(57)【要約】本発明は、電解質装置を有する燃料電池装置に関し、当該電解質装置は、アルカリ電解質手段と酸電解質手段とを含むものであり、この燃料電池装置は、一方の電解質手段で生成される少なくとも１つの反応生成物の少なくとも一部をもう一方の電解質手段に供給することが可能である、という形に形成されている。さらに、本発明は燃料電池装置を動作させる方法を含み、当該方法は以下のステップを有する。すなわち、アルカリ電解質手段および酸電解質手段を設けるステップ、少なくとも１の燃料および少なくとも１のオキシダントを供給するステップ、そして反応生成物を排出するステップである。そして、当該方法においては、一方の電解質手段で生成された少なくとも１つの反応生成物の少なくとも一部がもう一方の電解質手段に供給される。
2005500659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ電解質手段（１１０Ｂ，２１０Ｂ）と酸電解質手段（１１０Ｓ，２１０Ｓ）とを有する電解質装置（１１０，２１０）を有する燃料電池装置（１００，２００）であって、
一方の電解質手段（１１０Ｂ；２１０Ｂ，２１０Ｓ）で生成される少なくとも１つの反応生成物の少なくとも一部が、もう一方の電解質手段（１１０Ｓ；２１０Ｓ，２１０Ｂ）に供給される、という形に形成されていること、
を特徴とする当該燃料電池装置（１００，２００）。
【請求項２】
一方の電解質手段（１１０Ｂ；２１０Ｂ）で生成された少なくとも１つの反応生成物（３）は、もう一方の電解質手段（１１０Ｓ；２１０Ｓ）に全て供給されること、
を特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置（１００，２００）。
【請求項３】
アルカリ電解質手段（１１０Ｂ，２１０Ｂ）は少なくとも１つの陰イオン伝導性部分を有し、酸電解質手段（１１０Ｓ，２１０Ｓ）は少なくとも１つの陽イオン伝導性部分を有すること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池装置（１００，２００）。
【請求項４】
酸電解質装置（５１０Ｓ，６１０Ｓ，７１０Ｓ）は、複数の陽イオン伝導性部分を有すること、
を特徴とする請求項１乃至３の少なくとも１つに記載の燃料電池装置（５００，６００，７００）。
【請求項５】
アルカリ電解質手段（６１０Ｂ，７１０Ｂ）は、複数の陰イオン伝導性部分を有すること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池装置（６００，７００）。
【請求項６】
陰イオン伝導性部分と陽イオン伝導性部分とが交互に配置されていること、
を特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の燃料電池装置（５００，６００，７００）。
【請求項７】
単一の陰極チャンバで成る陰極装置（３２０，５２０，６２０，７２０）、および／または、単一の陽極チャンバで成る陽極装置（４３０，５３０，６３０，７３０）を有すること、
を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の燃料電池装置（３００，４００，５００，６００，７００）。
【請求項８】
電解質装置（７１０）は、化学組成が部分的に異なるコヒーレント構造体であり、化学組成が部分的に異なる部分がアルカリ部分（Ｂ）および酸部分（Ｓ）を形成していること、
を特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の燃料電池装置（７００）。
【請求項９】
電解質装置（１１０〜７１０）は膜で成ること、
を特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の燃料電池装置（１００〜７００）。
【請求項１０】
燃料電池装置（１００）を動作させる方法であって、
アルカリ電解質手段（１１０Ｂ）と酸電解質手段（１１０Ｓ）とを設けるステップと、
少なくとも１の燃料（１）と少なくとも１のオキシダント（２）とを供給するステップと、そして、
反応生成物（１，３，４，５）を排出するステップとを有し、
一方の電解質手段（１１０Ｂ）で生成される少なくとも１つの反応生成物（３）の少なくとも一部が、もう一方の電解質手段（１１０Ｓ）に供給されること、
を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、アルカリ電解質手段と酸電解質手段とを備える燃料電池装置に関し、一方の電解質手段の反応生成物を他方の電解質手段に供給することが可能な装置に関する。さらに具体的には、本発明は上記の反応生成物がＨ2Ｏである燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、化合物の分子結合に保存されているエネルギーを直接的に電気エネルギーに変換する。こうした「冷たい燃焼」と通常の「熱い」燃焼とは以下の点で異なる。すなわち、エネルギー変換（酸化還元反応：redox reaction）の基礎となる分解反応および生成反応が空間的に隔てられた形で実行され、化学エネルギーから電気エネルギーへの転換は、熱生成および熱エネルギーの機械動作への変換によって間接的に実行されるのではない、という点である。
【０００３】
燃料電池では、燃料としてメタノール（ＣＨ3ＯＨ）を使い、前記メタノールは燃焼させられて炭酸ガスおよび水となる。燃料電池において進行する物質の変換に関しては、以下の均衡式を規定することができ、これは、実際に進行する反応ステップに左右されない：
ＣＨ3ＯＨ ＋ １,５Ｏ2 −＞ ＣＯ2 ＋ ２Ｈ2Ｏ (＋△Ｇ)
燃料電池における利用可能な電気エネルギーは、この反応におけるギブスのエンタルピー△Gによって与えられ、中でも燃料電池の使用温度に依存する。
【０００４】
燃料電池は、陽極側チャンバと陰極側チャンバとから成る構造を有し、これらチャンバは、イオン伝導性の（液体または固体の）電解質によってお互いから隔てられている。陽極側チャンバに燃料（通常、水素を含むもの）が供給される一方、陰極側チャンバには反応物質（通常、酸素）が供給される。
さらに、燃料電池内では反応生成物（燃焼生成物）、例えば水および／または二酸化炭素が発生するが、これについては、部分的、または完全に放出されるようにしなければならない。
【０００５】
正イオンが陽極から陰極に移動する際に通過する酸電解質（例えば、硫酸、リン酸）と陰イオンが陰極から陽極に移動する際に通過するアルカリ電解質（例えば、苛性カリ）とは一般的に区別される。
燃料としてメタノールを使用し、酸電解質（例えば、陽子伝導膜）を有する燃料電池においては、以下に示すような陽極反応および陰極反応が与えられる：
陽極：ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ         −＞ ＣＯ2＋６Ｈ+ ＋６ｅ-
陰極：１,５Ｏ2 ＋６Ｈ+ ＋６ｅ- −＞ ３Ｈ2Ｏ
燃料電池におけるＨ2Ｏについては、以下のことが分かる。すなわち、陰極側におけるＨ2Ｏは燃焼生成物として生じ、排出する必要があるが、陽極側において、Ｈ2Ｏを実際の燃料メタノールと共に供給しなければならない（これは、上記均衡式からは導き出せない）。
【０００６】
陰極では、陽極に供給する必要のある量よりも多くの水が燃焼生成物として発生するため、少なくとも理論的には、廃棄物として発生するこの水の一部を動作中の陽極にリターンすれば、外部から水を供給する必要をなくすことができるはずである。
しかしながら、こうした水のリターンに関しては、いくつか技術的な問題がある。それらを以下に記す。
・陽極で供給しなければならない水の量と、陰極に蓄積される量との間に差があること。
・陰極で蓄積される水は通常、陽極で必要とされる状態（液体）とは異なる凝集状態（気体）で存在していること。
・陰極で蓄積される水は通常、純粋な形では存在しておらず、他の燃焼生成物（例えば、二酸化炭素）によって「汚染」されていること。
・上記の陽極式および陰極式は「純」方程式（net equation）であって、実際のプロセスを大きく簡略化したものであり、現実には、拡散する陽子の各々は、それ自体を水和物シェルに包み込んでおり、それによって、水の寄生的部分を陽極から陰極に電解質を経由して引き寄せることになる。従って、実際のプロセスにより近い陽極式は、以下のようになる：
ＣＨ3ＯＨ＋（１＋ｘ）Ｈ2Ｏ −＞ ＣＯ2＋６Ｈ+ ＋６ｅ- ＋ｘＨ2Ｏ
（上記式において、“ｘ”の値は作動パラメータ（特に温度）に依存する。）
強調しておかなければならないのは、パラメータ“ｘ”は決して軽く（ｘ＜＜１）見てはならず、それどころか、水が“ｘ＞１”で１０0…１０1程度となる方が、純均衡式（ｘ＝０）よりもはるかに現実に近い、という点である。陽子１個につき１〜６水分子という現実の水和物シェルの場合、“ｘ”は６〜１８の値となる。
【０００７】
実際にどの程度の物質量を陽極および陰極に供給しなければならないかを説明するには、以下に示すような形（省略のない形）で均衡式を規定するのが有用である：
[ＣＨ3ＯＨ＋（１＋ｘ）Ｈ2Ｏ]＋１,５Ｏ2−＞ＣＯ2＋（３＋ｘ）Ｈ2Ｏ
（上記式において、動作を維持するためには、大括弧部分 [ＣＨ3ＯＨ＋（１＋ｘ）Ｈ2Ｏ] によって規定される物質混合を永続的に陽極側に供給しなければならない。）
これに類似した問題は、アルカリ電解質を用いた燃料電池にも発生する。水酸化物イオン伝導高分子膜を用いたＤＭＦＣ（直接メタノール型燃料電池）の場合は、例えば、以下に示すような陽極反応および陰極反応を規定することができる：
陰極：１,５Ｏ2＋３Ｈ2Ｏ＋６ｅ- −＞ ６ＯＨ-
陽極：ＣＨ3ＯＨ＋６ＯＨ-       −＞ ＣＯ2＋５Ｈ2Ｏ＋６ｅ-
この場合、水は燃焼生成物として現れるだけではなく、さらに、陰極側に供給されなければならない。中でもリターンについては、陽極側における水が「水／メタノール」混合物であり、当該混合物の分離は技術的に非常に複雑であるという事実によって、いっそう面倒なものとなる。さらに、水酸化物陰イオンは、陽子と同様に水和物シェルに包み込まれている。そのため、そこから生じる結果を説明するためには、省略のない形で均衡式を示しておくのも有用である。
ＣＨ3ＯＨ＋[１,５Ｏ2＋（３＋ｙ）Ｈ2Ｏ]−＞ＣＯ2＋（５＋ｙ）Ｈ2Ｏ
動作を維持するためには、大括弧に囲んで示した物質混合 [１,５Ｏ2＋（３＋ｙ）Ｈ2Ｏ] を釣り合った形で陰極側に供給しなければならないが、その場合、必要とされる水“（３＋ｙ）Ｈ2Ｏ”については、陽極で発生する水の方が“（５＋ｙ）Ｈ2Ｏ”と大きいので、理論上、これでカバーすることができるはずである。しかし、釣り合った形での水のリターンを技術的な実現しようとすると、上述したように、大きな技術的困難が関わってくる。
【０００８】
イオン伝導性電解質を介して分散するイオンに関する、こうした一般的傾向（すなわち、例を挙げて上で述べたように、自身の周囲を水和物シェルで囲むこと、電解質を介してこの水和物シェルを引き寄せること（電子浸透））によって、メタノールと異なる燃料を使う燃料電池においても、これに相当する結果が生じる。
以上に述べたように、一般に燃料電池システムの動作ならびに構造を難しくする問題は次のように言える。すなわち、一方の側で反応生成物として生じる物質（電解質を介しての寄生的な輸送（電子浸透）の結果として生じるもの、化学反応の結果として生じるもの、または、それらの組み合わせの結果として生じるもの）がもう一方の側で必要とされるが、こうした反応生成物を単純にリターンしようとすると様々な技術的問題に直面する、ということである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、これらの問題を解決する方法および燃料電池装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は、本発明の特許請求の範囲における請求項１が規定する特徴を有する燃料電池装置によって、また、同請求項１０が規定する方法によって達成される。
すなわち、本発明による燃料電池装置は、アルカリ電解質手段と酸電解質手段とを有する電解質装置を有し、一方の電解質手段で生成される少なくとも１つの反応生成物の少なくとも一部が、もう一方の電解質手段に供給される、という形に形成された燃料電池装置である。
【００１１】
また、本発明による、燃料電池装置を動作させる方法は、アルカリ電解質手段と酸電解質手段とを設けるステップと、少なくとも１の燃料と少なくとも１のオキシダントとを供給するステップと、そして、反応生成物を排出するステップとを有し、一方の電解質手段で生成される少なくとも１つの反応生成物の少なくとも一部が、もう一方の電解質手段に供給される、というものである。
【発明の効果】
【００１２】
特に、２つの電解質手段が同じ燃料を用いて動作させられる場合、酸電解質およびアルカリ電解質に部分的に補完する特性を持たせることで、陽極側の電解質装置において反応生成物として生じる物質を複雑な分離処理なしで陽極側の他の電解質装置に供給すること、および／または、陰極側の電解質装置で生じる物質を陰極側の他の電解質装置に供給すること、が可能となる。
【００１３】
また、好ましい構成として、一方の電解質手段で生成された少なくとも１つの反応生成物が、もう一方の電解質手段に全て供給されることとする。
これによれば、この少なくとも１つの反応生成物を処理するための更なる装置を、１つの電解質装置におけるこの反応生成物のために設ける必要はなくなり、それによって、燃料電池装置の設計を単純化および動作の簡略化が可能となる。
【００１４】
本発明による単純な設計の燃料電池装置は、アルカリ電解質手段（単一の陰イオン伝導性部分によって形成されるもの）と、酸電解質手段（単一の陽イオン伝導性部分によって形成されるもの）とを有する。燃料電池装置の更なる効果的な実施の形態は、こうした単一の部分に限定されない。
好ましい実施の形態としての燃料電池装置は、複数の陽イオン伝導性部分を備えた酸電解質手段、および／または、複数の陰イオン伝導性部分を備えたアルカリ電解質手段を有する。
【００１５】
この構成によれば、反応生成物がアルカリ電解質手段および酸電解質手段を交互に、かつ繰り返し通過するような配置が実現でき、それによって、こうした物質をより完全に利用すること、さらに、燃料電池装置を効果的に動作させることが可能となる。
本発明による燃料電池装置の特に好ましい実施の形態においては、陰イオン伝導性部分と陽イオン伝導性部分とが交互に配置されている。
【００１６】
当該部分の交互に並んだ配置（交互配置）は、１つの方向に沿ったもの（１次元の配置）とし、たとえば線パターン（strip pattern）を形成するものとしてもよい。これらの部分は全く同じ寸法としてもよいが、通過方向に沿って寸法を変えていくことも可能である。
他の好ましい実施の形態として、交互配置が２つの方向で同時に実装されるものがある。等しい大きさの部分を備えた２次元配置として好ましいものには、チェッカーボードパターン、菱形パターン、３角形パターン、６角形パターンがある。部分の大きさの異なる２次元配置の場合は、可能な配列パターンの数は任意となる。これらの配置は、供給される燃料のできる限り完全な燃焼と、生じる反応生成物の利用とを考慮して最適化される。
【００１７】
燃料電池装置の特に効果的な展開形においては、燃料電池装置の陰極装置が単一の陰極チャンバを有する、および／または、燃料電池装置の陽極装置が単一の陽極チャンバを有する、こととなる。
これによって、物質流制御は特に単純で効果的なものとできる。それは、燃料供給、オキシダント供給そして廃棄物処理のため手段として、少なくとも部分的には共通のものを使用できるからである。
【００１８】
特に効果的なのは、一体的な組織構造（コヒーレント構造：coherent structure）として形成され、局所的に化学組成が異なる電解質装置であり、化学組成の異なる部分が、陽イオン伝導部分（すなわち、酸電解質手段）と陰イオン伝導部分（すなわち、アルカリ電解質手段）とを形成している、というものである。
燃料電池装置の電解質装置は、イオン伝導膜を有することが好ましい。とりわけ、局所的に化学組成の異なる膜を、陰イオン伝導部分または陽イオン伝導部分を形成する形で製造することは比較的簡単であり、それによって、燃料電池装置の電解質装置を単一のコヒーレント膜として形成することができる。
【００１９】
ここから、好適な実施の形態を用いて、図面を参照しながら本発明に関して説明するにあたっては、燃料としてメタノールを用いる燃料電池を例として使用する。しかし、本発明がこれに限定されるわけではない。
本発明、および本発明の基礎となる問題をより良く理解するために、メタノール使用の燃料電池の例に関して、省略のない形の反応方程式を要約せず示す：
・酸電解質を用いた燃料電池：
2005500659.tif 000003
式全体において、供給される物質は左辺に、放出される反応生成物は右辺に示してある。
【００２０】
大括弧は陽極側で供給、放出される物質であることを示しており、中括弧は陰極側で供給、放出される物質であることを示している。
・アルカリ電解質を用いた燃料電池：
2005500659.tif 000004
式全体において、大括弧は陽極側で供給、放出される物質であることを示しており、中括弧は陰極側で供給、放出される物質であることを示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明による燃料電池装置１００を示し、当該装置は、実質的に平行な位置関係にある２つの燃料電池１００Ｂ、１００Ｓの組み合わせから成る。これらの２つの燃料電池は、一方がアルカリ電解質１１０Ｂを有し、もう一方が酸電解質１１０Ｓを有する。
燃料電池１００Ｂ、１００Ｓについては概略的にしか示していない。２つの燃料電池の各々については、例えば、燃料電池スタックの形で形成すればよい。
【００２２】
２つの電解質１１０Ｂ、１００Ｓは、組み合わせ型燃料電池装置１００の電解質装置１１０を形成する。
燃料電池１００Ｂ、１００Ｓの両方において、両方の燃料電池に共通の燃料１がそれぞれの陽極チャンバで供給され、同じオキシダント２が陰極チャンバ１３０で供給される。さらに、燃焼生成物４は陰極チャンバから排出される。
【００２３】
本例の場合、燃料１はメタノールであり、オキシダント２は酸素（例：空気など、酸素を含む混合気体）である。燃焼生成物４は二酸化炭素となる。
さらに、アルカリ電解質手段１１０Ｂの陰極側に対しては、オキシダント２（上記の陰極側の式によれば酸素）の他に、燃料電池での反応プロセスで必要となる、ある程度の量の水６を供給しなければならない。水については、同じタイミングで陽極側において出てくる。一部は化学的プロセスの結果として新たに生じたものであり、一部は電解質を通って分散したものである。これらのプロセスを区別しない形で、「反応生成物」という表現がこれに対して用いられる。
【００２４】
本発明によれば、２つの燃料電池１００Ｓ、１００Ｂが結合されて燃料電池装置１００を形成し、その結合とは、陽極チャンバ１２０に現れる陽極側の反応生成物３（この場合は「水」）が酸燃料電池１００Ｓに供給される、というものである。
酸燃料電池１００Ｓの陽極チャンバ１２０では、これが、同時に供給された燃料と共にメタノール１を形成し、それは、酸電解質手段の動作に必要な陽極側の「メタノール／水」混合物となる。
【００２５】
２つの燃料電池１００Ｓ、１００Ｂの陽極チャンバ１２０は同じ物質（本例では、メタノール、二酸化炭素、水）を有するため、一方の陽極チャンバからもう一方の陽極チャンバに移動させられる反応生成物３に対し複雑な浄化手順を行うことはない。むしろ、反応生成物３（水）は、他の物質（すなわち、燃料１（メタノール）および燃焼生成物４（二酸化炭素））によって「汚染」されていてもよい。それでも本装置が影響を受ける結果にはならない。
【００２６】
酸燃料電池の陰極側では、オキシダント２（酸素）の供給の一方で、全体プロセスにおいて生成された余剰の水５の排出が行われる。
図１に示す本発明の実施の形態には、陽極チャンバから陰極チャンバに（またはその逆方向に）水のリターンを行う従来の燃料電池と比較して、複雑な物質分離を実行しなくてもよいという効果がある。
【００２７】
本例では、アルカリ燃料電池の陽極チャンバ１２０に、メタノール１、水３、そして二酸化炭素４という物質が存在する。同じ物質は酸燃料電池にも存在するが、こちらでは、アルカリ燃料電池における場合と異なり、水は反応生成物として生成されたものではなく、むしろ、所望の反応を達成するために必要なものである。
アルカリ燃料電池の陽極チャンバから出る水は、望ましくない物質を除去するための浄化を行わなくとも、酸燃料電池の陽極チャンバに移動させることが可能である。
【００２８】
図２は、本発明による燃料電池装置に関する別の実施の形態である装置２００を示す。当該装置は、アルカリ燃料電池と酸燃料電池の組み合わせで成る。
図１に示した実施の形態とは異なり、ここで説明する燃料電池の組み合わせには、外部からの水供給がない。その代わり、「酸燃料電池」２００Ｓ内で陰極側２３０において生じた水の一部３´が「アルカリ燃料電池」２００Ｂの陰極チャンバ２３０に送られる。ヒドロオキシ陰イオンの形成に必要とされる「酸素／水」混合物は、酸素２の供給によって、このチャンバ２３０で生成される。
【００２９】
導入部分でも述べたように、ヒドロオキシ陰イオンはアルカリ電解質２１０Ｂを通って分散し、その際は、自身を水和物シェル内に取り込んだ形をとる。このプロセスによって陽極チャンバに送り込まれた水３は、ここから、実際の燃焼の間に生成される水３および二酸化炭素４と共に、酸燃料電池２００Ｓの陽極チャンバ２２０に送り込まれる。例えば、二酸化炭素４は、外部排出によって、更なる転送プロセスおよび反応プロセスから引き出される。一方、水３は供給された燃料１と共に、酸燃料電池２００Ｓを動作させるために必要な「水／メタノール」混合物となる。
【００３０】
酸燃料電池２００Ｓでも、図１に関連して説明したのと同じ反応が生じるが、ここでは、陰極チャンバ２２０に送り込まれた水は、その一部３´がそのままサイクルに残り、余剰部分５はシステムから排除される。
図３は、本発明による燃料電池装置に関する更に別の実施の形態である装置３００を表す。本実施の形態は、図１および図２に示した実施の形態と異なる。すなわち、これらのような、多少とも別々に動作する２つの燃料電池から成る、という構成を持たない。
【００３１】
図３に示す実施の形態は燃料電池装置３００で成り、当該装置はアルカリ電解質手段３１０Ｂと酸電解質手段３１０Ｓとを有し、これら手段は陽極チャンバ３２０を共有している。
アルカリ電解質手段３１０Ｂの陰極側３３０では、参照番号２、６によって示される「酸素／水」混合物が陰極チャンバ２３０に供給される。そして、それと同時に、純粋なメタノールが、陽極チャンバ３２０に供給される。
【００３２】
そうして、すでに何度か説明したプロセスが、アルカリ電解質中央３１０Ｂで起こる。そこでは、メタノール１が酸素２と共に「燃焼」させられて、二酸化炭素４と水３とになり、この新たな分の水３はアルカリ電解質３１０Ｂを介して、陰極チャンバ３３０から陽極チャンバ３２０へと引き込まれる。
陽極チャンバ３２０が共有されているため、外部から陽極チャンバに水を供給する必要はない。酸素を酸電解質手段３１０Ｓの陰極側３３０に供給すれば、陽極チャンバ３２０で生成される「メタノール／水」混合物を、続いて酸電解質手段３１０Ｓを動作させるために用いることもできる。
【００３３】
プロセス全体の中で生成される余剰の水５は、酸電解質手段３１０Ｓの陰極チャンバ３３０から排出される。
図４は、本発明に関する更に別の実施の形態を示す。この場合、電解質装置４１０は、並べて設けられた２つの電解質手段４１０Ｂ、４１０Ｓで成り、ここで、一方の電解質手段４１０Ｂはアルカリ特性を有し、もう一方の電解質手段４１０Ｓは酸特性を有する。
【００３４】
燃料電池装置４００は、２つの電解質手段４１０Ｂ、４１０Ｓが陰極チャンバ４３０および陽極チャンバ４２０のそれぞれを共有する、という様態で形成されている。したがって、必要となる供給装置は、燃料１のための装置および酸素２のための装置が、それぞれ１台だけとなる。
陽極側のアルカリ電解質手段４１０Ｂで動作の間に生成される水３は、陽極側で供給されるメタノール１と共に「メタノール／水」混合物を形成し、前記「メタノール／水」混合物は、酸電解質手段４１０Ｓにおける燃焼プロセスに使用することができる。
【００３５】
同様の様態で、陰極側の酸電解質手段４１０Ｓで生成される水の一部３´が、アルカリ燃料電池装置を動作させるのに必要な陰極側の「水／酸素」混合物を形成することにしてもよい。余剰の水５は陰極側で排出される。
図５は、図４に類似した実施の形態を示し、ここでは、２つの電解質手段５１０Ｂ、５１０Ｓの一方（すなわち、酸電解質手段５１０Ｓ）が、隔てられた２つの部分に分けられており、当該部分の間にアルカリ電解質手段５１０Ｂが設けられている。この実施の形態は、図４において説明した実施の形態と同様の形で動作させられる。
【００３６】
水３は、中央に設けられたアルカリ電解質手段５１０Ｂにおける陽極側で生成される。前記水３は、陽極チャンバ５２０で供給されるメタノール１をエンリッチし、酸性電解質手段５１０Ｓの動作のために必要となる陽極側「メタノール／水」混合物を形成する。また、同様の様態で、酸電解質手段５１０Ｓに現れる陰極側の水は、陰極側で供給される酸素２と混じり合い、そして、前記目的のために、アルカリ電解質手段５１０Ｂに必要な陰極側「水／/酸素」混合物を形成する。
【００３７】
余剰の水は、やはり陰極側で排出される。
図６は、本発明による燃料電池装置６００に関する更に別の好適な実施の形態を示し、当該装置は、交互に配置された複数の電解質手段６１０Ｓ、６１０Ｂを有する。この交互に配置された部分は、燃料電池装置６００の電解質装置６１０を形成しており、これは、単一の共通陽極チャンバ６２０と単一の陰極チャンバ６３０とを有する。
【００３８】
本例における配置は、共通の陽極チャンバ６２０の入力側で供給された燃料１が、連続した形で配置された電解質手段６１０Ｂ、６１０Ｓの陽極側を流れて行く、という形になっている。同様の様態で、酸素２は陰極チャンバ６３０の側に導入される。
酸電解質部分やアルカリ電解質部分の各々において、メタノール１の一部が陽極側で燃焼し、二酸化炭素４を形成する。さらに、アルカリ電解質部６１０Ｂを介して水３が生成される。そこから生成される「メタノール／水」混合物は、隣接する酸電解質部分６１０Ｓを動作させるために使用される。
【００３９】
同様のプロセスは、陰極側を流れて行く酸素２に関しても生じ、当該酸素は、酸電解質部分６１０Ｓにおいて水３´でエンリッチされるが、生成された「酸素／水」混合物は隣接するアルカリ電解質部６１０Ｂを動作させるために使用される。
メタノールの消耗は、陽極チャンバ６２０において流れの方向に進むうちに生じるが、現存の「酸素／水」混合物の酸素消耗は陰極側で生じる。
【００４０】
このことは、連続するアルカリ電解質手段および酸電解質手段の寸法決めを行う際に考慮に入れればよい。寸法決めは通常、最適の収率が得られるように選択された方法で行われる。
図６に示す実施の形態は、電解質手段を構成する単独要素を、お互いに隔てられた形で複数有する。それに対するものとして、図７は、電解質手段７１０に関して別の形の特に好適な実施の形態を示す。当該手段７１０を図６の実施における電解質手段６１０と置き換えられるものである。
【００４１】
図７の電解質手段７１０では、お互いに隔てられた形とすることのできる複数の電解質手段というものは存在せず、局所的に化学組成が異なる１つのコヒーレント構造体が存在する。構成については、陽イオン伝導性の部分と陰イオン伝導性の部分とが交互に現れて、それによって電解質手段７１０が形成される、という形になるようにした。当該手段では、酸部分Ｓとアルカリ部分Ｂとが交互に現れる。
【００４２】
図８に示すように、こうした交互に現れる配置は、ある方向に沿って（例えば、ｘ軸の方向に沿って）延びる形とすることができる。当該部分の寸法については、自由に選択でき、ここに概略的に図示した例のように各部分の大きさがほぼ等しくなったものには限定されない。
図９に示す効果的な実施の形態においては、交互に現れる配置が２つの空間方向に沿って存在する形となり、その結果、例えばチェッカーボードような配列パターンを成す。さらに、他の２次元配置（例えば、３角形パターンや不規則パターンなど）も本発明の範囲に含まれる。
【００４３】
こうした種類のパターンの配置と個々の部分のサイズとについては、燃料電池装置において予想される流れの関係と一致するように選択される。
これまでに説明した全ての実施の形態において、アルカリ電解質手段および酸電解質手段の寸法は、その中で変換される物質の量に関連して異なる大きさにしてもよく、これはとりわけ、水がシステム内で生成されるためである（例えば、２H2+Ｏ2−＞２H2Ｏ あるいは、ＣＨ3ＯＨ＋１,５O2−＞ＣＯ2＋２H2Ｏ という反応による）。
【００４４】
最も重要なのは、システム全体の水バランスの最適化および可能な限り完全な燃焼という点である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明による燃料電池装置に関する第１の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明による燃料電池装置に関する第２の実施の形態を示す図である。
【図３】本発明による燃料電池装置に関する第３の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明による燃料電池装置に関する第４の実施の形態を示す図である。
【図５】本発明による燃料電池装置に関する第５の実施の形態を示す図である。
【図６】本発明による燃料電池装置に関する第６の実施の形態を示す図である。
【図７】発明による燃料電池装置のための電解質装置に関する好適な実施の形態を示す図である。
【図８】図７に示す電解質装置に関する実施の形態を別の方向から示す図である。
【図９】電解質装置の関する更に別の好適な実施の形態を示す図である。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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