックと、
前記サブラックに隣接して作動的に設けられ、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールが前記サブラック上に作動的に載置されたとき、前記陽極及び陰極電流コレクタに電気的に接続されるＤＣバスとを具備し、
前記空気供給プレナムの前記取入端は、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに対して、それが前記サブラック上に作動的に載置されたとき、流体移動可能に設けられるようになっていることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７６】
請求項７５に記載の燃料電池モジュールであって、該モジュールは更に、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに電気的に結合されるコントローラと、
前記ＤＣバス及び前記コントローラに電気的に結合され、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した電力を受けるように動作する電力調整アセンブリと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７７】
イオン交換膜型燃料電池モジュールであって、該モジュールは、
背中合わせの側部を有し且つ背中合わせの空洞部を画定する支持部材と、
前記支持部材によって画定される各空洞部に受容される陰極電流コレクタと、
前記各空洞部に形状一致して受容され、背中合わせの陽極側及び陰極側を有する膜電極拡散アセンブリであって、前記個々の膜電極拡散アセンブリの前記陰極側は各空洞部と共働し、前記陰極電流コレクタは前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側にオーム電気接触状態に横たわるようになった膜電極拡散アセンブリと、
前記支持部材と共働し、各前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して流体移動可能に設けられる燃料供給アセンブリと、
各前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側とオーム電気接触状態に設けられる陽極電流コレクタであって、前記燃料供給アセンブリは前記膜電極拡散アセンブリと前記陽極電流コレクタとの間に設けられる陽極電流コレクタと、
前記膜電極拡散アセンブリに対して熱を除去する関係に設けられる陽極ヒートシンクであって、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは、前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側と接触して通過する陰極空気流と、前記陽極ヒートシンクに対して熱を受ける関係に通過する陽極空気流とからなる分岐空気流を有し、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギは前記陽極ヒートシンクから前記陽極空気流に放散されるようになった陽極ヒートシンクと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７８】
請求項７７に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記支持部材は絶縁材料で形成され、前記個別の空洞部は前記支持部材の背中合わせの側部内に形成され、前記陰極電流コレクタ、前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側及び前記非導電性支持部材は、前記陰極空気流の前記膜電極拡散アセンブリの陰極側への供給を容易にする陰極空気通路を画定することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７９】
請求項７８に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記陰極電流コレクタは、前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側を前記下側の支持部材に対して間隔を置いた関係に方向付ける複数の弾力のある電気的導電性部材を有し、さらに、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱を逃がすように伝導し、前記膜電極拡散アセンブリは前記空洞部内にほぼ封止状に設けられることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項８０】
請求項７９に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料供給アセンブリは前記陽極ヒートシンクから電気的に絶縁されていることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項８１】
イオン交換膜型燃料電池モジュールであって、該燃料電池モジュールは、
背中合わせの空洞部を画定する絶縁支持部材と、
前記各空洞部に受容される陰極電流コレクタと、
背中合わせの陽極側と陰極側を有し、前記各空洞部に受容される膜電極拡散アセンブリであって、前記陰極側は、前記支持部材に対して、前記陰極電流コレクタがその間に陰極空気通路を画定することによって、間隔を置いた関係に配置されるようになった膜電極拡散アセンブリと、
前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して燃料供給関係に設けられる燃料供給アセンブリと、
前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側と電気的に結合される陽極電流コレクタと、
前記膜電極拡散アセンブリに対して熱を除去する関係に設けられ、前記陽極電流コレクタから電気的に絶縁される陽極ヒートシンクと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項８２】
請求項８１に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記支持部材は、相対的位置の第１及び第２端を有する本体を有し、前記各空洞部内に画定される陰極空気通路は、前記相対的位置の第１及び第２端の間を延在し、前記各陰極空気通路は互いにほぼ平行であることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項８３】
請求項８２に記載の燃料電池モジュールにおいて、各電流コレクタは、前記膜電極拡散アセンブリを前記支持部材に対して間隔を置いた関係に方向付ける複数の弾力のある電気的導電性部材を有し、前記陰極電流コレクタは更に、前記支持部材の第１端のところで前記空洞部から外側に延出する導電性接触部材を含むことを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項８４】
請求項８３に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料供給アセンブリは、前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して横並びの関係に設けられ、前記陽極側には、前記燃料供給アセンブリによって供給される前記燃料を受ける複数の連結溝が形成されていることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項８５】
請求項８３に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記陽極電流コレクタは、前記膜電極拡散アセンブリの陽極側とオーム電気接触状態に設けられ、陽極電流コレクタは更に、前記支持部材の第１端に対して外側に延びた、前記陰極電流コレクタの接触部材に対してほぼ平行に間隔を置いた関係に設けられる接触部材を有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項８６】
イオン交換膜型燃料電池モジュールであって、該燃料電池モジュールは、
背中合わせの側部を有したイオン交換燃料電池膜と、
前記イオン交換膜の背中合わせの側部上にそれぞれ配置された陽極と陰極と、
前記陽極に提供される燃料供給と、
前記陰極に提供される周囲空気からなるオキシダント供給であって、前記空気は、副産物として水蒸気を生じる燃料電池化学反応を持続するのに要求される体積の少なくとも約５倍から約１０００倍の体積を有する陰極空気流の状態で供給されるようになったオキシダント供給と、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項８７】
請求項８６に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池化学反応は副産物として熱を発生し、前記陰極空気流は、前記燃料電池化学反応によって発生する熱のうち、決して多くはない部分の熱を除去することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項８８】
請求項８７に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記イオン交換膜、前記陽極及び陰極は、燃料電池モジュールと一体的に形成され、前記燃料電池モジュールは更に、前記陽極に対して熱を除去する関係に設けられた陽極ヒートシンクを有し、そして、前記陽極ヒートシンクは、前記燃料電池化学反応によって発生する熱の多くの部分を除去することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項８９】
請求項８８に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールはサブラックに結合され、前記サブラックは更に、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールと流体移動可能な関係に結合される空気供給プレナムを有し、該空気供給プレナムによって前記イオン交換燃料電池モジュールに供給される前記陰極空気流は、前記陰極上の前記化学反応によって発生した水蒸気によって加湿されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項９０】
請求項８９に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記イオン交換燃料電池モジュールに供給された前記陰極空気流は前記イオン交換燃料電池モジュールに戻して再循環され、前記空気供給プレナムは更に、前記再循環陰極空気流への新鮮な空気の追加と、ほぼ安定した動作温度を有した陰極空気流を形成する前記再循環陰極空気流と前記新鮮な周囲空気の選択的混合を容易とする空気混合バルブを有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項９１】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
背中合わせの陽極側と陰極側を有し、且つ、動作中は、電気を発生しまた副産物として熱エネルギを生じる膜電極拡散アセンブリを内包するモジュールと、
前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側にオーム電気接触状態で載置し、前記膜電極拡散アセンブリに力を付与し、一部において、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギを該膜電極拡散アセンブリから逃がすように伝導する陰極電流コレクタと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項９２】
請求項９１に記載の燃料電池おいて、前記陰極電流コレクタは、一部において、陰極空気通路を画定し、前記イオン交換膜は更に、分岐空気流を有し、前記空気流の第１部分は前記陰極空気通路に供給され、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した前記熱の内決して多くはない部分の熱の除去を容易とすることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項９３】
請求項９２に記載の燃料電池であって、該燃料電池モジュールは更に、前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して熱を受ける関係に設けられる陽極ヒートシンクを有し、前記分岐空気流の第２部分は、前記陽極ヒートシンクに供給され、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した前記熱の大部分の除去を容易とすることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項９４】
請求項９３に記載の燃料電池であって、該燃料電池モジュールは更に、
前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側にオーム電気接触状に載る陽極電流コレクタと、
前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して燃料供給関係に設けられ、前記陽極電流コレクタと前記陽極ヒートシンクの間に設けられる燃料供給アセンブリと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項９５】
請求項９４に記載の燃料電池において、前記膜電極拡散アセンブリは表面領域によって画定される活性領域を有し、前記燃料供給アセンブリによって希釈燃料が供給されたとき、少なくとも約０．５Ｖの公称電圧で、前記表面領域の平方センチメートル当り少なくとも約３５０ｍＡの平均電流密度を発生することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項９６】
請求項９５に記載の燃料電池において、前記モジュールは手によって操作することができ、前記希釈燃料は水素を含み、前記希釈燃料中の前記水素の濃度は約３０％から約８０％であることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項９７】
イオン交換燃料電池であって、該電池は、
背中合わせの側部を有したイオン交換膜と、
前記イオン交換膜の一方の側部に設けられた陽極電極と、それとは反対側の側部に設けられた陰極電極であって、ほぼ共通平面に沿って方向付けられた複数の陽極及び陰極電流コレクタが設けられた陽極及び陰極電極と、
前記各陽極及び陰極電流コレクタを電気的に結合する導電性部材であって、前記イオン交換膜に対して間隔を置いた関係に方向付けられる導電性部材と、
を具備することを特徴とするイオン交換燃料電池。
【請求項９８】
請求項９７に記載のイオン交換燃料電池であって、該電池は更に、
背中合わせの側部を有した第２イオン交換膜と、
前記第２イオン交換膜の一方の側部に設けられた第２陽極電極と、それとは反対側の側部に設けられた第２陰極電極であって、ほぼ共通平面に沿って方向付けられた複数の第２陽極及び第２陰極電流コレクタが設けられた第２陽極及び第２陰極電極とを具備し、
前記導電性部材は、前記各第２陽極電流コレクタと第２陰極電流コレクタを電気的に結合し、前記導電性部材は前記第２イオン交換膜に対して間隔を置いて方向付けられていることを特徴とするイオン交換燃料電池。
【請求項９９】
請求項９８に記載のイオン交換燃料電池において、前記第１および第２イオン交換膜は、各前記イオン交換膜のそれぞれの陰極側が互いに近い関係に且つそれぞれの陽極側が互いに遠い関係に位置することにより、ほぼ平行に間隔を置いた関係に設けられることを特徴とするイオン交換燃料電池。
【請求項１００】
請求項９９に記載の燃料電池であって、該燃料電池は更に、
前記近い間隔の陰極電極のほぼ間に位置する空気通路を具備することを特徴とするイオン交換燃料電池。
【請求項１０１】
請求項１００に記載の燃料電池において、燃料源は前記遠い位置の陽極電極に供給されることを特徴とするイオン交換燃料電池。
【請求項１０２】
請求項１０１に記載の燃料電池において、前記燃料源は水素を含むことを特徴とするイオン交換燃料電池。
【請求項１０３】
請求項１０２に記載の燃料電池であって、該燃料電池は更に、
前記遠い位置の陽極電極のそれぞれに対して熱を受ける関係にそれぞれ方向付けられた少なくとも二つの陽極ヒートシンクを具備することを特徴とするイオン交換燃料電池。
【請求項１０４】
請求項１０３に記載の燃料電池であって、該燃料電池は更に、
前記近い間隔の陰極電極のほぼ間に位置する空気通路と前記陽極ヒートシンクのそれぞれに供給される分岐した空気の供給を具備することを特徴とするイオン交換燃料電池。
【請求項１０５】
請求項１０５に記載の燃料電池において、前記燃料電池は前記燃料電池モジュール内に包囲されていることを特徴とするイオン交換燃料電池。
【請求項１０６】
請求項１０５に記載の燃料電池において、前記燃料電池モジュールは、
ほぼ対向した一対の空洞部を有し、各空洞部は二つのイオン交換膜の内の一つと、前記電極とそれらに関連した電流コレクタを含むことを特徴とするイオン交換燃料電池。
【請求項１０７】
請求項１０６に記載の燃料電池において、前記燃料電池モジュールは更に、
前記一対の対向した空洞部のほぼ間と、前記複数の第１陰極電流コレクタと前記複数の第２陰極コレクタのほぼ間に設けられる支持部材を有することを特徴とするイオン交換燃料電池。
【請求項１０８】
請求項１０７に記載の燃料電池において、前記燃料電池モジュールは更に、
前記各陽極ヒートシンクとそれに関連した対応の前記陽極電流コレクタのほぼ間に設けられる燃料供給アセンブリを有することを特徴とするイオン交換燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン交換膜型燃料電池に関し、より詳しくは、燃料電池電力装置に組み込まれるイオン交換膜型燃料電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池の動作は良く知られている。燃料電池は、水素ガス等の燃料源と酸素又は空気等のオキシダントとから電気を発生するものである。化学反応は熱エネルギを発生するのに燃料の燃焼を伴わないので、そのような反応効率上の熱的限界は、従来の電力発生処理よりも非常に大きい。プロトン交換膜型燃料電池では、燃料ガス（水素）は一つの電極上でイオン化され、その水素イオンは、陰極上で酸素イオンと再結合するために膜を横切って拡散する。反応による副産物又は生成物は、水と、電流の発生である。
【０００３】
既に米国特許第６，０３０，７１８号として成立した我々の米国特許出願番号第０８／９７９，８５３号で、発明者は、新規なプロトン交換膜型燃料電池電力装置を開示した。その装置は、自己加湿式で、信頼性が高く、保守が容易で、従来の主にスタック式構成の燃料電池構造ではそれまで分かっていなかったような他の有利な点をもたらす複数の個別燃料電池モジュールを有するものである。この以前の発明の技術的事項は、本明細書に援用されるものである。
【０００４】
上記の以前の発明で開示されたモジュール式燃料電池は、非常に大きな成功を以って動作するが、発明者は、この基礎となる構成の燃料電池の性能、融通性、動作パラメータの範囲を更に増すための研究・調査を集中して行うことにより、本発明の概念の改良に努力を注いだ。
【０００５】
そこで、上で説明した技術から得られる利点を達成すると共に、スタック式燃料電池構成に関連した個々の不利な点を避けた、イオン交換膜型燃料電池を提供することが本発明の主題である。
【０００６】
【発明の概要】
本発明の一つの特徴は、それぞれが膜電極拡散アセンブリを内包する複数のモジュールを有したイオン交換膜型燃料電池を提供することであり、複数のモジュールの内の少なくとも一つのモジュールは、他の残りのモジュールが作動を継続したままの状態で、手により、イオン交換膜型燃料電池から容易に取り外すことができる。
【０００７】
本発明の他の特徴は、表面領域によって画定される活性領域を有し、希釈燃料が供給されたとき、公称電圧約０．５Ｖで表面領域の平方センチメートル当り少なくとも約３５０ｍＡの平均電流密度を発生する膜電極拡散アセンブリを内包する一つのモジュールを有したイオン交換膜型燃料電池を提供することである。
【０００８】
本発明の他の特徴は、手によって操作することができ、そして更に任意の量の熱エネルギを発生する複数の個別イオン交換膜型燃料電池モジュールを有したイオン交換膜型燃料電池電力装置を提供することであり、個別イオン交換膜型燃料電池モジュールのそれぞれは、各イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの殆どを除去する陽極ヒートシンクを有している。
【０００９】
さらに、本発明の他の特徴は、熱エネルギを発生し、イオン交換膜型燃料電池モジュールから熱エネルギを除去することによって該燃料電池モジュールの動作温度を調整する分岐した空気流路を有したイオン交換膜型燃料電池モジュールを有したイオン交換膜型燃料電池電力システムを提供することである。
【００１０】
本発明の他の特徴は、一方の物が他方の物に対して間隔をおいた関係に設けられた一対の膜電極拡散アセンブリを有したイオン交換膜型燃料電池モジュールに関し、それぞれの膜電極拡散アセンブリは、陽極側とこれと背中合わせの陰極側とを有し、膜電極拡散アセンブリのそれぞれの陰極側は近位の関係にあり、陽極側は遠位の関係にあり、そして、各陰極側は一部において分岐した陰極空気通路を画定する。
【００１１】
本発明の他の特徴は、次のような構成を具えたイオン交換膜型燃料電池モジュールに関する。該燃料電池モジュールは、陽極及び陰極電流コレクタが、対向する陰極及び陽極側に電気的に結合され、それぞれが背中合わせの陽極側及び陰極側を有した一対の膜電極拡散アセンブリと；一対の膜電極拡散アセンブリの間に設けられた支持部材であって、各膜電極拡散アセンブリの陰極側が支持部材の方向に向いている支持部材と；支持部材とそれぞれの膜電極拡散アセンブリの陰極側との間に画定される陰極空気通路と；各膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して流体移動可能な関係に接続される燃料供給アセンブリと；各膜電極拡散アセンブリで発生した熱エネルギの殆どの除去を容易とするために、各膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して、熱を受ける関係に方向付けられた陽極ヒートシンクとを有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、上述した及びそれ以外の特徴を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
本発明の開示は、アメリカ合衆国特許法の立法目的である「科学及び有用な技術の進歩を振興する」（第１条第８項）ことに即して行われる。
【００１４】
本発明によるイオン交換膜型燃料電池モジュールは、図１に、参照番号１０で示されている。その図に示されている通り、イオン交換膜型燃料電池は、前方端１２、これと反対側の後方端１３、上部及び下部面１４，１５、及び参照番号１６で示された背中合わせの側壁面を有した手動操作可能モジュール１１からなる。モジュール１１の各面については、この後、より詳細に説明する。
【００１５】
図２及び図３に最も良く示されている通り、モジュール１１は、参照番号２０で示される非導電性絶縁支持部材を有する。支持部材は、各種の合成高分子材料基板として形成することができる。支持部材は、前方周囲端２２，後方周囲端２３，上部周囲端２４，これと反対側の下部周囲端２５，及び参照番号２６で示される背中合わせの側壁によって画定される本体２１を有する。図２に最も良く示されている通り、一対の凹溝３０が前方周囲端２２内に形成されている。さらに、複数の締め具受入通路３１もまた、前方周囲端内に形成されている。さらに、図３に示す通り、複数の間隔をおいたリブ３２が、各側壁２６に設けられるか、または各側壁２６と一体的に形成されている。リブ３２は、互いに一定の間隔を置いて設けられている。締め具通路又は開口３３が、リブのそれぞれを貫通して形成されている。さらに、空洞部３４が、各側壁上に、それぞれのリブ３２の間に画定されている。各側壁上に形成された空洞部３４は、相互にほぼ対向した（背中合わせの）関係に設けられている。このことは、図３に示されている。さらに、図３に最も良く表わされている通り、一対の方向部材３５がリブ３２のそれぞれの間に設けられ、その間に空間を画定する。一対の装着タブ３６が、相互に一定の間隔を以って、本体２１の後方周囲端２３上に設けられている。一対のほぼ共軸一致した開口３７が、装着タブ３６のそれぞれに個別に形成されており、その開口を通して締め具を受け入れるようになっている。本発明のこの特徴は、以下において更に詳細に説明する。
【００１６】
燃料接続部４０が、支持部材２０の後方周囲端２３と一体的に形成されるか、または、支持部材２０の後方周囲端２３の一部を形成する。燃料接続部４０は、ほぼＴ字形状であり且つ取入端４２と番号４３で示される一対の排出端によって画定される燃料供給通路４１を有する。さらに、燃料接続部はまた、同様にほぼＴ字形状であり且つ一対の取入端４５と排出端４６とによって画定される排出通路４４を有する。燃料接続部４０の動作は、この後、更に詳細に説明する。
【００１７】
図２及び図３に最も良く表わされている通り、参照番号５０によって示される個別の導電体プレートが、支持部材２０によって画定される個別の空洞部３４内に嵌め入れられる。電気的に導電性の基板から形成された導電体プレートは、第１端５２とこれと相対的な位置にある第２端５３を有するほぼ平面状の本体５１を有する。本体５１は更に、第１端５２から外側方向に延び出ており、且つそれぞれの方向部材３５の間で方向付けされる導電性タブ５４を有する。導電性タブは、支持部材２０の上部周囲端２４に対してほぼ直角に外方に向かって延び出ている。図面から分かる通り、本体５１は、それぞれの空洞部３４を画定するそれぞれのリブ３２の間に形状合致して載置される。
【００１８】
図３の分解図に最も良く示されている通り、陰極電流コレクタは参照番号６０で示されており、これは、各導電体プレート５０の本体５１に対してオーム電気接触の関係で載置される。電気的導電性基板からなる陰極電流コレクタ６０は、相対的な位置にある第１端６２及び第２端６３を有する本体６１を有する。陰極電流コレクタ６０は、電流収集、力印加、熱放散の三つの機能を同時に実施する。電流コレクタのこれらの機能については、後で詳述する。電流コレクタ６０の本体６１は更に、周辺端６４によって画定される。図４の断面図に示される通り、陰極電流コレクタ６０の本体６１は、溝形状部材を画定する。本体６１はまた、その下にある導電性プレート５０の本体５１に対してオーム電気接触の態様で載置される第１表面６５と、その面の反対側にある第２表面６６とを有する。さらに、複数の弾性的に変形可能な電気的導電性部材７０が、本体６１内に形成され、これらは、第２面から下方に延び出ている（図４参照）。変形可能な電気的導電性部材７０のそれぞれは、後に詳述する隣の陰極に対してオーム電気接触状態で載置される陰極係合面７１を有する。以下の説明から、導電性部材７０と陰極係合面７１は、電流収集要素及び力印加要素の両方の要素を提供するように作用する。さらに、変形可能部材７０の形成は、本体６１内に開口７２を画定するものである。さらに、本体６１の弾性的変形可能導電性部材７０と第２表面６６との間には、スペース７３が画定される。陰極電流コレクタ６０の物理的構成は、後で更に詳細に説明する。
【００１９】
変形可能な電気的導電性部材７０の一つを誇張して示した図４に最も良く表わされている通り、陰極電流コレクタ６０は、複数の層を有した、電気的導電性及び熱的伝導性の金属要素基板からなる。具体的には、陰極電流コレクタは、例えばステンレス鋼７４等の適当な電気的導電性基板からなる第１層を有する。この層７４の平均厚さは、約２０／１０００インチから約４０／１０００インチである。さらに、ステンレス鋼層７４の表面には、第１のニッケル層７６Ａ及び第２のニッケル層７６Ｂが載置・形成される。各ニッケル層の平均厚さは、約０．１／１０００インチから約１．０／１０００インチである。
【００２０】
図には、導電体プレート５０と陰極電流コレクタ６０は組合わされるものとして示されているが、導電体プレート５０と一体的に形成された導電性タブ５４と同様な導電性タブを有した陰極電流コレクタ６０を製造することも可能である。そのようにすれば、それぞれの導電体プレート５０が導電性タブを有することの必要性がなくなる。
【００２１】
図３及び図５に最も良く表わされている通り、電流導電体アセンブリ又は回路基板は、参照番号８０によって示されている。この電流導電体アセンブリ８０は、動作中は支持部材２０の上部周囲端２４上に載置され、支持部材２０の上部周囲端２４に取り外し可能に固定され、そして、支持部材２０の後方周囲端２３上に設けられた装着タブ３６の間に入り込む（図１参照）。電流導電体アセンブリ又は回路基板８０は、半田処理を行うことが可能な基板で製造された本体８１を有する。本体８１上には、その後で絶縁物質によって被覆される多数の導電パターン（図示せず）が形成される。本体８１はまた、第１端８２と、これと相対的な位置関係にある第２端８３を有する。さらに、第１端８２上には係合部材８４が設けられ、これは、後に詳述するハンドルアセンブリと嵌合接続されるようになっている。さらに、複数の電気コンタクト８５が第２端８３上に又は第２端８３と一体的に形成され、電流導電体アセンブリ８０の本体８１に沿って導出された多数の電気的パターン（図示せず）に電気的に接続される。図５に示される通り、開口９０が本体８１内に形成され、これは、一対の装着タグ３６内にそれぞれ形成された開口３７と軸が一致するようになっている。共軸一致されたとき、各開口は一つの留め具を受入れ、電流導電体アセンブリを、支持部材２０の上部周囲端２４上に取り外し可能に固定する。支持又は係合部材９１が第２端８３上に設けられており、これは、後で説明するサブラックと取り外し可能に係合する。さらに、複数の導電領域９２，９３が本体に沿って形成されている。導電領域９２は、イオン交換膜型燃料電池モジュールが組み立てられたとき、導電体プレート５０とオーム電気接触状態になるように設けられている。さらに、陽極電流コレクタは、導電領域９３とオーム電気接触するように設けられる。陽極電流コレクタについては後に詳述する。電流導電体アセンブリ８０は、各空洞部３４を相互に電気的に直列に結合する。
【００２２】
図６及び図９の分解図に最も良く表わされている通り、イオン交換膜型燃料電池モジュール１１は、参照番号１００で表わされる複数の膜電極拡散アセンブリを有する。膜電極拡散アセンブリのそれぞれは、陽極側１０１と、これと背中合わせの陰極側１０２とを有する。更に、各膜電極拡散アセンブリには、周囲端１０３が画定され、更に、その陽極側には、複数の連結溝１０４が形成されている。膜電極拡散アセンブリ１００は、各空洞部３４のそれぞれに封密状態に受容される固体イオン導電膜１０５によって形成される。この実施例では、各膜電極拡散アセンブリの陰極側１０２は、陰極電流コレクタ６０の変形可能な電気的導電性部材７０によって、支持体２０に対して、間隔を置いた関係に保持される。陰極電流コレクタによって提供されるこの空間的構成は、モジュール１１からの熱放散を容易にするものである。このことは、後で更に詳述する。上述の通り、膜電極拡散アセンブリ１００、関連した陰極電流コレクタ６０及び支持部材２０の組合せは、それらの間に陰極空気通路１０６を画定する（図１０及び図１３参照）。好適な膜電極拡散アセンブリの構成は、現在は米国特許第６，０３０，７１８号として成立した、１９９７年１１月２０日付出願の米国特許出願番号第０８／９７９，８５３号に記載されている。この以前の出願は本願に援用されるものであり、膜電極拡散アセンブリの構成に関する更なる説明はここではしないこととする。
【００２３】
図１３から分かる通り、陰極空気通路１０６は、支持部材２０の各側２６に画定されている。したがって、モジュール１１は、二つに分岐した陰極空気流を有することになる。このことは、更に後で詳しく説明する。前に述べた膜電極拡散アセンブリはプロトン交換膜型についてのものであったが、本発明は、プロトン交換膜型だけに限定されるものではなく、陰イオン交換膜型を利用することもできる。
【００２４】
図７及び図９を参照すれば最も良く表わされている通り、参照番号１１０で示される燃料供給アセンブリは、各膜電極拡散アセンブリ１００の陽極側１０１に対して流体移動可能に接続される。各燃料供給アセンブリ１１０は、ほぼ純粋な又はいろいろな程度に希釈された燃料源３４０に接続される。プロトン交換膜型燃料電池の態様で構成されたときには、希釈燃料供給は水素が用いられる。希釈燃料での水素の濃度は、体積比で約３０％から約８０％の範囲となる。この希釈燃料混合体（種類に関わらず）が供給されると、イオン交換膜型燃料電池１０は、公称電圧約０．５Ｖで、陽極側１０１の表面領域の平方センチメートル当り、少なくとも約３５０ｍＡの平均電流密度を生じる。さらに、陽極側１０１の表面に形成された連結溝１０４は、陽極側１０１の表面領域のほぼ全体に希釈燃料を分配するのに役立つ。この構成において、希釈燃料混合体によって不純物が導入されるか、又は他の障害物が発生すると、連結溝１０４は、たとえ連結溝１０４のどこかの部分が途絶されても、陽極側１０１の表面領域のほぼ全体に燃料が到達するための便利な手段を提供するものである。希釈燃料３４０は、炭化水素に基づく燃料を受け、そして化学反応を通して、炭化水素源を、他の物質と混合される希釈水素流を生じるように分留するリアクタ３４２の手段によって供給されても構わない。これに代わる方法として、燃料は、圧縮容器３４１によって供給されても良い。これらの代替的構成は図１１に示されており、後でその詳細を説明する。
【００２５】
図９の分解図及び図１を参照すれば最も良く表わされている通り、本発明のイオン交換膜型燃料電池１０は、各膜電極拡散アセンブリ１００の陽極側１０１に対して流体移動可能な関係でそれぞれが設けられる一対の燃料供給アセンブリ１１０を有する。図７及び図８に最も良く表わされている通り、各燃料供給アセンブリ１１０は、内側対向面１１２（図８参照）と外側対向面（図７参照）とを有する本体１１１を有する。本体１１１は更に、取入プレナム１１４と排出プレナム１１５を画定する。さらに、流体カプラー１１６（図１参照）が、取入プレナム１１４及び排出プレナム１１５にそれぞれ流体移動可能に装着されている。寸法が徐々に狭まった開口１１４Ａが本体内に形成され、取入プレナム１１４と連通する。この徐々に狭まった開口は、ある動作条件の間、それぞれの開口又は空洞部１２０に圧力差を生じるように作用し、それにより、膜電極拡散アセンブリ１００内に形成された複数の溝１０４の何れかを阻止することになるかも知れない不純物又は他の障害物の排除を容易にする。複数の空洞部又は開口１２０が本体１１１内に形成され、これらは、それぞれ、内側対向面１１２と外側対向面１１３の間に延在する。空洞部又は開口１２０は、互いに間隔を置いて設けられており、組み立てられたとき、空洞部１２０は、個々の膜電極拡散アセンブリ１００を受け入れる。図７に最も良く表わされている通り、複数の溝又は通路１２１が本体１１１内に形成されており、これらは、個々の空洞部１２０を取入プレナム１１４及び排出プレナム１１５に流体移動可能に結合する。さらに、複数の留め具開口１０９が本体１１１内に形成される。図９に最も良く表わされている通り、封止部材１２２がそれぞれの溝１２１を覆うような関係で設けられている。
【００２６】
図１に最も良く示されている通り、複数のパイプ１５０は、燃料カプラー４０を燃料供給アセンブリ１１０に流体移動可能に結合する。参照番号１５１で示される二本のパイプは、それぞれの膜電極拡散アセンブリ１００に対して、取入プレナム１１４により希釈燃料混合体が供給されることを許容する。その後、如何なる残余の燃料及び化学反応による関連生成物は、排出プレナム４０内に受け戻され、そして、パイプ１５２によって、燃料カプラー４０にそして排出通路４４に向かって流れる。
【００２７】
第１及び第２感圧接着シール１２３，１２４がそれぞれ設けられ、これらは、背中合わせの内側面１１２及び外側面１１３に対してそれぞれ横並びの関係で設けられる。各シール１２３，１２４は、その中に形成された開口１２５を有し、その開口は、各空洞部１２０に対してほぼ共軸の関係となるように方向付けされている。燃料供給アセンブリ１１０の本体１１１内に形成された空洞部１２０は、そして非導電性の支持プレート２０内に形成された個々の空洞部３４と共軸状に整列される。組み立てると、各膜電極拡散アセンブリ１００は、それぞれ、燃料供給アセンブリ１１０と支持部材２０の両方によって画定される空洞部１２０及び３４のそれぞれに形状合致の関係に受容される。さらに、複数の留め具開口１２６が各シール１２３，１２４内に形成され、これらは、後に詳述する留め具を受け入れるようになっている。
【００２８】
第２感圧接着シール１２４に対して直ぐ隣に横設されるのは、参照番号１４０で示される陽極電流コレクタである。さらに、図９に見られる通り、実質上硬いシールプレート１３０が設けられ、これは、膜拡散アセンブリ１００の陰極側１０２に対して並置される。シールプレート１３０は本体１３１を有し、これは、各膜電極拡散アセンブリ１００を一部において形状合致状に受け入れる複数の開口１３２を画定する。さらに、本体はその中に形成された複数の留め具開口１３３を有し、組み立てられたとき、これらの開口は、燃料電池モジュール１１の以前に説明した部分に形成された既に説明した留め具開口とほぼ共軸状に整列される。各陽極電流コレクタは、各膜電極拡散アセンブリ１００の陽極側１０１に対してオーム電気接触の状態で横設され、そして更に、それに対して熱を受ける関係に方向付けられる。陽極電流コレクタ１４０は、電気的導電性本体１４１（ニッケル又はニッケル被覆銅から作られても良い）を有し、これは、膜電極拡散アセンブリ１００の陽極側１０１に対して横設される内側対向面１４２と、これと背中合わせの外側対向面１４３を有する。さらに、複数の留め具開口１４４が本体内に形成され、これらは、各種シール１２３，１２４内及び燃料供給アセンブリ１１０内に形成された他の留め具開口１２６に対してほぼ共軸状に整列される。さらに、本体１４１は複数の電気接触部材１４５を有し、これらは、組み上げられたとき、電流導電体アセンブリ８０の本体８１に沿って形成された導電性領域９３とオーム電気接触の状態となる。この時の状態は図１０に最も良く示されている。
【００２９】
図９に示される通り、電気的絶縁部材即ちガスケット１６０が、陽極電流コレクタ１４０の外側対向面１４３に対して横並びの関係に設けられる。この絶縁部材は、陽極電流コレクタの外側対向面１４３に接触して横たわる内側対向面１６２と、更に外側対向面１６３とを具える本体１６１を有する。さらに、複数の留め具開口１６４が、イオン交換膜型燃料電池１０の残りの部分に形成された既に説明した留め具開口に対して共軸状に整列される。
【００３０】
図９及び図１０に最も良く示されている通り、陽極ヒートシンク１７０が、絶縁部材１６０に横設され、更に、これは各膜電極拡散アセンブリ１００の陽極側１０１に対して熱を受けるように設けられており、その結果、イオン交換膜型燃料電池モジュール１１によって発生した熱エネルギを膜型電極拡散アセンブリから逃がすように熱伝導する。本実施例では、燃料供給アセンブリ１１０は、膜電極拡散アセンブリ１００の陽極側１０１と、陽極電流コレクタ１４０のほぼ間に位置している。陽極ヒートシンク１７０は、絶縁部材１６０に対して横並びになる関係に横たわる内側対向面１７２と、その面の反対側の外側対向面１７３を有する。同様に、そして、上で説明したように、陽極ヒートシンク１７０内には、多くの留め具開口１７４が形成されており、これらは、イオン交換膜型燃料電池モジュール１１の上で説明した各部分に形成されている残りの留め具開口と実質的に軸一致するものである。複数の留め具１７５が提供され、これらは、モジュール全体が確実に保持されるように、軸一致された留め具開口に受け入れられる。これらの留め具１７５は、各電流コレクタ６０と共に、電流コレクタ６０と１４０が膜電極拡散アセンブリ１００の陽極側１０１と陰極側１０２のそれぞれと有効的なオーム電気接触とするのに十分な圧力を生じる。上で説明したことから分かる通り、陽極電流コレクタ１４０は、陽極ヒートシンク１７０からはほぼ電気的に絶縁される。さらに、陽極ヒートシンク１７０は十分な熱伝導性を有しており、その結果、イオン交換膜型燃料電池モジュール１０が作動中、膜電極拡散アセンブリ１００を横切る方向の熱勾配の発生を実質的に防ぐものである。
【００３１】
ハンドルアセンブリは参照番号１９０によって示されており、これは、図２に最も良く表わされている。そこに示されている通り、ハンドルアセンブリ１９０は、前面１９２とこれと反対側の裏面１９３で画定される参照番号１９１で示されるバックプレートを有する。表面から裏面に貫通して開口１９４が形成されており、これは、電流導電体アセンブリ８０の本体８１に設けられた部材８４を受容する。さらに、表面１９２上には、一対のハンドル１９５が固着される。そして、表面１９２から裏面１９３に貫通して複数の留め具開口１９６が形成され、これらの開口は、支持部材２０の前面端２３に形成されている留め具開口３１に螺合する留め具１９７を受け入れるようになっている。ハンドルにより、モジュール１１は手によって容易に操作でき、また、後で更に詳しく説明するサブラックと一緒に用いられたとき、何の道具も必要とすることなくモジュール１１を取り外すことができる。
【００３２】
ここで、図１１及び図１２を参照してより具体的に説明する。そこには、参照番号２１０で示されるサブラックを含む、イオン交換膜型燃料電池電力装置が示されている。このサブラックは、複数のイオン交換膜型燃料電池モジュール１１を実際に動作する態様で、取り外し可能に支持する。サブラック２１０は、主包囲体２１１を有する。主包囲体２１１は、上部面２１２、底部面２１３、前面側壁２１４、背面側壁２１５、左側側壁２１６及び右側側壁２１７によって画定される。各側壁２１２−２１７は、内部空洞部２２０を画定する。本実施例では、主包囲体２１１は、それぞれが膜電極拡散アセンブリ１００を包囲する複数のモジュール１１を受入れる。図１１に示される通り、イオン交換膜型燃料電池電力装置は、モジュール１１の少なくとも一つが、手によって装置から容易に取り外すことができ、その取り外されている間は、残りのモジュールが動作を継続するように構成されている。上述の通り、この取り外し作業は、通常は何の道具も用いることなく行われる。しかしながら、振動又は外部からの物理的な力が装置に加わるようなある種の商業上又は産業上の実際の使用例では、それぞれのモジュールをサブラックに対して、サブラックから各モジュールが不用意に外れたり位置ずれすることを防ぐために螺子切りの留め具にて取り外し可能にする必要があるような場合もある。もし螺子切りの留め具が用いられる場合でも、それを外すための手工具はごく簡単なものであり、取り外しに要する時間は、損傷を負った膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）の交換が行われる従来のスタック構成ではその交換に数時間を要していたが、僅か数分で行える。
【００３３】
図１２に最も良く表わされている通り、サブラック２１０の上部面１２には開口２３０が形成されており、そして、空洞部２２０は、第１の即ち燃料電池モジュール空洞部２１０と、第２の空洞部即ち電気制御ベイ２３２を有する。図１１を参照すれば最も良く表わされている通り、主包囲体２１１の前面２１４には複数の個別モジュール用開口２３３が形成されており、これらは、各燃料電池モジュール１１を個別に受入れ、それらを、相互に所定の間隔を保った関係に位置付けるように作用する。燃料電池モジュール空洞部２３１は、それぞれの燃料電池モジュール１１を、空洞部２３１内でほぼ直立状態に方向付ける支持部材又は棚２３４によって画定される。さらに、燃料電池モジュール空洞部２３１は、ＤＣバス２３６を支持する背面壁２３５によって画定され、このＤＣバス２３６は、燃料電池モジュール１１に設けられた電流導電体アセンブリ８０に対して、取り外し可能に、合致して、電気的に結合する。さらに、図１２の断面図に示されている通り、背面壁２３４は更に、燃料供給ライン２３７と副産物又は生成物除去ライン２３８とを支持する。これらのラインは、燃料カプラー４０の燃料供給通路４１と排出通路４４に対して、流体移動可能な状態で取り外し可能に結合されるようになっている。図１２に最も良く表わされている通り、第２空洞部即ち電気制御ベイ２３２は、各イオン交換膜型燃料電池モジュール１１に電気的に結合されるデジタル式又はアナログ式コントローラ２５０と、ＤＣバス２３６とコントローラ２５０に電気的に結合され、イオン交換膜型燃料電池モジュール１１が発生した電力を受けるように作動する電力調整アセンブリ２６０とを収容する。コントローラ及び電力調整アセンブリ及びそれに関連した回路の動作は、我々の出願である先の米国特許出願第０９／１０８，６６７号及び第０９／３２２，６６６号に開示されている。これらの出願は本出願に援用され、その詳しい説明は、ここでは行わない。図１２に更に示されている通り、主包囲体２１１の背面壁２１５には開口２７０が形成されており、これは、それを通過して主包囲体２１１内に入ってくる外部空気流から粒状物を除去するように動作するエアフィルター２７１を受容する。
【００３４】
図１２の断面図に最も良く示されている通り、サブラック２１０は、各イオン交換膜型燃料電池モジュール１１に対して流体移動可能に結合された空気供給プレナム２９０を有する。空気供給プレナム２９０は、各イオン交換膜型燃料電池モジュール１１と既に接触していた空気と、各イオン交換膜型燃料電池モジュールの外部から入ってきた空気の両方を受ける第１の、即ち取入端２９１を有する。さらに、空気供給プレナム２９０は、空気流を各イオン交換膜型燃料電池モジュール１１に分配・供給する第２の、即ち排出端２９２を有する。第１の即ち取入端２９１と、第２の即ち排出端２９２との間には空気混合バルブ２９３が設けられ、これは、空気供給プレナム２９０に結合している。空気混合バルブ２９３は、各イオン交換膜型燃料電池モジュール１１を通過し、イオン交換膜型燃料電池モジュールに再循環して戻ってくる空気の量を測定する。図示の通り、空気混合バルブ２９３は、サブラック２１０の背面壁２１５に形成された開口２９４を選択的に塞ぐ。ファン２９５等の空気移動アセンブリが、空気供給プレナム２９０に沿って設けられ装着される。図１２に示す通り、空気移動アセンブリは、取入端２９１の近傍に配設され、サブラック２１０の上部面２１２に形成された開口２３０にほぼ軸が揃えられている。空気混合バルブ２９３とファンアセンブリ２９５はそれぞれコントローラ２５０と電気的に結合され、そしてそれによって制御される。空気混合バルブ２９３は、開口２９４に対して第１の閉鎖位置２９７と、点線で示すような第２のほぼ非閉鎖位置２９８との間を動くことができる軸移動可能なバルブ部材２９６を有する。バルブ部材２９６が第２非閉鎖位置にあるときは、取入端２９１で受けられ且つ個々の燃料電池モジュールを既に通過してきた空気は、主包囲体２１１の外に出され、次に周囲の環境に排出される。他方、バルブ部材２９６が閉鎖位置２９７にあるときは、燃料電池モジュール１１を通過してきた取入端２９１からの空気は、排出端に戻り、そして、モジュール１１を通過して、再び取入端２９１に戻る。バルブ部材２９６の相対的位置を調節することにより、空気流２９９の温度と相対的湿度を容易に調整することができる。さらに、閉鎖位置２９７では、周囲からの空気は、依然として、空気フィルタ２７０の手段によって、空気供給プレナムに入り続ける。
【００３５】
より具体的には、燃料電池モジュールに供給される空気流２９９は、副産物として水蒸気を生ずる燃料電池化学反応が起こるために要求される体積の少なくとも約５から約１０００倍の体積が提供される。この空気プレナム構成は、陰極側１０２に供給される空気流を陰極で起こる化学反応の副産物として生じる水蒸気によって湿らせることができる都合の良い手段を提供する。さらに、冷えた動作条件の間は、燃料電池モジュール１１のそれぞれによって加熱された同じ空気は、燃料電池全体を通常の動作温度に上昇させるのに貢献する。さらに、空気混合バルブ２９３は、モジュール１１を通過してき、そして空気供給プレナム２９０に加えられる空気の量を制限する。このようにして生じた再循環空気流及び新鮮な周囲空気は、各モジュール１１内の各膜電極拡散アセンブリの出力及び電流密度を最大とするほぼ最適動作特性を有した空気の流れを形成する。
【００３６】
次に図１３を参照して説明する。同図は、空気供給プレナム２９０に対して動作関係に配置されたイオン交換膜型燃料電池モジュール１１を非常に簡略化し、誇張し、一部分を断面化して示した図である。以前に説明したサブアセンブリの多くを含まないこの特化した断面図は、以下説明する原理を説明するためのものである。図１２及び図１３に示され、且つ上で説明した通り、サブラック２１０は、棚又は支持部材２３４上の作動位置に受け入れられたイオン交換膜型燃料電池モジュール１１のそれぞれに空気流２９９を提供する空気供給プレナム２９０を有する。空気流２９９は排出端２９２から出て、そして参照番号３２０で示される分岐空気流となる。分岐空気流３２２は、各イオン交換膜型燃料電池モジュール１１によって受けられる第１陰極空気流３２１と、参照番号３２２で示される第２陽極ヒートシンク空気流とからなる。図１３から分かる通り、第１陰極空気流３２１は、イオン交換膜型燃料電池モジュール１１に入り、更に、支持部材２０の片側面上に画定される陰極空気通路１０６の一つに沿って移動する第１成分３２３に分岐される。さらに、第１陰極空気流３２１は、支持部材２０の反対側面上の陰極空気通路１０６に沿って移動する第２成分３２４を有する。分岐された陰極空気流３２１は、膜電極拡散アセンブリ１００の陰極側１０２に必要なオキシダント（周囲空気流中の酸素）を提供する。さらに、陰極空気流は、膜電極拡散アセンブリ１００が動作中、それによって発生する熱エネルギの内の決して多くはない量の熱エネルギを除去するように作用する。陰極空気流は、陰極空気通路１０６を一部に形成する各陰極電流コレクタ６０によってその流れが促進される。陽極ヒートシンク空気流３２２は更に、共にイオン交換膜型燃料電池モジュール１１の背中合わせの側１６に沿って、そして各陽極ヒートシンク１７０上をそれぞれ移動する、第１成分３２５と第２成分３２６とに分岐される。陽極ヒートシンク空気流成分３２５及び３２６は、対向した陽極ヒートシンク１７０上を移動するので、陽極ヒートシンク空気流は、イオン交換膜型燃料電池モジュール１１が動作中、これによって発生した熱エネルギの殆どを除去するように動作する。したがって、本発明は、イオン交換膜型燃料電池モジュールの動作温度を、それによって発生する熱エネルギを除去することによって調整する分岐空気流３２０を有したイオン交換膜型燃料電池モジュール１１を提供するものである。
【００３７】
図１１を参照すると、前にも説明した通り、個々のイオン交換膜型燃料電池モジュール１１とサブラック２１０は、その組合せで、参照番号３４０で示されるほぼ純粋な又は希釈燃料源に対して流体移動可能な関係に結合された燃料電池電力装置を構成する。燃料ガスの供給は、参照番号３４１で示されるボトル化された圧縮燃料ガス源、または各イオン交換膜型燃料電池モジュール１１によって用いられる燃料の流れを提供する化学リアクタ又はリフォーマ３４２によって提供される燃料の流れとすることもできる。管３４３は、何れかの燃料ガス供給源３４０を、各イオン交換膜型燃料電池モジュール１１及び関連したサブラック２１０に結合する。化学リフォーマ３４２が設けられる場合、リフォーマは、天然ガス、プロパンガス、ブタンガス、及びその他の燃料ガス等の適当な炭化水素の流れを受けて、そしてその後、化学反応を通して、管３４３の手段によって供給される燃料の流れを放出する。本発明の装置１０はまた、燃料ガス回収及び再使用装置（図示せず）を有していてもよく、これらの装置は、個々のイオン交換膜型燃料電池モジュール１１を通過してきた未反応燃料ガスを回収するものである。本装置は、端的に言うと未反応燃料ガスを分離し、その未反応燃料ガスを更なる使用のために、各イオン交換膜型燃料電池モジュールに復帰させるものである。この回収装置は、生成物除去ライン２３８に結合することができる。本発明による上記実施例の動作は以下の説明で明らかになるものと思うが、ここで、それを要約しておくこととする。
【００３８】
最も広くは、本発明は、それぞれが膜電極拡散アセンブリ１００を内包した複数のモジュール１１を有し、該複数のモジュールの内、少なくとも一つのモジュールは、残りのモジュールが動作し続けたままの状態で、手によってイオン交換膜型燃料電池から容易に取り外すことができるイオン交換膜型燃料電池からなる。
【００３９】
本発明のもう一つの広い特徴は、表面領域によって画定される活性領域１０７を有し、希釈燃料３４０が供給されたとき、公称電圧０．５Ｖで、表面領域の平方センチメート当り少なくとも約３５０ｍＡの平均電流密度を発生する膜電極拡散アセンブリ１００を内包したモジュール１１を有したイオン交換膜型燃料電池に関することである。
【００４０】
本発明のさらにもう一つの広い特徴は、所定量の熱エネルギを発生する複数の個別イオン交換膜型燃料電池モジュール１１を有し、個別イオン交換膜型燃料電池モジュールのそれぞれは、各イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発した熱エネルギの大部分を除去する陽極ヒートシンク１７０を有する、イオン交換膜型燃料電池電力装置に関する。この特徴は、図１３を参照することにより最も良く理解できる。
【００４１】
本発明のもう一つの広い特徴は、背中合わせの側部を有したイオン交換膜１００を有したイオン交換燃料電池１０であって、陽極１０１及び陰極１０２がそれぞれイオン交換膜の前記背中合わせの側部にそれぞれ配置されているイオン交換燃料電池１０に関する。
【００４２】
燃料供給３４０は陽極に提供され、周囲空気からなるオキシダント供給３２１は、生成物として水蒸気を生じる燃料電池化学反応を起こすために、その体積が少なくとも約５から約１０００倍である陰極空気流３２３及び３２４で供給される。
【００４３】
本発明のもう一つの広い特徴は、背中合わせの陽極側１０１と陰極側１０２を有した膜電極拡散アセンブリ１００を内包し、且つ動作中、電気を発生し、生成物として熱エネルギを生じるモジュール１１を有したイオン交換膜型燃料電池１０を提供することである。イオン交換膜型燃料電池１００は更に、膜電極拡散アセンブリの陰極側とオーム電気接触状態に置かれ、膜電極拡散アセンブリに力を与え、そして膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギを膜電極アセンブリから熱を逃がすように熱伝導する陰極電流コレクタ６０を有する。
【００４４】
本発明の更に他の広い特徴は、イオン交換膜型燃料電池モジュールから発生した熱エネルギを除去することにより、該イオン交換膜型燃料電池モジュールの動作温度を調整する二つに分岐された空気流３２０を有するイオン交換膜型燃料電池モジュール１１に関する。
【００４５】
さらに、本発明の他の広い特徴は、互いに間隔を置いた関係に配置された一対の膜電極拡散アセンブリ１００を有し、各膜電極拡散アセンブリ１００は背中合わせの陽極側１０１と陰極側１０２とをそれぞれ有したイオン交換膜型燃料電池モジュール１１に関する。この構成では、各膜電極拡散アセンブリの陰極側１０１は近い関係となり、陽極側１０２は遠い関係となり、そして各陰極側は一部において二つに分岐した陰極空気通路１０６を画定する。
【００４６】
図３及び図９を参照すると、本発明のイオン交換膜型燃料電池モジュール１１は、それぞれが背中合わせの陽極側１０１と陰極側１０２を有し、且つ陽極電流コレクタ１４０と陰極電流コレクタ１６０がそれぞれ、対向する陽極側及び陰極側に電気的に結合された、一対の膜電極拡散アセンブリ１００を有して示されている。イオン交換膜型燃料電池モジュール１００は更に、一対の膜電極拡散アセンブリ１００の間に設けられた支持部材２０を有し、各膜電極拡散アセンブリの陰極側１０２が支持部材２０に対峙している。イオン交換膜型燃料電池モジュールは、支持部材２０と膜電極拡散アセンブリのそれぞれの陰極側１０２との間に位置する陰極空気通路１０６を画定する。燃料供給アセンブリ１１０が提供され、これは、各膜電極拡散アセンブリ１００の陽極側１０１に対して流体移動可能な状態に結合される。最後に、陽極ヒートシンク１７０が、陽極側１０１に対して熱を受ける方向に設けられ、これにより、各膜電極拡散アセンブリによって発生する熱エネルギの大部分の除去が促進される。
【００４７】
本発明のイオン交換膜型燃料電池モジュール１１は、背中合わせの側部２６を有し、且つ背中合わせの空洞部３４を画定する支持部材２０を有する。陰極電流コレクタ６０は、支持部材２０によって画定される各空洞部３４に受容される。膜電極拡散アセンブリ１００は各空洞部３４に嵌入され、そして背中合わせの陽極側１０１と陰極側１０２をそれぞれ有する。個々の膜電極拡散アセンブリ１００の陰極側１０２は、各空洞部３４と共働する。さらに、陰極電流コレクタ６０は、膜電極拡散アセンブリ１００の陰極側１０２にオーム電気接触状態に横たわる。燃料供給アセンブリ１１０は支持部材２０と共働し、そして各膜電極拡散アセンブリ１００の陽極側１０１に対して流体移動可能な関係に設けられる。陽極電流コレクタ１４０は、各膜電極拡散アセンブリの陽極側１０１とオーム電気接触状態に設けられる。この構成では、燃料供給アセンブリ１１０は、膜電極拡散アセンブリとその隣の陽極電流コレクタ１４０との間に方向付けられる。陽極ヒートシンク１７０は、膜電極拡散アセンブリ１００に対して、熱を除去する関係に設けられる。図１３に示される通り、イオン交換膜型燃料電池モジュールは、各膜電極拡散アセンブリの陰極側１０２と接触するように通過する陰極空気流３２１からなる二つに分岐された空気の流れ３２０を有する。さらに、二つに分岐された空気流は、陽極ヒートシンク１７０に対して熱を受けるように通過する陽極空気流３２２を有する。膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギは、陽極ヒートシンクから陽極空気流に放散される。したがって、本発明による燃料電池モジュール１１及びそれに関連した電力装置は、従来技術に比べて非常に多くの有利な点を有するものである。さらに、熱が燃料電池モジュールから非常に効率良く放散されることから、電流密度の増加が達成でき、そして更に、本発明の燃料電池モジュールは、本構成を通して、希釈燃料混合体を受け入れ且つこれを有効に利用でき、また同時に、本明細書に援用された以前の発明及び特許出願に記載されたものと同等又はそれ以上の電流密度を提供することができる。最後に、本発明は、従来のスタック式構成に設けられていた制御手段を減らすか又は無くすことにより、これら従来のものよりも、多くの優れた点を提供するものである。これらの制御手段を無くすことは、本構成の特性能力を増すものであり、また同時に、所定量の電力を発生するための投資コストを減少するものである。
【００４８】
以上の通り、本発明の構造的及び方法の特徴について述べてきたが、本発明の範囲は、図示し且つ説明してきたこれらの特定の実施例に限定されるものではない。これらの実施例は、あくまでも好適な実施例を示したものに過ぎないものである。本発明の範囲は、したがって、均等の原則にしたがって適当に解釈される範囲内の各種変形又は変更を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明のイオン交換膜型燃料電池モジュールの斜視図である。
【図２】
図２は、本発明のイオン交換膜型燃料電池モジュールの分解斜視図である。
【図３】
図３は、本発明のイオン交換膜型燃料電池モジュールの一部分解斜視図である。
【図４】
図４は、図３の線４−４に沿った位置における、陰極電流コレクタの一部断面図である。
【図５】
図５は、本発明のイオン交換膜型燃料電池モジュールに用いられる電流導電体アセンブリの側面図である。
【図６】
図６は、本発明のイオン交換膜型燃料電池モジュールに用いられる膜電極拡散アセンブリの拡大分解斜視図である。
【図７】
図７は、本発明のイオン交換膜型燃料電池モジュールと一緒に用いられる燃料供給装置の側面図である。
【図８】
図８は、図７とは反対側から見た、燃料供給アセンブリの第２側面図である。
【図９】
図９は、本発明のイオン交換膜型燃料電池モジュールの第２の分解斜視図である。
【図１０】
図１０は、図１の線１０−１０に沿った縦断面図である。
【図１１】
図１１は、本発明のイオン交換膜型燃料電池電力装置の斜視図である。
【図１２】
図１２は、図１１の線１２−１２に沿った位置における縦断面図である。
【図１３】
図１３は、本発明のイオン交換膜型燃料電池モジュールと関連した電力装置を表わす図である。
【図１】
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【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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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年4月29日(2002.4.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
それぞれが膜電極拡散アセンブリを内包する複数のモジュールを有し、該複数のモジュールの内の少なくとも一つは、残りのモジュールを作動させたままで、手によってイオン交換膜型燃料電池から容易に取り除くことができ、各モジュールは動作中熱エネルギを発生し、各モジュールのそれぞれは、それぞれのモジュールによって発生した熱エネルギの殆どを除去する陽極ヒートシンクを有していることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項２】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
それぞれが膜電極拡散アセンブリを内包する複数のモジュールを有し、該複数のモジュールの内の少なくとも一つは、残りのモジュールを作動させたままで、手によってイオン交換膜型燃料電池から容易に取り除くことができ、各モジュールは動作中熱エネルギを発生し、各モジュールのそれぞれは、各モジュールからの熱エネルギを除去することによって各モジュールの動作温度を調整する分岐した空気の流れを有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項３】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
それぞれが互いに間隔を置いた関係に設けられた一対の膜電極拡散アセンブリを内包する複数のモジュールを有し、各膜電極拡散アセンブリは陽極側とこれと背中合わせの陰極側を有し、各膜電極拡散アセンブリの陰極側は近い位置、各陽極側は遠い位置にあり、そして各陰極側は一部において陰極空気通路を画定し、前記複数のモジュールの内の少なくとも一つは、残りのモジュールを作動させたままで、手によってイオン交換膜型燃料電池から容易に取り除くことができることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池において、前記各モジュールは動作中熱エネルギを発生し、陰極電流コレクタが、膜電極拡散アセンブリの陰極側にオーム電気接触の状態で載置し、前記膜電極拡散アセンブリに力を与え、そして前記膜電極拡散アセンブリから該膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギを逃がすように伝導することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項５】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
背中合わせの陽極側と陰極側を有する膜電極拡散アセンブリをそれぞれが内包した複数のモジュールを具備し、該複数のモジュールの内の少なくとも一つは、残りのモジュールを作動させたままで手によってイオン交換膜型燃料電池から容易に取り除くことができ、各モジュールは更に、前記膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して熱除去の関係に設けられた陽極ヒートシンクを有し、各モジュールは更に、陰極空気流と陽極ヒートシンク空気流からなる分岐された空気の流れを有し、各モジュールは動作中に熱エネルギを発生し、前記熱エネルギの内の決して多くではない熱エネルギは前記陰極空気流によって除去されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池において、前記熱エネルギの大部分は、陽極ヒートシンクによって除去されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項７】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
背中合わせの陽極側と陰極側を有する膜電極拡散アセンブリをそれぞれが内包した複数のモジュールを具備し、前記膜電極拡散アセンブリは表面領域によって画定される活性領域を有し、水素濃度が約３０％から約８０％の燃料が供給されたとき、少なくとも約０．５Ｖの公称電圧で、表面領域の平方センチメートル当り少なくとも約３５０ｍＡの平均電流密度を発生し、動作中は、イオン交換膜型燃料電池は熱エネルギを発生し、前記イオン交換膜型燃料電池は、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギの大部分を除去するために、前記膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して熱除去の関係に設けられる陽極ヒートシンクを有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池において、前記陽極はその中に形成された複数の溝を有し、前記モジュールは、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギの内の決して多くではない熱エネルギを除去する陰極空気流を有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項９】
請求項７に記載の燃料電池において、前記膜電極拡散アセンブリは陰極空気流を有し、前記陽極ヒートシンク及び陰極空気流は、動作中、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギを除去することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１０】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
背中合わせの陽極側及び陰極側を有し、動作中は熱エネルギを発生し、更に、水素濃度が約３０％から約８０％の燃料が供給されたとき、表面領域の平方センチメートル当り少なくとも約３５０ｍＡの平均電流密度を発生する膜電極拡散アセンブリを内包したモジュールを具備し、前記モジュールは更に、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギを除去するための二つに分岐した空気流を有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池において、前記モジュールは手によって操作することができ、該電池は更に、
背中合わせの側部を有し、且つ一対のほぼ背中合わせの空洞部を画定する電気的に非導電性支持部材であって、それぞれが背中合わせの陽極側と陰極側とを有する一対の膜電極拡散アセンブリが前記各空洞部に別々に封止して受容され、各陰極側は前記非導電性支持部材に対して間隔を置いた関係に方向付けられ、且つその間に陰極空気通路を画定する非導電性支持部材と、
各膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して熱除去の関係に設けられる陽極ヒートシンクとを具備し、
前記モジュールに供給される前記分岐空気流は、前記陰極空気通路に供給される陰極空気流と、前記陽極ヒートシンク上を通過する陽極ヒートシンク空気流とからなり、前記分岐空気流は、動作中に発生した熱エネルギを除去することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１２】
請求項１０に記載の燃料電池において、前記モジュールは手によって操作することができ、該燃料電池は更に、
背中合わせの側部を有し、且つ一対のほぼ背中合わせの空洞部を画定する電気的に非導電性支持部材であって、それぞれが背中合わせの陽極側と陰極側とを有する一対の膜電極拡散アセンブリが前記各空洞部に別々に封止して受容され、各陰極側は前記非導電性支持部材に対して間隔を置いた関係に設けられ、且つその間に陰極空気通路を画定するようになった非導電性支持部材と、
各膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して熱除去の関係に設けられる陽極ヒートシンクとを具備し、
前記モジュールに供給される前記分岐空気流は、前記陰極空気通路に供給される陰極空気流と、前記陽極ヒートシンク上を通過する陽極ヒートシンク空気流とからなり、前記分岐空気流は更に分岐されてから各陰極空気通路に供給され、前記陰極空気流と前記陽極ヒートシンク空気流からなる前記分岐空気流は、動作中に発生した熱エネルギを除去することによって、前記イオン交換膜型燃料電池の動作温度を調整することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１３】
イオン交換膜型燃料電池であって、該電池は、
それぞれが互いに間隔を置いた関係に設けられた一対の膜電極拡散アセンブリを内包するモジュールを有し、各膜電極拡散アセンブリは、陽極側とこれと背中合わせの陰極側を有し、更に、表面領域によって画定される活性領域を有し、燃料が供給されたとき、少なくとも約０．５Ｖの公称電圧で、前記表面領域の平方センチメートル当り約３５０ｍＡの平均電流密度を発生し、各膜電極拡散アセンブリの陰極側は近い位置、各陽極側は遠い位置にあり、そして各陰極側は一部において陰極空気通路を画定することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１４】
請求項１３に記載の燃料電池において、前記モジュールは更に、前記膜電極拡散アセンブリの陰極側に対して横並びの関係にあり、一部に前記陰極空気通路を画定する陰極電流コレクタを有し、前記燃料電池モジュールは更に、前記陰極空気通路にその一部が供給される分岐空気流を有し、前記分岐空気流は前記膜電極拡散アセンブリの動作温度を調整することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項１５】
イオン交換膜型燃料電池電力装置であって、該装置は、
熱エネルギを発生する複数の個別のイオン交換膜型燃料電池モジュールを具備し、前記個別イオン交換膜型燃料電池モジュールのそれぞれは、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの殆どを除去する陽極ヒートシンクを有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電力装置において、各個別イオン交換膜型燃料電池モジュールは、背中合わせの陽極側と陰極側とを有する少なくとも二つの膜電極拡散アセンブリを有し、各イオン交換膜型燃料電池モジュールは手によって取扱うことができることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電力装置において、各個別イオン交換膜型燃料電池モジュールは、前記膜電極拡散アセンブリのそれぞれの背中合わせの陽極側及び陰極側に電気接触状態にそれぞれ設けられる一対の電流コレクタを有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電力装置において、各陽極ヒートシンクは、各膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して熱を受ける関係に設けられ、更に、一対の電流コレクタのそれぞれ及びそれぞれの膜電極拡散アセンブリに対して力を印加することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の電力装置において、各膜電極拡散アセンブリは表面領域を有する活性領域を有し、前記各膜電極拡散アセンブリは、燃料が供給されたとき、少なくとも約０．５Ｖの公称電圧で、前記表面領域の平方センチメートル当り少なくとも約３５０ｍＡの平均電流密度を発生することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の電力装置において、個別のイオン交換膜型燃料電池モジュールは陰極空気流を有し、個別のイオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの内の決して多くはない量の熱エネルギは前記陰極空気流によって除去されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の電力装置において、各前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは、
背中合わせの側部を有し、且つ個別の空洞部を画定する電気的非導電性支持部材であって、前記各膜電極拡散アセンブリは前記各空洞部にそれぞれ封止状に設けられ、そして前記非導電性支持部材に対して間隔を置いた状態に設けられ、前記非導電性支持部材は前記各膜電極拡散アセンブリの間に設けられ、前記陰極電流コレクタは各前記膜電極拡散アセンブリの陰極側とオーム電気接触状態に設けられ、そして前記非導電性支持部材によって画定される前記空洞部に受容され、且つ各前記膜電極拡散アセンブリと前記非導電性支持部材の間に設けられるようになった非導電性支持部材と、
各前記膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して流体移動可能な関係でそれぞれ設けられる一対の燃料供給アセンブリであって、前記陽極電流コレクタは前記陽極側のそれぞれとオーム電気接触状態に設けられ、前記陽極ヒートシンクはイオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギを前記膜電極拡散アセンブリから逃がすように伝導するために、前記陽極側のそれぞれに対して熱を受ける関係に設けられ、前記燃料供給アセンブリは前記陽極側と前記陽極電流コレクタのほぼ間に方向付けられている燃料供給アセンブリと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の電力装置において、前記陰極電流コレクタは、前記膜電極拡散アセンブリをその下の非導電性支持部材に対して間隔がある関係に方向付けし、且つそれに力を付与する変形可能部材からなり、前記膜電極拡散アセンブリの陰極側に沿って空気の移動を容易とするために、陰極空気通路が前記陰極電流コレクタ、膜電極拡散アセンブリ及び下の非導電性支持部材の間に画定され、前記陰極電流コレクタは更に、熱エネルギを膜電極拡散アセンブリから逃がすように伝導することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の電力装置において、前記燃料供給アセンブリはそれぞれ、前記燃料と流体移動可能に結合され、且つ各前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して前記燃料を供給するように作動し、各燃料供給アセンブリは、取入プレナム、排出プレナム、及び前記取入および排出プレナムの間に設けられ且つそれらと流体移動可能に結合される空洞部を画定する本体を有し、各燃料供給アセンブリ内に形成された空洞部は、前記非導電性支持プレートによって画定されるそれぞれの空洞部と共働することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の電力装置において、前記燃料供給アセンブリは内側及び外側対向面を有し、前記空洞部は前記本体を通り前記内側及び外側対向面の間を延在し、前記陽極電流コレクタは、前記膜電極拡散アセンブリの陽極側の表面領域の殆どの部分上にオーム電気接触状態に横たわり、更に前記燃料供給アセンブリの外側対向面に対して横並びの関係にあることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の電力装置において、前記陽極電流コレクタは前記陽極ヒートシンクから実質的に電気的に絶縁されており、前記陽極ヒートシンクは、前記イオン交換膜型燃料電池が作動中は、前記膜電極拡散アセンブリを横切る温度勾配の形成をほぼ阻止し、さらに、前記膜電極拡散アセンブリから熱エネルギを逃がすように伝導することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の電力装置において、前記個別のイオン交換膜型燃料電池モジュールはサブラック上に着脱自在に設けられ、前記電力装置は更に、
各イオン交換膜型燃料電池モジュールに対して流体移動可能な関係に結合される空気供給プレナムであって、該空気供給プレナムは、空気流を各前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに供給する排出端と、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールと接触するために既に入ってきた空気と、それぞれのイオン交換膜型燃料電池モジュールの外側から来た空気の両方の空気を受ける反対側の取入端とを有する空気供給プレナムと、
前記空気供給プレナムに結合され、各イオン交換膜型燃料電池モジュールを通って通過してき、そして空気流として前記各モジュールに戻して再循環される空気の量を調整する空気混合バルブと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の電力装置において、前記空気供給プレナムによって供給される空気流は、陽極ヒートシンク空気流と陰極空気流の二つに分岐され、前記陰極空気流は前記陰極空気通路に供給され、前記陽極ヒートシンク空気流は前記陽極ヒートシンク上を通過し且つ前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの殆どを除去するように作用し、そして前記空気混合バルブは、前記空気供給プレナムの取入端と排出端との中間に位置することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の電力装置であって、該装置は更にＤＣバスを有し、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールが前記サブラック上の所定位置に配置されたとき、前記陽極及び陰極電流コレクタは前記ＤＣバスと電気的に取り外し自在に結合されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の電力装置であって、該装置は更に、
各イオン交換膜型燃料電池モジュールと電気的に結合されるコントローラを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３０】
請求項２８に記載の電力装置であって、該装置は更に、
個別の各前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生する電力を受けるための電力調整アセンブリを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３１】
イオン交換膜型燃料電池電力装置であって、該装置は、
熱エネルギを発生し、イオン交換膜型燃料電池モジュールから前記熱エネルギを除去することにより、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールの動作温度を調整する二つに分岐した空気流を有するイオン交換膜型燃料電池モジュールを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載の電力装置において、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは、背中合わせの陽極側及び陰極側を具えた膜電極拡散アセンブリを有し、一対の電流コレクタがそれぞれ各陽極側及び陰極側にオーム電気接触状態で設けられ、前記膜電極拡散アセンブリは表面領域を有する活性領域を有し、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは、公称電圧が少なくとも約０．５Ｖのもと、前記活性領域の平方センチメートル当り少なくとも約３５０ｍＡの平均電流密度を発生することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３３】
請求項３１に記載の電力装置において、該装置は更に、
空洞部を画定するハウジングと、
前記空洞部内に設けられ、前記ハウジングによって画定されるサブラックであり、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールが前記サブラックに取り外し可能に支持されるサブラックと、
前記ハウジング内で前記サブラックの近傍に設けられ、前記サブラック上に受容されたイオン交換膜型燃料電池モジュールと電気的に結合されるＤＣバスと、
前記ハウジングに設けられ、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに対して流体移動可能な関係に結合される空気供給プレナムと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３４】
請求項３３に記載の電力装置において、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは、背中合わせの陽極側と陰極側とを有する膜電極拡散アセンブリを有し、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは更に陽極ヒートシンクを有し、前記空気供給プレナムは取入端と、これと対向し、陽極ヒートシンク空気流と陰極空気流とからなる分岐空気流を提供する排出端とを有し、前記陰極空気流は前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側に供給され、前記陽極ヒートシンク空気流は前記陽極ヒートシンク上を通過し且つ前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの殆どを除去するように作用することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の電力装置において、空気混合バルブが前記空気供給プレナムに作用的に結合され、且つ前記イオン交換膜型燃料電池モジュールの下流側に設けられており、前記空気供給プレナムの前記取入端は、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールと接触するために既に入ってきた第１空気源と、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールの外側から来た第２空気源とを受け、前記空気混合バルブは、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに供給される前記それぞれの空気源の相対的な量を調整することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の電力装置であって、該装置は更に、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールと前記空気混合バルブとに電気的に結合されるコントローラを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３７】
請求項３１に記載の電力装置において、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは、背中合わせの陽極側と陰極側を有する少なくとも二つの膜電極拡散アセンブリを有し、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは手によって操作することができ、前記陽極側はそれぞれその中に形成された溝を有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の電力装置において、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは陽極電流コレクタと陰極電流コレクタを有し、これらは、それぞれ、各前記膜電極拡散アセンブリの背中合わせの陽極側及び陰極側に電気接触状態に設けられることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項３９】
請求項３８に記載の電力装置において、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは更に、
各膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して熱を受ける関係に設けられ、各一対の電流コレクタと、その間に設けられる膜電極拡散アセンブリに力を付与する陽極ヒートシンクを有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４０】
請求項３９に記載の電力装置において、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは更に、
陰極空気流と陽極ヒートシンク空気流からなる二つに分岐した空気流を有し、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの内の決して多くはない熱エネルギは前記陰極空気流によって除去されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４１】
請求項４０に記載の電力装置において、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは更に、
背中合わせの側部を有し、それぞれの空洞部を画定する電気的に非導電性の支持部材であって、各膜電極拡散アセンブリは別々にそれぞれの空洞部に封止状態に設けられ、且つ前記非導電性支持部材に対して間隔を置いた状態に設けられ、前記非導電性支持部材はそれぞれの膜電極拡散アセンブリの間に方向付けて設けられ、前記陰極電流コレクタは、各膜電極拡散アセンブリの前記陰極側にオーム電気接触状態に設けられ、各陰極電流コレクタはそれぞれ前記非導電性支持部材によって画定される各空洞部と関連し、それぞれの膜電極拡散アセンブリと前記非導電性支持部材のほぼ間に設けられるようになった非導電性支持部材と、
各前記膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して流体移動可能な関係にそれぞれ設けられた一対の燃料供給アセンブリであって、前記陽極電流コレクタは各膜電極拡散アセンブリの前記陽極側とオーム電気接触状態に設けられ且つ各前記燃料供給アセンブリに対して横並びに設けられるようになった燃料供給アセンブリとを具備し、
前記陽極ヒートシンクは、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギを前記膜電極拡散アセンブリから逃がすように伝導するために、各前記陽極に対して熱を受ける関係に設けられていることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４２】
請求項４１に記載の電力装置において、前記陰極電流コレクタは、前記膜電極拡散アセンブリを下に位置する前記非導電性支持部材に対して間隔を置いた関係に方向付けると共に、前記膜電極拡散アセンブリに対して力を印加する変形可能な部材を有し、陰極空気通路が、前記陰極電流コレクタの前記変形可能部材と膜電極拡散アセンブリと下側の非導電性支持部材との間に、前記膜電極拡散アセンブリの陰極側に沿った空気の移動を容易とするために形成され、前記陰極電流コレクタと前記膜電極拡散アセンブリの陰極側に沿った空気の移動が、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギを放散することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４３】
請求項４２に記載の電力装置において、前記燃料供給アセンブリはそれぞれ燃料源に流体移動可能に結合され且つ各前記膜電極拡散アセンブリの陽極側に燃料を供給するように作動し、各前記燃料供給アセンブリは、取入プレナム、排出プレナム及び前記取入及び排出プレナムの間に設けられ且つそれらに対して流体移動可能に結合された空洞部を画定する本体を有し、前記各燃料供給アセンブリに形成された前記空洞部は、前記非導電体支持プレートによって画定されたそれぞれの空洞部と共働し且つそれぞれの膜電極拡散アセンブリを作動的に受容することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４４】
請求項４３に記載の電力装置において、前記燃料供給アセンブリは内側及び外側対向面を有し、前記空洞部は前記本体を通って前記内側及び外側対向面の間に延在し、前記燃料供給アセンブリの前記外側対向面は表面領域を有し、前記陽極電流コレクタは前記燃料供給アセンブリの前記外側対向面の前記表面領域の殆どの上を横並びにほぼ覆う関係に横たわり、且つ前記燃料供給アセンブリによって画定される空洞部に受容される前記膜電極拡散アセンブリの陽極にオーム電気接触状態に設けられることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４５】
請求項４４に記載の電力装置において、前記陽極電流コレクタは前記陽極ヒートシンクから実質的に電気的に絶縁されており、前記陽極ヒートシンクは、前記イオン交換膜型燃料電池の動作中、前記膜電極拡散アセンブリの活性領域を横切る温度勾配の形成を阻止することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４６】
請求項４５に記載の電力装置において、個々のイオン交換膜型燃料電池モジュールはサブラック上に取り外し可能に設けられ、前記電力装置は更に、
各イオン交換膜型燃料電池モジュールに対して流体移動可能な関係に結合される空気供給プレナムであって、該空気供給プレナムは、各イオン交換膜型燃料電池モジュールに空気流を提供する排出端と、各前記イオン交換膜型燃料電池モジュールと接触するために以前に入ってきた空気と前記それぞれのイオン交換膜型燃料電池モジュールの外側からの空気の両方の空気を受ける反対側の取入端とを有する空気供給プレナムと、
前記空気供給プレナムに結合され、前記各イオン交換膜型燃料電池モジュールを通過してき、そしてイオン交換膜型燃料電池モジュールに戻して再循環される空気の量を測る空気混合バルブと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４７】
請求項４６に記載の電力装置において、前記陰極空気流は前記陰極空気通路に供給され、前記陽極ヒートシンク空気流は前記陽極ヒートシンク上を通過し、且つ前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの殆どを除去し、前記空気混合バルブは前記イオン交換膜型燃料電池モジュールの下流に設けられることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４８】
請求項４７に記載の電力装置であって、該装置は更にＤＣバスを有し、前記陽極及び陰極電流コレクタは、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールが前記サブラック上に搭載されているとき、前記ＤＣバスと電気的に結合されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項４９】
請求項４８に記載の電力装置において、前記電力装置は更に、
各前記イオン交換膜型燃料電池モジュールと電気的に結合されるコントローラを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項５０】
請求項４９に記載の電力装置において、前記電力装置は更に、
各前記個別イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した電力を受けるための電力調整アセンブリを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池電力装置。
【請求項５１】
イオン交換膜型燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは、
互いに間隔を置いて設けられた一対の膜電極拡散アセンブリを有し、各膜電極拡散アセンブリは陽極側と、これと背中合わせの陰極側を有し、各膜電極拡散アセンブリの前記陰極側は相互に近い関係に、そして陽極側は相互に遠い関係にあり、各陰極側は一部において分岐陰極空気通路を画定することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項５２】
請求項５１に記載のイオン交換膜型燃料電池モジュールは更に、
前記一対の膜電極拡散アセンブリの中間に設けられた非導電性支持部材を有し、該非導電性支持部材は、個別の空洞部を画定する背中合わせの側部を有し、前記支持部材の前記背中合わせの側部は、一部において、分岐陰極空気通路を画定し、各膜電極拡散アセンブリの前記陰極側は、前記非導電性支持部材によって画定される空洞部の一方に対峙することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項５３】
請求項５２に記載のイオン交換膜型燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
前記非導電性支持部材によって画定される各空洞部に受容され、前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側とオーム電気接触状態に設けられる陰極電流コレクタを有し、前記陰極電流コレクタは前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側と係合し、それを前記支持部材に対して間隔を置いた関係に方向付ける複数の可撓性電気的導電性部材を有し、前記陰極電流コレクタは、一部において、前記分岐陰極空気通路を画定し、更に前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギを該膜電極拡散アセンブリから逃がすように伝導することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項５４】
請求項５３に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
各膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して流体移動可能に設けら、且つ前記支持部材と共働する燃料供給アセンブリを有し、前記燃料供給アセンブリは各前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極に対して横並びの関係に設けられることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項５５】
請求項５４に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
各膜電極拡散アセンブリの前記陽極側とオーム電気接触状態に設けられ、且つ前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギを逃がすように伝導する陽極電流コレクタを有し、前記燃料供給アセンブリは前記各膜電極拡散アセンブリの前記陽極側と前記陽極電流コレクタの中間に設けられることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項５６】
請求項５５に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
前記膜電極拡散アセンブリに対して熱を除去する関係に設けられ、且つ前記陽極電流コレクタからは電気的にほぼ絶縁されている陽極ヒートシンクを有し、前記膜電極拡散アセンブリは熱エネルギを発生し、前記陽極ヒートシンクは前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギの殆どを除去することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項５７】
請求項５６に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記分岐陰極空気通路は陰極空気流を受け、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した熱エネルギの決して多くはない部分の熱エネルギは前記陰極空気流によって除去されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項５８】
請求項５７に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに対して流体移動可能に結合される空気供給プレナムであって、該空気供給プレナムは取入端とこれに対向した排出端とを有し、前記空気供給プレナムは、前記陰極空気流と陽極ヒートシンク空気流とからなる分岐空気流を供給し、前記取入端は前記分岐陰極空気通路を通過してきた陰極空気流と、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールの外側から入ってきた空気とを受けるようになった空気供給プレナムと、
前記外側からの空気と前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに供給された以前の陰極空気流の量を制御するために、前記空気供給プレナムに対して流体移動可能な関係に結合される空気混合バルブと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項５９】
請求項５８に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールを動作可能な方向に取り外し可能に支持するサブラックと、
前記サブラックに隣接して作動的に設けられるＤＣバスであって、該ＤＣバスは、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールが前記サブラック上に作動的に載置されたとき、前記陽極及び陰極電流コレクタと電気的に結合され、前記空気供給プレナムの取入端は、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに対して、それが前記サブラック上に作動的に搭載されたとき、流体移動可能な関係に設けられることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６０】
請求項５９に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールと電気的に結合されるコントローラと、
前記ＤＣバスと前記コントローラに電気的に結合され、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した電力を受けるように作動する電力調整アセンブリと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６１】
イオン交換膜型燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは、
それぞれが背中合わせの陽極と陰極側を有する一対の膜電極拡散アセンブリと、
前記膜電極拡散アセンブリの前記背中合わせの陽極及び陰極側と電気的に結合される陽極及び陰極電流コレクタと、
前記一対の膜電極拡散アセンブリの間に設けられる支持部材であって、前記各膜電極拡散アセンブリの陰極側は、前記支持部材に対峙するようになった支持部材と、
前記支持部材と、各前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側との間に画定される陰極空気通路と、
前記各膜電極拡散アセンブリの陽極側に対して流体移動可能な関係に結合される燃料供給アセンブリと、
各陽極に対して熱を受ける関係に方向付けられる陽極ヒートシンクと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６２】
請求項６１に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記支持部材は相対的な位置関係にある第１及び第２端と、個別の空洞部を画定する背中合わせの側部を具える本体を有し、前記各膜電極拡散アセンブリの前記陰極側は前記空洞部内に設けられ且つ前記支持部材に対して間隔を置いた関係に方向付けられ、前記陰極電流コレクタは各空洞部に受容され且つ前記支持部材と前記各膜電極拡散アセンブリの前記陰極側との間に設けられ、前記陰極電流コレクタは、前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側を前記支持部材に対して間隔を置いた関係に位置させ、そして前記各膜電極拡散アセンブリの前記陰極側、前記陰極電流コレクタ及び前記支持部材は、前記支持部材の第１端及び第２端の間に延びる陰極空気通路を画定することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６３】
請求項６２に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料供給アセンブリは前記膜電極拡散アセンブリと前記陽極電流コレクタの間に方向付けて設けられ、前記陽極電流コレクタは前記膜電極拡散アセンブリの陽極とオーム電気接触状態に設けられ、前記陽極電流コレクタは前記陽極ヒートシンクから電気的に絶縁され、そして前記陽極側はその中に形成された複数の内部接続溝を有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６４】
請求項６３に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに対して流体移動可能な関係に結合される空気供給プレナムであって、該空気供給プレナムは取入端とこれに対向した排出端を有し、前記空気供給プレナムは、分岐された空気流を前記燃料電池モジュールに供給し、前記分岐された空気流は、前記陰極空気通路に供給される陰極空気流と、前記陽極ヒートシンクから熱を逃がすように伝導するために、前記陽極ヒートシンク上を通過する陽極ヒートシンク空気流とからなり、前記取入端は前記陰極空気通路を通過してきた陰極空気流と、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールの外側から入ってきた空気を受けるようになった空気供給プレナムと、
前記外側からの空気と前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに供給された以前の陰極空気流の割合を制御するために、前記空気供給プレナムに対して流体測定可能な関係に結合される空気混合バルブと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６５】
請求項６４に記載の燃料電池モジュールであって、該電池モジュールは更に、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールを動作可能な方向に取り外し可能に支持するサブラックと、
前記サブラックに隣接して作動的に設けられ、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールが前記サブラック上に作動的に載置されたとき、前記陽極及び陰極電流コレクタに電気的に接続されるＤＣバスとを具備し、
前記空気供給プレナムの前記取入端は、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに対して、それが前記サブラック上に作動的に載置されたとき、流体移動可能に設けられるようになっていることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６６】
請求項６５に記載の燃料電池モジュールであって、該モジュールは更に、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールに電気的に結合されるコントローラと、
前記ＤＣバス及び前記コントローラに電気的に結合され、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールによって発生した電力を受けるように動作する電力調整アセンブリと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６７】
イオン交換膜型燃料電池モジュールであって、該モジュールは、
背中合わせの側部を有し且つ背中合わせの空洞部を画定する支持部材と、
前記支持部材によって画定される各空洞部に受容される陰極電流コレクタと、
前記各空洞部に形状一致して受容され、背中合わせの陽極側及び陰極側を有する膜電極拡散アセンブリであって、前記個々の膜電極拡散アセンブリの前記陰極側は各空洞部と共働し、前記陰極電流コレクタは前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側にオーム電気接触状態に横たわるようになった膜電極拡散アセンブリと、
前記支持部材と共働し、各前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して流体移動可能に設けられる燃料供給アセンブリと、
各前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側とオーム電気接触状態に設けられる陽極電流コレクタであって、前記燃料供給アセンブリは前記膜電極拡散アセンブリと前記陽極電流コレクタとの間に設けられる陽極電流コレクタと、
前記膜電極拡散アセンブリに対して熱を除去する関係に設けられる陽極ヒートシンクであって、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールは、前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側と接触して通過する陰極空気流と、前記陽極ヒートシンクに対して熱を受ける関係に通過する陽極空気流とからなる分岐空気流を有し、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱エネルギは前記陽極ヒートシンクから前記陽極空気流に放散されるようになった陽極ヒートシンクと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６８】
請求項６７に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記支持部材は絶縁材料で形成され、前記個別の空洞部は前記支持部材の背中合わせの側部内に形成され、前記陰極電流コレクタ、前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側及び前記非導電性支持部材は、前記陰極空気流の前記膜電極拡散アセンブリの陰極側への供給を容易にする陰極空気通路を画定することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項６９】
請求項６８に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記陰極電流コレクタは、前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側を前記下側の支持部材に対して間隔を置いた関係に方向付ける複数の弾力のある電気的導電性部材を有し、さらに、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した熱を逃がすように伝導し、前記膜電極拡散アセンブリは前記空洞部内にほぼ封止状に設けられることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７０】
請求項６９に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料供給アセンブリは前記陽極ヒートシンクから電気的に絶縁されていることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７１】
イオン交換膜型燃料電池モジュールであって、該燃料電池モジュールは、
背中合わせの空洞部を画定する絶縁支持部材と、
前記各空洞部に受容される陰極電流コレクタと、
背中合わせの陽極側と陰極側を有し、前記各空洞部に受容される膜電極拡散アセンブリであって、前記陰極側は、前記支持部材に対して、前記陰極電流コレクタがその間に陰極空気通路を画定することによって、間隔を置いた関係に配置されるようになった膜電極拡散アセンブリと、
前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して燃料供給関係に設けられる燃料供給アセンブリと、
前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側と電気的に結合される陽極電流コレクタと、
前記膜電極拡散アセンブリに対して熱を除去する関係に設けられ、前記陽極電流コレクタから電気的に絶縁される陽極ヒートシンクと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７２】
請求項７１に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記支持部材は、相対的位置の第１及び第２端を有する本体を有し、前記各空洞部内に画定される陰極空気通路は、前記相対的位置の第１及び第２端の間を延在し、前記各陰極空気通路は互いにほぼ平行であることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７３】
請求項７２に記載の燃料電池モジュールにおいて、各電流コレクタは、前記膜電極拡散アセンブリを前記支持部材に対して間隔を置いた関係に方向付ける複数の弾力のある電気的導電性部材を有し、前記陰極電流コレクタは更に、前記支持部材の第１端のところで前記空洞部から外側に延出する導電性接触部材を含むことを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７４】
請求項７３に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料供給アセンブリは、前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して横並びの関係に設けられ、前記陽極側には、前記燃料供給アセンブリによって供給される前記燃料を受ける複数の連結溝が形成されていることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７５】
請求項７３に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記陽極電流コレクタは、前記膜電極拡散アセンブリの陽極側とオーム電気接触状態に設けられ、陽極電流コレクタは更に、前記支持部材の第１端に対して外側に延びた、前記陰極電流コレクタの接触部材に対してほぼ平行に間隔を置いた関係に設けられる接触部材を有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池モジュール。
【請求項７６】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
背中合わせの陽極側と陰極側を有したイオン交換燃料電池膜と、
前記陽極側に提供される燃料供給と、
前記陰極側に提供される周囲空気からなるオキシダント供給であって、前記空気は、副産物として水蒸気を生じる燃料電池化学反応を持続するのに要求される体積の少なくとも約５倍から約１０００倍の体積を有する陰極空気流の状態で供給されるようになったオキシダント供給とを具備し、前記燃料電池化学反応は副産物として熱を発生し、前記陰極空気流は、前記燃料電池化学反応によって発生する熱のうち、決して多くはない部分の熱を除去することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項７７】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
背中合わせの陽極側と陰極側を有したイオン交換燃料電池膜と、
前記陽極側に提供される燃料供給と、
前記陰極側に提供される周囲空気からなるオキシダント供給であって、前記空気は、副産物として熱を生じる燃料電池化学反応を持続するのに要求される体積の少なくとも約５倍の体積を有する陰極空気流の状態で供給されるようになったオキシダント供給とを具備し、前記イオン交換燃料電池膜は燃料電池モジュール内に内包され、前記燃料電池モジュールは更に、前記燃料電池化学反応によって発生する熱の多くの部分を除去する陽極ヒートシンクを有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項７８】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
背中合わせの陽極側と陰極側を有し、燃料電池モジュール内に内包されるイオン交換燃料電池膜と、
前記陽極側に提供される燃料供給と、
前記陰極側に提供される周囲空気からなるオキシダント供給であって、前記空気は、副産物として水蒸気と熱を生じる燃料電池化学反応を持続するのに要求される体積の少なくとも約５倍の体積を有する陰極空気流の状態で供給されるようになったオキシダント供給と、
前記陽極側に対して熱を除去する関係に設けられた陽極ヒートシンクとを具備し、
前記イオン交換膜型燃料電池モジュールはサブラックに結合され、前記サブラックは更に、前記イオン交換膜型燃料電池モジュールと流体移動可能な関係に結合される空気供給プレナムを有し、該空気供給プレナムによって前記イオン交換燃料電池モジュールに供給される前記陰極空気流は、前記化学反応によって発生した水蒸気によって加湿されることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項７９】
請求項７８に記載の燃料電池おいて、前記イオン交換燃料電池モジュールに供給された前記陰極空気流は前記イオン交換燃料電池モジュールに戻して再循環され、前記空気供給プレナムは更に、前記再循環陰極空気流への新鮮な空気の追加と、ほぼ安定した動作温度を有した陰極空気流を形成する前記再循環陰極空気流と前記新鮮な周囲空気の選択的混合を容易とする空気混合バルブを有することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項８０】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
背中合わせの陽極側と陰極側を有し、動作中、電気を発生し且つ副産物として熱エネルギを生じるイオン交換燃料電池膜と、
前記膜電極拡散アセンブリの前記陰極側にオーム電気接触状態に載り、前記膜電極拡散アセンブリで発生する熱エネルギを該アセンブリから逃がすように一部熱伝導する陰極電流コレクタとを具備し、
前記陰極電流コレクタは一部において陰極空気通路を画定し、前記イオン交換膜燃料電池は更に分岐空気流を有し、前記空気流の第１部分は前記陰極空気通路に供給され、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した前記熱の内決して多くはない部分の熱の除去を容易とすることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項８１】
請求項８０に記載の燃料電池であって、該燃料電池モジュールは更に、前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して熱を受ける関係に設けられる陽極ヒートシンクを有し、前記分岐空気流の第２部分は、前記陽極ヒートシンクに供給され、前記膜電極拡散アセンブリによって発生した前記熱の大部分の除去を容易とすることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項８２】
請求項８１に記載の燃料電池であって、該燃料電池モジュールは更に、
前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側にオーム電気接触状に載る陽極電流コレクタと、
前記膜電極拡散アセンブリの前記陽極側に対して燃料供給関係に設けられ、前記陽極電流コレクタと前記陽極ヒートシンクの間に設けられる燃料供給アセンブリと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項８３】
請求項８２に記載の燃料電池において、前記膜電極拡散アセンブリは表面領域によって画定される活性領域を有し、前記燃料供給アセンブリによって燃料が供給されたとき、少なくとも約０．５Ｖの公称電圧で、前記表面領域の平方センチメートル当り少なくとも約３５０ｍＡの平均電流密度を発生することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項８４】
請求項８３に記載の燃料電池において、前記燃料電池は手によって操作することができ、前記燃料は水素を含み、前記燃料中の前記水素の濃度は約３０％から約８０％であることを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項８５】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
背中合わせの陽極側と陰極側とを有するイオン交換膜と、
前記陽極側への燃料の供給と、
前記陰極側に提供されるオキシダント供給であって、該オキシダント供給は、副産物として熱を生じる化学反応を持続するのに要求される体積の少なくとも約５倍の体積を有する陰極空気流の状態で供給されるようになったオキシダント供給と、
前記陽極側に対して熱を除去する関係に設けられ、前記燃料電池の動作中に発生する熱エネルギの一部を除去する陽極ヒートシンクと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項８６】
請求項８５に記載の燃料電池おいて、前記オキシダント供給は周囲空気の供給であり、該オキシダント供給は、前記燃料電池化学反応によって生じる熱の内の決して多くはない量の熱を除去することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項８７】
請求項８５に記載の燃料電池において、前記陽極ヒートシンクは、前記燃料電池化学反応によって生じる熱の殆どの部分を除去することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項８８】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
背中合わせの陽極側と陰極側とを有し、動作中は熱を発生する膜電極拡散アセンブリと、
前記燃料電池の動作中の温度を制御するために、前記陽極側に対して熱を除去する関係に設けられる陽極ヒートシンクと、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項８９】
請求項８８に記載の燃料電池において、前記陽極ヒートシンクは、発生した前記熱の殆どを除去することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項９０】
請求項８８に記載の燃料電池において、前記燃料電池は、前記陰極側に提供されるオキシダント供給を有し、該オキシダント供給は発生した熱の内の決して多くはない量の熱を更に除去することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項９１】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
背中合わせの陽極側と陰極側を有し、動作中は熱を発生する膜電極拡散アセンブリと、
前記イオン交換膜型燃料電池に提供され、該燃料電池から熱を除去することにより、前記イオン交換膜型燃料電池の動作温度を制御する分岐された空気流と、
を具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項９２】
請求項９１に記載のイオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は更に、
前記陽極側に対して熱を除去する関係に設けられた陽極ヒートシンクを具備し、前記分岐された空気流の一部は前記陽極ヒートシンク上を通過し、それから熱を除去することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項９３】
イオン交換膜型燃料電池であって、該燃料電池は、
それぞれが背中合わせの陽極側と陰極側とを有する一対の膜電極拡散アセンブリを具備し、前記一対の膜電極拡散アセンブリはそれぞれ動作中は熱エネルギを発生し、前記一対の膜電極拡散アセンブリは、その陰極側同士が近位置に且つ陽極側同士が遠位置となるような方向に配置され、前記イオン交換膜型燃料電池は、各前記膜電極拡散アセンブリの陰極側に供給されるオキシダントの供給を有し、該オキシダントの供給は更に、前記燃料電池の動作中に発生する熱の一部分を放散することにより、前記燃料電池の動作温度を一部において制御するように動作することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【請求項９４】
請求項９３に記載の燃料電池であって、該燃料電池は更に、
前記陽極側のそれぞれに対して熱を除去する関係に設けられた陽極ヒートシンクを具備することを特徴とするイオン交換膜型燃料電池。
【国際調査報告】
2004515881.tif 000083
2004515881.tif 000084