(57)【要約】無機塩、金属または類似の材料またはこれらの混合物から、炭酸塩燃料電池（ＣＦＣ）発電プラントにおいて使用する薄い均質なフレーク状または粉末を連続的に製造する方法および装置である。複数の電解質前駆体粉末は、材料の供給速度を制御する正確な計量機を用いて連続的にブレンドする混合機に供給される。混合された粉末の均質な混合物は、次に、高温の溶融タンク中に供給され、混合物は溶融され、所望の溶融共晶組成を形成する。液体共晶溶融物は、溶融タンクからセラミックスまたは金属製のノズルを通って滴下し、回転する水冷式の金属シリンダ上でスプラット冷却され、均一サイズの薄いフレーク状の材料を製造する。この薄いフレーク状の電解質材料は、そのままで使用することができ、あるいは、更に連続式粉砕粉末製造装置を用いて処理され得る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
均質で均一サイズの薄いフレーク状または粉末材料を連続的に製造する自動化された方法であって、
計測された量の複数の前駆体粉末を連続式混合機（continuous blender）に供給する工程と、
均質で乾燥した粉末混合物を得るまで前記複数の前駆体粉末を混合する工程と、
前記均質で乾燥した粉末混合物を連続的に高温の溶融タンクに加える工程と、
溶融して共晶溶融物（eutectic melt）を形成するように前記溶融タンク中の前記粉末混合物を加熱する工程と、
前記溶融タンクから回転する水冷式シリンダ上に前記共晶溶融物を滴下して冷却する工程と、
前記冷却された均一サイズのフレーク状の材料を前記回転する水冷式シリンダから除去する工程と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記複数の前駆体粉末は、金属塩のグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の前駆体粉末は、少なくとも１つの無機炭酸塩と少なくとも１つの金属塩との混合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の前駆体粉末は、無機炭酸塩のグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の前駆体粉末は、炭酸リチウム、炭酸カリウムおよび炭酸ナトリウムのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の前駆体粉末は、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウムおよび炭酸ストロンチウムのうちの少なくとも１つを含む二次的な電解質添加剤を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記二次的な電解質添加剤は、マグネシウム、カルシウム、バリウムおよびストロンチウムの酸化物のうちの少なくとも１つを更に含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記溶融タンク中で形成される前記共晶溶融物は電解質であり、前記冷却した薄いフレーク状の電解質材料はイオン伝導性であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記計測された量の複数の前駆体粉末を連続的に混合機に供給する工程は、少なくとも１つの重量式測定供給機（gravimetric feeder）を用いて実現されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの重量式測定供給機中の前記前駆体粉末材料のレベルが、少なくとも１つの高速に再充填可能な容積式測定供給機（fast refill volmetric feeders）を用いて制御されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記均質な乾燥粉末混合物を前記高温の溶融タンクに連続的に加える工程は、スクリューオーガ型供給機（screw auger type feeder）を用いてなされることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記共晶溶融物の形成は、約３０〜９０分の範囲の時間で約５００〜８００℃の範囲の温度で前記溶融タンク中の前記粉末混合物を加熱することにより起こることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記溶融タンクから回転する水冷式シリンダ上に前記溶融物を滴下して冷却する工程中に、前記液体の共晶溶融物は前記溶融タンク中のノズルを通って流れ前記ノズルから前記シリンダ上に滴下することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記液体の共晶溶融物は前記溶融タンクから前記ノズルの第１の端部にあるオリフィスへ流れることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記回転シリンダから前記冷却された均一サイズのフレーク状の材料を除去する工程は、スクレーパ（scraper）を用いて実現されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記冷却された回転シリンダから削り取られた薄いフレーク状の材料は、水冷式振動パン（vibrationg pan）上で更に冷却されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
所望粒径サイズの均質な粉末を得るために、前記冷却した薄いフレーク状の材料を粉砕分別装置を用いて処理する工程を更に有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
回転混合（tumble blending）する最終工程を更に有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記均質粉末は、±１％のモル比範囲内のモル組成を有する電解質材料であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
工業用に使用される量（commercial quantities）の溶融炭酸塩燃料電池用の電解質を連続的に製造する自動化された方法であって、
炭酸リチウム、炭酸カリウムおよび炭酸ナトリウムのうちの少なくとも１つを含む複数の前駆体粉末の計測された量を、連続式混合機（continuous blender）に供給する工程と、
均質で乾燥した粉末混合物を得るまで前記複数の前駆体粉末を混合する工程と、
前記均質で乾燥した粉末混合物を連続的に高温の溶融タンクに加える工程と、
溶融して共晶電解質溶融物（eutectic electolyte melt）を形成するように前記溶融タンク中の前記粉末混合物を加熱する工程と、
前記溶融タンクから回転する水冷式シリンダ上に前記共晶電解質溶融物を滴下して冷却する工程と、
前記冷却した均一サイズのフレーク状の電解質材料を前記回転する水冷式シリンダから除去する工程と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記複数の前駆体粉末は、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウムおよび炭酸ストロンチウムのうちの少なくとも１つを含む二次的な添加剤を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記二次的な電解質添加剤は、マグネシウム、カルシウム、バリウムおよびストロンチウムの酸化物のうちの少なくとも１つを更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記薄いフレーク状の電解質材料で炭酸塩燃料電池中の多孔性のセラミックマトリックスを充満する（impregnating）工程を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
所望粒径サイズの均質な電解質粉末を得るために、前記冷却した均一サイズのフレーク状の電解質材料を、粉砕分別装置を用いて処理する工程を更に有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記均質な電解質粉末で炭酸塩燃料電池中の多孔性のセラミックマトリックスを充満する工程を更に含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
許容量を超える燃料電池の不純物を連続的に除去する溶融炭酸塩燃料電池用の電解質を製造する自動化された方法であって、
炭酸リチウム、炭酸カリウムおよび炭酸ナトリウムのうちの少なくとも１つを含む複数の前駆体粉末の計測された量を、連続式混合機（continuous blender）に供給する工程と、
均質で乾燥した粉末混合物を得るまで前記複数の前駆体粉末を混合する工程と、
前記均質で乾燥した粉末混合物を連続的に高温の溶融タンクに加える工程と、
溶融して共晶電解質溶融物（eutectic electolyte melt）を形成するように、前記溶融タンク中の前記粉末混合物を加熱する工程と、
前記溶融タンク中の液体状の溶融ゾーンにゲッタ材料（getter material）を混ぜる工程と、
前記溶融タンクから回転する水冷式シリンダ上に前記共晶電解質溶融物を滴下して冷却する工程と、
前記回転する水冷式シリンダから前記冷却された均一サイズのフレーク状の電解質材料を除去する工程と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記燃料電池中の不純物は、硫黄、ハロゲンを含み、前記ゲッタ材料は、表面積の大きなニッケルまたは鉄を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
所望の粒径サイズの均質な電解質粉末を得るため、前記冷却された均一サイズのフレーク状の電解質材料は粉砕分別装置を用いて更に処理されるとともに、前記均質な電解質粉末は前記溶融炭酸塩燃料電池の多孔性のセラミックマトリックス中に充満されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
均質で薄いフレーク状または粉末材料を連続的に製造する自動化されたシステムであって、
精密な材料供給機と、
前記材料供給機より供給される複数の前駆体粉末を混合して均質の粉末混合物を形成する連続式混合機（continuous blender）と、
前記連続式混合機から供給される前記均質の粉末混合物を加熱して共晶溶融物（eutectic melt）を形成する溶融タンクと、
前記溶融タンクから前記共晶溶融物が滴下されて、冷却されて均一サイズの薄いフレーク状の材料を形成する回転する水冷式シリンダと、
前記回転する水冷式シリンダから前記冷却された均一サイズのフレーク状の材料を除去する除去手段と、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項３０】
前記溶融タンクは前記共晶溶融物がそれを通って流れる少なくとも１つのノズルを含むことを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記少なくとも１つのノズルはセラミックおよび金属材料の１つから形成されていることを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記少なくとも１つのノズルは、第１の端部に上に向けられたオリフィスを更に有し、前記共晶溶融物は前記シリンダ上に滴下する前に前記溶融タンクから前記少なくとも１つのノズルを通って前記オリフィスに流れ、前記オリフィスは、前記溶融タンク内部で前記溶融タンクの底から所定距離上の位置に配置されていることを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記溶融タンクは、不純物材料を吸着して除去するためのゲッタ材料を含む液体溶融物ゾーンを有することを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３４】
前記ゲッタ材料は表面積の大きなニッケルまたは鉄を含むことを特徴とする請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記溶融タンク特定の上部圧を維持して前記溶融タンクの過充填を防ぐために、前記溶融タンクを支持して連続的にタンクの重量をモニターし粉末供給速度を制御するために用いられるロードセル（load cells）を更に有することを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３６】
前記溶融タンクは、前記均質な粉末混合物が前記混合機から落ちるときに通過する、空冷された入り口用スリーブを更に有することを特徴とする請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記回転する水冷式シリンダから前記均一サイズの薄いフレーク状の材料を除去する前記手段は、スクレーパ（scraper）であることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３８】
均一サイズの粉末材料を製造するために、前記均一サイズの薄いフレーク状の材料を粉末製造装置まで移送するベルトコンベアを更に有することを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記均一サイズの粉末材料は、±１％のモル比の範囲内のモル組成を持つことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４０】
前記複数の前駆体粉末は、炭酸リチウム、炭酸カリウムおよび炭酸ナトリウムのうちの少なくとも１つを含み、前記共晶溶融物は共晶電解質溶融物（eutectic electolyte melt）であり、前記均一サイズの粉末材料はイオン伝導性であることを特徴とする請求項３８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、無機塩、金属または類似の材料またはそれらの混合物から薄い均質なフレークまたは粉末の製造に関し、特に、炭酸塩燃料電池（ＣＦＣ）に使用される電解質材料を連続的に製造する工業的な方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素やメタンのような燃料中に蓄えられたエネルギーを電気化学的な反応によって直接的に変換するデバイスである。一般に、燃料電池は、電解質マトリックスによって分離された負すなわちアノード電極と、正すなわちカソード電極とを含み、電解質マトリックスは反対にチャージされた電極間でチャージされたイオンを電気伝導する役目をする。有用な電力レベルを生成するため、多数の各燃料電池は各電池間中の電気伝導層が直列に積層される。
【０００３】
燃料電池の電解質マトリックスは、通常電解質が充満された（impregnated）マトリックス構造の形態で存在する。このような構造の製造方法は、例えば、米国特許第３，１２０，４５６号公報、米国特許第３，３５１，４９１号公報、米国特許第４，００９，３２１号公報、米国特許第４，０７９，１７１号公報、米国特許第４，２１６，２７８号公報、米国特許第４，５９１，５３８号公報、米国特許第５，４６８，５７３号公報、特許第７２６，８３３号公報、特開平９−２７３３２号公報、特開平７−２２６５１３号公報、欧州特許第０６８９２５８Ａ１号に記載されている（特許文献１〜１１参照）。
【０００４】
現在のＣＦＣ技術において、電解質マトリックスは、溶融共晶電解質を充満した多孔性セラミックス支持体を含んでいる。電解質によるセラミックスマトリックスの充満は、通常、燃料電池積層体（fuel cell stack）を最初に加熱して調整する間にその場で（in-situ）起こる。現在使用されている活性な電解質は、無機塩である炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）および炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）の１つ以上の溶融共晶混合物である。アルカリ土類元素であるマグネシウム、バリウム、ストロンチウムの炭酸塩、例えば、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）または、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、もしくは、アルカリ土類元素の酸化物、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、あるいは、それらの結合物のような二次的な電解質添加物もまたは、液体状電解質中のカソードの溶解を低減するために、必要に応じて加えられる。
【０００５】
現在の技術状態において、燃料電池積層体は、直列に積層されている数百のセルを含んでおり、セルはそれぞれ電解質で満たされたマトリックス成分によって分離されている。数百キロワットサイズのＣＧＣ実証ユニットは現に操業され、商業ユニットの市場加入がまもなく計画されている。従って、この商業化の努力に対して必要とされる要求をかなえるために電解質材料製造プロセスが達成されなければならない。電解質もまた電力市場においてＣＦＣが商業的に競合できるコストで製造されなければならない。
【０００６】
このことは、電解質の要求の観点からかなり重要な挑戦を示している。ＣＦＣが正確に動作するためには、使用される炭酸塩電解質は、低融点の共晶混合物を形成するために正確で均質な組成でなければならない。電解質粉末の物理的特性に対する厳格な要求（例えば、粒径、形態及び安息角）もまた課せられており、その特性は、現存の連続的な製造方法と装置を用いてＣＦＣ電極と電池機械設備中に正確な充填を可能にするために注意深く制御されなければならない。
【０００７】
ＣＦＣ電解質を工業的に製造するために現在通常に使用されている方法は、電解質の複数の前駆体粉末を正確に重量測定し、続いて、Ｐ−Ｋタイプの混合機、ボールミルまたは他の類似装置を用いてバッチ処理で混合する工程を含んでいる。均質な粉末混合物は１つ以上のるつぼに移送され、電解質の複数の前駆体粉末の混合物の融点以上まで加熱して、溶融共晶混合物を形成する。溶融混合物は、るつぼ中で冷やされてスラグとなり、あるいは、金属パン中に溶融液体を滴下させ溶融液体を冷却するようにして（「スプラットクーリング（splat-cooling）」として知られているプロセス）、冷やされて大きな不均一なチップとなる。後者の方法で形成されたチップはより好ましいが、スプラットクーリングは装置操作者を溶融液体スプラッターに触れさすことにより装置操作者に対してかなり危険が存在する。使用された方法に関わらず固化した電解質のスラグまたはチップは、次に、小片に破砕されなければならない。そして、最後に、ハンマーミルのような微粉機に移送され、所望の均一サイズのフレーク状または粉末状の最終材料を形成する。このような連続的なバッチ処理方法は、予想された工業生産の要求をかなえるためには、労働集約的であり、高価であり、容易に用いられない。
【特許文献１】米国特許第３，１２０，４５６号公報
【特許文献２】米国特許第３，３５１，４９１号公報
【特許文献３】米国特許第４，００９，３２１号公報
【特許文献４】米国特許第４，０７９，１７１号公報
【特許文献５】米国特許第４，２１６，２７８号公報
【特許文献６】米国特許第４，５９１，５３８号公報
【特許文献７】米国特許第５，４６８，５７３号公報
【特許文献８】特許第７２６，８３３号公報
【特許文献９】特開平９−２７３３２号公報
【特許文献１０】特開平７−２２６５１３号公報
【特許文献１１】欧州特許第０６８９２５８Ａ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、無機塩、金属または類似の材料またはそれらの混合物から均一サイズのフレークまたは粉末を形成するために現存するプロセスの上記説明した欠点に取り組む革新的な方法を記載する。特に、ここでは、ＣＦＣ電解質材料として共通に使用される炭酸塩（例えば、Ｌｉ２ＣＯ３）、（Ｋ２ＣＯ３および／またはＮａ２ＣＯ３）の連続的な製造の方法が記載されている。
【０００９】
本発明の目的は、無機塩および金属材料またはそれらの混合物からフレークまたは粉末を形成する際に、フレークまたは粉末の物理的な特性（例えば、粒径、形態および安息角）を正確に制御するという革新的で、連続的な製造方法を示すことによって、上記説明した先行技術の限界を克服することである。
【００１０】
本発明の更なる目的は、必要な労働を最小にするコスト効果のあるシステムを提供することである。
【００１１】
本発明のまた更なる目的は、正確なモル組成、特に±１％のモル比の範囲内のモル組成をもつ電解質材料の工業的に必要な量を連続的に生産することができる電解質の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の原理に対応して、上記および他の目的は、ＣＦＣ電解質用の薄いフレーク状または粉末状の材料を製造するために自動化された方法において実現される。特に、本発明の方法は、複数の前駆体粉末の計測された量を連続式混合機（continuous blender）に供給する工程と、均質で乾燥した粉末混合物を得るまで前記複数の前駆体粉末を混合する工程と、前記均質で乾燥した粉末混合物を連続的に高温の溶融タンクに加える工程と、溶融して共晶溶融物（eutectic melt）を形成するように前記溶融タンク中の前記粉末混合物を加熱する工程と、前記溶融タンクから回転する水冷式シリンダ上に前記共晶溶融物を滴下して冷却する工程と、前記冷却された均一サイズのフレーク状の材料を前記回転する水冷式シリンダから除去する工程と、を含む。本発明の更なる態様において、ゲッタ材料（getter material）を燃料電池の不純物を除去するために溶融タンク中の液体溶融物ゾーン中に混ぜられる。
【００１３】
本発明の上記または他の特徴および態様は、図面を参照する以下の詳細な説明を読むことによってより明確になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、フレークまたは粉末の燃料電池の電解質材料を形成するために使用される汎用方法の処理の流れを示す図である。まずステップＳ１において、正確な量の複数の前駆体粉末材料が計測される。ステップＳ２において、複数の前駆体粉末は手動でＰ−Ｋタイプの混合機、ボールミルまたは他の類似装置のようなバッチタイプのミキサーまたは混合機に加えられ、ステップＳ３において、この粉末は、均質な粉末混合物を得るために最小の特定時間である約５〜２０分間混合される。ステップＳ４において、均質な粉末混合物は、１つ以上のるつぼに移送される。ステップＳ５において、るつぼは炉まで移送され、粉末混合物は複数の前駆体粉末の混合物の融点以上に加熱される。ステップＳ６に示されるように、熱処理が溶融混合物の均質性を保証するために十分な約３０〜１２０分間行われる。
【００１５】
いったん均質な溶融した共晶の混合物が得られると、溶融液体は、ステップＳ７ａに示されるように、るつぼ中で冷却され固体のスラグを形成する、あるいは、ステップＳ７ｂに示されるように、冷却された金属パン上に溶融液体を投下して「スプラット冷却（splat-cooled）」される。ステップＳ８では、固化したスラグまたは不均一なサイズのチップは、次に手動で小片に破砕される。最後にステップＳ９において、これら小片は、バッチ式の微粉機に充填され、より小さい均一フレーク状または粉末状材料が形成される。最後にステップＳ１０において、所望の均一な粒径サイズを得るために選別がなされる。
【００１６】
前に説明したように、図１の汎用方法は、所望の商業的要求をかなえるためには、労働集約的であり、高価であり、容易に用いられないなど多くの欠点がある。これらの欠点は、図２に示す処理流れの本発明の方法によって克服される。本発明に対応する方法または処理において、まずステップＳ１１では、複数の前駆体粉末（precursor materials）それぞれが容積式測定供給機（volumetric feeders）中に充填（load）される。これらの複数の前駆体粉末は、好ましくは、少なくとも１つの無機炭酸塩と、可能であれば少なくとも１つの金属塩とを含み、より好ましくは、無機塩の炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）および炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）の１つと、例えば、アルカリ土類元素のマグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウムの炭酸塩または酸化物のうちの少なくとも１つのような二次的な電解質添加物である。ステップＳ１２では、これらの前駆体粉末が、ステップＳ１１で使用された高速に再充填可能な容積式計量供給機（fast refill volmetric feeders）によって重量式計量供給機（gravimetric feeders）中にそれぞれ供給される。ステップＳ１３では、これらの材料が混合機（blender）に供給される時の粉末材料の正確な供給速度の計測（precision feed rate metering）が、高速に再充填可能な容積式計量供給機（fast refill volmetric feeders）で重量式計量供給機（the feeders）中の材料のレベルを制御することにより、重量測定（gravimetrically）で実現される。これにより±１％以下の正確な供給速度が許容される。
【００１７】
ステップＳ１３において、供給システムからの全材料が連続リボン型混合機（continuous ribbon type blender）中に重力送りされる。いったん正確な粉末組成混合物で満たされると、ステップＳ１４において、粉末は定義された混合ゾーンを通って進むにつれ、連続的に混合され、その結果として正確な組成物の均質な乾燥混合物となる。
【００１８】
次に、ステップＳ１５において、均質な粉末混合物は高温の溶融タンクまたは炉に加えられ、溶融して共晶電解質溶融物を形成する。溶融塩混合物の完全な溶融を保証するために溶融タンクの温度は約５００〜８００℃に維持される。溶融タンク中の電解質の共鳴時間（resonance time）は約３０〜９０分である。
【００１９】
乾燥粉末混合物は、スクリューオーガ型供給機（screw auger type feeder）を用いて連続的に溶融炉に加えられ、この供給機において、混合された粉末材料は連続的に溶融タンク中の共晶電解質の溶融たまり（pool）中に自由落下（free fall）するように許容されている。次に、ステップＳ１６において、溶融混合物は、溶融タンクから設計されたオリフィスを通ってそして回転する水冷式の金属シリンダ（rotating, water-cooled metal cylinder）上に滴下することが許容されている。「スプラットクーリング（splat-cooling）」として知られているこのプロセスによって、均一サイズの薄いフレーク状の電解質材料が製造される。
【００２０】
ステップＳ１７において、図３〜５に更に示したように、この材料の更なる冷却が、水冷式の振動している冷却パン（vibrationg chill pan）上にこの材料を搬送し、ベルトコンベア上での対流冷却（convection cooling）によってなされ得る。ステップＳ１８において、結果として得られる均一サイズのチップは、そのままで使用され得るし、あるいは、連続的粉砕装置（continuous grinding equipment）による更なる処理のために搬送機(conveyor)によって移送され、最終的使用に対して要求される均一粒径サイズをもつ電解質粉末材料を形成し得る。最後に、ステップＳ１９において、最適な電解質材料の流動特性、均質性および更なる冷却が最終タンブラ混合機（final tumble blend）を用いてなされる。
【００２１】
図２に示す連続的な流れ作業によって、均一サイズのフレーク状または粉末の電解質材料が製造して所望の商業的な要求をかなえる量で製造されることができる。特に、電解質が炭酸塩電解質の場合には、炭酸塩電解質は、炭酸塩燃料電池中の多孔性のセラミックスマトリックス中に充満され得る。
【００２２】
図３は本発明の方法またはプロセスを実行するシステムを示す正面図である。図３において、特に、正確な材料供給機（precision material feeders）、連続式混合機（continuous blender）、滴下溶融タンク（a drip melting tank）および液体スプラットクーリングシステム（liquid splat-cooling system）が、均一サイズの薄いフレーク状または粉末の電解質材料を製造するための図２の方法を実行するために統合されている。図３に示されるように、有用な複数の電解質前駆体粉末材料の計測された量は、高速に再充填可能な容積式計量供給機（fast refill volmetric feeders）１，２によって重量式計測供給機（gravimetric feeders）３，４に供給される。次に、正確な量の粉末材料は、連続リボン型混合機（ribbon type blender）５に重力送りされる（are gravimetrically fed）。
【００２３】
連続リボン型混合機５の詳細図を図４に示す。いったん混合機５が前駆体粉末材料で充填（full）されると、混合物は連続的に混合され、正確な組成物の均質な乾燥混合物となる。この均質な乾燥混合物はスクリューオーガ型供給機（screw auger type feeder）７を通って供給され、高温溶融タンク中に空冷式の入り口スリーブ１２を通して自由落下（free fall）することが許容される（図４には示していない）。溶融タンク８（図５に示す）を支持する、少なくとも２つのロードセル（load cells）１３は、図４に示されるように、混合機（blender）５のほぼ同じレベルで装置の両サイドに配置される。
【００２４】
溶融タンク８および関連する装置の断面図は、図５に示される。粉末材料が供給機７（図４）から落下すると、空冷式の入り口スリーブ１２を通って溶融タンク８に入る。溶融タンク８を支持するロードセル１３は、図４に示し上記説明したように、連続的に溶融タンクの重量をモニターし溶融タンクの要求された上部圧力を維持し、溶融タンクを過充填（over-filling）から保護するために粉末供給速度を制御する。均質の粉末混合物は溶融タンク中で加熱され、溶融し、共晶電解質溶融物を形成する。
【００２５】
安価で低級品の電解質前駆体材料は、炭酸塩燃料電池を破壊する二次的な不純物材料を含み得る。そのような不純物は炭酸塩燃料電池における使用を可能にするために除去しなければならない。したがって、表面積の大きなニッケルや気泡状鉄のようなゲッタ材料（getter material）２７は、例えば硫黄や塩素のような燃料電池が耐えられない不純物を吸着して除去するために液体溶融ゾーン１６中に混合される。このようなゲッタ材料２７を用いて除去される不純物は、電解質溶融塩より重く、溶融タンク中で沈み、結局底に積もる。この段階での不純物の除去は、低級の工業的に利用できる役に立つ前駆体材料の使用を可能にするので、かなり製造コストを削減することができる。
【００２６】
次に、液体の共晶溶融物は、指定サイズのセラミックまたは金属のノズルを通って回転する水冷式の金属シリンダ２０上に到達し、均一サイズで薄いフレーク状の材料を製造する。使用されるノズル数は所望の製造能力に対応する。
【００２７】
滴下ノズル１８は、図６Ａ，６Ｂおよび７に詳細を示すように、好ましくは、溶融タンク８の底に溶接され、金属またはセラミックス材料で形成される。いずれの場合も、ノズル１８は、溶融タンク８の底の上に位置しているくぼみ３５中にオリフィス２２とともに設計され、液体溶融物から溶融タンクの底に積もった重い不純物の分離を促進する。不純物は上に持ち上げられたオリフィス２２より下に沈むが、「清浄」な液体電解質は上に持ち上げられたオリフィス２２に入り、ノズル１８を通って流れる。図６Ａ，６Ｂに示した金属およびセラミックス製滴下ノズル１８のどちらも液体共晶溶融物の通路を提供し、液体共晶溶融物はオリフィス２２に入りオリフィス２２に反対のノズルチップ３８に向かってノズル１８の長さだけ下に流れる。ノズルチップ３８は、好ましくは、角度付けられたオリフィスで形成され、ノズル内壁を下方に流れる液体共晶物は、チップ３８の最下点で集まり、そこから液体共晶物が滴下する。
【００２８】
溶融タンク８のチップ３８から溶融炭酸塩電解質は自由落下し、回転する水冷式シリンダ２０上に滴下して薄いフレーク材料を製造する。スプラット冷却された材料は、スクレーパ（scraper）２４でシリンダ２０から削る取られてそのままで使用され得る、あるいは、振動する水冷式パン２６上で更に冷却され得る。更にこの材料の冷却は、図３に示されるように、粉末粉砕装置１０までベルトコンベア９上でこの材料が移送されるときに、対流冷却によってなされる。
【００２９】
全ての場合において、上記説明した配置は、本発明の応用を例示する、多くの可能な特別な実施例の単なる例示にすぎないことが理解される。多くの種々の他の配置は、本発明の精神と範囲から離れることなしに本発明の原理に対応して容易に考案され得る。より好ましくは、本発明の方法が薄いフレークの電解質材料を製造するとして記載されているが、本方法はまた薄い薄片状の金属、ガラスあるいは類似の材料を製造するために使用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】薄いフレーク状または粉末の電解質材料を形成する汎用の方法の処理の流れ図である。
【図２】本発明の原理に対応する薄いフレーク状または粉末電解質材料を形成する方法の処理の流れ図である。
【図３】図２の処理の流れ図によって記載された発明の方法を実行するために用いられるシステムの正面図である。
【図４】図３のシステムで使用される混合ユニットの断面図である。
【図５】図３のシステムで使用される溶融タンクの断面図である。
【図６Ａ】滴下ノズルを詳細に説明する図である。
【図６Ｂ】滴下ノズルを詳細に説明する図である。
【図７】溶融タンクの底部を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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