JPH09504901A - 一体の選択酸化器を具備する燃料電池アセンブリー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 燃料電池アセンブリー(210)内で、このアセンブリーに供給される燃料流(222)中に存在する一酸化炭素を選択して酸化する方法と装置(212)。ある量の触媒を燃料電池スタック内の燃料流流路の少なくとも一部分に内蔵させる。前記一酸化炭素は前記触媒によって選択して酸化されて二酸化炭素に変換され、そして逆水シフト反応によって生成した一酸化炭素も酸化される。

Description

【発明の詳細な説明】 一体の選択酸化器を具備する燃料電池アセンブリー 発明の技術分野 本発明は、燃料電池スタック内で、該スタックに供給される燃料中に存在する 一酸化炭素を選択して酸化する方法と装置に関する。本発明では、燃料電池スタ ック内の燃料流流路の少なくとも一部分にある量の触媒が内蔵されている。この 触媒によって、一酸化炭素が選択して酸化されて二酸化炭素に変換される。 発明の背景 燃料電池は燃料と酸化剤を電気と反応生成物に変換する。水素を燃料として用 い酸素を酸化剤として用いる燃料電池の場合、反応生成物は水である。このよう な燃料電池は、多孔質の導電性シート材料すなわち一般に炭素繊維紙で製造され た２個の電極間に配置された高分子固体電解質またはイオン交換膜で構成された 膜電極アセンブリー(MEA)を使用することが一般的である。このMEAは、各膜／電 極の界面に目的とする化学反応を誘発するための、一般に微細に粉砕された白金 の形態の触媒の層を具備している。これらの電極を電気的に連結すると、外部負 荷を通って電極間を電子を導く経路が得られる。 その負極(anode)において、燃料が多孔質電極材料に浸透し、触媒層にて反応 してカチオンを生成し、そのカチオンは膜を通って移動して正極(cathode)に到 達する。その正極において、酸素を含有する供給ガスが触媒層で反応してアニオ ンを生成する。正極で生成したアニオンは上記カチオンと反応して電気化学反応 を完了して反 応生成物を生成する。 燃料として水素を用い、酸化剤として酸素含有空気（または実質的に純品の酸 素）を用いる燃料電池では、負極における触媒反応によって、供給燃料から水素 カチオン（プロトン）が生成する。前記イオン交換膜によって、水素イオンの負 極から正極への移動が容易になる。このイオン交換膜は水素イオンを誘導するの に加えて、水素含有燃料流を酸素含有酸化剤流から隔離する。正極において、酸 素は触媒層で反応してアニオンを生成する。正極で生成したアニオンは、膜を横 断した水素イオンと反応して、電気化学反応を完了して反応生成物として液状の 水を生成する。 従来の燃料電池では、MEAは、通常負極プレートおよび正極プレートとそれぞ れ呼ばれている二つの流体不透過性の導電性プレートの間に介在している。これ らのプレートは一般にグラファイト製で例えばグラファイト／エポキシ樹脂のよ うなグラファイト複合体製であるが、他の適切な導電性材料で製造することもあ る。これらプレートは集電装置として働き、多孔質導電性電極の構造支持体とな り、燃料と酸化剤をそれぞれ負極と正極へ運ぶ手段となり、そして燃料電池の作 動中生成する水を除く手段になる。チャネルが負極プレートと正極プレートに形 成される場合、これらプレートは流体流れ場プレート（fluid flow field plate ）と呼称される。負極プレートと正極プレートが負極と正極の多孔質材料に形成 されたチャネルを覆っている場合、これらのプレートは隔離プレートと呼称され る。 反応物供給マニホルドを、負極プレートと正極プレートおよびMEAに設けて、 流体流れ場プレートまたは電極自体に形成されたチャネルを通じて、燃料(一般 に実質的に純品の水素ガス流またはメタノールもしくは天然ガスのような炭化水 素類を転化させて得られる 水素含有リホーメートガス流(reformate gas stream))を負極に導き、そして酸 化剤（一般に実質的に純品の酸素または酸素含有ガス）を正極に導くことが一般 的である。また放出マニホルドを負極プレートと正極プレートおよびMEAに設け て、燃料流と酸化剤流の未反応成分および正極に蓄積された水を燃料電池から導 くことが一般的である。 ２個以上の負極プレート／MEA／正極プレートの組合わせを有し、燃料電池ス タック（fnel cell stack）と呼ばれる多重燃料電池アセンブリーは、直列（ま たは並列）に接続して必要に応じて総合電力出力を増大することができる。この ようなスタック配列では、電池は直列で接続されることが最も多く、この場合、 与えられた流体の流れ場または隔離プレートの一方の側は１個の電池の負極プレ ートであり、該プレートの他方の側は隣接電池の正極プレートであるなどである 。 Dupon社が商品名Nafionで販売しているようなペルフルオロスルホン酸イオン 交換膜は燃料電池に有効に使用されている。Nafionタイプのカチオン交換膜を利 用する燃料電池は、カチオンによって膜を横切って輸送される水および水素カチ オンと酸素の電気化学反応によって正極に生成する生成水の結果として蓄積され る水を正極（酸化剤）側で除く必要がある。商品名XUS 13204.10でDow Chemical Company社が販売している実験用ペルフルオロスルホン酸イオン交換膜は、膜を 横切って水素カチオンによって輸送される水は著しく少ないようである。したが って、Dow社の実験用膜を用いる燃料電池は、正極に蓄積する水が水素と酸素の 電気化学反応によって生成する生成水にほゞ限定されるので、正極（酸化剤）側 における水の蓄積が少ない傾向がみられる。 近年、燃料として純水素以外のものを用いて燃料電池を作動させ る方法を確認する努力がなされている。純水素で作動する燃料電池系は、純水素 ガスを製造して貯蔵するのに費用がかかるので一般に不利である。その上に、燃 料電池を自動車や車両に利用する場合、液体燃料を使用する方が、容器に入れた 純水素より好ましい。 最近の研究努力の中心は、炭化水素燃料を水素と炭素副産物に化学的に変換さ せて得られる純品ではない水素燃料流を使用することである。しかし、燃料電池 および他の類似の水素ベースの化学的用途に対して有効であるためには、炭化水 素燃料を、一酸化炭素のような望ましくない化学副産物の量を最少限にとどめて 比較的純粋な水素に、有効に変換しなければならない。 炭化水素の水素への変換はメタノールなどの炭化水素を反応器（リホーマーと もいう）で水蒸気改質することによって行うのが一般的である。リホーマーから 出てくる水素含有流は一般にリホーメート流（reformate stream）と呼ばれる。 メタノールの水蒸気改質反応は下記の化学方程式で表される。 競争反応であるため、メタノールの水蒸気改質によって生成する初期ガス混合 物は一般に、すべて乾燥ベースで、約65〜約75容量％の水素、約10〜約25容量％ の二酸化炭素、および約0.5〜約20容量％のCOを含有している（加えて水蒸気が ガス流中に含有されていることがある）。水蒸気リホーマーで生成した初期ガス 混合物は、CO含量を乾燥ベースで約0.2〜２容量％まで減らすためシフト反応器 （シフトコンバーターともいう）でさらに処理することがある。このシフトコン バーターで起こる触媒反応は下記の化学方程式で表される。 水蒸気リホーマー／シフトコンバーターを組合わせた処理を行っ た後でさえも、生成物のガス混合物には、COと各種炭化水素の化学種が、乾燥ベ ースで一般に全生成混合物に対して約５容量％以下の少量で含有されている。 低温の水素ベースの燃料電池に用いる場合、入口燃料流中にCOが存在している ことはたとえ0.1％〜１％の水準であっても一般に許容できない。高分子固体電 解質の燃料電池の場合、その電気化学反応は一般に、白金のような貴金属を含有 する活性触媒物質によって触媒される。一酸化炭素は、特に約150℃より低い温 度で白金の表面に優先的に吸着して触媒が実際に被毒するので、所望の電気化学 的水素酸化反応の効率が著しく低下する。水蒸気リホーマー／シフトコンバータ ーのプロセスを用いて、水素含有リホーメートガス流中のCOの量を、約100ppm未 満まで減らすことができる。このようなCO含有リホーメート流を燃料電池用燃料 流として使用するには、燃料電池はまずリホーメート燃料中に存在するCOを処理 できなければならない（すなわちMEA中に存在する触媒はこのCOによって被毒す ることはない）。リホーメート燃料流のCO含有量に加えて、COは下記逆水シフト 反応によって燃料電池中でも生成しうる。 一般的なリホーメート燃料流中のCOの平衡濃度は室温近傍で約100ppmである。 本発明の方法と装置は、燃料電池自体の中で、燃料電池の流入反応物流中に存 在する一酸化酸素および／または逆水シフト反応〔上記反応（３）〕によって生 成する一酸化炭素を選択して酸化する。 Watkinsらのカナダ特許第1,305,212号“Method for Operatinga Fuel Cell on Carbon Monoxide Containing Fuel Gas”には、負極中に白金、ロジウムまたは ルテニウムのような貴金属触媒を利用する低温の高分子固体電解質燃料電池に導 入される燃料ガス中に 存在する一酸化炭素の酸化が開示されている。この方法は、（ａ）燃料ガスを酸 素含有ガスと反応させ、（ｂ）生成した燃料ガス混合物を適切な触媒と接触させ て一酸化炭素を選択して二酸化炭素に変換し、燃料ガス中の一酸化炭素の濃度を 痕跡量まで減らし、次いで（ｃ）生成した実質的に一酸化炭素を含有しない燃料 ガスを燃料電池に供給することを含んでなる方法である。 Gottesfeldの米国特許第4,910,099号“Preventing CO Poisoning In Fuel Cel ls”には、燃料電池に供給されるリホーメート燃料流中に存在するCOを除くため 、燃料流中に酸素（O₂）を注入した後、燃料流を燃料電池に導入することが開示 されている。このように注入される酸素は、実質的に純品のO₂かまたは酸素含有 空気の形態である。 一酸化炭素を選択して酸化して二酸化炭素に変換するWatkinsの方法、および リホーメート燃料流に酸素を注入してからその燃料流を燃料電池に導入するGott esfeldの方法は、ともに最初燃料流中に存在していたCOを有効に除去する。しか し、燃料電池の上流のCOを除去しても、逆水シフト反応によって燃料電池の反応 物燃料流内でのCOのその後の生成には影響しない。この点について、選択酸化お よび／または酸素の初期注入によって燃料流からCOを除去すると、燃料流中に二 酸化炭素と水素がかなり存在しかつ燃料電池内に白金の電極触媒が存在している ので、COを生成する逆水シフト反応によるCOの生成が促進される（すなわち上記 反応（３）が右へ駆動される）。燃料電池の反応物流中に生成するCOを有効に除 くには、酸化剤（実質的に純品の酸素または酸素含有空気）を、好ましくは実質 的に均一な方式で、電極触媒が存在する燃料電池の活性領域を横切って導入しな ければならない。酸化剤を均一に導入することは、活性領域が大きい燃料電池構 造にとって特に有効であり、この場合、 リホーメート燃料流の燃料電池内での滞留時間が延長される。 したがって、本発明の目的は、水素を含有する反応物流混合物中に存在する一 酸化炭素を酸化して、その混合物を、燃料電池用の燃料流としての用途および高 濃度の一酸化炭素によって悪影響を受ける触媒を用いる他の用途に適したものに する方法と装置を提供することである。 また本発明の目的は、燃料電池スタック内にて、触媒を含有する流路内で一酸 化炭素を酸化して二酸化炭素に変換する方法と装置を提供することである。 発明の要旨 一酸化炭素が存在しさらに水素と二酸化炭素を含有する、燃料電池に導入され る反応物流中の一酸化炭素を選択して酸化し、二酸化炭素に変換する方法と装置 によって、上記目的と他の目的は達成される。本発明の方法の一実施態様は、下 記のステップ、即ち 燃料電池の電気化学的に活性の領域に反応物流を導く流路の少なくとも一部分 の中にある量の触媒を付与し、その流路の一部は入口と出口を有し、その触媒は 酸素の存在下で一酸化炭素を酸化して二酸化炭素に変換する反応を促進し、 第一酸素含有ガス流を、上記入口と出口の間に設けられた第一ポートを通じて 反応物流中に導入し、 第一酸素含有ガス流を含有するガス状混合物を、触媒と接触させ、 追加の酸素含有ガス流を、前記第一ポートと前記出口の間に配置された少なく とも一つの第二ポートを通じて反応物流中に導入し、次いで さらに、追加の酸素含有ガス流を含有する反応物流を触媒と接触 させる、 ステップを含んでなる方法である。 本発明の方法の好ましい実施態様において、少なくとも一つの第二ポートには 、第一ポートと出口の間に配置された複数の第二ポートが含まれる。複数の第二 ポートは、前記入口と出口の間の部分にそって均一な間隔をとって配置されてい ることが好ましく、その結果、反応物流中の酸素の濃度は、前記入口と出口の間 で実質的に一定に維持される。反応物流がさらに酸素を含有している場合、第一 酸素含有ガス流と追加の酸素含有ガス流は反応物流から除外してもよい。 一酸化炭素を選択酸化して二酸化炭素に変換する装置の実施態様では、一酸化 炭素は燃料電池スタックに導入される燃料流中に存在している。その燃料流はさ らに水素と二酸化炭素を含有し、そして該スタックには複数の燃料電池が含まれ ている。本発明の装置は、スタック内の燃料流流路の少なくとも一部分中に、酸 素の存在した一酸化炭素を酸化して二酸化炭素に変換する反応を促進するある量 の触媒を含有している手段を備えている。スタックが燃料入口、少なくとも一つ の負極および燃料出口を備えている装置の実施態様では、燃料流は、触媒が入っ ている流路を通じて導かれてから反応物流として少なくとも一つの負極に導入さ れる。 一酸化炭素を選択酸化して二酸化炭素に変換する装置の他の実施態様では、一 酸化炭素は燃料電池に導入される燃料流中に存在している。その燃料流はさらに 水素と二酸化炭素を含有している。この装置は、 （ａ）第一と第二の隔離層すなわち燃料流を実質的に透過しない第一と第二の 層、ならびに （ｂ）上記第一層と第二層の間に介在する触媒アセンブリーであ って、多孔質シート材料製の少なくとも一つの層、および上記少なくとも一つの 多孔質層の少なくとも一つの主要面上に配置されているかもしくは上記少なくと も一つの多孔質層の主要面の間に含浸されているかまたはこれら両者であるある 量の触媒を含んでなり、該触媒は酸素の存在下で一酸化炭素を酸化して二酸化炭 素に変換する反応を促進する触媒アセンブリーを備え、 その結果、燃料流を上記第一層と第二層の間に導くと燃料流が触媒と接触する。 第一層と第二層は導電性材料製が好ましく、そして多孔質シート材料の少なく とも一つの層は導電性であることが好ましい。選択酸化装置は燃料電池スタック の活性セクション内に組込むことができる。選択酸化装置は該スタックに組合わ せた給湿セクション内に組込むこともできる。なおこの給湿セクションはスタッ クと一体であるかまた外部給湿器である。 上記第一隔離層が第一流体流れ場プレートである場合、その第一プレートは燃 料流をその主要面に導入する入口および燃料流を主要面から放出する出口を備え 、その主要面には燃料流を、燃料流入口から燃料流出口へ導く手段が形成されて いる。第一プレートには、好ましくは、酸素含有ガス流を燃料流中に導入するた めの複数の開口が燃料流入口と燃料流出口の間に設けられている。これら複数の 開口は、燃料流入口と燃料流出口の間に均一な間隔をとって配置されていること が好ましく、その結果、燃料流の酸素濃度は燃料流入口と燃料流出口の間で実質 的に一定に維持される。燃料流がさらに酸素を含有している場合、酸素含有ガス 流は燃料流から除外してもよい。 一つの好ましい装置では、上記燃料流を導く手段は、燃料流入口と燃料流出口 を相互に接続する少なくとも一つの連続チャネルを備 えている。その少なくとも一つの連続チャネルは単一の連続チャネルを含んでな ることがある。少なくとも一つの連続チャネルは複数の連続チャネルを含んでな ることもある。 もう一つの好ましい装置では、上記燃料流を導く手段は、燃料流入口から延び る少なくとも一つの入口チャネルおよび燃料流出口から延出する少なくとも一つ の出口チャネルを含んでなり、そしてその少なくとも一つの入口チャネルは少な くとも一つの出口チャネルとは連続していないので、燃料流は少なくとも一つの 入口チャネル内から少なくとも一つの出口チャネルへ、触媒アセンブリーの間隙 空間を通じて流動する。上記の少なくとも一つの出口チャネルは少なくとも二つ の出口チャネルを備えていることが好ましく、そして少なくとも一つの入口チャ ネルは各々、隣接する出口チャネルの間に介在させることが好ましく、その結果 、燃料流の入口チャネルと出口チャネルが互いに組み合わされている。 第二隔離層が第二流体流れ場プレートを構成している場合、その第二プレート は燃料流をその主要面に導入する入口および燃料流を主要面から放出する出口を 備え、その主要面には燃料流を、燃料流入口から燃料流出口へ導く手段が形成さ れている。 さらにもう一つの好ましい装置では、触媒アセンブリーが多孔質シート材料製 の少なくとも二つの層を含んでなり、その装置はさらに （ｃ）その主要面の間に複数の開口が形成された少なくとも一つの介在隔離層 を備え、その少なくとも一つの介在隔離層は各々、隣接する多孔質層の間に介在 している。 多孔質シート材料製の上記少なくとも二つの層は導電性であることが好ましい 。 第一と第二の隔離層および少なくとも一つの多孔質層は平坦な形 状が一般的である。第一と第二の隔離層および少なくとも一つの多孔質層は管状 形態の場合もある。 図面の簡単な説明 図１は、電気化学的に活性なセクションと給湿セクションを示す燃料電池スタ ックの側面図である。 図２は、二つの流体流れ場プレートの間に介在している膜電極アセンブリーを 備えた燃料電池の分解側面図であり、該プレートには該電極に対面するプレート の主要面に反応物流動チャネルが形成されている。 図３は、一体の反応物流動チャネルが二つの隔離層の間に介在している膜電極 アセンブリーを備えた燃料電池の分解側面図である。 図４は単一の連続開放面チャネル（open-faced channel）を備えた流体流れ場 プレートの平面図であり、そのチャネルは、Watkinsの米国特許第4,988,583号に 記載されているように、該プレートの中央領域にて、流体供給開口に直接接続さ れている流体入口および流体放出開口に直接接続されている流体出口の間を複数 回横断している。 図５は図２に示す流体流れ場プレートの表面に形成されたチャネルの拡大断面 図である。 図６は多重連続開放面チャネルを具備する流体流れ場プレートの平面図であり 、これらチャネルは各々、Watkinsの米国特許第5,108,849号に記載されているよ うに、該プレートの中央領域にて、流体供給開口に直接接続されている流体入口 および流体放出開口に直接接続されている流体出口の間を複数回横断している。 図７は11本の不連続の相互に組合わせた流体流動チャネルを具備する流体流れ 場プレートの平面図であり、これらチャネルのうちの ５本は反応物入口開口から延びる入口チャネルでありそして６本は反応物出口開 口から延びる出口チャネルであり、上記入口チャネルは各々一対の出口チャネル の間に配置されている。 図８は、燃料電池への入口と給湿セクションの間の燃料マニホルドに配置され た一体の選択酸化器を具備する燃料電池スタックの概略図である。 図９は二つの流体流れ場プレートの間に介在している一つの選択酸化触媒アセ ンブリーの拡大断面図である。 図10は、二つの流体流れ場プレートの間に介在している二つの選択酸化触媒ア センブリー、ならびに上記二つの触媒アセンブリーの間に介在し内部に開口を具 備する隔離プレートの拡大断面図である。 図11は、二つの隔離層の間に介在し、内部に触媒が含浸された選択酸化アセン ブリーの拡大断面図である。 図12は、各々内部に触媒が含浸され、すべて二つの隔離層の間に介在している ４個の選択酸化アセンブリーの拡大断面図である。 図13は二つの流体流れ場プレートの間に介在する選択酸化触媒アセンブリーの 拡大断面であり、これらのプレートは、組成が実質的に均一の燃料流を導入する ための、均一な間隔をおいて配置された開口を有し、またこれらの流体流れ場プ レートと触媒アセンブリーは二つの隔離層の間に介在している。 図14は図13に示す装置の一部の部分断面分解斜視図であり、この装置は管形状 に組立てられ、最外側に温度制御流体が入っているジャケットを備えている。 図15は選択酸化触媒層を具備する膜電極アセンブリーの拡大断面図であり、そ の触媒層は膜電極と反対の方向に向いている負極面の上に配置されている。 図16は選択酸化触媒を有する膜電極アセンブリーを組合わせた図13に示す選択 酸化装置の拡大断面図であり、該触媒は図15に示すように電極膜と反対の方向に 向いている負極の面上に配置されている。 図17は、膜電極アセンブリー、冷却剤ジャケットおよび選択酸化器部分を具備 する燃料電池アセンブリーを通過する燃料ガス流の流動を示す概略図である。 図18は流体流れ場プレートの選択酸化側の平面図であり、その選択酸化側には 11本の不連続で相互に組合わされたチャネルおよび燃料流をプレートの反対側の 負極流体流れ場の側に燃料流を導入する二つのポートを備えている。 図19は図18に示す流体流れ場プレートの負極流体流れ場側の平面図であり、二 つの蛇行チャネルを備え、これらチャネルは各々、該プレートの反対側の選択酸 化側から導入される選択酸化された燃料流を受け入れるために形成された二つの 供給ポートを備えている。 好ましい実施態様の詳細な説明 まず図１によれば、燃料電池スタックアセンブリー10は電気化学的に活性なセ クション26を有しかつ任意に給湿セクション28を備えている。スタックアセンブ リー10はプレートとフレームのモジュラー構造体（modular plate and frame de sign）であり、圧縮エンドプレート16と流体エンドプレート18を備えている。任 意のニューマティクピストン17は、圧縮エンドプレート16内に配置されているが 、均一な圧力を該アセンブリーに加えてシーリングを促進する。活性セクション 26の両端面に配置されているバスプレート(bus plate)22と24はそれぞれ、該ア センブリーが発生した電流を外部電気負荷（図示せず）に導く電気経路のための 負と正の接点を提供する。 タイロッド20がエンドプレート16と18の間に延びて、締付けナット21によって、 スタックアセンブリー10をその組立てられた状態に保持し固定する。 活性セクション26は、バスプレート22と24に加えて複数の燃料電池繰返し単位 12を備えている。各繰返し単位12は、以下に一層詳細に示すように、膜電極アセ ンブリー、負極流体流れ場プレート、正極流体流れ場プレート（または負極と正 極の反応物の流動チャネルが電極材料の表面に形成されている場合には代わりに 負極と正極の隔離層）、および任意の冷却ジャケットで構成されている。図１に 示すアセンブリーでは、繰返し単位12は、流れ場プレート（または隔離層）を形 成する導電性層と冷却ジャケットとの間の接触によって電気的に直列に連結され ている。 任意の給湿セクション28は複数の給湿アセンブリー14を備え、各アセンブリー 14は燃料または酸化剤の反応物流れ場プレート、水流れ場プレート、および反応 物流れ場プレートと水流れ場プレートの間に介在する水輸送膜で構成されている 。給湿セクション28は、設置されている場合、活性セクション26に供給される燃 料流と酸化剤流に水を与えて、活性セクション内の膜が乾ききってしまわないよ うにする。 図２は、燃料電池30を示し、この燃料電池30は、好ましくは黒鉛または黒鉛複 合体の材料で製造された剛性の流れ場プレート34と36およびこれらプレートの間 に介在する膜電極アセンブリー32を具備している。膜電極アセンブリー32は、二 つの電極すなわち負極44と正極46およびこれらの電極間に介在するイオン交換膜 42で構成されている。負極44と正極46は一般的に、多孔質の導電性シート材料好 ましくは炭素繊維紙で製造され平坦な主要面をもっている。電極44と46には、そ れらを電気化学的に活性にするため、膜42と接触する 主要面上に触媒物質の薄層が配置されている。 図２に示すように、負極の流れ場プレート34は、膜42の方に向いているその主 要面に、少なくとも一つの開放面チャネル34ａが彫刻、フライス削りまたは成形 によって設けられている。同様に、正極流れ場プレート36は、膜42に向いている その主要面に、少なくとも一つの開放面チャネル36ａが彫刻、フライス削りまた 成形によって設けられている。チャネル34ａと36ａはそれぞれ、電極44と46の協 調面に当接させて組立てると、燃料流と酸化剤流の反応物流れ場経路を形成する 。 図３によれば、燃料電池50は一体の反応物流体の流動チャネルを具備する膜電 極アセンブリー50を利用している。燃料電池50は、軽重量の隔離層54と56および その間に介在する膜電極アセンブリー52を備え、これら隔離層は燃料電池を通過 する反応物流体の流れを実質的に透過しない。膜電極アセンブリー52は、二つの 電極すなわち負極64と正極66およびそれらの間に介在するイオン交換膜62で構成 されている。負極64と正極66は、多孔質の導電性シート材料好ましくは炭素繊維 紙で製造される。電極64と66は、それらを電気化学的に活性にするため、膜62と の界面における主要面上に触媒物質の薄層が配置されている。 図３から分かるように、負極64は、膜62に対し反対方向に向いている面に少な くとも一つの開放面チャネル64ａが形成されている。同様に正極66は、膜62に対 し反対方向に向いている面に少なくとも一つの開放面チャネル66ａが形成されて いる。チャネル64ａと66ａはそれぞれ、隔離層54と56の協調面に当接させて組立 てると、燃料流と酸化剤流の反応物流れ場の経路を形成する。 Watkinsの米国特許第4,988,583号に記載されている、単一の連続反応物流動チ ャネルを有する従来技術の流体流れ場プレート110 を図４に示す。主要プレート面115には、数値制御による機械加工、スタンピン グまたはモールディングによって、単一の連続流体流動チャネル122が形成され ている。チャネル122には一方の末端に流体入口124を有し、他方の末端に流体出 口126が設けられている。流体入口124は、プレート112に形成されている流体供 給の開口すなわちマニホルド125に直接接続されている。流体出口126は、プレー ト112に形成されている流体放出の開口すなわちマニホルド127に直接接続されて いる。流体開口126は、負極流れ場プレートの場合、燃料源（図示せず）に接続 され、または正極流れ場プレートの場合、酸化剤源（図示せず）に接続される。 チャネル122は、プレート112の主要中央領域を複数回横断する。一方この中央領 域は、一般に組立てられるときに隣接する負極もしくは正極の電極触媒として活 性な領域に相当する。 図５は、図４に示す流体流れ場プレート110のチャネル122の断面図である。チ ャネル122の形態は機械加工による開放面チャネルの一般的な形態である。すな わち、チャネル122は、実質的に水平の底面129と、チャネル122の開放面123に向 いて外側に広がっている向かい合った側壁130とで構成されている。チャネル122 の図示した断面の形態は工具の摩耗を最少限にするよう設計されている。チャネ ル122はその縦方向全体にわたって深さが均一なことが好ましい。一連のランド1 32がチャネル122の流路の間に形成されている。組立てられるとき、チャネル122 の間のランド132はそれに隣接する電極面と接触し、その結果、各流れ場プレー トも集電装置として機能する。 Watkinsの米国特許第5,108,849号に記載されている、多重連続反応物流動チャ ネルを備えた従来技術の流体流れ場プレート140を図６に示す。主要面142には複 数の流れ場チャネルが形成され、そ のチャネルのいくつかを番号144で示してある。チャネル144は各々、流体供給の 開口すなわちマニホルド145と、流体放出の開口すなわちマニホルド147との間に ほぼ蛇行形の経路を形成している。各チャネル144は、その入口末端146と出口末 端148がそれぞれ、流体供給の開口すなわちポート145と流体放出の開口すなわち ポート147に直接接続している。プレート140は、10本の個々の蛇行チャネル144 を備えているが、正極に隣接して燃料電池内で有効に作動することが見出されて おり、10経路正極流れ場プレートとも呼ばれている。上記のものより数が多いか または少ないチャネル144をプレートに組込むことができるが、例えば２経路流 れ場プレートの場合、負極に隣接して有効に作動することが見出されており、２ 経路負極流れ場プレートと呼ばれることがある。 図７は、11本の不連続の相互に組合わせた流体流動チャネルを具備する流体流 れ場プレート180を示す。プレート180にはその表面181に流体入口182が形成され ている。入口チャネル186は入口182からプレート180の中央領域に向かって延出 し、その中央領域はプレート180が関連する多孔質シート材料の触媒として活性 の領域に隣接している。またプレート180には、その面181に流体出口188が形成 されている。出口チャネル192は出口188からプレート180の中央領域に向かって 延びている。図７に示すように、入口チャネル186と出口チャネル192は相互に組 合わされているので、開口182を通じて入る加圧流体流が入口チャネル186に導か れる。その時に、流体流は、各入口チャネル186の片側の隣接する多孔質電極材 料（図示せず）の間隙を通じて隣接する一つの出口チャネル192に圧入される。 出口チャネル192から流体流は、出口188を通じて流れ、その出口で流れ場プレー ト180から放出される。 図７に示すように、プレート180は11本の不連続流体流チャネル を具備し、そのうち５本のチャネルは入口から延びる入口チャネルであり、６本 は出口から延びる出口チャネルである。入口チャネルは各々、一対の出口チャネ ルの間に配置され、その結果入口チャネルからの流体流が入口チャネルの片側か ら隣りの出口チャネルの一つに均一に導かれることが好ましい。 また図７は、表面181に接触しプレート180の中央領域を取り囲むシーラントま たはガスケット材194の位置を示している。シーラントまたはガスケット材194は 、その中に、プレート180に隣接する燃料電池の触媒として活性の領域を隔離し て形成している。プレート180には他の開口196も形成されており、この開口は、 燃料電池内の、他の反応物および冷却剤の流れに用いるマニホルドとして働く。 図８は、一体の選択酸化器212を有する燃料電池スタック210を示す。スタック 210には活性セクション214と任意の給湿セクション210が設けられている。加圧 入口燃料流222がスタック210に入り次にマニホルド224を通じて選択酸化器212に 導かれる。選択酸化器212は、1992年10月９日付けで出願された米国特許願第07 ／959,070号に記載されているタイプの固定触媒床すなわち５等温反応器が好ま しい。なおこの特許文献は全体を本明細書に援用するものである。選択酸化器21 2を通って流れる燃料流は、流れ226として図８に破線で示す。選択酸化器212を 出る燃料流は給湿セクション216のマニホルド228を通じて導かれる。この給湿セ クションでは、マニホルド228からの流れが複数の平行な給湿セルを通じて導か れる。給湿セル内の燃料流のうちの二つが流れ230として図８に示されている。 給湿セルは好ましくは流体流れ場プレートの間に介在して支持された給湿膜を備 え、その膜の一方は一般に水を給湿セルを通じて導き、他方の膜は給湿される反 応物流を導く。給湿された 燃料流は、マニホルド232を通じて給湿セクションから出る。活性セクションで 、燃料流は、複数の燃料電池を通じて導かれ、水素と酸素の所望の電気化学反応 に関与する。燃料電池を通過する燃料流のうち二つが流れ236として図８に示し てある。未反応成分を含有する燃料流は、放出燃料流240として、マニホルド238 を通じてスタック210の活性セクションから出る。 図９は、二つの流体流れ場プレート254と256の間に選択酸化触媒アセンブリー 252を介在させた装置250を示す。アセンブリー252は、好ましくは多孔質の導電 性シート材料で製造され最も好ましくは炭素繊維紙で製造された層258を具備し 、その層258の各主要面上に触媒層260と262が配置されている。この触媒は、酸 素の存在下、一酸化炭素の二酸化炭素への酸化反応を促進する。その酸素は、燃 料流自体に少量存在しているか、または酸化剤ブリード法（oxidant bleed meth od）例えば本願と同時に出願された米国特許願“Method And Apparatus For Ret arding Carbon Moncxide Production In The Reactant Streams of Electrochem ical Fuel Cells”に記載されている方法によって導入される。図９に示すよう に、加圧燃料流が触媒アセンブリー252に対面するプレート254と256の面に形成 されたチャネルを通じて導かれ、その燃料流はそれぞれ触媒層260と262と接触す る。 図10は、二つの流体流れ場プレート322と324の間に介在する二つの選択酸化触 媒アセンブリー312と314、ならびに開口またはポートを具備し、二つの触媒アセ ンブリー312と314の間に介在している隔離プレート326を示す。アセンブリー312 は、好ましくは多孔質導電性シート材料で製造され最も好ましくは炭素繊維紙で 製造された層332を備え、層332の各主要面上に触媒層334と336が配置されている 。アセンブリー314は、好ましくは多孔質導電性シー ト材料で製造され最も好ましくは炭素繊維紙で製造された層342を備え、層342の 各主要面上に触媒層344と346が配置されている。その触媒は酸素の存在下、一酸 化炭素の二酸化炭素への酸化反応を促進する。図10に示すように、加圧燃料流は 、触媒アセンブリー312と314に対面するプレート322と324の面に形成されたチャ ネル、およびプレート326に形成された開口を通じて導かれて、その燃料流は触 媒層334，336，344および346と接触する。 図11は二つの隔離層354と356の間に選択酸化触媒アセンブリー352が介在して いる装置350を示す。アセンブリー352が、多孔質導電性シート材料、最も好まし くは炭素繊維紙で製造される場合、例えばアセンブリー352の内部に触媒を含浸 させるための電析法などの適切な方法によって、選択酸化触媒を上記多孔質材料 の間隙内に入れる。さらに触媒は、アセンブリー352の主要面の片方または両方 に配置することもある。 アセンブリー352を通じて導かれる燃料流は図11に示す隔離層354と356を実質 的に透過しない。隔離層354と356に用いるのに適切な材料は黒鉛フォイルである 。隔離層354と356の間に介在しているアセンブリー352を通じて導かれる加圧燃 料流は、アセンブリー352内に含浸された触媒と接触する。さらに、隔離層354と 356に対面する主要面の一方または両方に形成された不連続の相互に組合わせた チャネルを具備するアセンブリー352の多孔質層を製造することもある（図７参 照）。 図12は、４層の選択酸化触媒アセンブリー412を備えた装置400を示し、そのア センブリー412は二つの隔離層414と416の間に介在している。層412ａ，412ｂ，4 12ｃおよび412ｄは各々、好ましくは多孔質導電性シートで製造され、最も好ま しくは炭素繊維紙で製造され、その多孔質材料の間隙内には選択酸化触媒が入っ てい る。 図13は、二つの流体流水状プレート468と470の間に介在する選択酸化触媒アセ ンブリー462を備えた装置450を示す。プレート468と470には、組成が実質的に均 一な燃料流を導入するため均一な間隔を置いて開口またはポートが形成されてい る。プレート468と470および触媒アセンブリー462は二つの隔離層464と466の間 に介在し、そして燃料流は好ましくはこれらの隔離層を実質的に透過しない。ア センブリー462の厚みおよびプレート468と470に形成された開口の間隔を調節す ることによって、燃料流（図13に矢印で示す）はアセンブリー462の長さにそっ て流動しないようにすることができる。その結果、逆水シフト反応によるCOの生 成が最少になる。 図14は、管状形態に組立てられかつ空間528内に温度制御流体が入っている最 外側のジャケット526を具備する、図13に示した装置に類似の装置500を示す。図 14に示すように、選択酸化触媒アセンブリー512が二つの管状層518と520の間に 介在している。層518と520は好ましくは多孔質導電性材料で製造され、また好ま しくは炭素繊維紙で製造されるが、メタルフォーム（metal foam）などの他の適 切な材料を使用することも考えられる。層518と520には均一な間隔を置いた開口 またはポートが形成され、そのうち２個の開口が、組成が実質的に均一の燃料流 （図１４に矢印で示す）を導入する開口またはポート522として図14に示してあ る。層520の内部空間は、図14に“IN”の矢印で示すように燃料流が装置500に導 入される容積である。層518と520および触媒アセンブリー512は管状隔離層514内 に入っており、その隔離層514は実質的に燃料流を透過しない。層514と518の間 の空間は、図14に“OUT”の矢印で示されるように燃料流が装置500から引出され る容積である。 図15は、膜556に対し反対方向に向いている負極552の面に選択酸化触媒層570 が配置された膜電極アセンブリー550を示す。負極552には、好ましくは多孔質導 電性シート材料で製造され最も好ましくは炭素繊維紙で製造された層562および 膜556に対面する層562の面上に配置された電極触媒層564が含まれる。正極554に も、多孔質導電性シート材料製の層566、および膜556に対面する層566の面上に 配置された電極触媒層568が含まれる。 図16は、図13に示す選択酸化装置450に、図15に示すような膜に対し反対方向 に向いている負極の面上に選択酸化触媒を配置された膜電極アセンブリー550を 組合わせた装置を示す。選択酸化触媒アセンブリー612が、流体流れ場プレート6 18と620の間に介在している。プレート618と620には、組成が実質的に均一な燃 料流を導入するために均一な間隔を置いて開口またはポートが設けられている。 プレート618と620および触媒アセンブリー612は、隔離層614と膜電極アセンブリ ー625の間に介在している。隔離層614は好ましくは燃料流を実質的に透過しない 。そしてその燃料流の流れは図16に矢印で示してある。膜電極アセンブリー625 には、膜626に対し反対方向を向いている負極622の面上に選択酸化触媒層640が 配置されている。負極622は、好ましくは多孔質導電性シート材料で製造され最 も好ましくは炭素繊維紙で製造された層632、および膜626に対面している層632 の面上には電極触媒層634を備えている。正極624ｅ、多孔質導電性シート製の層 636および膜626に対面する層636の面上に配置された電極触媒の層638を備えてい る。 図17は、燃料電池アセンブリーを通過する燃料流の流動の概略図を示す。一酸 化炭素を含有する流入燃料流712は、冷却水プレート722、冷却水シーラントまた はガスケット724、およびブランクの隔離プレート726（すなわちその両主要面に はチャネルが全く形成さ れていない）に形成されたマニホルド開口を通じて導かれる。冷却水プレート72 2には主要面722ａ上にチャネルが形成され、これらチャネルは冷却剤流体の流れ 場を形成している。またこれら冷却剤としては水が好ましいが他の適切な冷却流 体でもよい。冷却水ジャケットはプレート722，726およびシール724のアセンブ リーが形成する容積である。 さらに図17に示すように、燃料流は、その中に存在する一酸化炭素を酸化する ため、例えば75重量％の白金／25重量％のロジウムの混合物のような選択酸化触 媒を含浸させた、好ましくは多孔質シート材料、最も好ましくは導電性の例えば 炭素繊維紙の選択酸化媒体728の主要面を通じおよび／またはそって導かれる。 選択酸化を行った後、燃料流は、選択酸化器のシーラントまたはガスケット730 次いで選択酸化プレート732を通じて導かれる。選択酸化媒体728が入っている選 択酸化反応チャンバーはプレート726，732およびシーラント730のアセンブリー によって形成される容積である。プレート732は主要面732ｂが選択酸化媒体728 に向いており、該媒体728には、選択酸化反応チャンバーを通じて燃料流の流れ を導くためチャネルが形成されている。 プレート732に形成された開口（図示せず）を通じて選択酸化器の流れ場を出 る燃料流は次にプレート732の面732ａに形成された流れ場チャネルに導かれる。 そこで燃料流は膜電極アセンブリー736の負極における反応に関与する。負極MEA シール734は、負極における電気化学反応が起こるプレート732とMEA 736の間の 容積をシールする。 負極からの放出流は、選択酸化プレート732、隔離プレート726および冷却水プ レート722を通じてマニホルド開口によって導かれ、放出流714として燃料電池ア センブリーから放出される。 図18は、図17に示す流体流れ場プレート732の選択酸化側を示す。プレート732 の選択酸化側は６本の不連続入口チャネルを備え、このチャネルのうち２本は図 18にチャネル748として示してある。燃料流は、燃料流マニホルド742から、入口 744に接続された入口ヘッダ746を通じて入口チャネル748に入る。またプレート7 32の選択酸化側は、５本の不連続出口チャネルを具備し、それらチャネルのうち ２本は図18にチャネル750として示してある。選択酸化がなされた燃料流は、プ レート732に形成された二つのポート754で終わる出口ヘッダ752を通じて出口チ ャネルからでる。ポート754は、プレート732の反対側の負極流体流れ場側に延出 している。図18に示すように、プレート732の選択酸化側の入口チャネルと出口 チャネルは相互に組合わさった関係で配置されている。未反応の放出燃料流はマ ニホルド開口760を通じて燃料電池の負極側から出る。 図19は図18に示すプレート732の負極流体流れ場側を示す。プレート732の負極 側は２本の蛇行チャネルを備え、その各チャネルは、プレート732の反対側の選 択酸化側から導入される燃料流を受け入れるための二つのポート754を備えてい る。燃料流はチャネル756を通じて導かれて、隣接する膜電極アセンブリー（例 えば図17にMEA 736として示す）の負極における電気化学反応に関与する。未反 応の放出燃料流は、出口758を通じて燃料電池の負極側から出て燃料放出マニホ ルド760に入る。図18と19に肉太線で示すチャネル764と762は、プレート732の主 要面の各別個の領域を流体について隔離するシーラントまたはガスケット材料を 入れるための２群の複数チャネルである。 本発明の特定の要素、実施態様および用途を示し説明してきたが、当該技術分 野の当業者は、特に上記技術に照らして改変を行うこ とができるので、勿論、本発明が前記説明事項に限定されないことは分かるであ ろう。したがって、本発明の思想と範囲に含まれるこれらの特徴を組込んだこの ような改変は本願の特許請求の範囲がカバーしている。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年９月６日 【補正内容】 １．水素と二酸化炭素を含有し、燃料電池に導入される反応物流中の一酸化炭 素を選択酸化して二酸化炭素に変換する方法であって、 前記燃料電池の電気化学的に活性の領域に前記反応物流を導く流路の少なくと も一部分内にある量の触媒を付与し、前記流路の部分が入口と出口を備えかつ前 記触媒が酸素の存在下一酸化炭素の二酸化炭素への酸化反応を促進し、 前記入口と前記出口の間に配置された第一ポートを通じて、第一酸素含有ガス 流を前記反応物流中に導入し、 前記第一酸素含有ガス流を含有する前記ガス混合物を前記触媒と接触させ、 前記第一ポートと前記出口の間に配置された少なくとも一つの第二ポートを通 じて、追加の酸素含有ガス流を前記反応物流中に導入し、次いで 前記追加の酸素含有ガス流を含有する前記反応物流を前記触媒にさらに接触さ せる、 ことを含んでなる方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ボス，ヘンリー エイチ. カナダ国，ブリティッシュ コロンビア ブイ７エヌ ２ジェイ５，ノース バンク ーバー，ウエスト 28 ストリート 534 (72)発明者 ダドリー，ジェームズ カナダ国，ブリティッシュ コロンビア ブイ３エイチ １エス６，ポート モーデ ィ，カレッジ パーク ウェイ 212 (72)発明者 ラモント，ゴードン ジェイ. カナダ国，ブリティッシュ コロンビア ブイ５ワイ ２ジェイ５，バンクーバー, ウエスト トゥエンティシックスス アベ ニュ 37 (72)発明者 バスラ，ベスナ カナダ国，ブリティッシュ コロンビア ブイ５ジー ４ケイ５，バーナビー，ウォ ルター プレイス 5435

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．水素と二酸化炭素と一酸化炭素を含有し、燃料電池に導入される反応物流 中の一酸化炭素を選択酸化して二酸化炭素に変換する方法であって、 前記燃料電池の電気化学的に活性の領域に前記反応物流を導く流路の少なくと も一部分内にある量の触媒を付与し、前記流路の部分が入口と出口を備えかつ前 記触媒が酸素の存在下一酸化炭素の二酸化炭素への酸化反応を促進し、 前記入口と前記出口の間に配置された第一ポートを通じて、第一酸素含有ガス 流を前記反応物流中に導入し、 前記第一酸素含有ガス流を含有する前記ガス混合物を前記触媒と接触させ、 前記第一ポートと前記出口の間に配置された少なくとも一つの第二ポートを通 じて、追加の酸素含有ガス流を前記反応物流中に導入し、次いで 前記追加の酸素含有ガス流を含有する前記反応物流を前記触媒にさらに接触さ せる、 ことを含んでなる方法。 ２．前記の少なくとも一つの第二ポートが、前記第一ポートと前記出口の間に 配置された複数の第二ポートを備えている請求の範囲１記載の方法。 ３．前記複数の第二ポートが前記入口と前記出口の間の前記部分にそって均一 な間隔をおいて配列され、その結果、前記反応物流中の酸素の濃度が前記入口と 前記出口の間で実質的に一定に維持される請求の範囲２記載の方法。 ４．前記反応物流がさらに酸素を含有し、そして前記第一酸素含 有ガス流および前記追加の酸素含有ガス流が前記反応物流から除外される請求の 範囲１記載の方法。 ５．水素と二酸化炭素を含有し複数の燃料電池を含んでなる燃料電池スタック に導入される燃料流中に存在する一酸化炭素を選択酸化して二酸化炭素に変換す る装置であって、 前記スタック内の燃料流の流路の少なくとも一部分内にある量の触媒が入って いる手段を備え、前記触媒が酸素の存在下一酸化炭素の二酸化炭素への酸化反応 を促進する装置。 ６．前記スタックが、燃料入口、少なくとも一つの負極および燃料出口を備え 、前記燃料流が触媒の入っている流路を通じて導かれ次いで反応物流として前記 の少なくとも一つの負極へ導入される請求の範囲５記載の装置。 ７．水素と二酸化炭素を含有し燃料電池に導入される燃料流中に存在する一酸 化炭素を選択酸化して二酸化炭素に変換する装置であって、 （ａ）前記燃料流を実質的に透過しない第一と第二の隔離層、ならびに （ｂ）前記第一と第二の層の間に介在している触媒アセンブリーを備え、 その触媒アセンブリーが、多孔質シート材料製の少なくとも一つの層、および 前記少なくとも一つの多孔質層の少なくとも一つの主要面上に配置されているか もしくは前記の少なくとも一つの多孔質層の主要面の間に含浸されているかまた はこれら両者によるある量の触媒を含んでなり、該触媒は酸素の存在下で一酸化 炭素を酸化して二酸化炭素に変換する反応を促進し、 その結果、前記燃料流を前記第一と第二の層の間に導くと、前記燃料流が前記 触媒に接触する装置。 ８．前記第一と第二の層が導電性材料で製造され、そして多孔質シート材料製 の前記少なくとも一つの層が導電性である請求の範囲７記載の装置。 ９．前記装置が燃料電池スタックの活性セクション内に組立てられている請求 の範囲７記載の装置。 10．前記装置が、燃料電池スタックに付随する給湿セクション内に組立てられ ている請求の範囲７記載の装置。 11．前記第一隔離層が第一流体流れ場プレートであり、前記第一プレートが、 その主要面に前記燃料流を導入するための入口および前記主要面から前記燃料流 を放出するための出口を具備し、前記主要面に、前記燃料流入口から前記燃料流 出口へ前記燃料流を導く手段が形成されている請求の範囲７記載の装置。 12．前記第一プレートに、酸素含有ガス流を前記燃料流に導入するための複数 の開口が、前記燃料流入口と前記燃料出口の間に形成されている請求の範囲11記 載の装置。 13．前記複数の開口が前記燃料流入口と燃料流出口の間に均一な間隔を置いて 配置され、その結果、前記燃料流中の酸素濃度が前記燃料流入口と前記燃料流出 口の間で実質的に一定に維持される請求の範囲12記載の装置。 14．前記燃料がさらに酸素を含有しているので、前記酸素含有ガス流が前記燃 料流から除外される請求の範囲11記載の装置。 15．前記の燃料流を導く手段が、前記燃料流入口と前記燃料流出口を相互に連 結する少なくとも一つの連続チャネルを含んでなる請求の範囲11記載の装置。 16．前記の少なくとも一つの連続チャネルが単一の連続チャネルを含んでなる 請求の範囲15記載の装置。 17．前記の少なくとも一つの連続チャネルが複数の連続チャネル を含んでなる請求の範囲15記載の装置。 18．前記の燃料流を導く手段が前記燃料流入口から延びる少なくとも一つの入 口チャネルと前記燃料流出口から延びる少なくとも一つの出口チャネルを含んで なり、前記の少なくとも一つの入口チャネルが前記の少なくとも一つの出口チャ ネルに対して不連続なので、前記燃料流が前記の少なくとも一つの入口チャネル 内から、前記触媒アセンブリーの間隙空間を通じて前記の少なくとも一つの出口 チャネルに流動する請求の範囲11記載の装置。 19．前記の少なくとも一つの出口チャネルが少なくとも二つの出口チャネルを 含んでなり、そして前記の少なくとも一つの入口チャネルが各々、隣接する出口 チャネルの間に介在し、そのため前記燃料流入口チャネルと前記燃料流出口チャ ネルが相互に組合わさっている請求の範囲18記載の装置。 20．前記第二隔離層が第二流体流れ場プレートを構成し、前記第二プレートが 前記燃料流を第二プレートの主要面に導入する入口および前記燃料流を前記主要 面から放出する出口を具備し、前記主要面に、前記燃料流を前記燃料流入口から 前記燃料流出口に導く手段が形成されている請求の範囲11記載の装置。 21．前記触媒アセンブリーが多孔質シート材料製の少なくとも二つの層を含ん でなり、さらに （ｃ）その主要面の間に複数の開口が形成された少なくとも一つの介在隔離層 を備え、前記の少なくとも一つの介在隔離層が各々、隣接する多孔質層の間に介 在している請求の範囲７記載の装置。 22．多孔質シート材料製の前記少なくとも二つの層が導電性である請求の範囲 21記載の装置。 23．前記の第一と第二の隔離層および前記の少なくとも一つの多孔質層が平坦 な形態である請求の範囲７記載の装置。 24．前記の第一と第二の隔離層と前記の少なくとも一つの多孔質層が管状形態 である請求の範囲７記載の装置。