JPS63110560A - 電気化学的電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複数の環状、自己支持性電池セグメント即ち
電池部材及びそれらの中間に接触関係に配設された環状
相互接続部材とより成る細長い形状の高温固体電解質電
気化学的電池、及び電気化学的発電装置の発電室内にお
いて電子的に相互接続された複数の上記の如き電池に関
する。

［従来の技術］ 互いに離間して支持された同心円状の複数の管状電極を
持つ燃料電池は本技術分野で周知であり、たとえば米国
特許第３，２５９，５２４号（発明者：フェイ（Ｆａｙ
）等）の明細書に開示されている。この装置では、貴金
属含浸閉鎖型チューブから成る外側グラファイト電極が
不活性プラグによってハウジング内部に離間した状態で
支持されており、閉鎖型チューブから成る内側パラジウ
ム製電極が離間して収納されており、長い燃料チューブ
によって内側電極の底部に燃料が供給される。使用され
る電解質は水酸化カリウムの水溶液であり、装置は低温
度で作動する。後に高温度で動作する固体電解質燃料電
池が開発され、これが極めて効率の高い電気化学的電池
であることが判明した。固体酸化物型の装置においては
、隣接する各電池の電気的接続が興味深い問題を提起し
た。

米国特許第３，４０２，２３０号及び第３．４６０，９
９１号［発明者：ホワイト（Ｗｈ　ｉ　ｔｅ）　］の明
細書には自己支持性で一体の管状高温固体電解質燃料電
池チューブが開示されている。この先行特許明細書は、
細長い管状の気密な電池積重ね体を教示しており、固体
電解質は空気電極と燃料電極の間に配設されている。電
池チューブは独立のチューブ・セグメントが−続きにつ
ながれた形ではなく、一体の連続チューブの形をしてい
る。各電池間の隙間は、下に横たわる固体電解質の上方
を延びる上部空気電極のオーバラップしたものによって
充填されていて、底部電極との物理的及び電気的接触が
行なわれ、管状構造体上での電極と電極との接続を形成
する。各種のカソード及びアノード材料とともに、カル
シアで安定化された電解質が教示されている。個々の燃
料電池チューブ間の電気接続は、１本の電池チューブの
内側電極から、これに平行な隣接する電池チューブの外
側電極に直接直列接続することによって接続が行なわれ
る。

米国特許第３，５２５，６４６号［発明者：タンネンベ
ルガー等（Ｔａｎｎｅｎｂｅｒｇｅｒ　ａｔ　ａｌ、）
］の明細書にも、ホワイト等が開示したと同様の管状固
体酸化物燃料電池積重ね構造が開示されているが、この
先行特許明細書に開示された構造は多孔質チューブに支
持されており、上部電極層と底部電極層の中間部に分断
部があり、上部電極と底部電極とは長さ方向に沿って電
気的に接続されている。米国特許第３，５２６．５４９
号［発明者ニア−チャー等（Ａｒｃｈｅｒ　ｅｔａｌ、
）］　も、燃料と酸化剤とを利用する円筒形電池構造の
内部にある平らな固体電解質に関する。燃料電極及び空
気電極は、固体電解質のディスクの両面に塗布され、空
気区画室及び燃料区画室を画定する離間した環状集電器
と接触環状ガスケットの間にある。空気及び燃料はとも
に電池の内部のマニホルドを介して供給され、両電極を
通過する空気流及び燃料流は円筒形構造物の軸方向に対
して９０度の方向に流れる。

米国特許第３，６６８，０１０号［発明者：ファジー等
（Ｆａｌｌｙ　ｅｔ　ａｌ）］は、内側表面及び外側表
面に電極を持つ管状の固体電解質電池積重ね体を開示し
ており、電極チューブを貫通して設けられた孔部を充填
するために丸い金属製のプラグが使用され、ホワイト等
の開示した構造におけると同様に、チューブ円周部の多
数個所で各電池の外側電極を隣接する電池の内側電極と
電子的に直列接続している。米国特許第４，１７４，２
６０号明細書は、直列接続された電池積重ね体に用いる
内部管状相互接続リングを開示しており、管状固体酸化
物燃料電池装置の内側電極は相互接続リングの内側部分
と重なり合い、外側電極は相互接続リングの外側部分と
重なり合っていて、ホワイト等の開示した構造における
と同様に内側電極及び外側電極を電子的に接続している
。

更に最近になって、米国特許第４，３９５．４６８号［
発明者：アイゼンバーブ（Ｉｓｅｎｂｅｒｇ）　］明細
書により、複数の長く薄い連続した管状固体酸化物燃料
電池を組み込んだ燃料電池装置が開示されたが、この装
置においては空気は多孔質支持チューブ内に挿入した空
気供給チューブにより１本の電池チューブの中心に供給
され、電池チューブは支持チューブ上に支持された空気
電極を含む。燃料は平行な単体の燃料電池の外側燃料電
極の間及び周囲を流れる。１つの空気人口、燃料入口及
び反応生成燃焼物出口が開示されている。米国特許第４
．４９０，４４４号（発明者：アイゼンバーブ）は、固
体酸化物燃料電池の構造及び相互接続部を開示している
。この燃料電池は、米国特許第４．３９５．４６８号（
発明者：アイゼンバーブ）で使用された連続型式の設計
であり、空気電極、固体電解質及び燃料電極が被覆され
た長くて独立した多孔質支持チューブより成る。各燃料
電池は、１つの電池の空気電極を隣接する電池の燃料電
極と電気的に接続するために、長い１本の相互接続部と
、燃料電池の長さ方向に沿って延びる金属製のフェルト
片とを有する。各電池は、更に別の金属フェルトをつけ
加えることにより、並列に接続することもできる。

米国特許第４，４９０，４４４号（発明者：アイゼンバ
ーブ）によりて開示された別の設計例では、細長い電池
が円弧形に区画されている。

長い電池を円弧状に分割することにより、各円弧状区画
は、長い電池の一端部に新しい空気と新しい燃料が供給
され他方端部に完全に使用しつくされた空気と完全に使
用しつくされた燃料とが供給されることはなく、各区画
が同程度に消耗された空気及び燃料と接触することにな
る。この先行特許明細書の教示によれば、各区画の中間
の円周部分は、たとえばイツトリアで安定化されたジル
コニア等から成る電子絶縁性の固体電解質で形成されて
いる。いずれの場合にも、空気電極はＬａＭｎＯ３等の
ペロプスカイト系の不純物をドープしたもしくはドープ
しない酸化物又は酸化物の混合物から成り、燃料電極は
ニッケル・ジルコニア・サーメット材料から成るものに
することができる。１９８６年４月１６日付で出願され
た米国特許出願第８５２．８６５号［発明者ニグリンプ
ル等（Ｇｒｉｍｂｌｅ　ｅｔ　ａｌ、）は、燃料電池の
全長に沿って現位置での燃料改質を行なう技術を開示し
ており、燃料電池の外側の各燃料電池の中間部分に独立
の燃料供給チューブを付加して未改質の燃料を供給する
構造を開示している。

米国特許第４，４７ａ、４９ａ号［発明者ニアツカマン
等（Ａｃｋｅｒｍａｎ　ｅｔ　ａｌ）］は、管状電池が
離間した設計とは異なり発電装置内に密に充填され接触
する列を形成するよう配置された固体酸化物燃料電池を
開示している。燃料電極、空気電極及び電解質が波打っ
た板状の構造であって、これらの波打った層の中間部分
に配設された電気的な相互接続材料層と接触する三角形
のチャンネルが形成され、異なる層の正極及び負極が接
続される。全ての層は、相互接続部を介して、接着され
た直列電子接触状態にある。酸化剤は、空気電極の空間
の長手方向に沿った空気供給チューブにより、三角形の
空気電極空間に供給される。単一の酸化剤入口、燃料入
口、発電装置及び反応生成燃焼物出口室が教示されてい
る。中間に配設されている燃料電極、空気電極及び電解
質は長い連続した形状である。

最も多く使用されている管状型の設計である米国特許第
４．３９５．４６８号及び第４，４９０，４４４号に記
載の燃料電池及び発電装置は、通常は外径が約１５ｍｍ
の長い電池を使用しているが、電池の抵抗を増すことな
く電池の径を増すことはできない。従来法のこれらの電
池は、主として酸化物から成る空気電極の抵抗のため、
並びに空気電極中で電池が円周パターンで軸方向に位置
する相互接続帯片に流れ、次いで金属製の集電フェルト
に流れるために、電力損失が生じる。又、これらの電池
は付着被覆工程において時間及び費用のかかるマスキン
グ・デマスキング工程を必要とするため、かなり費用が
増加し、各発電装置が多数の電池から成ることを考える
と、この費用は大きな問題である。又、ホワイト（Ｗｈ
ｉｔｅ）、タンネンベルガー等（Ｔａｎｎｅｎｂｅｒｇ
ｅｒ　ｅｔａｌ、）シュミッドベルガ−（Ｓｃｈｍｉｄ
ｂｅｒｇｅｒ）による電池の設計並びにこれらに類似し
た直列の積重ね型の工程は、労働集約的なマスキング・
デマスキング工程と電気的な相互接続工程とを必要とす
るため、設計が複雑になり電池の費用が嵩む。

［発明が解決しようとする問題点］ 管状型の現存の電池は、長さ３０ｃｍの燃料電池チュー
ブの場合、約２０ワツト程度の電力レベルが得られる。

電池の活性長さを増加することにより電力を増すことが
できるけれども、約１．２メートル（４フイート）を越
える長さの電池は製造上の問題を伴なう。又、長くて孔
径の小さな電池チューブは、圧力降下の増大のために空
気の分岐に関する問題がある。既存の設計は、小規模及
び中規模の発電装置の場合には、信頼性が高く好適なも
のであるけれども、電池製造時のコストを大きく低減さ
せると同時に発電装置の電力レベルを高めるためには新
しい設計が必要とされている。

本発明の目的は、径が大きく、電池を自己支持型にし、
容易に且つ低価格で製造でき′る特異な電池の構造を提
供し、この特異な電池構造により、空気電極中での電流
の流路を短くし、より効率的で大電力を供給できる相互
接続部、支持部及び発電装置の設計を可能にすることで
ある。

［問題点を解決するための手段］ 従って、本発明は管状、電子伝導性、及び多孔質の内部
電極と；前記内部電極と接触しそれを取り囲んでいる固
体電解質と；前記電解質と接触しそれを取り囲んでいる
電子伝導性で多孔質の外部電極とから成る複数の電池セ
グメントと、１つの電池セグメントの内部電極を隣接す
る電池の内部電極と電気的に接続するよう隣接する電池
セグメントの間に配設された環状で電子伝導性の相互接
続部材とから成り、各電池セグメントの外部電極は相互
に物理的及び電子的に分離されており、且つ隣接する電
池セグメントの内部電極からも物理的及び電子的に分離
されていることを特徴とする複数の電池セグメントから
成る電気化学的電池に関する。

又、軸方向に細長い環状燃料電池集合体であって、複数
の電池要素から成り、各電池要素が自己支持性で環状の
電子伝導性の多孔質内部空気電極と、前記空気電極と接
触しそれを取り囲んでいる固体酸化物電解質と、前記電
解質と接触しそれを取り囲んでいる電子伝導性の多孔質
外部燃料電極と、電池要素の間に配設され電池要素を結
合している環状で電子伝導性の相互接続部材とから成り
、同一電池集合体上の電池要素の内部空気電極が相互接
続部材によって電子的に接続されており、同一電池集合
体上の外部電極が相互に且つ同一電池集合体上の内部電
極から物理的及び電子的に隔離されていることを特徴と
する燃料電池集合体も本発明の技術的範囲に含まれる。

最も広義には、本発明は、複数の環状電池セグメントな
いし電池要素から成る軸方向に細長い環状の低電圧電気
化学的電池を提供する。本明細書中で使用する「環状」
なる語句は、各種の断面形状を含み、たとえば丸い断面
又は正方形の断面を含む。集合体になった電池は、通常
はスリーブ手段によって接続された幾つかの副集合体に
分割されている。各電池セグメントないし電池要素は、
内部電極と外部電極を持ち、中間部分に電子絶縁性の固
体電解質層がある。各電池要素の内部電極は電池要素の
中間部分に配設された環状で電子伝導性の相互接続リン
グ部材で結合され、複数の電池要素の外部電極は相互間
且つ内部電極から物理的且つ電子的に分離されている。

電極は電子伝導性である。即ち電子を自由に流す。電解
質はイオン伝導性であり電子絶縁性である。即ち電子は
電解質を伝わる質量に付着し、イオンはＫＮと電子とを
合わせ有する。

斯くして、副集合体の内部電極部分の全管状長さを通し
て連続的な電子伝導が行なわれ、内部空気電極から相互
接続部材に至る短い電流流路が形成される。空気電極部
材又は空気電極セグメントと相互接続部材とにより、中
空の空気流路が形成される。いずれの場合でも、各層は
接触する底部層を次々に囲むことになる。

環状の内部電極の縁部を受容するために、相互接続部材
の内面に凹部、ノツチ又は溝を設けるのが好ましい。又
、内部電極と相互接続部材との界面を簡単な正方形突合
せ接合にすることもでき、焼結によって一体的に接着す
るかもしくは導電性接看剤で接着する。気密の相互接続
部材と内部電極との間を気密に密封するために、固体電
解質層が相互接続部材に被覆されている構造にするのが
好ましい。接合された電池要素は自己支持性で長く、相
互接続部材は短くて同一直径であり、その寸法には特に
制約がない。軸方向に細長い複数の電池集合体が互いに
平行に且つ隣接して配置され、ワイヤー、金属フェルト
又は金属テープ等の導電性の集合体接続手段によって電
子的に直列接続され、集合体接続手段は１つの電池集合
体の相互接続部材及び隣接する電池集合体の外部電極に
接触している。

同様の方法で、並列接続することもでき、その場合には
相互接続部材同志を接触させ、また外部電極同志を接触
させればよい。

［作用］ 各電池要素の出力は１０ワット程度であり、本発明の構
造によれば電池集合体の長さを２メートル（６，５フイ
ート）にでき、接続部材及びスリーブ部材を種々に変化
させることにより２メートルの長さの電池集合体を４つ
の長さ５０ｃｍの副系合体から構成でき、各副系合体は
約５個の電池要素を含むから、全体を約４０個の電池要
素で構成して長い電池集合体−つについて合計４００ワ
ツトの出力を得ることができる。本発明の電池構造を用
いて短い電池集合体をつくることも勿論可能である。同
数の管状構造物を用いた場合、本発明の構造は従来法の
アイゼンパーグによる管状燃料電池設計の２０倍にも及
ぶ電力が得られる。各電池要素の長さは約４０　ｍｍ、
外径は約４５ｍｍ、壁厚は約３１にすることができる。

断面積及び壁厚が比較的大きいので、別途に支持部材を
用いる必要がなくなり、ガス流を流す内部断面積を大き
くとることができる。電池要素の直径は、電池集合体を
つなぐ金属製接続部材の抵抗損失に支配される。この種
の電力損失を減少させるには、電池要素の直径は小さい
ほうがよい。

このように内部面積が大きな電池要素を最適条件で作動
させるためには、従来型の管状燃料電池の場合よりも燃
料の流速及び空気の流速を高くする必要がある。本発明
による特異な電気化学的電池集合体は、単一の発電室及
び予熱室を持つ周知の従来型発電シェル中で使用して新
しい設計の発電装置にすることもできるけれども、ガス
の流速がもつと大きい設計が好ましい。本発明による高
ガス流速発電装置においては、細長い電池集合体の両端
部が開口しており、各端部は固有の排気ガス出口を持つ
別個の燃焼生成物室と連通させである。

従って、本発明による新規な発電装置は、２つの燃焼生
成物室とこれらの燃焼生成物室の中間に配設された発電
室とを含む複数の室を画定するハウジング手段と；発電
室と２つの燃焼生成物室とを分離する多孔質障壁と；発
電室内に配設された複数の電池要素から成る複数の細長
い管状電気化学的電池集合体と；細長い管状電気化学的
電池集合体に第一ガス状反応剤を流入させて内部電極と
接触させ、多孔質障壁を介して燃焼生成物室に流入させ
る手段と；第二ガス状反応剤を発電室に流入させ、細長
い管状電気化学的電池集合体の周囲に流して外部電極と
接触させ、多孔室障壁を介して燃焼生成物室に流入させ
る手段と；燃焼生成物室に入る以前においては第一及び
第二ガス状反応剤が互いに直接接触しないように分離し
ておく手段と；燃焼生成物室から第一及び第二ガス状反
応剤を排出する手段とから成る。

好ましくは、ガス状反応剤を流入させる手段はガス注入
チューブであり、電気化学的電池集合体は燃料電池集合
体であり、外部電極は燃料電極であり、内部電極は空気
電極である。他の断面形状、たとえば波形断面にして電
池要素の活性表面積を増すこともできるけれども、電池
要素及び相互接続部材は円形にするのが好ましい。好ま
しくは、副系合体をスリーブ部材によって接続し、細長
い燃料電池集合体の内部に位置するガス注入チューブの
内部支持体としても役立てる。

実質的に、大型で区画された単一の電池を構成する本発
明の細長い電気化学的電池集合体は、既存の１本の連続
した長い電池構造を遥かにしのぐ電力レベルの増大を可
能にし、電池要素支持のための多孔質内部支持構造体を
不要にし、小孔長尺のチューブ設計に特有のガス分岐に
伴なう圧力損失の問題を解決し、小孔長尺のチューブ製
造のコストを大幅に低減させ、整合性の優れた組成物か
ら成る焼結体を使用できるので熱膨張時の整合性を改善
でき、たとえば現在使用されている固体酸化物燃料電池
の場合に用いられている薄い層状の電解質を蒸着させる
労力を要する蒸着工程及びマスキング・デマスキング工
程を省略することができる。本発明の設計は、水蒸気及
び二酸化炭素の電解セルに応用することもできる。

［実施例コ 本発明をより明確に理解できるよう、添附の図面を参照
して、以下に本発明の好ましい実施例について説明する
。

第１図に、米国特許第４，３９５，４６８号明細書に記
載されているような先行技術の燃料電池及び燃料電池発
電装置を示す。発電装置は、気密のハウジング１２と、
絶縁体２２と、１つの発電室１４と、排気口２８を持つ
１つの予熱室１６とを有する。燃料Ｐ１は発電装置の一
方側から流入し、酸化剤Ｐ２が他方側から流入する。燃
料は、長い管状の１つの燃料電池３９の周囲を流れて消
費され、多孔質の障壁層３２を通って、燃焼生成物室に
入る。

燃料電池３９の内部に開口端を持つ酸化剤注入チューブ
２０によって、酸化剤は燃料電池３９に流入する。新し
い酸化剤は燃料電池の内側端部に到達すると、方向を変
え、消費された酸化剤として不活性部分４８を通って予
熱室１６に出る。消費された酸化剤は消費された燃料と
予熱室内で接触し、燃焼して、供給チューブ２０に流入
する酸化剤を加熱した後に、排気口２８から出てゆく。

全部の燃料電池３９は、燃料電池の全作用長にわたって
延びている長い外部金属繊維フェルト５４によって接続
されている。燃料電池３９の端部４４は閉じられている
。

第２図に、高出力、高ガス流速の電気化学的電池発電装
置の一般計例を示す。発電装置１０は、２つの燃焼生成
物室又は予熱室１５及び１６の間に配設された中央発電
室１４を含む複数の室を画定し、囲繞している気密のハ
ウジング手段１２を有する。ハウジング１２の内部に燃
料導入室又は適宜なマニホルド手段１７及び酸化剤導入
室又は適宜なマニホルド手段１８を予熱室に隣接させて
配設しておくこともできる。多孔質障壁３１及び３２が
中央発電室１４と、２つの燃焼生成物室即ち予熱室１５
及び１６とを分離している。各々が複数の電池要素から
成る複数の軸方向に細長い電気化学的電池集合体４０が
中央発電室の内部に配設されている。

発電装置１０は、第一ガス状反応剤、即ち燃料Ｐ１を電
池集合体４０の周囲に流して外部電極と接触させ、多、
孔質障壁３１及び３２を介して燃焼生成物室１５及び１
６に流入させる手段と：第二ガス状反応剤、即ち酸化剤
Ｐ２を電池集合体４０に流入させて内部電極と接触させ
、多孔質障壁３２及び３１を介して燃焼生成物室１６及
び１５に流入させる手段とを有する。第一及び第二ガス
状反応剤は、燃焼生成物室内に入る以前においては、互
いに直接接触しないように隔離されている。

ハウジング１２は、好ましくは、鋼その他の適宜な金属
合金製であって、全体に熱絶縁物で被覆されており、た
とえば低密度アルミナ絶縁層のような層を符号２２で図
示しである。ハウジング１２及び絶縁層２２を貫いて、
第３図に最もわかり易く図示した燃料導入口２４と、空
気導入口２６と、燃焼生成物出口２７及び２８と、絶縁
された電気リード線５８の出口とが設けられている。発
電室１４は、多孔質障壁３１と３２との間に延びている
。予熱室１５及び１６は、多孔室障壁３１及び３２と金
属製の管板３３及び３４のような対応する管支持構造体
間に延びる。酸化剤導入室１８は、管板３４とハウジン
グ１２の端部壁３６との間に位置する。燃料導入室１７
は、管板３３とハウジング１２の端部壁３０との間に位
置する。隔離のための障壁は他の型式の構造にすること
もでき、支持バッフ　ル及ヒ？すれバッフルを追加する
こともできる。

図示した障壁、即ち多孔質障壁３１及び３２と、管板３
３及び３４とは、密閉構造である必要はない。多孔質障
壁３１及び３２は、大気圧よりも僅かに高い適宜な動作
圧力の発電室１４と、僅かに低圧の動作圧力の予熱室１
５及び１６との間に矢印３７及び３８で示すようなガス
流を生じるように設計しておけばよい。しかしながら、
本発明の構造において障壁３２の密閉度を高くして発電
室に導入される燃料全部が予熱室１６には入らないよう
にすることもでき、たとえば障壁３２の材料として高密
度の材料を使用する等の何らかの流れ制限手段をとって
導入される燃料の約１／２が予熱室１５に入るように設
計することもできる。

第２図に示した発電装置１０は水平方向に配置されてい
るが、鉛直方向又はその他の姿勢で動作させることもで
きる。

高温度で動作する細長い固体電解質を有する複数の電気
化学的電池集合体４０、好ましくは燃料電池集合体が予
熱室１５と１６の間の発電室１４の内部に延びている。

電池集合体は予熱室１６に開口した開口端部４２を持ち
、好ましくは燃料電池として使用する場合には、第４図
に最もわかり易く示すように、予熱室１５に開口した開
口端部、または極めて気孔率の高い閉鎖端部もしくは端
部キャップ４４に設けた孔部４３を持つ。

第４図に示すように、燃料電池要素４１は好ましくは管
状であり、２つの電極４７及び４９の間に挟持された電
子的に絶縁性でイオン伝導性の固体電解質４５を有する
。電極及び電解質に別途に支持構造を付加する必要はな
い。第２図及び第３図に示すように、各電池集合体４０
は不活性の開口端部４８と、燃料電池集合体４１に相当
するセグメント状の電気化学的長さとを有する。電池要
素の全活性長は、発電室１４の内部に収納される。好ま
しくは、空気電極が内部電極４７であり、この電極は大
ぎな外径の構造で、比較的壁厚が大きくて、電解質４５
及び好ましくは燃料電極である外部電極４９を支持でき
る。好ましい実施例においては、電池要素の長さを４０
ｍｍ、外径を４５ｍｍにする。空気電極の壁厚を約３ｍ
ｍにし、電解質層及び燃料電極層の厚さを約１０ミクロ
ン乃至約１５０ミクロンにすることができる。このよう
な管の厚さに対する外径の比は、機械的に妥当な比率で
ある。管の壁厚を約３ｍｍよりも大きくすると、動作中
にかなりの拡散損失が生じる。しかしながら、いずれに
せよ寸法には特に制限はない。

内部電極４７は、電池側集合体中の他の内部電極全部と
電子的に接続されており、自由に電子が流れる。再び第
４図に示す電池要素と相互接続部材との組合せの説明を
続けると、必ずしも限定はされないが一般的には厚み約
３ｍｍ乃至約１０ｍｍの環状で電子伝導性の相互接続リ
ング状部材５１が電池要素の間に配設され、内部環状電
極４７に接触し接着されている。相互接続リングは燃料
及び酸化剤を透過せず、これらのガス類に対して安定で
あり、好ましくは空気電極である内部電極４７は酸化剤
に対して多孔質であり、好ましくは燃料電極である外部
電極４９は燃料に対して多孔質である。相互接続リング
の円周面上に、端部キャップ４４近傍の２つの相互接続
リングに示すように内部電極を受容する正方形チャンネ
ルを設けることもでき、第４Ｂ図に個所５３で示すよう
に内部電極を受容する円形のみぞチャンネルを相互接続
リングに設けておくこともできる。第４Ａ図に個所５５
で示すように、相互接続リングと環状内部電極との対向
面をみぞのない単なる平面状にしておいてもよい。

いずれかの場合においても、整合性のある耐熱性で導電
性の接着剤を用いて各環状内部電極と接触する相互接続
リングに接着して電池側集合体を一体に接着する。導電
性セメントに細かく（即ち１〜１０ミクロン）砕いた焼
結活性形の空気電極材料を含有させておくこともできる
。個所５７で示すように、所望する相互接続リングの一
部分に刻み目又はみぞを設けて、ワイヤーその他の電子
伝導性の集合体接続手段５９を受容することもできる。

好ましくは、必要に応じて、相互接続リング５１と集合
体接続手段５９の中間に金属被膜６１を設ける。

−以　　下　　余　　白　　− 第４図に示すように、相互接続リング５１の外側隣接面
上に非多孔質で電子絶縁性の電解′Ｍ４５を被覆し、被
膜が相互接続リングの外面を覆うようにする。このよう
な被覆を設けることにより、気密性を向上させて、燃料
ガスと酸化剤ガスとが混合しないように防止できる。図
示の如く、外部電極４９は互いに物理的及び電子的に分
離されており、同−電池側集合体の外部電極セグメント
間には電子が直接流れる自由電子流路は形成されず、外
部電極と内部電極との間にも電子が流れる自由電子流路
は形成されず、各層は接触する底部層を完全に取り囲み
軸方向に延びる半径方向の分割はない。しかしながら、
好ましくは空気電極である内部電極４７は電子伝導性の
相互接続リングと直接短い流路で電子接触しており、第
４図中に符号７０で示すように自由電子は同−副系合体
の隣接する内部電極を直接移動する。

上述の如く、細長い電気化学的電池集合体は複数の短い
環状且つ自己支持性の電池要素から成る複数の長い環状
電池側集合体から構成され、各電池要素は内部環状電極
と、外部環状電極と、その間に配設された環状の固体電
解質と、電池要素間に配設され、接触している内部電極
に接着された薄い環状で電子伝導性の相互接続部材とか
ら成る。

上記の集合体においては、同−副系合体の外部電極は相
互に電子的に分離されており、同一の副系合体の内部電
極は互いに電子的に接続されている。集合体中の外部電
極と内部電極とが物理的に接触することはない。副系合
体は、単一の内部電子自由通路と共に、多数の外部電極
及び相互接続部材との電子的接触部を持ち、単一の内部
ガス流路空間を有する構造である。一般的には、空気電
極は押出し成形後に切断するか、或いは成形により所望
の電極構造のものを製造することができる。空気電極は
多孔質材料から製造し、１３５０℃〜１６５０℃で焼結
する。同様に、相互接続部材も押出し又は成形により所
望寸法・形状にすることができる。相互接続部材は密な
材料から製造し、１７００℃〜１８００℃で焼結する。

上述の如く、中間部分に適当な接着剤を入れて空気電極
と相互接続部材とを重ね合わせた後、再び約１６００℃
〜１７００℃で負荷を印加しながら焼結して、これらの
２つの部材を一体に接着する。次に電解質を全体に付着
させて相互接続部を砂吹付けにより除去するか、或いは
最初に相互接続部に金属被膜を付着させておけば電解質
は金属被膜上には付着しない。

次に空気電極を付着させて、ニッケル・ワイヤーを付け
て直列及び並列接続を行なうことができる。

第４図に示す酸化剤注入チューブ２０は、安定化したジ
ルコニア・アルミナ又はマグネシア等のセラミックス材
料でできた端部キャップ４４の内端部から一定距離離し
てあり、後述する整合性ある耐熱性接着剤７０を用いる
か又は焼結技法によって電池側集合体の端部に接着され
ている。本発明の自己支持性電池集合体を燃料電池とし
て使用し、第１図に示した標準発電装置の設計に代えて
第２図のガス流速が大きく２つの予熱室を持つ設計の発
電装置中で用いる場合には、端部キャップ４４に穿孔そ
の他の手段によって開口部４３を設ける。開口部４３の
大きさは、供給チューブ２０に入った酸化剤ガスＰ２の
ほぼ半分が端部キャップを通って予熱室１５に入り、残
りのほぼ半分が空気電極と供給チューブの間の環状部を
逆向きに流れて第３図に示すように予熱室１６に流入す
る大きさにする。既述したように、端部キャップ４４を
多孔質にしておいて同一の結果を得ることもできる。

副集合体の中間部分に相互接続部材を配設する代わりに
、環状スリーブ部材７４で接合した複数の電池要素４１
から成る２つの副集合体７２及び７３を第５図に示す。

スリーブ部材は、酸化剤注入チューブ２０の内部支持体
としても役立つ。図示した好ましいスリーブ部材の設計
では、外側スリーブ部分７５は密な安定化されたジルコ
ニア等の密なセラミックス材料でできている。外側スリ
ーブは、整合性ある耐熱性接着剤７６によって、空気電
極４７を覆っている電解質４５に付着される。接着剤と
しては、端部キャップの接着に用いたものと同様の接着
剤を使用でき、たとえばジルコニアの細かい粒子と粗い
粒子とから成り、細かい粒子１ミクロン乃至１０ミクロ
ンであって焼結活性を有し、粗い粒子は１０ミクロン乃
至１００ミクロンであって充填材として働くジルコニア
粒子の混合物から成るものを使用することができる。従
って、外側スリーブ部分７５の下にある空気電極は密な
固体電解質４５を保持していて、空気電極４７の当接部
分は密封されており、燃料電極は付着していないので不
活性である。内側スリーブ部分７７は、たとえば多孔質
の安定化ジルコニア等の多孔質セラミックス材料からつ
くられ、符号７８で示す既述の整合性ある耐熱性接着剤
によって接着されている。

斯くして、第５図に示すように、密なスリーブ材料７５
が外側の空気電極接合部８０の上を覆って電解質に隣接
して配設され、多孔質のスリーブ部材７７が多孔質の空
気電極接合部８０の上を覆って内側に位置する。スリー
ブを上記のように密な部分と多孔質部分とから成る構造
にすることは重要であり、接合部８０における空気電極
の劣化が防止される。電池要素の外面上に密な電解質を
付着させるとともに結合接着剤７６を使用することによ
り、接合部８０における燃料の浸透が実質的に防止され
る。幾分かの酸化剤は電池要素の内部から多孔質の内側
スリーブ部分７７及び接着剤７８を通って流れることが
でき、接合部８０において空気電極を酸化性雰囲気に保
持し、接合部の端部付近における空気電極の経時的な劣
化及び割れが防止される。極めて密に嵌合しているため
に長くて狭い燃料拡散路が形成され、また漏れ速度が極
めて小さいのでホット・スポットは形成されないから、
電池側集合体７２と７３との接合には完全な気密性は要
求されない。

第６図に電池要素の環状閉鎖壁構造を示しであるが、こ
の図は第５図に示したスリーブの設計をＶｌ−Ｖｌ線に
沿って切断した断面図であり、内側スリーブ部分７７の
内面から延びて酸化剤注入チューブ２０を支持している
好ましい三脚スパイダ型支持アーム７９をわかり易く図
示しである。酸化剤の流れはスパイダの支持アームの間
の空間８１を通って注入チューブの周囲に沿って流れる
ことができる。わかり易く図示するために、スリーブ部
分７５及び７７は実際の断面よりも大きく図示しである
。良好な支持を提供し、空気の流れをよくし、製作が容
易な好ましいスパイダ支持アーム７９の数は３本である
。支持アームはスリーブ部分７７の全長部にわたって設
ける必要はなく、別個につくりスリーブ部分７７に接着
すればよい。このような支持構造の採用により、酸化剤
注入チューブが電池要素の内部と接触する可能性が減少
し、酸化剤の流れをより良好にまたより制御して流すこ
とができ、破損の危険性を小さくできる。

好ましい単純な円形断面を持つ電池要素を図示したが、
電池要素の断面形状には特に制限はない。第７図に示す
ように、空気電極４７、固体電解［４５及び燃料電極４
９の形を波打った設計にするというように、他の形状に
することもできる。発電装置の体積を最少にしなければ
ならない場合においては、活性面を増大させるために上
記の波打った設計は特に利益をもたらす設計である。

たとえばマニホルド等の何らかの手段により好ましくは
空気又は酸素から成る酸化剤Ｐ２を、第２図及び第３図
に示すように、酸化剤注入チューブ即ち酸化剤供給チュ
ーブ２０に供給する。第１図中に符号Ｐ１で示す水素及
び−酸化炭素等から成る燃料をマニホルド等の手段によ
り燃料注入チューブ即ち燃料供給チューブ９０に供給す
る。第３図に最もわかり易く示す燃料注入チューブ９０
は、多くの点で酸化剤注入チューブ２０に類似している
。燃料注入チューブは開口端部を持つ設計にすることも
でき、或いは壁部が極めて多孔質のセラミックスから成
るものもしくは燃料注入チューブ壁部に穿孔その他の方
法で複数の小さな孔部を形成した閉鎖端部を持つ設計に
することもできる。

発電装置と一体構造の燃料改質手段を設けておき、天然
ガス、メタンなどの各種炭化水素類又はアルコール類を
その場で改質し、通常は水蒸気とともにこれらの燃料を
直接に供給できるようにするのが望ましい場合もある。

供給された生の燃料ガスをその場で改質する場合には、
たとえばニッケルの如き生の燃料用改質触媒を燃料注入
チューブ９０の内面に塗布、含浸又はその他の方法で含
有させておくことができる。その場での吸熱改質反応に
よる熱損失は、電池側集合体との熱交換及び発電室の燃
料導入端部付近における燃料注入チューブへの熱輻射に
よって補償できる。第３図を見ればわかるように、管板
３３及び多孔質障壁３１によって燃料注入チューブ９０
を容易に支持できる。

各電池要素は約１ボルトの開路電池電圧を発生し、複数
の電池要素を好ましくは並列・直列に電気的に接続して
、密に充填された長方形の列状配置にする。説明のため
に第２図を参照して、５０列、５２段の装置について記
載する。各電池要素は、第３図、第８図及び第９図に最
もわかり易く示すように、好ましくは導電性の集合体接
続手段５９によって隣接する電池要素と電子的に接続さ
れる。−般的には、第２図に示した好ましい構造の場合
、燃料が各電池の周囲に流れ、空気等の酸化剤が各電池
の内部を流れ、各電池の外周部がアノードであり、カソ
ードが内部に位置している。

第８図を参照して５２段目の列について説明すると、５
０゛列の燃料電極アノード４９の円周部の個所９５に図
示したワイヤーのような導電性集合体接続手段５９が接
触していて、位置をずらせて配置された５ｏ”列の電池
側集合体の相互接続リング部材５１の個所９６と電子的
に接続されている。このようにして、隣接する位置をず
らせて配置した電池側集合体の電池要素が直列接続され
る。

並列接続路は、第９図に示すように、隣接する電池の外
部燃料電極と相互接続部は、位置をずらさずに同じよう
に配列した５０列に沿って、相互接続部と相互接続部が
電子的に接続され、また外部燃料電極と外部燃料電極が
電子的に接続されている。第９Ａ図及び第９Ｂ図におい
ては、図示を簡明にするために直列接続は図示せず、集
合体の異なる長さ部分に沿った断面、即ち５０゛列の断
面は第４図のＩＸＢ−ＩＸＢ線に沿って相互接続リング
５１を切断した断面を示し、５０”列の断面は第４図の
ＩＸＡ−ＩＸＡ線に沿って内部電極、外部電極及び電解
質を切断した断面を示しである。

図かられかるように、第９Ｂ図の５０’列の場合、導電
性の集合体接続手段５９は隣接する副集合体の相互接続
リング部材５１と接触しており、ｉ９ａ図には第４図に
示した所望に応じて設ける金属被膜６丁は図示していな
い。第９Ａ図の５０”列の場合について言えば、導電性
の集合体接続手段５９は隣接する副集合体の外部燃料電
極４９と接触している。第２図及び第３図に示すように
、５２゛゛段に至るまで電池集合体は位置をずらせて配
置されているが、列５０　””に沿って見れば各集合体
間での位置ずれはない。

第２図及び第３図に示した構造の場合、無負荷状態で第
一列５０°の電池が約１ボルトの電圧を発生させ、第二
列５０°°の電池が電圧を付加して約２ボルトにし、第
三列５０°°°の電池の電圧付加により約３ボルトにな
り、以下同様の電圧付加がなされる。このようにして数
百の電池を直列に電子的に接続して所望する電圧にする
ことができる。このようにして発生した直流電気エネル
ギーを好ましくはフェルト・パッドを持つ導電性金属プ
レートから成る集電器を用いて集電する。

正電流集電器５６は、第３図に示すように、第一列５０
′の各電池集合体の相互接続部材と電子的に接触し、第
二の集電器即ち負電流集電器５６°は最終列の各電池集
合体の外部電極と電子的に接触している。従って、第３
図に最もわかり易く示すように、電流集電器に電気リー
ド線５８が配設される。

第３図に最もわかり易く示すように、燃料注入チューブ
９０及び空気注入チューブ２０は、対応する管板３３及
び３４の一端部に遊動支持されているのが好ましい。管
板３３及び３４は好ましくはステンレス鋼製であり、チ
ューブ２０及び９０には流れ制限アダプタが嵌合されて
いる。チューブ２０は好ましくはアルミナ製で、管板は
低密度アルミナのような熱絶縁物で被覆されている。矢
印６３で示す少量の酸化剤及び燃料の漏れは許容できる
。空気注入チューブ２０は管板３４から延びて燃料電池
集合体４０の開口端部に入って゛　おり、１つの燃料電
池集合体に対して１木のチューブ２０がある。消費され
た燃料及び空気の通過を許容する多孔質の障壁３１及び
３２は、好ましくは繊維状アルミナ・フェルト等の多孔
質セラミックス製バッフルであるか、もしくは各燃料電
池集合体４０を取り囲むセラミックス・ウール・プラグ
等の多孔質挿入物を持つセラミックス板のセグメントか
ら成る。既述したように、障壁３２は障壁３１よりも気
密度が高く、予熱室１５に適量の使用済燃料が流入する
ように構成されている。

動作時には、空気等の酸化剤Ｐ２が導入口２６を通って
導入室１８に入る。導入室１８は、各個の空気注入チュ
ーブ２０の入口マニホルドとして働く。空気は約５００
℃乃至７００℃の温度で大気圧より高い圧力で注入チュ
ーブ導管に入り、通常は、送風機と組み合わせた熱交換
器のような従来式の手段によってハウジングに入る以前
に予備加熱されている。空気は予熱室１６を通って空気
注入チューブに流入し、予熱室内で更に加熱されて約９
００℃になる。次いで空気は空気注入チューブの全長を
流れる間に更に加熱されて約１０００℃になり、燃料電
池集合体４ｏに放出される。

空気中の酸素は、燃料電池集合体の内部において、活性
長さ部分に沿って燃料電池カソードで電気化学的に反応
し、電池集合体の開口端部４２及び４３に近づくに従っ
て酸素含有率が低下する。酸素が消費された空気は、燃
焼生成物室即ち予熱室１５及び１６に放出される。水素
又は−酸化炭素と水素との混合物等から成る燃料は通常
は供給源から流入し、必要ならば予熱源から燃料導入室
１７に流入し、次いで燃料注入チューブ９ｏに流入し、
発電室１４に流れ込む。燃料は燃料電池の上方及び周囲
を流れて、燃料電池アノードで電気化学的に反応する。

初期燃料含有量の約５％乃至１５％又はそれ以上の燃料
を含有する”消費された”燃料は、障壁３１及び３２を
通って拡散して、予熱室１５及び１６に入る。

消費された空気及び燃料と、管板３３及び３４を介して
漏洩し予熱室１５及び１６に流入した空気又は燃料とは
、直接に発熱反応を行なう。燃料を完全に燃焼させるこ
の反応の熱及び消費された燃料及び空気の熱とを利用し
て、流入する空気及び燃料を予熱する。燃焼生成物は、
約９００℃又はそれ以下の温度で燃焼生成物排出口２７
及び２８から排出される。排出口は燃焼生成物室１５及
び１６の内部に位置させてもよく、適当な手段によって
排出ガスを導いて流入流と平行な方向で発電装置３０及
び３６の端部壁から流出させることもできる。排出され
る燃焼生成物中に残留するエネルギーを利用し、たとえ
ば外部熱交換器に流れる流入空気及び流入燃料を予熱す
ることもでき、従来型の蒸気発生装置中で水蒸気を発生
させることもできる。

自己支持性でガス透過性の内部電極の材料として使用で
きるものの例としては、不純物をドープしたもしくはド
ープしないペロブスカイト構造の酸化物又は酸化物の混
合物、たとえばＬａＭｎＯ３，ＬａＮｆ０３．　ＬａＣ
ｏＯ３，ＬａＣｒＯ３等を挙げることができ、更にコバ
ルト、ニッケル、銅、鉄、クロム及びマンガンの酸化物
と混合した稀土類酸化物及びこれらの混合物のようなそ
の他の電子伝導性の混合酸化物を挙げることができる。

電解質は、通常は気密の固体酸化物材料であり、好まし
くは厚さ約１０ミクロン乃至５０ミクロンのイツトリア
で安定化したジルコニアである。周知の技法によって、
電解質を空気電極に付着させることができる。外部燃料
電極はガス透過性でなければならず、好ましくはニッケ
ル・ジルコニア・サーメット又はコバルト・ジルコニア
・サーメットから成る。外部燃料電極の厚さは、通常、
約１０ミクロン乃至約１５０ミクロンである。相互接続
リング部材は、酸化剤雰囲気下及び燃料雰囲気下で導電
性でなければならず、好ましくは酸化物をドープした亜
クロム酸ランタンから成る。上記の各材料物質は周知で
あり、米国特許第４，４９０，４４４号明細書に記載さ
れている。相互接続リング外面にメッキされる金属とし
ては、ニッケル又はコバルト等を用いることができ、好
ましい導電性の集合体接続手段はニッケル製のワイヤー
、テープ又はフェルトである。

既述したように、閉鎖型燃料電池構造を持ち、複数の短
い環状で自己支持性の大きな直径を有する電池要素から
成る本発明の電気化学的電池集合体を車−の発電室と単
一の予熱室と設計変更した酸化剤流量及び燃料流量増速
手段とを持つ従来型の発電装置に用いることもできる。

このようにした場合、電池の製造及び組立てにおいて、
電池チューブの数の減少によりコストを著しく低減でき
る。本発明の電気化学的電池集合体を水蒸気と一酸化炭
素の混合物の電気分解セルとして使用することもでき、
この場合には、密閉部のないという設計思想は捨てて一
方端部閉鎖型のセル集合体にする。即ち第４図に示す端
部キャップ４４を閉鎖するのが好ましい。又、電気分解
セルの間口端部側の不活性部分を低温領域にまで延ばし
て反応剤と反応生成物が確実に密封されるようにするの
が好ましい。

［効果］ 本明細書に記載した密閉部のない構成を採用した発電装
置は、燃料が実質的に燃焼してカソードに高温度の酸化
剤に富むガスが供給されるので、始動が自動的に行なわ
れる。更に、予熱された燃料がアノードへのガスになる
。又、責化した燃料を燃焼生成物室内で酸化剤とともに
燃焼させ、電池に負荷が印加される温度にまで、たとえ
ば活性電池温度である７００℃の温度にまで酸化剤が予
熱される。電気化学的反応の熱（分極熱及びエントロピ
ー熱）に加えてオーム熱（１２Ｒ）によって、発電装置
の活性発電区域の温度は中庸動作温度であるａＯＯ℃乃
至１１００℃の温度に上昇する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、金属フェルト相互接続部を用いた長い管状の
従来型の電気化学的電池の切欠き斜視図であり、図示し
た従来型電気化学的電池発電装置のシェルは１つの発電
室と１つの燃焼生成物室とを有する。 第２図は、複数の細長い電気化学的電池集合体と２つの
燃焼生成物室とを持つ電気化学的発電装置の一実施例の
切欠き斜視図である。 第３図は、第２図に示した電気化学的電池の断面図であ
り、内部及び外部ガス注入チューブと２つの燃焼生成物
室とを示す図である。 第４図は、電池側集合体の一部を構成する幾つかの接合
された電池要素及び相互接続部材を、ガス注入チューブ
及び付着間口端部キャップと共に示す断面図であり、第
４Ａ図及び第４Ｂ図は相互接続部材の変形実施例を示す
図である。 第５図は、２つの電池セグメント副集合体の接合端部の
断面図であり、内部ガス注入チューブの支持部材ともな
っているスリーブ部材接続手段を示す図である。 第６図は、第５図に示した内部ガス注入チューブのスパ
イダ支持部の断面図であり、第５図のＶｌ−ＶＩ線に沿
って切断した図である。 第７図は、電池要素の断面が波面になった一実施例の断
面図である。 第８図は３つの隣接し、ずらして配置された電気化学的
電池側集合体の直列接続を示す側面図である。 第９Ａ図及び第９Ｂ図は、第４図のＩＸ線及びＩＸＢ線
に沿って切断した直列及び並列接続された隣接する電気
化学的電池側集合体の断面図である。 １０・・・・発電装置 １２・・・・ハウジング １４・・・・発電室 １５．１６　・・・燃焼生成物室（予熱室）３１．３２
　　・・・多孔質障壁 ４０・・・・電気化学的電池集合体 ４１・・・・電池要素 ４５・・・・固体電解質 ４７・・・・内部電極 ４９・・・・外部電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各々が、環状、電子伝導性、及び多孔質の内部電極
   と；前記内部電極と接触しそれを取り囲んでいる固体電
   解質と；前記電解質と接触しそれを取り囲んでいる電子
   伝導性で多孔質の外部電極とから成る複数の電池セグメ
   ントと、１つの電池セグメントの内部電極を隣接する電
   池セグメントの内部電極と電子的に接続するよう隣接す
   る電池セグメントの間に配設された環状で電子伝導性の
   相互接続部材とから成り、各電池セグメントの外部電極
   は相互に物理的及び電子的に分離されてお り、且つ隣接する電池セグメントの内部電極からも物理
   的及び電子的に分離されていることを特徴とする複数の
   電池セグメントから成る電気化学的電池。 ２、内部電極が空気電極であり、外部電極が燃料電極で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電
   池。 ３、電解質が電子絶縁性でガス不透過性の固体酸化物材
   料から成り、相互接続部材が酸化物をドープした亜クロ
   ム酸ランタンから成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項又は第２項に記載の電池。 ４、内部電極が自己支持性であり、環状相互接続部材の
   外面の一部分が電解質によって被覆されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項に記
   載の電池。 ５、前記特許請求の範囲の何れかに記載の複数の電池を
   環状のスリーブ手段により接合した電気化学的電池の集
   合体であって、スリーブ手段によって電解質部分及び内
   部電極部分のみを含む電池セグメントが接合され、前記
   スリーブ手段は電解質に隣接配置された密な外側部分と
   、多孔質の内部電極に隣接する多孔質内側部分とから成
   ることを特徴とする電池集合体。 ６、互いに平行に配設された特許請求の範囲第１項乃至
   第４項の何れかに記載の複数の電池から成り、各電池の
   環状相互接続部材の外面が平行に配設された電池の外部
   電極面に電子的に接続されていることを特徴とする電気
   化学的電池の集合体。 ７、前記集合体がハウジングの内部に配設されていて、
   第一ガス状反応剤が内部電極の内側に流入して内部電極
   と接触し、第二ガス状反応剤が外部電極の外面の周囲を
   流れて外部電極と接触することを特徴とする特許請求の
   範囲第６項に記載の集合体。 ８、軸方向に細長い環状燃料電池集合体であって、複数
   の電池要素から成り、各電池要素が自己支持性で環状、
   電子伝導性、及び多孔質の内部空気電極と、前記空気電
   極と接触しそれを取り囲んでいる固体酸化物電解質と、
   前記電解質と接触しそれを取り囲んでいる電子伝導性の
   多孔質外部燃料電極と、電池要素の間に配設され電池要
   素を結合している環状で電子伝導性の相互接続部材とか
   ら成り、同一電池集合体上の電池要素の内部空気電極が
   相互接続部材によって電子的に接続されており、同一電
   池集合体上の外部電極は相互に且つ同一電池集合体上の
   内部電極から物理的及び電子的に分離されていることを
   特徴とする燃料電池集合体。 ９、環状の相互接続部材の外面の一部分に電解質が被覆
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記
   載の集合体。 １０、空気電極が不純物を含浸した、そして含浸しない
   ＬａＭｎＯ＿３、ＬａＮｉＯ＿３、ＬａＣｏＯ＿３、Ｌ
   ａＣｒＯ＿３又はこれらの混合物であり、燃料電極がニ
   ッケル・ジルコニア・サーメット又はコバル ト・ジルコニア・サーメットであり、電解質が固体状の
   イットリアで安定化されたジルコニアであり、相互接続
   部材が酸化物添加亜クロム酸ランタンであることを特徴
   とする特許請求の範囲第８項又は第９項に記載の集 合体。 １１、電解質部分及び内部電極部分のみを含む電池要素
   を接合する環状スリーブ手段によって一体に接合された
   特許請求の範囲第８ 項、第９項又は第１０項の何れかに記載の燃料電池集合
   体２つから成り、前記スリーブ手段が、電解質に隣接す
   る密な外側ガス不透過性部分と、多孔質空気電極に隣接
   する多孔質内側部分とから成ることを特徴とする集 合体。 １２、互いに平行に配設された複数の特許請求の範囲第
   ８項、第９項又は第１０項に記載の集合体から成り、各
   燃料電池集合体の環状相互接続部材の外面が平行に配設
   された電池集合体の外部燃料電極面と電子的に接続され
   ていることを特徴とする燃料電池集合体。 １３、前記集合体がハウジングの内部に配設されていて
   、高温度の酸化剤ガスが空気電極の内側に流入して空気
   電極と接触し、高温度の燃料ガスが燃料電極の周囲を流
   れて燃料電極と接触することを特徴とする特許請求の範
   囲第１２項に記載の集合体。 １４、１つの軸方向の細長い中央電気化学的電池集合体
   と、複数の平行に配設された軸方向に細長い電気化学的
   電池集合体とから成 り、前記の電気化学的電池集合体は複数の電池要素を有
   し、電池要素は環状、電子伝導 性、及び多孔質の内部空気電極と、前記空気電極と接触
   しそを取り囲んでいる環状ガス不透過性の固体酸化物電
   子絶縁性電解質と、前記電解質と接触しそれを取り囲ん
   でいる環 状、電子伝導性、及び多孔質の外部燃料電極と、電池要
   素の間に配設された環状で電子伝導性の相互接続部材と
   から成り、同一電池集合体上の電池要素の内部空気電極
   は相互接続部材によって電子的に接続されており、同一
   電池集合体上の電池要素の外部電極は相互に且つ同一電
   池集合体上の内部電極から物理的且つ電子的に分離され
   ており、中央電気化学的電池集合体の環状相互接続部材
   の外面は隣接する電気化学的電池集合体と直列接続され
   ていて、相互接続部材の前記外面は平行に配設された電
   気化学的電池集合体の外部燃料電極と電子的に接続され
   ることを特徴とする軸方向に細長い環状の電気化学的電
   池。 １５、中央電気化学的電池集合体が平行に配設された電
   気化学的電池集合体に接続されていて、中央電気化学的
   電池集合体の相互接続部材の外面が平行に配設された電
   気化学的電池の相互接続部材の外面と電子的に接続さ れ、中央電気化学的電池集合体の外部燃料電極面が平行
   に配設された電気化学的電池集合体の外部燃料電極面と
   電子的に接続されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１４項に記載の構造。 １６、（Ａ）発電室と燃焼生成物室とを含む複数の室を
   画定するハウジング手段と； （Ｂ）前記の発電室と燃焼生成物室とを分離する多孔質
   障壁と； （Ｃ）前記発電室の内部に配設された複数の軸方向に細
   長い電気化学的電池集合体であって、各電池集合体が複
   数の電池要素から成 り、各電池要素は環状、電子伝導性、及び多孔質の内部
   電極と、前記内部電極と接触しそれを取り囲む固体電解
   質と、前記電解質と接触しそれを取り囲む電子伝導性の
   多孔質外部電極とから成り、電池要素の中間部分には環
   状で電子伝導性の相互接続部材が配設されていて、同一
   電池集合体の電池要素の内部電極は相互接続部材によっ
   て電子的に接続されており、同一電池集合体の外部電極
   は相互に且つ同一電池集合体の内部電極から物理的且つ
   電子的に分離されていて、複数の分離された電気化学的
   長さ部分を形成している電池集合体と； （Ｄ）前記の環状燃料電池及び前記の多孔質障壁を介し
   て第一ガス状反応剤を前記燃焼生成物室に流入させる手
   段と； （Ｅ）第二ガス状反応剤を前記発電室内の前記燃料電池
   の周囲に流入させ、前記の多孔質障壁を介して前記燃焼
   生成物室に流入させる手段と； （Ｆ）前記燃焼生成物室内に入る以前には前記の第一ガ
   ス状反応剤と第二ガス状反応剤とが互いに直接に接触す
   ることがないように隔離しておく手段と； （Ｇ）第一及び第二ガス状反応剤を燃焼生成物室から排
   出させる手段とから成ることを特徴とする電気化学的燃
   料電池発電装置。 １７、各電気化学的電池集合体が少なくとも２つの部分
   から成り、各部分が環状スリーブ手段によって一体に接
   合され、スリーブ手段は電解質部分及び内部電極部分の
   みを含む電池要素を接合しており、前記スリーブ手段は
   電解質に隣接する密な外側部分と多孔質内部電極に隣接
   する多孔質内側部分とから成り、内部電極が空気電極で
   あり、外部電極が燃料電極であり、電解質がガス不透過
   性の固体酸化物材料から成り、相互接続部材が酸化物添
   加亜クロム酸ランタンから成ることを特徴とする特許請
   求の範囲第１６項に記載の発電 装置。 １８、内部電極が自己支持性であり、環状相互接続部材
   の外面の一部分に電解質が被覆されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１６項又は第１７項に記載の発電
   装置。 １９、各電気化学的電池集合体の環状相互接続部材の外
   面が隣接する電気化学的電池集合体と直列接続され、相
   互接続部材の前記外面が隣接する電気化学的電池の外部
   燃料電極面と電子的に接続されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１６項、第１７項又は第１８項に記載
   の発電装置。 ２０、発電室が２つの燃焼生成物室の間に配設され、各
   燃焼生成物室を発電室から分離する多孔質障壁があり、
   第一ガス状反応剤及び第二ガス状反応剤が両燃焼生成物
   室に流入できるよう構成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１６項乃至第１９項の何れかに記載の発
   電装置。 ２１、第一ガス状反応剤が、燃焼生成物室に開口した端
   部を持つ電気化学的電池集合体に供給されることを特徴
   とする特許請求の範囲第２０項に記載の発電装置。 ２２、各電気化学的電池集合体が、電池集合体内に延び
   て電気化学的電池の内部に第一ガス状反応剤を放出する
   ガス注入チューブと、第一ガス状反応剤を各ガス注入チ
   ューブに流入させる手段とを有し、発電室内の電気化学
   的電池集合体の外側に複数のガス注入チューブが配設さ
   れていて、発電室内に第二ガス状反応剤を流入させる手
   段があり、電気化学的電池集合体の開口部及び各燃焼生
   成物室と発電室とを分離している多孔質障壁の気孔率が
   両方の燃焼生成物室内にほぼ等量の両ガス状反応剤を流
   入させる開口及び気孔率にしてあることを特徴とする特
   許請求の範囲第２１項に記載の発電装置。 ２３、（Ａ）２室の燃焼生成物室とその中間に配設され
   た発電室とを含む複数の室を画定するハウジング手段と
   ； （Ｂ）前記発電室を２つの燃焼生成物室から分離する多
   孔質障壁と； （Ｃ）前記発電室内に配置された複数の軸方向に細長い
   環状の電気化学的電池と； （Ｄ）第一ガス状反応剤を前記の環状電気化学的電池及
   び前記多孔室障壁を介して前記の両燃焼生成物室に流入
   させる手段と； （Ｅ）第二ガス状反応剤を前記発電室内に流入させ、前
   記電気化学的電池の周囲に流し、前記多孔質障壁を介し
   て前記の両燃焼生成物室に流入させる手段と； （Ｆ）前記燃焼生成物室に流入する以前においては前記
   第一及び第二ガス状反応剤が互いに直接に接触しないよ
   う分離しておく手 段と； （Ｇ）燃焼生成物室から第一及び第二ガス状反応剤を排
   出する手段とから成ることを特徴とする電気化学的電池
   発電装置。 ２４、複数の電気化学的電池から成り、各電池が複数の
   電池要素から成り、各電池要素が環状、電子伝導性、及
   び多孔質の内部電極 と、前記内部電極と接触しそれを取り囲む固体電解質と
   、前記電解質と接触しそれを取り囲む電子伝導性の多孔
   質外部電極とから成 り、電池要素の中間部分に環状の電子伝導性の相互接続
   部材が配設されており、同一電池集合体の電池要素の内
   部電極は相互接続部材によって電子的に接続されており
   、同一電池集合体の電池要素の外部電極は相互に且つ同
   一電池集合体の内部電極から物理的及び電子的に分離さ
   れていて、複数の分離された電気化学的な長さ部分が形
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第２３項
   に記載の発電装置。 ２５、各電気化学的電池集合体が少なくとも２つの部分
   から成り、各部分が環状スリーブ手段によって一体に接
   合され、スリーブ手段は電解質部分及び内部電極部分の
   みを含む電池要素を接合しており、前記スリーブ手段は
   電解質に隣接する密な外側部分と多孔質内部電極に隣接
   する多孔質内側部分とから成り、内部電極が空気電極で
   あり、外部電極が燃料電極であり、電解質がガス不透過
   性の固体酸化物材料から成り、相互接続部材が酸化物添
   加亜クロム酸ランタンから成ることを特徴とする特許請
   求の範囲第２４項に記載の発電 装置。 ２６、内部電極が自己支持性であり、環状相互接続部材
   の外面の一部分に電解質が被覆されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第２４項又は第２５項に記載の発電
   装置。 ２７、各端部が燃焼生成物室に開口している電気化学的
   電池集合体に第一ガス状反応剤が供給されることを特徴
   とする特許請求の範囲第２４項、第２５項又は第２６項
   に記載の発電装置。 ２８、各電気化学的電池集合体が電池集合体の内部に延
   びて第一ガス状反応剤を電気化学的電池の内部に放出す
   るガス注入チューブと第一ガス状反応剤を各ガス注入チ
   ューブに流入させる手段とを有し、発電質内部の電気化
   学的電池集合体の外側に複数のガス注入チューブが配設
   されていて、第二ガス状反応剤を発電室内に流入させる
   手段があり、電気化学的電池集合体の開口部及び各燃焼
   生成物室と発電室とを分離している多孔質障壁の気孔率
   が両方の燃焼生成物室内にほぼ等量の両ガス状反応剤を
   流入させる開口及び気孔率にしてあることを特徴とする
   特許請求の範囲第２７項に記載の発電装置。 ２９、（Ａ）発電室と発電室の両側に配設された２つの
   燃焼生成物室とを含む複数の室を画定するハウジングと
   ； （Ｂ）前記発電室を２つの燃焼生成物室から分離する多
   孔質障壁と； （Ｃ）前記発電室内部に配設された複数の軸方向に細長
   い環状電気化学的電池集合体であって、各電気化学的電
   池集合体が環状、電子伝導性、及び多孔質の内部電極と
   、前記内部電極と接触しそれを取り囲む固体電解質と、
   前記電解質と接触しそれを取り囲む電子伝導性の多孔質
   外部電極とから成り、環状で電子伝導性の相互接続部材
   が電池要素の間に配設されていて、電池要素の内部電極
   を同一電池集合体の隣接する電池要素の内部電極と電子
   的に接続し、電池要素の外部電極は同一電池集合体の隣
   接する電池要素の外部電極及び同一電池集合体の隣接す
   る電池要素の内部電極から物理的且つ電子的に分離され
   ていて複数の分離された電気化学的長さが形成されてい
   る複数の電池集合体と； （Ｄ）第一ガス状反応剤を前記の環状燃料電池及び前記
   多孔質障壁を介して前記燃焼生成物室内に流入させる手
   段と； （Ｅ）第二ガス状反応剤を前記発電室内に流入させ、前
   記燃料電池の周囲に流し前記多孔質障壁を介して両方の
   燃焼生成物室に流入させる手段と； （Ｆ）前記燃焼生成物室内に流入する以前においては前
   記の第一及び第二ガス状反応剤が互いに直接接触しない
   よう隔離しておく手段と； （Ｇ）燃焼生成物室から第一及び第二ガス状反応剤を排
   出させる手段とから成ることを特徴とする固体電解質燃
   料電池発電装置。 ３０、各電気化学的電池集合体が少なくとも２つの部分
   から成り、各部分が環状のスリーブ手段によって一体に
   接合され、スリーブ手段は電解質部分及び内部電極部分
   のみを含む電池要素を接合しており、前記スリーブ手段
   は電解質に隣接する密な外側部分と多孔質内部電極に隣
   接する多孔質内側部分とから成 り、内部電極が空気電極であり、外部電極が燃料電極で
   あり、電解質がガス不透過性固体酸化物材料から成り、
   相互接続部が酸化物添加亜クロム酸ランタンから成るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２９項に記載の発電 装置。 ３１、内部電極が自己支持性であり、環状相互接続部材
   の外面の一部分に電解質が被覆されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第２９項又は第３０項に記載の発電
   装置。 ３２、各端部が燃焼生成物室に開口している電気化学的
   電池集合体に第一ガス状反応剤を供給することを特徴と
   する特許請求の範囲第２９項、第３０項又は第３１項に
   記載の発電装置。 ３３、各電気化学的電池集合体の環状相互接続部材の外
   面が隣接する電気化学的電池集合体と直列接続されてい
   て、相互接続部材の前記外面が隣接する電気化学的電池
   集合体の外部燃料電極面と電子的に接続されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第２９項乃至第３２項の何
   れかに記載の発電装置。 ３４、各電気化学的電池集合体が隣接する電気化学的電
   池集合体に並列接続され、電気化学的電池集合体の環状
   相互接続部材の外面が隣接する電気化学的電池集合体の
   環状相互接続部材の外面と電子的に接続され、電気化学
   的電池集合体の外部燃料電極面が隣接する電気化学的電
   池集合体の外部燃料電極と電子的に接続されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第３３項に記載の発電装置
   。 ３５、各電気化学的電池集合体が電池集合体の内部に延
   びて第一ガス状反応剤を電気化学的電池の内部に放出す
   るガス注入チューブと第一ガス状反応剤を各ガス注入チ
   ューブに流入させる手段とを有し、発電室内部の電気化
   学的電池集合体の外側に複数のガス注入チューブが配設
   されていて、第二ガス状反応剤を発電室内に流入させる
   手段があり、電気化学的電池集合体の開口部及び各燃焼
   生成物室と発電室とを分離している多孔質障壁の気孔率
   が両方の燃焼生成物室内にほぼ等量の両ガス状反応剤を
   流入させる開口及び気孔率にしてあることを特徴とする
   特許請求の範囲第２９項乃至第３４項の何れかに記載の
   発電装置。 ３６、内部電極が空気電極であり、外部電極が燃料電極
   であり、第一ガス状反応剤が酸化剤であり、第二ガス状
   反応剤が燃料であり、電気化学的電池集合体の外側に配
   設されたガス注入チューブの内側に燃料改質触媒被膜が
   設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第３５
   項に記載の発電装置。 ３７、電池集合体の内部に延びているガス注入チューブ
   が、集合体の内部においてはスリーブ手段の内側部分に
   よって支持されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第３５項又は第３６項に記載の発電装置。