JP2000508616A

JP2000508616A - 熱的に向上した小型改質装置

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Publication number: JP2000508616A
Application number: JP9537103A
Authority: JP
Inventors: マイケルエス．スー; イーサンデー．オング
Original assignee: ジーテックコーポレーション
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 2000-07-11
Also published as: CN100367556C; WO1997039490A2; DK0904608T3; US5858314A; DE69709348D1; CZ324098A3; NO322074B1; RU2175799C2; AU2545597A; CN1222256A; US6183703B1; PL329316A1; TW328655B; EP0904608A2; CA2251627A1; US20020102188A1; IL126469A0; ATE211312T1; EP0904608B1; NO984721D0

Abstract

(57)【要約】触媒プレート（１４）を散在させ、反応体用の内部又は外部マニホルドを備えた熱伝導性のプレート（１２）の積層を含む天然ガス改質装置（１０）。触媒プレートは伝導プレートに密接に熱接触した状態にあるため、その温度は熱伝導性プレートの温度近くを推移するが、これはプレートの平面内でほぼ等温状態を得るよう設計することができる。様々な選択実施例では、一種又はそれ以上の触媒を熱伝導性プレートに対して平面内で、流れ方向に配分して用いてもよい。本改質装置は上記改質装置又は部分酸化改質装置として運転してもよい。上記改質装置として運転する場合は、（吸熱性）上記改質反応のための熱エネルギは放射及び／又は伝導により外部から熱伝導性プレートに提供される。その結果、一酸化炭素、水素、上記及び二酸化炭素が生じる。部分酸化改質装置として運転する場合は、天然ガスの分留を燃焼触媒及び改質触媒の助けを得て酸化させる。その結果、一酸化炭素、水素、上記及び二酸化炭素が生じる。触媒プレート及び伝導プレートが密接に熱接触しているために、積層アセンブリ内に過剰な温度が生じる可能性がない。プレートの構造の詳細は、反応体を導入、予熱、及び排出するための一つ又はそれ以上の投入孔及び排出孔を設けた様々なマニホルドの実施例にそぐうよう、変更可能である。

Description

【発明の詳細な説明】熱的に向上した小型改質装置発明の背景本発明は改質装置、特に燃料を電気化学的変換器で使用するのに適した燃料種に改質する改質装置に関するものである。具体的には、蒸気改質又は部分酸化改質に適したプレート型改質装置に関する。通常の炭化水素燃料を燃料電池の燃料反応体として使用することは当業において公知である。炭化水素燃料は多くの場合、電気化学変換器へ投入される前に前処理され、より簡単な反応体に改質される。従来、この燃料は、炭化水素燃料をまず脱硫ユニットに通し、次に改質装置、そしてシフト反応器（Ｈ２燃料の燃料電池の場合のみ）へと通すことで前処理されて、適した燃料ストックが生成される。現在広く商用に向けられている従来型の蒸気改質装置は、改質反応を促進する触媒材料と、吸熱改質反応用の熱を供給するバーナとから構成される改質部を含む。多くの場合蒸気源が、蒸気を提供すべくこの改質部に接続されている。バーナは多くの場合、改質反応に要する温度よりも充分に高い温度や、従来の燃料電池、例えば固体酸化物燃料電池の運転温度よりも充分に高い温度で運転する。このためバーナは燃料電池からは独立した別のユニットとして運転されねばならず、従って全体の動力システムが大型で重量も大きく、価格も高く、そして複雑となっている。さらに、このバーナは、通常燃料電池から得られる余熱を利用できるよう独自に適応させることができない。さらに、バーナが余分に燃料を消費するためにこの動力システムの効率には限界がある。典型的な管型改質装置は複数の管を含み、これらの管は通常、耐火金属合金で形成されている。各管内には、表面コーティングとして適した改質触媒を有する顆粒状又はペレット状の材料が充填されている。管の直径は多くの場合、９センチメートルから１６センチメートルの範囲で多様であり、管の被加熱長は通常、６から１２メートルの間である。燃焼ゾーンは管の外側に設けられ、典型的にはバーナ内部に形成される。管の内部を流れる炭化水素燃料が５００℃から７００ ℃の間の温度で蒸気の触媒作用を適切に受けるよう、管の表面温度はバーナにより９００℃の範囲に保たれる。このような伝統的な管型改質装置は、改質用の熱を配分するのに、管内の伝導及び対流による熱移動に依存している。プレート型の改質装置が当業において公知であるが、このようなものの一例がコガ氏他の米国特許第５，０１５，４４４号に示され、かつ述べられている。そこで説かれた改質装置は、燃料／蒸気混合流と、燃料／空気混合流の間に交互に設けられた平らな空隙を有する。この空隙内での燃料／空気流の燃焼が、燃料／蒸気混合流の改質のための熱を提供する。この設計の欠点は、この改質装置が燃料改質のプロセスを促進するのに近接した平らな空隙間の熱移動に依存していることである。ヤスモト氏他による米国特許第５，４７０，６７０号は一体型の燃料電池／改質装置構造を説いているが、この構造は、燃料電池の層及び改質装置のプレートが交互になったものを有する。熱は発熱性の燃料電池から吸熱性の改質装置へと移動するが、この移動は分離プレートの厚みを通過して行われる。この設計の欠点は、この燃料電池／改質装置構造において温度均一性を得ることがそもそも難しく、この温度均一性という点が、小型で効率的な化学的又は電気化学的装置の設計には欠かせない点なのである。この燃料電池／改質装置という構造はさらに、複雑で面倒な反応体のマニホルディングが、交互になった燃料電池層と改質装置の層との間の反応体の流れを連絡する際に必要である。例えば燃料電池などの電気化学的変換器は燃料ストックから得られる化学的エネルギを、電気化学反応により直接、電気エネルギに変換するシステムとして公知である。燃料電池の動力発生装置に多く用いられている、ある一つの種類の燃料電池は固体酸化物燃料電池である。この固体酸化物燃料電池は電気を発生して約１０００℃の余熱を放出する。典型的な燃料電池は主に、上に燃料及び酸化剤電極が取り付けられた一連の電解質部と、この電解質部間に配された、シリアル電気接続を行う同様の一連のインターコネクタとから構成されている。電気は、水素などの燃料を燃料電極に投入し、酸素などの酸化剤を酸化剤電極に投入したときに引き起こされる電気化学的反応により、電解質を横切って電極間に発生する。多くの場合、電解質はイオン抵抗の低いイオン性伝導体であるため、変換器の運転条件下で、ある電極−電解質接触面から反対側の電極−電解質接触面へイオン種が移動することが可能となっている。電流はこのインターコネクタ・プレートから外部負荷に向けて分岐させることができる。従来の固体酸化物燃料電池には、上に挙げた特徴に加えて、さらに多孔質燃料を有する電解質と、この電解質の両側に付着させた酸化剤電極材料とが含まれる。電解質は多くの場合、例えば安定化ジルコニアなど、酸素イオン伝導材料である。酸化剤電極は酸化性雰囲気中に維持されることが多く、また通常、例えばストロンチウムドープランタンマンガナイト（ＬａＭｎＯ３（Ｓｒ）など、導電性の高い灰チタン石である。燃料電極は多燃料又は還元性雰囲気中に維持されることが多く、通常は例えばジルコニア−ニッケル（ＺｒＯ２／Ｎｉ）などのサーメットである。固体酸化物燃料電池のインターコネクタ・プレートは通常、酸化性雰囲気及び還元性雰囲気中の両方で安定している導電材料から形成される。しかし、改質のために用いた燃料電池の発生した余熱を利用する装置が、当業においては未だに必要とされている。特に、電気化学変換器と密接な関連にある改質装置構造を利用したいというニーズがある。では本発明を以下に、いくつかの好適な実施例を参照しながら説明したい。しかしながら、当業者であれば、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく多様な変更及び改良を行うことができることは明白に違いない。発明の概要本発明の目的は、優れた熱性能という特徴を有すると共に、燃料電池との効率的な熱的一体化を可能とするプレート型改質装置を提供することである。本発明はさらに、蒸気改質装置としても、又は部分酸化改質装置としても運転可能なプレート型改質装置に関連するものである。蒸気改質装置として運転する場合には、熱は燃料電池等の源から受け取り、蒸気は燃料電池の排気などの源から受け取る。蒸気は、例えば蒸気ボイラなど、従来の外部の源から供給してもよく、あるいは通常の燃料セルの排気を改質装置にマニホルドして供給してもよい。熱源はまた燃焼反応器でもよい。部分酸化改質装置として運転する場合には、導入される反応体ガスのうち比較的小さな部分、例えば約２５％を燃焼させて吸熱性改質反応のための熱を提供する。本改質装置は好ましくは、その他の熱入力（熱源）や蒸気供給を必要としない自熱平衡状態で運転することが可能であるとよい。また更に、燃料電池からの余熱を利用することのできる部分酸化状態で運転可能である。本発明の別の目的は、触媒が、ガス流の方向に方向付けられた、例えばガス流の方向に延びた熱伝導プレートと密接に熱接触した状態にあることにより、改質反応が効率的に行われるよう、そして触媒又は改質装置の構造材料にとって有害であるホットスポットの発生がなくなる又は減少するよう、平均平面内プレート温度が維持されるプレート型改質装置を提供することである。「平面内」という用語はプレートの平らな表面又は側面を意味するものとして意図されている。本発明の更にもう一つの目的は、燃料電池の出した余熱を、蒸気改質又は部分酸化改質における吸熱性反応に利用することのできるプレート型改質装置を提供することである。本発明の更に別の目的は、投入される反応体を改質に適した温度まで予熱するプレート型改質装置を提供することである。本発明のまた更に別の目的は、複数の投入用マニホルドが設けられているため反応体を別々に改質装置に投入することができ、こうして反応体は改質装置内で完全に混合された後に改質装置の酸化部及び改質部に進入する、プレート型改質装置を提供することである。本発明の改質装置は、効率的な燃料改質を促進する熱的向上機構を利用したものである。ある態様では、本改質装置には平面型触媒構造が含まれ、同構造は交互に積層された熱伝導性プレートを有する。後者の機構により本改質装置の熱特性が大きく向上するため、改質装置の構造も比較的に小型となる。従って、本改質装置を電気化学変換器に熱的及び物理的に一体化して炭化水素燃料の改質及び発電を効率的に行わせることができる。本発明は、上述の効率的な熱移動技術を利用してシステムの温度均一性（等温表面）及びエネルギバランスを達成することにより、従来の改質装置の大きさの欠点を克服するものである。この温度均一性により、投入される反応体を改質するのに必要な改質材料の量が減少する。さらに、吸熱性改質反応が必要とする熱エネルギは、熱的に一体化された電気化学的変換器の余熱から得られる。例えば、正常な運転条件下ではこの変換器は過剰な熱つまり余熱を発生するが、これを用いて改質に必要な温度に相当する運転温度（約５００℃から約７００℃の範囲内）が維持されるのである。小型であること、そしてマニホルドが容易であることは、経済的な改質装置構造及びシステムの一体化の基礎を提供するには不可欠である。本発明のその他の一般的かつより具体的な目的は、以下の図面及び説明を基に一部自明であり、一部明白となるであろう。図面の簡単な説明本発明の上述の、そしてその他の目的、特徴及び長所は以下の説明から明らかとなり、添付の図面からも明らかとなるであろうが、同図面において、異なる図面を通じて同様の参照記号は同じ部品を示すものである。これらの図面は本発明の原理を描写しており、原寸大ではないが相対的寸法を示したものである。図１は、本発明に基づく外部燃料改質装置の一実施例の横断面図である。図２Ａ−２Ｃは、図１の触媒プレート及び改質プレートの様々な実施例を示した横断面図である。図３は、内部改質機能を備えた組立済の電気化学的変換器の等角図である。図４は、内部改質を可能とする電気化学的変換器の電解質部品及びインターコネクタ部品のより詳細な等角図である。図５は、外部マニホルドを通る反応体の流れを描いた、本発明による電解質部品及びインターコネクタ部品の横断面組立図である。図６は、インターコネクタ・プレートが吸熱性改質片及び発熱性燃焼片並びに発熱性燃料電池片の間で熱移動機能を提供し、その結果平面内温度が等温であることをグラフで示したものである。図示の実施例の説明図１は、本発明の改質装置１０の横断面図である。改質装置１０には、交互に積層されて軸２８方向に延びる積層改質構造１３を形成する多数の熱伝導性プレート１２及び改質プレート１４が含まれる。この改質装置は、プレート１２，１４の内側部分１２Ａ，１４Ａと流体連絡する流体導管１６を含む。改質装置１０は好ましくは気密性の封包物又はハウジング２０内に収容されているとよい。図示の改質装置は、蒸気及び酸化による改質の両方を行うのに用いることができるものである。改質工程に必要な熱は、炭化水素燃料の部分酸化により内部から供給しても、又は離れた熱源、例えば波状ライン２６に示すように外部から、放射、伝導又は対流により改質装置１０に供給してもよい。改質装置１０により改質しようとする反応体は軸方向の流体マニホルド１６を通じて本装置に投入される。反応体は、マニホルド１６に投入される前又は改質装置内で予め混合された炭化水素燃料及び改質作用因子、例えば酸素、水又はＣＯ₂の混合物を含むことが好ましい。図示の改質装置１０は、各ガス構成成分毎に別々の投入用マニホルドを備えるのではなく、燃料／改質作用因子混合物を本改質装置に運び込む少なくとも一つのマニホルドを含む。予め混合した反応体を改質装置１０に投入することで構造が比較的に簡潔となっている。反応体混合物２２は、何らかの適切な手段、例えば流体導管によりマニホルド１６に投入される。混合物２２は、隣接する伝導プレート１２及び改質プレート１４の間に形成された反応体流路２４を通じて改質装置の内側部分に進入する。この流路には、エンボス加工で形成の可能な、そしてマニホルド１６から積層改質構造１３の外側周辺表面１３Ａまで延びる概ね連続した流体流路を形成する凹部又は凸部表面を含めてもよい。さらにこの流路を、多孔質材料で形成された、又はその上に強力な改質触媒材料をコーティングした又は形成した伝導プレート又は改質プレートを利用して形成し、反応体が改質装置を通るようにしてもよい。これら様々なプレート構成及び構造の例を図２Ａ−２Ｃに示す。図２Ａは、改質プレート１４及び伝導プレート１２を積層した配置を示す。改質プレート上には、伝導プレート１２に密に接触する改質触媒材料３６が形成されていると好ましい。図示の伝導プレート１２には反応体流路がエンボス形成されている。混合物２２は軸方向のマニホルド１６に投入されてこの反応体流路に進入し、そこで積層プレート改質装置の周辺端部から外に出る。改質触媒材料は固体又は多孔質材料から構成することができる。図２Ｂは、多孔質の改質材料を用いたときに混合物が改質装置１０を流れる様子を描いたものである。多孔質の改質材料を用いると、図示の改質装置にエンボス加工を施す必要がなくなる。別の実施例では、図２Ｃに示すように、改質装置１０は複数の積層プレート３８、即ち、単に熱伝導性材料及び改質材料の複合材から形成された柱状構造を含む。この複合材プレート３８は、適宜熱伝導性材料を適した改質材料と混合して散在させることで得ることができる。その結果得られる積層構造は、図１、２Ａ及び２Ｂに示した、及び上述した積層改質構造１３とほぼ同一の態様で作動する。当業者で、あれば改質装置１０のその他の実施例を認識できようが、その中には、例えば改質プレート１４が多孔質材料から構成され、改質触媒材料がその内部に配された又はその上に被膜形成されたものがある。多孔質材料の利用は本外部改質装置の利点の一つであるが、それはなぜなら、効率を犠牲にすることなく本改質システムの気密性要件を緩和できるからである。反応体混合物は、反応体が反応体流路、及び改質プレート１４上又は中を通過するときに積層改質構造１０内で改質される。改質プレート１４に加えられた触媒材料により、炭化水素燃料の、より簡単な反応種への改質が促進される。マニホルド１６に投入される反応体混合物流には、炭化水素燃料に加えて、Ｈ₂Ｏ、Ｏ₂及びＣＯ₂が含まれていてもよい。例えば、メタン（ＣＨ４）を、触媒作用により、水素、水、一酸化炭素及び二酸化炭素の混合物に改質することができる。本改質装置を蒸気改質装置として運転する場合には、それは天然ガス（又はメタン）及び蒸気を含んだ反応体ガス混合物を受け取る。蒸気改質触媒は改質プレート上の周辺帯に形成することができる。改質反応のための熱エネルギは、好ましくは、伝導プレート１２によりこの気密性封包物から半径方向内側に向かって伝導されるとよい。伝導プレートの厚さ及び熱伝導性は、吸熱性改質反応のための熱を提供する際に充分な熱が半径方向（又は平面内）に流れるよう、選択する。伝導プレートには、以下に詳述するように、投入された反応体を予熱するために軸方向の反応体マニホルド１６内に突き出した一体型の延長部を含めてもよい。本改質装置を部分酸化改質装置として運転する場合には、それは天然ガス（又はメタン）及び空気又は酸素を含んだ反応体ガス混合物を受け取る。一種又はそれ以上の種類の改質触媒材料を改質プレートの周辺帯に配分させることができる。ある態様によれば、このプレートには、燃焼触媒を含んだ内側帯９２と、水蒸気（蒸気改質）及び二酸化炭素によるメタンの改質を促進する触媒を含んだ半径方向の外側帯９０とを含めることができる。これらの吸熱性改質反応のための熱エネルギは燃焼帯から改質帯までプレート１２により半径方向に伝導される。Ｈ₂ Ｏの存在下でＣＯを転化させてＨ₂及びＣＯ₂を形成する従来のシフト反応など、その他の反応のための触媒を取り入れてもよい。伝導プレート１２の厚さ及び熱伝導性は、吸熱性改質反応のための熱エネルギを提供するのに充分な熱が内側の燃焼帯と外側の改質帯との間の半径方向に流れるよう、選択する。伝導プレート１２はさらに、投入される反応体を投入流路２４で運転温度近傍、例えば少なくとも約３００℃まで予熱するのに充分な熱流を、その燃焼帯から半径方向に提供する。このシステムの熱エネルギは、外部源から気密性封包物２０を通じて改質装置１０に移動することが好ましい。図示した改質装置１０は、例えばアルカン（パラフィン系炭化水素）、アルコールに結合した炭化水素（ヒドロキシル）、カルボキシルに結合した炭化水素、カルボニルに結合した炭化水素、アルケンに結合した炭化水素（オリフィン炭化水素）、エーテルに結合した炭化水素、エステルに結合した炭化水素、アミンに結合した炭化水素、芳香族誘導体に結合した炭化水素、及びその他の有機−誘導体に結合した炭化水素などの反応体を改質するのに用いることができる。改質装置１０の改質材料の帯は、改質されたガスの生成が最大となるよう、様々な比率に配置及び混合することができる。改質プレート１４は、約２００℃から約８００℃の間の温度で作用するものであれば、いかなる適した改質触媒材料から構成してもよい。利用可能な種類の材料の例には、プラチナ、パラジウム、クロム、酸化クロム、ニッケル、酸化ニッケル、ニッケル含有化合物、及びその他の適した遷移金属及びそれらの酸化物が含まれる。改質プレート１４には更に、図２Ａ及び２Ｂに示すように、その上に改質材料の被膜を形成されたセラミック製支持プレートを含めることができる。このように、本発明の改質プレート１４には、適した反応種への炭化水素燃料の改質を促進する適した改質触媒を含んでいれば、いかなる多層改質プレート構造をも含めることができる。伝導プレート１２は、アルミニウム、銅、鉄、合金鋼、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、プラチナなどの金属、及び炭化珪素などの非金属、並びにその他の複合材料を含め、あらゆる適した熱伝導材料から形成することができる。伝導プレート１２の厚さは、プレート１２の平面内の最小温度勾配が維持されて、改質反応が最適に行われるための等温領域が提供され、かつ改質プレート１４の熱応力が軽減されるよう、選択される。伝導プレート１２は、好ましくは、各プレート１２の平面内でほぼ等温の状態を成しているとよい。伝導プレート１２が等温表面を形成していることで、プレート表面にほぼ均一な温度及び改質用の熱供給が提供されるため、改質工程全体の効率が向上する。更に、反応体混合物が反応体流路を通じて均一に配分されることで、この伝導プレートは積層の軸方向で（積層改質装置１３の外側周辺表面に沿って）等温状態を成し体るため、積層方向にコールド又はホット・スポットが発生することが防がれる。従って改質装置１０の熱特性が向上し、システムの全体的性能も向上する。ここで用いられるときの「等温」状態又は領域という用語は、軸方向又は平面内方向において僅かに異なる程度のほぼ一定な温度を含むものとして意図されている。約５０℃の温度差は、本発明の教示の考察するところである。改質された燃料又は反応種は、波線３０に示すように、積層改質構造１３の周辺部１３Ａから排出される。反応種、例えば改質された燃料生成物を周辺から排出することで、反応体のマニホルドが比較的容易となる。排出された流体媒体は次に、気密性ハウジング２０で収集され、排出導管３２を通じてそこから排出される。このように気密性ハウジング２０は周辺マニホルドとして働く。別の実施例では、反応体混合物２２はハウジング２０の形成する周辺マニホルド内へ投入し、次に、周辺端部に沿って積層改質構造１３へと導くことができる。反応体は改質及び伝導プレート１４，１２を横切って半径方向に内側に向かって流れ軸方向マニホルド１６から排出されることとなる。改質された反応体混合物を、積層の周辺の少なくとも大部分から、好ましくはほぼ周辺全体から排出することができるため、気密材料又は絶縁材料を用いずに露出した周辺表面を提供することができる。従って本発明の外部改質装置１０は小型で簡潔、優雅な外観を持った改質装置となる。気密性封包物２０は好ましくは、例えば金属などの熱伝導材料から構成するとよい。図示の実施例では、気密性封包物２０は外部熱源から熱エネルギを放射的に受け取り、この熱エネルギを放射的に積層１３に、ひいては伝導プレート１２に移動させる。プレート１２は改質反応に必要なこの熱エネルギを、積層１３の周辺表面１３Ａから反応体マニホルド１６に向かってうち向きに伝導により供給する。また別の実施例では、改質構造１０の外表面は、熱エネルギを伝導プレートに伝導により伝えるよう働く、気密性ハウジングの内表面に接触する。筒状形態の気密性封包物は加圧した改質装置の運転には特に適切である。容器内の圧力は好ましくはおよそ周囲気圧と約５０ａｔｍとの間であるとよい。軸方向の反応体流の配分均一性を達成する技術は以下の通りである。反応体流路２４は、反応体流路中の合計反応体流圧力降下が、反応体マニホルド１６内の反応体流圧力降下よりも確実に実質的に大きい又は越えるよう、設計される。より具体的には、流路２４の流れ抵抗は軸方向マニホルド１６の流れ抵抗よりも実質的に大きい。好適な実施例によれば、流路２４内の反応体流圧力はマニホルド内の反応体流圧力の約１０倍である。この差圧により、反応体マニホルド１６及び反応体流路２４に渡って、そして基本的には改質装置の積層１３の頂点から底面まで、軸方向及び方位方向において反応体が確実に均一配分されることとなる。流れが均一配分されることで、改質構造１０の軸方向で温度条件が確実に均一となる。ある好適な実施例によれば、積層改質構造１３は柱状構造であり、プレートは約１インチから約２０インチの間の直径、そして約０．００２インチから約０．２インチの間の厚さを有する。ここで用いるときの柱状という用語は、我々が長手軸方向に積層した、反応体混合物の導管として働く内側反応体マニホルドを少なくとも一つ有する多種の幾何学的構造を言うものとして意図されている。当業者であれば、内部又は外部マニホルドを備えた矩形又は直線構成形状など、その他の幾何学的形状を用いることができることは明白であろう。矩形形状を有するプレートを積層し、反応体及び改質の結果生じた合成種を供給及び収集するために取り付けられた外部マニホルドに一体化してもよい。改質装置１０のプレート１２，１４を比較的小さな寸法としたことで、炭化水素燃料を適した反応種に改質する小型のプレート型改質装置であって、既存の動力システム及びアセンブリに容易に一体化できるものを提供することができる。図示の改質装置１０は、固体酸化物燃料電池など、電気化学的変換器と熱的に一体化することができる。改質される燃料を燃料電池に投入する特殊な使用例では、必要とされる反応熱は燃料電池が出す余熱から供給される。本発明のもう一つの実施例によれば、図１の改質装置構造は更にプレート型バーナとしても機能できるものである。具体的には、炭化水素燃料は空気又はその他の酸化剤の存在下で、適した触媒材料を用いて又は用いずに酸化させることができる。本発明のこのバーナという実施例には、図１の改質装置に関して上述したように、互いに交互に積層した伝導プレート１２及び触媒プレート１４が含まれる。このバーナは、投入される反応体をバーナに導くために投入用マニホルド１６を利用することができる。投入される反応体には、炭化水素燃料と、例えば空気などの酸化剤とを含めることができる。炭化水素燃料及び酸化剤はバーナまで別々にマニホルドしても、又は予め混合してもよい。例えば、プレート１２，１４を形成するのに概ね気密性の材料を用いた場合には、反応体はバーナへ投入する前又は投入用マニホルド内のいずれかで予め混合する。反対に、どちらかのプレートが多孔質材料から形成されている場合には、反応体は別々にマニホルドすることができる。こうしてプレートの多孔質材料を通過する反応体はそこを通った後、もう一方の反応体と反応体流路内で混合することとなる。燃焼した又は酸化した反応体はこうしてバーナ層の周辺から排出される。酸化した反応体又は結果生じた合成種には、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、及び燃料の種類に応じてその他の安定した燃焼生成物が含まれる。バーナの伝導プレートは改質装置のそれと同一であり、等温表面を成すよう、プレートの平面内で熱を伝導により移動させる。伝導プレートの厚さはプレートの平面内の最小温度勾配を維持するよう設計され、それにより、酸化剤として空気を使用した場合には還元ＮＯｘを生じるための最適燃焼反応のための等温領域が提供されると共に触媒プレート１４の熱応力が軽減される。さらに、この等温状態は積層の軸方向に反応体が均一に配分することで維持することができ、こうして積層方向のコールド・ホットスポット発生が防止される。このことでバーナの全体的熱特性が向上し、バーナの全体的運転性能も向上する。図示したバーナはさらに、改質装置１０に関連して上述したように反応体流路２４を含む。反応体流路２４は、反応体流路２４内の合計反応体流圧力降下が反応体マニホルド１６内の反応体流圧力降下よりも確実に実質的に大きくなるよう、設計される。より具体的には、流路２４の流れ抵抗は軸方向のマニホルｄｏ１６内の流れ抵抗よりも実質的に大きい。この差圧により、バーナの軸方向長さに渡って反応体が軸方向及び方位方向に確実に均一に配分することとなる。酸化した反応体はバーナの周辺部分から排出させることができる。排出された流体媒体はバーナを包囲する気密性ハウジング２０により捕捉することができる。また別の実施例では、このバーナには、熱伝導性材料と触媒材料との複合材から形成された複数の積層プレートを含めることができる。この複合プレートは、適宜熱伝導性の材料を適切な触媒材料に混合して散在させることで得ることが可能である。その結果得られる積層構造は、図１に示した、そして上述した積層改質構造１３とほぼ同一の態様で作動する。また別の実施例では、このバーナには、適宜熱伝導性の材料を適した触媒材料に混合して散在させることにより、熱伝導性材料及び触媒材料の複合材から形成された筒状の柱を含めることができる。その結果生じる改質構造は、図１に示した、そして上述した積層改質構造１３とほぼ同一の態様で作動する。その他、改質装置に関連して上述した特徴はすべて、バーナにも等しく適用可能である。図３は、本発明の好適な実施例に基づいた、電気化学的変換器の内部に組み込まれた改質装置の等角図を示す。内部改質式電気化学的変換器４０が電解質プレート５０及びインターコネクタ・プレート６０が交互に積層されて構成された様子が見られる。インターコネクタ・プレートは、典型的に、熱及び電気の良好な導体である。この構造内に形成された孔又はマニホルドは、燃料及び酸化剤ガス、例えば投入反応体の導管となる。図４のインターコネクタ・プレートに形成された反応体流路により、これらのガスの配分及び収集が容易となる。内部改質式電気化学変換器４０のプレート５０，６０はばね付のひかえ棒アセンブリ４２により圧縮された状態で固定されている。このひかえ棒アセンブリ４２には、図４に示すように、アセンブリ・ナット４４Ａを含む、中央酸化剤マニホルド４７内に配されたひかえ棒部材４４が含まれる。内部改質式電気化学的変換器４０の両端に取り付けられた一対の端部プレート４６は交互に積層されたインターコネクタ及び電解質プレート５０，６０に対して均一な圧締め作用を与えると共に、両プレート間の電気的接触を維持し、アセンブリ内の適した位置で気密性を提供している。図３乃至５は、電解質プレート５０及びインターコネクタ・プレート６０を含む、電気化学的変換器４０の基本的電池部を示す。ある実施例では、電解質プレート５０は、例えば安定化ジルコニア材料ＺｒＯ₂（Ｙ₂Ｏ₃）などのセラミック材料と酸素イオン導体と、その上に配置された多孔質酸化剤電極材料５０Ａ及び多孔質燃料電極材料５０Ｂとから形成することができる。酸化剤電極材料用の代表的な材料はＬａＭｎＯ₃（Ｓｒ）などの灰チタン石材料である。燃料電極材料用の代表的な材料はＺｒＯ₂／Ｎｉ及びＺｒＯ₂／ＮｉＯなどのサーメットである。インターコネクタ・プレート６０は、好ましくは導電性及び熱伝導性のインターコネクト材料から形成するとよい。インターコネクタの製造に適した材料には、アルミニウム、銅、鉄、合金鋼、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、プラチナ、プラチナ合金などの金属や、炭化珪素などの非金属や、Ｌａ（Ｍｎ）ＣｒＯ３、及びその他の導電性材料が含まれる。インターコネクタ・プレート６０は、隣接する電解質プレート間の電気的コネクタとして、及び燃料反応体と酸化剤反応体との間の仕切りとして作用する。加えて、インターコネクタ・プレート６０は、以下に詳述するように、プレートの平面内（例えば表面を横切って）熱を伝導により移動させて等温表面を形成する。図４に最もよく見られるように、インターコネクタ・プレート６０は中央開口部６２と、半径方向外側の中間にある、同心円上に間隔を置いた一組の開口部６４とを有する。外側にある三番目の組の開口部６６はプレート６０の外側管状部分又は周辺部に配されている。インターコネクタ・プレート６０は表面模様を有していてもよい。表面模様６０Ａは、好ましくはその上に一連のダボが形成されているとよいが、これらのダボは公知のエンボス加工技術で形成され、一連の連絡する反応体流路を成すものである。好ましくは、インターコネクタ・プレートの両側表面上にダボが形成されているとよい。中間及び外側の組の開口部６４及び６６は、それぞれ所定の数の開口部として描かれているが、当業者であれば、システム及び反応対流並びにマニホルドの要件に応じて、いかなる数の開口部又は分布パターンをも用いることができることは認識されよう。同様に、電解質プレート５０には、中央開口部５２及び一組の中間及び外側開口部５４及び５６が、インターコネクタ・プレート６０の開口部６２，６４及び６６にそれぞれ対応する位置に形成されている。図４に示すように、反応体流調節素子８０を電解質プレート５０とインターコネクタ・プレート６０との間に介在させることができる。この流調節素子８０はプレート５０，６０間の流体流インピーダンスとして働き、反応体流路中の反応体の流れを制限する。このように、流調節素子８０により流れの均一性が更に高くなる。好適な流調節素子はワイヤ・メッシュ又はスクリーンであるが、所定の及び決定可能な率で反応体の流れを制限するものであれば、いかなる適した構造も利用可能である。図４を参照すると、電解質プレート５０及びインターコネクタ・プレート６０は交互に積層され、そして各々の開口部を位置合わせされている。開口部は、電池部に投入反応体を供給し、使用済み燃料を排出する軸方向（積層方向について）のマニホルドを形成する。具体的には、中央開口部５２，６２は投入酸化剤マニホルド４７を、同心円上の開口部５４，６４は投入燃料マニホルド４８を、そして位置合わせされた外側開口部５６，６６は使用済み燃料マニホルド４９を形成する。インターコネクタ・プレートの周辺部分に稜などの高くなった構造がないことで、外部環境と連絡する排出孔が提供される。反応体流路は、この投入反応体マニホルド４７及び４８を改質装置４０の外側周辺に流体連絡しているため、反応体を変換器の外部へ排出することができる。この内部改質式電気化学的変換器は柱状形状の積層プレートアセンブリであり、電解質プレート及び伝導プレートの少なくとも一方の直径は約１インチから約２０インチの間であり、また厚さは約０．００２インチから約０．２インチの間である。本発明の内部改質式電気化学的変換器４０には以下に述べる特徴が更に組み込まれている。蒸気の存在下で行われる内部改質式運転では天然ガス（又はメタン）及び蒸気を含んだ反応体ガス混合物を受け取る。蒸気改質触媒９０（図５）が、電解質プレート５０上の燃料電極材料５０Ｂの前にある周辺帯に配分される。改質反応のための熱エネルギは、プレート６０により、改質帯に向かって半径方向に伝えられる。これらプレートの厚さ及び熱伝導性は、内側の改質帯９０と外側の燃料電池帯（例えば帯５０Ｂ）との間の半径方向に充分な熱流が生じて吸熱性改質反応のための熱エネルギが提供され、かつ投入される反応体が予熱されるよう、設計される。内部改質はまた、部分酸化反応により行うことができる。この態様では、図示の変換器４０は天然ガス（又はメタン）及び空気又は酸素を含んだ反応体ガス混合物を受け取る。一種又はそれ以上の種類の触媒が、電解質プレート５０上の燃料電極５０Ｂの前にある周辺帯に配分される。図５に示すように、電解質プレートには、燃焼触媒９２を含んだ内側帯と、水蒸気（蒸気改質）及び二酸化炭素によりメタンの改質を促進するための触媒を含んだ、半径方向に外側の帯９０とが含まれる。これらの吸熱性改質反応のために熱エネルギは燃焼帯９２から改質帯９０へと半径方向に伝導する。その他の反応、例えばシフト反応などのための触媒も組み込んでもよい。伝導プレートの厚さ及び熱伝導性は、内側の燃焼帯９０と半径方向に外側の改質帯９０との間の半径方向に充分な熱流が生じて吸熱反応エネルギが生じ、かつ投入される反応体が予熱されるよう、設計される。熱エネルギは更に、プレートの直径方向で最も外側の帯として図示されている燃料電極５０Ｂの行う発熱性燃料電池反応により得ることができる。図示した電気化学的変換器４０では、燃焼触媒９２、改質触媒９０及びシフト触媒（これは改質触媒８０から半径方向に外側の帯として加えることもできる）はさらに、電解質プレートと伝導プレートとの間に配置された流調節素子上に施すことができる。本改質装置は、生成ガスの生産を最大にすべく、半径方向に様々な比率で混合された触媒を加えてもよい。外部改質装置及び帯に関して上述した改質機能はすべて、この内部改質式電気化学的変換器にも等しく適用可能である。例えば、インターコネクタ・プレート６０に延長リップ部７２Ａ及び７２Ｂを含め、これらのどちらかを投入反応体を予熱するために用いてもよい。本発明の内部改質式電気化学的変換器４０は、例えば固体酸化物燃料電池、溶融カーボネート燃料電池、アルカリ燃料電池、リン酸燃料電池、及びプロトン膜燃料電池などの燃料電池でもよい。本発明の好適な燃料電池は固体酸化物燃料電池である。本発明の内部改質式電気化学的変換器４０の運転温度は約６００℃を越える温度であるが、好ましくは約９００℃から１１００℃の間、最も好ましくは約１０００℃であるとよい。当業者であれば、図示された燃焼帯、改質帯及び燃料電極帯は、単に、変換器４９を改質装置として用いた場合の電気化学的作動における相対的位置を表したものであることは理解されよう。本発明の別の実施例では、この内部改質式電気化学的変換器４０は、例えば直線構成形状など、いかなる所望の幾何学的形状としてもよい。このように、本積層構造には、矩形の電解質プレート５０及び矩形のインターコネクタ・プレート６０を、その外側にマニホルドが取り付けられた状態で含まれていてもよい。触媒材料及び電極材料は反応体流の方向に直交するよう、電解質プレート上に条片として施すことができる。図５に示すように、燃料流２４は長寸の帯９２，９０及び５０Ｂに対して直交している。インターコネクタ・プレート６０は、熱エネルギを吸熱性改質触媒帯９０、発熱性燃焼触媒帯９２、及び発熱性燃料電池帯５０Ｂに伝導により伝えるため、図６に示すようにほぼ平面内等温状態がもたらされる。図６は、投入反応体、例えば炭化水素燃料と改質された燃料が、電解質プレート５０上を通過するときに熱伝導プレート６０により等温状態となることを示したものである。運転中の燃料温度は縦座標、そして燃料流の方向は横座標で定義されている。波形１１０に示すように、運転中の熱平面内移動に熱伝導プレートを用いない改質構造では、燃料温度は燃料流の方向で大きく異なる。図示するように、投入燃料はまず、例えば延長表面７２Ａ及び７２Ｂにより予熱される。この予熱段階１１２は変換器４０の運転温度にそれが近づくときの燃料温度の上昇に相当する。発熱性部分酸化又は燃焼段階１１４中は、燃料の温度は、燃料流が改質段階１１６に達するまで更に上昇する。吸熱性改質段階には、改質作業を維持するには大きな量の熱エネルギが必要となる。燃料はこうして燃料電池反応段階１１８まで流れ、そこで燃料は再度、例えば変換器４０の比較的恒温の運転環境により、加熱される。燃料のこのような正弦波に似た温度輪郭１１０により、変換器の全体的運転効率が減少しているだけでなく、特定の部品（電解質プレート５０）が好ましくない熱応力に曝されている。伝導性（インターコネクタ）プレートを変換器４０内に組み込むことで、等温輪郭１２０に示すように、この温度輪郭は「平板化」し、概ね等温の温度状態が、平面内、そして変換器の積層に沿った軸方向に運転の全段階を通じて生じる。作用のある一態様では、この内部改質式電気化学的変換器は炭化水素燃料を触媒作用によりＨ₂Ｏで改質してＨ₂及びＣＯを発生させ、これが次に、発電に向けて燃料電池部（燃料電極５０Ｂ）に進む。その結果排出種Ｈ₂Ｏ及びＣＯ₂が生じる。発熱性燃料電池反応から出た熱は平面内を伝導して伝導プレートに伝わり、吸熱性の改質反応を支援する。また別の作用態様では、この内部改質式電気化学的変換器は触媒作用により炭化水素燃料を酸化させてＨ₂及びＣＯを発生させ、これが次に、発電に向けて燃料電池部に向かう。その結果排出種Ｈ₂Ｏ及びＣＯ₂が生じる。発熱性の燃料電池反応から出た熱は平面内を伝導して伝導プレート６０に伝わり、やや発熱性の部分酸化改質反応を支援する。内部改質式電気化学的変換器は、加圧運転用に設計された封包物中に配することができる。本発明のもう一つの大きな特徴は、延長された加熱表面７２Ｄ及び７２Ｃが、酸化剤マニホルド４７及び燃料外部マニホルド４８から送られた反応体を変換器の運転温度まで加熱することである。具体的には、酸化剤マニホルド４７内に突き出した延長表面７２Ｄは酸化剤反応体を加熱し、燃料マニホルド４８内に突き出した延長表面７２Ｃは燃料反応体を加熱する。熱伝導性の高いインターコネクタ・プレート６０は、燃料電池の条片からの熱を延長表面又はリップ部分に伝導により伝えることで投入反応体の加熱を促進し、この投入反応体を運転温度まで加熱する。このように、延長表面は熱フィンとして機能する。このような反応体加熱構造により、動力システムに熱的に一体化可能な小型の変換器を生むことが可能となるため、システムの効率が著しく向上する。図３−５に図示の電気化学的変換器４０はまた、同時生産として発電を同時にしながら化学的転化又は生成を行うことができる。この実施例によれば、電気化学的変換器４０は、動力源から電気を受け取ると、変換器内で電気化学的反応が開始し、投入反応体に含まれた所定の汚染物質が良質種に還元されるよう、適合している。従って、例えばこの電気化学的変換器４０を、ＮＯｘ及び炭化水素種を含む所定の汚染物質を含んだ排出源に接続することができる。この変換器４０はこの汚染物質を触媒作用により、Ｎ₂、Ｏ₂及びＣＯ₂を含む良質な種に還元することとなる。このように、本発明は、上述の記載から明白な目的の中でも、上に記載した目的を効率的に達成する。上述の構造には本発明の範囲から逸脱することなくいくつかの変更が可能であるため、上記の説明に含まれた又は添付の図面に示された事項はすべて、限定的な意味ではなく描写的なものとして解釈されることとして意図されている。更に、以下の請求の範囲はここで説明した本発明の一般的かつ具体的特徴のすべて、そして言語的問題として本発明の範囲に入ると考えられる記述のすべてを網羅したものとして理解されねばならない。本発明を説明したところで、請求の範囲は：

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９８年４月１７日（１９９８．４．１７）【補正内容】請求の範囲（翻訳文）１．運転中に反応体を反応種に改質するプレート型改質装置であって、改質を促進するための一種又はそれ以上の触媒材料を有する複数の触媒プレートと、熱伝導性材料から形成された複数の伝導プレートとを含み、前記触媒プレート及び前記伝導プレートは交互に積層されて改質構造を形成し、該伝導プレートは熱エネルギを平面内で伝導することで改質工程を支援する、プレート型改質装置。２．前記改質工程が一つ又はそれ以上の改質反応を含み、前記改質反応が、触媒作用の助けを得て二つ又はそれ以上の反応種間で起きる化学反応と、触媒作用の助けを得た単一種の熱解離とを含む、請求項１に記載の改質装置。３．前記改質構造が、内部に反応体を投入するための少なくとも一つの軸方向マニホルドと、反応種が該改質構造から出ることを可能とするための少なくとも一つのマニホルドとを含む、請求項１及び２に記載の改質装置。４．前記改質構造が、熱エネルギを外部環境と交換するための露出した周辺表面を有する、請求項１乃至３に記載の改質装置。５．前記改質構造が、内部に反応体を投入するための少なくとも一つの軸方向反応体マニホルドと、反応種を該改質構造の周辺部から排出するための周辺排出手段とを含む、請求項１に記載の改質装置。６．該積層改質構造の周囲に配置されて周辺軸方向マニホルドを形成する熱伝導性気密性ハウジングをさらに含み、及び選択的に熱伝導性気密性ハウジングが、放射、伝導及び対流のうちの一つにより該外部環境と、又は該改質構造及び前記伝導プレートとの間で熱エネルギを交換するための手段を含み、及び選択的に該反応種が該周辺軸方向マニホルドに進入できるようにする手段であって、該反応種は該気密性ハウジングにより捕捉される、手段をさらに含む、請求項１乃至５に記載の改質装置。７．加圧された改質運転を可能とするための筒状形状の気密性封包物をさらに含む、請求項６に記載の改質装置。８．該伝導プレートが、該伝導プレートの平面内で概ね等温状態を提供するための手段を含む、請求項１乃至７に記載の改質装置。９．前記改質構造が、内部に反応体を投入するための少なくとも一つの軸方向反応体マニホルドを含み、該伝導プレートが、投入反応体を予熱するための、一体に形成された、かつ該軸方向反応体マニホルド内に延出する延長手段を含む、請求項１乃至８に記載の改質装置。１０．該伝導プレート又は触媒プレートが、該プレートの表面上を反応体が流れることを可能とするための流路手段を有する平面内表面を含み、及び選択的に、前記流路手段が概ね均一な圧力降下を維持することで該改質構造の軸方向での概ね均一な反応体流を提供し、及びさらに選択的に、該流路手段を通じた反応体流圧力降下が該軸方向マニホルド内での反応体流圧力降下よりも実質的に大きい、請求項１乃至９に記載の改質装置。１１．該触媒プレート又は熱伝導性プレートが多孔質触媒材料から形成され、該多孔質材料が、該プレートの少なくとも一部分を投入反応体が通過できるようにするための流路手段を形成する、請求項１乃至１０に記載の改質装置。１２．該伝導プレートが、炭化珪素などの非金属、又は複合材料、あるいはアルミニウム、銅、鉄、合金鋼、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、プラチナ、及びプラチナ合金などの金属から構成され、該触媒プレートが、触媒材料による被膜、プラチナ、ニッケル、酸化ニッケル、クロム又は酸化クロムを有するセラミック製支持プレートから構成される、請求項１乃至１１に記載の改質装置。１３．該触媒材料が、プラチナ、パラジウム、ニッケル、酸化ニッケル、鉄、酸化第一鉄、クロム、酸化クロム、コバルト、酸化コバルト、銅、酸化銅、亜鉛、酸化亜鉛、モリブデン、酸化モリブデン、及びその他の適した遷移金属及びそれらの酸化物のいずれかから選択される、請求項１乃至１２に記載の改質装置。１４．該反応体が炭化水素種、Ｏ₂、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂、アルカン、ヒドロキシル、カルボキシルに結合した炭化水素、カルボニルに結合した炭化水素、オリフィン炭化水素、エーテルに結合した炭化水素、エステルに結合した炭化水素、アミンに結合した炭化水素、芳香族誘導体に結合した炭化水素、又は別の有機−誘導体に結合した炭化水素を含む、請求項１乃至１３に記載の改質装置。１５．該改質装置を出た反応種を外部燃料電池に接続する手段をさらに含む、請求項１乃至１４に記載の改質装置。１６．該炭化水素燃料、及びＨ₂Ｏ及びＣＯ₂の少なくとも一方が吸熱性触媒作用による改質を行ってＨ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｏ及びＣＯ₂が生じ、吸熱による改質に必要なエネルギが外部燃料電池の生じるエネルギにより供給され、前記エネルギが該燃料電池から伝導プレートにより平面内熱伝導を通じて伝えられる、請求項２３に記載の改質装置。１７．該炭化水素燃料及びＯ₂が触媒作用による燃焼及び改質を行ってＨ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｏ及びＣＯ₂を生じ、外部燃料電池の発熱性燃焼及び発熱性反応の少なくとも一方が、該吸熱性改質に必要なエネルギを該伝導プレートの平面内熱伝導を通じて補い、該ＣＯ及びＨ₂Ｏが触媒作用によるシフト反応を起こしてＣＯ₂及びＨ₂を形成する、請求項１６に記載の改質装置。１８．該改質構造が筒状であり、該触媒プレート及び該伝導プレートの少なくとも一方の直径が約１インチから約２０インチの間であり、また厚さが約０．００２インチから約０．２インチの間である、請求項１乃至１７に記載の改質装置。１９．運転中に反応体を反応種に改質する改質装置であって、改質工程を促進するための一種又はそれ以上の触媒材料をプレートの厚み全体に散在させた多孔質熱伝導性材料を含み、前記プレートは互いに積層されて改質構造を形成し、該プレートは熱エネルギを伝導により該プレートの平面内で伝えることで改質工程を支援するものである、改質装置。２０．該改質構造が、内部に反応体を投入するための少なくとも一つの軸方向マニホルドと、該反応種が該改質構造から出られるようにする少なくとも一つのマニホルドと、及び選択的に反応種を該改質構造の周辺部から排出するための周辺排出手段とを含む、請求項１９に記載の改質装置。２１．該改質構造の周囲に配置されて周辺軸方向マニホルドを形成すると共に、外部環境と、又は該改質構造及び前記改質構造と、放射、伝導及び対流のうちの一つにより熱交換するよう構成された熱伝導性気密性ハウジングであって、前記気密性封包物は加圧改質運転を可能とするものである、熱伝導性気密性ハウジングと、及び選択的に、該反応種が該周辺軸方向マニホルドに進入できるようにする手段であって、該反応種は該気密性ハウジングにより捕捉される、手段とをさらに含む、請求項１９乃至２０に記載の改質装置。２２．該改質構造が、前記改質構造を通じた概ね等温状態を提供するための手段を含む、請求項１９乃至２１に記載の改質装置。２３．前記改質構造が、内部に反応体を投入するための少なくとも一つの軸方向反応体マニホルドを含み、該改質構造が、反応体を予熱するための、一体に形成された、かつ該軸方向反応体マニホルド内に延出する延長手段を含む、請求項１９に記載の改質装置。２４．該改質構造内に形成された軸方向マニホルドと、反応体が該改質構造の平面内を流れられるようにする流路手段とを含み、及び選択的に、該流路手段が概ね均一な圧力降下を維持することで該改質構造の軸方向を通じて概ね均一な反応体流を提供し、及び選択的に、該流路手段を通じた前記反応体流圧力降下が該軸方向マニホルド内での反応体流圧力降下よりも実質的に大きい、請求項１９に記載の改質装置。２５．該伝導性材料が、炭化珪素などの非金属、複合材料、又はアルミニウム、銅、鉄、合金鋼、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、プラチナ、又はプラチナ合金などの金属から構成され、及び選択的に、該触媒材料が、プラチナ、パラジウム、ニッケル、酸化ニッケル、鉄、酸化第一鉄、クロム、酸化クロム、コバルト、酸化コバルト、銅、酸化銅、亜鉛、酸化亜鉛、モリブデン、酸化モリブデン、又はその他の遷移金属及びそれらの酸化物である、請求項１９乃至２４に記載の改質装置。２６．該反応体が炭化水素種、Ｏ₂、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂又は炭化水素燃料を含み、該Ｈ₂Ｏ及びＣＯ₂は触媒作用による改質を行ってＨ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｏ及びＣＯ₂を生じ、外部燃料電池の発熱性反応が、該改質構造の吸熱性改質反応に必要なエネルギを熱伝導性材料を通じて補い、及び選択的に、該反応体が、触媒作用による燃焼及び改質を行ってＨ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｏ及びＣＯ₂ を生じる炭化水素燃料及びＯ₂を含み、外部燃料電池の発熱性燃焼及び発熱性反応の少なくとも一方が、該改質構造の吸熱性改質反応に必要なエネルギを該熱伝導材料を通じて補う、請求項１９乃至２５に記載の改質装置。２７．該改質装置を出た該反応種を外部燃料電池に接続するための手段をさらに含む、請求項１９乃至２６に記載の改質装置。２８．改質を促進するための一種又はそれ以上の触媒材料を有する複数の触媒プレートを提供するステップと、熱伝導性材料から形成された複数の伝導プレートを提供するステップと、前記触媒プレート及び前記伝導プレートを積層してプレート型改質構造を形成するステップと、該伝導プレートの一表面を横切って熱エネルギを平面内で伝導により移動させることで改質工程を支援するステップとを含む、プレート型改質装置を用いて反応体を反応種に改質するための方法。２９．外部環境と熱エネルギを交換させるために、該改質構造の周辺表面の大部分を露出させるステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。３０．内部に反応体を投入するための複数の軸方向反応体マニホルドを前記改質構造内に形成するステップと、該改質構造の前記周辺部分から反応種を排出するステップとをさらに含む、請求項２８乃至２９に記載の方法。３１．熱伝導性気密性ハウジングを該改質構造の周囲に配置することで、加圧改質運転を選択的に可能とする周辺軸方向マニホルドを形成するステップと、反応種を該周辺軸方向マニホルドに進入させるステップであって、該反応種は該気密性ハウジングにより捕捉される、ステップとをさらに含む、請求項２８乃至３０に記載の方法。３２．該伝導プレートの平面内、及び選択的に該改質構造の長手軸方向に、概ね等温の状態を形成するステップをさらに含む、請求項２８乃至３１に記載の方法。３３．内部に反応体を投入するための少なくとも一つの軸方向反応体マニホルドを形成するステップと、該伝導プレートの外側端部及び内側端部の一方に一体形成されたリップ構造を提供するステップであって、前記リップ構造は、投入反応体を予熱するために該軸方向反応体マニホルド内に延出するものである、ステップとをさらに含む、請求項２８に記載の方法。３４．該改質構造内に軸方向マニホルドを形成するステップと、該伝導プレートと該触媒プレートとの間に流路を形成するステップと、該軸方向マニホルド内の反応体流圧力降下よりも実質的に大きな反応体流圧力降下を該伝導プレートと該触媒プレートとの間の流路を通じて発生させるステップとをさらに含む、請求項２８に記載の方法。３５．該熱伝導性プレート及び該触媒プレートの一方を多孔質伝導材料から形成するステップをさらに含み、該多孔質材料は、投入反応体が該プレートを通過できるようにする流路を形成するものである、請求項２８乃至３４に記載の方法。３６．該改質構造を外部燃料電池と接続するステップと、前記燃料電池が生じた熱エネルギを伝導プレートに平面内熱伝導を通じて移動させるステップとをさらに含む、請求項２８乃至３５に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ【要約の続き】プレートの構造の詳細は、反応体を導入、予熱、及び排出するための一つ又はそれ以上の投入孔及び排出孔を設けた様々なマニホルドの実施例にそぐうよう、変更可能である。

Claims

【特許請求の範囲】１．運転中に反応体を反応種に改質するプレート型改質装置であって、改質を促進するための一種又はそれ以上の触媒材料を有する複数の触媒プレートと、熱伝導性材料から形成された複数の伝導プレートとを含み、前記触媒プレート及び前記伝導プレートは交互に積層されて改質構造を形成し、該伝導プレートは熱エネルギを平面内で伝導することで改質工程を支援する、プレート型改質装置。２．前記改質工程が一つ又はそれ以上の改質反応を含み、前記改質反応が、触媒作用の助けを得て二つ又はそれ以上の反応種間で起きる化学反応と、触媒作用の助けを得た単一種の熱解離とを含む、請求項１に記載の改質装置。３．前記改質構造が、内部に反応体を投入するための少なくとも一つの軸方向マニホルドと、反応種が該改質構造から出ることを可能とするための少なくとも一つのマニホルドとを含む、請求項１に記載の改質装置。４．前記改質構造が、熱エネルギを外部環境と交換するための露出した周辺表面を有する、請求項１に記載の改質装置。５．前記改質構造が、内部に反応体を投入するための少なくとも一つの軸方向反応体マニホルドと、反応種を該改質構造の周辺部から排出するための周辺排出手段とを含む、請求項１に記載の改質装置。６．該積層改質構造の周囲に配置されて周辺軸方向マニホルドを形成した熱伝導性気密性ハウジングと、該反応種が該周辺軸方向マニホルドに進入できるようにする手段であって、該反応種は該気密性ハウジングにより捕捉される、手段とをさらに含む、請求項１に記載の改質装置。７．放射、伝導及び対流のうちの一つにより該外部環境及び前記伝導プレートと熱エネルギを交換するための熱伝導性気密性ハウジングをさらに含む、請求項１に記載の改質装置。８．該改質構造の外表面が気密性ハウジングの内表面に接触し、前記気密性ハウジングが熱エネルギを該伝導プレートに伝導により移動させることのできる、請求項１に記載の改質装置。９．加圧された改質運転を可能とするための筒状形状の気密性封包物をさらに含む、請求項１に記載の改質装置。１０．該伝導プレートが、該伝導プレートの平面内で概ね等温状態を提供するための手段を含む、請求項１に記載の改質装置。１１．前記改質構造が、内部に反応体を投入するための少なくとも一つの軸方向反応体マニホルドを含み、該伝導プレートが、投入反応体を予熱するための、一体に形成された、かつ該軸方向反応体マニホルド内に延出する延長手段を含む、請求項１に記載の改質装置。１２．該伝導プレート及び触媒プレートの少なくとも一方が、該プレートの表面上を反応体が流れることを可能とするための流路手段を有する平面内表面を含む、請求項１に記載の改質装置。１３．該改質構造内に形成された軸方向マニホルドと、該伝導プレートと該触媒プレートとの間に形成された流路手段と、該軸方向マニホルド内での反応体流圧力降下よりも実質的に大きな反応体圧力降下を、該伝導プレートと該触媒プレートとの間の該流路手段を通じて発生させるための手段とをさらに含む、請求項１に記載の改質装置。１４．該プレートの一方の表面上を投入反応体が通過できるようにするための、該触媒及び伝導プレート間に形成された流路手段をさらに含み、前記流路手段が概ね均一な圧力降下を維持することで該改質構造の軸方向での概ね均一な反応体流を提供する、請求項１に記載の改質装置。１５．該改質構造の軸方向にほぼ均一な温度状態を生じるための手段をさらに含む、請求項１に記載の改質装置。１６．該触媒プレートが多孔質触媒材料から形成され、該多孔質材料が、該プレートの少なくとも一部分を投入反応体が通過できるようにするための流路手段を形成する、請求項１に記載の改質装置。１７．該熱伝導プレートが多孔質伝導材料から形成され、該多孔質材料が、投入反応体が該プレートを通過できるようにするための流路手段を形成する、請求項１に記載の改質装置。１８．該伝導プレートが、炭化珪素などの非金属、及び複合材料のうちの少なくとも一つから構成される、請求項１に記載の改質装置。１９．該伝導プレートが、アルミニウム、銅、鉄、合金鋼、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、プラチナ、及びプラチナ合金など、少なくとも一つの金属から構成される、請求項１に記載の改質装置。２０．該触媒プレートが、触媒材料の被膜を有するセラミック製支持プレートから構成される、請求項１に記載の改質装置。２１．該触媒材料が、プラチナ、パラジウム、ニッケル、酸化ニッケル、鉄、酸化第一鉄、クロム、酸化クロム、コバルト、酸化コバルト、銅、酸化銅、亜鉛、酸化亜鉛、モリブデン、酸化モリブデン、及びその他の適した遷移金属及びそれらの酸化物のいずれかから選択される、請求項１に記載の改質装置。２２．該触媒プレートが、プラチナ、ニッケル、酸化ニッケル、クロム及び酸化クロムのうちの少なくとも一つから構成される、請求項１に記載の改質装置。２３．該反応体が炭化水素種及びＯ₂、Ｈ₂Ｏ及びＣＯ₂のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の改質装置。２４．該反応体がアルカン、ヒドロキシル、カルボキシルに結合した炭化水素、カルボニルに結合した炭化水素、オリフィン炭化水素、エーテルに結合した炭化水素、エステルに結合した炭化水素、アミンに結合した炭化水素、芳香族誘導体に結合した炭化水素、及び別の有機−誘導体に結合した炭化水素のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の改質装置。２５．該改質装置を出た反応種を外部燃料電池に接続する手段をさらに含む、請求項１に記載の改質装置。２６．該炭化水素燃料及びＨ₂Ｏ及びＣＯ₂の少なくとも一方が吸熱性触媒作用による改質を行ってＨ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｏ及びＣＯ₂が生じ、吸熱性改質に必要なエネルギが外部燃料電池の生じるエネルギにより供給され、前記エネルギが該燃料電池から伝導プレートにより平面内熱伝導を通じて伝えられる、請求項２３に記載の改質装置。２７．該炭化水素燃料及びＯ₂が触媒作用による燃焼及び改質を行ってＨ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｏ及びＣＯ₂を生じ、外部燃料電池の発熱性燃焼及び発熱性反応の少なくとも一方が、該吸熱性改質に必要なエネルギを該伝導プレートの平面内熱伝導を通じて補う、請求項２３に記載の改質装置。２８．該ＣＯ及びＨ₂Ｏが触媒作用によるシフト反応を起こしてＣＯ₂及びＨ₂ を形成する、請求項２３又は２４に記載の改質装置。２９．該改質構造が概ね筒状形状を有する、請求項１に記載の改質装置。３０．該改質構造が筒状であり、該触媒プレート及び該伝導プレートの少なくとも一方の直径が約１インチから約２０インチの間であり、また厚さが約０．００２インチから約０．２インチの間である、請求項１に記載の改質装置。３１．該改質構造が概ね矩形形状を有する、請求項１に記載の改質装置。３２．運転中に反応体を反応種に改質する改質装置であって、一種又はそれ以上の触媒材料を散在させて改質構造を形成した多孔質熱伝導性材料であって、熱エネルギを伝導により伝えることで改質工程を支援する、多孔質熱伝導性材料を含む、改質装置。３３．運転中に反応体を反応種に改質するプレート型改質装置であって、改質工程を促進するために一種又はそれ以上の触媒材料を散在させた熱伝導性材料から構成された複数のプレートであって、前記プレートは交互に積層されて改質構造を形成し、該プレートは熱エネルギを伝導により該プレートの平面内を伝えることで該改質工程を支援する、複数のプレートを含む、改質装置。３４．該改質構造が、内部に反応体を投入するための少なくとも一つの軸方向マニホルドと、該反応種が該改質構造から出られるようにする少なくとも一つのマニホルドとを含む、請求項３２又は３３に記載の改質装置。３５．前記改質構造が、熱エネルギを外部環境と交換するための露出した周辺表面を有する、請求項３２又は３３に記載の改質装置。３６．前記改質構造が、内部に反応体を投入するための少なくとも一つの軸方向反応体マニホルドと、反応種を該改質構造の周辺部から排出するための周辺排出手段とを含む、請求項３２又は３３に記載の改質装置。３７．該改質構造の周囲に配置されて周辺軸方向マニホルドを形成した熱伝導性気密性ハウジングと、該反応種が該周辺軸方向マニホルドに進入できるようにする手段であって、該反応種は該気密性ハウジングにより捕捉される、手段とをさらに含む、請求項３２又は３３に記載の改質装置。３８．放射、伝導及び対流のうちの一つにより該外部環境及び前記改質構造と熱エネルギを交換するための手段を有する熱伝導性気密性ハウジングをさらに含む、請求項３２又は３３に記載の改質装置。３９．該改質構造の外表面が気密性ハウジングの内表面に接触し、前記気密性ハウジングが熱エネルギを該改質構造に伝導により移動させることのできる、請求項３２又は３３に記載の改質装置。４０．加圧された改質運転を可能とするための筒状形状の気密性封包物をさらに含む、請求項３２又は３３に記載の改質装置。４１．該改質構造が、該改質構造を通じた概ね等温状態を提供するための手段を含む、請求項３２又は３３に記載の改質装置。４２．前記改質構造が、内部に反応体を投入するための少なくとも一つの軸方向反応体マニホルドを含み、該改質構造が、反応体を予熱するための、一体に形成された、かつ該軸方向反応体マニホルド内に延出する延長手段を含む、請求項３２又は３３に記載の改質装置。４３．前記改質構造が、該構造を反応体が流れられるようにするための流路手段を含む、請求項３２又は３３に記載の改質装置。４４．該改質構造内に形成された軸方向マニホルドと、反応体が該改質構造の平面内を流れられるようにする反応体流路手段と、該軸方向マニホルド内での反応体流圧力降下よりも実質的に大きな反応体流圧力降下を、該流路手段を通じて発生させるための手段とをさらに含む、請求項３２又は３３に記載の改質装置。４５．該流路手段が概ね均一な圧力降下を維持することで概ね均一な反応体流を該改質構造の軸方向に提供する、請求項４３に記載の改質装置。４６．該改質構造の軸方向にほぼ均一な温度状態を生じる手段をさらに含む、請求項３２又は３３に記載の改質装置。４７．該伝導性材料が、炭化珪素などの非金属、及び複合材料のうちの少なくとも一つから構成される、請求項３２又は３３に記載の改質装置。４８．該伝導性材料が、アルミニウム、銅、鉄、合金鋼、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、プラチナ、及びプラチナ合金など、少なくとも一つの金属から構成される、請求項３２又は３３に記載の改質装置。４９．該触媒材料が、プラチナ、パラジウム、ニッケル、酸化ニッケル、鉄、酸化第一鉄、クロム、酸化クロム、コバルト、酸化コバルト、銅、酸化銅、亜鉛、酸化亜鉛、モリブデン、酸化モリブデン、その他の遷移金属及びそれらの酸化物のいずれかから選択される、請求項３２又は３３に記載の改質装置。５０．該反応体が炭化水素種、及びＯ₂、Ｈ₂Ｏ及びＣＯ₂のうちの少なくとも一つを含む、請求項３２又は３３に記載の改質装置。５１．該改質装置を出た反応種を外部燃料電池に接続する手段をさらに含む、請求項３２又は３３に記載の改質装置。５２．該反応体が、触媒作用による燃焼を行うとＨ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｏ及びＣＯ₂ を生じる炭化水素燃料及びＨ₂Ｏ及びＣＯ₂の少なくとも一方を含み、外部燃料電池の発熱性反応が、該改質構造の吸熱性改質に必要なエネルギを熱伝導性材料を通じて補う、請求項３２又は３３に記載の改質装置。５３．該反応体が、触媒作用による燃焼及び改質を行うとＨ₂、ＣＯ、Ｈ₂Ｏ及びＣＯ₂を生じる炭化水素燃料及びＯ₂を含み、外部燃料電池の発熱性燃焼及び発熱性反応の少なくとも一方が、該改質構造の吸熱性改質に必要なエネルギを該熱伝導材料を通じて補う、請求項３２又は３３に記載の改質装置。５４．該改質構造が概ね筒状形状を有する、請求項３２又は３３に記載の改質装置。５５．該改質構造が筒状であり、また直径が約１インチから約２０インチの間である、請求項３２又は３３に記載の改質装置。５６．該改質構造が概ね矩形形状を有する、請求項３２又は３３に記載の改質装置。５７．炭化水素燃料を酸化させて熱エネルギを生じさせるためのバーナであって、熱伝導性材料から形成された複数の伝導プレートと、一種又はそれ以上の酸化触媒材料を有する複数の触媒プレートとであって、前記触媒プレート及び前記伝導プレートが交互に積層されてバーナ構造を形成する、伝導プレート及び触媒プレートを含み、該触媒プレートの触媒材料は該炭化水素燃料の酸化を促進して合成種を形成させ、該伝導プレートは該酸化工程中に発生した熱エネルギを周囲媒体に放射、伝導及び対流のうちの一つにより移動させることができる、バーナ。５８．該バーナ構造が、外部環境と熱エネルギを交換するための露出した周辺表面を有する、請求項５７に記載のバーナ。５９．該バーナ構造が、内部に反応体を投入するための少なくとも一つの軸方向反応体マニホルドと、反応種を該バーナ構造の周辺部から排出するための周辺排出手段とを含む、請求項５７に記載のバーナ。６０．該バーナ構造の周囲に配置されると共に、放射、伝導及び対流のうちの一つにより該外部環境及び前記伝導プレートと熱エネルギを交換するための手段を有する熱伝導性ハウジングをさらに含む、請求項５７に記載のバーナ。６１．該バーナ構造の外表面が、該バーナ構造の周囲に配置された熱伝導性ハウジングの内表面に接触し、運転中、前記ハウジングが熱エネルギを該伝導プレートから伝導により移動させることができる、請求項５７に記載のバーナ。６２．該伝導プレートが、該伝導プレートの平面内で概ね等温状態を提供するための手段を含む、請求項５７に記載のバーナ。６３．前記バーナ構造が、内部に反応体を投入するための少なくとも一つの軸方向反応体マニホルドを含み、該伝導プレートが、炭化水素燃料を予熱するための、一体に形成された、かつ該軸方向反応体マニホルド内に延出する延長手段を含む、請求項５７に記載のバーナ。６４．該伝導プレート及び触媒プレートの少なくとも一方の平面内表面が、該プレートの表面上を炭化水素燃料が流れられるようにするための流路手段を含む、請求項５７に記載のバーナ。６５．該バーナ構造内に形成された軸方向マニホルドと、該プレートの表面上を燃料が流れられるようにするために、該伝導プレート及び該触媒プレートの一方の平面内表面に形成された流路手段と、該軸方向マニホルド内での反応体流圧力降下よりも実質的に大きな反応体流圧力降下を、該流路手段を通じて発生させるための手段とをさらに含む、請求項５７に記載のバーナ。６６．該流路手段が概ね均一な圧力降下を維持することで該バーナ構造の軸方向に概ね均一な反応対流を提供する、請求項６４に記載のバーナ。６７．該バーナ構造の外表面に沿ってほぼ均一な温度状態を生じるための手段をさらに含む、請求項５７に記載のバーナ。６８．該触媒プレートが多孔質触媒材料から形成され、該多孔質材料が、流路手段を形成すると共に反応体が該プレートを通過できるようにしている、請求項６４に記載のバーナ。６９．該熱伝導プレートが多孔質伝導材料から形成され、該多孔質材料が、流路手段を形成すると共に反応体が該プレートを通過できるようにしている、請求項６４に記載のバーナ。７０．該伝導プレートが炭化珪素から構成される、請求項５７に記載のバーナ。７１．該伝導プレートが少なくとも一つの耐火金属から構成される、請求項５７に記載のバーナ。７２．該触媒プレートが、触媒材料を被膜形成されたセラミック性支持プレートから構成される、請求項５７に記載のバーナ。７３．該触媒被膜が、プラチナ、ニッケル、酸化ニッケル、クロム及び酸化クロムのうちの少なくともいずれか一つから選択される、請求項７２に記載のバーナ。７４．該触媒プレートが、プラチナ、ニッケル、酸化ニッケル、クロム及び酸化クロムのうちの少なくとも一つから構成される、請求項５７に記載のバーナ。７５．該炭化水素燃料が、投入前又は軸方向マニホルド内で酸化剤反応体と予め混合される、請求項５７に記載のバーナ。７６．該バーナ構造が概ね筒状形状を有する、請求項５７に記載のバーナ。７７．該バーナ構造が筒状であり、該触媒プレート及び該伝導プレートの少なくとも一方の直径が約１インチから約２０インチの間であり、また厚さが約０．００２インチから約０．２インチの間である、請求項５７に記載のバーナ。７８．炭化水素燃料を酸化させて熱エネルギを生じさせるためのバーナであって、前記装置が一種又はそれ以上の触媒材料を散在させてバーナ構造を形成した多孔質熱伝導性材料を含み、該触媒材料は該炭化水素燃料の酸化を促進して合成種を形成させ、該伝導材料は該酸化工程中に発生した熱エネルギを周囲媒体に放射、伝導及び対流のうちの一つにより移動させることができる、バーナ。７９．炭化水素燃料を酸化させて熱エネルギを生じさせるためのバーナであって、前記装置が、一種又はそれ以上の触媒材料を散在させた熱伝導性材料から構成された複数のプレートであって、前記プレートは積層されてバーナ構造を形成するものである、複数のプレートを含み、該触媒材料は該炭化水素燃料の酸化を促進して合成種を形成させ、該伝導材料は酸化工程で生じた熱エネルギを周囲媒体に放射、伝導及び対流のうちの一つにより移動させるものである、バーナ。８０．反応性材料を両面に配して有する、複数の気密性電解質プレートであって、前記プレートは燃料流側を有すると共に、燃焼触媒、改質触媒、シフト触媒及び燃料電極材料のうちの少なくとも一つから選択される反応性材料をその上に配して有し、前記プレートは、酸化剤電極材料から選択される反応性材料をその上に配して有する酸化剤流を有するものである、気密性電解質プレートと、熱伝導性材料から形成された、複数の気密性伝導プレートであって、前記電解質プレート及び前記伝導プレートは交互に積層されて積層プレートアセンブリを形成する、気密性伝導プレートと、該積層プレートアセンブリ内の該電解質プレートの該燃料流側で炭化水素燃料を予熱かつ改質するための内部改質手段であって、前記改質は、該積層プレートアセンブリの燃料電池反応部分からの熱を伝導により伝えることのできる伝導プレートにより支援されるものである、内部改質手段とを含む、電気化学的変換器。８１．該電解質プレートが電解質イオン移動作用のための媒体を形成する、請求項８０に記載の電気化学的変換器。８２．該変換器が、酸素を消費して発電する一方、化学的転化及び生成を行う、請求項８０に記載の電気化学的変換器。８３．該伝導プレートの一方の側が、燃焼触媒、改質触媒及びシフト触媒のうちの少なくとも一つを上に配した燃料流側に向かい合う、請求項８０に記載の電気化学的変換器。８４．燃焼触媒、改質触媒及びシフト触媒のうちの少なくとも一つを流調節素子上に施すことができ、前記流調節素子は該電解質プレートと該伝導プレートとの間に配置される、請求項８０に記載の電気化学的変換器。８５．該積層プレートアセンブリ中に形成された複数の軸方向マニホルドであって、該マニホルドのうち少なくとも一つは、炭化水素燃料反応体を受け取ると共に該燃料が該電解質プレートの一面上を流れられるよう、かつ該プレートの外側端部から出ることを可能とするよう、適合しており、前記マニホルドの少なくとも別の一つは、酸化剤反応体を受け取ると共に該酸化剤流が該電解質の他面上を流れられるよう、かつ該プレートの外側端部から出ることを可能とするよう、適合している、複数の軸方向マニホルドを含む、請求項８０に記載の電気化学的変換器。８６．該積層プレートアセンブリが、炭化水素燃料反応体を受け取るよう適合した一端を備えた矩形形状を有し、前記反応体は該電解質プレートの一表面上の空間へ流れ込んで反対側のプレート端から排出され、第三プレート端は、該電解質プレートの他方の表面上の空間内に流れて第四プレート端から排出される酸化剤反応体を受け取るよう、適合している、請求項８０に記載の電気化学的変換器。８７．前記伝導プレートが、該積層プレートアセンブリの平面内温度分布を調節することで概ね平面内等温状態を得る手段を含む、請求項８０に記載の電気化学的変換器。８８．前記マニホルドが、該プレート間の空間に流れ込む均一流分布を該積層アセンブリの軸方向に調節することで軸方向に等温状態を提供する手段を提供する、請求項８５に記載の電気化学的変換器。８９．該インターコネクタ・プレートの熱伝導性及び導電性材料が少なくとも一つの非金属から構成される、請求項８０に記載の電気化学的変換器。９０．該インターコネクタ・プレートの熱伝導性及び導電性材料がニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、プラチナ及びプラチナ合金のうちの少なくとも一つから構成される、請求項８０に記載の電気化学的変換器。９１．該インターコネクタ・プレートの熱伝導性及び導電性材料がアルミニウム、銅、鉄、及び合金鋼のうちの少なくとも一つから構成される、請求項８０に記載の電気化学的変換器。９２．該燃料電極がニッケル、ニッケル含有化合物、クロム及びクロム含有化合物のうちの少なくとも一つから構成される、請求項８０に記載の電気化学的変換器。９３．該燃焼触媒がプラチナ、プラチナ化合物、ニッケル及びニッケル化合物のうちの少なくとも一つから構成される、請求項８０に記載の電気化学的変換器。９４．該改質触媒がニッケル、ニッケル含有化合物、クロム及びクロム含有化合物のうちの少なくとも一つから構成される、請求項８０に記載の電気化学的変換器。９５．該改質触媒が、プラチナ、パラジウム、ニッケル、酸化ニッケル、鉄、酸化第一鉄、クロム、酸化クロム、コバルト、酸化コバルト、銅、酸化銅、亜鉛、酸化亜鉛、モリブデン、及び酸化モリブデンのうちの少なくとも一つから構成される、請求項８０に記載の電気化学的変換器。９６．部分酸化が、該電解質プレート及び伝導プレートの少なくとも一方の一表面上に形成された燃焼触媒上で起きる、請求項８０に記載の電気化学的変換器。９７．内部改質反応が、該電解質プレート及び伝導プレートの一方の一表面上の改質触媒上で起きる、請求項８０に記載の電気化学的変換器。９８．燃料電池反応が、該電解質プレートの反応性材料上で起きる、請求項８０に記載の電気化学的変換器。９９．該改質触媒及び燃料電極材料が、該電解質プレートの表面上で互いに混合されていることで、運転中に燃料の改質及び電気化学的反応がほぼ同時に行われる、請求項８０に記載の電気化学的変換器。１００．該燃焼触媒、改質触媒及び燃料電極材料が、該電解質プレートの表面上で互いに混合されていることで、部分酸化の開始及び燃料反応体の改質がほぼ同時に行われる、請求項８０に記載の電気化学的変換器。１０１．該変換器に投入された炭化水素燃料が、Ｈ₂Ｏの存在下で該燃料を触媒作用により改質してＨ₂及びＣＯを生じさせ、前記改質された燃料に燃料電池反応が起きてＨ₂Ｏ及びＣＯ₂を含む排出種が形成され、該発熱性燃料電池反応により生じた熱は平面内を伝導により該伝導プレートまで伝えられて吸熱性改質反応を支援する、請求項８０に記載の電気化学的変換器。１０２．該変換器に投入された炭化水素燃料がＯ₂で触媒作用により部分的に燃焼してＨ₂及びＣＯを生じ、前記部分的に燃焼した燃料に発熱性燃料電池反応が起きてＨ₂Ｏ及びＣＯ₂を含む排出種が形成され、該発熱性燃料電池反応により生じた熱は平面内を伝導により該伝導プレートまで伝えられて発熱性部分酸化改質反応を支援するのに充分な温度を提供する、請求項８０に記載の電気化学的変換器。１０３．該反応体がアルカンヒドロキシル、カルボキシルに結合した炭化水素、カルボニルに結合した炭化水素、オリフィン炭化水素、エーテルに結合した炭化水素、エステルに結合した炭化水素、アミンに結合した炭化水素、芳香族誘導体に結合した炭化水素、及びその他の有機誘導体に結合した炭化水素のうちの少なくとも一つを含む、請求項８０に記載の電気化学的変換器。１０４．該変換器が、固体酸化物燃料電池、溶融カーボネート燃料電池、アルカリ燃料電池、プロトン交換膜燃料電池、及びリン酸燃料電池のいずれかから選択される燃料電池である、請求項８０に記載の電気化学的変換器。１０５．該電解質プレートが、ジルコニアを基にした材料及び酸化セリウムを基にした材料の一方から構成される、請求項８０に記載の電気化学的変換器。１０６．前記マニホルドを通過する前記反応体のうち少なくとも一つの少なくとも一部分を加熱するために、該マニホルドのうちの一つに配置された内部反応体加熱手段をさらに含む、請求項８０に記載の電気化学的変換器。１０７．前記内部反応体加熱手段が、前記マニホルドのうちの少なくとも一つ内に突出する、前記伝導プレートの熱伝導性かつ一体形成された延長表面を含む、請求項１０６に記載の電気化学的変換器。１０８．前記燃料電池反応により、前記反応体をほぼ前記運転温度まで加熱する余熱が生じ、前記余熱は伝導により前記反応体まで前記インターコネクト・プレート及び前記延長表面により伝えられる、請求項１０７に記載の電気化学的変換器。１０９．改質された燃料を該積層プレートアセンブリの周辺部から排出するための周辺排出手段をさらに含む、請求項８０に記載の電気化学的変換器。１１０．該伝導プレート及び電解質プレートの少なくとも一方が、該プレートの表面上に該軸方向反応体マニホルドから該反応体が通過できるようにするための反応体流路手段を含む、請求項８０に記載の電気化学的変換器。１１１．該流路手段が、該プレートの少なくとも一方の表面上で概ね均一な圧力降下を維持することで該プレート表面上に反応体の概ね均一な流れを提供する手段を含む、請求項１１０に記載の電気化学的変換器。１１２．該電解質プレートの反応性被膜が多孔質であり、該多孔質の被膜が該反応体流路手段を形成する、請求項１１０に記載の電気化学的変換器。１１３．該軸方向マニホルド内の反応体流圧力降下よりも実質的に大きな反応体流圧力降下を、該伝導プレートと対向する電解質プレートとの間に形成された空間を通じて生じさせる手段をさらに含む、請求項８０に記載の電気化学的変換器。１１４．前記積層プレートを通じて概ね均一な半径方向の反応体流分布を生じさせる手段をさらに含む、請求項８０に記載の電気化学的変換器。１１５．該積層プレートアセンブリが筒状であり、該電解質プレート及び伝導プレートの少なくとも一方の直径が約１インチから約２０インチの間であり、厚さが約０．００２インチから約０．２インチの間である、請求項８０に記載の電気化学的変換器。１１６．該積層プレートを包囲して加圧改質運転を可能とするよう構成された筒状形状の気密性封包物をさらに含む、請求項８０に記載の改質装置。１１７．該変換器が、離れた動力源から電力を受け取るのに適合した電気化学的触媒変換器であり、前記電力により前記変換器内で電気化学的反応が開始し、前記変換器は、投入反応体中に含まれる所定の汚染物質を還元して良質の種にするのに適合したものである、請求項８０に記載の電気化学的変換器。１１８．該触媒変換器が、Ｎｏｘ及び炭化水素種を含め、所定の汚染物質を含んだ排出物を受け取る手段をさらに含み、該触媒変換器は、該ＮＯｘ及び炭化水素種を還元することでＮ₂、Ｏ₂及びＣＯ₂を含む良質な種にする手段を含む、請求項１１６に記載の電気化学的変換器。１１９．第一炭化水素ガス側に変換器触媒及び第一電極材料の一方を含む反応性材料を配置し、第二緩衝ガス側に第二電極材料を含む反応性材料を配置して有した複数の気密性変換器プレートと、熱伝導性材料から形成された複数の気密性伝導プレートであって、前記変換器プレート及び前記伝導プレートは交互に積層されて変換器アセンブリを形成するものである、複数の気密性伝導プレートと、炭化水素ガスを該変換器プレートの炭化水素ガス側に投入すると共に、緩衝ガスを該変換器プレートの第二緩衝ガス側に投入するための手段と、離れた動力源から電力を受け取るための手段と、該炭化水素ガスを良質な種に転化させるための手段とを含む、触媒変換器。１２０．該伝導プレートが、該伝導プレートの平面内に概ね等温状態を得るための手段を含む、請求項１９に記載の変換器。１２１．該変換器プレートが概ね気密性の電解質材料から形成される、請求項１９に記載の変換器。１２２．該変換器プレートが気密性イオン伝導体である、請求項１９に記載の変換器。１２３．該変換器プレートの少なくとも一方の側の電極被膜がニッケル又はニッケル含有化合物を含む、請求項１９に記載の変換器。１２４．該変換器プレートの少なくとも一方の側の電極被膜がプラチナを含む、請求項１９に記載の変換器。１２５．該変換器プレートの少なくとも一方の側の電極被膜がパラジウムを含む、請求項１９に記載の変換器。１２６．前記変換器の受け取る電力により、該炭化水素ガス中の所定の汚染物質が還元して良質な種になる電気化学的反応が開始する、請求項１９に記載の変換器。１２７．該アセンブリが、ＮＯｘ及び炭化水素種を含む、所定の汚染物質を含んだ排出物を受け取るのに適合しており、該触媒変換器が、該ＮＯｘ及び炭化水素種を良質な種に還元する手段をさらに含む、請求項１９に記載の変換器。