(57)【要約】燃料電池システム用マニホルドであって、該マニホルドは、燃料電池の周辺装置に接続するための複数の第一のポートと、積層型燃料電池に接続するための複数のポートと、燃料電池の周辺装置に接続する上記複数のポート及び前記第一及び第二のポートと連通し、積層型燃料電池と燃料電池の周辺装置との間で流体を連通させる、マニホルド内の複数の流体通路と、を含む。上記マニホルドは高度なシステム統合を可能とし、配管、継手及び関連ハードウェアを著しく減少させ、ゆえに燃料電池システムのサイズ及び重量を概ね減少させる。また熱−流体関連システムの損失を最小化する。
2004522286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システム用マニホルドであって、前記マニホルドは、
マニホルド本体と、
燃料電池の周辺装置に接続するために前記マニホルド本体に設けられた複数の第一のポートと、
積層型燃料電池に接続するために前記マニホルド本体に設けられた複数の第二のポートと、
前記第一のポートの各々と前記第二のポートの各々とを連通する、前記マニホルド内に設けられる複数の流体通路であって、使用の際、前記積層型燃料電池と前記燃料電池の周辺装置との間で流体を連通させる複数の流体通路と、
を含む、
燃料電池システム用マニホルド。
【請求項２】
前記マニホルド本体は並列配置された複数の層を含み、前記各層は、対応する層の複数のポートの各々との間で連通する複数のポート及び複数の流体通路を備え、前記ポートの相補的な対は位置合わせ及び対向配置され、前記複数の層のうち少なくとも１層は前記第一及び第二のポートを形成する複数のポートを含む外層である、請求項１に記載の燃料電池システム用マニホルド。
【請求項３】
前記マニホルド本体は、
前記複数の第一のポートを含む第一のプレート層と、
前記複数の第二のポートを含む第二のプレート層と、
前記第一、第二のプレート層間に挟持され、複数の第三のポートと複数の流体通路とを含む第三のプレート層と、
を含み、
前記複数の流体通路は前記第三のポート間を連通させ、前記第三のポートは前記第一、第二のポートの各々と位置合わせされ、連通される、
請求項２に記載の燃料電池システム用マニホルド。
【請求項４】
前記第三のプレート層は、各々が、複数のポートと前記複数のポート間を連通する複数の流体通路とを有する複数のプレート層を更に含み、前記第三のプレート層の各プレート層の前記複数のポートは、隣接プレート層の対応するポートと位置合わせされ、連通される、請求項３に記載の燃料電池システム用マニホルド。
【請求項５】
前記マニホルド本体は、
前記複数の第一のポートを含む第一のプレート層と、
前記複数の第二のポートと、複数の第三のポートと、前記第二、第三のポート間を連通する複数の流体通路と、を含む第二のプレート層と、
を含み、
前記第一のポートは前記第一のプレート層内に延出し、前記第一のポートはそれぞれ２つの開放端を有し、開放端の一方は燃料電池の周辺装置の接続用であり、他方は対応する第三のポートと位置合わせされ、連通される、
請求項２に記載の燃料電池システム用マニホルド。
【請求項６】
前記マニホルド本体は前記層を積層し加圧することで形成される、請求項２乃至５のいずれかに記載の燃料電池システム用マニホルド。
【請求項７】
前記マニホルドはキャスティング又はモールディングのいずれかにより一体的に形成される、請求項２乃至５のいずれかに記載の燃料電池システム用マニホルド。
【請求項８】
前記流体通路は溶解、エッチング、ミリングのうちいずれかの方法で形成される、請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料電池システム用マニホルド。
【請求項９】
対をなす前記各層の間にシーリング手段を設ける、請求項２乃至５のいずれかに記載の燃料電池システム用マニホルド。
【請求項１０】
前記シーリング手段は、燃料電池の周辺装置及び積層型燃料電池に接続するための前記ポートの周囲に設けられる、請求項１に記載の燃料電池システム用マニホルド。
【請求項１１】
前記マニホルド本体は、ＧＥノリル又はＥＮ２６５から選択されるポリマー材料で製造される、請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料電池システム用マニホルド。
【請求項１２】
前記マニホルド本体内に冷却剤流体通路を更に含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料電池システム用マニホルド。
【請求項１３】
積層型燃料電池を含む燃料電池システムであって、前記積層型燃料電池は、
酸化体の正極入口及び正極出口、燃料ガスの負極入口及び負極出口、及び冷却剤入口及び冷却剤出口を有する、少なくとも１つの燃料電池と、
積層型燃料電池の正極入口、正極出口、負極入口、負極出口、冷却剤入口及び冷却剤出口に接続されたポートを有するマニホルドと、
少なくとも酸化剤入口ポート、燃料ガス入口ポート、冷却剤入口ポート及び冷却剤出口ポートを含む、複数の追加ポートと、
前記マニホルドの前記追加的ポートに接続された複数の周辺装置と、
を含む、
燃料電池システム。
【請求項１４】
前記周辺装置は少なくとも２つの熱交換器を含み、
前記マニホルドは、冷却剤入口パスと、冷却剤戻りパスと、及び冷却剤入口となる、前記積層型燃料電池の前記冷却剤入口に前記冷却剤入口パスを介して接続されたポートと、を含み、
前記マニホルドの前記冷却剤出口に接続された前記ポートは、前記マニホルドの冷却剤出口となる前記マニホルドのポートと前記冷却剤戻りパスを介して接続されており、
前記冷却剤戻りパスは前記少なくとも２つの熱交換器への接続を含み、これにより冷却剤は前記少なくとも２つの熱交換器を通って流れる、
請求項１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記少なくとも２つの熱交換器のセットは酸化剤熱交換器を含み、前記酸化剤入口はマニホルドによって前記酸化剤熱交換器を介して前記積層型燃料電池の前記正極入口に接続され、前記マニホルドは前記積層型燃料電池の前記正極出口と周囲の環境とを接続する、請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記周辺装置は酸化剤給湿装置を含み、マニホルドは前記酸化剤熱交換器及び前記酸化剤給湿装置を介して前記正極入口に流入するよう酸化剤を流動させる、請求項１５に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記周辺装置は燃料ガス給湿装置を含み、前記燃料ガス入口は前記マニホルドによって前記燃料ガス給湿装置を介して前記積層型燃料電池の前記負極入口に接続され、前記マニホルドは燃料ガス出口ポートを含み、前記負極出口と前記燃料ガス出口ポートとを接続する、請求項１５に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記周辺装置は燃料ガス熱交換器を含み、前記マニホルドは前記燃料ガスを、前記燃料ガス給湿装置及び前記燃料ガス熱交換器を介して前記負極入口に流入させる、請求項１７に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記マニホルドは脱イオン水入口及び脱イオン水出口を含み、前記マニホルドは前記脱イオン水入口と前記脱イオン水出口との間に、前記燃料ガス給湿装置及び空気給湿装置を通る通路を提供する、請求項１８に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システム用マニホルドに係り、より詳しくは、積層型燃料電池に周辺装置や配管を取り付けるためのマニホルドに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池はクリーンで効率的、かつ環境に優しい動力源として提案されており、その用途は多岐にわたっている。燃料電池は、燃料（水素等）と酸化剤（空気等）を２本の電極及び電解質に適宜接触させ、起電力を発生する電気化学装置である。燃料（例えば、水素ガス）が第一の電極（負極：ａｎｏｄｅ）に送り込まれ、電解質の存在下、電気化学反応を起こし電子及び陽イオンを発生する。電子は両極間に接続された電気回路を通じ、負極から第二の電極（正極：ｃａｔｈｏｄｅ）に伝導される。陽イオンは電解質中を通過し正極に到達する。同時に、酸化剤（例えば、酸素ガスや空気）が正極に送り込まれ、電解質及び触媒の存在下、電気化学反応を起こし陰イオンを発生し、電気回路を循環する電子を消費する。陽イオンは第二の電極で消費される。第二の電極（正極）で発生した陰イオンは陽イオンと反応し、反応生成物を生じる。負極は燃料電極もしくは酸化電極とも呼ばれ、正極は酸化剤電極もしくは還元電極とも呼ばれる。両電極における半電池反応は、それぞれ次の通りである。
Ｈ２＿２Ｈ＋＋２ｅ−
１／２Ｏ2＋２Ｈ＋＋２ｅ−＿Ｈ2Ｏ
【０００３】
外部電気回路は、燃料電池からの電流を引き出して電力を得る。燃料電池反応全般により、上記の個々の半電池反応の合計で示される電気エネルギーが発生する。主な反応副産物は水と熱である。よって、燃料電池による発電は、化石燃料の燃焼や核活動による発電に比べ、環境に対する潜在的利益が大きい。燃料電池は普及している住宅用発電や自動車のパワー系統に応用され、放出レベルの低下に寄与している。
【０００４】
実際には、燃料電池を１つ１つのユニットとして機能させるのではなく、直列に積層したり、並列配置したりして接続することで、積層型燃料電池と通常呼ばれているものを形成する。燃料、酸化剤及び冷却剤はそれぞれの供給サブシステムによって積層型燃料電池に供給される。また、集電装置、セル間シール及び絶縁体が、積層型燃料電池の外部に設けられる配管及び器具類によって積層型燃料電池に装備される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の燃料電池システムでは大規模な配管が不可欠であった。これは、燃料電池システムが、最適もしくは少なくとも適切な動作を期すため、動作上周辺前処理デバイスに依存しているためである。例えば、積層型燃料電池の燃料ガスとして純水素でなく水素含有材料（例えば、天然ガス）を使用する場合、積層型燃料電池に純水素を供給するために通常は水素含有材料を改質する改質装置を燃料供給サブシステムに設ける必要がある。また、燃料電池の電解質が陽子交換膜である場合、負極から正極への陽子の伝導を容易にするため、あるいは膜の導電性を維持する目的で膜表面を湿らせておく必要があることから、通常は積層型燃料電池への供給に先立って燃料又は酸化剤ガスを湿らせる給湿装置を設ける必要がある。加えて、従来の燃料電池システムは、燃料電池反応時に発生する熱の放散、積層型燃料電池への冷却剤の供給、及びプロセスガスの加熱／冷却の目的で、ガス及び冷却剤供給サブシステムに複数の熱交換器を使用するものが多い。用途によっては積層型燃料電池への供給前にプロセスガスや冷却剤に圧力をかける必要があり、この場合には供給サブシステムに圧縮機やポンプを設ける必要が生じ得る。
【０００６】
これらの周辺装置は大規模な配管や関連ハードウェアを必要とすることから、システム効率の低下を招く。システム効率の低下は、ラインや導管での深刻なエネルギー損失が発生することに起因し、ポンプ、ファン、飽和器その他の補助的装置のためにより大きい電力を供給せねばならず、寄生負荷が増大する。加えて、ホース、パイプ、弁、スイッチ及び他の継手を設けることで燃料電池システムの総重量及びサイズが増大し、商業用途を複雑にする。商業用途への応用が複雑さを増すと、サイズ上の厳しい制約ゆえに燃料電池システムの配管及び重量を最小限に抑えることが望まれる乗物等の多くの用途において各種問題が生じる。更に、乗物に応用する場合、燃料電池システムは優れた過渡時(transient)の熱−流体応答性能を有することが望ましい。このことから、ホース、弁等を通る流路が比較的長いために迅速な過渡時の熱−流体応合性能が得られにくい乗物の用途に従来の燃料電池システムを応用することは更に困難である。
【０００７】
燃料電池システムの配管を簡単にし、それによりサイズ及び重量を低減する各種努力がなされてきたが、出願人の知る限り、この基本的問題を解決する燃料電池システムは未だ発表されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一実施形態は、燃料電池システム用マニホルドである。該マニホルドは、マニホルド本体と、燃料電池の周辺装置に接続するためにマニホルド本体に設けられた複数の第一のポートと、積層型燃料電池に接続するためにマニホルド本体に設けられた複数の第二のポートと、マニホルド内にあって第一のポートの各々と第二のポートの各々とを連通する複数の流体通路と、を含み、複数の流体通路は、使用の際、積層型燃料電池と燃料電池の周辺装置との間で流体を連通させる。
【０００９】
上記マニホルド本体は、並列配置された複数のプレート層を含み、各プレート層は、対応する層の複数のポートの各々との間で連通する複数のポート及び複数の流体通路を備え、ポートの相補的な対は位置合わせ及び対向配置され、複数のプレート層のうち少なくとも１層は第一及び第二のポートを形成する複数のポートを含む外層であることが好ましい。
【００１０】
上記マニホルド本体は、上記複数の第一のポートを含む第一のプレート層と、上記複数の第二のポートを含む第二のプレート層と、上記第一、第二のプレート層間に挟持され、複数の第三のポートと複数の流体通路とを含む第三のプレート層と、を含み、上記複数の流体通路は上記第三のポート間を連通させ、上記第三のポートは上記第一、第二のポートの各々と位置合わせされ、連通されることが有利である。
【００１１】
上記第三のプレート層は、各々が複数のポートと、該複数のポート間を連通する複数の流体通路とを有する複数のプレート層を更に含み、上記第三のプレート層の各プレート層の上記複数のポートは、隣接プレート層の対応するポートと位置合わせされ、連通されることが好ましい。
【００１２】
あるいは、上記マニホルド本体は、上記複数の第一のポートを含む第一のプレート層と、上記複数の第二のポートと、複数の第三のポートと、上記第二、第三のポート間を連通する複数の流体通路と、を含む第二のプレート層と、を含み、上記第一のポートは上記第一のプレート層内に延出し、上記第一のポートはそれぞれ２つの開放端を有し、開放端の一方は燃料電池の周辺装置の接続用であり、他方は対応する第三のポートと位置合わせされ、連通される。
【００１３】
本発明によれば、燃料電池システム用マニホルドは、上記プレートを積層し加圧することで形成できる。マニホルドの流体通路は、溶解、エッチングもしくはミリングにより形成できる。本発明のマニホルドは、十分な熱耐久性又は流体抵抗を有するものであれば、容易かつ安価で入手可能な材料で製造できる。材料の例としてポリマー、ＧＥノリル、ＥＮ２６５、アルミニウムが挙げられるがこれらに限定されない。上記各プレート間はシーリングされることが好ましい。更に、燃料電池の周辺装置に接続するポート、及び積層型燃料電池に接続するポートの周囲にシーリング手段を設けることが好ましい。本発明の燃料電池システム用マニホルドは、システムの熱管理を向上させるため、マニホルド用冷却剤流体通路を更に含むことが有利である。
【００１４】
本発明の別の実施形態は、積層型燃料電池を含む燃料電池システムである。該積層型燃料電池は、酸化体の正極入口及び正極出口、燃料ガスの負極入口及び負極出口、及び冷却剤入口及び冷却剤出口を有する、少なくとも１つの燃料電池と、積層型燃料電池の正極入口、正極出口、負極入口、負極出口、冷却剤入口及び冷却剤出口に接続されたポートを有するマニホルドと、少なくとも酸化剤入口ポート、燃料ガス入口ポート、冷却剤入口ポート及び冷却剤出口ポートを含む、複数の追加ポートと、上記マニホルドの上記追加的ポートに接続された複数の周辺装置と、を含む。
【００１５】
本発明に従ったマニホルドは、積層型燃料電池と、熱交換器、ポンプ、ファン、圧縮機、改質装置、給湿装置等、並びにプロセスガス供給用及び冷却剤供給用部品とのインタフェースを提供する。この構成により高度なシステム統合がなされ、数多くの利点がもたらされる。まず、流体通路をマニホルドにエンボス加工により形成するため、ホースや継手等のかさばる部品が不要となり、燃料電池システムのサイズ及び重量が著しく減少する。更に、システムの熱力学や流体フローに関する損失が減少するため、システム効率、過渡時(transient)条件への反応、及びシステム制御が改善される。加えて、配管が最小限ですむので、システムの制御及び保全が容易になる。本発明のマニホルドはコンパクトであるため、サイズ及び重量上厳格な制約が設けられた用途において燃料電池システムを開発できる。よって、本発明を利用すれば上記問題点は全て最小化される。
【００１６】
本発明を組み込んだ燃料電池システムは本来的にモジュラー方式であり、専用の製造設備にて容易に大量再生できる。また、本発明のマニホルドは現在入手可能で安価な材料を使用して製造できるため、大規模製造及び量産に適している。
【００１７】
本発明について理解を深め、本発明の実施方法を更に明確に示す目的で、本発明の好適な実施形態を例示した添付図面を参照する。本発明の特徴及び効果は、本発明の好適な実施形態の以下の詳細な説明より明白となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の第一実施形態に従ったマニホルドアセンブリ７０の基本的配置を図示した図１を参照すると、マニホルドアセンブリ７０は３枚の別々のプレートを含む。また、同図には、入口及び出口を３つずつ備える積層型燃料電池１０が示されている。入口及び出口は、具体的には燃料ガス（水素等）負極入口１１、燃料ガス負極出口１４、酸化剤ガス（酸素、空気等）正極入口１２、酸化剤ガス正極出口１３、冷却剤入口１６及び冷却剤出口１５である。積層型燃料電池の燃料電池として任意のタイプの燃料電池を選択できる。例えば、陽子交換膜燃料電池、固体酸化物燃料電池、ダイレクトメタノール燃料電池が挙げられる。燃料電池のタイプは本発明に従ったマニホルド設計に何ら影響を及ぼさない。
【００１９】
本実施形態では、マニホルドアセンブリ７０は３枚のプレート層、すなわちフロントプレート６０、ミドルプレート４０及びバックプレート２０を有する。バックプレート２０は積層型燃料電池１０を当接可能に形成される。図４Ａ及び図４Ｂから最もよく分かるように、バックプレート２０内に６つのポート２１が形成されている。本実施形態では、ポートはバックプレート２０の厚み方向に形成された６つの通り穴２１乃至２６の形態をとる。本実施形態では、あくまで説明のため、通り穴２１乃至２６はそれぞれ鉛直方向に３つずつ位置合わせされ、２列で設けられている。各列の３つの穴は、それぞれ他方の列の対応する穴と水平方向に位置合わせされている。通り穴２１乃至２６は、積層型燃料電池１０の３つの入口１１、１２、１６及び３つの出口１３、１４、１５と位置合わせされ、接続されるよう設けられる。これにより積層型燃料電池１０をバックプレート２０に取り付けることができ、後述する流体通路を介してプロセスガスや冷却剤を積層型燃料電池１０に供給できる。プロセスガスや冷却剤の漏洩を防止するため、６つの通り穴２１乃至２６の周囲に従来のシーリング及びクランピングデバイスを設ける。本実施形態では、あくまで説明のため、積層型燃料電池１の一端近傍に３つのポートを、他端近傍に別の３つのポートを形成しているが、この構成は特に陽子交換膜積層型燃料電池等の積層型燃料電池では典型的な構成である。よって、バックプレート２０は然るべく構成される。通り穴の実際の数及び配置はこれに限られず、バックプレート２０も然るべく変更できる。
【００２０】
図１に示すように、フロントプレート６０には燃料電池の周辺装置、例えば２台の給湿装置１１０、１２０及び３台の熱交換器１１１、１１２、１１３を取り付けられる。従って、本実施形態では、積層型燃料電池１０と燃料電池の周辺装置とはそれぞれマニホルドアセンブリ７０の反対側に取り付けられる。なお、周辺装置と積層型燃料電池とをマニホルドプレートの同一側に取り付けてもよい。フロントプレート６０の詳細構造を図２Ａ及び図２Ｂに示す。フロントプレート６０には複数のポート６１が設けられる。本実施形態では、ポートはフロントプレート６０の厚み方向に形成された通り穴６１ａ乃至６１ｓの形態をとる。実際にはポート６１の数及び配置は必要に応じて変更してよい。あくまで説明のため、図２Ａ及び図２Ｂでは１８個の通り穴６１ａ乃至６１ｓ（参照記号６１ｌと６１ｏは混乱を避けるため使用していない）及び６１ａ’、６１ｂ’を示し、１つの周辺装置に接続される通り穴を点線の矩形で示している。本実施形態で示される燃料電池の周辺装置は給湿装置１１０、１２０及び熱交換器１１１、１１２、１１３である。これらの周辺装置はフロントプレート６０に取り付けられ、これにより流体、ガス又はその他の媒体が、マニホルドアセンブリ７０の後述する内部通路を介して積層型燃料電池１０と周辺装置との間で交換される。給湿装置１１０は第一の給湿装置（燃料ガス給湿装置）となり、給湿装置１２０は第二の給湿装置（酸化剤給湿装置）となる。本実施形態では、通り穴６１ａ、６１ｂ、６１ａ’、６１ｂ’は第一の熱交換器１１３への接続に、通り穴６１ｃ乃至６１ｆは第一の給湿装置１１０への接続に、通り穴６１ｇ、６１ｈ、６１ｊ、６１ｋは第二の熱交換器１１１への接続に、通り穴６１ｍ及び６１ｎは第三の熱交換器１１２への接続に、通り穴６１ｐ乃至６１ｓは第二の給湿装置１２０への接続に、それぞれ使用される。必要に応じて、漏洩を防止するため、通り穴の周囲に従来のシーリング及びクランピングデバイス（例えば、Ｏリング）を設ける。図２Ａ及び図２Ｂでは通り穴を特定配列で配置しているが、実際の配置はこれに限られず、状況によって燃料電池の周辺装置のサイズやミドルプレート４０に形成されるポートとの位置合わせ等を考慮して変更してよい。
【００２１】
図３Ａ乃至図３Ｄを参照すると、ミドルプレート４０には複数のポート及び流体通路が設けられている。流体通路はエッチングやミリングにより、またポートは穿孔やドリリングにより形成できる。分かりやすくするため、図１及び図３Ａ乃至図３Ｄには流体通路の全てを図示してはいない。一般に、各図面の紙面上で見ることのできるポートに関連する流体通路のみを示す。更に、流体通路は２つの方法、すなわち各図面の面の内側又は下側の流体通路は点線で、ミドルプレート４０の表面もしくは裏面に開放通路として形成された流体通路は実線で図示している。これらの通路はフロントプレート２０もしくはバックプレート６０のいずれかにより閉じられる。各プレート２０、４０、６０はモールティング又はキャスティングにより形成してもよい。図１に示すように、冷却剤の完全な循環が図示されている。冷却剤は冷却剤源から供給され、ミドルプレート４０の側面に設けられ、マニホルドアセンブリ７０の冷却剤入口となっているポート４１ａからミドルプレート４０に流入する。次いで、冷却剤はミドルプレート４０の内側の流体通路４１１に沿って流れ、ポート４１ｂに入る。図３Ｂから最もよく分かるように、ポート４１ｂは、ミドルプレート４０のバックプレート２０と対向する面に設けられ、流体通路４１１及び４１２と連通するポートである。流体通路４１２は、ミドルプレート４０のバックプレート２０と対向する面に開放通路として設けられる。よって、冷却剤はポート４１ｂから流体通路４１２に沿って流れ、バックプレート２０のポート２２と位置合わせされたポート４１ｃに入る。ポート４１ｂ及び４１ｃは、バックプレート２０のポートと位置合わせされた、通路４１２の単なる端部である。これらの通路４１１、４１２は冷却剤の入口経路となっている。冷却剤はポート２２及び冷却剤入口１６を通り、積層型燃料電池１０に流入する。そして積層型燃料電池１０内部の冷却剤通路を通った後、冷却剤出口１３を通って積層型燃料電池１０を出る。冷却剤は、冷却剤出口１３と位置合わせされてバックプレート２０に設けられたポート２５、及びミドルプレート４０のバックプレート２０と対向する面に設けられたポート４２ａを通って流れる。そしてポート４２ａを通って流体通路４２１に流入し、ミドルプレート４０のフロントプレート６０と対向する面に設けられたポート４２ｂに入る。ポート４２ａ及び流体通路４２１は図１に示されている。ポート４２ｂから流入した冷却剤は、分離された２本の流体通路４２２、４２３に沿って流れる。２本の流体通路４２２、４２３はミドルプレート４０表面に開放通路として設けられる。これらの冷却剤ストリームを別々に説明する。
【００２２】
第一の冷却剤ストリームは流体通路４２２に沿って流れ、フロントプレート６０のポート６１ｇと位置合わせされたポート４２ｃへと流れる。ポート６１ｇは第二の熱交換器（酸化剤熱交換器）１１１の入口１１１ａと位置合わせされている。第一の冷却剤ストリームはポート６１ｇ及び入口１１１ａを通り、第二の熱交換器（酸化剤熱交換器）１１１に流入する。そして出口１１１ｂから第二の熱交換器（酸化剤熱交換器）１１１を出る。次いで、冷却剤はいずれも出口１１１ｂと位置合わせされたフロントプレート６０のポート６１ｋ及びミドルプレート４０のポート４２ｆを通って流れる。そして流体通路４２４に沿って流れ、ポート４２ｅへと流れる。
【００２３】
第二の冷却剤ストリームはポート４２ｂから流体通路４２３に沿って流れ、フロントプレート６０のポート６１ｍと位置合わせされたポート４２ｄへと流れる。ポート６１ｍは第三の熱交換器１１２の入口１１２ａと位置合わせされている。次いで第二の冷却剤ストリームはポート６１ｍ及び入口１１２ａを通り、第三の熱交換器１１２に流入する。そして、出口１１２ｂから第三の熱交換器１１２を出る。次いで、冷却剤はいずれも第三の熱交換器１１２の出口１１２ｂと位置合わせされたフロントプレート６０のポート６１ｎ及びミドルプレート４０のポート４２ｇを通って流れる。そして流体通路４２５に沿って流れ、ポート４２ｅへと流れる。ポート４２ｅはミドルプレート４０表面に設けられ、ミドルプレート４０内に延出する。通路４２４、４２５は開放通路であり、ポート４２ｅが両通路の共通の端部となっている。合流した第一及び第二の冷却剤ストリームは、ポート４２ｅから、ミドルプレート４０内の内部流体通路４２６を通り、ポート４２ｈへと流れる。そしてポート４２ｈから冷却剤ポンプ１１４に戻り、冷却剤源へ戻る。通路４２１乃至４２６は冷却剤の戻り通路となり、ポート４２ｈはマニホルドアセンブリ７０の冷却剤出口となる。
【００２４】
ここで、酸化剤（空気等）の循環を説明する。図１を参照すると、外気は通常エアフィルタ１１５及び空気圧縮機１１６を通過し、その後ミドルプレート４０に吸入される。圧縮空気はミドルプレート４０の側面のポート４３ａを通ってミドルプレート４０に入り、ミドルプレート４０内の流体通路４３１に沿って流れ、ポート４３ｂへと流れる。ポート４３ｂは、ミドルプレート４０のフロントプレート６０と対向する面に設けられ、内部流体通路４３１及び流体通路４３２と連通する。流体通路４３２は、ミドルプレート４０のフロントプレート６０と対向する面に開放通路として設けられる。よって、空気はポート４３ｂから流体通路４３２に沿って流れ、フロントプレート６０のポート６１ｈと位置合わせされ、ゆえに第二の熱交換器（酸化剤熱交換器）１１１の入口１１１ｃと位置合わせされたポート４３ｃへと流れる。そしてポート４３ｃ及び入口１１１ｃを通って第二の熱交換器（酸化剤熱交換器）１１１に流入する。熱交換器１１１で熱交換を行った後、空気は出口１１１ｄから第二の熱交換器１１１を出て、フロントプレート６０のポート６１ｊを通ってミドルプレート４０のポート４３ｄへと流れる。ポート４３ｄ、ポート６１ｊ、出口１１１ｄは相互に位置合わせされている。次いで、空気はポート４３ｄから流体通路４３３に沿って流れ、ミドルプレート４０のバックプレート２０と対向する面に設けられたポート４３ｅへと流れる。そして、ポート４３ｅから、ミドルプレート４０のバックプレート２０と対向する面に設けられた流体通路４３４に沿って流れ、ポート４３ｆへと流れる。ポート４３ｆはバックプレート２０のポート２１と位置合わせされ、ゆえに積層型燃料電池１０の正極入口１２と位置合わせされている。よって、空気は、ポート４３ｆからポート２１及び入口１２を通って積層型燃料電池に流入し、反応を起こす。
【００２５】
使用後の空気は正極出口１３から積層型燃料電池１０を出て、ポート２６を通ってマニホルドアセンブリに流入する。ポート４６ａは、ミドルプレート４０のバックプレート２０と対向する面にポート２６と位置合わせされて設けられている。使用後の空気はポート４６ａへと入り、ミドルプレート４０側面に設けられたポート４６ｂへと導く内部流体通路４６１に沿って流れる。そしてマニホルドアセンブリ７０を出て、外気に戻る。
【００２６】
実際には、空気はポート４３ｅから積層型燃料電池１０へ直接流入する代わりに、流体通路に沿ってミドルプレート４０のフロントプレート６０と対向する面に戻り、フロントプレートのポートを通って給湿装置に流入し、給湿を受けてもよい。そして給湿装置を出てマニホルドアセンブリ７０に戻り、マニホルドアセンブリ７０内の適当な流体通路に沿って流れ、積層型燃料電池１０の正極入口１２に流入する。この場合、フロントプレートのポート６１ｐ乃至ポート６１ｓに第二の給湿装置（酸化剤給湿装置）１２０が取り付けられる。流体通路及びポートも配置し直す必要がある。例えば、流体通路４３４をポート４３ｅからポート４３ｆへ直接延ばす代わりに、図３ｂに示すようにミドルプレート４０のバックプレート２０と対向する面に流体通路４３５を設け、同表面に設けられるポート４３ｅ’へ空気の流れを導く。ポート４３ｅ’はミドルプレート４０のフロントプレート６０と対向する面に設けられたポート４３ｆ’と内部流体通路を介して連通している。分かりやすくするためこの通路は図示していない。ポート４３ｆ’はポート６１ｒと位置合わせされ、ゆえに給湿装置１２０の入口１２０ａと位置合わせされている。次に、空気はポート４３ｅ’からポート４３ｆ’及び入口１２０ａを通り、第二の酸化剤給湿装置１２０に流入する。飽和後、空気は出口１２０ｂ及びポート６１ｑを通って給湿装置１２０を出て、ミドルプレート４０のフロントプレート６０と対向する面に設けられたポート４３ｇ'へと流れる。ポート４３ｇ’は、ミドルプレート４０の反対側面に設けられたポート４３ｇと内部流体通路（分かりやすくするため図示していない）を介して連通している。流体通路４３６はミドルプレートのバックプレート２０と対向する面に設けられ、ポート４３ｇとポート４３ｆとを連通する。次に、空気はポート４３ｇ’からポート４３ｇ及び流体通路４３６を通ってポート４３ｆへと流れ、ゆえに上述したようにポート２１を通って積層型燃料電池の正極入口１２へ流入する。
【００２７】
水素は、水素貯蔵タンク１１７から、ミドルプレート４０の上面に設けられたポート４４ａを通ってミドルプレート４０に流入する。そしてミドルプレート４０内の流体通路４４１に沿って流れ、ミドルプレート４０のフロントプレート６０と対向する面に設けられたポート４４ｂへと流れる。次に、水素はミドルプレート４０のフロントプレート４０と対向する面に通路として設けられる流体通路４４２に沿って流れ、フロントプレート６０のポート６１ｅと位置合わせされ、ゆえに第一の給湿装置（燃料ガス給湿装置）１１０の入口１１０ｃと位置合わせされたポート４４ｃへと流れる。よって、水素は、ポート４４ｃから、ポート６１ｅ及び入口１１０ｃを通って第一の給湿装置（燃料ガス給湿装置）１１０に流入し、給湿される。次に、給湿された水素は出口１１０ｄから第一の給湿装置（燃料ガス給湿装置）１１０を出て、フロントプレート６０のポート６１ｆを通過する。ポート６１ｆは、出口１１０ｄ、及びミドルプレート４０のフロントプレート６０と対向する面に設けられたポート４４ｄと位置合わせされている。次に水素はポート４４ｄに到達し、引き続きミドルプレート４０のフロントプレート６０と対向する面に開放通路として設けられた流体通路４４３に沿って流れ、ポート４４ｅへと流れる。ポート４４ｅは、ミドルプレート４０に形成され、バックプレート２０のポート２４と位置合わせされ、ゆえに積層型燃料電池１０の負極入口１１と位置合わせされた通り穴である。よって、水素は、ポート４４ｅからポート２４及び入口１１を通って積層型燃料電池１０に流入し、反応を起こす。
【００２８】
反応後、未反応水素は負極出口１４を通って積層型燃料電池１０を出て、ポート２３を通ってマニホルドアセンブリ７０に流入する。ポート４４ｆは、ミドルプレート４０のバックプレート２０と対向する面に設けられる。図１に示すように、ポート４４ｆはポート２３と位置合わせされ、ミドルプレート４０の側面に設けられたポート４４ｇと内部流体通路４４４を介して連通している。次に水素は、ポート２３から、ポート４４ｆ、流体通路４４４を通ってポート４４ｇへと流れ、同ポートを通ってマニホルドアセンブリ７０を出る。従って、水素は再循環のための流入ストリームに供給されるか、周囲に排出される。実際には、水素はポート４４ｅを通って積層型燃料電池１０へ直接流入する代わりに、まず第一の熱交換器（燃料ガス熱交換器）１１３に流入してもよい。この場合、ポート及び流体通路を配置し直す必要がある。例えば、流体通路４４３はポート４４ｄをポート４４ｅと連通させるのではなく、ポート４４ｄをポート４４ｅ’（図３Ａ参照）と連通させる。ポート４４ｅ’は、ポート４４ｄと同一面に設けられ、ポート６１ｂ’と位置合わせされ、ゆえに第一の熱交換器（燃料ガス熱交換器）１１３の入口１１３ｂと位置合わせされている。よって、水素は、ポート４４ｄからポート４４ｅ'及びポート６１ｂ’を通って第一の熱交換器（燃料ガス熱交換器）１１３に流入する。次に水素は第一の熱交換器（燃料ガス熱交換器）１１３の出口１１３ａ、及び出口１１３ａ及びミドルプレート４０のポート４４ｅと位置合わせされたポート６１ａを通ってマニホルドアセンブリ７０に戻る。従って、水素は上述したように積層型燃料電池１０の負極入口１１内に流入する。
【００２９】
通常、プロセスガス（空気、酸素等）に給湿するため、給湿装置、例えば給湿装置１１０に脱イオン水を供給することが必要である。脱イオン水の循環を図１に示す。脱イオン水は、脱イオンポンプ水１１９から供給され、フィルタ１１８を通過し、ミドルプレート４０側面に設けられたポート４５ａを通ってミドルプレート４０に流入する。そしてポート４５ａから流体通路４５１に沿って流れ、ミドルプレート４０のフロントプレート６０と対向する面に設けられ、流体通路４５１、４５２と連通するポート４５ｂへと流れる。流体通路４５２は、ミドルプレート４０表面に開放通路として設けられ、ポート４５ｂとポート４５ｃとを連通する。よって、脱イオン水はポート４５ｂから流体通路４５２に沿って流れ、フロントプレート６０のポート６１ｃと位置合わせされ、ゆえに第一の給湿装置（燃料ガス給湿装置）１１０の入口１１０ａと位置合わせされたポート４５ｃへと流れる。脱イオン水はポート６１ｃ及び入口１１０ａを通って第一の給湿装置（燃料ガス給湿装置）１１０に流入し、プロセスガスに給湿する。次に、残った脱イオン水は出口１１０ｂを通って第一の給湿装置（燃料ガス給湿装置）１１０を出て、フロントプレート６０に形成され、出口１１０ｂ、及びミドルプレート４０のフロントプレート６０と対向する面に設けられたポート４５ｄと位置合わせされたポート６１ｄを通る。よって、脱イオン水はポート４５ｄに到達し、ミドルプレート４０のフロントプレート６０と対向する面に設けられた流体通路４５３に沿って流れ、ポート４５ｅへと流れる。ポート４５ｅは、ミドルプレート４０側面に設けられたポート４５ｆと連通する内部流体通路４５４と連通している。従って、脱イオン水はポート４５ｅから内部流体通路４５４に流入し、ポート４５ｆを通ってミドルプレートを出て、脱イオン水ポンプ１１９に戻る。
【００３０】
なお、空気に給湿するため適切な通路を介して脱イオン水を第二の給湿装置（酸化剤給湿装置）１２０に供給してもよい。但し分かりやすく簡潔にするため、空気に給湿するための通路及び給湿装置は図示していない。実際には、第二の給湿装置（酸化剤給湿装置）１２０への脱イオン水の供給は、上述した、水素に給湿するための第一の給湿装置（燃料ガス給湿装置）１１０への水素の供給と同様の方法で行うことができる。これについては当業者には明らかであろう。また、第三の熱交換器１１２と任意のプロセスガスとの間の熱交換については記載していないが、第三の熱交換器１１２を使用して水素の流れを加熱もしくは冷却できる。所望により、第二もしくは第一の熱交換器で空気もしくは水素を各々冷却した後、第三の熱交換器１１２を使用して空気もしくは水素の流れを再加熱してもよい。但し分かりやすくするため、流体通路とポートとの関連配置は図示していない。
【００３１】
空気圧縮機１１６、冷却剤ポンプ１１４及び脱イオン水ポンプ１１９は他の周辺装置と共にマニホルドアセンブリ７０に取り付けることが可能である。但し、本発明を明確に理解できるよう、図１ではこれらをマニホルドアセンブリ７０から分離して示している。ポートや流体通路の配置は必ずしも本願明細書の開示内容と同一でなくともよい。本実施形態のポートや流体通路の数及びパターンはあくまで一例である。
【００３２】
なお、熱交換プロセス及び給湿プロセスは、状況における要求に応じて任意の順序で行ってよい。また、上述した以外の燃料電池の周辺装置、例えばエンタルピーホイールやＤＣ／ＡＣコンバータをマニホルドアセンブリ７０に取り付けてもよい。ポートや流体通路の配置は、プロセスによって異なっていてもよい。
【００３３】
図５を参照すると、第二実施形態が示されている。第一実施形態の構成要素と同様の構成要素は同一参照番号で示されている。
【００３４】
分かりやすく簡潔にするため、第一実施形態の構成要素と同様の構成要素の説明は省略する。本実施形態では、マニホルドアセンブリ７０は別々のプレート（フロントプレート６０、第一のミドルプレート５０、第二のミドルプレート３０及びバックプレート２０）の４枚の層を含む。バックプレート２０は積層型燃料電池１０を当接可能に形成される。第一実施形態と同様に、バックプレート２０内に６つのポート２１が形成されており、これは図４Ａ及び図４Ｂに示されるものと同様である。本実施形態では、ポートはバックプレート２０の厚み方向に形成された６つの通り穴２１乃至２６の形態をとる。本実施形態では、あくまで説明のため、通り穴２１乃至２６はバックプレート２０を貫通する。６つの通り穴２１乃至２６はそれぞれ鉛直方向に３つずつ位置合わせされ、２列で設けられている。各列の３つの穴は、それぞれ他方の列の対応する穴と水平方向に位置合わせされている。通り穴２１乃至２６は、積層型燃料電池１０の３つの入口１１、１２、１６及び３つの出口１３、１４、１５と位置合わせされ、接続されるよう設けられる。これにより積層型燃料電池１０をバックプレート２０に取り付けることができ、後述する流体通路を介してプロセスガスや冷却剤を積層型燃料電池１０に供給できる。プロセスガスや冷却剤を適切に供給し、その漏洩を防止するため、６つの通り穴２１乃至２６の周囲に従来の必要なシーリング手段及びクランピングデバイスを設けてもよい。本実施形態では、あくまで説明のため、積層型燃料電池１０の一端近傍に３つのポートを、他端近傍に別の３つのポートを形成しているが、この構成は特に陽子交換膜積層型燃料電池等の積層型燃料電池では典型的な構成である。よって、バックプレート２０は然るべく構成される。当然ながら通り穴の実際の数及び配置はこれに限られない。
【００３５】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、フロントプレート６０には燃料電池の周辺装置、例えば給湿装置１１０、１２０及び３台の熱交換器１１１、１１２、１１３を取り付けられる。従って、積層型燃料電池１０と燃料電池の周辺装置とはそれぞれマニホルドアセンブリ７０の反対側に取り付けられる。フロントプレート６０の詳細構造を図６Ａ及び図６Ｂに示す。フロントプレート６０には複数のポートが設けられる。本実施形態では、ポートはフロントプレート６０の厚み方向に形成された通り穴の形態をとる。同図では、４つの通り穴のみに参照番号６１、６２、６３、６４をふっている。実際には、複数の通り穴の数及び配置は異なっていてもよい。あくまで説明のため、図６Ａ及び６Ｂでは、２４個の通り穴を４つずつグループとし、略矩形の点線で示している。通り穴の各グループは、燃料電池の周辺装置のポートに接続されるようになっている。本実施形態で示される燃料電池の周辺装置は２台の給湿装置１１０、１２０及び３台の熱交換器１１１、１１２、１１３である。これらの周辺装置はフロントプレート６０に取り付けられ、これにより流体、ガス又はその他の媒体が、マニホルドアセンブリ７０の後述する内部通路を介して積層型燃料電池１０と周辺装置との間で交換される。例えば、グループＡ４の通り穴は第一の給湿装置（燃料ガス給湿装置）１１０への接続に、グループＡ５の通り穴は第二の熱交換器（酸化剤熱交換器）１１１への接続に、グループＡ６の通り穴は第三の熱交換器１１２への接続に使用される。必要に応じて、漏洩を防止するため、通り穴の周囲に従来のシーリング及びクランピングデバイスを設ける。図６Ａ及び図６Ｂでは通り穴を位置合わせして配置しているが、実際には通り穴の配置は状況における必要に応じて変更してよい。
【００３６】
図５を参照すると、２枚のミドルプレート３０、５０がフロントプレート６０とバックプレート２０との間に設けられている。２枚のミドルプレートにはいずれも複数のポート及び流体通路が形成されている。流体通路はエッチングやミリングによって、ポートは穿孔やドリリングによって形成できる。キャスティングやモールディングにより形成してもよい。図７Ａを参照すると、第一のミドルプレート５０の、フロントプレート６０と接触する面に流体通路が形成されている。本実施形態では、分かりやすくするため、流体通路の全てを図示してはいない。この面には止まり穴すなわち凹部５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａも設けられている。この面において、凹部５１ａから５１ｂ、５２ａから５２ｂ、５３ａから５３ｂ、５４ａから５４ｂにかけて、４本の開放通路である流体通路５１乃至５４が溶解又は機械加工により形成されている。本実施形態では、５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂは通り穴であり、止まり穴５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａはフロントプレート６０の通り穴６１、６２、６３、６４とそれぞれ位置合わせされ、ゆえに連通するよう位置決めされている。水素もしくは空気のいずれかの流体が通り穴６１、６２、６３、６４を通ってフロントプレート６０からマニホルドアセンブリ７０に流入する際、この流体は穴５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａへと流れ、引き続き各流体通路５１、５２、５３、５４に沿って流れ、通り穴５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂへと流れる。ここから第一のミドルプレート５０を出て、第二のミドルプレート３０に流入する。なお、流体通路５１乃至５４は必ずしも図７Ａに示されるパターンで溶解・機械加工される必要はなく、別のパターンも可能である。
【００３７】
図７Ａ乃至図７Ｃに示されるように、冷却剤通路は別々に設けられている。ここでは、冷却剤とは、マニホルドアセンブリ７０の適切な性能を確保するため、プロセスガスによってマニホルドアセンブリ７０に運ばれる熱を管理するために使用される冷却剤をいう。図７Ｂに示すように、本実施形態では冷却剤通路５５は第一のミドルプレート５０の裏側面、すなわち第二のミドルプレート３０と接する面に設けられている。プレート４０の一側面には２つのオープニングすなわち穴５５ａ、５６ａが形成されている。裏側面には、２つの止まり穴すなわち凹部５５ｂ及び５６ｂが、オープニング５５ａ及び５６ａが沈み穴５５ｂ及び５６ｂとそれぞれ連通するよう設けられている。参照番号５５で示される冷却剤通路は、止まり穴５５ｂから始まり、止まり穴５６ｂで終結する。従って、冷却剤の完全な循環は、冷却剤がオープニング５５ａからプレート５０に流入し、オープニング５６ａからプレート５０を出ることで、第一のミドルプレート５０上に形成される。冷却剤通路は、実際の設計では図示したパターンで形成しなくてもよい。第一のミドルプレート５０が多数の冷却剤通路を有する設計や、冷却剤通路が状況における要求に応じて選択された領域に延出する設計も可能である。冷却剤通路は溶解又は機械加工によって形成してもよい。なお、流体通路５１、５２、５３、５４はいずれも他の流体通路を妨げない。同様に、冷却剤通路５５は他の流体通路を妨げない。
【００３８】
図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、第二のミドルプレート３０は、バックプレート２０と接する面に設けられた２つの大凹部３１ｂ、３２ｂを有する。本実施形態では２つの内部冷却剤通路３１、３２が図示されているが、これらは図７Ａ乃至図７Ｃに示された、マニホルドアセンブリの熱管理に使用される冷却剤通路５５とは異なるものである。冷却剤通路３１、３２は積層型燃料電池１０に冷却剤を供給するために使用される。冷却剤通路３１、３２は第二のミドルプレート２０内に形成される。冷却剤は、冷却剤源から、プレート２０の側面に設けられたオープニング３１ａを通ってプレート２０に流入し、通路３１に沿って流れ、バックプレート２０のポート２２と位置合わせされ、ゆえに積層型燃料電池１０の冷却剤入口１６と位置合わせされた凹部３１ｂに流入する。従って、冷却剤は、スロット３１から、ポート２２及び入口１６を通って積層型燃料電池１０に流入する。そしてバックプレート２０のポート２５と位置合わせされた冷却剤出口１５を通って積層型燃料電池１０を出る。第二のミドルプレート３０の凹部３２ｂはバックプレート２０のポート２５と位置合わせされており、このため冷却剤は凹部３２ｂに到達し通路３２を通ってオープニング３２ａへと流れ、ここから第二のミドルプレート３０を出る。なお、第二のミドルプレート３０には、第一のミドルプレート５０のポートと位置合わせされ、ゆえに連通する複数のポートが設けられている。このため流体はこれらのポートを通って第二のミドルプレート３０に流入する。但し、２枚のミドルプレート３０、５０間の流体連通は第一実施形態で説明したものと同様であるため、第二のミドルプレート３０に形成されたポートについての説明は省略する。第二のミドルプレート３０に形成された複数のポートは、バックプレート２０の通り穴２１と位置合わせされ、ゆえに連通している。通り穴２１は積層型燃料電池１０の入口及び出口と連通している。
【００３９】
フロントプレート６０、第一及び第二のミドルプレート５０、３０、及びバックプレート２０は、ろう付け、溶接、加圧、及びキャスティングやモールディング等の他の任意の方法で積層、ラミネートされる。当業者には明らかであるが、バックプレート２０は省略してもよく、この場合は第二のミドルプレート３０が積層型燃料電池１０と直接接触することになる。この場合、積層型燃料電池１０の入口１１、１２、１６及び出口１３、１４、１５を第二のミドルプレート３０に接続できるよう、通り穴を第二のミドルプレート３０に設けることが必要である。第一実施形態でもバックプレート２０を省略できることは明白であるが、この実施形態が次に説明する第三実施形態である。
【００４０】
また、１つ以上の周辺構成要素をマニホルドもしくは積層型燃料電池の同一面に取り付けてもよい。１つのマニホルドを１つの積層型燃料電池に取り付ける場合について本発明を説明したが、他の組合せも可能である。例えば、多数の積層型アセンブリに対して１つのマニホルドを設け、周辺構成要素の共有を可能としてもよい。逆に、１つの（又は１つ以上の）積層型燃料電池に２つ以上のマニホルドを設けてもよい。例えば、積層構造を共通化することで両端に接続ポートを設け、各端部に形状の異なるマニホルドを設けることは有利である。
【００４１】
本発明のマニホルドは、十分な熱耐久性又は流体抵抗を有するものであれば、容易かつ安価で入手可能な材料で製造できる。材料の例としてＧＥノリルやＥＮ２６５等のポリマー、アルミニウムが挙げられるがこれらに限定されない。
【００４２】
多数の別々のプレートを有するものとして本発明を説明したが、一部もしくは全てのプレートを一体的にモールディングしてもよい。例えば、用途によってはインベストメントキャスティング等によりセンターマニホルドを形成してもよい。この場合キャスティングプロセス用に追加のアクセスオープニングを設けることが必要となることがあるが、このオープニングはプラグ等で容易に閉じることができ、シーリングの問題が著しく減少する。
【００４３】
また、１つ以上の周辺構成要素（特に単純な構成要素）をマニホルドと一体形成してもよい。上記で示したが、同じ熱交換設備をマニホルドに設けてもよい。特に、マニホルドが熱導電性の高い材料で作られている場合、１つ以上の別々の熱交換をなくし、他の周辺構成要素をマニホルドと一体形成してもよい。
【００４４】
本発明の趣旨は、燃料電池システム用の新規なマニホルド構成、そして積層型燃料電池と周辺装置との間のインタフェースとしてのマニホルドの使用に関する。積層型燃料電池のタイプ及び内部構造は、本発明の設計に何ら影響を及ぼさない。換言すれば、各種タイプの燃料電池、電解槽又は他の電気化学電池に本発明を応用できる。マニホルドアセンブリに設けられるポートの位置、数、サイズ及びパターンは、本願明細書に開示されたものと同一でなくてもよい。
【００４５】
通常の技術を有する当業者は、本発明の教示を理解すれば本願明細書に開示された実施形態に種々の変更を加えることができよう。例えば、本願明細書の開示内容とは異なるマニホルドアセンブリ形状、異なるポート数やポート配置、異なるマニホルドアセンブリ材料、及び異なるマニホルドアセンブリ製造方法等が可能である。しかし、これらの変更は以下の請求項に記載された本発明の保護範囲内にあるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドを説明する分解斜視図であり、流体の循環を示している。
【図２】図２Ａは、本発明の第一実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドのフロントプレートの正面図である。図２Ｂは、本発明の第一実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドのフロントプレートの側面図である。
【図３】図３Ａは、本発明の第一実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドのミドルプレートの正面図である。図３Ｂは、本発明の第一実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドのミドルプレートの背面図である。図３Ｃは、本発明の第一実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドのミドルプレートの左側面図であり、流体通路のうちいくつかを示している。図３Ｄは、本発明の第一実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドのミドルプレートの右側面図であり、流体通路のうちいくつかを示している。
【図４】図４Ａは、本発明の第一実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドのバックプレートの正面図である。図４Ｂは、本発明の第一実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドのバックプレートの側面図である。
【図５】図５は、本発明の第二実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドを説明する分解斜視図であり、流体の循環を示している。
【図６】図６Ａは、本発明の第二実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドのフロントプレートの正面図である。図６Ｂは、本発明の第二実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドのフロントプレートの側面図である。
【図７】図７Ａは、本発明の第二実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドの第一のミドルプレートの正面図である。図７Ｂは、本発明の第二実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドの第一のミドルプレートの背面図である。図７Ｃは、本発明の第二実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドの第一のミドルプレートの側面図である。
【図８】図８Ａは、本発明の第二実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドの第二のミドルプレートの正面図である。図８Ｂは、本発明の第二実施形態に従った燃料電池システム用マニホルドの第二のミドルプレートの側面図である。
【図１】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図５】
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【図８Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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