JP2001518688A - 一体型個体酸素燃料セルおよび改良機 - Google Patents

一体型個体酸素燃料セルおよび改良機

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JP2001518688A JP2000514348A JP2000514348A JP2001518688A JP 2001518688 A JP2001518688 A JP 2001518688A JP 2000514348 A JP2000514348 A JP 2000514348A JP 2000514348 A JP2000514348 A JP 2000514348A JP 2001518688 A JP2001518688 A JP 2001518688A
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Abstract

(57)【要約】 反応チャンバ（４０）内に包含された複数の管状個体酸素燃料セル（２）を有する電気動力を発生する装置。燃料セル（２）は、その一端でマニホールドブロック（５１）に装着され、その他端は燃焼チャンバ（４１）内に存在するようにバッフル板（４７）内のアパーチュア（６３）を妨げられることなく通過する。反応ガスは管状燃料セル（２）の内側へマニホールドブロック（５１）の下側のプレナムチャンバ（４２）から供給され、且つ燃料セルの外側を包囲する反応チャンバ（４１）へ環状入口経路を通じて供給され、この環状入口経路は改質触媒を含み得る。プレナムチャンバ（４２）へのガス入口経路と、反応チャンバを包囲する環状入口経路とは、共に反応チャンバと熱伝導関係にあり、燃焼チャンバはガスを適切な改質および反応温度へ上昇させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 産業上の利用分野 本発明は電力発生用デバイスに関し、更に詳しくは、個体酸素燃料セル(solid
oxide fuel cells;SOCF)に組み込まれるこの種のデバイスに関する。
【０００２】 発明の背景 ＳＯＣＦは、燃料（例えば、水素、天然ガス、石炭ガス、または他の炭化水素
基燃料など）と酸化体（例えば空気）との直接電気化学的結合により直流電流（
および／または同時に発生する熱）の生成を可能とする電気化学的デバイスであ
る。ＳＯＣＦは、空気電極（陰極）を燃料電極（陽極）から分離する酸化イオン
伝導電解質（現在は安定ジルコニアに基づいている）からなる。燃料が陽極で酸
化されて、電子が外部回路へ放出されることにより、電子が陰極により受け入れ
られる。陰極反応は酸化体ガスに酸化イオンを減少させ、その酸化イオンは酸化
イオン伝導電解質を横切って陽極へイオン移動する。外部回路の周りの電子の移
動は起電力（通常は単独のセルにつき１ボルト）を生成する。セルを横切る負荷
の適用により、電流が流れて、パワー密度が生じ、その値はセルの設計および使
用された材料に依存する。セルは通常は７００゜と１０００゜Celciusとの間で 作動する。N.Q.Minhおよび T.Takahashi著 の書籍"Science and Technology of
Ceramic Fuel Cells"(Elservier, Amsterdam, 1995)には、ＳＯＣＦにおける主 要な反応と、電気を生成できる方法とが説明されている。
【０００３】 ＳＯＣＦの最も魅力のある特徴は、その高い変換率（熱利用を含めれば、典型
的には５０乃至９０％）、その排出物の低生成、高い度合いの排出熱の生成、お
よびモジュール調整性（数ｋＷから非常に大きなＭＷの電力）である。
【０００４】 単独のセルは相互接続または双極板（通常はランタニウムクロマイトのドープ
または高温金属システム）を用いて積層されて、多重セルユニットを生成する。
単独のセルは通常は１ボルトを生成するが、単独のセルを並行接続または直列接
続に積層することにより、必要な電圧を実現できる。ＳＯＣＦの幾つかの構造が
知られており、これらは平坦、管状、および単一体の設計を含む。しかしながら
、これらの三つの主要な設計に加えて、全ての設計に同様な基本的概念、即ち酸
化イオン伝導電解質が（陽極における）燃料ガスを（陰極における）酸化ガスか
ら分離するという概念をとどめつつ、他の設計も選定されていることが強調され
る。例えば、N.Q.Minhによる論文”Ceramic Fuel Cells", Journal of theAmer
ican Ceramic Society,76[3](1993)、第５６３−５８８頁を参照されたい。
【０００５】 ＳＯＣＦを完全に実現し、ひいては完全に商業化するためには、これらは長時
間にわたって信頼性を持たねばならず、加熱または冷却サイクルに起因する熱的
亀裂を受けないようにせねばならない。このシステムは更に金銭的に従来の技術
、例えばガスタービン、およびディーゼル機関に匹敵せねばならないので、比較
的に安価で組み立てが容易でなければならない。現在の設計の主要な欠点は、基
本的に単独のセルの封止に基づいている。平板状電解質とその両側に貼り付けら
れた陽極および陰極を用いる平坦な設計は、制作に最も安価なシステムを実現す
るが、その主要な欠点は、セラミック板の過剰な応力を起こすことなく板を封止
することの結果、または封止剤とセルとの間に生じる化学的互換性に依然として
依存している。管状設計は、閉止または解放端を用いることにより封止の問題を
避ける。従来の管状設計においては、多孔性に成形されたランタンマンガン添加
支持管が制作されている。電解質（安定化ジルコニア）が支持管に電気化学的蒸
気被覆される。次いで陽極が電解質上にスラリー拡散電気化学的蒸気被覆されて
、ランタン添加クロマイトがセルに相互接続材料としてプラズマ拡散される。次
いでセルが多重セルユニットへまとめられて、ＳＯＣＦシステムとしてパッケー
ジ化される。管の内部へは空気が圧送されて、管の外部は燃料ガスに露呈される
。管は一端で封止されており、減損空気が環を通じて帰還流になるようにされて
いる。減損燃料は熱回収を可能とするようにリサイクルされる。
【０００６】 この管状配置は非常に成功している。しかしながら、この設計は迅速な熱循環
を可能としないので、セルに亀裂を引き起こす熱応力が発生する。試みられてき
た改良においてさえも、この設計における現在の限界は、雰囲気から１０００゜
Ｃの操作温度に達するまで５時間を要する。上述の技術を用いたジェネレータの
技術の状況は米国特許第５２４４７５２号に説明されている。米国特許第４，３
７４，１８４号、第４，３９５，４６８号、第４，６６４，９８６号、第４，７
２９，９３１号、および第４，７５１，１５２号に示されたこれらのＳＯＦＣシ
ステムには重要な改良がある。上述した設計はまた制作が高価なものとなり、小
さな尺度のシステム（１０ｋＷ以下）の生産には資さない。このシステムの製造
は、未加工の材料のコストの削減により製造コストを削減されている。例えばセ
ルの９０％重量をランタン添加クロマイト空気電極として、未加工の材料（高純
度レベル）の安価供給を用いることにより、コストを実質的に削減できる。これ
は、S.C.Singhal著の論文"Recent Progress in Tubular SolidOxide Fuel Cell
Technology", Solid Oxide Fuel Cells Volume V,The Electrochemical Society
(New Jersey)、第３７−５０頁（１９９７）に説明されたとおりである。しか しながら、このシステムのコストは、小型版の生産を可能としない。
【０００７】 高価な製造コストの問題を解決するためには、成形された薄壁安定化ジルコニ
ア管が開示されている。例えばオーストラリア特許第６７５１２２号を参照され
たい。この設計における内側電極は燃料電極であり、外側電極は空気電極（通常
はランタンマンガニト）である。この設計においては、管は断熱容器内に保持さ
れており、この容器から排気ガスを通路を通じて逃がすことができる。この設計
においては、管のコストは、例えばポリビニールブチルアル(butyral)およびシ クロヘキサンなどと混合された安定化ジルコニウムを成形する単純な成形技術を
用いることにより削減されている。この設計は断熱容器内に保持された上述した
管のアレイを包含するものとして説明されており、その容器から燃焼生成物を通
路を通じて逃がすことができる。ガスは管の上部へ直接に供給されている。燃焼
生成物は強制空気入口と同一の通路を通じて逃げる。この設計は、非常に単純で
あるものの、反応路内のセルの完全な移動を許さないので、セル内に依然として
応力が生成される傾向にあり、これはセル損傷を招き得る。
【０００８】 ＳＯＦＣジェネレータ内の燃料を改質する能力も、上述した設計では不可能で
ある。改質は、燃料への処理であり、この場合の燃料は通常は酸化炭素燃料が水
および／または二酸化炭素と組み合わされて、一酸化炭素および水素を生成する
ようにされている。この改質された燃料はＳＯＣＦシステムにおいて直接に使用
される。多くの場合においては、燃料はＳＯＣＦジェネレータの外側で改質され
、これは熱交換器、ポンプ等のような高価な機器を必要とし、これはシステム全
体をより一層に嵩張るものとする。改質反応は、それがジェネレータの外側で起
きる場合は非常に好ましくないことである。問いうのは、多量のエネルギが（熱
として）システムから失われて、ひいてはシステムの効率における全体的損失と
、その複雑性の増大を引き起こす。これは米国特許第４７２９９３３１号におい
て部分的に解消されており、ここでは改質可能なガス状燃料の改質がＳＯＣＦジ
ェネレータにおいて実行される。このシステムにおいては、部分的に減損された
燃料が二つの流れに分割されて、その一方は部分的に減損された空気流と組み合
わされて排気ガスを形成し、これは次いで部分的に吐出される。残りの排気ガス
の幾らかは第２の減損燃料流と組み合わされる。この組み合わされた流れは次い
でガス状改質可能燃料と混合される。この米国特許の発明は全体的に熱損失を最
小化するようにシステムにおける熱平衡を使用する。この米国特許の発明は、上
述した米国特許に説明されたような管状ＳＯＣＦシステムの伝統的設計を用いて
いるので、システムの複雑性、高価性、迅速な加熱および冷却率における熱適サ
イクルの能力の基本的問題を解消することはできない。このシステムも全く複雑
である。
【０００９】 代替的な設計は米国特許第３，３７７，７０３号に説明されている。ここでは
幾つかの電解質管がセラミック基上に直立している。ガスは管を通過して管の上
部で燃焼する。高温ガスは次いでシステムの周りを熱交換器へ流れる。このシス
テムは、比較的に単純ではあるが、相当な数の高温シールを必要とし、迅速な始
動において被り得る高熱応力のために可能でない。
【００１０】 発明の開示 従って本発明の目的は、個体酸素燃料セルを組み込む動力発生装置を与えるこ
とであり、これは幾つかの手法で上述の不都合の解消を目指し、或いは少なくと
も有益な選択の公開を与える。
【００１１】 電気動力を発生する装置にある本発明の第１の局面においては、その装置は、 反応チャンバにおける複数の管状個体酸素燃料セルであり、前記セルの各々は
、内側を向く反応面と、外側を向く反応面と、これらの面の各々に関連する電極
とを有し、且つマニホールドブロック内に装着された前記セルの一端を有する管
状個体酸素燃料セルと、 前記反応チャンバへ第１のガスを供給する第１のガス入口経路であり、その第
１のガスが前記燃料セルの外側に沿って通過する第１のガス入口経路と、 前記燃料セルの前記装着端へ第２のガスを供給し、その第２のガスを前記燃料
セルの内側に沿って通過させる第２のガス入口経路と、 前記マニホールドブロックから離隔する前記燃料セルの端部に隣接する前記反
応チャンバからの排気ガス出口経路であり、排気ガスを排出口へ移送して、この
排出口で未反応ガスが互いに燃焼し得る排気ガス出口経路と、 前記燃料セルの内側および外側において前記配管に接続される動力収集手段と
を備え、 第１と第２のガスの一方が改質可能な燃料ガスであり、他方が酸化ガスであり
、前記ガス通路は、前記燃料の反応面に配置に応じて各々が改質ガスと酸化ガス
との一方を移送し、 前記改質ガス移送経路が、その内部に改質触媒を含むと共に、前記排気ガス経
路および前記反応チャンバに熱を転移させる関係で配置されて、操作準備状態に
おいて、その中の前記ガスが前記触媒において改質が起こることができる前記触
媒の温度へ上昇できるようにされており、 前記酸化ガス移送経路が前記排気ガス経路および前記反応チャンバに熱を転移
させる関係で配置されて、操作準備状態において、その中の前記ガスが、前記燃
料セルが作動する前記燃料セルにおける反応温度へ上昇できるようにされている
。
【００１２】 前記管状燃料セルの各々は外径が３ｍｍと１０ｍｍとの間であり、壁厚が０．
３ｍｍと１ｍｍとの間である。
【００１３】 可変流量制限手段を前記酸化ガス入口経路に配置して、前記酸化ガスの前記燃
料セルおよび前記燃焼領域への流れを可変的に制限することにより、燃焼温度を
制御するようにしてもよい。
【００１４】 第２のガス入口経路は、円筒状または円錐状チャンバを部分的に含み、前記排
気ガス出口経路は、前記入口経路に共軸の円筒状または円錐状チャンバを部分的
に含み、ここから、代表的にはアルミニウムまたはムライト、或いはこれらの材
料の熱インピーダンスよりも小さな熱インピーダンスを有する材料の壁により分
割される。
【００１５】 第１のガス入口経路は、代表的にはアルミニウムまたはムライト、或いはこれ
らの材料の熱インピーダンスよりも小さな熱インピーダンスを有する材料の壁に
より前記酸化ガス入口経路から分割された円筒状チャンネルを少なくとも部分的
に含む。
【００１６】 バッフル壁は前記反応チャンバを前記排気ガス出口経路から分割し、前記管状
セルは前記バッフル壁のアパーチュアを通じて前記排気ガス経路へ延出し、前記
バッフル壁のアパーチュアは部分的な反応ガスの流れを前記反応チャンバから前
記排気ガス出口経路へ流して、前記管状状セルの内側から吹き流される部分的に
反応したガスと共に燃焼される。
【００１７】 前記管状燃料セルの各々は、前記マニホールドブロックに装着されたその端部
のみで支持し得る。
【００１８】 前記セルの各々は、前記バッフル壁におけるアパーチュアを通じて前記セルの
全周の前記アパーチュアの縁から離隔されて、前記反応チャンバから前記排気ガ
ス出口経路へ流れる前記部分的に反応したガスは前記アパーチュアを通じて、そ
の壁と前記燃料セルの各々との間の空間を通じて流れることができる。
【００１９】 第１ガス出口経路は、前記マニホールドの下側にプレナムチャンバを含むこと
ができ、前記端部に装着された燃料セルは前記マニホールドブロックを通じて延
伸でき、前記プレナムチャンバは前記ガスを前記端部装着燃料セルへ分散させる
。
【００２０】 第１ガスは前記酸化ガスとすることができ、前記動力接続手段は、前記プレナ
ムチャンバ内に配置された前記燃料セルの端部において前記燃料セルの前記内側
および外側における前記電極へ接続できる。
【００２１】 第１のガス入口経路は、前記マニホールドブロックを通じて前記プレナムチャ
ンバへ延出する熱伝導ガス導管を含んでもよく、この導管の第１の長さは前記反
応チャンバを通じて操作準備状態の下で前記反応チャンバにおけるガスから熱を
吸収する。
【００２２】 前記熱伝導ガス導管の第２の長さは、前記排気ガス出口経路の少なくとも一部
分を通過し得る。
【００２３】 環状チャンバは、この環状チャンバへガス流を通じさせるガス入口ポート手段
と、この入口ポート手段から前記環状チャンバの遠方端において前記環状チャン
バから前記反応チャンバへガスを流すためのガス出口ポート手段と共に前記反応
チャンバを包囲してもよく、前記ガス出口ポート手段は、前記マニホールドブロ
ックに隣接して位置し、前記反応チャンバと前記環状チャンバとの間の壁は熱伝
導性であり、例えばアルミニウムまたはムライト、或いはこれらの材料と同様な
熱インピーダンスを有する材料から形成されている。
【００２４】 少なくとも一つの混合ポートを環状チャンバと反応チャンバとの間の前記壁内
に設けることができ、これらのポートはガス出口ポート手段から反応チャンバの
遠方端におけるチャンバの間で導かれ、吸引発生手段が設けられており、反応チ
ャンバから環状チャンバへ混合ポートを通じてガスを抜くように環状チャンバを
ガスが通過するガスの動作の下で、混合チャンバの近傍に隣接する環状チャンバ
における低圧領域を形成するようにされている。このような吸引発生手段は幾つ
かの形態のベンチュリ管を含んでもよい。
【００２５】 燃料セルは、ガラスセラミック絶縁体(例えばCorning Glassworks によりMACO
Rのブランドで販売されているもの)上に装着されたイットリア安定化ジルコニア
電解質を基礎とすることができ、マニホールドブロックはフェライトステンレス
鋼から製造される。
【００２６】 燃焼領域内に点火手段を設けて、前記酸化ガスの存在中における前記燃料ガス
を点火するのに充分な局所的な熱を発生させるようにしてもよい。
【００２７】 制御手段は、前記点火手段と、動力発生に要求されるよりも実質的に高い流量
率で始動中に前記燃料ガスを流す前記燃料ガスの流量率とを制御でき、前記ガス
流を点火して、前記マニホールドブロックにおいて約８００゜Ｃの温度が達成さ
れるまで、前記ガス流を前記実質的に高率に保持する。
【００２８】 通常入手可能なＳＯＣＦ成分については、反応温度は４００゜Ｃと６００゜Ｃ
との間であろう。通常はニッケル触媒を用いる標準的改質反応については、改質
温度は６００゜Ｃと８００゜Ｃとの間であろう。
【００２９】 本発明の更なる局面においては、叙述したような動力発生装置を含む空間ヒー
タがあり、ここでは前記排気ガスが空間加熱のために利用され、且つ前記発生し
た動力が他の適用のために分配される。
【００３０】 本発明の更なる局面においては、上述したような動力発生装置に組み合わされ
る水加熱シリンダがあり、ここで前記排気ガスは、前記水加熱シリンダにおける
水の供給源を加熱するために使用され、且つ前記発生した動力が他の適用のため
に分配される。
【００３１】 本発明の更なる局面においては、添付図面に図示且つこれを参照して本明細書
に実質的に説明された動力発生装置がある。
【００３２】 本発明に関係する分野の当業者にとっては、構造における種主の変更や広範な
様々な実施例および発明の適用を、添付の請求の範囲に規定されたような本発明
の目的から逸脱することなく提案できるであろう。本明細書の開示事項および説
明は全く例示的なものであり、何らかの意味を限定することを意図するものでは
ない。
【００３３】 本発明の好適実施例について添付図面を参照して説明する。 本発明を実施する好適な態様 図１を参照すると、複数の管状燃料セル２は、その内部を燃料が通過して、そ
の外部に沿って空気が通過するにつれて電力を発生する。この種のセルは当技術
分野では公知であり、"An SOCF Cogeneration System Built From 2mm Diameter
Extruded Tubes",(K Kendall, T W J Longstaff,Second EuropeanSolid Oxide
Fuel Cell Forum，Lucerne, Switzerland,(6-10 May 1996)p195) に説明された ものが特に適している。セルは基板５上に装着されており、その基板は改質チャ
ンバ７の上部に形成される。改質チャンバにおいては、改質触媒が存在し、燃料
を含有する炭素の水素富混合体への変換に適する。
【００３４】 空気はチャンバの外側に装着された穿孔リング１６，１７を通じてシステムヘ
入り、セルを通過して、セルの端部において減損燃料と燃焼して管を離れる。
【００３５】 空気は、共軸管４および６を含む熱交換システムから熱を採ることにより、必
要な操作温度にされる。熱の一部分は改質チャンバ７へ転移する。
【００３６】 熱交換システムの内側管６は開放端であり、外側管４は一つの閉止端を有する
。閉止端はバーナー上に配置されているので、煙道ガスは管の間の空間に強制的
に通されて、管を加熱する。転移熱の大部分は、外側管が断熱されているので、
内側管を通過する。 動力発生装置の始動、シャットダウンおよび制御 システムは、ガス弁を開放して、管を通るガスを点火することにより、周囲温
度にて始動する。これは外側管に取り付けられた通常の点火システムにより実行
することができる。ガス流は、電力発生期間中に要求される公称ガス流の５倍乃
至１０倍高くし得る。従って、定格電気出力１ｋＷを有するシステムは始動期間
中にシステムヘ１０−２０ｋＷの熱が入るとみなし得る。このようなシステムは
１０Ｋｇ程度のステンレス鋼を包含するので、操作温度への加熱に必要なのは１
分未満である。基板において測定された温度が約８００゜Ｃに達すると、始動段
階が終了する。
【００３７】 ガス流をシステムを所定の温度に正しく保持する最小値に調整することにより
、システムは今やアイドルに設定される。この流量は公称流量の１０−３０％と
なる。電流が流れると（これは例えば磁場の変動の測定により検出できる）、直
ちに流量が最大に設定されて電流が流れることができる。
【００３８】 処理温度は、リング１６に対してリング１７を回転させて、システムヘ入る空
気流に対する抵抗を機械的に制御して、流入する空気の増減を可能とすることに
より制御される。
【００３９】 上述した制御は、通常のバーナー制御システムを用いて、可能であれば付加的
な機能と共に実行できることが予期される。
【００４０】 これらを用いることの利点は、要求される電流に関係するガス供給を連続的に
変動するシステムとは異なり、信頼性および低コストである。一つの不都合は、
低出力において殆どのガスが燃焼するので、システム効率が低いことである。可
変または固定（或いは固定された段階の数）のガス流を用いるかどうかは適用に
依存する。
【００４１】 シャットダウンは、電流が零に設定されること、およびアイドル流において約
３００゜Ｃの温度に達するまでガスが供給されることを要求し、これより低けれ
ばガスの供給を停止できる。
【００４２】 起こり得る誤状況は、電圧が低すぎる（例えばガス供給が低すぎることに起因
する）ことにより、陽極の酸化がもたらされることである。この状況は電圧測定
により検出せねばならず、これは電流を零に設定するように起動してガス流をア
イドルにする。 システム緒元 全体的システムは、径が約４０ｃｍ（絶縁材のために５ｃｍを許容する）、高
さが約８０ｃｍであり、およそ８００のセルを収容し、その各々は水素における
動作時に１．５Ｗを生成する。従って４５％（ＬＨＶ）の効率において１．２ｋ
Ｗの電気エネルギが生成されることにより、５００゜Ｃを越える温度において熱
が発生し、これは再生可能である。再生された熱は低品位の熱が要求される他の
適用、例えば空間加熱および水加熱のために使用し得る。幾つかの例においては
、空間加熱または水加熱能力は、動力発生の二次的な要因として主要な目的とな
り得る。 管状セル セル２は、図１、２および３に示されているように三層からなる。セルは代表
的には１−５ｍｍの径と、５００ｍｍまでの長さとを有する。大型システムは１
０００ｍｍ間でのセルを含み得る。外側層、即ち陰極は、酸素含有ガス、例えば
空気に接触する。この層において酸素は、電子を捕獲することにより、酸化イオ
ンに反応する。酸化イオンを電解質となる中間層を通じて移動する。この転移は
電解質材料に応じて６００−１０００゜Ｃの温度で起こり、従ってこれが操作温
度を決定する。これが内側層、即ち陽極に達したとき、これは燃料（例えば水素
）に反応して水を形成する。水素は、電気回路を通じて陰極へ流れる電子を放出
する。
【００４３】 陽極は、ガスを通過させねばならないので穿孔性であり、電解質と混合された
ニッケルから制作できる。電解質は酸化イオン伝導材料、例えばイットリアによ
り安定化されたジルコニアである。これはガス成分の流れを防ぐのに充分に稠密
である。外側層を形成する陰極も穿孔性であり、ドープされたＬａＭＯ３などの
セラミックから制作できる。
【００４４】 電解質管は、固着剤および可塑剤により電解質材料のペーストを作ることによ
り制作できる。このペーストは管状に押し出し成形されてから焼結される。
【００４５】 スラリーを包含する陽極および陰極材料が制作されて電解質の内側および外側
へそれぞれ置かれる。陽極スラリーが吸引により塗布されて、その上に陰極が延
ばされるか噴霧される。次いで電極が焼結される。
【００４６】 ジルコニアを用いるのに代えて、他のイオン導体も適用できる。代表的な材料
は、例えばドープされたＣｅＯ２、ドープされたペロフスキー石を含む。
【００４７】 代替的な電極は、陽極についてはセリア（および他の触媒材料）および導電セ
ラミック酸化材料、例えばペロフスキー石である。陰極については、ＬａＣＯ２ が可能な一例である。これらの材料の電気化学的活性は、特に低温において、上
述した通常の電極材料よりも高くなるように考慮されている。
【００４８】 セル制作の他の手法は、先ず陽極材料の管を押し出し成形して焼結することに
よる。この管上に電解質の薄い層を塗布して、陽極管に吸引を適用することによ
り、その陽極との接触領域を増大することができる。これが焼結されて、続いて
陰極が適用されて焼結される。
【００４９】 この方法の利点は、より薄い電解質を実現可能であり、内部抵抗が低減し、よ
り厚い陽極を用いることができるので、陽極の改質能力が増大することである。
【００５０】 電流捕捉 電子は、コネクタ１４と、陰極上の電導層とを通過することにより陰極へ入る
。コネクタ１４は管状セルの入口端の周囲に配置されており、これは例えばニッ
ケルシートからなる。
【００５１】 電導層（図示せず）は例えば銀ワイアまたは銀ペーストである。勿論、充分な
導電性を持つ任意の導体を採用できる。
【００５２】 コネクタ１４は厚さ０．２−０．３ｍｍのシート金属から制作され、約３×８
ｍｍのリップを有する約８×８ｍｍの矩形に切断される。これは、管状セルと同
様な径を有する棒の周りで折り曲げられて、セラミック管に取り付けられる。リ
ップにおける小さな孔は隣接するセルの陽極ワイアとの接続を与える。このリッ
プの端部は好ましくはセルの端部と面位置にして、短絡を防止する。
【００５３】 陽極において生成された電子は電流コレクタへ流れ、このコレクタは例えば、
互いの周りに撚られた多数のワイアからなるニッケルから制作されている。ワイ
アの撚り合わせにより電気的接触が保証されるが、ガスを通過させるための空間
も残る。 封止 一般にステンレス鋼のような導電材料からなるマニホールド板５に各燃料セル
を装着し、この装着は、管状燃料セルと環状絶縁体との嵌合を含む。封止接触は
好ましくは燃料セルと絶縁体との間であり、また絶縁体とマニホールド板５１と
の間である。製造工程は、この目的を達成する程に発展しており、図２を参照し
て説明されている。 セラミックリング２２はセラミック絶縁体１３上に一時的に接着されている。セ
ラミック絶縁体セルの周りに位置し、コネクタ１４の周りにぴったりと嵌合する
。これは約２５ｍｍの長さを有する。リングの長さは約４ｍｍになり、セラミッ
ク管の周りにぴったり嵌合する。リングはその長さの半分のみが絶縁体上にあり
、従ってセルが配置されたときに、小さな窪み２３がその中へ接合剤を置けるよ
うに形成されている。接合剤はスラリーとして到来し、従って絶縁体の他端に対
して吸引を施すことにより、接合剤は管状セルと絶縁体との間に到来する。その
後、窪みが接合剤で充填されて、管状セル１２と絶縁体１３との間の良好な封止
が形成される。 セルアセンブリは上述した工程と同様な方式で基板へ接合され、セルを配置した
後に、接合剤が基板上に注入されて、吸引が適用される。 接合剤と基板との接触領域を増大するために、これは規格寸法の螺子に螺合され
ている。使用される接合剤は、商業的に入手可能なアルミナ、ジルコニアおよび
マグネシア接合剤である。 基板の材料は、高品位のステンレス鋼であり、フェライト型であることが好まし
い。というのは、これは低膨張係数を有するので、膨張係数の不整合による問題
を起こす傾向が少ないためである。 セルは基板５へ装着されて、これはグループ的に並行に接続されて、グループが
直列に接続されている。 領域当たりのセルの数および全体的な信頼性をも増大するために、セルを束ねる
ことができる。これは図４に示されている。多数のセルが、電流ピックアップと
して働く金属棒２９の周りに配置されている。このアセンブリは、基板へ配置さ
れた単独のセルに視られるのと同様に、結合絶縁材へ結合されている。管はワイ
ア３０により棒に対して支持される。 好ましくは、結合絶縁材１３およびマニホールド板５は、加熱または冷却期間の
間に発生する応力を低減するように燃料セルの電解質材料と同様な熱膨張係数を
有する。先に述べたような燃料セルのためには、セラミック絶縁体は、Corning
Glassworks により製造されてMACORのブランドの下に市販されている機械加工に
適したガラスセラミックのようなガラスセラミック材料から形成され、マニホー
ルド板は、パック接合技術を用いるアルミニウム拡散層で被覆されたフェライト
ステンレス鋼から形成されたものが適することが発見されている。 バーナー セルの上部に対して小さな中空セラミック管１１が接合されており、その材料は
アルミナとすることができる。内径は、ガス速度が管の外側のガス炎を保つのに
充分に高いように、通常は約０．５ｍｍである。 システムは、セルの端部において、基板の孔に一致する孔２４を有する穿孔板を
配置することにより、外部の機械的衝撃に対してより柔軟に形成される。この穿
孔板は、基板へねじ込まれた棒２６により所定位置に保持される。短絡を防止す
るために、バーナー板１に接合されたアルミナ管に孔が設けられている。アルミ
ナ管の内側の小さな溝は空気の通過を可能とする。従って管状セルは軸方向に膨
張自在であるが、径方向の移動は制限され、機械的衝撃によりもたらされる損傷
を防止する。 改質チャンバ セルおよびリード線を有する基板はチャンバ７を形成するようにパイプに取り付
けられて、そのチャンバの内側で改質が起こることができ、システムを天然ガス
またはメタンおよび蒸気のような改質可能燃料混合体で作動させることを可能と
する。改質チャンバはニッケルウールのような改質触媒を含む。改質燃料混合体
が供給される改質チャンバは廃棄ガスからの熱交換により充分に加熱されて、燃
料混合体温度を改質を起こすのに充分に高いレベル、例えば８００゜Ｃへ上昇さ
せる。改質触媒を充分に暖かい領域に配置することが燃料の煤煙形成を防止する
ことを確実にする。このためには、触媒３０を基板５の下側の数センチに取り付
けられた穿孔板３１上に配置し得る。代替的に、触媒を管２自体の内部に配置し
てもよく、この場合は改質ガス燃料混合体は管へ入る前に改質温度へ完全に到達
して、不完全な改質または管面上の煤煙形成が生じないことを確実にする。 ガス接続および電力供給 接続されたセルの正負のリード線は、電気絶縁体および気密供給貫通ブロックに
より外界へ接続されている。その部品は基本的に、数センチメートルの長さの縦
方向に貫通口を開けられた鋼棒２７からなる。この棒の側面における開口を通じ
てガスが供給されて、ワイア１８、１９が一直線に貫通する。これらのワイアは
、ＰＴＦＥ（またはその同等品）リング２０の孔を貫通して、棒の底部において
側方へ曲げられる。第２のＰＴＦＥ（またはその同等品）板２８が配置されてお
り、金属リング２８が配置されている。金属およびＰＴＦＥ（またはその同等品
）板は鋼棒に螺子止めされており、気密シールが与えられる。 空気流制御 酸素（空気）は、ガスチャンバの周りに配置されたリング１６、１７における孔
を通じてシステムヘ入る。到来空気は、内側パイプ６と外側パイプ４との間の高
温ガスから熱を取り込み、その熱の一部を改質チャンバ内の燃料ガスへ転移させ
る。 空気供給機を制御するために、リング１７の一つは回転できる。リング１７を回
転させることにより、システムヘの空気を増減できる。空気供給の制御は、炎の
温度ひいては処理を制御するために必要である。 システム 電力を生成する電気化学反応器は、基板５の一端に装着されて電気的に結合され
た管状燃料セル２のアレイからなる。 基板５は燃料ガスのためにマニホールドとして働く。セルの一端のみが保持され
ているので、熱的誘発応力は回避される。基板はパイプの一端に取り付けられて
おり、その内側に改質触媒を包含し得る。パイプの他端は、改質可能燃料混合体
をシステムヘ供給する管へ接続されている。従って改質チャンバ７が形成される
。 従って、燃料ガスは管の内側を通過し、空気は外側に沿って通過する。代表的に
は６００−１０００゜Ｃの温度において、ガスが変換されるので電気が生成され
る。この電気は電極上の電導ワイアまたはインクを通じてセルの一端へ流れる。
代表的には、セルは基板の下側（燃料側）において直列に電気接続される。セル
の間の電気的接続は基板の燃料側でなされ、主要な電気リード線は、燃料を包含
する壁を通過する。これは上述したような供給貫通ブロックによりなされる。 セルの内側へ分岐される燃料ガスは、セルを通過する際に代表的には５０−９０
％が変換される。従って管の一端において減損燃料が存在する。周囲空気８は、
リング１６および１７における孔を通じての対流を通じてシステムヘ出入りでき
る。減損燃料を燃焼させることにより、空気がシステムヘ強制送風され、セルを
通過する際に酸素の一部が除去される。従って、バーナーは、酸素を奪われた空
気を供給する。空気はまたシステムの温度を制御する機能も有する。セルの長さ
に沿った過剰な温度差を防ぐ目的で、空気流は燃料流よりも典型的には５−１０
倍速い。 熱交換システムは二つの共軸に配置されたパイプからなり、バーナーから発生し
た熱を供給して、システム入口へ戻す。外側パイプ４は一つの閉止端を有し、内
側パイプ６は二つの開口端を有する。内側パイプは改質チャンバの概ね底部から
管の端部へ延出する。燃焼処理の結果として、空気が改質チャンバと内側パイプ
との間に強制送風される。空気がセルを通過し、電気化学的処理を通じて酸素の
一部が転換される。酸素が部分的に減損したこの空気は、減損燃料ガスと共に燃
焼する。結果的な熱は外側管の閉止端のために上昇することができず、その結果
、内側管の外側に沿って下降するので、熱は内側管へ、続いて到来空気へと転移
する。
【００５４】 図５の代替的システム 上述したシステム越える性能を与えると信じられるシステムを図５に示す。こ
の実施例は、反応ガスの一つ（図示された実施例においては燃料ガス）について
の入口経路として働く環状空間４６により包囲された高熱伝導壁４８内の反応チ
ャンバ４０および燃焼チャンバ４１の汚染により潜在的な高い熱交換を提供する
。
【００５５】 幾つかの詳細においては、装置は、例えばアルミナまたはムライト熱伝導壁４
８により側面を規定された反応チャンバ４０と、この反応チャンバの下端におけ
るマニホールドブロック５１と、反応チャンバの上端を規定するバッファ板４７
を有する。図１の実施例のように、燃料セル６１の各々は、その一端においてマ
ニホールドブロック５１に取り付けられている。燃料セル６１は反応チャンバ４
０を通じて垂直に延伸し、バッフル板４７におけるアパーチュア６３を通る。ア
パーチュア６３は管状燃料セル６１よりも大径であり、各燃料セルの周りに環状
の間隙を与える。燃料セル６１の端部６５はバッフル４７を越えて燃焼チャンバ
４１へ延伸し、排気ガスの出口経路の一部を形成する。図５においては、図を明
確にするために数個のみの燃料セルを図示してある。完全な吹き付けシステムに
おいては、数百個のセルを設け得る。
【００５６】 燃焼チャンバ４１は、バッフル板４７により下側を規定されて、側周と、その
上部領域の実質的部分上を熱伝導壁４８およびその円錐延長部６４により規定さ
れて、円錐延長部６４は屋根を形成する。燃焼チャンバ４１は、そこからの出口
４３を有する。ガス入口パイプ４９は排気出口４３を通じて延伸し、燃焼チャン
バ４１と、バッフル板４７におけるアパーチュア５０と、反応チャンバ４０と、
マニホールドブロック５１とを通じて下降する。排気出口４３は図５から切り離
されて示されているが、排気ガスと入口パイプ４９との間の改良された熱交換の
ためには、排気出口４３および内側パイプ４９とは、要求される大きな距離に亘
って共軸形態で延ばし得る。
【００５７】 入口パイプ４９はマニホールドブロック５１へ入るかまたは貫通するように延
伸して、マニホールドブロック５１の下側でプレナムチャンバ４２における出口
を有する。プレナムチャンバ４２は底板５２により下側を包囲されて、その側面
を外壁５７により包囲されている。
【００５８】 熱伝導壁４８の下縁６０は、マニホールドブロック５１内に形成された環状段
階５９によりマニホールドブロック５１上に位置している。外壁５７は熱伝導壁
４８に対して共軸且つ離隔して配置されて、反応チャンバ４０および燃焼チャン
バ４１を包囲する環状チャンバ４６を形成するようにされている。この外壁５７
はマニホールドブロック５１および底板５２の周辺を封止している。この壁５７
は例えばステンレス鋼板金を含むことができ、装置の外側外壁は、その外側面の
周りに絶縁体５８の層を設ける。
【００５９】 環状チャンバ４６は、排気出口４３に近接した入口４５を通じて入る第２反応
ガスについての入口経路の大部分を与える。環状チャンバ４６は、マニホールド
ブロック５１に隣接するその下端において少なくとも一つの出口ポート５４を有
する。到来ガスを必要な温度へ上昇させることを支援するために、反応チャンバ
から出口ポート５５を通じ出て環状経路４６に戻る少量のガスの再循環により、
更なる熱交換が与えられている。出口ポート５５を通じてガスを抜くのを支援す
るために、ポート５５の各々に近接する低圧領域を形成するように、角度付けさ
れたフランジ５６をベンチュリとしてポート５５の近傍に設けてもよい。
【００６０】 再循環減損燃料ガスは、部分的酸化改質反応をも可能とし、これは燃料ガス流
に存在すべき水を必要としない。
【００６１】 図５に示される発明の実施例においては、入口経路は酸化ガスまたは燃料ガス
の何れかのために用いることができ、改質触媒を環状チャンバ４６の下端または
プレナムチャンバ４２の何れかに配置することが適当である。本実施例の操作に
ついて説明するが、この実施例においては、入口４５に入り、環状チャンバ４６
を通じて移動する燃料ガスと、入口管４９の入口４４において入り、プレナムチ
ャンバを通じて分散される酸化ガスとを有し、改質触媒６５が環状チャンバ４６
の下部部分に配置されていることが示されている。
【００６２】 装置の操作においては、入口４５において矢印７１で示されるように燃焼ガス
が供給される。ガスの供給は好ましくはシステム制御器により制御され、通常の
手段を用いて燃料ガス圧を調整する。酸化ガスは、入口管４９の入口４４におい
て矢印７０により示されるように供給される。酸化ガスの供給は、例えば、入口
パイプに可変制限器を設けることにより、システム制御器により制御される。酸
化ガスの或る程度の加圧化状態が必要とされることもあり、これは例えば小さな
ファンにより達成できる。
【００６３】 燃焼ガスは、燃焼チャンバ４１の熱伝導屋根４１上を矢印７２により示される
経路で移動し、熱伝導壁４８を包囲する環状チャンバ４６へ通る。燃焼ガスは、
燃焼チャンバ４１における燃焼により内部から加熱された熱伝導壁を通過するこ
とにより加熱されて、反応チャンバ４０内の高温ガスは、exothemeric燃料変換 処理により加熱されている。
【００６４】 入口燃料は、矢印８２により示されるように出口ポート５５を通じて反応チャ
ンバを出る少量の減損燃料ガスと混合することにより更に加熱される。燃料ガス
は、装置の操作準備状態中に、ガス流として改質が生じる改質触媒６５に到達す
る前に、約８００゜Ｃの温度へ上昇する。
【００６５】 次いで改質燃料ガスは、矢印７３により示される方式でポート５４を通じて反
応チャンバへ流れる。改質された燃料ガスは反応チャンバを上方へ通過し、燃料
セルの外側上を通過して、出口ポート５５のを通じて反応チャンバを出て、環状
チャンバ５６へ戻るか、或いはアパーチュア６３とバッフル板４７との間の間隙
とそれを通過する燃料セル６１を通る。燃料ガスは、アパチューア５０と入口管
４９との間に設けられた環状間隙が存在しているとすれば、その間隙を通じて燃
焼チャンバ４１へ出ることができる。この間隙の存在は、入口パイプ４９および
バッフル板４７についてどの材料が選択されたかということと、熱膨張率が緊密
な公差嵌合を可能とするか否かに依存する。
【００６６】 酸化ガスは、矢印７０により示されるように入口パイプ４９の入口４４を通じ
て入り、矢印７４および７５により示されるように入口パイプを通じて下降して
、その下端において出口６６へ入り、プレナムチャンバ４２へ出て、そこで矢印
７６により示されるように分散される。プレナムチャンバは燃料セル６１が開放
している燃料セル端部６２への空気の実質的に均一な供給を与える。酸化ガスは
矢印７７により示されるように燃料セル６１の開放端６２へ流通して、矢印７８
で示されるように、その内側を上昇する。
【００６７】 図５に示される実施例においては、燃料セルの陽極と陰極とは、図１に示され
る実施例と比較して逆にされている。陰極は電解質管の内面上に形成されており
、陽極は電解質管の外面上に形成されている。管の内側を通って上昇する酸化ガ
スと、管の外側の周りに存在する燃料ガスとが反応して、既に説明したように燃
料セルの内側と外側との電導層の間に電位差を形成する。これらの電導層に対す
る電気的接続は、好ましくは、プレナムチャンバ４２におけるセル６１の下端６
２にてなされ、プレナムチャンバは燃料ガスがなくなり、加熱空気のみを包含す
る通常の使用においては、適度に快適な環境である。
【００６８】 減損酸素ガスは燃料セル６１の上端６５を通り抜けて燃焼チャンバ４１へ入り
、ここで例えば、矢印８０で示されるようにアパーチュア６３を通じて通過する
減損燃料ガスを有するプラム８１として燃焼する。燃焼は、伝導壁６４および入
口管４９の過剰加熱、従って燃料ガスの余剰加熱を与えて、酸化ガスがシステム
へ導かれる。減損して燃焼した排気ガスは次いで排気出口４３を通じて装置を流
出する。
【００６９】 図５の配置は、図１のシステムよりも相当に大きな熱転移の機会を与えること
が明らかであり、熱生成領域、反応チャンバ４０および燃焼チャンバ４１は燃料
ガス入口チャンバ４６内に包含され、酸化ガス入口パイプは排気出口４３におけ
る排気ガスから過剰な熱を抽出する。システムはまた、マニホールド板５１の下
側の空気プレナムチャンバにおける装置の開始領域になる燃料セルに対する電気
的接続を与える。組み立ての観点からは、装置は外側シェル５７、５８と共に構
成されるように比較的に単純であり、それらのシェルは熱伝導壁４８、６４、マ
ニホールド板５１および基板５２上に嵌合して位置する。比較的に真っ直ぐなセ
ラミックリングシールは、これらの接続を封止するのに充分である。熱伝導壁４
８、６４はマニホールド板の段差５９上に容易に配置されて、バッフル板４７を
定位置に保持する。燃料セル６１を有するマニホールド板５１および入口管４９
は、上述したように実質的に予め組み立て得る。 従来技術を越える利点 この設計は、平坦な燃料セル設計に以下のように関連する多くの問題を解消し
得る。
【００７０】 −平坦設計の内部接続は積層の体積の８０−９０％を構成するが、これは直接
の意味での動力の発生には寄与しない。
【００７１】 −金属を用いる場合、内部接続は、セラミック材料のセルよりも非常に大きな
熱膨張率を有する。これはセラミックの割れをもたらす。その結果、処理温度へ
の加熱は緩慢になさねばならない。これは少なくとも６時間を有し、実際的では
ない。
【００７２】 −平坦設計においては、解消するのが困難である封止問題は開始および停止で
繰り返されて、シールを劣化させる。
【００７３】 −封止および接触抵抗要求は、約１００Ｎ／ｃｍ２の保持力を加えることを必
要とする。要求される操作温度において、この応力はクリープからもたらされる
問題を生じさせる。
【００７４】 −保持力を加えるためには、大型のフレームと余分な部品が要求される。
【００７５】 新たに考えられた設計はこれらの問題の多くを解消する。というのはセルが一
端のみで保持されるようになったので、膨張自在であるためである。更に、全シ
ステムが単独ピースの機器へ一体化されている。主な利点は以下の通りである。
【００７６】 −空気供給はガスブロアーまたはポンプを必要としないが、自然対流が空気を
移動させるために用いられる。
【００７７】 −燃焼した過剰な燃料から空気出口への熱の供給により、必要な処理温度に到
達して保持される。
【００７８】 −燃料セルの技術の現状は、燃料が高い水素含有量と、比較手に少量の炭化水
素とを有することを必要とする。電極面におけるガスの水素への転換の運動力学
は、充分に高くはないので、予備改質段階が必要とされる。本設計においては、
改質触媒は燃料セルの下側の燃料チャンバに配置され、改質可能燃料混合体は排
気ガスにより予備加熱されている。
【００７９】 この方式においては、通常は「プラントの平衡」と称されるものの大部分が燃
料セル積層へ集積している。これは、全体的にシステムのコストの大幅に削減す
る成果である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の一実施例による動力発生装置を部分的に模式的に示す側面正立断
面図である。
【図２】 図２は本発明の好適実施例による装着燃料セルの側面正立断面図である。
【図３】 図３は本発明の一実施例による複数の装着燃料セルとそれらに関連する支持構造
の側面正立断面図である。
【図４】 図４は本発明の他の実施例によるバンドルとして装着された複数の燃料セルの側
面正立断面図である。
【図５】 図５は本発明の好適実施例による動力発生装置を部分的に模式的に示す側断面図
である。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年６月１９日（２０００．６．１９）
【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
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気動力を発生する装置であって、 反応チャンバ内の複数の管状個体酸素燃料セルであり、そのセルの各々は、内
    側を向く反応面と、外側を向く反応面と、これらの面の各々に関連する電極とを
    有し、且つマニホールドブロック内に装着された前記セルの一端を有する管状個
    体酸素燃料セルと、 前記反応チャンバへ第１のガスを供給する第１のガス入口経路であり、その第
    １のガスが前記燃料セルの外側に沿って通過する第１のガス入口経路と、 前記燃料セルの前記装着端へ第２のガスを供給し、その第２のガスを前記燃料
    セルの内側に沿って通過させる第２のガス入口経路と、 前記マニホールドブロックから離隔する前記燃料セルの端部に隣接する前記反
    応チャンバからの排気ガス出口経路であり、排気ガスを排出口へ移送して、この
    排出口で未反応ガスが互いに燃焼し得る排気ガス出口経路と、 前記燃料セルの内側および外側において前記配管に接続される動力収集手段と
    を備え、 第１と第２のガスの一方が改質可能な燃料ガスであり、他方が酸化ガスであり
    、前記ガス通路は、前記燃料の反応面に配置に応じて各々が改質ガスと酸化ガス
    との一方を移送し、 前記改質ガス移送経路が、その内部に改質触媒を含むと共に、前記排気ガス経
    路および前記反応チャンバに熱を転移させる関係で配置されて、操作準備状態に
    おいて、その中の前記ガスが前記触媒において改質が起こることができる前記触
    媒の温度へ上昇できるようにされており、 前記酸化ガス移送経路が前記排気ガス経路および前記反応チャンバに熱を転移
    させる関係で配置されて、操作準備状態において、その中の前記ガスが、前記燃
    料セルが作動する前記燃料セルにおける反応温度へ上昇できるようにされている
    電気動力装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の電気動力装置において、バッフル壁が前記反
    応チャンバを前記排気ガス出口経路から分割し、前記管状セルが前記バッフル壁
    のアパーチュアを通じて前記排気ガス経路へ延出し、前記バッフル壁のアパーチ
    ュアが部分的な反応ガスの流れを前記反応チャンバから前記排気ガス出口経路へ
    流して、前記管状状セルの内側から吹き流される部分的に反応したガスと共に燃
    焼される電気動力装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の電気動力装置において、前記管状燃料セルの
    各々が、前記マニホールドブロックに装着されたその端部のみで支持される電気
    動力装置。
  4. 【請求項４】 請求項２記載の電気動力装置において、前記管状燃料セルの
    各々が、前記マニホールドブロックに装着されたその端部のみで支持されており
    、前記セルの各々は、前記バッフル壁におけるアパーチュアを通じて前記セルの
    全周の前記アパーチュアの縁から離隔されて、前記反応チャンバから前記排気ガ
    ス出口経路へ流れる前記部分的に反応したガスは前記アパーチュアを通じて、そ
    の壁と前記燃料セルの各々との間の空間を通じて流れる電気動力装置。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４の何れか一項に記載の電気動力装置において
    、第１ガス出口経路が、前記マニホールドの下側にプレナムチャンバを含み、前
    記端部が装着された燃料セルは前記マニホールドブロックを通じて延伸し、前記
    プレナムチャンバは前記ガスを前記端部装着燃料セルへ分散させる電気動力装置
    。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の電気動力装置において、第１ガスが前記酸化
    ガスであり、前記動力接続手段は、前記プレナムチャンバ内に配置された前記燃
    料セルの端部において前記燃料セルの前記内側および外側における前記電極へ接
    続される電気動力装置。
  7. 【請求項７】 請求項５記載の電気動力装置において、第１のガス入口経路
    が、前記マニホールドブロックを通じて前記プレナムチャンバへ延出する熱伝導
    ガス導管を含み、前記導管の第１の長さは前記反応チャンバを通じて操作準備状
    態の下で前記反応チャンバにおけるガスから熱を吸収する電気動力装置。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の電気動力装置において、前記熱伝導ガス導管
    が、前記排気ガス出口経路の少なくとも一部分を通過する第２の長さを含む電気
    動力装置。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至８の何れか一項に記載の電気動力装置において
    、第２のガス入口経路が、前記反応チャンバを包囲する環状チャンバと、この環
    状チャンバへのガス入口ポート手段と、この入口ポート手段から前記環状チャン
    バの遠方端における前記環状チャンバから前記反応チャンバへのガス出口ポート
    手段を含み、前記ガス出口ポート手段は、前記マニホールドブロックに隣接して
    位置し、前記反応チャンバと前記環状チャンバとの間の壁は熱伝導性である電気
    動力装置。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の電気動力装置において、前記反応チャンバ
    と前記環状チャンバとの間の前記壁における少なくとも一つの混合ポートを含み
    、これらのポートは前記ガス出口ポート手段から前記反応チャンバの遠方端にお
    ける前記反応チャンバと前記環状チャンバとの間で導かれ、前記混合ポートは吸
    引発生手段を有し、この吸引発生手段は、前記反応チャンバから前記環状チャン
    バへ前記混合ポートを通じてガスを抜くように前記環状チャンバをガスが通過す
    るガスの動作の下で、前記混合チャンバの近傍に隣接する前記環状チャンバにお
    ける低圧領域を形成する電気動力装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の電気動力装置にお
    いて、各々の前記燃料セルの装着端が、前記燃料セルと同様な熱膨張係数を有す
    る管状セラミック絶縁体の内側に装着された前記装着端を有し、前記セラミック
    絶縁体は前記マニホールドブロックを通じるアパーチュア内に接合され、前記マ
    ニホールドブロックは、それ自体が前記管状セラミック絶縁体と同様な熱膨張係
    数を有する材料から形成されている電気動力装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載の電気動力装置において、前記燃料セルが
    、イットリア安定化ジルコニア電解質を基礎としており、前記絶縁体がガラスセ
    ラミック材料であり、前記マニホールドブロックがフェライトステンレス鋼であ
    る電気動力装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の電気動力装置にお
    いて、前記燃焼領域内に点火手段を含み、この点火手段は、前記酸化ガスの存在
    中における前記燃料ガスを点火するのに充分な局所的な熱を発生させる電気動力
    装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３記載の電気動力装置において、システム制御手
    段を含み、このシステム制御手段は、前記点火手段と、動力発生に要求されるよ
    りも実質的に高い流量率で始動中に前記燃料ガスを流す前記燃料ガスの流量率と
    を制御でき、前記ガス流を点火して、前記マニホールドブロックにおいて約８０
    ０゜Ｃの温度が達成されるまで、前記ガス流を前記実質的に高率に保持する電気
    動力装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１乃至１４の何れか一項に記載の電気動力装置を含
    む空間ヒーターであり、前記排気ガスが空間加熱のために利用され、且つ前記発
    生した動力が他の適用のために分配される空間ヒーター。
  16. 【請求項１６】 実質的に図１を参照して説明され、且つ図１に図示された
    如き電気動力を発生する装置。
  17. 【請求項１７】 実質的に図５を参照して説明され、且つ図５に図示された
    如き電気動力を発生する装置。
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