KR20050085680A - 전기화학 발전기 및 이의 사용방법 - Google Patents

Abstract

본원에는 막 연료 셀 및 액체 물이 내부 순환하는 냉각 셀이 교대로 적층되어 이루어진 전기화학 발전기가 기재되어 있다. 연료 셀에는 두 가지 격실(양극 또는 음극) 중의 적어도 하나에 무수 가스가 공급되는데, 이는 금속 다공성 분리 벽을 통해 인접 냉각 셀로부터 유입되는 물의 통과를 통해 가습된다. 투과된 액체 물로 인해 반응열이 연료 셀내에서 적어도 부분적으로 증발함으로써 반응열이 제거된다.

Description

전기화학 발전기 및 이의 사용방법{Electrochemical generator and method for its utilisation}

연료 셀에 의한 직류의 발생은 환경적 충격이 낮거나 없음을 특징으로 하는, 종래의 발전 시스템에 대한 널리 공지된 대안책이다. 필요한 동력에 따라, 상이한 전해질의 사용 및 이에 따른 상이한 작동 온도를 특징으로 하는 몇 가지 유형의 연료 셀이 존재한다. 운전 개시(start up) 및 공칭 동력에 도달하기 위한 시간의 단축, 운전 중단(shut dowm) 및 이에 이은 운전 개시의 용이성 및 광범위한 하중 요구의 변화에 대한 즉각적인 반응 능력이 요구되는 소규모 시스템(전형적으로 500kW 이하)에는 중합체 막 연료 셀이 가장 적합하다: 이러한 유형의 셀의 전형적인 응용 분야는 자동차 견인 및 가정용 전기의 국부 생산이다. 한편, 중합체 막 연료 셀은 일반적으로 이들이 양극 공급물로서 기상 연료(예를 들면, 순수 수소 또는 혼합 수소)를 사용하는지 액체 연료(예를 들면, 메탄올 또는 기타 경질 알콜)를 사용하는지에 따라 두 가지 유형으로 분류될 수 있다. 두 가지 경우 모두에서, 사용되는 고체 전해질, 통상적으로 설폰산 작용 그룹이 제공되어 있는 양성자-교환 막은 작동 온도가 100℃ 이하이거나, 최상의 경우, 역치에서 몇 도 높은 온도이다. 사실상, 이러한 유형의 막에서의 양성자 전도는 해리 메카니즘을 통한 관능 그룹에서의 전하 분할에 의해 발생하며, 효율적인 방식으로 일어나도록 하기 위해서는 수분의 존재를 필요로 한다. 양극에 산소가 공급되고 음극에 산소 또는 공기가 공급된 셀(PEMFC)은 탈수 현상에 의해 훨씬 더 현저한 영향을 받는데, 이는 두 가지 반응물이 가스 상태로 있기 때문에 온도가 증가함에 따라 야기되는 경향이 있으며, 막 수화는 전체 반응에 의해 생성된 물 및 가스 유동의 습도를 통해서만 일어날 수 있다. 연료 산화 및 음극 산소 환원에 의해 성취되는 전류 발생시 열이 방출되기 때문에, 종종 불가피하게 양성자 전도 메카니즘을 방해하는 바람직하지 못한 온도 증가가 초래하지 않도록 하기 위해서는 효과적으로 열을 제거하는 것이 중요하다는 것은 자명하다. 단일 연료 셀에서, 열은 외벽으로부터의 대류에 의해 용이하게 제거될 수 있다; 그럼에도 불구하고, 단일 셀은 그다지 크지 않은 전류를 발생하는 경우에도 이의 극(pole)에서의 전압이 매우 제한되기 때문에(어떠한 경우에는 1V 미만) 열역학적 이유로 그다지 유용하지 않다. 따라서, 연료 셀은 통상적으로 직렬로 모듈식 배열로 적층되어, 단일 셀 전압이 다수의 요구되는 크기로 증가된다. 그러나, 유사한 셀 적층은, 특히 중앙 부분의 셀에 있어, 대기의 자연 대류에 의한 벽으로부터의 열 배출을 불가능하게 만든다. 상기한 이유로 인해, 연료 셀 모듈의 공업 기술은 수년에 걸쳐 가스를 가습시키고 반응 열을 제거하는 데 효율적인 시스템을 점진적으로 정착시키는 데 뚜렷하게 촛점을 두었다. 종래 유형의 방법에 따르면, 두 가지 기능이 상이한 수압 회로(hydraulic circuit)에 의해 개별적으로 수행된다: 예를 들면, 가습화는 수화 탱크에서 기상 반응물을 버블링시키거나 이를 통상적으로 예열된 액체 물이 순환하는 격실로부터 반투과성 막을 통해 별도의 챔버에 공급함으로써 수행할 수 있다; 대신 냉각은 각각의 1차 셀을 경계지우는 플레이트 내부에서 또는 인접 셀 사이에서 수득되는 적절한 챔버에서 적당한 S자 곡선으로 흐르는 제어된 온도에서의 액체 물의 통과를 통해 성취될 수 있다. 적당한 수화 조건을 유지하면서 다른 한편으로 셀 내부의 과도한 양의 액체 물을 응축시키지 않기 위해 두 가지 기능은 매우 정밀한 방식으로 제어되어야 하며 상호간에 잘 조화되어야 한다. 사실상 기상 반응물이 다공성 전극 구조물 상의 촉매 침착으로 이루어진 반응 위치에 이르는 액체의 존재에 의해 방해받지 않아야 한다. 유입되거나 반응에서 발생된 물과 증발 또는 배기에 의해 셀로부터 제거된 물 사이에 균형을 이루는 것은, 종래 디자인의 셀이 셀을 경계지우는 쌍극 플레이트의 전형적인 립(rib) 모양의 권취 디자인에 의해 주어진 반응물 확산에 대한 소정의 통과를 제공하며 반응 부위에 도달하기 위해서는 반응물이 강제로 교차되어야 한다는 사실로 인해 더욱 더 어려워진다. 플레이트 립 내의 물방울의 부착은 반응물 공급 및 이에 따른 전류 발생 과정을 쉽게 중단시킬 수 있다.

이러한 견지에서 보다 진보된 셀 디자인에 대해 보다 유리한 상황이 초래되는데, 이때 가스 경로가 억제되지는 않지만 상당한 유입 제한을 한정하지 않고도 인접 셀 간의 전기 연속성을 보장하는 역할을 하는 망상 재료(reticulated material)를 담고 있는 전체 용적의 챔버내에 비편재화된다. 이러한 유형의 디자인이, 예를 들면, 유럽 특허 제0 629 015호에 기재되어 있다. 이러한 종류의 디자인은 소위 증발식 냉각, 즉 셀 내에서, 바람직하게는 분무된, 물의 증발을 통한 열 제거를 수득하고 상 변형과 연관된 관련 잠열을 공제하는 데 매우 유리할 수 있다. 이러한 유형의 솔루션은, 예를 들면, 제WO 00/63992호에 기재되어 있는데, 여기서는 셀 내부에 존재하는 망상 구조의 집전기에서 물과 가스의 동시 공급이 제공되며; 이후의 공급된 물의 적어도 일부의 증발이 가스 가습화 및 열 제거 둘 다에 기여하게 된다. 증발된 물의 양은 온도 증가에 따라 증가하는 경향이 있기 때문에, 시스템은 어느 정도 자가-조절되는 경향이 있다. 또한, 증발에 의한 열 제거는, 제WO 01/41241호에 기재되어 있는 바와 같이 대류식 제거에 의해 완성될 수 있는데, 상기 문헌에는 제WO 00/63992호의 증발식 냉각을 셀의 주변 프레임에 냉각제를 순환시키는 별도의 회로에 연료 셀 스택 커플링시키는 것이 기재되어 있다. 보다 더 효율적인 증발식/대류식 열 제거 시스템이 최종적으로 이탈리아 특허출원 제MI2002A 001338호에 기재되어 있으며, 여기에는 냉각 셀과 교대로 적층된 다수의 연료 셀이 기재되어 있으며; 물이 냉각 셀에서 순환하다가 일련의 검량된 홀을 통해 이의 상부에서 인접 연료 셀로 부분적으로 운반된다. 마지막에 언급된 세 가지 특허원에 기재된 솔루션이 냉각과 가습화 기능을 완전히 분리시킨 종래의 기술에 비해 상당히 진전된 단계를 나타내기는 하지만, 특히 저압에서 작동하는 셀의 경우, 현저한 가스 유속이 발생된 증기와 반응물 가스가 완전히 혼합되도록 만드는데, 이것은 우수한 작동을 위한 필수 조건이기는 하지만 때로는 문제가 되기도 한다. 특히, 이탈리아 특허출원 제MI2002A 001338호의 시스템은, 냉각 셀과 연료 셀 간의 물 교환이 연료 셀 내에서의 유체의 문제가 있는 재분포를 필요로 하는 이러한 편재화된 방식으로 일어나기 보다는 전체 반응 영역을 포함하는 방식으로 일어난다면 훨씬 더 효율적일 수 있다. 전체 활성 표면을 따라 냉각 셀과 연료 셀 사이의 비편재화된 물질 교환을 제공하는 몇 가지 양태가 당해 기술분야에 공지되어 있다. 한 가지 흥미로운 예가 미국 특허 제2001/0004501호에 기재되어 있는 다공성 탄소 구조에 의해 제공되는데, 이는 상이한 용도, 즉 과잉 액체 물을 연료 셀로부터 냉각 회로쪽으로 제거하는 데 사용된다. 이 경우, 강제식 경로의 립 모양의 플레이트(forced path ribbed plate)로 이루어진 셀 구조를 사용해서는 본래 위치에서 정확하게 가습화를 실시할 수가 없기 때문에, 가스는 보조 회로로부터 예비-가습화되어 공급된다. 다른 한편으로, 셀을 경계지우는 플레이트의 립내에 물이 축적되면, 앞서 언급한 바와 같이, 촉매 부위로의 반응물 이동이 방해받을 수 있다. 생성물인 물이 발생하거나 일시적인 가공 조건 동안 있을 수 있는 과도한 응축이 일어날 수 있지만, 이 경우 위험한 축적 현상은 얇은 흑연 장벽을 통해 과잉 물을 냉각 회로쪽으로 투과시킴으로써 상쇄된다. 연료 셀과 냉각 셀 간의 물질 교환을 위해 다공성 벽을 사용하는 것이 독일 특허 제10103568호에 추가로 기재되어 있으며, 여기서 수증기의 통과는 인접 연료 셀의 격실에서 물과 혼합된 저휘발성 냉각제와 예비-가습된 기상 반응물 간의 셀의 다른 지점에서의 증기압과 균형을 유지한다. 이는 순수한 물과는 다른 냉각액을 사용하여 대류에 의해 연료 셀 스택을 냉각시킬 수 있으며 액 자체는 다소 일정한 가습화 조건을 유지하는 데 기여한다. 이러한 구조는 증발식 냉각과는 분명히 양립할 수 있으며, 또한 복잡한 셀 디자인 및 기계적 솔리시테이션(mechanic solicitation)에 대한 저항이 불량한 흑연 재료의 사용을 수반하므로, 특정 용도, 예를 들면, PEMFC형 셀에 전형적인 자동차 용도에는 불리하다. 또한, 이러한 유형의 구조로는 기상 반응물의 예비-가습화의 보조 시스템의 존재로부터 셀 디자인을 자유롭게 할 수 없다.

본 발명의 목적은, 보조 회로의 도움없이도 기상 반응물의 제자리 가습화 및 선행 기술의 시스템보다 높은 효율을 성취하기에 적합하고, 반응열의 적어도 일부가 증발식 냉각에 의해 동시에 제거되는, 중합체 막 연료 셀과 냉각 셀이 교대로 적층되어 이루어진 전기화학 발전기를 제공하는 것이다.

제1 양태하에서, 본 발명은 액체 물이 공급되는 냉각 셀에 모듈 적층식(modular lamination)으로 교대로 적층된 막 연료 셀을 포함하는 전기화학 발전기를 제공하는데, 여기서 냉각 셀은 제어된 압력에서 물을 전체 표면을 따라 냉각 셀로부터 상대 연료 셀로 통과시킬 수 있는 금속성 복합 다공성 벽(metallic integral porous wall)에 의해 인접 연료 셀과 분리되어 있으며, 냉각 셀은 바람직하게는 각 쌍의 연속 연료 셀 사이에 개재되어 있다.

제2 양태하에서, 본 발명은 금속성 복합 다공성 벽에 의해 상호 분리되어 있는 막 연료 셀과 냉각 셀의 모듈식 적층으로 이루어진 발전기에서 직류를 발생시키는 방법을 제공하는데, 이때 연료 셀에는 기상 반응물이 특정 압력으로 공급되고, 냉각 셀에는, 연료 셀로 공급되는 기상 반응물 또는 그 중의 적어도 하나를 가습시키고 반응 열의 적어도 일부를 제거하도록, 액체 물이 제어된 보다 높은 압력으로 공급된다.

이러한 양태 및 다른 양태들이 하기 설명에 의해 명백해질 것이며, 이는 본 발명을 예시하는 것이지 제한하는 것은 아니며, 첨부된 도면을 참고로 하고 있다.

도면의 설명

도 1은 본 발명의 바람직한 양태에 따르는 전기화학 발전기를 보여준다.

도 2는 도 1의 전기화학 발전기의 상세도를 보여준다.

도 3은 본 발명의 전기화학 발전기의 막 연료 셀로부터 냉각 전기를 분리하는 금속 다공성 벽의 바람직한 양태를 보여준다.

발명의 상세한 설명

도 1에는 본 발명의 바람직한 양태가 도시되어 있으며, 여기서 반응물 중의 한 가지(예를 들면, 공기)만이 가습되는 것에 대해 제공되어 있으며, 이때 (1)은, 바람직하게는 필터-프레스 배치(filter-press configuration)에 따라, 연료 셀(2)과 냉각 셀(3)의 모듈식 적층에 의해 이루어진 본 발명의 발전기를 나타낸다. 특정 경우에, 냉각 셀(3)은 각 쌍의 인접 연료 셀(2) 사이에 개재된다. 연료 셀(2)은 전해질로서 이온-교환 막(5), 바람직하게는 가수분해 가능한 관능 그룹이 제공되어 있는 중합체 양성자-교환 막을 사용한다. 막에는 이의 양면에, 활성 부위로 기상 반응물을 정확하게 공급하기 위한 촉매적 활성화제, 바람직하게는 다공질 성분, 예를 들면, 탄소 직포(carbon cloth)가 제공되어 있다. 예시된 경우에서, 셀 적층은 쌍극 유형의 전기 접속을 제공하며, 이에 따라 각 셀은 쌍극 소자에 의해 경계지워져 있으며; 특히, 각 연료 셀(2)과 각 냉각 셀(3)은 쌍극 플레이트(7)와 복합 다공성 벽(8)에 의해 경계지워져 있는데, 이들은 둘 다 금속 재료로 이루어져 있다. 연료 셀(2) 격실 둘 다에는 기상 반응물을 위한 망상 구조의 전도성 분배기(6)(conductive reticulated distributor)가 충전되어 있는데, 이것 또한 활성화된 막(5)과 상응하는 쌍극 소자(플레이트(7) 또는 다공성 벽(8)) 사이의 전기 연속성을 확립시킨다. 한 가지 바람직한 양태에서, 냉각 셀(3) 또한 내부 전기 연속성을 확립하기 위한 망상 구조의 전도성 재료를 함유하며; 이러한 재료는 분배기와 동일한 것이거나 상이한 것일 수 있다. 본 발명의 특성을 보다 양호하게 이용하기 위해서는, 분배기[(6) 및 (6')]의 망상 구조의 전도성 재료가 양호한 전기 및 열 전도성, 반응 환경에서의 우수한 내식성 및 낮은 압력 저하를 나타내야 하며; 단일 또는 중첩된 메쉬 또는 발포 시트의 형태이거나 스폰지 또는 발포체 형태의 금속 재료, 특히 스테인리스 강 및 니켈 합금이 이러한 목적에 특히 적합하다. 각종 성분의 수압식 밀봉을 확실히 하기 위해서는, 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 프레임 형태의 평면 개스킷(4) 뿐만 아니라 O-링 또는 당해 기술분야에 공지되어 있는 바와 같은 기타의 유사 성분을 사용하는 것도 가능하다. 도면은, 다른 유형의 제조 솔루션도 상응하게 사용될 수 있음이 분명하기는 하지만, 어떻게 발전기를 구성하는 전체 적층물이 터미널 플레이트(9)에 의해 폐쇄되는지를 보여준다. 타이-로드(tie-rod)나 금속 벨트 또는 도면에 도시되어 있지 않은 다른 체류 수단에 의해 발전기를 단단하게 죌 수 있으며; 가스 및 냉각수 공급은 일반적으로 당해 기술분야에 공지되어 있는 바와 같은 적당한 매니폴드를 통해 실현된다. 앞서 명시한 바와 같이, 도면에 제안되어 있는 솔루션은 단지 하나의 반응물이 본 발명의 방법에 의해 수화되는 것을 제공하고 있다; 사실상, 광범위한 공정 조건에 대해, 망상 구조의 가스 분배기를 사용하여 작동시키는 경우, 이는 반응물에 강제적인 경로를 부과하지 않으므로, 공기 가습화가 정확하고 효율적인 방식으로 이루어지는 한, 특별한 문제를 발생시키지 않으면서, 가습된 공기 및 무수 연료를 사용하여 작동시킬 수 있다. 이 경우에, 공기는 예비가습 없이도, 도면에는 도시되어 있지 않은 공급 장치를 통해 다공성 벽(8)에 인접한 망상 구조의 분배기(6)에 해당하는 연료 셀(2)로 공급되고, 반면에 연료는 망상 구조의 분배기(6)가 쌍극 플레이트(7)에 인접되어 있는 또 다른 격실에 공급된다. 가습화 물, 바람직하게는 높은 증기 장력을 갖도록 예열된 가습화 물은, 당해 경우에 망상 재료(6')에 해당하는 냉각 셀(3)로 공급된다. 특정 압력에서, 어떠한 경우에는 가습되는 반응물보다 높은 압력에서, 다공성 벽(8)의 반대쪽에 가습화 물을 공급하는 조치를 취함으로써, 물의 일부가 각 연료 셀(2)을 통과하여 이의 적어도 일부가 매우 균질한 방식으로 증발되는데, 이들 모두는 제WO 00/63992호에 기재되어 있는 바에 따라, 전체 셀 활성 부분을 따라 복합 다공성 벽(8)을 통해 분배되고 망상 구조의 분배기(6)가 존재하기 때문이다. 이러한 방법으로, 반응열이 망상 구조의 분배기(6)에서의 물의 국소 증발에 의해 상당히 제거되며, 단지 일부는 냉각 셀(3)에서 순환하는 물의 통과에 의해 성취되는 인접 연료 셀과의 대류에 의한 열 교환을 통해 제거된다. 그러나, 가공 조건에서 두 가지 가스 모두가 가습되는 전기화학 발전기에서는, 인접 셀 양쪽으로 물의 통과를 세분하도록 하기 위해서는 다공성 벽(8)과 쌍극 플레이트(7) 대신에 2개의 복합 다공성 벽(8)으로 냉각 셀(3)을 경계지우는 것으로 충분하다는 것이 자명하다. 두 개의 다공성 벽(8)에 의해 경계지워진 각각의 냉각 셀(3)은 인접 연료 셀(1)의 2개의 음극 격실과 마주보고 있고, 반면에 반대 위치에 있는 2개의 양극 격실은 플레이트(7)에 의해 경계지워져 있으며 음극 격실이 서로 마주보고 있는 쌍으로 분할되어 있는 연료 셀의 필터-프레스 접속은 또 다른 격실의 경우보다 덜 직선형인 또 다른 양태도 가능하지만 이는 당해 기술분야에 널리 공지되어 있다.

도 2는 도 1의 발전기의 상세도를 보여주며, 이는 셀 내부로의 상이한 유체의 통과를 보다 적절하게 입증한다. 임의로 예열된 물이 망상 재료(6')내로 공급되는 것이 (201)로 나타내어져 있고, 이에 상응하는 배출이 (202)로 나타내어져 있으며; 망상 구조의 분배기(6)를 통한 가습되는 반응물(예를 들면, 공기)의 공급은 (301)로 나타내어져 있고, 상응하는 배출은 (302)로 나타내어져 있으며; 기타 반응물(예를 들면, 수소 함유 연료)의 공급 및 배출은 (401)과 (402)로 나타내어져 있다. 화살표(100)는 가습되는 반응물을 함유하는 연료 셀 격실로부터 냉각 셀을 분리하는 다공성 벽(8)을 통한 가압된 액체 물의 통과를 나타내며; 물이 망상 구조의 분배기(6)에 도달하면, 이것이 상당히 증발되어 활성화된 막(5)에 의한 반응으로 발생한 열을 제거하는 데 기여한다. 정확한 열 및 물 균형을 유지하기 위해서는, 화살표(100) 방향으로 다공성 벽(8)을 가로지르는 물의 양을 어느 정도 정확하게 제어해야만 하지만, 망상 구조의 분배기(6)는 약간의 과잉의 액체 물에 의해 특정 한계까지 작동할 수 있으며, 이는 여러 양태에 공통적인 립 모양의 권취 플레이트에 의해 성취되는 것과 같은 강제 분포에 의해 허용되지 않는다. 이러한 제어는 적당한 재료 사용시 정밀하게 조절할 수 있는 벽(8)의 다공도 및 동시에, 벽(8)의 반대편에서 가습되는 반응물의 압력에 대한 물의 압력에 의해 가능하다. 이러한 방식으로, 발전기의 작동 조건의 변화 및 이에 따라 발생하는 열의 변화를 수압에 의해 용이하게 보정할 수 있다.

다공성 벽(8)은 몇 가지 방법으로 실현될 수 있지만, 미국 특허 제2001/0004501호 또는 독일 특허 제10103568호에 기재되어 있는 연료 셀과 냉각 셀 사이의 물질 교환을 위한 흑연 부재(部材)와는 달리, 이는 물 통과에 관여하는 2개의 격실 사이의 불균형(이는 몇 가지 대기의 불균형일 수 있다)을 적어도 부분적으로 견딜 수 있어야 하는 실재 구조 부재인 것이 자명하다.

도 3이 이러한 성분을 실현하기 위한 바람직한 솔루션을 제공하지만, 당해 기술분야의 숙련가들에게 자명한 바와 같이 다른 여러 솔루션도 실현 가능하다. 예시된 특정 양태에서, 다공성 벽(8)의 주요 성분을 구성하는 다공도가 조절된 재료(10)는 이에 기계적 안정성을 부여하는 금속 매쉬(11)에 의해 지지되며; 추가의 보강 부재로서, 주변 프레임(12)이 제공되어 있는데, 이것도 역시 수압식 밀봉을 위한 수단(예를 들면, 도 1의 개스킷(4))과 유리하게 동시-작동할 수 있으며, 이것은 다공성 재료와 커플링하는 데 있어 문제가 더 많다. 다공도가 조절된 재료(10)는 금속 섬유 교착물(interlacement)도 이루어지거나, 보다 더 바람직하게는 소결 재료로 이루어질 수 있다. 고도로 조절된 다공도를 갖는 금속 섬유 또는 소결 재료를 제조하는 방법은, 메쉬, 천공되거나 발포된 시트 등과 같은 기타의 금속 재료상에 이를 지지시키는 기술이 공지되어 있는 바와 같이, 당해 기술분야에 널리 알려져 있다. 이렇게 하여 수득된 다공성 벽(8)은 양면 또는 한쪽 가스면(분배기(6)와 접촉하는 면)을 소수성 재료로 임의로 개질시켜 물 유입을 보다 양호하게 조절할 수 있다. 소수성 재료는, 바람직한 양태에서, 불소화 중합체로 이루어질 수 있다.

벽(8)의 기공은 바람직하게는 매우 미세해야 하며; 본 발명의 방법을 성공적으로 실시하기 위해서는 벽을 통한 유체의 통과 또는 압력 저하에 대한 저항이 망상 재료(6 및 6')에 의해 가해지는 것보다 상당히 높아서 화살표(100) 방향을 따라 물 운반이 망상 구조의 분배기(6)내에서의 효과적인 가스 순환(화살표 (301) 및 (302)에 따름) 및 망상 재료(6')내에서의 물 자체의 순환((201) 및 (202)에 따름)을 방해하지 않으면서 효과적으로 제어될 수 있어야 한다.

상기한 설명은 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 상이한 양태에 따라 실시할 수 있으며, 이의 범위는 첨부된 청구항에 의해 명확하게 정의된다. 본원의 상세한 설명 및 청구의 범위에서, 용어 "포함" 및 "포함하는"과 같은 이의 변형은 기타의 부재 또는 부가 성분의 존재를 배제하고자 하는 것은 아니다.

Claims (18)

1. 망상 구조의 기상 반응물 분배기가 제공되어 있는 다수의 막 연료 셀,

   액체 물이 공급되는 다수의 냉각 셀,

   기상 반응물을 무수 상태로 공급하는 장치 및

   기상 반응물 중의 적어도 하나를 가습시키고, 냉각 셀로부터 연료 셀을 분리시키는 다수의 금속 다공성 벽을 통한 냉각 셀로 공급되는 액체 물의 일부의 투과에 의해, 그리고 연료 셀의 내부로 투과된 액체 물의 증발에 의해 열을 제거하는 장치를 포함하는 전기화학 발전기.
2. 제1항에 있어서, 냉각 셀 중의 하나가 막 연료 셀의 각각의 연속 쌍 사이에 개재되어 있는 발전기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다공성 벽이, 금속 메쉬 또는 발포되거나 천공된 시트 위에 임의로 지지되어 있는, 투과도가 제어된 금속 소결 재료 또는 금속 섬유 교착물(interlacement)로 이루어지는 발전기.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 다공성 벽이 주변 밀봉 프레임을 포함하는 발전기.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 다공성 벽의 하나 이상의 면이 소수성 재료로 표면 개질되어 있는 발전기.
6. 제5항에 있어서, 소수성 재료가 불소화 중합체인 발전기.
7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 망상 구조의 기상 반응물 분배기의 유체 통과 저항이 다공성 벽의 유체 통과 저항보다 실질적으로 낮은 발전기.
8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 망상 구조의 기상 반응물 분배기가 금속 스폰지 또는 발포체, 메쉬, 발포되거나 천공된 시트 및 이러한 부재(部材)의 중첩물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 부재인 발전기.
9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 망상 구조의 기상 반응물 분배기가 금속성이며, 임의로 스테인리스 강, 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어지는 발전기.
10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 냉각 셀이 전기 연속성을 보장하는 망상 구조의 전도성 부재를 포함하는 발전기.
11. 제10항에 있어서, 냉각 셀의 망상 구조의 전도성 부재의 유체 통과 저항이 다공성 벽의 유체 통과 저항보다 상당히 낮은 발전기.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 냉각 셀의 망상 구조의 전도성 부재가 금속 스폰지 또는 발포체, 메쉬, 발포되거나 천공된 시트 및 이러한 부재의 중첩물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 부재인 발전기.
13. 제10항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 냉각 셀의 망상 구조의 전도성 부재가 금속성이며, 임의로 스테인리스 강, 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어지는 발전기.
14. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 기재된 막 연료 셀에 하나 이상의 무수 기상 반응물을 공급하는 단계,

    물을, 압력이 가습되는 하나 이상의 기상 반응물의 압력보다 높은 제어된 압력에서 냉각 셀에 공급하는 단계 및

    물이 다수의 다공성 벽을 가로질러 막 연료 셀로 투과하도록 하는 단계를 포함하는, 직류의 발생방법.
15. 제14항에 있어서, 다공성 벽을 가로질러 투과하는 물에 의해 가습되는 기상 반응물이 산소인 방법.
16. 제14항에 있어서, 기상 반응물 둘 다가 다공성 벽을 가로질러 투과하는 물에 의해 가습되는 방법.
17. 제14항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 물이 예열되는 방법.
18. 명세서 및 도면에 기재된 특유의 부재를 포함하는 전기화학 발전기.