(57)【要約】  本発明は、ＳＯＦＣ燃料電池スタックとして又はＳＯＥＣ電解槽として可逆的に動作することができるシステムに関する。本発明によれば、必要に応じて、酸素チャンバ（ＳＯＥＣモードのアノードチャンバ、ＳＯＦＣスタックモードのカソードチャンバ）と称されるチャンバから発生する高温気体の一部を迂回させるためにバイパスライン又はバイパス路が設けられ、これが、酸素が流れる路に設けられた熱交換器を冷却するようになる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−各々がカソード（１２）、アノード（１４）及び前記アノードと前記カソードとの間に挿入された電解質（１６）を備える個々の固体酸化物（共）電解セルのスタック（２０）を備える高温電解又は共電解（ＨＴＥ）反応器であって、前記セルが、直列に電気的に接続され、前記スタックが、前記セルに電流を供給する２つの電気端子（３０、３２）を備え、前記カソード上に第１のフローチャンバ（２１）を、前記アノード上に第２のフローチャンバ（２３）を画定する、高温電解又は共電解（ＨＴＥ）反応器と、
−前記第１のチャンバの入口に水蒸気及び水素の混合物、又は、水蒸気、水素及び二酸化炭素（ＣＯ２）の混合物を流量ＤＨで供給することができる少なくとも１つの第１の供給ライン（Ｌ１）と、
−前記第２のチャンバの入口に空気又は酸素又は酸素含有気体の混合物を流量Ｄ０で供給することができる少なくとも１つの第２の供給ライン（Ｌ２）と、
−前記第１のチャンバの出口で生成された水素を排出することができる少なくとも１つの第１の排出ライン（Ｌ３）と、
−前記第２のチャンバの出口で生成された酸素を排出することができる少なくとも１つの第２の排出ライン（Ｌ４）と、
−前記第２の供給ライン（Ｌ２）と前記第２の排出ライン（Ｌ４）との間に配置され、前記第２のチャンバを出た気体から熱を回収し、それをこれらの同じチャンバに入る前記気体に、前記気体を予熱するために伝達するための第１の熱交換器（６０）と、
−前記交換器（６０）の入口と出口との間に配置され、前記第２のチャンバ（２３）の出口から前記気体の全て又は一部を迂回させるための前記第２の排出ラインのバイパスライン（６２）であって、前記迂回させられた気体の一部又は全部が、その後、前記交換器（６０）を通って流れない、バイパスライン（６２）と、
−前記バイパスライン（６２）に配置され、０から１００％の流量を通過させることができる流量制御弁（６３）と、
を備えるシステム。
【請求項２】
−各々がアノード、カソード及び前記アノードと前記カソードとの間に挿入された電解質を備える個々の固体酸化物電気化学セルのスタック（２０）を備える高温燃料電池（ＳＯＦＣ）であって、前記セルが、直列に電気的に接続され、前記スタックが、前記セルから電流を回収する２つの電気端子を備え、前記カソード上に第１のフローチャンバを、前記アノード上に第２のフローチャンバを画定する、高温燃料電池（ＳＯＦＣ）と、
−前記第１のチャンバの入口に二水素又は他の燃料気体又は燃料気体を含有する混合物を流量ＤＨで供給することができる少なくとも１つの第１の供給ライン（Ｌ１）と、
−前記第２のチャンバの入口に空気又は酸素又は酸素含有気体の混合物を流量Ｄ０で供給することができる少なくとも１つの第２の供給ライン（Ｌ２）と、
−前記第１のチャンバの出口で前記過剰な二水素又は他の燃料を排出することができる少なくとも１つの第１の排出ライン（Ｌ３）と、
−前記第２のチャンバの出口で前記過剰な空気又は酸素又は酸素含有気体の混合物を排出することができる少なくとも１つの第２の排出ライン（Ｌ４）と、
−前記第２の供給ライン（Ｌ２）と前記第２の排出ライン（Ｌ４）との間に配置され、前記第２のチャンバを出た気体から熱を回収し、それをこれらの同じチャンバに入る前記気体に、前記気体を予熱するために伝達するための第１の熱交換器（６０）と、
−前記交換器（６０）の入口と出口との間に配置され、前記第２のチャンバ（２３）の出口から前記気体の全て又は一部を迂回させるための前記第２の排出ラインのバイパスライン（６２）であって、前記迂回させられた気体の一部又は全部が、その後、前記交換器（６０）を通って流れない、バイパスライン（６２）と、
−前記バイパスライン（６２）に配置された、０から１００％の流量を制御することができる流量制御弁（６３）と、
を備えるシステム。
【請求項３】
必要に応じて内部メタン改質を用いて、電気分解モード及び燃料電池モードで可逆的に動作することを意図した同じシステムを構成する、請求項１及び２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の供給（Ｌ１）と前記第３の排出ライン（Ｌ３）との間に配置され、前記第１のチャンバを出た気体から熱を回収し、それをこれらの同じチャンバに入る前記気体に、前記気体を予熱するために伝達するための第２の熱交換器（５０）をさらに備える、請求項１から３の何れか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２の熱交換器（５０）の出口の下流の前記第２の排出ライン（Ｌ３）に配置され、０から１００％の流量を制御することができる第２の流量制御弁（５１）をさらに備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２の弁（５１）の上流に配置され、前記第１のチャンバの第２の排出ライン（Ｌ３）に流れる前記気体混合物から水蒸気を除去し、冷却温度、好ましくは周囲温度で前記第２の弁（５１）の動作を可能にするように寸法決めされる凝縮器（７０）をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の熱交換器（６０）の出口の下流の前記第２の排出ライン（Ｌ４）に配置され、０から１００％の流量を制御することができる第３の流量制御弁（６１）をさらに備える、請求項１から６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の弁（６３）及び第３の弁（６１）の上流で、前記バイパスライン（６２）と前記第２のチャンバの第２の排出ライン（Ｌ４）との間に配置される冷却器（８０）であって、前記冷却器（８０）が、前記バイパスライン（６２）及び前記第２の排出ライン（Ｌ４）の両方に流れる前記気体混合物を冷却し、冷却温度、好ましくは周囲温度で前記第１の弁（６３）及び第３の弁（６１）の動作を可能にするように寸法決めされている、冷却器（８０）をさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記冷却器（８０）が、前記凝縮した液体水をパージするための装置を含む凝縮器である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１のチャンバ（２１）の入口に、必要に応じて、前記第１のライン（Ｌ１）で前記気体の加熱を補うように追加の熱を供給するために、前記第２の熱交換器（５０）の下流に、前記第１の供給ライン（Ｌ１）に配置される第１の外部熱源（９０）をさらに備える、請求項１から９の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２のチャンバ（２３）の入口に、及び、前記ライン（Ｌ２）で前記気体の加熱を補うように追加の熱を供給するために、前記第１の熱交換器（６０）の下流に、前記第２の供給ライン（Ｌ２）に配置される第２の外部熱源（９１）をさらに備える、請求項１から１０の何れか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物型燃料電池の分野（ＳＯＦＣ）、及び固体酸化物を用いる水の高温電気分解（ＨＴＥ又はＨＴＳＥ、高温水蒸気電気分解の略語）の分野（ＳＯＥＣ、固体酸化物電解セルの略語）に関する。
【０００２】
本発明は、より詳細には、可逆的に動作する電解槽システムであり得るＳＯＥＣ電解槽システム又はＳＯＦＣ燃料電池の温度及び内圧の制御に関する。
【０００３】
高温水電解用途に関して主に説明するが、本発明は、ＳＯＦＣ燃料電池にも同様に適用される。
【背景技術】
【０００４】
水の電気分解は、以下の反応に従う、電流を用いて水を気体の二酸素及び二水素に分解する電気分解反応である。
Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２
【０００５】
反応に必要なエネルギーの一部が電気よりも安価な熱によって供給され、反応の活性化が、高温でより効率的であり、触媒を必要としないので、高温で、典型的には６００から９５０℃の温度で水の電気分解を行うことは、有利である。
【０００６】
図１に示されるように、固体酸化物電解セル１０又はＳＯＥＣは、特に、
−二水素を生成するために蒸気を供給することを意図した第１の多孔性導電性電極１２又は「カソード」、
−カソード上に注入された水の電気分解によって生成された二酸素（Ｏ２）が脱離する第２の多孔性導電性電極１４又は「アノード」、及び、
−カソード１２とアノード１４との間に挟まれた固体酸化物膜（高密度電解質）１６であって、高温、通常は６００℃より高い温度でアニオン伝導性である固体酸化物膜（高密度電解質）１６、
を備える。
【０００７】
セル１０を少なくともこの温度に加熱し、カソード１２とアノード１４との間に電流Ｉを注入することによって、カソード１２で水が還元され、それによってカソード１２で二水素（Ｈ２）を生成し、アノード１４で二酸素を生成する。
【０００８】
高温電気分解を実施するためにＳＯＥＣ（「固体酸化物電解セル」の略語）電解槽を使用することが知られており、前記電解槽は、各々が、互いに重畳される３つのアノード／電解質／カソードの層、及び、バイポーラプレート又は相互接続部とも呼ばれる金属合金で作られる相互接続プレートからなる固体酸化物電解セルを含む個々のユニットのスタックからなる。相互接続部の機能は、電流を流して気体を各セルに流すこと（ＨＴＥ電解槽内の注入された水蒸気並びに抽出された水素及び酸素；ＳＯＦＣスタック内の注入された空気及び水素並びに抽出された水）と、それぞれセルのアノード側とカソード側の気体流区画であるアノード区画とカソード区画とを分離することである。水蒸気の高温電気分解（ＨＴＥ）を行うために、水蒸気（Ｈ２Ｏ）をカソード区画に注入する。セルに印加された電流の作用下で、水蒸気形態の水分子の解離は、水素電極（カソード）と電解質との界面で起こり、この解離は、二水素ガス（Ｈ２）及び酸素イオンを生成する。二水素は、水素区画の出口で集められ、排出される。酸素イオン（Ｏ２−）は、電解質を通って移動し、電解質と酸素電極（アノード）との間の界面で二酸素に再結合する。
【０００９】
大量の水素を生成することを意図した電解セルのスタック２０は、図２の概略図に示されている。特に、セル１０は、互いに積み重ねられ、相互接続プレート１８によって分離され、相互接続プレート１８は、制御可能な弁２４によって調整される蒸気流量ＤＨ２Ｏで、この蒸気をセル１０のカソードに注入するために蒸気の供給源２２に接続される。プレート１８はまた、電気分解によって発生した気体を集めるための気体収集器２６に接続されている。
【００１０】
相互接続プレート構造及びスタックの例は、国際公開第２０１１／１１０６７６号に記載されている。
【００１１】
このような電解槽は、共電解モード、すなわち、水蒸気（Ｈ２Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ２）からなる気体混合物をカソード区画に供給するモードでも動作することができる。カソード区画からの混合排出物は、水素（Ｈ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）で構成されている。
【００１２】
スタック２０で実際に電気分解を実施するために、スタックは、６００℃以上の温度、通常は６００℃から９５０℃の温度に上昇され、気体供給を一定の流量で開始し、電源２８は、スタック２０の２つの端子３０、３２を横切って電流Ｉを流すように接続されている。
【００１３】
従来技術では、ＨＴＳＥスタックの２種類の動作、すなわち定電位モードでの動作と定電流モードでの動作との間で区別がなされている。
【００１４】
定電位動作では、スタック２０の端子３０、３２間の電圧は一定に保たれ、電源２８は、例えば定電圧源であり、これは、スタック２０の熱的状況を一定に保つことを可能にするが、水素の製造は不可能にする。
【００１５】
定電流動作では、スタックに注入される電流Ｉの強度は、一定に保たれ、電源２８は、例えば定電流源であり、これは、水素の生成を一定に保つことを可能にするが、この場合、熱平衡は、スタックの温度の変化をもたらす。
【００１６】
反応器について保持されている動作点もまた、スタック内の熱条件を設定する。実際に、高温で行われる電気分解の場合、入口分子（Ｈ２Ｏ又はＣＯ２）の解離に必要なエネルギーΔＨは、電気的及び／又は熱的形態で提供されてもよい。次に、提供される熱エネルギーＱは、次の関係式によって各電解セルの端子における電圧Ｕの関数として定義される。
【００１７】
【数１】
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【００１８】
ここで、Ｕは、電圧、Ｉは、電流、Ｆは、ファラデー定数である。
【００１９】
従って、セルのスタックの３つの異なる熱モードに対応して、３つの動作方式が電解又は共電解に対して定義される：
−印加電圧がΔＨ／２Ｆに等しい「オートサーマル」モード。解離反応によって消費される熱は、電解槽の様々な電気抵抗（不可逆性）によって完全に補償される。電解槽は、特別な熱管理を必要とせず、同時に温度安定性を保つ。
−印加電圧がΔＨ／２Ｆ未満である「吸熱」モード。電解槽は、その中で電気的損失よりも多くの熱を消費する。従って、この必要な熱は、別の手段によって、それに供給されなければならず、そうでなければ、その温度は、回復不能に低下する。
−印加電圧がΔＨ／２Ｆよりも大きい「発熱」モード。電気分解は、ジュール効果による電気的損失よりも少ない熱しか消費しない。電解槽内のこの熱の放出は、別の手段によって放出されなければならず、そうでなければ、その温度は、許容できないほど上昇するであろう。
【００２０】
さらに、数百時間の動作の後、劣化現象は、電気抵抗率の増加の形でスタック内に現れる。
【００２１】
定電位モードで動作するとき、劣化現象は、スタックに注入される電流Ｉの強度の低下によって表され、それは、生成される水素の量の減少、水蒸気の水素への転換の程度の減少、及び、一定の入口流量でのエネルギー効率の減少をもたらす。この動作モードは、規定された一定の水素製造に対する工業的要求を満たすことを可能にしない。
【００２２】
逆に、定電流モードでの動作は、規定された一定の水素製造の必要性を満たすことを可能にする。この場合、劣化現象は、電圧の増加と抵抗損失の形で表される。従って、電解槽は、依然として同量の水素を生成するが、これは、特に熱的状況が非常に発熱的になるときには管理が困難であり得る熱的状況の変化をもたらす。一般的に採用されている解決策は、スタックを含む炉の温度を下げること、従って、対流及び放射によってスタックの過剰な熱を炉の壁に放出することにある。炉のパージガスの流量を増加させることによっても、この過剰な熱の一部を放出することが可能になる。しかしながら、これらの作用は、スタックの中心と壁との間の著しい温度勾配を犠牲にしてスタックの周囲を冷却することを可能にする。
【００２３】
ＳＯＦＣ燃料電池としてよりよく知られている高温固体酸化物燃料電池及びＨＴＳＥ電解槽は、それらの動作モードが異なるだけで、同一の構造を有することができる。図３を参照すると、ＳＯＦＣ燃料電池スタックの構成要素である電気化学セルは、電解セルと同じ要素、すなわち、アノード１２、カソード１４及び電解質１６を備える。
【００２４】
燃料電池スタックの１つのセルを考慮すると、二水素又はメタンＣＨ４のような他の燃料が一定の流量でそのアノードに供給され、純粋な二酸素又は空気中に含まれる二酸素が一定の流量でそのカソードに供給され、セルは、生成された電流を供給するために負荷Ｃに接続される。
【００２５】
電解槽と同様に、ＳＯＦＣ燃料電池は、燃料電池が定電流を生成することを必要とする定電流モードで、又は、燃料電池が定電圧を供給することを必要とする定電圧モードの何れかで動作する。
【００２６】
燃料としての水素下での燃料電池の動作は、常に発熱性であるが、規定された動作点については、電解槽におけるものと同じ燃料電池における熱制御の問題がある。
【００２７】
さらに、水素は、ＳＯＦＣ燃料電池に可能な唯一の燃料ではない。メタン（ＣＨ４）は、非常に吸熱性の内部改質反応を伴う特定の性質を有する。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ
この内部改質反応は、電極１２のニッケル−ジルコニアサーメットによって触媒されるのに対して、スタック２０内の水素酸化反応は、非常に発熱性である。
【００２８】
従って、燃料としてＣＨ４を用いた燃料電池の動作は、吸熱的でも発熱的でもよく、スタック内に大きな温度変動をもたらす可能性がある。しかしながら、ＳＯＦＣ燃料電池は、工業的観点からより進歩した技術であり、いくつかの解決法が既に実施され、下記の特許文献に記載されている。
【００２９】
内部メタン改質反応の吸熱性の特性は、スタックの熱特性を制御するために使用することができる。米国特許出願公開第２００７／０２３１６５０号明細書は、この解決策を推奨している：内部改質のレベルを調整するためにスタックのセルの表面全体に対するＣＨ４の制御された注入。従って、メタン改質反応によって吸収されるエネルギー量が水素酸化反応によって放出されるエネルギー量を補償するようにＣＨ４の流量に作用することによってスタックの温度を調節することが可能である。
【００３０】
エネルギー効率を最適化するために、スタックの入口での気体の予熱は、スタックを出る気体から熱を回収することによって実行されるべきである。これには熱交換器が使用される。交換器の全ての組合せは、様々な特許に開示されている。
【００３１】
従って、米国特許出願公開第２００３／０２０７１６４号明細書には、アノード区画の出口とこれらの同じアノード区画の入口との間の交換器、及び、カソード区画の出口とこれらの同じ区画の入口との間の別の交換器の使用が記載されている。
【００３２】
国際出願公開第２０１０／００４０９３号自体には、カソード区画の出口とアノード区画の入口との間の交換器、及び、アノード区画の出口とカソード区画の入口との間の別の交換器の使用が開示されている。
【００３３】
最後に、加国特許第２４４６３６０号明細書には、触媒燃焼器を介してアノード区画及びカソード区画の入口を再結合された出口気体で予熱する単一の交換器を有する配置が開示されている。
【００３４】
ある場合には、使用される交換器は、例えば欧州特許出願公開第１２０２３６６号明細書に開示されているように、スタックの断熱の二重の役割を果たし、それには、交換器が、高温領域を制限し、低温の外壁を有するようにスタックの周囲にあるような配置が開示され、それは、断熱材料の体積を減らすことを可能にし、それは、輸送におけるＳＯＦＣ燃料電池の用途の場合に有利である。
【００３５】
前述の交換器は、依然として高温になる受動的な装置であり、スタックの動作中に熱交換の程度を調整することは不可能である。
【００３６】
特開２００２−２５２００３号公報は、必要であれば、必要な熱交換の程度を減らすための解決策を提案しており、それは、空気供給側の交換器の入口にバイパス流路を設置することからなる。従って、ＳＯＦＣ燃料電池に供給する空気は、交換器によって加熱され、又は、バイパス路が開いている場合には、より低温に達する可能性がある。
【００３７】
ＳＯＦＣ燃料電池に適した流量範囲に合わせた大きさで、バイパス路は、この特定の場合には良い解決策であるが、これは、可逆的ＳＯＦＣ燃料電池／ＳＯＥＣ電解槽システムには最も適していない。具体的には、可逆性は、特開２００２−２２５００３号公報の解決策では考慮されていない制約を課す。
【００３８】
スタックの可逆動作は、このスタックが非常に広い範囲の流量、特に空気側で動作可能であることを意味する。実際、空気流量は、ＳＯＦＣ燃料電池モードではＳＯＥＣ電解槽モードよりも約１０倍大きい。これは、圧力変動をもたらし、スタック内で使用されるシールが耐えることは困難である。
【００３９】
これらの制約は、以下で詳細に検討される。
【００４０】
米国特許出願公開第２００２／００８１４７１号明細書は、シールへの圧力差を制限するために、スタックの入口での気体の圧力の制御及びスタックを含むエンクロージャの圧力調整からなる解決策を提案している。これにより、スタック内部の圧力とスタックを含むエンクロージャ内の圧力との間の圧力差を平衡させることが可能になる。しかしながら、この解決策は、スタック内の圧力を制限することを可能にしない。さらに、この特許による解決策は、ＳＯＦＣ燃料電池上でのみ実行され、可逆的ＳＯＦＣ／ＳＯＥＣシステム上では実行されないことに留意されたい。
【００４１】
言い換えれば、可逆的ＳＯＦＣ／ＳＯＥＣシステム、すなわちＳＯＦＣ燃料電池として可逆的に使用されるＳＯＥＣ電解槽において動作するシステムのためのスタック内の熱特性及び圧力の両方を管理することを可能にする高温燃料電池及び電解槽に関する従来技術に満足のいく解決策はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４２】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１１０６７６号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／０２３１６５０号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００３／０２０７１６４号明細書
【特許文献４】国際出願公開第２０１０／００４０９３号
【特許文献５】加国特許第２４４６３６０号明細書
【特許文献６】欧州特許出願公開第１２０２３６６号明細書
【特許文献７】特開２００２−２５２００３号公報
【特許文献８】米国特許出願公開第２００２／００８１４７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４３】
従って、ＳＯＦＣ燃料電池として又はＳＯＥＣ電解槽として可逆的に動作する固体酸化物電気化学セルのスタック内の熱制御及び圧力制御を改善する必要がある。
【００４４】
本発明の目的は、この必要性を少なくとも部分的に満たすことである。
【課題を解決するための手段】
【００４５】
これを達成するために、本発明は、第１の代替案によれば、
−各々がカソード、アノード及び前記アノードと前記カソードとの間に挿入された電解質を備える個々の固体酸化物（共）電解セルのスタックを備える高温電解又は共電解（ＨＴＥ）反応器であって、前記セルが、直列に電気的に接続され、前記スタックが、前記セルに電流を供給する２つの電気端子を備え、前記カソード上に第１のフローチャンバを、前記アノード上に第２のフローチャンバを画定する、高温電解又は共電解（ＨＴＥ）反応器と、
−前記第１のチャンバの入口に水蒸気及び水素の混合物、又は、水蒸気、水素及び二酸化炭素の混合物を流量ＤＨで供給することができる少なくとも１つの第１の供給ラインと、
−前記第２のチャンバの入口に空気又は酸素又は酸素含有気体の混合物を流量Ｄ０で供給することができる少なくとも１つの第２の供給ラインと、
−前記第１のチャンバの出口で生成された水素を排出することができる少なくとも１つの第１の排出ラインと、
−前記第２のチャンバの出口で生成された酸素を排出することができる少なくとも１つの第２の排出ラインと、
−前記第２の供給ラインと前記第２の排出ラインとの間に配置され、前記第２のチャンバを出た気体から熱を回収し、それをこれらの同じチャンバに入る前記気体に、前記気体を予熱するために伝達するための第１の熱交換器と、
−前記交換器の入口と出口との間に配置され、前記第２のチャンバの出口から前記気体の全て又は一部を迂回させるための前記第２の排出ラインのバイパスラインであって、前記迂回させられた気体の一部又は全部が、その後、前記交換器を通って流れない、バイパスラインと、
−前記バイパスラインに配置され、０から１００％の流量を通過させることができる流量制御弁と、
を備えるシステムに関する。
【００４６】
第２の代替案によれば、このシステムは、
−各々がアノード、カソード及び前記アノードと前記カソードとの間に挿入された電解質を備える個々の固体酸化物電気化学セルのスタックを備える高温燃料電池（ＳＯＦＣ）であって、前記セルが、直列に電気的に接続され、前記スタックが、前記セルから電流を回収する２つの電気端子を備え、前記カソード上に第１のフローチャンバを、前記アノード上に第２のフローチャンバを画定する、高温燃料電池（ＳＯＦＣ）と、
−前記第１のチャンバの入口に二水素又は他の燃料気体又は燃料気体を含有する混合物を流量ＤＨで供給することができる少なくとも１つの第１の供給ラインと、
−前記第２のチャンバの入口に空気又は酸素又は酸素含有気体の混合物を流量Ｄ０で供給することができる少なくとも１つの第２の供給ラインと、
−前記第１のチャンバの出口で前記過剰な二水素又は他の燃料を排出することができる少なくとも１つの第１の排出ラインと、
−前記第２のチャンバの出口で前記過剰な空気又は酸素又は酸素含有気体の混合物を排出することができる少なくとも１つの第２の排出ラインと、
−前記第２の供給ラインと前記第２の排出ラインとの間に配置され、前記第２のチャンバを出た気体から熱を回収し、それをこれらの同じチャンバに入る前記気体に、前記気体を予熱するために伝達するための第１の熱交換器と、
−前記交換器の入口と出口との間に配置され、前記第２のチャンバの出口から前記気体の全て又は一部を迂回させるための前記第２の排出ラインのバイパスラインであって、前記迂回させられた気体の一部又は全部が、その後、前記交換器を通って流れない、バイパスラインと、
−前記バイパスラインに配置された、０から１００％の流量を制御することができる流量制御弁と、
を備える。
【００４７】
このシステムは、可逆的であり得、ＳＯＦＣ燃料電池は、可能であれば高温電解槽であり得、逆もまた同様である。
【００４８】
１つの有利な実施形態によれば、前記第１の供給ラインと前記第３の排出ラインとの間に配置され、前記第１のチャンバを出た気体から熱を回収し、それをこれらの同じチャンバに入る前記気体に、前記気体を予熱するために伝達するための第２の熱交換器がさらに提供される。
【００４９】
この実施形態によれば、１つの有利な実施形態の変形は、前記第２の熱交換器の出口の下流の前記第２の排出ラインに配置され、０から１００％の流量を制御することができる第２の流量制御弁を提供することを含む。
【００５０】
さらにこの実施形態によれば、このシステムは、前記第２の弁の上流に配置され、前記第１のチャンバの第２の排出ラインに流れる前記気体混合物から水蒸気を除去し、冷却温度、好ましくは周囲温度で前記第２の弁の動作を可能にするように寸法決めされる凝縮器をさらに備える。
【００５１】
別の有利な実施形態の変形によれば、このシステムは、前記第１の熱交換器の出口の下流の前記第２の排出ラインに配置され、０から１００％の流量を制御することができる第３の流量制御弁をさらに備える。
【００５２】
この他の変形によれば、有利には、前記第１の弁及び第３の弁の上流で、前記バイパスラインと前記第２のチャンバの第２の排出ラインとの間に配置される冷却器が提供される。前記冷却器は、前記バイパスライン及び前記第２の排出ラインの両方に流れる前記気体混合物を冷却し、冷却温度、好ましくは周囲温度で前記第１の弁及び第３の弁の動作を可能にするように寸法決めされている。
【００５３】
好ましくは、前記冷却器は、前記凝縮した液体水をパージするための装置を含む凝縮器である。
【００５４】
繰り返しになるが、有利には、このシステムは、
−前記第１のチャンバの入口に、必要に応じて、前記第１のラインで前記気体の加熱を補うように追加の熱を供給するために、前記第２の熱交換器の下流に、前記第１の供給ラインに配置される第１の外部熱源、及び／又は、
−前記第２のチャンバの入口に、及び、前記ラインで前記気体の加熱を補うように追加の熱を供給するために、前記第１の熱交換器の下流に、前記第２の供給ラインに配置される第２の外部熱源をさらに備える。
【００５５】
従って、本発明は、必要に応じて、高温気体の一部を酸素チャンバ（ＳＯＥＣモードのアノードチャンバ、ＳＯＦＣ燃料電池モードのカソードチャンバ）から迂回させるためにバイパスライン又はバイパスラインを挿入することからなり、それは、酸素流路に挿入される熱交換器を冷却する。
【００５６】
これにより予熱が少なくなり、従って、酸素チャンバに入る気体の温度を下げることができ、それによって、電気化学セルのスタック全体の温度を下げることができる。熱的観点から得られた結果は、特開２００２／２２５００３号公報に記載されたシステムの結果と同様であるが、酸素チャンバ内の圧力も下げることができるという追加の利点がある。具体的には、本発明によるバイパスラインは、気体の出口に（入口ではなく）設けられ、バイパスラインによって引き起こされる圧力低下は、交換器の圧力低下よりも小さく、それによって、酸素チャンバの圧力を下げることが可能になる。
【００５７】
従って、本発明によれば、バイパスライン上の制御弁の部分的又は全体的な開放は、セルのスタックの温度の低下と酸素チャンバ内の圧力の低下の両方を得ることを可能にする。
【００５８】
ＳＯＦＣ燃料電池モードで供給されなければならない空気の流量がＳＯＥＣモードの場合よりも遥かに大きいので、これは、ＳＯＦＣ燃料電池として又はＳＯＥＣ電解槽として可逆的に動作することができるシステムにとって非常に大きな利点である。従って、酸素チャンバの内圧は、ＳＯＦＣ燃料電池モードではより高くなり、このモードが常に発熱性であるため、スタックの温度もより高くなる。ＳＯＥＣ電解モードからＳＯＦＣ燃料電池モードに移行するときにバイパスラインのみを使用することによって、圧力の上昇と温度の上昇とを同時に阻止することが可能にする。
【００５９】
従って、ＳＯＥＣ電解モードでは、良好なエネルギー効率を有するように、酸素チャンバの入口と出口との間の交換器における熱交換を最大にするために、バイパスライン上の弁は、大部分が閉じたままにされ、電解槽の固有の反応による熱エネルギーの供給は、電気エネルギーの部分を減らすことを可能にする。
【００６０】
このＳＯＥＣモードでは、酸素チャンバ内及び熱交換器内の気体の流量は、ＳＯＦＣ燃料電池モードの場合よりも１０分の１程度低く、これは、バイパスラインのバルブが閉じたままでさえ、酸素チャンバの内圧が低いままである理由を説明する。
【００６１】
さらに、水素チャンバ側の追加の熱交換器は、入ってくる気体を予熱するために、これらのチャンバを出る気体から熱を回収することを可能にする。これにより、ＳＯＥＣモードにおけるシステムのエネルギー効率を大幅に向上させることが可能になり、電気分解反応による熱エネルギーの供給により、電気エネルギーの一部を減らすことが可能になる。
【００６２】
ＳＯＦＣ燃料電池モードでは、この追加の交換器は、燃料ガスを予熱し、水素チャンバの入口と出口との間の高すぎる温度勾配を防止するのに有用である。この追加の交換器は、メタンを約７００℃の温度に予熱することにより下記式による吸熱改質反応が可能になるので、ＳＯＦＣ燃料電池にメタンが供給される場合にも有利である。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２
【００６３】
燃料電池内部のこの改質反応は、好ましくはニッケル−ジルコニアサーメットで作られる水素電極によって触媒され、従って、燃料電池内でその作動のために迅速に水素を供給することを可能にする。
【００６４】
それぞれ気体排出ラインの出口にある２つの追加の制御弁は、水素チャンバ及び酸素チャンバの出口におけるガス通路の直径を減少させることを可能にする。この通路の減少により、これらの弁は、局所的な圧力低下を増加させ、それは、全ての上流の気体ライン及びチャンバの圧力を増加させる効果を有する。
【００６５】
従って、これら２つの追加の制御弁によって、一方では水素チャンバにおける圧力と、他方では酸素チャンバにおける圧力とのバランスを取ることが可能であり、これは、電気化学セルにおける、及び、これらの２つのタイプのチャンバの間のシールにおける機械的応力を制限するので、有利である。これらの弁は、その中を循環する流速が非常に異なっていても、下流で、各チャンバの圧力を管理することを可能にする。
【００６６】
その結果、ＳＯＦＣ燃料電池モードでは、水素チャンバとの平衡が得られるまで弁の開放によって酸素チャンバの圧力を十分に下げることができない場合、水素排出ライン上で弁を部分的に閉じることによって、水素チャンバの圧力を高め、所望の平衡を得ることが可能である。
【００６７】
同様に、発熱性のＳＯＥＣ電解モードでは、スタックの温度を下げるために、バイパスライン上の弁を部分的に開くことができる。これは、酸素チャンバ内の圧力も低下させる結果となり、これは、これらのチャンバ内の空気の流量が少ないＳＯＥＣモードでは有用ではない。
【００６８】
この低下を相殺するために、酸素排出ライン上の弁を部分的に閉じることが可能であり、これは、水素チャンバとの平衡が得られるまで酸素チャンバ内の圧力を増加させるであろう。
【００６９】
本発明の他の利点及び特徴は、以下の図面を参照して非限定的な例示として与えられる、本発明の実施例の詳細な説明を読むことにより、より明確に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】ＨＴＳＥ電解槽の基本的な電気化学セルの概略図である。
【図２】図１によるセルのスタックの概略図である。
【図３】ＳＯＦＣ燃料電池スタックの電気化学セルの概略図である。
【図４】ＨＴＥ電解槽として、及び、可逆的にＳＯＦＣ燃料電池として動作する電気化学セルのスタックを備える本発明によるシステムの概略図であり、この図は、熱特性及び圧力を制御するためのシステムの構成要素を示す。
【図５】従来技術による、及び、それぞれ５０％又は１００％開いたバイパスラインを有する本発明によるスタックの入口での圧力の発生の実験結果を曲線の形で示す。
【図６】従来技術による、及び、５０％開いたバイパスラインを有する本発明による空気供給チャンバにおけるスタックの入口での温度変化の実験結果を曲線の形で示す。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
従来技術に関する図１から図３は、前文で既に記載されている。従って、以下では詳述しない。
【００７２】
明確にするために、従来技術によるＨＴＥ電解反応器又はＳＯＦＣ燃料電池用のスタックと、本発明によるシステムの一部として使用される、ＳＯＦＣ燃料電池として可逆的に動作するＨＴＥ電解反応器用のスタック２０との同じ要素は、同じ参照番号によって示される。
【００７３】
本発明によるシステムの以下の説明は、水素電極がカソードであり、酸素電極がアノードであり、チャンバ２１が水蒸気及び水素、又は、水蒸気、水素及び二酸化炭素（ＣＯ２）の流れのためのチャンバであるＨＴＥ電解槽に関して与えられ、チャンバ２３は、排出気体及び生成された酸素を流すためのチャンバである。
【００７４】
言うまでもなく、逆のＳＯＦＣ燃料電池モードでは、水素電極がアノードであり、酸素電極がカソードであり、チャンバ２１が燃料の流れのためのチャンバである一方で、チャンバ２３が酸化剤の循環のためのチャンバである。
【００７５】
また、「上流」、「下流」、「入口」及び「出口」という用語は、気体の流れ方向に関して考慮されることにも留意されたい。
【００７６】
記載された燃料電池として可逆的に動作する電解槽は、高温で動作する固体酸化物型（ＳＯＥＣ、固体酸化物型電解セルの略語、又は、ＳＯＦＣ、固体酸化物型燃料電池の略語）であることにも留意されたい。
【００７７】
従って、電解セル又は燃料電池のすべての構成要素（アノード／電解質／カソード）は、セラミックである。ＳＯＥＣ電解槽（電解反応器）又はＳＯＦＣ燃料電池の高い動作温度は、典型的には６００℃から９５０℃の間である。
【００７８】
典型的には、本発明に適した個々の電気化学セル、ＳＯＣＥ電解モードにおける陰極支持型（ＣＳＣ）、又は、ＳＯＦＣ燃料電池モードにおける陽極支持型の特性は、以下の表に示すようなものであってよい。
【００７９】
【表１】
2019528376.tif 000004
【００８０】
図４を参照すると、本発明による熱特性および圧力を制御するためのシステムは、実験プロトタイプとして使用されるものとして、本発明者らによって使用された。
【００８１】
このシステムは、まず、カソード、アノード及びアノードとカソードとの間に挿入された電解質をそれぞれが備える個々の固体酸化物電解（共電解）セルのスタック２０を備える高温電解又は共電解（ＨＴＥ）反応器を備え、セルは、直列に電気的に接続され、スタックは、セルに電流を供給するための２つの電気端子３０、３２を備え、カソードを超えて蒸気及び水素、又は、蒸気、水素及び二酸化炭素（ＣＯ２）の流れのためのフローチャンバ２１、及び、アノードを超えて空気若しくは酸素、又は、酸素を含む気体の混合物の流れのためのフローチャンバ２３を画定する。
【００８２】
スタック２０は、それぞれが１００ｃｍ２である表面積を有する２５個の固体酸化物電気化学セルを有するスタックである。
【００８３】
このシステムは、さらに、
−チャンバ２１の入口に水蒸気及び水素、又は、水蒸気、水素及び二酸化炭素（ＣＯ２）を流量ＤＨで供給することができる供給ラインＬ１；
−チャンバ２３の入口に空気、酸素又は酸素含有気体の混合物を流量Ｄ０で供給することができる第２の供給ラインＬ２；
−チャンバ２１の出口で生成された水素を排出することができる排出ラインＬ３；
−チャンバ２３の出口で生成された酸素を排出することができる排出ラインＬ４；
を備える。
【００８４】
本発明によれば、システムは、さらに、
−供給ラインＬ２と排出ラインＬ４との間に配置され、第２のチャンバを出る気体から熱を回収し、これらの気体をこれらの同じチャンバに入る気体に伝達して前記気体を予熱するための熱交換器６０；
−交換器６０の入口と出口との間に配置され、チャンバ２３の出口から気体の全て又は一部を迂回させるための第２の排出ラインＬ４のバイパスライン６２であって、迂回させられた気体の一部又は全部が、その後、交換器６０を通って流れない、バイパスライン６２；
−バイパスライン６２上に配置された、０から１００％の流量を通過させることができる流量制御弁６３；
を備える。
【００８５】
他の熱交換器５０は、供給ラインＬ１と排出ラインＬ３との間に配置されて、チャンバ２１を出る気体から熱を回収し、それらの気体を予熱するために、これらの同じチャンバに入る気体にそれを伝達する。
【００８６】
交換器５０の上流で供給ラインＬ１上に配置された流量調整器２４は、ＳＯＥＣ電解槽モード又はＳＯＦＣ燃料電池モードの関数としてガス流量、好ましくは水素流量を０から５００ｌ／ｈ、水蒸気流量を０から１ｍ３／ｈ、及び、メタン流量を０から１．４ｍ３／ｈに調整することができる。
【００８７】
交換器６０の上流の供給ラインＬ２上に配置された流量調整器２５は、好ましくは空気流量を０から６ｍ３／ｈに調整することができる。
【００８８】
熱交換器５０及び６０は、有利には９０％の効率を有し、従って、入ってくる気体を予熱するために、出て行く気体から９０％の熱を回収することを可能にする。
【００８９】
バイパスライン６２は、典型的には１０ｍｍの内径を有してもよく、上述のように、熱交換器６０を通過することなく酸素チャンバ２３を出る高温気体の一部を循環させることを可能にする。
【００９０】
バイパスライン６２上の弁６３は、交換器６０を通過せずに流れる高温気体の量を調整し、それにより、酸素チャンバ２３に入る気体の熱、及び、これらの酸素チャンバ２３の圧力レベルを高い空気流量で調整することを可能にする。
【００９１】
このため、熱交換器５０の出口よりも下流側の排出ラインＬ３上に配置された０から１００％の流量を調整することができる流量制御弁５１により、排出ラインＬ３の流路径を小さくすることができる。これは、調整可能な圧力低下をもたらし、それは、このラインＬ３を循環する流量の関数である。水素流路の下流のこの圧力低下は、全ての上流の構成要素に影響を及ぼし、それにより、水素チャンバ２１の圧力を調整することが可能になり、従って、これらのチャンバの間の流速が非常に異なる場合でも、チャンバ２１と酸素チャンバ２３との間の圧力バランスを確立することが可能になる。
【００９２】
従って、熱交換器６０の出口よりも下流側の排出ラインＬ４上に配置された０から１００％の流量を調整することができる流量制御弁６１により、排出ラインＬ４の流路径を小さくすることができる。これにより、このラインＬ４を循環する流量の関数である調節可能な圧力低下が生じる。
【００９３】
酸素流路の下流のこの圧力低下は、全ての上流の構成要素に影響を及ぼし、それにより、酸素チャンバ２３の圧力を調整することが可能になり、従って、これらのチャンバの間の流速が非常に異なる場合でも、チャンバ２３と水素チャンバ２１との間の圧力の平衡を再び確立することが可能になる。
【００９４】
弁５１の上流に配置された凝縮器７０は、水素チャンバ２１の排出ラインＬ３を流れる気体混合物から水蒸気を除去し、低温で、好ましくは周囲温度で弁５１を操作できるように寸法決めされている。
【００９５】
凝縮器７０は、有利には、交換器５０を出る高温気体が、ある体積の冷水中で、典型的には１２℃で流れる金属管からなることができる。ドレインは、凝縮水を排出することを可能にする。
【００９６】
バイパスライン６２と酸素チャンバ２３の排出ラインＬ４との間であって、弁６１及び６３の上流に配置された冷却器８０は、バイパスライン６２及び排出ラインＬ４内の両方を流れる気体混合物を冷却し、低温で、好ましくは周囲温度で、前記弁６１、６３の動作を可能にするように寸法決めされる。
【００９７】
冷却器８０は、交換器６０を出た高温気体が流れる金属管とバイパスライン６２の金属管とからなるのが有利である。これらの管は、通常１２℃の一定量の冷水に浸される。ドレインは、スタック２０の動作が低下した場合に凝縮した可能性のある水を排出することを可能にする。
【００９８】
図５は、それぞれ従来技術による構成に対応する、バイパスライン６２が無い状態で（上部）、バイパスライン６２が５０％開いた状態で（中央の曲線）、及び、バイパスライン６２が１００％開いた状態で、水素流チャンバ２１及び酸素流チャンバ２３の間における相対的な圧力の測定に関して得られた実験結果を示す。
【００９９】
従って、これらの比較曲線から明らかなように、本発明によるバイパスライン６２が、ＳＯＥＣ電解槽及びＳＯＦＣ燃料電池の動作を表す流量の範囲内で水素チャンバ２１と酸素チャンバ２３との間の相対圧力を著しく低下させることを可能にする。
【０１００】
図６は、それぞれ、バイパスライン６２が５０％開いた状態で（底部の曲線）及びバイパスライン６２が閉じた状態で（底部の曲線）、ＳＯＦＣ燃料電池モードで動作するスタック２０の入口で空気の温度の測定に関して得られた実験結果を示し、後者の場合が、従来技術による構成に対応する。
【０１０１】
従って、これらの比較曲線から明らかなように、バイパスライン６２上の弁６３を開くことにより、ＳＯＦＣ燃料電池の入口における空気の温度を下げることができ、従って、スタック２０の内部温度を下げることができる。弁６３を大きく開くほど、スタックの内部温度の低下が大きくなる。
【０１０２】
本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の他の変形および利点を適用することができる。
【０１０３】
本発明は、ここで説明した実施例に限定されず、図示の例の特徴は、特に図示されていない変形例において組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  固体酸化物電解セル
１２  カソード
１４  アノード
１６  電解質
１８  相互接続プレート
２０  スタック
２１  フローチャンバ
２２  供給源
２３  フローチャンバ
２４  流量調整器
２５  流量調整器
２６  気体収集器
２８  電源
３０  電気端子
３２  電気端子
５０  熱交換器
５１  流量制御弁
６０  熱交換器
６１  弁
６２  バイパスライン
６３  流量制御弁
７０  凝縮器
８０  冷却器
９０  外部熱源
９１  外部熱源
【図１】
2019528376.tif 000005
【図２】
2019528376.tif 000006
【図３】
2019528376.tif 000007
【図４】
2019528376.tif 000008
【図５】
2019528376.tif 000009
【図６】
2019528376.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月1日(2019.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−各々がカソード（１２）、アノード（１４）及び前記アノードと前記カソードとの間に挿入された電解質（１６）を備える個々の固体酸化物（共）電解セルのスタック（２０）を備える高温電解又は共電解（ＨＴＥ）反応器であって、前記セルが、直列に電気的に接続され、前記スタックが、前記セルに電流を供給する２つの電気端子（３０、３２）を備え、前記カソード上に第１のフローチャンバ（２１）を、前記アノード上に第２のフローチャンバ（２３）を画定する、高温電解又は共電解（ＨＴＥ）反応器と、
−前記第１のチャンバの入口に水蒸気及び水素の混合物、又は、水蒸気、水素及び二酸化炭素（ＣＯ２）の混合物を流量ＤＨで供給することができる少なくとも１つの第１の供給ライン（Ｌ１）と、
−前記第２のチャンバの入口に空気又は酸素又は酸素含有気体の混合物を流量Ｄ０で供給することができる少なくとも１つの第２の供給ライン（Ｌ２）と、
−前記第１のチャンバの出口で生成された水素を排出することができる少なくとも１つの第１の排出ライン（Ｌ３）と、
−前記第２のチャンバの出口で生成された酸素を排出することができる少なくとも１つの第２の排出ライン（Ｌ４）と、
−前記第２の供給ライン（Ｌ２）と前記第２の排出ライン（Ｌ４）との間に配置され、前記第２のチャンバを出た気体から熱を回収し、それをこれらの同じチャンバに入る前記気体に、前記気体を予熱するために伝達するための第１の熱交換器（６０）と、
−前記交換器（６０）の入口と出口との間に配置され、前記第２のチャンバ（２３）の出口から前記気体の全て又は一部を迂回させるための前記第２の排出ラインのバイパスライン（６２）であって、前記迂回させられた気体の一部又は全部が、その後、前記交換器（６０）を通って流れない、バイパスライン（６２）と、
−前記バイパスライン（６２）に配置され、０から１００％の流量を通過させることができる流量制御弁（６３）と、
を備えるシステム。
【請求項２】
−各々がアノード、カソード及び前記アノードと前記カソードとの間に挿入された電解質を備える個々の固体酸化物電気化学セルのスタック（２０）を備える高温燃料電池（ＳＯＦＣ）であって、前記セルが、直列に電気的に接続され、前記スタックが、前記セルから電流を回収する２つの電気端子を備え、前記カソード上に第１のフローチャンバを、前記アノード上に第２のフローチャンバを画定する、高温燃料電池（ＳＯＦＣ）と、
−前記第１のチャンバの入口に二水素又は他の燃料気体又は燃料気体を含有する混合物を流量ＤＨで供給することができる少なくとも１つの第１の供給ライン（Ｌ１）と、
−前記第２のチャンバの入口に空気又は酸素又は酸素含有気体の混合物を流量Ｄ０で供給することができる少なくとも１つの第２の供給ライン（Ｌ２）と、
−前記第１のチャンバの出口で前記過剰な二水素又は他の燃料を排出することができる少なくとも１つの第１の排出ライン（Ｌ３）と、
−前記第２のチャンバの出口で前記過剰な空気又は酸素又は酸素含有気体の混合物を排出することができる少なくとも１つの第２の排出ライン（Ｌ４）と、
−前記第２の供給ライン（Ｌ２）と前記第２の排出ライン（Ｌ４）との間に配置され、前記第２のチャンバを出た気体から熱を回収し、それをこれらの同じチャンバに入る前記気体に、前記気体を予熱するために伝達するための第１の熱交換器（６０）と、
−前記交換器（６０）の入口と出口との間に配置され、前記第２のチャンバ（２３）の出口から前記気体の全て又は一部を迂回させるための前記第２の排出ラインのバイパスライン（６２）であって、前記迂回させられた気体の一部又は全部が、その後、前記交換器（６０）を通って流れない、バイパスライン（６２）と、
−前記バイパスライン（６２）に配置された、０から１００％の流量を制御することができる流量制御弁（６３）と、
を備えるシステム。
【請求項３】
必要に応じて内部メタン改質を用いて、電気分解モード及び燃料電池モードで可逆的に動作することを意図した同じシステムを構成する、請求項２に記載のシステムと組み合わされた請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の供給（Ｌ１）と前記第３の排出ライン（Ｌ３）との間に配置され、前記第１のチャンバを出た気体から熱を回収し、それをこれらの同じチャンバに入る前記気体に、前記気体を予熱するために伝達するための第２の熱交換器（５０）をさらに備える、請求項１から３の何れか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２の熱交換器（５０）の出口の下流の前記第２の排出ライン（Ｌ３）に配置され、０から１００％の流量を制御することができる第２の流量制御弁（５１）をさらに備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２の弁（５１）の上流に配置され、前記第１のチャンバの第２の排出ライン（Ｌ３）に流れる前記気体混合物から水蒸気を除去し、冷却温度、好ましくは周囲温度で前記第２の弁（５１）の動作を可能にするように寸法決めされる凝縮器（７０）をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の熱交換器（６０）の出口の下流の前記第２の排出ライン（Ｌ４）に配置され、０から１００％の流量を制御することができる第３の流量制御弁（６１）をさらに備える、請求項１から６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の弁（６３）及び第３の弁（６１）の上流で、前記バイパスライン（６２）と前記第２のチャンバの第２の排出ライン（Ｌ４）との間に配置される冷却器（８０）であって、前記冷却器（８０）が、前記バイパスライン（６２）及び前記第２の排出ライン（Ｌ４）の両方に流れる前記気体混合物を冷却し、冷却温度、好ましくは周囲温度で前記第１の弁（６３）及び第３の弁（６１）の動作を可能にするように寸法決めされている、冷却器（８０）をさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記冷却器（８０）が、前記凝縮した液体水をパージするための装置を含む凝縮器である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１のチャンバ（２１）の入口に、必要に応じて、前記第１のライン（Ｌ１）で前記気体の加熱を補うように追加の熱を供給するために、前記第２の熱交換器（５０）の下流に、前記第１の供給ライン（Ｌ１）に配置される第１の外部熱源（９０）をさらに備える、請求項１から９の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２のチャンバ（２３）の入口に、及び、前記ライン（Ｌ２）で前記気体の加熱を補うように追加の熱を供給するために、前記第１の熱交換器（６０）の下流に、前記第２の供給ライン（Ｌ２）に配置される第２の外部熱源（９１）をさらに備える、請求項１から１０の何れか一項に記載のシステム。
【国際調査報告】
2019528376.tif 000011
2019528376.tif 000012
2019528376.tif 000013
2019528376.tif 000014