JPH06196197A - イオン伝導装置のモジュールおよびイオン伝導装置におけるイオン伝導要素積層体の多段モジュール装置 - Google Patents

イオン伝導装置のモジュールおよびイオン伝導装置におけるイオン伝導要素積層体の多段モジュール装置

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JPH06196197A
JPH06196197A JP5179024A JP17902493A JPH06196197A JP H06196197 A JPH06196197 A JP H06196197A JP 5179024 A JP5179024 A JP 5179024A JP 17902493 A JP17902493 A JP 17902493A JP H06196197 A JPH06196197 A JP H06196197A
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ion
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Ashok C Khandkar
アシヨツク・シイ．カンドケアー
Singaravelu Elangovan
シンガラヴエル・エランゴヴアン
Joseph J Hartvigsen
ジヨセフ・ジエイ．ハートヴイグセン
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Ceramatec Inc
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SERAMATETSUKU Inc
Ceramatec Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】コンパクトで、しかも離れた電解質要素を通る
ガス流を適切にして要素に対してガスを十分に反応さ
せ、均一な作用温度を維持するのを助けるモジュラ形式
のイオン伝導装置の提供。 【構成】イオン伝導電解質要素の積層体のモジュラ装置
(10)は、複数の離して積層されたソリッドステートイオ
ン伝導電解質要素(12)を有し、積層体はさらに中央前室
(14)の周りに規定の間隔で配置されている。複数のガス
流通路(18, 20)は、反応ガスが要素の間を循環しうるよ
うに、電解質要素の間の空間に設置されている。一対の
マニホルド板(24A, 24B)が電解質要素の両側に設置さ
れ、要素を間に挟持している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明はソリッドステートイオン伝導電解
質要素の積層体用の装置およびマニホルドに関し、とく
に、多段モジュール積層体イオン伝導装置を組立てる装
置およびマニホルドに関する。固体イオン伝導電解質要
素は通常、要素を通る特定のサイズまたは型のイオンを
伝導しうる複数の電解質要素から構成されている。この
可能性を有する物質は酸化ビスマス、酸化セリウムのよ
うなセラミック金属酸化物、ポリマ電解質膜および固定
された溶融電解質膜を含んでいる。膜は金属酸化物より
適応性があるが同じように作用する。ある大きさの分子
が膜を通って拡散することができる大きさの孔を有する
ゼオライト膜は、特殊なイオン伝導用である。金属酸化
物または膜電解質の各型は異なったイオン伝導用に使用
されている。電解質要素はしばしば平らな板として構成
され、その平らな面の一方または双方の部分に導電性電
極材料を取付けられる。電解質の板でカバーされた電極
が荷電しない形式のイオンの種を含むガスに接触すると
き、電気化学的反応が電極と荷電しない種の間に発生し
特殊なイオンを発生する。
【０００２】イオン伝導容量は複数の電解質板を積層し
て配置することによって増加し、その際各板は導電性の
スペーサまたはインタコネクタによって隣接する板から
分離される。スペーサはイオン伝導活性化に必要な反応
ガスが電解質板の間を流れることができるようにし、電
極カバー表面と接触する。スペーサはこの技術において
公知の溝付きインタコネクタまたはある用途において特
殊な利点を生ずる他の種々な形状のものとすることがで
きる。溝付きインタコネクタは通常インタコネクタの反
対側の面に溝付きまたは通路付き面を有し、一側の溝は
他側の溝に対して９０°偏倚している。スペーサの他の
形状は内部に分岐したインタコネクタを有し、スペーサ
バーまたは要素はイオン伝導板の間に設置される。イオ
ン伝導電解質、とくに金属酸化物の板は燃料電池、蒸気
電解槽、酸素濃縮装置および他の型の電気化学的反応装
置に利用されている。燃料電池として使用されるとき、
Ｈ2 ，ＣＨ4 含有ガス、合成ガスまたは軽質炭化水素燃
料のような燃料ガスは、離れた電解質板の一面に供給さ
れ、空気が板の反対側の面に供給される。酸素濃縮装置
として使用されるとき、空気は板の一面に供給され、純
粋な分子酸素が他の面から収集される。イオン伝導電解
質を使用する他のイオン伝導装置も同様に作用するが構
造的に変更され異なった反応ガスが使用される。
【０００３】燃料電池において、離れた電解板の間を流
れるガスは板の面に取付けられた電極材料に接触しかつ
それと反応する。たとえば、電極面において電気化学的
反応が起こり、空気からＯ-2のようなイオン種が製造さ
れ板を通って伝導され反対側に水およびＣＯ2 を形成す
る。通常の燃料電池の場合、この化学的反応は下記の式
によって説明される。 空気側： ８ｅ- ＋２Ｏ2 −−−−−→４Ｏ-2 燃料側： ＣＨ4 ＋４Ｏ-2−−−−−→ＣＯ2 ＋２Ｈ2
Ｏ＋８ｅ- 板の両側の二つの電極が電気的に接続されているなら
ば、電流が二つの電極面の間の電子通路を通して得られ
る。この反応は板が作用温度に達したときに起こり、そ
の温度はセラミック酸化物基燃料電池では約 600〜1000
℃であり、ポリマおよび溶融電解質膜に対してはそれよ
り低い。電気化学的反応によって放出されるエネルギは
作用温度を維持するのに役立つ。電解質板を通るＯ-2イ
オンの伝導は板の両側におけるＯ2 の分圧の差に基づ
く。電流装置においては、板を通して与えられる電位差
は反応を推進するのに役立つ。燃料ガスおよび空気は通
常マニホルドによってイオン伝導電解質積層体に供給さ
れる。ガス供給マニホルドは積層体の側面に取付けら
れ、反応ガスは離れた電解質板の間に供給される。同様
に、ガス収集マニホルドが積層体の作用中製造されたガ
スを収集するため積層体に取付けられる。
【０００４】イオン伝導装置からの出力の増加はいくつ
かの積層体を一緒に配置し、積層体を直列または並列に
接続することによって得られる。並列接続は装置が積層
体の一つが故障しても作用を継続することができるよう
にし、一方直列接続は燃料電池からの出力の増加のよう
な他の利点を生ずる。積層体にはそれぞれ反応ガスを供
給しなければならずそこでマニホルドの使用が必要にな
る。積層体がブロック式に配置され、その際積層体が互
いに接近して位置決めされるならば、マニホルドにはす
べて同様に配置されたガス流通路を取付けることができ
る。しかしながら、この装置にはいくつかの問題点があ
る。電解質板の間のガスの流れは、積層体の詰込み加え
て、積層体下流の冷却を不十分にするため制限される。
さらに下流の積層体は反応種が一部なくなった燃料をう
け取る。積層体の詰込みおよび燃料ならびに空気流の減
少は集合体を均一な温度に維持することを妨げ、さらに
装置の効率を低下させる。この型の積層体およびマニホ
ルド装置は、かなりの困難性および新しいマニホルドの
製造なしに、これ以上積層体を追加することはできな
い。
【０００５】積層体に対するガスの供給、排出に関する
他の選択は、各積層体に別々仕分けることである。この
選択は積層体を均一な加熱およびガス流を促進するよう
なパターンに配置することができるが、しかしながら装
置を大型化し、製造を困難にする。マニホルドシールの
数の増加は、マニホルドとシールの間の漏洩発生の可能
性を増加する。もしガスマニホルドに漏洩が起こると燃
料は空気によって稀釈され、電解質板の燃料側における
化学的反応に関与するそのポテンシャルをいちじるしく
損なう。現存の固体イオン伝導装置におけるイオン伝導
電解質要素の積層体装置は、電気的通路要素の酸化に関
する問題に悩んでいる。電気的要素はしばしば空気の酸
化性雰囲気にさらされるため、ニッケルのような安価な
電子伝導材料はその酸化傾向のため使用することができ
ない。そこで、電気的通路要素の早期の故障を生ずる酸
化を回避するため、銀、白金等の高価な材料の使用が必
要になる。
【０００６】本明細書において使用される用語を下記の
ように定義する。イオン伝導電解質要素とは、特殊な種
または大きさのイオンを伝導しうる材料から構成された
板または膜であって、要素の少なくとも一方の面に取付
けられた伝導性材料を備えている。積層体とは、横に並
べてまたは上下に積まれた複数の電解質要素であって、
各要素は隣接する要素から要素間に挿入された複数のス
ペーサまたはインタコネクタによって離され、かつ一体
に接合されて剛性的ユニツトを形成している。モジュー
ルとは、複数の積層体を有する構造物であって、他のモ
ジュールと整合して組合わせ、配置される。モジュール
集合体とは、整合して配置された複数のモジュールであ
る。モジュール集合体は通常一緒に接合され剛性的ユニ
ツトを形成している。モジュール集合体の各モジュール
層を段と称する。
【０００７】本発明は、イオン伝導装置におけるイオン
伝導電解質要素のマニホルドおよび積層体の装置に関
し、現存する装置の有する多くの欠点を解消するもので
ある。装置はコンパクトで、しかも離れた電解質要素を
通るガス流を適切にして要素に対して十分な反応ガスを
供給する。ガス流の特性は勝れた作用効率を示し、均一
な作用温度を維持するのを助ける。装置はモジュー型
で、イオン伝導容量をイオン伝導モジュールを付加して
所要の大きさのモジュール集合体を形成することにより
特殊な用途の要求に対して調節することができる。各モ
ジュールに含まれた電解質要素の積層体は、中央前室の
周りに全体的に半径方向パターンに規定の間隔で配置さ
れる。各積層体は、その電解質要素が立てて全体的に平
らにかつ平行になるように配置され、各積層体は中央前
室を通る縦軸線に対してほぼ同じ半径方向位置および配
置を有する。電解質要素を立てて設置することにより、
離れた要素間の複数の縦のガス流通路は全体的に中央前
室の縦軸線と平行になり、一方複数の横方向ガス流通路
は全体的に中央前室に垂直にかつ半径方向に延びる。
【０００８】複数のガス流通孔を有しかつ前室孔が貫通
する一対の全体的に円形のマニホルド板は、各モジュー
ルの半径方向に設置された積層体の上下に位置決めしか
つ取付けられる。複数のモジュールがモジュール集合体
に組立てられるとき、全体的に円形のマニホルド板がモ
ジュールの各段を分離する。マニホルド板は、ガス流通
孔が開口の周りを縦方向ガス流通路に対してシールし、
前室孔が中央前室に対して開口するように、積層体に接
合される。形成された複数のガス流通路は、積層体上方
のマニホルド板のガス流通孔を通り、積層体の縦方向ガ
ス流通路を通りまた積層体下方のマニホルド板のガス流
通孔を通って縦方向に延びる。これらの通路は、モジュ
ールの電解質要積層体に対してガスを供給、排出するた
め使用される。複数の内、外シールは各モジュールの隣
接する積層体の間に設置される。内、外シールは中央前
室をシールし、前室を通過するガス流は隣接する積層体
の接続部を通って漏洩する代わりに、前室から半径方向
に設置された横方向ガス流通路を通って流れるように拘
束される。
【０００９】前室の孔はマニホルド板の中央区域に設置
され、中央前室と流体的に連通している。この装置によ
って形成されるガス通路は、前室孔を通り中央前室に延
び、ついで中央前室からモジュールの横方向ガス流通路
を通って半径方向外方に延びている。積層体およびマニ
ホルド装置はイオン伝導装置の出力対容積比を増加す
る。装置の作用および信頼性は、改善された流れ特性お
よびガス流通路のシールの数の減少により、改善され
る。積層体の個々の要素間の温度均衡は迅速に達成、維
持される。電気的通路は完全に還元性雰囲気内に保持さ
れる。この特徴は電解質要素間の電気的通路における貴
金属の使用の必要性を解消する。燃料ガスの利用率はガ
スを一連のモジュールを通して送り、それが各モジュー
ルに入る前に改質することによって改善される。装置の
設計は簡単で、現存する装置より容易に製造することが
できる。ガス状製品の分離は、各モジュールの積層体か
らの製品ガスが中央前室から収集できるため一層容易に
なる。装置のモジュラ集積度は、イオン伝導装置を特定
の用途の要求に従って構成することができる。モジュー
ル積層体およびマニホルド装置の構成および作用は、図
面および下記の記載から一層良く理解しうるであろう。
【００１０】図１を参照すると、本発明に従って配置さ
れたイオン伝導モジュール１０の好ましい実施例は、中
央前室１４の周りに全体として円形に並べて配置された
イオン伝導電解質要素の６個の積層体１２のを有する。
実際二つ以上の積層体の数も特定の用途に従って使用す
ることができる。積層体はそれぞれ複数のイオン伝導電
解質要素の平らな板を有する。電解質要素の好ましい材
料は、金属ジルコニア、セリア、ハフニア、トリア、ビ
スマスの酸化物であるが、他のソリッドステート電解質
材料も使用することができる。ポリマ電解質膜および固
定化液体または溶融電解質膜は金属酸化物の板の代わり
に使用することができる。ガス流通溝を板の表面に成型
された一体の板も平らな金属板の代わりに使用すること
ができる。積層体当たりの通常電解質板の数は４０であ
るが、他の板の数も使用することができる。電解質板の
通常の大きさは１０cm×１０cmであるが、種々の用途に
従って変化することもできる。積層体１２は中央前室１
４の周りに配置され、セラミック電解質板は、互いに積
重ねるよりむしろ横に並べて、積層される。図２にもっ
ともよく示されたように、積層体を立てて積層しまたス
ペーサまたはインタコネクタも立てて積層している。こ
の配置は一組の縦方向ガス流通路１８を縦方向にかつ全
体として中央前室１４の縦軸線２２に整合し、一組の横
方向ガス流通路２０は中央前室１４から横方向かつ全体
的に半径方向に延びている。
【００１１】ふたたび図１を参照すると、一対の全体的
に円形のマニホルド板２４Ａおよび２４Ｂが積層体１２
の上下に設置されている。マニホルド板は２４Ａ，２４
Ｂは電解質要素に使用された材料と同じまたは同等のセ
ラミック材料から構成されるか、または高い作用温度に
耐えうる金属から構成することもできる。マニホルド板
２４Ａ，２４Ｂは中央前室孔２６および複数の長方形の
ガス流通孔２８を備えている。中央前室孔２６は、中央
前室１４および中央前室から半径方向に延びる横方向ガ
ス流通路２０と流体的に連通している。長方形のガス流
通孔２８はそれぞれその間に挾持された一組の縦方向ガ
ス流通路１８と流体的に連通している。マニホルド板が
金属から構成されているならば、高い作用温度に耐えう
る電気絶縁材料が電解質要素の電気的短絡を防止するた
めガス流通孔２８の周囲に配置される。別の実施例にお
いて、マニホルド板は互いに嵌合して図示の板を形成す
る多数の小片から構成される。図１，３および６にもっ
ともよく示されたように、複数の外部の積層体シール３
０および内部の積層体シール３２が、積層体の間の空間
をシールするため、隣接する積層体１２の間に設置され
る。積層体シール３０，３２は電解質要素およびマニホ
ルド板に使用されたセラミック材料と同じまたは同等の
材料から構成することができるか、または耐高温金属か
ら構成される。
【００１２】図４を参照すると、マニホルド板２４Ａ，
２４Ｂは積層体１２および内、外スペーサ３０，３２の
上下に設置されている。マニホルド板、内、外スペーサ
および積層体が図示のように組立てられる前にシールガ
ラスによって処理されるとき、集合体全体は集合体を熱
処理することによって結合され、剛性モジュールとされ
る。好ましくは、積層体１２は結合してモジュールにさ
れる前、別々に熱的に処理され、そして結合される。そ
うでなければ、複数のモジュール１０は図５に示すよう
に積重ねてモジュラ集合体とし、シールガラスによって
被覆され、ついで全モジュラ集合体は熱的に結合され
る。図５のモジュラ集合体に組立てられたとき、集合体
の中央のマニホルド板は孔の配置に関して同じである。
ある用途においては、ガス供給源および収集装置へのガ
ス孔の連通を容易にするため、マニホルド板は組立ての
終りに取付けられる。種々の数のモジュール１０の部材
が所要の出力を得るためモジュラ集合体に設置される。
マニホルド板２４Ａ，２４Ｂを積層体１２および内、外
シール３０，３２に結合されると、中央前室孔２６を通
って中央前室１４に侵入するガスは積層体１２の横方向
ガス流通路２０を通って外方に流れる。同様に長方形の
ガス流通孔２８を通って侵入するガスは縦方向ガス流通
路１８を通って流れるよう拘束される。図５に示された
構造において、中央前室１４はすべてのモジュールを通
って延長し、各モジュールの積層体１２の横方向流ガス
通路２０と流体的に連通する。同様に、連続した流体通
路が長方形のガス流通孔２８および上下に積重ねられた
モジュールの積層体の縦方向ガス流通路１８を通って形
成される。連続した流体通路は図７にもっともよく示さ
れている。
【００１３】図５に示された積層モジュラ装置はいくつ
かの重要な利点を有する。前記のように、電解質要素を
通るイオン伝導は要素の両側にある荷電されていない種
の分圧の差によって駆動される。分圧の差はイオン種が
消費されるにつれて減少するため、反応の化学的ポテン
シャルは電解質要素の長手方向へのガス流をさらに減少
する。同様に、反応が進行するとき、電解質要素の両側
で消費された反応物分圧は低下し、反応の効率を一層低
下する。その結果、分極が生じ、反応の駆動力は反応物
の消費および最終生成物の生産から低下する。図５およ
び図７に示された多段型の実施例において、反応ガスの
消費は各モジュールにおいて同じ割合で生ずる。中央前
室によって示される流れ特性のため、各モジュールは前
室から新鮮なガスを供給される。反応生成物は段から段
に蓄積されることはなく分極は最少になる。酸素濃縮機
においても同様の事態が起こる。酸素は電解質要素を通
って伝導され、要素両側の酸素分圧の差はまず減少し、
ついで要素の生産側に純酸素が蓄積すると増加し始め
る。このことは酸素の濃縮が酸素が移動しなければなら
ない側において増加するため“逆起電力”を生ずる。段
装置は“逆起電力”を最小にするが、その訳は純酸素が
各階段から同時に収集されるからである。
【００１４】階段装置による分極の極小化はまた階段間
の温度差を一層小さくする。電解質要素が分極されると
燃焼が少なくなるため、燃焼から発生する熱も少なくな
る。温度変化は分極が起こるとガスの流通路に沿って起
こる。図１ないし図７に図示された電解質積層体装置に
おいて、各モジュールは要素の長手方向に沿う反応物の
分圧の降下を最小にするのにもっともよい大きさの電解
質要素を有する。“戻り効果？”および温度変化は電解
質要素の長手方向に沿って減少し、一方モジュールの各
段からの出力の総和は長い電解質要素が使用されるより
も一層大きい。性能は各段間の空間２５に、つぎのモジ
ュールのガス流通路に入る前に反応ガスを再生するニッ
ケル基触媒のような物質を充填することによって改善す
ることができる。反応ガスの段間再生は反応物の消費お
よび反応生成物の生産による分圧の低下の後、ガスを均
衡させるのに役立つ。
【００１５】作用の好ましい方法において、空気のよう
な反応ガスが中央前室１４に導入され、横方向ガス流通
路２０を通って流れ、一方Ｈ2 ，ＣＨ4 のような別の反
応ガスは長方形のガス流通孔２８を通って縦方向ガス流
通路１８に導入される。いくつかの原因のため、燃料に
対しては縦方向ガス流通路が好ましい。マニホルド板２
４Ａ，２４Ｂの長方形ガス流通孔２８と燃料電池積層体
１２の間のシールは、内、外一次シール３０，３２と燃
料電池積層体１２の間のシールよりも一層丈夫でかつ一
層有効である。燃料ガスが空気と確実に混合しないよう
にするため、一層有効なシールを燃料ガス流通路に沿っ
て設置することが望ましい。これに反して、内、外のシ
ール３０，３２は単に空気通路をシールして確実に空気
を横方向ガス流通路に送込むためのものに過ぎない。こ
のシールは、単に中央前室内の空気を中央前室外の空気
からシールするに過ぎないため、有効という程でもなく
また有効である必要もない。本発明の集合体における僅
かな空気の漏洩量は装置の効率に影響しない。
【００１６】しかしながら燃料ガス通路に漏洩が生じて
空気と燃料ガスが混合すれば、通常電解質要素を通して
発生する電気化学的反応は、代わりに、燃料ガス流内に
おいて発生する。反応生成物は同じであるが、反応によ
って放出された電子は電気的要素によって動力化され
ず、このような燃料消費からはいかなる電流も発生され
ない。前記ガス通路に対する他の理由は、燃料ガスの濃
度が全体的に空気よの密度より小さいことである。本発
明において各積層体は空気を前室からうけ入れ、空気は
その後他の積層体に送られることはない。この空気流装
置は燃料通路の多段流通パターンに対して一層釣合いの
取れた圧力降下を生ずる。
【００１７】本発明はある程度の特殊な構造に関して記
載されたが、図示された実施例の細部に対する参照は単
なる例示であって、構造の詳細に関する数多くの変更が
特許請求の範囲の記載範囲から離れることなくなしうる
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層体およびマニホルド装置によって
構成されたモジュールの６個の積層体の実施例の展開斜
視図である。
【図２】積層体の一部を通る横方向および縦方向ガス流
通路を示す、図１における円形部分Ａの拡大斜視図であ
る。
【図３】頂部マニホルド板を除去した、図１の６個の積
層体のモジュールの実施例の平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う、頂部マニホルド板を有
する、立断面図である。
【図５】モジュライオン伝導装置集合体に組込まれた複
数の各４個の積層体モジュールの実施例の斜視図であ
る。
【図６】頂部マニホルド板を除去した、図５のモジュラ
集合体の平面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線に沿う、頂部マニホルドを有す
る、立面図である。
【符号の説明】 １０ イオン殿堂モジュール １２ 積層体 １４ 中央前室 １６ スぺーサ １８ 縦方向ガス流通路 ２０ 横方向ガス流通路 24Ａ マニホルド板 24Ｂ マニホルド板 ２５ 段間空間 ２６ 中央前室孔 ２８ ガス流通孔 ３０ 積層体シール ３２ 積層体シール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シンガラヴエル・エランゴヴアン アメリカ合衆国．ユタ・84094．サンデイ. サウス・ドライ・クリーク・ロード. 11562 (72)発明者 ジヨセフ・ジエイ．ハートヴイグセン アメリカ合衆国．ユタ・84037．サウス・ 400・イースト・ケイスビル．1529

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 イオン伝導装置のモジュールにおいて、
    前記モジュールが複数の積層体として配置された複数の
    固体イオン伝導電解質であって、前記各積層体の連続し
    た前記解質要素が全体的に平行な関係に立てて位置決
    め、配置されかつ複数のスペーサによって隔離され、前
    記積層体は前室縦軸線を有する中央前室の周りに全体的
    に円形に並んで規定の間隔で配置された前記複数の固体
    イオン伝導電解質、 前記隔離した電解質要素の間の空間における複数の縦、
    横方向のガス流通路であって、前記縦方向ガス流通路は
    全体的に前記前室縦軸線に整合し、前記横方向ガス流通
    路は全体的に前記前室縦軸線の横方向にかつ半径方向に
    延び、前記横方向ガス流通路は前記中央前室に流体的に
    連通した前記複数の縦、横方向のガス流通路、 イオン伝導要素の隣接する積層体の間に設置された複数
    のシールであつて、前記シールが隣接する積層体を接続
    する前記複数のシール、 前記積層体およひその間の前記シールに対してシールさ
    れかつそれらを挟持する一対のマニホルド板であって、
    前記マニホルド板は前記前室と流体的に連通する前室孔
    を有し、複数のガス流通孔が前記縦方向ガス流通路と流
    体的に連通する前記マニホルド板、および、 前記積層体を電気的に直列にまたは並列に電気的に接続
    する装置を有することを特徴とするイオン伝導装置のモ
    ジュール。
  2. 【請求項２】 イオン伝導装置におけるイオン伝導要素
    積層体の多段モジュール装置において、 複数の積層しうる段を有し、前記段はそれぞれ、 前記各積層体の前記要素が立てて設置された複数の積層
    体として配置された複数の固体イオン伝導要素であっ
    て、隣接する要素が全体的に平行に配置されかつ複数の
    スペーサによって隔離され、前記積層体は前室縦軸線を
    有する中央前室の周りに全体的に円形に並べて規定の間
    隔で配置された前記複数の固体イオン伝導要素、 前記隔離された電解質要素の間の空間における複数の
    縦、横方向ガス流通路であって、前記縦方向ガス流通路
    は全体的に前記前室縦軸線に整合しかつ前記各段を通っ
    て延長し、前記横方向ガス流通路は前記前室縦軸線の全
    体的に横方向にかつ半径方向に延びる前記複数の縦およ
    び横方向ガス流通路、 各段の隣接するイオン伝導積層体の間に設置された複数
    のシールであって、 前記シールは前記中心前室の周囲に配置された隣接する
    積層体の間の接続部をシールする前記複数のシール、 各段の前記イオン伝導積層体および前記シールに対して
    シールされかつそれらを挟持する複数のマニホルド板で
    あって、前記マニホルド板は前記前室と流体的に連通す
    る前室孔、および前記縦方向ガス流通路に流体的に連通
    する複数のガス流通孔を有する前記複数のマニホルド
    板、および前記積層体を電気的に直列にまたは並列に電
    気的に接続する装置を有するものであり、 前記段は積層された装置において併設されそれにより隣
    接する各段の前記前室孔は全体的に整合しかつ合致し、
    隣接する各段の前記中央前室は流体的に連通しかつ前記
    モジュール集合体を通って軸方向に配置される長い中央
    前室を形成し、隣接する各段の前記ガス流通孔は全体的
    に整合しかつ合致し、各段の前記縦方向ガス流通路は流
    体的に連通しかつ前記モジュール集合体を通る長い縦方
    向ガス流通路を形成し、また前記各段を電気的に直列に
    または並列に接続する装置を有する、 イオン伝導装置におけるイオン伝導要素積層体の多段モ
    ジュール装置。
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