(57)【要約】  発明は、ハウジングを備える燃料電池装置に関する。ハウジングは、実質的に等温ゾーンを規定し、これは、燃料電池と後部ガスバーナーを等温ゾーンと一体化する。燃料電池と後部ガスバーナーは、熱連絡しており、共通の壁を共有する。１つの実施形態において、ハウジングは、さらに、燃料改質器を一体化しており、ここで、燃料改質器は、燃料電池と熱連絡している。１つの実施形態において、燃料電池および後部ガスバーナーは、約２Ｗ／ｃｃ以上の出力密度を生成するように配置されている。燃料電池は、好ましくは固体電解質型燃料電池である。
2008539560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングを備える装置であって、前記ハウジングは、
燃料電池、および、
前記燃料電池と熱連絡する後部ガスバーナーを一体化しており、
前記ハウジングが、実質的に等温ゾーンを規定し、前記燃料電池および前記後部ガスバーナーが共通の壁を共有する装置。
【請求項２】
前記ハウジングが、燃料改質器を一体化し、前記燃料改質器が、前記燃料電池と熱連絡している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記燃料電池および前記後部ガスバーナーが、約２Ｗ／ｃｃ以上の電力密度を生成するように配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記燃料電池が、固体電解質型燃料電池である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記固体電解質型燃料電池が、約５００μｍ以下の厚みを有する膜層を備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記固体電解質型燃料電池が、面内燃料電池スタックを作製する面を規定する複数の燃料電池を備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ハウジングが、実質的に平行である２つの面内燃料電池スタックを備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記後部ガスバーナーと流体連絡する低熱伝導流体接続要素を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記低熱伝導流体接続要素が、ミクロ機械加工された流体伝導管、同芯管、またはガラスキャピラリー管である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記燃料電池と電気連絡する低熱伝導電気要素を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記低熱伝導電気要素が、約５０μｍ以下の直径を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
断熱塊が前記ハウジングの外側に隣接して配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記断熱塊が、減少された圧力、断熱フォーム、熱反射体、またはそれらの組み合わせを備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記後部ガスバーナーと熱連絡する熱回収器をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記熱回収器が、前記断熱塊中に配置されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
燃料電池と、
前記燃料電池と熱連絡する後部ガスバーナーと、を備える装置であって、
前記燃料電池および前記後部ガスバーナーが、約２Ｗ／ｃｃ以上の電力密度を生成するように配置されている装置。
【請求項１７】
燃料電池を含むハウジングを提供する工程と、
前記ハウジングの体積に対する電力の比率が約２Ｗ／ｃｃを超えるように、前記燃料電池を動作させる工程と、を備える、固体電解質型燃料電池の動作中の熱損失を最小化する方法。
【請求項１８】
アノード層、カソード層、および電解質層を備える第１の固体電解質型燃料電池と、
アノード層、カソード層、および電解質層を備える第２の固体電解質型燃料電池と、を備える装置であって、前記第１の固体電解質型燃料電池の電解質層の中央線と、前記第２の固体電解質型燃料電池の電解質層の中央線との間の距離が、約１．５ｍｍ以下である装置。
【請求項１９】
固体電解質型燃料電池と、
前記固体電解質型燃料電池と流体連絡する低熱伝導流体接続要素と、を備える装置であって、
前記固体電解質型燃料電池が、約４００℃以上の温度で動作するように適合しており、前記低熱伝導流体接続要素が、前記低熱伝導流体接続要素の中実の断面により、低熱伝導流体接続要素毎に約０．１ワットである熱損失を生成するように設計されている装置。
【請求項２０】
固体電解質型燃料電池と、
前記固体電解質型燃料電池と電気連絡する低熱伝導電気要素と、を備える装置であって、
前記固体電解質型燃料電池が、約４００℃以上の温度で動作するように適合しており、前記低熱伝導電気要素が、約０．５オーム以上の抵抗を有する装置。
【請求項２１】
前記低熱伝導電気要素が、白金を備え、約１００μｍ以下の直径を有する、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
固体電解質型燃料電池を含むハウジングと、
前記ハウジングの外側に隣接して配置された断熱塊と、を備える装置であって、
前記断熱塊が、減少された圧力におけるものである装置。
【請求項２３】
固体電解質型燃料電池を含むハウジングと、
前記ハウジングの外側に隣接して配置された断熱塊と、
前記固体姿燃料電池と熱連絡する熱交換器と、を備える装置であって、
前記熱交換器が、前記断熱塊内に配置されている装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明は、燃料電池効率を改善する装置と方法に関する。１つの実施形態において、発明は、多数の燃料電池構成要素を等温ゾーンにおいて一体化することによって、エネルギーバランスを改善するように適合した燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、気体水素、メタノール、ブタン、またはディーゼル燃料で充填された交換可能な燃料容器を伴って動作する燃料電池は、発展しつつある技術である。このようなタイプの燃料電池は、消費者製品に電力供給する各種バッテリーソリューションと競合するように設計されている。バッテリーに対するこのような燃料電池の競争力は、多くの要因に依存している。例えば、容器中の燃料のエネルギー密度、特定の効率で化学エネルギーを電気エネルギーに変換する燃料電池の能力、ならびに燃料電池スタックおよび関連する流体燃料ポンプおよび電力制御構成要素を、競合するバッテリーのものよりも大きくせずにしておく必要性、等の要因に依存している。
【０００３】
エネルギー密度と化学的変換効率における改善は、高分子膜の代わりにセラミック膜を利用する固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）で達成されてきた。固体電解質型燃料電池は、各種炭化水素等、種々異なる分子燃料タイプを電気に変換することができるので、固体電解質型燃料電池は、エネルギー密度のある液体燃料を利用することができ、さらに適切なエネルギー変換効率を達成することができる。
【０００４】
しかし、固体電解質型燃料電池は、膜と、６００℃を超過する（多くの場合７５０℃を超える）触媒動作とを必要とする。従って、携帯型電源用途の固体電解質型燃料電池の設計者は、全体システムのサイズを極端に増加することなく、極度の熱からエンドユーザーを保護しなければならない。さらに、８００℃で動作する現在の固体電解質型燃料電池は、ユーザーに供給される電気エネルギーよりも１０倍多くのエネルギーを廃熱として環境に容易に放射または伝達する。そのようなシステムは、１０％効率を超えることができない。すなわち、システムは、反応器の８００℃動作温度を維持する目的のみのために９０％を超過する燃料エネルギーを使用している。従って、このような低効率では、現在の固体電解質型燃料電池はバッテリーと競合することができそうもない。
【０００５】
最新型の携帯型固体電解質型燃料電池は、バッテリーと同様の体積を達成することができていない。固体電解質型燃料電池発電機は、断熱材（ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）なしでは、０．３５ワット毎立方センチメートル（Ｗ／ｃｃ）を超えることは稀である。エネルギー効率的な動作のために充分な厚みを有する断熱層を追加すると、通常の固体電解質型燃料電池が提供する体積に対する出力の比率は、０．１Ｗ／ｃｃを下回る。
【０００６】
さらに、既存の燃料電池装置およびシステム設計は、システムの効率を高めるため、（固体電解質型燃料電池スタック以外の）加熱された構成要素を提供する。しかし、各加熱された構成要素は、装置の体積と過剰な熱損失を回避するため必要な断熱材の量とを追加する。
【０００７】
その結果、携帯型燃料容器と組み合わせて、充電式バッテリーのエネルギー貯蔵容量と同様か、または凌駕するエネルギー貯蔵容量（例えば２００ワット−時間毎リットル（Ｗ−時間／Ｌ）を上回る、好ましくは４００Ｗ−時間／Ｌを上回る）を提供することができるミニチュア燃料電池装置を構築する必要性が存在する。今日、バッテリーのエネルギー容量によってその機能がしばしば制約される携帯型電子機器に電力供給するため、燃料電池は大いに価値あるものとなろう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
燃料効率は、一部には熱効率を調節することにより達成される。特に、改善された熱効率は、一部には次の要因のいずれかまたはその組み合わせの結果による。すなわち、燃料改質器、燃料電池、および後部ガスバーナー（ｔａｉｌ  ｇａｓ  ｂｕｒｎｅｒ）の単一の、本質的に等温の、高温ゾーンへの一体化。燃料電池スタックの出力密度を、好ましくは、２Ｗ／ｃｃを超過する値へ増加させることにより、熱いゾーンの熱放散領域を実質的に削減すること。高温動作を必要とする全構成要素が、単一のハウジング内に含まれるような、断熱材の効率的な（エアロゲルにしろ真空にしろ）手段の使用であって、そのような断熱材がハウジングの外部に配置されている手段の使用。燃料電池装置と外部との間で流体を交換し、燃料電池から電流を抽出するための低熱伝導接続の組み込み。および／または、好ましくは断熱ゾーン内に配置された熱回収器の組み込みであって、熱回収器は、熱いゾーンと外部周囲の温度の中間の温度で動作することができる組み込み。
【０００９】
本明細書で使用する「燃料電池装置」および「燃料電池システム」とは、次の構成要素の一部または全部を含み得る装置または機器を意味する。すなわち、燃料改質器、後部ガスバーナー、アノード／電解質／カソード要素、ポンプ、および制御である。しかし、「燃料電池」は、アノード／電解質／カソード膜構造を意味する。さらに、「出力密度」は、所与の体積中で生成された出力の比率を意味し、および燃料電池技術で理解されるような他の意味である。
【００１０】
発明は、異なる局面と実施形態に関するが、本明細書に開示の異なる局面と実施形態は、適切に、全体または一部として共に一体化され得ることが理解される。従って、本明細書に開示の各実施形態は、所与の実施のために適切な程度に改変されて各局面において一体化され得る。さらに、局面および実施形態の一部は、「ための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」用語を使用して記載されているが、本明細書に開示された全ての、局面、実施形態、および他の概念は、特定の「ための手段」用語が記載の特定の部分において使用されていないとしても、ミーンズプラスファンクションクレームのサポートとして作用し得ることが理解される。
【００１１】
用語「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、特に別に規定していなければ「１以上」を意味する。
【００１２】
第一の局面において、発明は、ハウジングを含む燃料電池装置に関する。ハウジングは、実質的に等温ゾーンを規定している。そのように、ハウジングは、燃料電池および後部ガスバーナーを等温ゾーンで一体化している。燃料電池および後部ガスバーナーは、熱連絡し、共通の壁を共有する。
【００１３】
１つの実施形態において、ハウジングは、燃料改質器を一体化し、燃料改質器は、燃料電池と熱連絡している。燃料電池および後部ガスバーナーは、約２Ｗ／ｃｃ以上の出力密度を生成するように配置されている。燃料電池は、固体電解質型燃料電池である。あるいは、別の実施形態において、固体電解質型燃料電池は、約５００μｍ以下、約１ｍｍ以下、または約１．５ｍｍ以下の厚みを有する膜層を含んでいる。固体電解質型燃料電池は、面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）燃料電池スタックを作製する面を規定する複数の燃料電池を含むことができる。その一方、別の実施形態においては、ハウジングは、実質的に平行である２つの面内燃料電池スタックを含む。
【００１４】
発明の異なる実施形態は、後部ガスバーナーと流体連絡する低熱伝導流体接続要素を含むことができる。別の実施形態において、低熱伝導流体接続要素は、ミクロ機械加工された流体伝導管、同芯管、またはガラスキャピラリー管である。燃料電池と電気連絡する低熱伝導電気要素が発明の一部の実施形態に含まれている。低熱伝導電気要素は、１つの実施形態においては、約５０μｍ以下の直径を有している。あるいは、１つの実施形態においては、断熱塊がハウジングの外側に隣接して配置されている。断熱塊を有する局面については、断熱塊は、減少された圧力、断熱フォーム、熱反射体、またはそれらの組み合わせを含むことができる。１つの実施形態は、さらに、後部ガスバーナーと熱連絡する熱回収器を含む。さらに、熱回収器は、断熱塊中に配置されてもよい。
【００１５】
一部の局面と実施形態においては、燃料改質器は、燃料電池膜でさらに効率的に利用するため、ブタンをより小分子に転換する等、複合燃料を転換する。一部の局面においては、用語燃料改質器および燃料処理器が、当業者に交換可能に使用され得る。さらに、一部の局面においては、用語後部ガスバーナーおよび触媒コンバーターが、当業者に交換可能に使用され得る。一部の局面と実施形態においては、後部ガスバーナーは、燃料電池によってまだ転換も消費もされていない排気流中の何らかの燃料から、燃焼して有用な熱を抽出する。一部の局面と実施形態において、熱回収器または熱交換器は、入ってくる燃料と空気流を燃料電池の予熱に使用するため、熱エネルギーを反応器の排気流から抽出する。
【００１６】
第２の局面において、発明は、燃料電池と、燃料電池と熱連絡する後部ガスバーナーとを含む燃料電池装置に関する。燃料電池および後部ガスバーナーは、約２Ｗ／ｃｃ以上の出力密度を生成するように配置されている。
【００１７】
第３の局面において、発明は、固体電解質型燃料電池の動作中の熱損失を最小化する方法に関する。方法は、燃料電池を含むハウジングを提供する工程と、ハウジングの体積に対する出力の比率が約２Ｗ／ｃｃを超えるように、燃料電池を動作させる工程とを含む。
【００１８】
第４の局面において、発明は、第１の固体電解質型燃料電池と第２の固体電解質型燃料電池とを含む燃料電池装置に関する。第１の固体電解質型燃料電池は、アノード層、カソード層、および電解質層を含む。次に、第２の固体電解質型燃料電池は、アノード層、カソード層、および電解質層を含む。この局面において、第１の固体電解質型燃料電池の電解質層の中央線と、第２の固体電解質型燃料電池の電解質層の中央線との間の距離が、約１．５ｍｍ以下、または約１ｍｍ以下である。
【００１９】
第５の局面において、発明は、固体電解質型燃料電池と、固体電解質型燃料電池と流体連絡する低熱伝導流体接続要素とを含む燃料電池装置に関する。固体電解質型燃料電池は、約４００℃以上の温度で動作するように適合している。また、低熱伝導流体接続要素は、低熱伝導流体接続要素の中実（固体）の断面により、低熱伝導流体接続要素毎に約０．１ワット未満である熱損失を生成するように設計されている。
【００２０】
第６の局面において、発明は、固体電解質型燃料電池と、固体電解質型燃料電池と電気連絡する低熱伝導電気要素と、を含む燃料電池装置に関する。固体電解質型燃料電池は、約６００℃以上の温度で動作するように適合しており、低熱伝導電気要素は、約０．５オーム以上の抵抗を有する。１つの実施形態において、低熱伝導電気要素は、白金を含み、約２００μｍ以下の、または約１００μｍ以下の直径を有する。
【００２１】
第７の局面において、発明は装置に関する。装置は、固体電解質型燃料電池を含むハウジングと、ハウジングの外側に隣接して配置された断熱塊とを含む。断熱塊は、減少された圧力におけるものである。
【００２２】
第８の局面において、発明は装置に関する。装置は、固体電解質型燃料電池を含むハウジングと、ハウジングの外側に隣接して配置された断熱塊と、固体電解質型燃料電池と熱連絡する熱交換器とを含む。熱交換器は、断熱塊内に配置されている。
【００２３】
第９の局面において、発明は、装置に関する。装置は、固体電解質型燃料電池と、固体電解質型燃料電池と流体連絡する低熱伝導流体接続要素とを含む。固体電解質型燃料電池は、約４００℃以上の温度で動作するように適合している。低熱伝導流体接続要素は、低熱伝導流体接続要素の中実の断面により、低熱伝導流体接続要素毎に約０．１ワット未満である熱損失を生成するように設計されている。
【００２４】
第１０の局面において、発明は、装置に関する。装置は、固体電解質型燃料電池と、固体電解質型燃料電池と電気連絡する低熱伝導電気接続要素とを含む。固体電解質型燃料電池は、約４００℃以上の温度で動作するように適合しており、低熱伝導電気要素は、約０．５オーム以上の抵抗を有する。特定の実施形態において、低熱伝導電気要素は、白金を備え、および／または、約２００μｍ以下の直径を有する。
【００２５】
第１１の局面において、発明は、固体電解質型燃料電池を含むハウジングと、ハウジングの外側に隣接して配置された断熱塊と、を含む燃料電池装置に関する。断熱塊は、減少された圧力におけるものである。
【００２６】
第１２の局面において、発明は、固体電解質型燃料電池を含むハウジングと、ハウジングの外側に隣接して配置された断熱塊と、固体電解質型燃料電池と熱連絡する熱交換器とを含む燃料電池装置に関する。熱交換器は、断熱塊内に配置されている。
【００２７】
第１３の局面において、発明は、実質的に等温ゾーンを規定するため、かつ特定の空間内で要素を一体化するための空間分離手段を含む燃料電池装置に関する。従って、空間分離手段は、燃料を電気に変換するための手段、および、等温ゾーン内の何らかの燃料から、燃焼して熱エネルギーを抽出するための手段を一体化する。燃料を電気に変化するための手段と、燃焼して熱エネルギーを抽出するための手段とは、熱連絡しており共通の壁を共有する。１つの実施形態において、この空間分離手段はハウジングである。別の実施形態においては、空間分離手段は外側壁である。さらに別の実施形態においては、空間分離手段は、半導体構造である。
【００２８】
発明の、先述のならびに他の特徴および長所は、発明自体と共に、説明、図面、および特許請求の範囲からさらに充分に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次の説明は、本発明の特定の実施形態を例示する添付の図面を参照する。別の実施形態が可能であり、発明の精神と範囲から逸脱することなく実施形態に対して改変がなされ得る。従って、次の詳細な説明は本発明を限定する意図ではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
【００３０】
発明の方法の工程の順序は、発明が実施できる限り重要ではないことが理解されるべきである。さらに２つ以上の工程が、別に特定しない限り同時になされ得る。
【００３１】
一体型燃料電池装置、パッケージ、および接続
本明細書中に記載した燃料電池装置実施形態は、２Ｗ／ｃｃを超えて、および３Ｗ／ｃｃを超えて電力を生成することができる。このような燃料電池装置は、出力定格が１００ワット未満、２０ワット未満、または５ワット未満であっても、携帯用途のために充分に小さい断熱したパッケージサイズに独自に製造することができる。それに対して、既存の燃料電池設計は、典型的には、０．５Ｗ／ｃｃ未満の出力密度を発生するだけである。その結果、低出力密度燃料電池は大きすぎて、例えば民生用バッテリー代替品のような多くの用途に対して充分に効率的ではない。
【００３２】
出力密度（Ｗ／ｃｃ）は、一体型燃料電池装置および個別の燃料電池または燃料電池スタック（複数の個別の燃料電池）の設計に主に依存する。特に、ハウジング内の種々の燃料電池装置構成要素の近接的一体性の程度は、重要な設計要因である。その結果、燃料電池装置効率は、機械的強度と流路の制約を条件として、種々の燃料電池膜がどれだけ近接して配置され得るか、の関数であることができる。本明細書に記載した多くの局面と実施形態は、１つの熱的領域内における構成要素の一体性と熱損失の制御に関連する技術とに関する。本明細書に開示の多くの実施形態において半導体構造を使用することで、小型サイズと高エネルギー密度を可能とし、これにより、燃料電池装置が種々のバッテリータイプと競合することができる。
【００３３】
図１は、燃料電池装置５の１つの実施例を断面図で示す。図１は、燃料改質器１０、一対の固体電解質型燃料電池膜１４および１６、ならびに後部ガスバーナー１２を示し、これらすべてが単一のハウジング１８内に含まれる。ハウジングは、熱伝導材で作製されているので、ハウジング内の構成要素のすべては、実質的に同一温度で動作することができる。従って、ハウジングは、実質的に等温であるゾーンの形成を容易としている。
【００３４】
図１のハウジング１８は、その中に、燃料と空気を燃料電池セル（複数）に分配するためのすべての流路手段を含む。燃料流２０は、燃料改質器１０から第１の燃料電池１６のアノード側に沿って流れていく。燃料流２０’は、その後、第２の燃料電池１４のアノード側２２に沿って流れて、最終的に、後部ガスバーナー１２に至る。空気流２６は、（図示しない内部経路チャンネルによって）燃料電池１４、１６のカソード側２４に沿って流れて、後部ガスバーナー１２に到達し、ここでは、未使用の排出燃料の燃焼のために過剰空気が利用可能である。（ガスバーナーへの空気の導入は、図１に現れない。）
【００３５】
また、図１には、断熱塊（ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ｖｏｌｕｍｅ）２８を示し、これは、ハウジング１８を装置５の外壁３０から分離する。外壁は、実質的に、燃料電池装置によって電力供給される電気機器の周囲温度またはその付近の温度で維持される。固体電解質型燃料電池装置の効率的な運転のために、ハウジング内の温度は、４００℃を超えなければならず、温度が、５５０℃、６００℃、または７５０℃を超えて維持されると、さらに良好な運転効率が得られる。外部電気回路の周囲温度および燃料電池装置の外壁３０は、典型的には０℃から６０℃までの範囲であろう。従ってこの実施形態においては、介在する断熱塊２８の厚みを通じてのみならず、流体接続３２、電気接続３６に沿って、および機械支持３８に沿っても、３００℃を超過する大きな熱勾配が望ましくは維持される。
【００３６】
断熱塊は、断熱材を一体化してハウジングからの熱放散を実質的に削減することができる。従って、断熱塊内で部分的に真空が形成されてよく、または低熱伝導材が断熱塊に添加されてもよい。赤外放射シールド４０も、燃料電池装置の内部または上に配置されてよい。低圧または真空断熱材実施形態を製作するとき、断熱塊内の全ガス圧を必要な低いレベルに維持することが有益である。この目的のため、背景ガスを吸収し、機器の作動寿命にわたって高レベルの真空を維持する能力を有するゲッター材４２を追加することが有用である。電気的加熱の間作動され得る非蒸発性のゲッターは、この目的のために有用であり、ＳＡＥＳゲッターＳＴ１７１デバイス（ｗｗｗ．ｓａｅｓｇｅｔｔｅｒｓ．ｃｏｍ）などがある。
【００３７】
ハウジング内部に含まれる一体型燃料電池は２．５ｍｍの全体の厚みを有することができる。図１において、２つの燃料電池層１４および１６、ならびに、３個の経路層４６、４８、および５０が存在し、それぞれ０．５ｍｍの厚みを有する。２つの燃料電池層のそれぞれは、０．４Ｗ／ｃｍ２の電力を生成することができる。その結果、代表的な一体型燃料電池装置は、（２＊０．４）／２．５＝３．２Ｗ／ｃｃの出力密度を送達することができる。
【００３８】
１つの温度ゾーンにおいて、燃料改質器、一式の燃料電池膜、後部ガスバーナー、および全内部流体マニホールドの機能を一体化するハウジングは、多くの製作技術によって製作されることが可能である。特に、発明の実施形態は、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）技術または、マイクロマシニング技術を使用して製作されることが可能である。このような技術によって、薄膜材（例えば薄膜電解質、アノード、カソードおよび／または電気的接続）を、エッチングしたマイクロチャンネルと一体化して、熱伝導性で機械的に丈夫な共通基板への流体流の制御を可能とする。構造的な支持膜は、アノードまたはカソードを、離散した領域にパターン化するのに有用であるため、実施形態によっては含まれているものもある。個別の膜電極アセンブリおよび流体マニホールドが、種々の接合技術によって共にスタックされて、流体処理「システム」を作製することが可能である。
【００３９】
例えば、一体化したハウジングは、実質的にプレーナー型半導体構造または非プレーナー型半導体構造のグループから組み立てられることが可能である。特に、５個のシリコン基板が共に結合されて、その中に、各種燃料電池装置構成要素が一体化された「ボックス」を形成することが可能である。５個のシリコン基板を共に結合することで、スタックした形態を得ることができる。１つの実施形態において、基板は次のようにスタックされ得る。（１）流体相互連絡を含む燃料処理基板、（２）膜電極アセンブリ、（３）流路層、（４）別の膜電極アセンブリ、および（５）後部ガスバーナーを含む頂部流路層。従って層のスタックは、一体型燃料電池装置の一部または全部を形成することができる。
【００４０】
好適な実施形態において、燃料電池膜と他のマニホールド構造を構築するための基板としてシリコンが選択される。しかし、マイクロマシン技術も、ガラスおよびセラミックの硬質ウェハーにおける流体流チャンネルを構築するために存在し、これらの材料はすべて、固体電解質型燃料電池に必要な高温耐性を有する。膜アセンブリの異なるポイント間での電気的短絡を防ぐため、シリコン基板は、何層かの酸化珪素または窒化珪素でコーティングされて電気的に絶縁してもよい。
【００４１】
エッチングされた流体マイクロチャンネルは、各種技術で基板の上に形成される。そのような技術としては、湿式および乾式化学エッチング、レーザーアブレーション、ダイヤモンドミリング、テープ成形、または注入成形が挙げられる。種々の基板またはウェハー接合技術が利用可能であり、そのような技術には、融着、陽極接合、共晶ハンダ材もしくは薄膜によるシーリング、またはガラスフリットによるシーリングが挙げられる。
【００４２】
アノード、カソード、および電解質を含む燃料電池アセンブリは、種々の薄膜および厚膜堆積技術によって堆積されてよく、そのような堆積技術には、スパッタリング、蒸着、化学蒸着、レーザーアブレーション、スクリーン印刷、浸せきコーティング、またはヴェーパスプレー法などが挙げられる。
【００４３】
電解質についての好適な材料は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）であるが、種々のセリア添加材もこの目的のために利用可能である。燃料電池のアノードの好適な材料は、ニッケルおよびＹＳＺのサーメットであるが、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、またはＣｏのような他の触媒金属が採用されてもよく、およびセリアのような他の酸化物マトリクス材が使用されてもよい。燃料電池のカソードのための好適な材料は、ランタン（ストロンチウム）マンガン（ＬＳＭ：ｌａｎｔｈａｎｕｍ  （ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ）  ｍａｎｇａｎａｔｅ）であるが、記載してきた他のカソード材には、ランタン（ｌａｎｔｈａｎａｕｍ）（ストロンチウム）コバルト（ＬＳＣ）およびランタン（ストロンチウム）コバルト−フェライト（ＬＳＣＦ）が含まれる。燃料電池における薄膜電気接続のための好適な材料は、白金であるが、クロム酸ランタンも本出願において記載した。
【００４４】
図２は、図１の燃料電池装置をさらに説明し、流体接続と熱回収器３４の配置について強調している。一体型燃料電池装置のハウジング１８は、その外観においてのみ示し、燃料改質器１０、および後部ガスバーナー（または触媒コンバーター）１２の提案された配置を示すサブ領域を有している。燃料と空気の混合物は、入口管６０に沿って直接に燃料改質器１０に入る。その後、改質された燃料は、内部経路チャンネルによって燃料電池のアノードのそばを通過し、最終的には後部ガスバーナー１２の領域に達する。燃料電池のカソードのための空気は、入口管６２を通じて入り、制御されたルートを介して内部に流れ、燃料電池のカソードに至る。空気流と燃料流の両方は、後部ガスバーナー１２において最終的に再結合し、酸化の残りの熱をいくらかでも抽出し、その後出口管６４から熱いゾーンを出る。
【００４５】
入口管および出口管は、ハウジングと冷たい外壁との間の領域をブリッジし、低熱伝導率に設計されるべきである。例として、このような管は、国際公開公報ＷＯ０３／０１３７２９に記載されているように、窒化珪素で構成されてよく、好ましくは５ミクロン以下の壁厚を有する。あるいは、管は、石英ガラスキャピラリーから作製されてもよい。例えば、ガラスキャピラリーは、１ｍｍ外径で、１２５ミクロンしかない壁厚で入手可能である。このようなキャピラリーに沿って伝達されるであろう熱出力は、５ｍｍ長で８００℃に渡る温度勾配であれば、０．０５ワットのみである。
【００４６】
ハウジング内における燃料改質器と後部ガスバーナーの別の配置が本発明の範囲内であることは、当業者によって認識されるであろう。同様に、図２に示したものとは、別の配置の入口管と出口側、および異なる数の入口管と出口管が可能である。例えば、比較的長い燃料電池装置に対しては、外部フロー調節システムから直接に燃料改質器への、燃料と空気の独立した流れを送達するため、４番目の管を追加することが好適かもしれない。２つの独立した空気のソースをカソード領域へ提供し、燃料電池装置内で、および／または燃料電池膜の局所領域における燃料電池電圧を制御するための手段として、流体圧低下がさらに効率的に管理されることも好適かもしれない。また、特定の実施形態においては、同芯管も使用されてよい。
【００４７】
熱回収器
図２を再度参照すると、２つのバーとして示す熱回収器３４は、熱回収のための手段であり、流体管アセンブリの一体化部分として構築されてもよい。熱回収器は、典型的にはシリコンのような熱伝導材で作製され、出口管６４を通過する排出ガスの熱が吸収されて、入口管６０と６２の流入するガス流に移動され得る。
【００４８】
図１に示すように、断熱塊２８内に熱回収器３４を設置することで改善された性能が可能である。この位置において、一体型燃料電池装置と外壁との間の中間で、熱回収器の種々の内部温度が維持され得る。既存の断熱塊内に熱回収器を設置することで、熱回収器の周囲で別の断熱材が削除されるため、全体のシステムサイズも削減される。さらに、熱回収器の熱勾配を、一体型燃料電池装置と外壁との間の既存の熱勾配と合わせることで、熱回収器からの熱損失を減少させる。これは、熱回収器の所与の部分と隣接する断熱塊の間に、あったとしても温度差がほとんど無いからである。
【００４９】
図２に示す並列管配置以外にも熱回収器の種々の手段が可能である。例えば、管中管（ｔｕｂｅ−ｉｎ−ｔｕｂｅ）対向流配置が適切であり、または、機械加工や成型されたマイクロチャンネルによって対向流が可能に形成された薄金属シートのスタックである。熱回収器の物理的配置が、燃料電池装置の等温の（「熱い」）ゾーンと冷たい外壁との間の中間領域内にある限り、多くの他の仕組みが本発明の範囲内に該当する。
【００５０】
低熱伝導流体接続
発明の全体的目標は、ハウジングからの全熱放散を管理することである。１つの特定の要素において、流体入口管と流体出口管の長さに沿った熱の固体伝導の要因となる、管を介する熱損失（Ｑ管）を管理するため、管を介する熱損失が、ａ）管壁材の熱伝導率、ｂ）管に沿った温度降下、およびｃ）管壁材の断面積、の積を、ｄ）管の長さ、で除算することから計算され得る。
【００５１】
小型燃料電池装置システムについては、流体管から許容される最大熱損失は、システム効率を改善するために決定される。その熱損失（Ｑ管）は、管あたり０．１ワット未満に、好ましくは管あたり０．０５ワット未満に、望ましくは維持される。この熱損失値は当業者に公知の実施形態をかなり下回るが、流体接続管がこの臨界値を下回る熱損失で構築されるとき、システム効率は劇的に改善する。表２は、典型的な既知の管材料および設計ならびに臨界熱損失条件を満足するように構築されている本実施形態と共に使用するのに適する代表的な管（実施形態３および４）を示す。
【００５２】
【表１】
2008539560.tif 000003
【００５３】
３３％効率、２ワット燃料電池装置発電機において、燃料電池装置は、６ワット相当の燃料を燃焼するものと考えられ、管あたり０．１ワットの熱損失は全消費パワーの５％のみを表わすものである。５〜３０ワットの大型の燃料電池装置については、増加した量の流体流を扱うため、さらに多くの管か、さらに大きな断面積を有する管が必要かもしれない。各管の熱損失を０．５ワット未満に、好ましくは０．１ワット未満に維持することによって、機器中で燃料として燃焼された全パワーのうち、流体接続による熱損失の割合は、１０％以下、および好ましくは５％以下に維持することができる。
【００５４】
低熱伝導電気接続
発明の別の全体の目標は、電気接続に沿って固体伝導として表される熱損失を削減することである。好適な実施形態において、電線あたりの熱損失の値は、０．５ワット未満であるべきであり、さらに好ましくは約０．１ワット未満である。しかし、線あたり０．１ワット以下の電気的損失は、より高い抵抗とより細い径の線接続の使用を必要とする。表３は、線径、線抵抗、および既知の線についての損失の間の相関と、発明において有用なもの（実施形態３および４）とを示す。線抵抗と、線に沿った熱出力損失との間の逆相関に注意すること。これは金属導電体について典型的である。既知の燃料電池システムについて、スタック出力が典型的に１００ワットを超えており、放散される全体の熱が３００ワットを超過していると、線あたり１ワットの損失は過剰ではない。２０ワット以下の定格の燃料電池装置について、線による熱損失の削減が望まれる。熱損失を制御するためこの発明に採用された方法は、電気抵抗が０．１オームを超過し、好ましくは０．５オームを超過する電気的接続を選択することである。
【００５５】
【表２】
2008539560.tif 000004
【００５６】
表３から、絶縁空間をブリッジする接続線を選択する。ここで線の抵抗が０．５オームを超過することが有利である。しかし、この制約を有して効率的な燃料電池装置を達成するためには、他に、燃料電池装置動作パラメータへの変更と、燃料電池スタックの構成への変更とが必要である。例えば、接続線における抵抗による過剰な電力損失を防ぐため、出力電流は、充分低いレベルに維持されなければならない。従って、本明細書に開示の技術を使用すると、燃料電池電圧を増加することによって、電流は所与の出力レベルに低減され得る。しかし、電圧が追加されるように、個別の燃料電池を直列に接続またはスタックすることによってこの目的は過去において達成された。０．５オームを超過するコネクタワイヤを配置する本発明については、１０ボルトを超える、好ましくは１５ボルトを超えるスタックされた出力電圧が必要とされる。
【００５７】
電圧スタッキングについての１つの方法は、面内スタッキング配置であり、この場合、燃料電池膜層は、１つのセルのアノードがそのすぐ上のセルのカソードに、電気的に接触するように垂直にスタックされる。燃料電池スタックに対する１０ボルトの出力要求であれば、１２から２０の燃料電池膜層が垂直スタックに組み立てられることが必要である。しかし、図１に示した実施形態は、体積効率のため２つの膜層のみを示す。それでもなお、本明細書に開示の面内スタッキングコンセプトを使用して有利な出力電圧が可能である。
【００５８】
図３は、面内スタッキングのコンセプトを示す。面内スタッキングは、アノード、カソード、および電解質を、直列型の電圧接続が作製され得るようにパターン付けする能力が必要である。図３において、燃料電池電解質２３Ａのアノード２２において、隣接する燃料電池電解質２３Ｂの背後に配置されているカソード２４に電気的に接触することが可能となる。相互接続材２５は、アノード２２とカソード２４の間で低抵抗電気接続を可能とする。
図１に示す構造的支持部材も、アノードまたはカソードのいずれかを離散した領域へパターン付けするために有用である。
【００５９】
図１に示す一体型燃料電池装置の小型性と、電気接続が細いゲージワイヤ（直径約１００ミクロン未満）で達成される目標を考えると、嵩張るネジや圧着端子を使用することなくコネクタワイヤを取り付けるための信頼できる方法を提供することも望ましい。１つの実施形態において、細いゲージワイヤは、一体型燃料電池装置と外壁におけるコネクタ片との両方に、高温ろう付け合金によって、または好ましくは熱機械接合（ｔｈｅｒｍｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｂｏｎｄ）のような接合方法によって取り付けられるべきである。
【００６０】
一体型燃料電池装置の等温性
燃料改質器、燃料電池および後部ガスバーナーの全ての機能が、単一のハウジング内へ最小の表面積を有して一体化するとき、固体型燃料電池装置の効率は改善する。また、構成要素間で、熱の効率的な分配または熱エネルギーの共有を可能とする充分な熱伝導率を有してハウジングが設計されるとき、効率は改善する。特に、全体の効率を改善する補足の熱を共有するように後部ガスバーナーが使用されてよい。従って、後部ガスバーナーで生成された熱エネルギーは、燃料電池装置内でさらに高くさらに効率の良い動作温度を維持する。このようにして、装置を加熱したりまたは冷却したりする際の熱的ストレスとコストが削減される。   
【００６１】
さらに、改善された燃料電池効率は、平衡電気化学電位に近いさらに高電圧で燃料電池を動作させることにより可能である。このような動作条件は、比較的低い燃料電池電圧で動作する場合に比べて、より少ない廃熱の生成を示唆する。動作温度を維持するために必要な熱エネルギーの量は、後部ガスバーナーにおいて、あまり利用されていない燃料の燃焼から熱を抽出することで達成可能である。
【００６２】
充分な熱伝導率と燃料電池装置内構成要素間でのほぼ等温動作を維持するために、いくつかの方法が採用され得る。基板材料として使用されるシリコンは、高温における優れた熱電導体である。ガラスまたはセラミック基板は、得られる壁厚が実質的に１００ミクロンを超過し、好ましくは３００ミクロンを超過するという条件では、熱伝導率に基づく適切な材料選択である。ガラス基板の熱伝導率は、ハウジングの外面のような通電されていない領域を覆う金属薄膜の堆積によって高められる。候補の熱伝導金属コーティングには、クロム、金、および白金が含まれる。
【００６３】
システムの実質的等温動作を可能とする手段として、一体型ハウジングを設計することが役立つ。一体型ハウジングは、分離した構成要素（燃料改質器、後部ガスバーナー、および燃料電池膜）が、そのいずれかのペアの間で少なくとも１つの共通の構造的壁を共有するようにしている。この壁は、ハウジングの外壁であってよく、または、形成された内壁であってもよく、例えば個別の基板の接合を介する。
【００６４】
構造的壁を共有することで、または充分に熱伝導率を有する基板を提供することで、動作中、構成要素間で、１５０℃未満までの、好ましくは５０℃未満の任意の温度差を維持することができる。
【００６５】
出力密度
携帯型固体電解質型燃料電池装置を設計するとき、燃料エネルギーを過剰に消費をすることなく、高い運転温度を維持する適切な断熱材の最小の厚みを決定することが重要である。一体型燃料電池装置から放散するであろう熱の量は、その表面積に比例する。従って、５ワット用に設計された一体型燃料電池装置は、２０ワット以上用に設計された一体型燃料電池装置に比べて、その表面の体積に対する比率が非常に高いので、効率的に断熱することは困難となる。
【００６６】
一体型燃料電池装置の出力密度は、重要な設計パラメータである。特に、出力密度は、最終的効率と断熱したパッケージのサイズとに最も影響ある設計パラメータであり得る。一体型燃料電池装置の出力密度は、ワット毎立方センチメートル（Ｗ／ｃｃ）で表され、生成される電気のワット毎にどの程度表面積が露出しているかを決定する。その結果、最終パッケージサイズにおける、一体型燃料電池装置の電力密度の影響は、大きく不釣合いである。例えば、５ワットおよび１ｗ／ｃｃで出力を生成することができる一体型燃料電池装置は、断熱材を含めて６６ｃｃのパッケージサイズを要求するであろう。これに対して、５ワットおよび２ｗ／ｃｃの定格の一体型燃料電池装置は、１７．８ｃｃのみで、パッケージ内で断熱されることが可能である。従って、出力密度の２倍の増加は、熱効率を失うことなく、パッケージサイズにおける３．７倍の減少となる。（この例は、８００℃の温度降下を維持し、０．０４Ｗ／ｍ−Ｋにおける定格のａｅｒｏｇｅｌ（商標）断熱材の使用を仮定する。）
【００６７】
図４は、本発明の別の実施形態を示し、この場合、大型燃料電池装置１０５は、四つの異なる膜層を採用する。燃料電池膜１１４、空気または酸素経路層１４８、または燃料経路層１４７、１４９．１５０、の各層は、全体のスタックが高さ約４．８ｍｍとなるようにいずれも約０．５ｍｍ以下の厚みである。図４は、そのハウジング内に燃料改質器１１０と層１４６の一部として構成された後部ガスバーナー１１２も含む。燃料経路層は、燃料を改質器から運んで各燃料電池膜を通過させ、および／または排気を各燃料電池膜を通過させた後、後部ガスバーナーに運ぶ。図４を使って、全体の一体型燃料電池装置の高さ（４．８ｍｍ）を膜層の数（４）で除算して規定される、膜層間の平均の間隔が計算され得る。従って図４の平均の膜間隔は、約１．２ｍｍである。この場合、出力密度は、各燃料電池層の平均の出力密度（０．４Ｗ／ｃｍ２）を平均の膜間隔で除算することによって得ることができ、約３．３Ｗ／ｃｃの出力密度という結果となる。
【００６８】
一体型燃料電池装置の体積の１立方センチメートルあたり約２ワットを超過する電気エネルギーを可能とする燃料電池スタックの構成が好ましい。２Ｗ／ｃｃを超えて生成する方法で、所与の燃料電池スタックを動作することも望ましい。燃料電池によって生成された出力は、電圧を変更することによって、および燃料電池の温度を変更することによって、制御されることが可能である。比較的大きな燃料電池は、化学エネルギーから電気エネルギーへの変換の効率を高めるため、典型的には最大出力以上の電圧で動作している。１Ｗ／ｃｃ、１．５Ｗ／ｃｃ、または好ましくは２Ｗ／ｃｃを超える出力密度が本発明に含まれる。
【００６９】
約２Ｗ／ｃｃ未満に出力を低下するレベルへ電圧を高めることは、小型システムにおいて実際には全体のシステム効率を低下させる。これは、必要な温度を維持するためには不十分な熱しか生成されないからである。触媒コンバーターまたは後部ガスバーナーを一体化することで、燃料電池出力をいくぶん低下させることが可能である。
【００７０】
１つの主要な出力密度の改善は、膜間の垂直間隔を近づけることで達成される。既存技術における膜間の平均間隔は、２．５〜４ｍｍの範囲である一方、本発明に典型的な膜間の平均的間隔は、約１．５ｍｍ未満であり、１．０ｍｍの値の小ささに近づいている。膜間がより近づく利点は、２つの有利な構造的特徴から得られる。すなわち、ａ）機械的に頑丈な複合膜設計の使用、およびｂ）面内スタッキング（ｉｎ−ｐｌａｎｅ  ｓｔａｃｋｉｎｇ）の使用により可能である構造的に簡単な流路層の使用、である。この実施形態において、有利な使用は、面内燃料電池スタッキングの構築でもなされる。面内燃料電池スタッキングによって、多くの構造的利点が可能となり、これらが一緒に作用して膜間の間隔を減少させ、かつ２Ｗ／ｃｃを優に超える値に出力密度を増加させる。
【００７１】
複合膜構造の使用は、共有の国際公開公報ＷＯ２００５／０３０３７６号に記載されてきた。簡単には、複合膜構造は、強い構造的支持膜と、薄い（＜２μｍ）ＹＳＺ膜層との組み合わせを可能とする。このような構造は、過剰な基板厚みを必要とすることなく熱的サイクルの応力に耐える強度を有し、約０．５ｍｍ以下のシリコンウェハー厚みを使用して達成されることが可能である。同様の複合構造は、熱膨張係数にかかわらず、高密度のセラミック基板、例えばＡｌ２Ｏ３材料から、上記に特定される特許出願にレイアウトされた設計規則に従う程度であれば構築されることが可能である。
【００７２】
公知の層製作技術において、燃料と空気との間でガス流を分離するため、気体不透過性の双極性プレートが必要である。垂直の平面スタックは、１つの膜層のアノードから隣接する層のカソードへの電気的接触を必要とする。しかし、アノードを通過する燃料は、カソード上を流れる空気と混合してはならない。従って導電性双極性プレートが典型的に採用され、これは、層間の電気的接続のみではなく、アノードに至る燃料の経路、カソードに至る空気の経路、およびガス流間の密封した分離にも影響する。
【００７３】
図１に戻って、燃料電池膜１４のカソードが燃料電池膜１６のカソードに直接面するので、流路層においてそのようなガス分離は要求されない。両方の膜層は、同一のガス流を共有し、これら２つの燃料電池層間において電気的接続は必要とされない。従って流路層の設計が簡単化されて、０．３〜０．５ｍｍの範囲の厚みを有する極端に薄い流路層が可能である。
【００７４】
図５は、１つのこのような流路層を示し、図４に示す４層燃料電池スタックに適合する形状を有している。開口１８０は、スタックの一層から上下の層への燃料の垂直通過を提供する。チャンネル１８２は、カソード上の空気の流れを提供する。流路層１４８が２つのカソードに面する層を分離するという程度で、ごく簡単なリブ付の構造が必要であり、これにより、両方の構造的頑丈さをスタックに追加し、かつ、全カソード面上に充分な空気の分配を提供する。
【００７５】
流路層は、シリコンのような硬質材で構成されてよい。この実施形態におけるシリコンの選択は、全膜層と流路層の間で構造材を整合する別の利点を有する。このようにして、このような２つの構造材間の異なる熱膨張係数に関連する応力を避けることができる。
【００７６】
流路層は、機械加工されるかまたは金属材から打ち抜かれ得る。しかし、流路層の熱膨張係数は、膜層における構造材のものと実質的に類似であることが維持されなければならない。薄い金属性流路層は、シリコンから構築された経路層ほど頑丈ではないが、膜層用に採用されたシリコンまたは他のセラミック材料は、充分すぎる頑丈さを提供し、熱サイクルの応力に耐える充分な強度を全体のスタックに提供する。
【００７７】
熱生成／断熱
さらに、約２Ｗ／ｃｃを超える電力出力の維持に加えて、生成された熱が２Ｗ／ｃｃを超えて維持される場合、システム性能とサイズも改善される。小型サイズにおける表面積の急速な増加のために、装置の動作温度を維持するため、充分に高い熱密度を維持することが望ましい。燃料電池装置単独で充分な熱を生成しない場合、１立方センチメートルあたり２Ｗの熱を超過して維持するため、後部ガスバーナーを使用して余剰の燃料を燃焼させることが、効率的な機器の運転のために有利である。機器が、１立方センチメートルあたり２Ｗの熱を超過して運転されるであろうことを確実とすることで、断熱材の厚みを最小化することができ、これにより、既存のバッテリーと競合する機器を製造することができる。
【００７８】
固体電解質型燃料電池システムにおける断熱塊の設計は、固体電解質型燃料電池の効率を改善するための別の領域である。断熱材からの伝導によって損失する廃熱の量を最小化しつつ、外側パッケージとその周囲から高温ハウジングを隔離する機能のため、繊維状セラミックスまたは多孔質セラミックスが利用されてきた。例えば、低熱伝導率を有し、かつ８００℃の運転中に安定して０．０４Ｗ／ｍ−Ｋの低さである、エアロゲル材が利用可能である。
【００７９】
おそらく最も空間効率的な断熱は、特に小型パッケージにおいては真空断熱である。これにより、外壁と、ハウジング内に一体化された内容物を所望の温度に維持する断熱塊とを有する魔法瓶として、燃料電池装置の各部が機能することを可能とする。断熱塊中の全体のガス圧を１００ｍｔｏｒｒ未満に、好ましくは２０ｍｔｏｒｒ未満に、さらに好ましくは１０ｍｍｔｏｒｒ未満に維持することで、ガス相を通じたハウジングから出る伝導による、何らかの熱損失を実質的に除去することが可能である。外壁によって区切られた断熱塊中に、ガス放出口から真空ポンプ用いた真空引きによって、あるいは、真空引きされた雰囲気中で外壁の要素を共にシールする処理を実施することで、部分的真空が形成されてもよい。
【００８０】
真空パッケージの実施形態を利用するとき、エアロゲルのような比較的厚い固体断熱材の使用を止めるとき、ハウジングからの新たなタイプの熱損失が、赤外放射による熱損失の形態で問題となる。ハウジングの表面から放射する赤外放射は、図１に示した断熱パッケージに対して、事実上、主要な熱損失メカニズムとなり得る。
【００８１】
放射による熱損失を削減するため、少なくも三つの方法がある。そのうちのいずれか単独が、または組み合わせて使用され得る。これらは、図１に戻って確認することができる。第１に、一体型燃料電池装置の外面に反射コーティングが塗布され、これにより、赤外放射率と熱い面からの出力損失を削減する。第２に、赤外放射を一体型燃料電池装置に戻す目的のため、真空の外壁３０の内面に沿って放射反射体４０が設置されてもよい。この放射反射体は、外壁３０の内面に堆積された金属製コーティングによって、または真空壁の内面に機械的に取り付けられる金属製もしくは赤外反射性材によって、構築され得る。さらに、一連の並行する赤外反射体が、外壁の熱い面と冷たい面との間に設置されてもよい。
【００８２】
発明は、その精神または本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で具体化されてもよい。従って、先述の実施形態は、すべての点において、本明細書に記載した発明を限定するというよりも、説明のためであると考えられるべきである。従って、発明の範囲は、先述の説明というよりも添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の均等の意味と範囲内となるすべての改変が、その中に包含されることが意図されている。
【００８３】
上記開示の各特許文書と科学刊行物は、参照により本明細書中に事実上一体化される。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
本明細書中の符号への参照は、発明の方法と装置のより良い理解を提供することを意図するものであるが、発明の範囲を特に描写した実施形態に限定する意図ではない。図面は必ずしも寸法どおりではなく、発明の原理を説明する際に代わりに強調が置かれている。各図における類似の参照記号は、典型的には対応する部分を示す。
【図１】発明の例示の実施形態に従った燃料電池装置の断面側面図。
【図２】発明の例示の実施形態に従った、流体接続部および熱回収器を有する燃料電池構成要素の斜視図。
【図３】発明の例示の実施形態に従った燃料電池装置における使用に適した形態に配置された、アノード、カソード、および電解質の概略図。
【図４】発明の例示の実施形態に従った別の燃料電池装置の断面側面図。
【図５】発明の例示の実施形態に従った燃料電池装置での使用に適した流路層の概略図。
【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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【国際調査報告】
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2008539560.tif 000011
2008539560.tif 000012
2008539560.tif 000013
2008539560.tif 000014