KR0152439B1 - 셀길이를 가로질러 축방향으로 배치된 연료-소비연료 혼합물의 유입구를 구비한 전지셀장치 - Google Patents

셀길이를 가로질러 축방향으로 배치된 연료-소비연료 혼합물의 유입구를 구비한 전지셀장치

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KR0152439B1 KR1019900015128A KR900015128A KR0152439B1 KR 0152439 B1 KR0152439 B1 KR 0152439B1 KR 1019900015128 A KR1019900015128 A KR 1019900015128A KR 900015128 A KR900015128 A KR 900015128A KR 0152439 B1 KR0152439 B1 KR 0152439B1
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디.알.락키
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Abstract

전지셀 장치(10)는 축방향으로 길게 연장되는 전지셀(16)을 포함하고 있는 발전기 챔버(22)와, 신선한 기체상의 공급 연료 유입구(28)와, 기체상의 공급산화체 유입구(30)와, 혼합장치(50)에서 신선한 공급연료 유입구(28)와 연결되도록 발전기 챔버로부터 관통되는 소비된 연료 배출통로(46)와, 발전기 챔버(22)의 길이를 통하여 통과 형성된 혼합장치(50)와 연결되는 변환가능한 연료 혼합물 흐름 통로(52)를 구비하고 상기 연료 혼합물 흐름 통로에는 발전기 챔버(22)내로 통하는 진입구(54)를 포함하며, 상기 진입구의 축선이 연료 전극표면(18)과 횡단하는 방향을 이루고, 촉매변환 물질이 상기 변환가능한 연료 혼합물 진입구(54)의 부근에 분배되도록 하여 구성된다.

Description

셀길이를 가로질러 축방향으로 배치된 연료-소비연료 혼합물의 유입구를 구비한 전지셀장치
제1도는 소비된 연료의 재순환과, 유입되는 새로운 공급연료와의 혼합 및 변환가능한 공급연료 혼합물의 연료셀 표면으로의 횡방향 공급상태를 나타내는 본 발명에 따른 전지셀(electrochemical cell) 장치의 일실시태양에 대한 측단면도.
제2도는 셀다발을 분리시키는 조밀한 격벽 타일을 나타내는 본 발명에 따른 전지셀 장치의 다른 일실시태양의 측단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 전지셀 장치 12,14 : 셀다발
18 : 외측 연료전극 22 : 발전기 챔버
24 : 연소 챔버 28 : 새로운 공급연료 유입구
30 : 산화체 유입구 50 : 혼합장치
본 발명은 복수개의 평행하고 길게 연장되는 전지셀을 포함하고 이는 전지셀 장치에 관한 것이다. 상기 각 전지셀은 외측 연료전극을 구비하고 있고, 새로운 공급연료와 재순환되는 소비된 연료의 혼합물이 상기 셀의 연료전극과 접촉할 수 있으며, 상기 혼합물이 비교적 균일한 형태로 셀의 축선길이에 대해 횡단하는 방향으로 도입되어지고, 상기 혼합물은 최소한 수증기를 함유하고 있다. 혼합물내의 새로운 공급연료의 변환이 길게 연장된 셀의 외측표면 또는 그에 인접한 부분에서 발생하게 된다.
고온, 고체 산화물 전해액 연료셀 발전기 장치는 공지되어 있으며, 예로서, 미합중국 특허 제4,395,468호(아이센버그)에 개시되어 있다. 상기 특허에서는 공급연료 H2+CO 또는 미리 변환된 천연가스가 장치의 한쪽단부로부터 장치안으로 유입되어 길게 연장된 연료셀의 외측 연료 전극표면에 평행하게 흐르도록 되어 있고, 소비된 연료는 별개의 챔버내에서 소비된 산화체와 연소되어, 그 다음 장치밖으로 배출된다.
연료셀의 냉각을 방지하기 위한 다른 발전기 고안이 미합중국 특허 제4,808,491호(레이크너)에 개시되어 있는 바, 여기에서는 소비된 연료와 소비된 산화체의 연소된 배기가 발전기 장치의 구석부에 대한 가열을 제공하도록 되어 있다. 새로운 공급연료가 장치의 밑바닥부에서 매니폴드안으로 공급되고, 상기 바닥부의 매니폴드는 변환촉매를 포함하고 있고 연소된 배기에 의해 가열된다. 공급연료는 그 다음에 길게 연장된 연료셀의 외측 연료 전극표면에 평행한 방향으로 흐른다. 새로운 공급연료는 장치내의 어떠한 소비된 가스와도 혼합되지 않는다.
천연가스(메탄+에탄, 프로판, 부탄 및 질소)가 많은 종류의 연료셀 장치용의 적당한 연료가 된다. 이 천연가스는 변환, 즉, 촉매를 사용함으로써 일산화탄소와 수소로 변환되고 연료셀에 사용되기 전에 과잉수증기로 변환되어져야만 한다. 이와같은 변환반응은 흡열반응이고, 따라서 열의 공급을 필요로 하며, 900℃에 가까운 온도에서 가장 잘 반응이 일어나게 된다. 변환 반응에서 필요로 하는 열은 연료셀 작동으로부터 발생하는 과잉열의 유효한 일부분으로 구성된다. 상술한 미합중국 특허 제4,808,419호에서의 배기가스흐름과 같은 열원의 제공함이 없이, 변환장치를 연료셀 코어의 베이스부에 위치시키는 경우에는 정상적인 연료유입구와 열흐름경사로가 셀의 길이방향을 따라 설치되어진다.
이러한 문제를 해결하기 위한 노력으로서, 미합중국 특허 제4,812,373호(그림블외)에 개시된 것으로서, 별개의 연료공급통로가 연료셀의 외측에 연료셀과 평행하게, 그리고 연료셀들 사이에 배치되어 연료셀의 전체 외측의 가용(active)길이를 따라 변환되지 않은 새로운 공급연료를 분배하는 시스템이 안출되었다. 이 시스템은 연료셀의 전체길이를 따라 변환이 이루어지도록 한 것이다. 이때 증기가 별개의 가열기, 혼합기와 배관구성을 필요로 하는 발전기 장치의 외측을 흐르는 공급연료에 혼입된다. 상기 복수개의 공급통로는 또한 모두 지지플레이트를 필요로 하고, 연료가 장치의 베이스 안으로 공급되는 경우에 있어서 각각 양끝 단부가 개방되어지거나 또는 폐쇄되어지고, 그러나 미세하게 구멍이 뚫려져 형성되는 것을 필요로 하게 된다.
따라서, 셀의 전길이를 따라 최적으로 분배되는 촉매 변환물질에 의해 동일한 가역 변환을 가능하게 하도록 신선한 연료에 충분한 수증기를 부가시키기 위하여 수증기를 함유하고 있는 소비된 연료를 사용하여 전체 셀을 따라 최적으로 분배되는 연료 도입이 가능한 장치가 필요하게 된다. 본 발명의 주요목적은 전술한 바와같은 장치를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 각각의 셀이 외측 연료전극, 내측 공기전극 및 이들 사이의 고체 산화물 전해액을 구비하고 각각의 셀다발이 복수개의 평행하고 축방향으로 길게 연장된 전지셀을 포함하고 있는 하나 이상의 셀다발을 포함하는 축방향으로 길게 연장된 발전기 챔버와; 새로운 기체상의 공급연료 유입구와; 기체상의 공급 산화체 유입구와; 적어도 하나의 기체상의 소비된 연료 챔버와; 연소 챔버와; 적어도 하나의 연소된 배기가스 통로를 구비하고 있는 전지셀 장치에 있어서, 소비된 연료 유출통로가 혼합장치에서 새로운 공급 연료 입구와 결합하도록 발전기 챔버로부터 통과 형성되며, 변환가능한 연료 혼합물 통로가 발전기 챔버의 축선방향 길이를 통하여 통과 형성되어 상기 혼합장치와 연결되며, 상기 통로가 발전기 챔버내의 전지셀의 길이를 따라 변환가능한 연료혼합물 진입구를 포함하고 있고, 상기 진입구의 축선이 외측 연료 전극표면에 횡단하도록 형성되며; 상기 통로에서 촉매 변환 물질이 길게 축방향으로 연장된 전지셀과 평행하게 분배되는 것을 특징으로 한다. 작동시에 있어서, 상기 통로들은 새로운 공급연료와 혼합시키기 위하여 상기 소비된 연료의 일부분을 재순환시키도록 하고, 발전기 챔버안으로 통과될 수 있는 변환가능한 연료 혼합물을 제공하고, 또한 셀자체상의 및/또는 별개의 변환 구조체상의 변환가능한 연료 혼합물 진입구 부근에서 변환가능한 연료 혼합물이 변환물질과 접촉하는 것을 가능하게 해준다.
본 발명은 또한 소비된 연료 유출통로가 전지셀의 길이를 따라 복수개의 진입구를 포함하고 있고, 혼합장치는 이젝터기구이며, 변환가능한 연료 혼합물 통로는 촉매 변환물질을 함유하는 투과성의 외측 격벽판을 구비할 수 있고, 셀다발은 적어도 하나의 세라믹 타일 또는 라이너의 격벽으로써 실질적으로 분리되어질 수 있도록 구성되어 있다.
본 발명은 또한 각각의 셀의 외측 연료전극, 내측 공기전극 및 이들 사이의 고체 산화물 전해액을 구비하고 각각의 셀다발이 복수개의 평행하고 축방향으로 길게 연장된 전지셀을 포함하고 있는 하나 이상의 셀다발을 포함하고 있는 축방향으로 길게 연장된 발전기 챔버와; 새로운 기체상의 공급연료 유입구와; 기체상의 공급 산화체 유입구와; 수증기를 함유하고 있는 기체상의 소비된 연료의 유출구와; 뜨거워진 기체상의 연료와 뜨거워진 기체상의 소비된 산화체가 배기가스를 형성하도록 연소되는 연소 챔버를 구비하여, 600℃와 1,200℃ 사이의 내부온도에서 기체상의 산화체와 새로운 기체상의 공급연료로써 작동하는 전지셀 장치에 있어서, 소비된 연료의 일부분이 소비된 연료의 유출 통로를 통하여 재순환되어져 혼합장치에서 새로운 공급연료와 혼합되어 변환가능한 연료 혼합물을 제공하며; 변환가능한 연료 혼합물이 발전기 챔버내의 전지셀의 외측 연료 전극표면과 접촉하도록 통과되고, 이와같은 접촉과정이 외측 연료 전극표면과 셀의 길이를 따라 이들과 거의 수직상태의 횡단 방향을 이루도록 되며; 상기 변환 가능한 연료 혼합물이 축방향으로 길게 연장된 전지셀과 평행하게 분배된 촉매 변환물질과 접촉하게 되는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에서 사용된 연료전극이라는 것은 연료와 접촉하게 되는 전극을 의미하고, 공기전극이라는 것은 공기 또는 산소와 접촉하게 되는 전극을 의미하며, 소비된 연료, 산화체, 공기라는 것은 부분적으로 반응되어 저(low)열량을 나타내는 연료 또는 부분적으로 반응되고 산소량이 감소된 산화체 또는 약 5%∼15%의 산소를 함유하는 산소량이 감소된 공기를 의미하는 것이다. 본 명세서에서 소비된 연료라는 것이 소비된 산화체 또는 소비된 공기와 연소된 소비 연료 혼합물을 포함하는 것은 아니고, 본 명세서에서 사용된 혼합물이라 함은 연소된 배기가스로서 정의된다.
본 발명의 전지셀 장치는 셀의 축선방향에 최적조건으로서의 횡단방향으로 모든 가용 셀/다발 길이를 따라 변환가능한 연료 혼합물을 분배시켜, 내측의 소비된 연료의 재순환을 통해 외부에 별개의 보일러를 설치함이 없이 새로운 공급 연료안으로 수증기의 도입을 가능하게하고, 촉매 변환 물질이 공급구 부근만이 아닌 모든 셀의 전체길이를 따라 선택적으로 분배시키도록 구성된다.
또한, 본 발명은 변환반응의 축선방향 분포를 제어가능하도록 하여, 보다 많은 연료가, 그렇지 않으면 고온에서 작용하게 될, 셀부분내에서 소비되도록 해주고, 이에 따라 공기 공급율과 압축압력 입력에 있어서의 감소가 가능해지고, 반면에 허용가능한 작동온도를 균일하게 유지시킬 수 있게 된다. 새로운 연료에 외측으로부터의 물의 부가과정을 없애고 공기 압축력을 감소시킴에 따라 전지셀 장치의 전체효율이 증가하게 되고, 균일한 작동온도를 유지하는 셀의 수명과 전기효율을 개선시킨다.
본 발명을 보다 명확하게 이해할 수 있도록 하기 위하여 첨부된 도면을 참조로 하여 예로서 본 발명에 대한 실시예를 설명한다.
제1도는 본 발명을 가장 잘 나타낸 도면으로서 본 발명에 따른 전지장치의 일실시태양의 측단면도이며, 소비된 연료의 재순환과, 유입된 새로운 공급연료와의 혼합과, 연료셀 표면으로의 개선가능한 공급연료 혼합물의 횡단공급 상태를 나타내고 있다.
제2도는 본 발명의 다른 실시태양으로써, 셀다발을 분리시키는 조밀한 격벽 타일을 나타낸 도면이다. 제1도에서, 전지셀 장치 또는 발전기(10)가 두 개의 셀다발(12,14)을 함유하여 도시되어 있고, 각각의 셀다발은 고체 산화물 연료셀과 같은 복수개의 평행하고 축선방향으로 길게 연장된 전지셀(16)을 포함하고 있다. 이 전지셀들은 발전기 챔버(22)내에 위치된다. 각각의 셀은, 본 기술분야에 있어 공지된 바와같이, 그의 표면을 덮고 있는 외측 연료전극(18; 명확성을 위해 점선표시됨)과 내측공기전극과 상기 전극들사이에 담겨지는 고체 산화물 전해액을 포함하고 있다(공기전극과 전해액은 도시되지 않음). 상기 공기전극은 예를들어 도프처리된 LaMnO3와 같이 일반적으로 이트리아 안정화된 지르코니아이며, 연료전극은 일반적으로 지르코니아-니켈 서어밋 물질이다. 캘시아 안정화된 지르코니아 서포트가 공기전극용으로 또한 사용되어질 수 있다.
전지셀 장치(10)는 약 600℃ 내지 약 1,200℃의 온도범위내의 내부온도로써 작동한다. 외측 하우징(20)이 장치전체를 감싸고, 도시되지 않은 내측 하우징은 발전기 챔버(22)와 연소챔버(24)를 포함하는 다수개의 챔버를 감싸고 있으며 바직하게 인코넬과 같은 고온 내성금속으로 형성된다. 저밀도 알루미나 절연판과 같은 열 절연체(26)가 도시된 바와 같이 외측 하우징내에 포함되어 있다. 외측 하우징(20)과 열 절연체(26)안으로의 진입구는 새로운 공급연료(F)용의 새로운 공급연료 유입구(28)와 공기 또는 산소와 같은 산화체가 유입된 산화체 유입구(30) 및 도시되지 않은 전기선등이 도입되는 입구등이 있다. 발전기 챔버(22)는 격벽부(32)와 투과성 격벽부(34)사이에 형성되어 있고, 투과성 격벽부(34)는 밀봉구조를 필요로 하지 않는다. 특히, 투과성 격벽부(34)는 대기압보다 약간 높은 인접압력에서 작용하는 발전기 챔버(22)와 약간 낮은 압력에서 작용하는 연소챔버(24)사이에서 화살표(36)방향으로 소비된 연료가스가 유출되어질 수 있도록 설계된다.
고온 작동하고 길게 연장된 고체 산화물 전해액 셀인 연료셀 또는 전지셀(16)이 연소챔버(24)와 격벽부(32)사이에 위치하여 연장된다. 이 셀에는 연소챔버(24)안으로 개방된 끝단부(44)와 격벽부(32)에 인접하여 발전기 챔버(22)내에서 폐쇄된 끝단부가 형성되어 있다. 각각의 셀은 개방회로에 거의 1볼트 정도의 전압을 발생시키고, 다수개의 셀은, 통상 니켈 섬유 금속을 사용하고, 바람직하기로는 일련의 평행한 사각 배열을 이루며 형성되는 전도펠트(40)를 통하여 상호간에 전기적 연결이 이루어진다.
일예로서, 작동과정중에 공기와 같은 기체산화체가 산화체 유입구(30)를 통하여 공급되어 약 500℃ 내지 700℃의 온도와 대기압이상의 압력하에서, 그리고 송풍기와 결합된 열교환기와 같은 종래의 수단에 의해 하우징으로 들어가기 전에 선택적으로 가열되어서 산화체 공급통로(42)로 도입된다. 공급통로내에 도입된 산화체는 연소챔버(24)를 통과하게 되고, 이곳에서 연소 배기가스에 의해 약 800℃ 내지 900℃의 온도까지 더 가열된다. 그 다음, 산화체는 연료셀의 내측아래로 연장되는 산화체 공급통로(42)를 통하여 산화체 회로의 전길이를 통과하여 흐르며, 이때 전기화학 반응으로 발생되는 대부분의 열을 흡수하게 됨으로써 약 1,000℃의 온도까지 더 가열된다. 매우 작은 비율의 열은 연료에 의해 흡수된다.
산화체는 고체 산화물 전해액셀인 연료셀 또는 전기셀(16)의 폐쇄된 끝단부 바닥부분으로 배출되고, 연료셀내의 잔존하는 산화체는 방향이 반대로 바뀌어 셀의 내측 가용부를 따라 내측공기 전극에서 전기화학적으로 반응하여, 이 산화체가 셀의 개방단부(44)에 도달함에 따라 산소함량이 다소 감소하게 된다. 산소함량이 감소된 산화체는 그 다음 셀의 개방단부(44)를 통하여 연소챔버(24)안으로 배출되고, 이 연소챔버 안에서 산화체는 화살표(36)로 표시된 바와같은 방향으로 투과성 격벽부(34)를 통하여 흐르는 산소함량이 감소된 일부 연료에 의해 연소되어 연소 배기가스를 형성하고, 예를들어 하나 또는 그 이상의 배기통로(45)를 통하여 장치밖으로 배출되어진다.
본 발명에서는, 메탄(CH2)이나 에탄(C2H6)과 나프타 같은 증기화된 석유류와 에틸알콜(C2H5OH)같은 알콜 등과 천연가스를 포함하는 기체 탄화수소와 같이 아직 개선되지 않은 기체연료가 즉, 85%의 메탄과 10%의 에탄 그리고 그 나머지는 프로판으로 구성된 혼합물로써 사용될 수 있다. 연료(F)은 새로운 연료 유입구(28)를 통하여 발전기 안으로 공급된다.
본 발명에 있어서, 연료셀(16)의 축선방향 길이를 따라 형성된 고온의 소비된 연료의 대부분은 적어도 하나의 소비된 연료흐름 통로(46)를 통해 흐르게 되고, 상기 연료흐름 통로(46)는 인코넬과 같은 고온내성금속으로 제조되고 도면에서 도시된 바와같이 연료흐름 통로안으로의 진입이 가능하도록 된 진입구(48)들이 형성되어 있다. 고온의 소비된 연료의 다른 일부분을 전술한 바와같이 연소챔버(24)안으로 배출되어 소비된 공기를 연소시키고 새로운 공급산화체를 예열하게 된다. 소비된 연료흐름 통로(46)는 혼합장치(50)에서 새로운 연료 유입구(28)와 연결되고, 상기 혼합장치(50)는 예를들어 이젝터나 제트펌프 또는 에스퍼레이터등과 같이 본 기술분야에 있어 공지된 형태이 것을 사용할 수 있다. 이로써, 소비된 연료의 일부를 새로운 공급연료와 혼합장치(50)에서 혼합이 되도록 재순환시키게 됨으로써 개선된 연료 혼합물을 제공하게 된다.
개선된 연료 혼합물은 최소한의 수증기(스팀)와 대부분의 H2(수소), CO(일산화탄소) 및 CO2(이산화탄소)를 함유하게 되는데, 이는 모두 혼합장치(50)로 들어가는 소비된 연료에 의해 기인된 것이다. 바람직하게도, 소비된 연료대 새로운 공급연료의 체적비는 혼합장치(50)에 조정되어져 각 새로운 공급연료 체적당 약 5분의 2의 체적비율로 수증기와 CO2가 더해지게 된다. 수증기가 함유되어 있는 어떠한 기체상의 탄화수소에 변환촉매(가장 흔한 것이 Ni이다)를 부가하면 아래의 반응식에 의해 CO+H2로의 변환이 이루어지게 된다:
Figure kpo00002
H2와 CO로 변환이 이루어지도록 되는 유사한 연료 변환 반응은 수증기 대신 CO2를 이용하여 얻어지게 된다.
적어도 하나의 투과성 변환가능한 연료혼합물 통로(52)가 발전기 챔버의 축선방향 길이를 따라 통과하여 연장 형성되어 있고, 전지의 전길이를 따라 분포된 변환가능한 연료 혼합물 진입구(54)등이 형성되어 있으며, 혼합장치(50)와 연결되어 있고, 진입구(54)의 축선, 즉, 연료 혼합물 흐름 통로(52)에 형성된 통로들의 축선방향은 전지의 외측 연료 전극표면에 대해 거의 수직하게 횡단하는 방향이고, 변환가능한 연료 혼합물 흐름 통로(52)의 길이에 대해 횡단하는 방향이 된다. 상기 진입구는 변환가능한 연료가 발전기 챔버안으로 진입될 수 있도록 해준다. 이것은 셀의 길이 방향을 따라 화살표(56)로 표시된 바와같이 상기 연료 혼합물 흐름 통로(52)를 통해 흐르는 변환가능한 연료 혼합물과 외측 연료 전극표면과의 거의 횡단 방향 접촉을 가능하게 해준다. 화살표(56)로 표시된 횡단방향 흐름에 따라 변환가능한 연료 혼합물은 변환가능한 연료 혼합물 진입구(54)주위의 축방향으로 길게 연장된 전기에 평행하게 분포된, 바람직하기로는 니켈과 같은, 촉매 반응을 일으키는 변환물질과 접촉하게 된다.
제1도에 도시된 일실시태양에서, 전지셀의 길이방향으로 분포된 진입구(60)등이 형성되어진 적어도 하나 이상의 투과성 격벽부(58)가 변환가능한 연료 혼합물 진입구(54)와 셀 사이에 배치되어 연결되어 있고, 연료 혼합물 진입구(54)와 마찬가지로 진입구(60)의 축선방향 또한 전지의 외측 연료 전극표면과 투과성 격벽부(58)의 길이방향에 대해 횡단하는 방향으로 형성된다. 이 투과성 격벽부(58)는 그의 표면에 분포되거나 또는 그의 내부에 포함되어지는, 바람직하기로는 니켈과 같은 촉매반응을 일으키는, 변환물질을 포함할 수 있다. 변형예로서, 변환 격벽부는 제거되어질 수 있고, 니켈이 바람직한 촉매반응을 일으키는 변환물질은 셀부분, 예를들어 연료 전극층(18)의 표면에 분포되거나 또는 연료전극층(18)안으로 내재되어지거나, 또는 셀자체의 전도성 니켈 펠트 커넥터(40)상에 분포될 수도 있다. 기타 다른 경우에 있어서, 셀의 길이방향을 따라 화살표(56)로 표시된 바와같이 변환가능한 연료혼합물과 외측 연료 전극표면과의 거의 수직의 횡단방향 접촉이 이루어지게 된다.
또한 부가하여 발전기 챔버로의 공급용 밸브(64)가 설치된 변형가능한 연료 혼합물 흐름 통로(62)가 구성되어 있으며, 이는 선택적으로 변환가능한 연료 혼합물의 일부분을 셀의 축선방향과 평행하게 형성되어 있는 하부 진입구를 통하여 셀다발의 가장 밑바닥부분으로 공급할 수 있도록 하는 것이고, 이 부분에서는 횡단방향 접촉이 어렵게 된다.
제2도는 본 발명의 다른 일 실시태양을 도시한 도면으로서, 기체 불투과성이 얇고 조밀한 금속 또는 세라믹 격벽시이트 또는 타일(66)이 셀다발(12,14)사이에 끼워져 설치되어, 그렇지 않은 경우 산소가 변환가능한 연료 혼합물 흐름 통로(52)안으로 누출되는 결과를 초래하는, 셀고장의 경우에 있어서 실질적인 확산 격벽을 제공하도록 한 것이다. 상기 시이트 또는 타일(66)은 격벽부(58)의 외측벽 부분에 부착되지만, 격벽부(58)의 내측벽 또는 변환가능한 연료 혼합물 통로(52)에 위치될 수도 있다. 확산 격벽(66)은 셀다발(12,14)을 분리시키는데 도움을 주고, 따라서 실질적으로 인접한 셀다발로 셀고정 상태가 전이되는 것을 막아준다. 이 경우,재순환되는 소비된 연료는 셀의 길이 방향을 따라 추출되거나, 또는 도면에 도시된 바와 같이 셀이 셀다발의 열(row)의 끝단에서 추출된다. 추가의 투과성 격벽(70)이 격벽(34)위에 위치되어 재순환시키고 발전기 챔버(22)의 상단부에서 구멍부(72)를 통하여 배출되도록 소비된 연료를 부가적으로 획득할 수 있도록 할 수 있다.

Claims (17)

  1. (a) 각각의 셀이 외측 연료전극, 내측 공기전극 및 이들 사이의 고체 산화물 전해액을 구비하고 각각의 셀다발이 복수개의 평행하고 축방향으로 길게 연장된 전지셀을 포함하고 있는 하나 이상의 셀다발을 포함하는 축방향으로 길게 연장된 발전기 챔버와; (b) 새로운 기체상의 공급연료 유입구와; (c) 기체상의 공급 산화체 유입구와; (d) 적어도 하나의 기체상의 소비된 연료 챔버와; (e) 연소 챔버와; (f) 적어도 하나의 연소된 배기가스 통로를 구비하고 있는 전지셀 장치에 있어서, 소비된 연료 유출통로가 혼합장치에서 새로운 공급 연료 입구와 결합하도록 발전기 챔버로부터 통과 형성되며; 변환가능한 연료 혼합물 통로가 발전기 챔버의 축선방향 길이를 통하여 형성되어 상기 혼합장치와 연결되며, 상기 통로가 발전기 챔버내의 전지셀의 길이를 따라 변환가능한 연료혼합물 진입구를 포함하고 있고, 상기 진입구의 축선이 외측 연료 전극표면에 횡단하도록 형성되며, 상기 통로에서 촉매 변환 물질이 길게 축방향으로 연장된 전지셀과 평행하게 분배되는 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전지셀이 연료셀이고, 상기 공기전극이 도프처리된 LaMnO3를 함유하며, 상기 전해액이 이트리아(yttria) 안정화된 지르코니아이고, 연료전극이 지르코니아-니켈 서어밋(cermet)물질을 함유하고 있으며, 상기 챔버들이 절연처리된 금속 하우징내에 형성되고, 촉매 변환물질이 변환가능한 연료 혼합물 진입구 부근에 포함되는 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  3. 제1항에 있어서, 소비된 연료 배출통로가 전지셀의 길이를 따라 복수개의 진입구를 포함하고 있고, 변환가능한 연료 혼합물 통로에는 촉매 변환물질을 함유하는 투과성의 외측 격벽부가 결합되어 구비되는 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 혼합장치가 이젝터기구인 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  5. 제1항에 있어서, 얇고 가스 불투과성인 물체가 발전기 챔버내의 셀다발들을 분리시키도록 된 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  6. 제1항에 있어서, 셀의 축방향 길이에 평행한 진입구를 형성시켜 발전기 챔버로 연결되는 보조의 변환 가능한 연료 혼합물 통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  7. 제1항에 있어서, 촉매 변환물질이 셀에 분배되는 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  8. 제3항에 있어서, 촉매 변환물질이 또한 셀에 분배되는 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  9. 제3항에 있어서, 외측 격벽부에 전지셀의 길이를 따라 진입구가 구비되어 있고, 진입구의 축선이 외측 연료 전극표면과 횡단되는 방향을 이루고, 격벽부가 그의 표면상에 분포되거나 그것의 내부로 침투된 니켈 함유 물질을 갖는 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  10. 제5항에 있어서, 가스 불투과성물질이 금속과 조밀한 세라믹타일로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  11. 각각의 셀의 외측 연료전극, 내측 공기전극 및 이들 사이의 고체 산화물 전해액을 구비하고 각각의 셀다발이 복수개의 평행하고 축방향으로 길게 연장된 전지셀을 포함하고 있는 하나 이상의 셀다발을 포함하고 있는 축방향으로 길게 연장된 발전기 챔버와; 새로운 기체상의 공급연료 유입구와; 기체상의 공급 산화체 유입구와; 수증기를 함유하고 있는 기체상의 소비된 연료의 유출구와; 뜨거워진 기체상의 소비된 연료와 뜨거워진 기체상의 소비된 산화체가 배기가스를 형성하도록 연소되는 연소 챔버를 구비하여 600℃와 1,200℃ 사이의 내부온도에서 기체상의 산화체와 새로운 기체상의 공급연료로써 작동하는 전지셀 장치에 있어서, 소비된 연료의 일부분이 소비된 연료의 유출통로를 통하여 재순환되어져 혼합장치에서 새로운 공급연료와 혼합되어 변환가능한 연료 혼합물을 제공하며; 변환가능한 연료 혼합물이 발전기 챔버내의 전지셀의 외측 연료 전극표면과 접촉하도록 통과되고, 이와같은 접촉과정이 외측 연료 전극표면과 셀의 길이를 따라 이들과 거의 수직상태의 횡단 방향을 이루도록 되며; 상기 변환 가능한 연료 혼합물이 축방향으로 길게 연장된 전지셀과 평행하게 분배된 촉매 변환물질과 접촉하게 되는 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전지셀이 연료셀이고, 상기 공기전극이 도프처리된 LaMnO3를 함유하며, 상기 전해액이 이트리아 안정화된 지르코니아이고, 연료전극이 지르코니아-니켈 서어밋 물질을 함유하고 있으며, 상기 챔버들이 절연처리된 금속하우징내에 형성되고, 촉매 변환물질이 변환가능한 연료 혼합물 진입구 부근에 포함된 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  13. 제12항에 있어서, 소비된 연료 배출통로가 전지셀의 길이를 따라 복수개의 진입구를 포함하고 있고, 변환가능한 연료 혼합물이 촉매 변환물질을 함유하는 다공의 외측 격벽부가 결합되어 구비된 통로를 통하여 흐르는 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  14. 제12항에 있어서, 얇고 가스 불투과성인 물체가 발전기 챔버내의 셀다발들을 분리시키도록 된 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  15. 제12항에 있어서, 촉매 변환물질이 셀에 분배되는 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  16. 제15항에 있어서, 촉매 변환물질이 셀에 분배되는 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
  17. 제15항에 있어서, 외측 격벽부에 전지셀의 길이를 따라 진입구가 구비되어 있고, 진입구의 축선이 외측 연료 전극표면과 횡단되는 방향을 이루고, 격벽부가 그의 표면상에 분배되거나 또는 그 체적내로 함유된 니켈 함유물질으 가지는 것을 특징으로 하는 전지셀 장치.
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