FUEL CELL SYSTEM HAVING INLET FUEL TO MORE THAN ONE AND/OR RECYCLE TO LESS THAN ALL OF THE FUEL FIELDSFuel cell power plants (19, 47, 60, 86, 102, 112, 121) include recycle fuel from a fuel exit (29) of the last fuel flow field (23, 52, 64, 89) of a series of flow fields (20-23; 49-52; 61-64; 87-89) labeled M - N through M, applied either to the Mth flow fields or both the Mth and the (M-1)th flow fields. The fuel recycle impeller is a blower (30), a turbocompressor (30a) driven by an air exhaust, an ejector (30b) or an electrochemical hydrogen pump (30c). Fuel from a source (77) may be applied both to the first fuel flow field (87) and an additional fuel flow field (88, 74, 75, 89) of a series of flow fields to reduce pressure drop and flow rate requirements in the first of the series of flow fields and assure more fuel in the additional fuel flow field. Flow to the additional fuel flow field may be controlled by voltage (126) in such field or fuel content (128) of its exhaust. Transient fuel volume is provided by a tank (125).A fuel cell power plant (19, 47, 60, 86) for providing electric power to a load, comprising: a plurality of fuel cells having fuel flow channels arranged in a series of M fuel flow fields (20-23; 49-52; 61-64; 74, 75; 87-89; 150-152), the last fuel flow field in said series being the Mth fuel flow field in said series, and the first fuel flow field in said series being the (M-N)th flow field in said series, where N is one less than M, said series of fuel flow fields selected from (a) M fuel flow passes (20-23) through the fuel flow channels of each cell, (b) the fuel flow fields (49-52; 87-89; 150-152) of M groups of fuel cells in a serial fuel flow relationship within one cascaded fuel cell stack, in which the fuel is fed from each group but the last into the next group in the series, and (c) the fuel flow fields of M fuel cell stacks (61-64; 74, 75) in serial fuel flow relationship in which fuel is fed from each stack but the last into the next stack in the series, each of said fuel flow fields connected between a fuel flow field inlet and a fuel flow field exit; each of said fuel flow field inlets connected to a fuel manifold selected from(d) an internal fuel inlet manifold (26), (e) an external fuel inlet manifold (26, 117), (f) an internal fuel turn manifold (25, 37, 40), and (g) an external fuel turn manifold (37a, 40a, 45; 55-57; 93, 94, 99); each of said fuel flow field exits connected to a fuel manifold selected from (h) an internal fuel exit manifold (28), (i) an external fuel exit manifold (28, 29, 95), (j) an internal fuel turn manifold (25, 37, 40), and (k) an external fuel turn manifold (37a, 40a, 45; 55-57; 93, 94, 99); a source of fuel (26, 77); said first flow field in said series receiving fuel from said source; characterized by: an additional fuel flow field (75, 88, 89, 151, 152) in said series receiving fuel from said flow field next antecedent to said additional fuel flow field in said series and either (1) directly from said source or (m) from said source through a fuel storage device (125) which receives fuel from said source; a fuel recycle loop (30, 34, 38) receiving fuel from the one of said manifolds connected to the fuel flow field exit of said Mth one of said fuel flow fields and providing recycle fuel to either (r) a first one of said manifolds (57, 117) connected to the fuel flow field inlet of said Mth flow field in said series, or (s) a second one of said manifolds (40, 56; 94, 99) connected to the fuel flow field inlet of the (M-lth) flow field in said series, or (t) both said first and second manifolds; and said fuel recycle loop having an impeller selected from (u) a blower (30), (v) an electrochemical hydrogen pump (30c), (w) an ejector (30b) having its input connected to said fuel flow field exit of said Mth flow field and having its output connected to one or both of said first and second manifolds.
연료장 중 하나보다 많은 연료장으로의 입구 연료 및/또는 전체 연료장보다 작은 연료장으로의 재순환을 갖는 연료전지 시스템본 발명은 M-N 내지 N으로 표시된 일련의 유동장(20-23; 49-52; 61-64; 87-89) 중 최종 연료 유동장(23, 52, 64, 89)의 연료 출구(29)로부터 M번째 유동장으로 또는 M번째와 (M-1)번째 유동장 모두로인 두 경우 중 어느 한 경우로 인가되는 재순환 연료를 포함하는 연료 전지 발전 장치(19, 47, 60, 86, 102, 112, 121)에 관한 것이다. 연료 재순환 임펠러는 송풍기(30), 배기에 의해 구동되는 터보압축기(30a), 이젝터(30b) 또는 전기화학 수소 펌프(30c)이다. 공급원(77)으로부터의 연료는 제1 연료 유동장(87) 및 일련의 연료 유동장 중 추가의 연료 유동장(88, 74, 75, 89) 모두에 인가되어, 일련의 유동장 중 제1 유동장의 압력 강하 및 유량 요구조건을 감소시키고 추가의 연료 유동장의 보다 많은 연료를 보장할 수 있다. 추가의 연료 유동장으로의 유동은 이러한 유동장 또는 배출물 중의 연료 함량(128)을 전압(126)에 의해 제어할 수 있다. 일시적으로 과도한 연료량이 탱크(125)에 의해 제공된다.일련의 M개의 연료 유동장(20-23; 49-52; 61-64; 74, 75; 87-89; 150-152)으로 배열된 연료 유동 채널을 갖는 복수의 연료 전지로서, 상기 일련의 연료 유동장 중 최종 연료 유동장은 상기 일련의 연료 유동장 중 M번째 연료 유동장이며 상기 일련의 연료 유동장 중 제1 연료 유동장은 상기 일련의 연료 유동장 중 (M-N)번째 유동장이고 여기서 N은 M보다 작은 수이며, 상기 일련의 연료 유동장은 (a) 각각의 전지의 연료 유동 채널을 통한 M개의 연료 유동 통로(20-23)와, (b) 연료가 일련의 그룹 중 각각의 그룹으로부터 공급되지만 최종 연료 유동장은 인접한 그룹으로 공급되는 하나의 캐스케이드형 연료 전지 스택 내의 일련의 연료 유동 관계의 M개 그룹의 연료 전지의 연료 유동장(49-52; 87-89; 150-152)과, (c) 연료가 일련의 스택 중 각각의 스택으로부터 공급되지만 최종 연료 유동장은 인접한 스택으로 공급되는 일련의 연료 유동 관계의 M개의 연료 전지 스택의 연료 유동장(61-64; 74, 75)으로부터 선택되고, 각각의 상기 연료 유동장은 연료 유동장 입구와 연료 유동장 출구 사이에서 연결되는 일련의 M개의 연료 유동장(20-23; 49-52; 61-64; 74, 75; 87-89; 150-152)으로 배열된 연료 유동 채널을 갖는 복수의 연료 전지, 및 연료 공급원(26, 77)을 포함하고, 각각의 상기 연료 유동장 입구는 (d) 내부 연료 입구 매니폴드(26)와, (e) 외부 연료 입구 매니폴드(26, 117)와, (f) 내부 연료 회전 매니폴드(25, 37, 40)와, (g) 외부 연료 회전 매니폴드(37a, 40a, 45; 55-57; 93, 94, 99)로부터 선택된 연료 매니폴드에 연결되고, 각각의 상기 연료 유동장 출구는 (h) 내부 연료 출구 매니폴드(28)와, (i) 외부 연료 출구 매니폴드(28, 29, 95)와, (j) 내부 연료 회전 매니폴드(25, 37, 40)와, (k) 외부 연료 회전 매니폴드(37a, 40a, 45; 55-57; 93, 94, 99)로부터 선택된 연료 매니폴드에 연결되며, 상기 일련의 유동장 중 상기 제1 유동장이 상기 공급원으로부터 연료를 수용하는, 전력을 부하로 제공하기 위한 연료 전지 발전 장치(19, 47, 60, 86)에 있어서, 상기 일련의 연료 유동장 내의 추가의 연료 유동장(75, 88, 89, 151, 152)으로서, 상기 일련의 연료 유동장 내의 상기 추가의 연료 유동장에 선행하여 인접한 상기 유동장으로부터, 그리고 (l) 상기 공급원으로부터 직접 또는 (m) 상기 공급원으로부터 연료를 수용하는 연료 저장 장치(125)를 통해 상기 공급원으로부터 연료를 수용하는 상기 일련의 연료 유동장 내의 추가의 연료 유동장(75, 88, 89, 151, 152), 및 상기 연료 유동장 중 상기 M번째 연료 유동장의 연료 유동장 출구에 연결된 상기 매니폴드 중 하나의 매니폴드로부터 연료를 수용하여, (r) 상기 일련의 유동장 중 상기 M번째 유동장의 연료 유동장 입구에 연결된 상기 제1 매니폴드(57, 117) 또는 (s) 상기 일련의 유동장 중 (M-1)번째 유동장의 연료 유동장 입구에 연결된 상기 제2 매니폴드(40, 56; 94, 99)에 또는 (t) 상기 제1 및 제2 매니폴드 모두에 재순환 연료를 제공하는 연료 재순환 루프(30, 34, 38)을 포함하고, 상기 연료 재순환 루프는 (u) 송풍기(30)와 (v) 전기화학 수소 펌프(30c)와 (w) 그 출력부가 상기 M번째 유동장의 상기 연료 유동장 출구에 연결되고 그 출력부가 제1 및 제2 매니폴드 중 하나 또는 둘 모두에 연결된 이젝터(30b)로부터 선택된 임펠러를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 장치.