燃料電池アセンブリ（２０）は、アセンブリの耐用年数を延長する複数の特徴を有している。一実施例において、流れ場層は、約０．１０ｍｇ／ｋｈｒ−ｃｍ²未満の酸吸着速度を有するように無孔性で且つ疎水性である。電解質保持マトリックスは、約０．０１０ｍｇ／ｋｈｒ−ｃｍ²未満の、リン酸との反応速度を有する。触媒層と結合する親水性基板は、約２５ｍｇ／ｃｍ²未満の移動性リン酸含有量を有する。凝縮領域により、約０．１７ｍｇ／ｋｈｒ−ｃｍ²未満の蒸発性リン酸損失速度となる。 （もっと読む）

燃料電池（３８）は、反応物ガス流れ場プレート（７４，８１）を介して燃料電池を冷却するための水を供給する水通路（６８；７８，８５；７８ａ，８５ａ）を有する。水通路は、多孔性プラグ（６９）によって大気（９９）へ排気されるか、または、通路からの水の除去を伴うまたは伴わないポンプ（８９，１４６）の作用を受けるものであってよい。凝縮器（５９，１２４）は、反応物空気排気を受容し、連続する貯留器（６４，１２８）を有するものであってよく、垂直（図２において自動車のラジエータ）であってよく、水平であり、燃料電池スタック（図５の３７）の最上部に近接しているか、または、燃料電池スタック（１２０）の下方（１２４）であってよい。通路は溝（７６，７７；８３，８４）であるか、または、１つまたは両方の反応物ガス流れ場プレートの実質的に全面に近接する平坦な多孔性の親水性材料（７８ａ，８５ａ）有するものであってよい。凝縮器内の空気流は、シャッター（１５５）によって制御可能である。そのコイル（１６１）を通って流れる耐凍結性液を有する凝縮器は熱交換器（５９ａ）であってよく、その液量は弁（１６６）で制御される。脱イオン器（１７５）を使用することができる。
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膜電極アッセンブリは、燃料極と、空気極と、燃料極と空気極との間に配置される膜と、空気極と膜との間および燃料極と膜との間からなる群から選択される少なくとも１つの位置にある触媒層と、膜電極アッセンブリの縁に沿って配置されるエッジシールとを備え、膜と触媒層とはエッジシール中に延びる。
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燃料電池スタック（１５）の冷媒または水輸送プレートから出る流れは、気体／液体セパレータ（１２）の入口へ供給される。気体／液体セパレータ（１２）の液体出口は、主ポンプ（１１ａ）を介して液体アキュムレータ（２１）に接続されている。液体アキュムレータの液体出口（２０）に接続された二次ポンプ（４４）は、エダクタ（３２）の主入口（３１）へ供給される。エダクタの二次入口は、気体／液体セパレータの気体アウトプットに接続されている。エダクタの出口（３７）は、コンジット（３８）を介して液体アキュムレータ中の液面より低い位置に接続される。従って、二次ポンプ（４４）が故障しても、エダクタを介して主ポンプ（１１ａ）にキャビテーションが生じることはないため、燃料電池スタックを通して冷媒を流し続けることができる。二次ポンプの出口から圧力低減オリフィス（２５）を通り、脱塩器（２６）が供給される。
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熱回収システムにおける原動機（２８）が誘導発電機（８）を駆動し、該発電機がブレーカ（１０）を通して送電網（９）に電力を供給するばかりでなく、補助誘導電動機（１１、１２）を含む負荷にも給電する。満足な波形および力率を提供するために、補助機器はＩＧＢＴスイッチドブリッジコンバータ（１３）を通して、 三相ダイオード整流器（１６）の代わりにＩＧＢＴスイッチドブリッジコンバータ（１３ａ）によって発生された直流電圧（１５）によって駆動される。スイッチドブリッジコンバータ制御装置（１４ａ）はシステムプロセス制御装置（２３ａ）に応答し、このシステムプロセス制御装置は、スイッチドブリッジコンバータ制御装置（１３ａ）が発電機バス（１７）での電圧（２６）および電流（２７）に応答して駆動されるように制御する。こうして、発生電力の質を改善しつつ、高調波フィルタ（１８）および力率キャパシタ（２０）の必要をなくす。制御装置（２３ａ）は、電圧、周波数、または力率が制限値外であればブレーカをトリップさせる。
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燃料電池発電装置（１８）は、相互に作動可能に関連する複数の燃料電池スタック（２）を備えることにより、発電装置内のスタックのそれぞれが空気流および燃料流の両方を共有する、複数の燃料電池スタック（２）を備える。空気流と燃料流は発電装置内の第１の段のスタック（２２）に供給され、その後、空気流と燃料流は第１の段のスタックを通過し、排出された燃料流は次いで、発電装置内の１つまたは複数のスタックからなる後続の段（２４）に供給される。燃料流は、共通のマニホルド（２０）の上に発電装置内の燃料電池スタックの各々が取り付けられることにより、第１の燃料電池スタック段から後続の燃料電池スタック段へと送られる。共通のマニホルド燃料流通路（２８）は、燃料流通路における水分凝結を制限するように断熱される。さらに、このマニホルドは、燃料流通路に生じる凝結水分を回収する凝結水分収集トラップ（４０）を備えることができる。このように燃料流通路で凝結し得る水量を制御することにより、発電装置内の段から段への望ましい目標とする燃料流圧降下が達成される。さらに、マニホルドは、電圧読み取り回路基板ならびにその他の付属燃料電池発電部品を取り付けるための付属部品取り付け部（３４，３６）を備えることができるため、所望通りに燃料電池発電装置の発電セクションを小型化できる。
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燃料電池発電装置内の直流電流の決定方法は、発電装置の電力調整システムのパワーエレクトロニクスコンバータからの電流値を決定するステップと、コンバータ内の損失に基づいて補正因子を決定するステップと、燃料電池内の直流電流を決定するために、コンバータからの電流値を、補正因子を用いて補正するステップと、を含む。さらに、この方法は、所望の直流電流値を決定するために、コンバータ内の電圧を決定するステップと、補正された電流と共にこの電圧を使用するステップと、を含む。
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車両（１５０）が備える燃料電池積層体（１５１）は、該積層体が凍結温度以下である場合に、燃料（１７９）および酸化物質（１７３）の供給開始から数秒内あるいは開放電圧（１５５，１５６）が検出された時に車両推進システム（１５９）に接続することによって、始動される。燃料は理論混合比の要求量を越えるものとし、酸化物質は少なくとも理論混合比の要求量の２倍を越えるものとし、これらは、略大気圧、又は、４ｋＰａ（０．６ｐｓｉ）ないし水分通路内のいかなる水分の圧力よりも高い圧力とでき、凍結温度以下であってもよい。水分輸送板（８４，８６，８８，８９）は、水分通路を有し、この水分通路は、積層体に接続（１６０）された補助ヒータ（１６１）を備えた槽（１６４）を含む水分循環系（１７０）に接続される。積層体材料の加熱および水分輸送板中の氷の加熱、氷が解ける溶融熱、解けた水の加熱、水分輸送板中の解けた水の蒸発冷却、によって、液状冷媒が循環可能となるまで、燃料電池を低温に維持する。
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発明はカソード電極（１６）の腐食を最小限にするように水素リッチ還元流体燃料を用いたカソード流路（３８）のパージを使用する燃料電池電力プラント（１０）用の起動システム及び方法である。停止された燃料電池電力プラント（１０）を起動する方法は、ａ．還元流体燃料でカソード流路（３８）をパージするステップと、ｂ．次いで還元流体燃料がアノード流路（２８）を流れるように仕向けるステップと、ｃ．次に、カソード流路（３８）を通る燃料の流れを停止し、酸素含有酸化剤がカソード流路（３８）を流れるように仕向けるステップと、ｄ．最後に、電流が燃料電池（１２）から主負荷（７０）に流れるように主負荷（７０）を燃料電池（１２）に接続するステップとを含む。
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本発明は、耐食性・腐食保護カソード触媒層（２４）を有する燃料電池（２０）である。カソード触媒層（２４）は、白金酸素還元触媒と、酸素放出に対して白金より活性な触媒から成る群より選択される酸素放出触媒とを含む。酸素放出触媒は、カソード触媒層内で均一に施されることができ、または、カソード触媒層（２４）の確認された高腐食領域（８２）（８４）に不均一に施されることができる。カソード触媒層（２４）は、カソード触媒層（２４）を支持する熱処理された炭素支持体物質とカソード拡散層（４０）内の熱処理されたカーボンブラックの一方または両方を含むことができる。燃料電池（２０）は、白金より大きな酸素還元過電位を有する弱い酸素還元触媒を有するアノード触媒層（２２）を含むこともできる。
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