JP2009537065A5

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Publication number: JP2009537065A5
Application number: JP2009510182A
Authority: JP
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2027-05-11

Claims

固体酸化物型燃料電池デバイスであって、
動作反応温度まで加熱されるように構成された第１の長さ方向の部分にそった反応帯と前記反応帯が加熱されたときに前記動作反応温度より低い温度のままであるように構成された第２の長さ方向の部分にそった少なくとも１つの低温帯とを有する細長いチューブと、
それぞれの燃料および酸化剤入口からそれぞれの燃料および酸化剤出口まで前記第１および第２の長さ方向部分のそれぞれの少なくとも一部にそって長さ方向に延びる複数の燃料および酸化剤流路、
それぞれの燃料流路に結合されたアノードと少なくとも前記反応帯内のそれぞれの酸化剤流路に結合されたカソードであって、前記アノードおよびカソードは、互いに対向関係となるように配置されている、前記アノードおよび前記カソードと、
対向するアノードとカソードとの間に配置された固体電解質とを備える固体酸化物型燃料電池デバイス。
さらに、前記アノードに電気的に結合されている前記少なくとも１つの低温帯内の前記細長いチューブ上の第１の外側接触面と、前記カソードに電気的に結合されている前記少なくとも１つの低温帯内の前記細長いチューブ上の第２の外側接触面と、前記第１の外側接触面に接続する第１の電気的接続部と、前記第２の外側接触面に接続する第２の電気的接続部とを備える請求項１に記載の燃料電池デバイス。
前記細長いチューブは、らせん状構成の断面を有する請求項１に記載の燃料電池デバイス。
前記細長いチューブは、同心円状構成の断面を有する請求項１に記載の燃料電池デバイス。
さらに、
燃料流を前記燃料流路内に供給するため前記燃料入口に結合されている燃料供給源と、
空気流を前記酸化剤流路内に供給するため前記酸化剤入口に結合されている空気供給源とを備える請求項１に記載の燃料電池デバイス。
前記燃料供給源および前記空気供給源は、前記少なくとも１つの低温帯に固定された柔軟なゴムまたはプラスチックのチューブによりそれぞれ結合される請求項５に記載の燃料電池デバイス。
固体酸化物型燃料電池システムであって、
高温帯室と、
それぞれ前記高温帯室内の前記反応帯とともに配置され、前記少なくとも１つの低温帯は前記高温帯室の外へ延びる、請求項１に記載の複数の前記固体酸化物型燃料電池デバイスと、
前記高温帯室に結合され、前記高温帯室内の動作反応温度まで前記反応帯を加熱するように適合された熱源と、
前記燃料流路内に燃料流を供給するため前記燃料入口と流体で連絡している前記少なくとも１つの低温帯に前記高温帯室の外で結合されている燃料供給源と、
前記酸化剤流路内に空気流を供給するため前記酸化剤入口と流体で連絡している前記少なくとも１つの低温帯に前記高温帯室の外で結合されている空気供給源とを備える固体酸化物型燃料電池システム。
さらに、前記熱源と前記少なくとも１つの低温帯を前記動作反応温度よりも低い温度に維持するように適合される前記少なくとも１つの低温帯との間に絶縁領域を備える請求項７に記載の燃料電池システム。
さらに、前記アノードと電気的に接触している前記少なくとも１つの低温帯内の第１の外側接触面との第１の電気的接続部および前記カソードと電気的に接触している前記少なくとも１つの低温帯内の第２の外側接触面との第２の電気的接続部を備える請求項７に記載の燃料電池システム。
前記細長いチューブを前記高温帯室内の前記反応帯とともに配置し、前記少なくとも１つの低温帯は前記高温帯室の外側に延びる段階と、
燃料供給源を前記燃料入口と流体で連絡している前記高温帯室の外側に結合する段階と、
空気供給源を前記酸化剤入口と流体で連絡している前記高温帯室の外側に結合する段階と、
前記第１および第２の低温端部領域を３００℃未満の低い温度に維持しながら前記高温帯室内に熱を加えて前記反応帯を４００℃よりも高い動作温度まで加熱する段階と、
前記それぞれの燃料および酸化剤入口を通して燃料および空気を前記加熱された反応帯内の前記それぞれの燃料および酸化剤流路に供給し、これにより、前記燃料と空気が反応し、前記それぞれの第１および第２の外側接触面に移動し、前記それぞれの第１および第２の電気的接続部に移動する電子を発生する段階とを含む請求項２に記載のデバイスを使用する方法。
前記少なくとも１つの低温帯を３００℃未満の低い温度に維持しながら前記高温帯室内に熱を加えて前記反応帯を４００℃よりも高い動作温度まで加熱する段階と、
前記それぞれの燃料および空気供給源から前記それぞれの燃料および空気通路内に燃料および空気を供給し前記加熱された反応帯に送り、前記燃料と空気を反応させ、前記それぞれの第１および第２の外側接触面に移動し、前記それぞれの第１および第２の電気的接続部に移動する電子を発生する段階とを含む請求項９に記載のシステムを使用する方法。
固体酸化物型燃料電池デバイスであって、
第１のチューブ端と対向する第２のチューブ端との間に定められたチューブ長を有するらせん状に巻かれた細長いチューブ、動作反応温度よりも低い温度を保つように構成された前記第１のチューブ端に隣接する第１の低温端部領域、前記動作反応温度よりも低い温度を保つように構成された前記第２のチューブ端に隣接する第２の低温端部領域、及び前記第１の及び第２の低温端部領域との間の前記動作反応温度まで加熱されるように構成された反応帯と、
前記第１の低温端部領域内の燃料入口および前記反応帯内のそれぞれの燃料出口であって、前記細長いチューブ内の前記反応帯を少なくとも部分的に貫通する細長い燃料流路により間を結合されている前記燃料入口および燃料出口と、
前記第２の低温端部領域内の酸化剤入口および前記反応帯内のそれぞれの酸化剤出口であって、前記細長い燃料流路と平行で対向する関係にある前記細長いチューブ内の前記反応帯を少なくとも部分的に貫通する細長い酸化剤流路により間を結合されている前記酸化剤入口および酸化剤出口と、
前記細長いチューブ内の前記反応帯内の前記燃料流路に隣接し、前記第１および第２の低温端部領域の少なくとも一方の中の前記細長いチューブ上の第１の外側接触面に電気的に結合されたアノードと、
前記細長いチューブ内の前記反応帯内の前記酸化剤流路に隣接し、前記第１および第２の低温端部領域の少なくとも一方の中の前記細長いチューブ上の第２の外側接触面に電気的に結合されたカソードと、
前記アノードとカソードとの間の固体電解質とを備える固体酸化物型燃料電池デバイス。
固体酸化物型燃料電池デバイスであって、
第１のチューブ端と対向する第２のチューブ端との間に定められたチューブ長を有する細長いチューブ、動作反応温度よりも低い温度を保つように構成された前記第１のチューブ端に隣接する第１の低温端部領域、前記動作反応温度よりも低い温度を保つように構成された前記第２のチューブ端に隣接する第２の低温端部領域、および前記第１の低温端部領域と第２の低温端部領域との間の前記動作反応温度まで加熱されるように構成された反応帯と、
前記第１のチューブ端から少なくとも部分的に前記反応帯を通り前記第２のチューブ端に向かって延びる複数の間隔をあけて並ぶ同心円状環状燃料流路と、
前記複数の燃料流路と交互の同心円状の関係を保ちつつ前記第２のチューブ端から少なくとも部分的に前記反応帯を通り前記第２のチューブ端に向かって延びる複数の間隔をあけて並ぶ同心円状環状酸化剤流路と、
前記反応帯または前記複数の燃料流路のうち一番内側の流路から前記細長いチューブの外面まで延び、前記複数の燃料流路のそれぞれに対し流体的に開き、前記複数の酸化剤流路に対し流体的に閉じられる前記第２の低温端部領域のうちの１つの燃料出口と、
前記反応帯または前記複数の酸化剤流路のうち一番内側の流路から前記細長いチューブの前記外面まで延び、前記複数の酸化剤流路のそれぞれに対し流体的に開き、前記複数の燃料流路に対し流体的に閉じられる前記第１の低温端部領域のうちの１つの酸化剤出口と、
前記反応帯および前記第１の低温端部領域内の前記複数の燃料流路のそれぞれの中に敷かれ、前記第１の低温端部領域内の前記細長いチューブ上の第１の外側接触面に電気的に結合されたアノードと、
前記反応帯および前記第２の低温端部領域内の前記複数の酸化剤流路のそれぞれの中に敷かれ、前記第２の低温端部領域内の前記細長いチューブ上の第２の外側接触面に電気的に結合されたカソードと、
対向するアノードとカソードを分離する隣接する燃料および酸化剤流路のそれぞれの間にある環状固体電解質層とを備える固体酸化物型燃料電池デバイス。
固体酸化物型燃料電池デバイスであって、
最大の寸法である長さを有し、これにより前記長さと同じ広がりを持つただ１つの主軸を有する熱膨張率を有する細長い基板、前記長さにそって配置される対向する第１および第２の側部、動作反応温度まで加熱されるように構成された前記長さの第１の部分にそって配置される反応帯、および前記反応帯が加熱されたときに前記動作反応温度よりも低い温度のままになるように構成された前記長さの第２の部分にそって配置される少なくとも１つの低温帯と、
前記反応帯において前記細長い基板内の複数のカソードと対向する関係にある複数のアノードおよび前記対向するアノードおよびカソードのそれぞれの間に配置された電解質を備え、前記複数のアノードおよびカソードのそれぞれが前記細長い基板内から前記対向する第１および第２の側部のうちの１つの側部まで延びそれぞれの複数の露出アノードおよびカソード表面への電気的経路を形成する１つまたは複数のタブ部分を有する、第１の多層アノードカソード構造と、
前記アノードおよびカソードを直列および／または並列に電気的に接続するために前記露出アノードおよびカソード表面上の前記対向する第１および第２の側部のうちの一方または両方上の複数の外部コンタクトパッドとを備える固体酸化物型燃料電池デバイス。
固体酸化物型燃料電池デバイスであって、
最大の寸法である長さを有し、これにより前記長さと同じ広がりを持つただ１つの主軸を有する熱膨張率を有する細長い基板、動作反応温度まで加熱されるように構成された前記長さの第１の部分にそって配置される反応帯、および前記反応帯が加熱されたときに前記動作反応温度よりも低い温度のままになるように構成された前記長さの第２の部分にそって配置される少なくとも１つの低温帯と、
前細長い基板の前記担持構造を形成する多孔質担持電極材料と、
前記少なくとも１つの低温帯内の第１の流体入口に結合され、少なくとも部分的には前記反応帯を通り前記反応帯または対向する低温帯のうちの一方の中の第１の流体出口まで延びている多孔質担持電極材料内の１つまたは複数の第１の流体流路と、
前記１つまたは複数の第１の流体流路内に敷かれる電解質および前記電解質を覆う第１の電極材料であって、前記電解質は前記１つまたは複数の第１の流体流路内の前記第１の電極材料を前記周囲の多孔質担持電極材料から分離し、前記多孔質担持電極材料は、アノード材料またはカソード材料のうちの一方であり、前記第１の電極材料は、前記アノード材料または前記カソード材料のうちの他方である、前記電解質および前記第１の電極材料と、
前記第１の電極材料に電気的に結合され、前記少なくとも１つの低温帯の第１の外面に置かれる第１の電気的接触面および前記多孔質担持電極材料に電気的に結合され、前記少なくとも１つの低温帯の第２の外面に置かれる第２の電気的接触面であって、それぞれ前記動作反応温度よりも低い前記温度で電気的に接続する、前記第１および第２の電気的接触面とを備える固体酸化物型燃料電池デバイス。