(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気の高温電解（ＨＴＥ）のための、または、二酸化炭素ＣＯ２との高温共電解もしくはＳＯＦＣ燃料電池のための、電気および流体のインターコネクタであって、前記電気および流体のインターコネクタは、互いと直交する２つの対称軸（Ｘ、Ｙ）に沿って伸ばされた３つの金属シート（６、７、８）から成り、端の前記金属シートのうちの一方は、個別の電気化学セルのカソードの平面と機械的に接触をするように意図され、前記金属シートのうちの別のものは、隣接する個別の電気化学セルのアノードの平面と機械的に接触するように意図され、ＳＯＥＣ式の前記２つの隣接する個別の電気化学セルの各々は、カソードと、アノードと、前記カソードと前記アノードとの間に挿入される電解質とから形成され、前記電気および流体のインターコネクタでは、
−  中央金属シートとして称される前記３つの金属シート（６、７、８）のうちの１つ（７）は、通路を定めるエンボス加工特徴部（７００）を備えるエンボス加工中央部（７０）を備え、その中央部の周囲において、少なくとも６つのポート（７１、７２、７３、７４、７５、７６）を伴って穿孔され、前記第１から第４のポート（７１〜７４）は、前記軸のうちの一方Ｘに沿う前記中央部の長さの一部に対応する長さにわたって各々延ばされ、前記軸Ｘの両側において対で分配され、前記第５および第６のポート（７５、７６）は、前記軸のうちの他方Ｙに沿う前記中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって各々延ばされ、
−  第１の端金属シートとして称される端の前記金属シートのうちの一方（６）は、中央部（６０）を備える平坦な金属シートであり、前記第１の端金属シートは、その中央部の周囲において、少なくとも６つのポート（６１、６２、６３、６４、６５、６６）を伴って穿孔され、前記第１から第４のポート（６１〜６４）は、前記軸のうちの一方Ｘに沿う前記第１の端金属シートの前記中央部の長さの一部に対応する長さにわたって各々延ばされ、前記軸Ｘの両側において対で分配され、前記第５および第６のポート（６５、６６）は、前記軸のうちの他方Ｙに沿う前記第１の端金属シートの前記中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって各々延ばされ、前記中央部（６０）は、前記軸のうちの他方Ｙに沿う前記第１の端金属シートの前記中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって各々延ばされる少なくとも２つのスリット（６７、６８）を伴って穿孔され、
−  第２の端金属シートとして称される端の前記金属シートのうちの他方（８）は、くり抜かれた中央部（８０）を備える平坦な金属シートであり、その中央部の周囲において、少なくとも６つのポート（８１、８２、８３、８４、８５、８６）を伴って穿孔され、前記第１から第４のポート（８１〜８４）は、前記軸のうちの一方Ｘに沿う前記第２の端金属シートの前記中央部の長さの一部に対応する長さにわたって各々延ばされ、前記軸Ｘの両側において対で分配され、前記第５および第６のポート（８５、８６）は、前記軸のうちの他方Ｙに沿う前記第２の端金属シートの前記中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって各々延ばされ、
−  前記中央金属シート（７）の前記６つのポート（７１、７２、７３、７４、７５、７６）は、互いから離間されて櫛状部を形成する鋼シートの舌部（７１０、７２０．．．）を各々備え、前記ポート（７１〜７６）のうちの１つの縁と舌部（７１０、７２０）との間、または、２つの連続する舌部の間に定められるスリット（７１１、７２１）を各々備え、
−  前記３つの金属シート（６、７、８）は、
・  前記３つの金属シートのうちの１つの前記第１から第６のポート（６１〜６６）の各々が、前記他の２つの金属シートの対応する第１から第６のポート（７１〜７６；  ８１〜８６）のうちの１つと個別にそれぞれ流体連通するように、
・  前記中央金属シート（７）の前記第１のポート（７１）が、前記第１のポート（７１）の舌部（７１０）同士の間の空間（７１１）と、前記エンボス加工特徴部（７００）によって定められる前記通路と、前記中央金属シート（７）の前記第３のポート（７３）の舌部（７３０）同士の間の空間とを介して、前記中央金属シート（７）の前記第３のポート（７３）と流体連通するように、
・  前記中央金属シート（７）の前記第２のポート（７２）が、前記中央金属シート（７）の前記第２のポート（７２）の舌部（７２０）同士の間の空間と、前記エンボス加工特徴部（７００）と前記第１の端金属シート（６）の平坦な前記中央部（６０）との間で画定される内部室（９）と、前記中央金属シート（７）の前記第４のポート（７４）の舌部（７４０）同士の間の空間とを介して、前記中央金属シート（７）の前記第４のポート（７４）と流体連通するように、
・  前記第１の端金属シート（６）の前記第５のポート（６５）および前記第６のポート（６６）が、前記中央金属シート（７）の前記第５のポート（７５）および前記第６のポート（７６）の舌部同士の間の空間をそれぞれ介して、前記第１の端金属シート（６）の前記スリットのうちの一方（６６）および前記スリットのうちの他方（６７）とそれぞれ流体連通するように、
一体に積層および組立される、電気および流体のインターコネクタ。
【請求項２】
−  前記第１の端金属シート（６）は、前記軸のうちの他方Ｙに沿う前記中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって１つまたは複数の延長された第３のスリット（６７’）を追加的に備え、前記第３のスリット（６７’）は、前記第１の端金属シート（６）の他の２つの前記スリット（６７、６８）の間に配置され、
−  前記３つの金属シートは、前記第１の端金属シート（６）の前記延長された第３のスリット（６７’）が前記内部室（９）と流体連通するように一体に組立される、請求項１に記載の電気および流体のインターコネクタ。
【請求項３】
−  前記中央金属シート（７）は、前記軸のうちの他方Ｙに沿う前記中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって１つまたは複数の延長されたスリット（７０１）を追加的に備え、前記スリット（７０１）は、エンボス加工通路（７００）に沿って配置され、
−  前記３つの金属シートは、前記中央金属シート（７）の前記延長されたスリット（７０１）が前記内部室（９）と流体連通するように一体に組立される、請求項１または２に記載の電気および流体のインターコネクタ。
【請求項４】
−  前記中央金属シート（７）は、前記軸のうちの他方Ｙに沿う前記中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって１つまたは複数の延長されたスリット（７０２）を追加的に備え、前記スリット（７０１）は、エンボス加工通路（７００）に対して横断して配置され、
−  前記３つの金属シートは、前記中央金属シート（７）の前記延長されたスリット（７０２）が前記内部室（９）と流体連通するように一体に組立される、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気および流体のインターコネクタ。
【請求項５】
前記３つの金属シートは、溶接によって、または、ロウ付けによって一体に組立される、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気および流体のインターコネクタ。
【請求項６】
前記３つの金属シートは、各々の流体連通の周りで個別に近い溶接線（ｌｓ１、ｌｓ２、ｌｓ３）によって一体に組立される、請求項５に記載の電気および流体のインターコネクタ。
【請求項７】
前記３つの金属シートは、１４から２４％のクロムを含むフェライト鋼から作られる、請求項１から６のいずれか一項に記載の電気および流体のインターコネクタ。
【請求項８】
前記中央金属シート（７）の前記第２のポート（７２）の前記舌部（７２０）と、前記中央金属シート（７）の前記第４のポート（７４）の前記舌部（７４０）とは、それらの長さの少なくとも一部にわたってエンボス加工され、それらのエンボス加工された特徴部は、前記第１の端金属シート（６）の周囲部によって支持される、請求項１から７のいずれか一項に記載の電気および流体のインターコネクタ。
【請求項９】
前記３つの金属シート（６、７、８）は、それらの周囲において、固定ロッドを収めるのに適する追加のポート（６９、７９、８９）を伴って穿孔される、請求項１から８のいずれか一項に記載の電気および流体のインターコネクタ。
【請求項１０】
カソード（２．１、２．２など）、アノード（４．１、４．２）、および、前記カソードと前記アノードとの間に挿入される電解質（３．１、３．２）から各々形成される個別の固体酸化物型電気化学セル（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）と、２つの隣接する個別のセルの間で、前記第１の端金属シート（６）が、前記２つの個別のセルのうちの一方（Ｃ１）の前記カソード（２．１）と電気的に接触し、前記中央金属シート（７）の前記エンボス加工特徴部（７００）が前記２つの個別のセルのうちの他方（Ｃ２）の前記アノード（４．２）と電気的に接触している状態で各々配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載の複数の電気および流体のインターコネクタ（５）とのスタックを備える電解または共電解の反応器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電解反応器の作動のためのプロセスであって、
−  前記第１のポート（６１、７１、８１）に、空気および／または酸素（Ｏ２）などの排出ガスが供給され、同時に、前記第２のポート（６２、７２、８２）に、熱を除去または導入することができる熱交換ガスが供給され、前記熱交換ガスは水素に対して化学的に中性であり、
−  前記第５のポート（６５、７５、８５）に蒸気および／または水素が供給され、
−  前記蒸気の電解によって生成される水素が、および適切な場合、前記蒸気と、前記第１の端金属シート（６）の前記第３のスリット（６７’）によって導入される前記熱交換ガスとの共電解によって生成されるガスが、前記第６のポート（６６、７６、８６）において回収され、同時に、前記熱交換ガスは前記第４のポート（６４、７４、８４）において回収され、同時に、前記蒸気の前記電解によって、および適切な場合、前記共電解によって、生成される酸素が、前記第３のポート（６３、７３、８３）において回収される、電解反応器の作動のためのプロセス。
【請求項１２】
請求項１０に記載の電解反応器の作動のためのプロセスであって、
−  前記第１のポート（６１、７１、８１）に、空気および／または酸素（Ｏ２）などの排出ガスが供給され、同時に、前記第２のポート（６２、７２、８２）に、熱を除去または導入することができる熱交換ガスが供給され、前記熱交換ガスは酸素に対して化学的に中性であり、
−  前記第５のポート（６５、７５、８５）に蒸気および／または水素が供給され、
−  前記蒸気の電解によって生成される水素が、および適切な場合、前記蒸気と、前記中央金属シート（７）の前記延長されたスリット（７０１、７０２）によって導入される前記熱交換ガスとの共電解によって生成されるガスが、前記第６のポート（６６、７６、８６）において回収され、同時に、前記熱交換ガスは前記第４のポート（６４、７４、８４）において回収され、同時に、前記蒸気の前記電解によって、および適切な場合、前記共電解によって生成される酸素が、前記第３のポート（６３、７３、８３）において回収される、電解反応器の作動のためのプロセス。
【請求項１３】
前記熱交換ガスは、前記第３のスリットによって導入され、上流で生成される水素と、または、上流で生成される水素および一酸化炭素のそれぞれと混合され、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、蒸気（Ｈ２Ｏ）、またはこれらの混合物から選択される、請求項１１または１２に記載の電解反応器の作動のためのプロセス。
【請求項１４】
熱交換ガスとしての前記二酸化炭素は、前記蒸気、および、第１の上流領域から生成される水素と混合される、請求項１３に記載の電解反応器の作動のためのプロセス。
【請求項１５】
前記熱交換ガスは、前記第３のスリットによって導入され、第２の領域の上流で生成される酸素および前記排出ガスと混合され、空気、酸素（Ｏ２）、またはこれらの混合物から選択される、請求項１１または１２に記載の電解反応器の作動のためのプロセス。
【請求項１６】
発熱モードにおける作動条件が、前記電解に対して、または、前記個別のセルの前記カソードにおける前記蒸気の前記共電解のそれぞれに対して定められ、前記電解またはそれぞれの前記共電解によって発せられる熱は、前記熱交換ガスによって除去される、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の電解反応器の作動のためのプロセス。
【請求項１７】
吸熱モードにおける作動条件が、前記電解に対して、または、前記個別のセルの前記カソードにおける前記蒸気の前記共電解のそれぞれに対して定められ、前記電解またはそれぞれの前記共電解によって吸収される熱は、前記熱交換ガスによって寄与される、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の電解反応器の作動のためのプロセス。
【請求項１８】
アノード（２．１、２．２など）、カソード（４．１、４．２）、および、前記カソードと前記アノードとの間に挿入される電解質（３．１、３．２）から各々形成される個別の固体酸化物型電気化学セル（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）と、２つの隣接する個別のセルの間で、前記第１の端金属シート（６）が、前記２つの個別のセルのうちの一方（Ｃ１）の前記アノード（２．１）と電気的に接触し、前記中央金属シート（７）の前記エンボス加工特徴部（７００）が前記２つの個別のセルのうちの他方（Ｃ２）の前記カソード（４．２）と電気的に接触している状態で各々配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載の複数の電気および流体のインターコネクタ（５）とのスタックを備える燃料電池（ＳＯＦＣ）。
【請求項１９】
請求項１８に記載の燃料電池（ＳＯＦＣ）の作動のためのプロセスであって、
−  前記第１のポート（６１、７１、８１）に空気および／または酸素が供給され、同時に、前記第２のポート（６２、７２、８２）に、熱を除去することができる熱交換ガスが供給され、前記熱交換ガスはさらに燃料であり、
−  前記第５のポート（６５、７５、８５）に燃料が供給され、
−  生成される水が、および適切な場合、余剰の燃料が、および適切な場合、前記端金属シート（６）の前記第３のスリット（６７’）によって導入される前記熱交換ガスが、前記第６のポート（６６、７６、８６）において回収され、同時に、前記熱交換ガスは前記第４のポート（６４、７４、８４）において回収され、同時に、前記空気および／または前記酸素は前記第３のポート（６３、７３、８３）において回収される、作動のためのプロセス。
【請求項２０】
請求項１８に記載の燃料電池（ＳＯＦＣ）の作動のためのプロセスであって、
−  前記第１のポート（６１、７１、８１）に空気および／または酸素が供給され、同時に、前記第２のポート（６２、７２、８２）に、熱を除去することができる熱交換ガスが供給され、前記熱交換ガスはさらに酸化剤であり、
−  前記第５のポート（６５、７５、８５）に燃料が供給され、
−  生成される水が、および適切な場合、余剰の燃料が、および適切な場合、前記中央金属シート（７）の前記スリット（７０１、７０２）によって導入される前記熱交換ガスが、前記第６のポート（６６、７６、８６）において回収され、同時に、前記熱交換ガスは前記第４のポート（６４、７４、８４）において回収され、同時に、前記空気および／または前記酸素は前記第３のポート（６３、７３、８３）において回収される、作動のためのプロセス。
【請求項２１】
前記熱交換ガスは、前記第３のスリットによって導入され、上流で生成される水および／または二酸化炭素（ＣＯ２）と混合され、および適切な場合、前記余剰の燃料と混合され、水素（Ｈ２）、蒸気（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、一酸化炭素（ＣＯ）、またはこれらの混合物から選択される、請求項１９または２０に記載の作動プロセス。
【請求項２２】
前記熱交換ガスは、前記第３のスリットによって導入され、空気、および／または、第２の領域の上流側から生じる酸素（Ｏ２）と混合され、空気、酸素の枯渇されていない空気、酸素、またはこれらの混合物から選択される、請求項１９または２０に記載の作動プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水または二酸化炭素ＣＯ２の高温電解（高温電解についてはＨＴＥ、または、高温水蒸気電解についてはＨＴＳＥ）の、および、高温におけることも含む、二酸化炭素ＣＯ２との水の共電解の、分野に関する。
【０００２】
本発明は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の分野にも関する。
【０００３】
本発明は、より詳細には、別々の熱交換回路が組み込まれている個別の電気化学セルのスタックを備える高温電解もしくは共電解（ＨＴＥ）の反応炉またはＳＯＦＣ電池内の電気および流体のインターコネクタの新規の生成に関する。
【０００４】
インターコネクタ、さらには、インターコネクションプレートとしても知られている電気および流体のインターコネクションデバイスは、電気の観点から、ＨＴＥ反応炉のスタックにおける各々個別の電気化学セルまたはＳＯＦＣ電池の直列の連結で、および、流体の観点から、並列の連結で、インターコネクタを提供し、したがって、個別のセルの各々の生成物を合わせることが、ここでは明示されている。したがって、インターコネクタは、電流を導入および回収する機能を提供し、ガスの循環（分配および／または回収）のための区画室を画定する。
【背景技術】
【０００５】
水の電解を実行するために、その電解を、典型的には６００℃から９５０℃の間である高温で実行することが有利であるが、これは、反応に必要なエネルギーの一部が、電気より安価である熱としてもたらすことができ、反応の活性化が高温においてより効果的であり、触媒を必要としないためである。
【０００６】
高温で電解を実行するために、互いと重ね合わされた３つのアノード／電解質／カソードの層と、バイポーラプレートまたはインターコネクタとしても知られている金属合金から作られたインターコネクションプレートとから成る個別の固体酸化物型電解セルを各々備える個別のユニットのスタックから成るＳＯＥＣ（固体酸化物型電解セル）式の電解槽を使用することが知られている。固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、同じ種類の個別のユニットのスタックから成る。
【０００７】
インターコネクタの役割は、各々個別のセルの近傍で、電流の通過とガスの循環との両方を提供すること（ＨＴＥ電解槽における蒸気の注入、水素および酸素の抽出、ＳＯＦＣ電池における水素を含む空気および燃料の注入、水の抽出）、ならびに、個別のセルのアノードおよびカソードの側においてそれぞれガスの循環のための区画室であるアノード室とカソード室とを分離することである。
【０００８】
高温蒸気電解ＨＴＥを実行するために、蒸気Ｈ２Ｏがカソード室へと注入される。セルに加えられる電流の影響の下で、蒸気の形態での水分子の解離が水素電極（カソード）と電解質との間の界面において実行され、この解離は、分子の水素Ｈ２ガスと酸素イオンとを生成する。分子の水素は回収され、水素室出口で放出される。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）との間の界面において分子の酸素を提供するために再結合する。空気などの排出ガスは、アノードにおいて循環でき、したがって、アノードにおいてガスの形態で発生させられた酸素を回収できる。
【０００９】
ＳＯＦＣ燃料電池の作動を確保するために、空気（酸素）がセルのカソード室へと注入され、水素がアノード室へと注入される。空気の酸素はＯ２−イオンを提供するために解離することになる。これらのイオンは、水素を酸化するために、および、電気の同時の生成を伴って水を形成するために、カソードの電解質においてアノードに向かって移動する。ＳＯＦＣ電池では、ＳＯＥＣ電解においてのように、蒸気がＨ２室において得られる。
【００１０】
ＨＴＥ電解槽についての作動条件がＳＯＦＣ燃料電池の作動条件と非常に似ているため、同じ技術的制約、すなわち、主には、様々な温度における機械的強度、異なる材料（セラミックおよび金属合金）のスタックの熱サイクル、アノード室とカソード室との間の耐漏洩性の維持、金属インターコネクタの劣化への耐性、ならびに、スタックの様々な境界面における抵抗損の最小化に直面させられる。
【００１１】
重要な制約は熱作動条件をできるだけ最良に維持することであり、燃料電池（ＳＯＦＣ）の熱作動条件内では、全体の反応が発熱であり、電解槽（ＨＴＥ）の熱作動条件内では、全体の反応は、作動ポテンシャルに依存して、発熱または吸熱のいずれかであり得る。
【００１２】
具体的には、ＨＴＥ電解槽の発熱反応について、電解槽の定常状態を提供するために、生成される熱を除去することが必要である。したがって、熱の除去は、電解槽から出るガスによって、または、縁を通じた放射によってのいずれかで起こる。
【００１３】
一部のすでに十分に試みられた電解槽では、この除去された熱は、電解槽の上流に位置決めされた外部交換器における熱交換によって、流入するガスを加熱するために使用される。
【００１４】
実際は、電解槽の内部要素、具体的には個別のセルは、少なくとも部分的にセラミックから作られ、したがって、これらの要素は、温度勾配に非常に敏感であり、熱衝撃、すなわち、典型的には５０℃を超える大きな温度差に耐えることができない。したがって、これは、流入するガスの温度と、アノード室およびカソード室から流出するガスの温度との間の温度における差を、典型的には５０℃以下の値まで、できる限り小さくすることを暗示している。
【００１５】
さらに、電解槽の寿命と満足できる作動とを確保するために、できるだけ均一である電解槽内の温度の分布を提供することが好ましい。目標は、典型的には、スタック全体で１０℃を超える変化のない温度とすることである。
【００１６】
先に述べたようなこれらの熱衝撃を防止するために、熱交換器が電解槽の上流で用いられる。実際は、電解槽の出口と交換器の入口との間の不可避的な熱損失と、交換器の狭窄との結果として、流入するガスの温度と流出するガスの温度との間には少なくとも５０℃の差がある。
【００１７】
したがって、これは、流入するガスに必要とされる温度より大きい流出するガスの温度を有することを、必要とする。実際は、流入するガスと流出するガスとの間の温度におけるこの差は、電解槽において均一な温度を求めることにとって好ましくない。
【００１８】
また、このより高い温度は、個別のセルの機械的強度にとって有害である。したがって、これは、７００℃の温度を超える特有の材料の選択を必要とし、適切な材料は少なく、その材料のコスト価格は高い。
【００１９】
さらに、アノードからとカソードからとの両方で生じるガスに関して熱が回収されるため、高温段を伴う２つの交換器が必要とされる。電解槽と交換器との間の高温の連結の存在も、交換器に関する介在および維持のコストおよび難しさを増加させている。
【００２０】
最後に、全体の装備が、大きさおよび重量の増加したものとなる。
【００２１】
これらの欠点を克服するために、出願の企業は、特許出願ＷＯ２００９／０４０３３５において、各々のインターコネクタ内での熱交換器の組み込みを提供しており、提供される熱交換流体の回路は蒸気の回路である。したがって、提供された交換器であれば、蒸気は、適切な電解反応に向けてカソードと接触する前にインターコネクタの内部を通過し、そのため前もって加熱される。
【００２２】
提供された解決策は、すでに提供されている最先端による解決策と比較して、電解槽の作動を向上することを可能にするが、以下に列記できる数多くの欠点を呈する。
【００２３】
最初に、排出ガスとしてアノードにおいて注入される熱交換流体が、ギャッププレートにおける通過の後に水だけとなり、空気となり得ない。具体的には、熱交換流体が耐漏洩性を作り出すために用いられる必要もあるという事実のため、生成される水素Ｈ２と生成される酸素Ｏ２との間のあらゆる混合を防止するために、あらゆる場所で反応生成物に対して過剰な圧力で、蒸気Ｈ２Ｏを注入することが必要である。
【００２４】
次に、インターコネクタが、ＨＴＥ電解槽のために提供されている交換器と共に使用されるとき、反応器の入口から熱交換流体は反応ガス（蒸気）でもあるという事実のため、熱条件と、変換の度合い、すなわち、反応（水素を提供するための蒸気）の進行の度合いとが、結び付けられているということを暗示している。別の言い方をすれば、反応器に注入される反応ガスの流量を変更することで、熱作動条件が影響される場合、結果的に変換の度合いも影響される。
【００２５】
したがって、これは、インターコネクタがＷＯ２００９／０４０３３５に従うような交換器を組み込むＨＴＥ電解槽の使用の融通性にとって、有害である。
【００２６】
同様に、ＷＯ２００９／０４０３３５によって提供される交換器を伴うインターコネクタは２つのエンボス加工された板から作られており、これは、まさしくその板の浮き彫りのため、実現するのが困難な耐漏洩性の挙動を暗示している。
【００２７】
ＳＯＦＣ燃料電池では、反応は概して大きい発熱である。燃料の使用の速さを阻害することなくスタックにおける温度勾配を制限するために、調節のための唯一可能な変数は空気流量であり、したがって、空気流量は電気化学反応の要件に対して概して増加される。これは、燃料電池の上流で圧縮される空気の量を増加することが必要であるため、収率を損なうことになる。
【００２８】
さらにＳＯＦＣ燃料電池として、スタック内に組み込まれている熱システムが、すでに提供されている。特許出願ＧＢ２１５１８４０Ａで提供されている熱システムが言及でき、その熱システムでは、板によって支持されたコイル状の冷却管の列が、スタック内の各々に挿入されることになる。提供されているシステムがＳＯＦＣ電池の小型化にとって有害であるという事実を除いて、開示されている冷却は、提供されている管の列が、インターコネクタと個別のセルとから各々成る２つの連続する個別のユニットの間に挿入されず、スタックにおける５つのユニットごとだけに挿入されるため、均一とはならない可能性がある。
【００２９】
さらに、プロトン交換膜（Ｐｒｏｔｏｎ−Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ）の頭文字ＰＥＭにおいて概して知られている酸膜の電解の分野では、特許出願ＤＥ１００１５３６０Ａ１が知られており、これは、２つのエンボス加工された板を備えるインターコネクタ内に熱交換液体を備える交換器の組み込みのために適用されている。
【００３０】
交換器を伴うこのようなインターコネクタは、熱交換液体としても、熱交換液体の回路のシールシリコンとしても、ＨＴＥ／ＳＯＦＣにおける高温に耐えることができないため、ＨＴＥまたはＳＰＦＣの用途について想定できない。
【００３１】
また、ＷＯ２００９／０４０３３５によって提供される交換器を伴うインターコネクタについてのように、この出願によるインターコネクタは、２つのエンボス加工された板を用いて製作され、これは、耐漏洩性の挙動を実現することを難しくする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３２】
【特許文献１】ＷＯ２００９／０４０３３５
【特許文献２】ＧＢ２１５１８４０Ａ
【特許文献３】ＤＥ１００１５３６０Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
具体的には、ＨＴＥ電解槽とＳＯＦＣ燃料電池とを切り離すために、すなわち、ＨＴＥ電解槽およびＳＯＦＣ燃料電池を反応ガスの変換の度合いから独立させるために（ＨＴＥについては蒸気、ＳＯＦＣ電池については酸素および燃料）、上流での大きな空気流量の圧縮の必要性から免れるために、ならびに、インターコネクタのエンボス加工された板の浮き彫りの結果として耐漏洩性の挙動を阻害しないために、または、ＨＴＥ電解槽またはＳＯＦＣ電池の小型化を阻害しないために、ＨＴＥ電解槽の作動条件およびＳＯＦＣ燃料電池の作動条件の維持を改善する要求がある。
【００３４】
本発明の１つの目的は、この要求を少なくとも一部で満たすことである。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
これを行うために本発明は、第１の代替によれば、その態様のうちの１つの下で、カソード、アノード、および、カソードとアノードとの間に挿入される電解質から各々形成されるＳＯＥＣの種類の個別の電解セルと、２つの隣接する個別のセルの間で、それ自体の面のうちの一方が、２つの個別のセルのうちの一方のアノードと電気的に接触し、それ自体の面のうちの他方が２つの個別のセルのうちの他方のカソードと電気的に接触している状態で各々配置される複数の電気および流体のインターコネクタとのスタックを備える反応器で実行される、蒸気Ｈ２Ｏの高温電解のための、それぞれ二酸化炭素（ＣＯ２）の高温電解のための、または、それぞれ二酸化炭素（ＣＯ２）との高温共電解のための、プロセスに関する。本発明の第１の代替によれば、以下の段階が同時に実行される。
【００３６】
ａ／  蒸気が、二酸化炭素ＣＯ２がそれぞれ、または蒸気と混合される蒸気ＣＯ２がそれぞれ、供給および分配され、生成される水素（Ｈ２）が、生成される一酸化炭素（ＣＯ）がそれぞれ、または生成される水素および一酸化炭素ＣＯがそれぞれ、および適切な場合、余剰における蒸気が、二酸化炭素ＣＯ２がそれぞれ、または蒸気および二酸化炭素ＣＯ２がそれぞれ、個別のセルの各々のカソードにおいて回収される。
【００３７】
ｂ／  空気などの排出ガスが供給および分配され、排出ガスおよび生成される酸素（Ｏ２）は、個別のセルの各々のアノードにおいて回収される。
【００３８】
ｃ／  熱を導入または除去できる熱交換ガスが、各々の個別のセルにおいて、各々のインターコネクタ内で供給および分配される。
【００３９】
段階ｃ／は、排出ガスの回路および生成される酸素Ｏ２の回路と別の、生成されるＨ２の回路と別の、生成される一酸化炭素の回路とそれぞれ別の、または、生成される水素および一酸化炭素の回路とそれぞれ別の、回路における反応器の入口から、反応器の出口まで、または、反応器の出口の上流の少なくとも１つの第１の領域までのいずれかで実行され、熱交換ガスは、上流で生成される水素と、上流で生成される一酸化炭素とそれぞれ、または、上流で生成される水素および一酸化炭素とそれぞれ、ならびに適切な場合、余剰での蒸気と、二酸化炭素ＣＯ２とそれぞれ、または蒸気および二酸化炭素ＣＯ２とそれぞれ、熱交換ガスが生成される酸素および排出ガスと混合される反応器の出口の上流の少なくとも１つの第２の領域まで、または、少なくとも第１の上流領域と第２の上流領域との両方まで、混合される。
【００４０】
一実施形態によれば、熱交換ガスが水素および酸素に対して化学的に中性であるとき、段階ｃ／は、反応器の出口まで、または、第１の上流領域および／もしくは第２の上流領域までのいずれかで、実行され得る。
【００４１】
別の実施形態によれば、熱交換ガスが水素と反応しないとき、段階ｃ／は、反応器の出口まで、または、第１の上流領域までだけのいずれかで、実行され得る。
【００４２】
別の実施形態によれば、熱交換ガスが酸素と反応しないとき、段階ｃ／は、反応器の出口まで、または、第２の上流領域までだけのいずれかで、実行され得る。
【００４３】
代替の実施形態によれば、熱交換ガスは、上流で生成される水素と、上流で生成される一酸化炭素とそれぞれ、または、第１の領域の上流で生成される水素および一酸化炭素とそれぞれ、混合されるとき、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、蒸気（Ｈ２Ｏ）、またはこれらの混合物から選択され得る。
【００４４】
この他の代替の形態によれば、プロセスは共電解プロセスであり、熱交換ガスとしての二酸化炭素は、蒸気、および、第１の上流領域から生成される水素と混合される。
【００４５】
他の代替の実施形態によれば、熱交換ガスは、第２の領域の上流で生成される酸素および排出ガスと混合されるとき、空気、酸素（Ｏ２）、またはこれらの混合物から選択され得る。
【００４６】
一実施形態によれば、発熱モードにおける作動条件が、電解に対して、または、個別のセルのカソードにおける蒸気の共電解に対してそれぞれ、定められ、電解またはそれぞれ共電解によって発せられる熱は、熱交換ガスによって除去される。
【００４７】
他の実施形態によれば、吸熱モードにおける作動条件が、電解に対して、または、個別のセルのカソードにおける蒸気の共電解に対してそれぞれ定められ、電解またはそれぞれ共電解によって吸収される熱は、熱交換ガスによって寄与される。
【００４８】
本発明は、第２の代替により、カソードとアノードとの間に挿入される個別の電気化学セルと、２つの隣接する個別のセルの間で、それ自体の面のうちの一方が、２つの個別のセルのうちの一方のアノードと電気的に接触し、それ自体の面のうちの他方が２つの個別のセルのうちの他方のカソードと電気的に接触している状態で各々配置される複数の電気および流体のインターコネクタとのスタックを備える固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）において実行される電気の高温生成のためのプロセスに関する。
【００４９】
第２の代替によれば、以下の段階が同時に実行される。
【００５０】
ａ１／  空気および／または酸素（Ｏ２）が供給および分配され、余剰の空気および／または酸素（Ｏ２）が個別のセルの各々のカソードにおいて回収される。
【００５１】
ｂ１／  燃料が供給および分配され、生成される水および／または二酸化炭素（ＣＯ２）が、ならびに適切な場合、余剰の燃料が、個別のセルの各々のアノードで回収される。
【００５２】
ｃ１／  各々個別のセルで生成される熱を除去することができる熱交換ガスが、各々の個別のインターコネクタ内で供給および分配される。
【００５３】
段階ｃ１／は、生成される水の回路および／または二酸化炭素（ＣＯ２）の回路と別の、ならびに適切な場合、余剰の燃料の回路と別の、空気の回路および／または酸素（Ｏ２）の回路と別の、回路において、反応器の出口まで、熱交換ガスが、上流で生成される水および／もしくは二酸化炭素（ＣＯ２）と混合され、ならびに適切な場合、余剰の燃料と混合される反応器の出口の上流の少なくとも１つの第１の領域まで、または、熱交換ガスが、上流から生じる空気および／もしくは酸素（Ｏ２）と混合される反応器の出口の上流の少なくとも１つの第２の領域までのいずれかで、実行される。
【００５４】
一実施形態によれば、熱交換ガスが燃料であるとき、段階ｃ１／は、反応器の出口まで、または、第１の上流領域までだけのいずれかで、実行され得る。この実施形態によれば、および、代替の実施形態によれば、熱交換ガスは、上流で生成される水および／または二酸化炭素（ＣＯ２）と混合され、ならびに適切な場合、前記余剰の燃料と混合されるとき、水素、蒸気（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、一酸化炭素（ＣＯ）、またはこれらの混合物から選択される。
【００５５】
別の実施形態によれば、ガスが酸化剤であるとき、段階ｃ１／は、反応器の出口まで、または、第２の上流領域までだけのいずれかで、実行され得る。この他の実施形態によれば、および、代替の実施形態によれば、熱交換ガスは、空気、および／または、第２の領域の上流側から生じる酸素（Ｏ２）と混合され、空気、酸素の枯渇されていない空気、酸素、またはこれらの混合物から選択され得る。
【００５６】
別の言い方をすれば、本発明によるプロセスは、アノードまたはカソードの入口において熱交換流体を導入することが望まれないため、反応ガスの回路、または、個別のセルのスタックのアノードまたはカソードと接触する排出ガスの回路の各々と別の、ＨＴＥ電解槽またはＳＯＦＣ燃料電池のためのインターコネクタ内に組み込まれる熱交換流体回路を提供することに本質的にある。
【００５７】
したがって、ＨＴＥおよびＳＯＦＣ電池についての発熱、または、ＳＯＦＣ電池に関するＨＴＥについての吸熱のいずれかである作動条件を、特にはＳＯＦＣ電池について電流のないとき、これが目標の変換の度合いに必ずしも影響することなく維持するために、熱交換流体の流量および温度をできるだけ最良に調節することが可能である。
【００５８】
目標の反応を、つまり、水を提供するための燃料の酸化による蒸気の電解または共電解と電気の生成とをそれぞれ、最適化するために、熱交換流体を、要求通りに、ＨＴＥ反応器またはＳＯＦＣ電池の出口の上流の１つの領域またはいくつかの領域へと注入するために、反応ガスである熱交換流を有利に選択することは、まったく同じに可能である。したがって、ＨＴＥ電解槽内の温度を過度に大幅に低下または上昇させることなく、水素を提供するために変換の度合いを増加することが、有利に可能である。スタックにおける異なる個別のセルの熱交換器注入は、すべての個別のセルの劣化の間で有利であり得る異なる流量を伴って、セルに反応ガスを供給することを可能にできる。
【００５９】
本発明は、その態様のうちの別のものの下で、蒸気の高温電解（ＨＴＥ）、二酸化炭素ＣＯ２との高温共電解、またはＳＯＦＣ燃料電池のための、電気および流体のインターコネクタを形成するデバイスにも関し、デバイスは、互いと直交する２つの対称軸（Ｘ、Ｙ）に沿って伸ばされた３つの金属シートから成り、端の金属シートのうちの一方は、個別の電気化学セルのカソードの平面と機械的に接触をするように意図され、金属シートのうちの別のものは、隣接する個別の電気化学セルのアノードの平面と機械的に接触するように意図され、ＳＯＥＣ式の２つの隣接する個別の電気化学セルの各々は、カソードと、アノードと、カソードとアノードとの間に挿入される電解質とから形成される。
【００６０】
本発明によるこのデバイスでは、
−  中央金属シートとして称される３つの金属シートのうちの１つは、通路を定めるエンボス加工特徴部を備えるエンボス加工中央部を備え、その中央部の周囲において、少なくとも６つのポートを伴って穿孔され、第１から第４のポートは、軸のうちの一方Ｘに沿う中央部の長さの一部に対応する長さにわたって各々延ばされ、軸Ｘの両側において対で分配され、第５および第６のポートは、軸のうちの他方Ｙに沿う中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって各々延ばされ、
−  第１の端金属シートとして称される端の金属シートのうちの一方は、中央部を備える平坦な金属シートであり、第１の端金属シートは、その中央部の周囲において、少なくとも６つのポートを伴って穿孔され、第１から第４のポートは、軸のうちの一方Ｘに沿う第１の端金属シートの中央部の長さの一部に対応する長さにわたって各々延ばされ、軸Ｘの両側において対で分配され、第５および第６のポートは、軸のうちの他方Ｙに沿う第１の端金属シートの中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって各々延ばされ、中央部は、軸のうちの他方Ｙに沿う第１の端金属シートの中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって各々延ばされる少なくとも２つのスリットを伴って穿孔され、
−  第２の端金属シートとして称される端の金属シートのうちの他方は、くり抜かれた中央部を備える平坦な金属シートであり、その中央部の周囲において、少なくとも６つのポートを伴って穿孔され、第１から第４のポートは、軸のうちの一方Ｘに沿う第２の端金属シートの中央部の長さの一部に対応する長さにわたって各々延ばされ、軸Ｘの両側において対で分配され、第５および第６のポートは、軸のうちの他方Ｙに沿う第２の端金属シートの中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって各々延ばされ、
−  中央金属シートの６つのポートは、互いから離間されて櫛状部を形成する鋼シートの舌部を各々備え、ポートのうちの１つの縁と舌部との間、または、２つの連続する舌部の間に定められるスリットを各々備える。
【００６１】
本発明によるインターコネクタでは、３つの金属シートは、
・  ３つの金属シートのうちの１つの第１から第６のポートの各々が、他の２つの金属シートの対応する第１から第６のポートのうちの１つと個別にそれぞれ流体連通するように、
・  中央金属シートの第１のポートが、第１のポートの舌部同士の間の空間と、エンボス加工特徴部によって定められる通路と、中央金属シートの第３のポートの舌部同士の間の空間とを介して、中央金属シートの第３のポートと流体連通するように、
・  中央金属シートの第２のポートが、中央金属シートの第２のポートの舌部同士の間の空間と、エンボス加工特徴部と第１の端金属シートの平坦な中央部との間で画定される内部室と、中央金属シートの第４のポートの舌部同士の間の空間とを介して、中央金属シートの第４のポートと流体連通するように、
・  第１の端金属シートの第５のポートおよび第６のポートが、中央金属シートの第５のポートおよび第６のポートの舌部同士の間の空間をそれぞれ介して、第１の端金属シートのスリットのうちの一方およびスリットのうちの他方とそれぞれ流体連通するように、
一体に積層および組立される。
【００６２】
「ポート」は、ここでは、本発明の背景において、金属シートの両側において現れる孔を意味すると理解される。
【００６３】
燃料電池ＳＯＦＣにおいてとＨＴＥ電解槽においてとの両方で使用され得るこのようなインターコネクタのおかげで、反応器の入口から、反応ガスの回路および排出ガスの回路とは別に熱交換流体を循環させることが、可能であり、これは、ＳＯＦＣ電池の発熱作動条件と、ＨＴＥ電解槽の発熱または吸熱のいずれかの作動条件とをできるだけ最良に維持することを可能にする。
【００６４】
本発明によるインターコネクタでは、典型的には８００℃において、高温に対するシールの耐性に寄与するものである端金属シートは平坦であり、すべての浮き彫りは、中央金属シートにおけるエンボス加工によって生成される。したがって、本発明によれば、交換器は、マニホールド（ガスを導入および回収するためのポート）と電気化学セルとの間でインターコネクタにおける平坦な領域を保証しつつ、薄いインターコネクタ内に実際に組み込まれ、これは、高温に対するガラスシールの耐性を促進することを可能にする。
【００６５】
２つの端金属シートが平坦であるという事実は、剛性の問題、または、Ｏ２側におけるガスの通路の高さの問題について、必要な場合、電気接触の剛性を変えることなく、それらの端金属シートの厚さを変えること想定することを可能にする。別の言い方をすれば、供給および／またはコストの観点で有利でもあるこれらの端金属シートの薄化を実行することを可能にする。
【００６６】
最後に、個別の電気化学セルの位置に従って、例えば、スタックの中心において大きい流量で、縁において小さい流量といった、熱交換流体の流量を変えることが必要である可能性があり、これは、熱交換流体のための通路の舌部の数を調節することで容易に行われ得る。
【００６７】
第１の有利な実施形態によれば、
−  第１の端金属シートは、軸のうちの他方Ｙに沿う中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって１つまたは複数の延長された第３のスリットを追加的に備え、第３のスリットは、第１の端金属シートの他の２つのスリットの間に配置され、
−  ３つの金属シートは、第１の端金属シートの延長された第３のスリットが内部室と流体連通するように一体に組立される。
【００６８】
第２の有利な実施形態によれば、
−  中央金属シートは、軸のうちの他方Ｙに沿う中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって１つまたは複数の延長されたスリットを追加的に備え、スリットは、エンボス加工通路に沿って配置され、
−  ３つの金属シートは、中央金属シートの延長されたスリットが内部室と流体連通するように一体に組立される。
【００６９】
第３の有利な実施形態によれば、
−  中央金属シートは、軸のうちの他方Ｙに沿う中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって１つまたは複数の延長されたスリットを追加的に備え、スリットは、エンボス加工通路に対して横断して配置され、
−  ３つの金属シートは、中央金属シートの延長されたスリットが内部室と流体連通するように一体に組立される。
【００７０】
別の言い方をすれば、熱交換流体は、反応器の入口の下流の領域、すなわち、ＨＴＥについては電解もしくは共電解の反応の開始の下流の領域、または、ＳＯＦＣ電池については燃料の酸化反応の開始の下流の領域へと、注入でき、これは、個別のセルへの経路に沿っての熱とガスの混合との両方を維持することを可能にする。
【００７１】
したがって、有利な例として、ＳＯＦＣ電池における出口の近くの領域においてＳＯＦＣカソードをＯ２で濃縮する、または、共電解におけるカソード出口に近い領域においてＨ２Ｏ／ＣＯ２混合物で濃縮することが、可能である。
【００７２】
同じく有利な例として、ＳＯＦＣアノード側の反応の間にメタン（ＣＨ４）を注入することを想定することが可能であり、したがって、燃料電池に改質化ら生じるガスが供給される場合、反応は、電気化学セルの入口において非常に発熱するものと成る可能性があり、個別のセルの入口における熱交換流体としての冷たいメタンの第１の注入は、電気化学セルを冷却することを可能にし、次に、生成された水がすでに存在するセルの領域における下流でのメタンの第２の注入は、有害な炭素析出を回避しつつ冷却することを可能にもする。
【００７３】
熱交換ガスの注入は、中央金属シートの舌部によって導入される圧力損失を変えることで、個別のセルのスタックにおける場所に従って違いを付けることができる。したがって、有利には、熱交換流体をＨ２／Ｈ２Ｏ室へと注入することが可能であり、これは、個別のセルに異なる流量を提供し、劣化の間の利点を提起することを可能にもできる。
【００７４】
個別のセルのアノードまたはカソードにおいて、いくつかの領域で熱交換流体を正確に噴射することが可能となるいくつかのポートを有するという事実は、流量をより良く分配することと、個別のセルに沿ってすべてでガスの組成を制御することとを可能にする。
【００７５】
好ましくは、３つの金属シートは、溶接によって、または、ロウ付けによって、より好ましくは、各々の流体連通の周りで個別に閉じられた溶接線（ｌｓ）によって、一体に組立される。
【００７６】
好ましくは、３つの金属シートは、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）  ６００またはＨａｙｎｅｓ（登録商標）の種類のニッケルに基づいて、Ｃｒｏｆｅｒ（登録商標）  ２２ＡＰＵまたはＦＴ１８ＴＮｂから好ましくは作られる、おおよそ２０％のクロムを含むフェライト鋼から作られる。３つの金属シートの各々は、好ましくは、０．０５ｍｍから１ｍｍの間の厚さを有する。
【００７７】
有利な代替の形態によれば、中央金属シートの第２のポートの舌部と、中央金属シートの第４のポートの舌部とは、それらの長さの少なくとも一部にわたってエンボス加工され、それらのエンボス加工された特徴部は、第１の端金属シートの周囲部によって支持される。これらの舌部のエンボス加工部は、この領域における金属シート同士の空間を保証し、したがって、熱交換流体が熱交換領域に到達するために中央金属シートの下で熱交換流体の通過を容易にすることを可能にする。
【００７８】
好ましくは、３つの金属シートは、それらの周囲において、固定ロッドを収めるのに適する追加のポートを伴って穿孔される。
【００７９】
本発明は、その態様のうちのなおも別のものの下で、カソード、アノード、および、カソードとアノードとの間に挿入される電解質から各々形成される個別の固体酸化物型電気化学セルと、２つの隣接する個別のセルの間で、第１の端金属シートが、２つの個別のセルのうちの一方のカソードと電気的に接触し、中央金属シートのエンボス加工特徴部が２つの個別のセルのうちの他方のアノードと電気的に接触している状態で各々配置される、正に記載した複数の電気および流体のインターコネクタとのスタックを備える電解または共電解の反応器に関する。
【００８０】
本発明は、このような電解反応器の作動のためのプロセスにも関し、そのプロセスによれば、
−  第１のポートに、空気および／または酸素（Ｏ２）などの排出ガスが供給され、同時に、第２のポートに、熱を除去または導入することができる熱交換ガスが供給され、熱交換ガスは水素に対して化学的に中性であり、
−  第５のポートに蒸気および／または水素が供給され、
−  蒸気の電解によって生成される水素が、および適切な場合、蒸気と、第１の端金属シートの第３のスリットによって導入される熱交換ガスとの共電解によって生成されるガスが、第６のポートにおいて回収され、同時に、熱交換ガスは第４のポートにおいて回収され、同時に、蒸気の電解によって、および適切な場合、共電解によって、生成される酸素が、第３のポートにおいて回収される。
【００８１】
本発明は、このような電解反応器の作動のためのプロセスにも関し、そのプロセスでは、
−  第１のポートに、空気および／または酸素（Ｏ２）などの排出ガスが供給され、同時に、第２のポートに、熱を除去または導入することができる熱交換ガスが供給され、熱交換ガスは酸素に対して化学的に中性であり、
−  第５のポートに蒸気および／または水素が供給され、
−  蒸気の電解によって生成される水素が、および適切な場合、蒸気と、中央金属シートの延長されたスリットによって導入される熱交換ガスとの共電解によって生成されるガスが、第６のポートにおいて回収され、同時に、熱交換ガスは第４のポートにおいて回収され、同時に、蒸気の電解によって、および適切な場合、共電解によって生成される酸素が、第３のポートにおいて回収される。
【００８２】
本発明は、なおも他の態様の下で、アノード、カソード、および、カソードとアノードとの間に挿入される電解質から各々形成される個別の固体酸化物型電気化学セルと、２つの隣接する個別のセルの間で、第１の端金属シートが、２つの個別のセルのうちの一方のアノードと電気的に接触し、中央金属シートのエンボス加工特徴部が２つの個別のセルのうちの他方のカソードと電気的に接触している状態で各々配置される、先に記載した複数の電気および流体のインターコネクタとのスタックを備える燃料電池（ＳＯＦＣ）に関する。
【００８３】
本発明は、このような燃料電池（ＳＯＦＣ）の作動のためのプロセスにも関し、そのプロセスによれば、
−  第１のポートに空気および／または酸素が供給され、同時に、第２のポートに、熱を除去することができる熱交換ガスが供給され、熱交換ガスはさらに燃料であり、
−  第５のポートに燃料が供給され、
−  生成される水および／または二酸化炭素（ＣＯ２）が、および適切な場合、余剰の燃料が、および適切な場合、端金属シートのスリットによって導入される熱交換ガスが、第６のポートにおいて回収され、同時に、熱交換ガスは第４のポートにおいて回収され、同時に、空気および／または酸素は第３のポートにおいて回収される。
【００８４】
最後に、本発明は、このような燃料電池（ＳＯＦＣ）の作動のためのプロセスに関し、そのプロセスによれば、
−  第１のポートに空気および／または酸素が供給され、同時に、第２のポートに、熱を除去することができる熱交換ガスが供給され、熱交換ガスはさらに酸化剤であり、
−  第５のポートに燃料が供給され、
−  生成される水および／または二酸化炭素（ＣＯ２）が、および適切な場合、余剰の燃料が、および適切な場合、中央金属シートのスリットによって導入される熱交換ガスが、第６のポートにおいて回収され、同時に、熱交換ガスは第４のポートにおいて回収され、同時に、空気および／または酸素は第３のポートにおいて回収される。
【００８５】
本発明は、個別の電気化学的なカソード支持されたセルのスタックで有利に実行される。
【００８６】
「カソード支持されたセル」は、ここでは、本発明の背景において、高温水電解ＨＴＥの分野においてすでに提供されている定義を有すると理解され、頭文字ＣＳＣにおいて表され、すなわち、電解質と酸素の電極（アノード）とが、より濃い水素または一酸化炭素の電極（カソード）において位置決めされ、したがって支持として作用する個別のセルである。
【００８７】
本発明の他の利点および特性は、以下の図を参照して、言外の限定なく、図示の方法によって行われている本発明の実施の例の詳細な記載を読むことで、より良く浮かび上がることになる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】高温水電解槽の作動原理を示す概略図である。
【図２】最先端によるインターコネクタを備える高温蒸気電解槽の一部の分解図である。
【図３】最先端によるインターコネクタを備える燃料電池ＳＯＦＣの一部の分解図である。
【図４】熱交換流体が循環する組み込まれた熱交換器を伴う、本発明によるＳＯＦＣ式の燃料電池のＨＴＥ電解槽の部分的な断面の概略図である。
【図５】熱交換流体が本発明の実施形態により循環する組み込まれた熱交換器を伴う、ＳＯＦＣ式の燃料電池のＨＴＥ電解槽の組立されたインターコネクタの斜視図である。
【図６】図５によるインターコネクタを構成する３つの金属シートの分解図である。
【図７】図５および図６によるインターコネクタの端金属シートのうちの一方の第１の有利な実施形態の斜視図である。
【図８】図５および図６によるインターコネクタの端金属シートのうちの一方の第２の有利な実施形態の斜視図である。
【図９】図５および図６によるインターコネクタの端金属シートのうちの一方の第３の有利な実施形態の斜視図である。
【図１０Ａ】インターコネクタ内の熱交換ガスの供給および分配の異なる要素を示している、中央金属シートを伴う部分的な断面での斜視による詳細図である。
【図１０Ｂ】インターコネクタ内の熱交換ガスの供給および分配の異なる要素を示している、中央金属シートと積層された端金属シートのうちの一方を伴う部分的な断面での斜視による詳細図である。
【図１０Ｃ】インターコネクタ内の熱交換ガスの供給および分配の異なる要素を示している、図５〜図９によるインターコネクタの３つの積層および組立された金属シートを伴う部分的な断面での斜視による詳細図である。
【図１１】インターコネクタ内の熱交換ガスの供給および分配の実施を示している、図１０Ｃと同様の図である。
【図１２】インターコネクタ内の熱交換ガスの供給および分配の実施を示している、図１０Ｃと同様の図である。
【図１３】インターコネクタ内の熱交換ガスの供給および分配の実施を示している、図１０Ｃと同様の図である。
【図１４】インターコネクタ内の熱交換ガスの供給および分配の実施を示している、図１０Ｃと同様の図である。
【図１５】インターコネクタ内の熱交換ガスの供給および分配の実施を示している、図１０Ｃと同様の図である。
【図１６】ＨＴＥ電解槽で使用されるインターコネクタ内の排出ガスとしての空気の供給および分配の異なる要素を示す、図５〜図９によるインターコネクタの３つの積層および組立された金属シートの斜視における詳細図である。
【図１７】ＨＴＥ電解槽で使用されるインターコネクタ内の排出ガスとしての空気の供給および分配の異なる要素を示す、図５〜図９によるインターコネクタの３つの積層および組立された金属シートの断面における詳細図である。
【図１８】ＨＴＥ電解槽で使用されるインターコネクタ内の反応ガスとしての蒸気の供給および分配の異なる要素を示す、図５〜図９によるインターコネクタの３つの積層および組立された金属シートの斜視における詳細図である。
【図１９】ＨＴＥ電解槽で使用されるインターコネクタ内の反応ガスとしての蒸気の供給および分配の異なる要素を示す、図５〜図９によるインターコネクタの３つの積層および組立された金属シートの断面における詳細図である。
【図２０】インターコネクタの組立を製作する溶接線を示す、図５〜図９によるインターコネクタの端金属シートのうちの一方の側における正面図である。
【図２１】インターコネクタの組立を製作する溶接線を示す、図５〜図９によるインターコネクタの端金属シートのうちの一方の側における正面図である。
【図２２】インターコネクタの端金属シートのうちの一方の側におけるインターコネクタの組立を製作する溶接線も示す、図５〜図９によるインターコネクタの３つの積層および組立された金属シートの断面における詳細図である。
【図２３】インターコネクタの端金属シートのうちの一方の側におけるインターコネクタの組立を製作する溶接線も示す、図５〜図９によるインターコネクタの３つの積層および組立された金属シートの斜視における詳細図である。
【図２４】インターコネクタの組立を製作する溶接線を示す、図５〜図９によるインターコネクタの端金属シートのうちの他方の側における正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００８９】
図１〜図２４のすべてにわたって、一方において、分子の水素Ｈ２および酸素Ｏ２ならびに電流を分配および回収するための、蒸気Ｈ２Ｏを供給することについての符号および矢印と、他方において、一酸化炭素ＣＯおよび酸素Ｏ２ならびに電流を分配および回収するための、二酸化炭素ＣＯ２を供給することについての符号および矢印とが、最先端による蒸気電解反応器の作動と本発明による蒸気電解反応器の作動とを図示するために、明瞭性および正確性の目的のために示されていることも、明記される。
【００９０】
組み込まれた熱交換器を伴うインターコネクタの図４〜図２４の描写は、蒸気電解（ＨＴＥ）反応器での使用のために作られているが、蒸気共電解（ＨＴＥ）のための使用、または、燃料電池（ＳＯＦＣ）での使用にも適用され、そのため、導入される反応ガスまたは排出ガスが異なることも、明記される。
【００９１】
最後に、記載されたすべての電解槽またはすべての燃料電池は、高温における固体酸化物型（ＳＯＥＣ、「固体酸化物型電解質セル」についての頭字語、またはＳＯＦＣ、「固体酸化物型燃料電池」）の作動のものであると、明記される。したがって、個別の電解セル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。電解槽（電解反応器）の高い作動温度は、典型的には、６００℃から１０００℃の間である。
【００９２】
典型的には、本発明に適した、カソード支持された種類（ＣＳＣ）の個別の電気化学セルＳＯＥＣの特性は、下記の表において以下のように示されるものであり得る。
【００９３】
【表１】
0006448770.tif 000002
【００９４】
水電解槽は、電流の効果の下で水素（および酸素）を生成するための電気化学デバイスである。
【００９５】
高温の電解槽ＨＴＥでは、高温水電解が実行され、蒸気から開始する。高温電解槽ＨＴＥの機能は、以下の反応に従って、蒸気を水素および酸素へと変換することである。
２Ｈ２Ｏ→２Ｈ２＋Ｏ２
【００９６】
この反応は、電解槽の個別のセルにおいて電気化学的に実行される。図１において図式的に表されているように、各々個別の電解セル１が、概して膜の形態の固体電解質３の両側に配置されたカソード２およびアノード４から形成されている。２つの電極（カソードおよびアノード）２、４は、多孔質材料から作られた電子伝導体であり、電解質３は、気密であり、電子絶縁体であり、イオン伝導体である。電解質は、具体的には、アニオン伝導体であって、より具体的には、Ｏ２−イオンのアニオン伝導体であり、したがって、電解槽はアニオン電解槽として知られている。
【００９７】
電気化学反応が、電子伝導体の各々とイオン伝導体との間の界面において起こる。
【００９８】
カソード２では、半反応は次のとおりである。
２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→２Ｈ２＋２Ｏ２−
【００９９】
アノード４では、半反応は次のとおりである。
２Ｏ２−→Ｏ２＋４ｅ−
【０１００】
２つの電極２、４の間に挿入されている電解質３は、アノード４とカソード２との間で与えられる電位の差によって作り出される電界の影響の下でのＯ２−イオンの泳動の場所である。
【０１０１】
図１における括弧に示しているように、カソード入口における蒸気は、水素Ｈ２によって伴われ、生成されて出口で回収される水素は、蒸気によって伴われ得る。同様に、点線で図示しているように、空気などの排出ガスが、生成される酸素を除去するために入口で追加的に注入され得る。排出ガスの注入は、熱調整として作用する追加的な役割を持っている。
【０１０２】
個別の電解反応器は、カソード２、電解質３、およびアノード４から成る前述したような個別のセルと、電気、水圧、および熱の分配の機能を提供する２つの単極のコネクタとから成る。
【０１０３】
生成される水素および酸素の流量を増加するために、いくつかの電解セルを互いの上に積み重ね、それらの電解セルを、双極インターコネクションプレートまたはインターコネクタとして一般的に知られているインターコネクションデバイスで分離することが知られている。組立体は、電解槽（電解反応器）の電気供給およびガス供給を負う２つの端インターコネクションプレートの間に位置決めされる。
【０１０４】
したがって、高温水電解槽（ＨＴＥ）が、少なくとも１つ電解セルであって、概して、互いの上に積み重ねられた複数の個別の電解セルを備え、各々個別のセルは、電解質、カソード、およびアノードから形成され、電解質はアノードとカソードとの間に挿入される。
【０１０５】
１つまたは複数の電極と電気的に接触している流体および電気のインターコネクションデバイスは、概して、電流を導入する機能と、電流を回収するための機能とを提供し、ガスの循環のための１つまたは複数の区画室を空ける。
【０１０６】
したがって、「カソード」室は、電流および蒸気を分配する役割を持ち、カソードにおいて接触している水素を回収する役割も持っている。
【０１０７】
「アノード」室は、電流を分配する役割を持ち、任意選択で排出ガスの助けによって、アノードにおいて接触している生成された酸素を回収する役割も持っている。
【０１０８】
ＨＴＥ電解槽の満足な作動は、
−  スタックにおける２つの隣接するインターコネクタの間における良好な電気絶縁を必要とし、そうでない場合、２つのインターコネクタの間に挿入される個別の電解セルが、短絡されることになる。
−  個別のセルとインターコネクタとの間の最小の可能なオーム抵抗を得るために、各々個別のセルとインターコネクタとの間の良好な電気接触および十分な接触面積を必要とする。
−  ２つの別々の区画室の間に良好な耐漏洩性、つまり、カソード室を必要とし、そうでない場合、生成されたガスは再び合わさり、収率の低下、具体的には、電解槽を損なうホットスポットの出現をもたらす。
−  入口においてと、生成されるガスの回収においてとの両方で、ガスの良好な分配を必要とし、そうでない場合、収率の減少、異なる個別のセル内での圧力の不均一および温度の不均一となり、実際、全体でセルの許容不可能な悪化となる。
【０１０９】
図２は、最先端による高温蒸気電解槽の個別のユニットの分解図を表している。このＨＴＥ電解槽は、インターコネクタ５で交互に積み重ねられた固体酸化物型（ＳＯＥＣ）の複数の個別の電解セルＣ１、Ｃ２を備えている。各々個別のセルＣ１、Ｃ２などは、電解質３．１、３．２などが間に位置決めされるカソード２．１、２．２などとアノード４．１、４．２とから成る。
【０１１０】
インターコネクタ５は、インターコネクタ５と隣接するアノード４．２との間の空間と、インターコネクタ５と隣接するカソード２．１との間の空間とによってそれぞれ定義されるカソード室５０とアノード室５１との間に分離を提供する金属合金から作られた構成要素である。インターコネクタ５は、ガスの分配を個別のセルに提供もする。各々の個別のユニットへの蒸気の注入は、カソード室５０において起こる。カソード２．１、２．２などにおける生成された水素と残留蒸気との回収は、個別のセルＣ１、Ｃ２などによる蒸気の解離の後、個別のセルＣ１、Ｃ２などの下流でカソード室５１において実行される。アノード４．２において生成された酸素の回収は、個別のセルＣ１、Ｃ２などによる蒸気の解離の後、セルＣ１、Ｃ２などの下流でアノード室５１において実行される。
【０１１１】
インターコネクタ５は、隣接する電極同士との直接的な接触によって、すなわち、アノード４．２とカソード２．１との間で、個別のセルＣ１とＣ２との間の電流の通過を提供する。
【０１１２】
１つの同じインターコネクタ５が、蒸気の代わりに蒸気と二酸化炭素（ＣＯ２）との混合物がカソードに供給および分配されるＨＴＥ共電解反応器において、使用され得る。
【０１１３】
ＨＴＥ反応器内の全体の電解または共電解の反応は、発熱または吸熱のいずれかであり得る。
【０１１４】
図３は、最先端によるＳＯＦＣ燃料電池の個別のユニットの分解図を表しており、図２のものと同じ個別のユニットが、個別の燃料電池Ｃ１、Ｃ２およびインターコネクタ５の個別のセルを伴うＳＯＦＣ燃料電池について採用されている。そのため、ＨＴＥ電解槽のカソード２．１、２．２などは、ＳＯＦＣ電池においてはアノードとして使用され、ＨＴＥ電解槽のアノード４．１、４．２などは、それらの一部について、ＳＯＦＣ電池においてはカソードとして使用される。したがって、ＳＯＦＣ電池としての作動において、各々個別のユニットへの酸素を含む空気の注入は、カソード室５１において起こる。アノードにおいて生成された水の回収は、水素Ｈ２が、アノード２．２において、セルＣ１、Ｃ２の上流で各々のアノード室へと注入される状態で、個別のセルＣ１、Ｃ２による水の再結合の後、個別のセルＣ１、Ｃ２の下流でアノード室において実行される。水の再結合の間に生成される電流は、インターコネクタ５によって回収される。
【０１１５】
ＳＯＦＣ電池内での全体の反応は発熱である。
【０１１６】
ＨＴＥの電解または共電解における用途とＳＯＦＣ燃料電池における用途との両方について、熱作動条件をできるだけ最良に維持するために、本発明は、反応器の入口、反応ガスの回路、および排出ガスの回路から、ガスの混合流体を維持するために、反応器の出口、または、熱交換流体が反応ガスもしくは排出ガスの一方と混合され得る領域まで別である熱交換流体の回路を伴うインターコネクタ内に熱交換器を組み込むことを考えている。
【０１１７】
図４は、以下に記載しているような３つの金属シート６、７、および８から製作された、本発明によるインターコネクタ５の中央金属シートのエンボス加工特徴部７００内の熱交換ガス回路の組み込みを概略的に示している。この図３は、さらに、蒸気および水素の循環のための区画室に、および、空気および生成される酸素の循環のための区画室にそれぞれ専用とされている耐漏洩性シール２０、４０を示している。後で詳細に記載しているように、シール２０および４０が支えられるインターコネクタ５の端鋼シート６および８は、平坦な金属シートであり、これは、典型的には８００℃である高い温度に対するこれらのシールの良好な耐性をもたせることを可能にする。
【０１１８】
ＨＴＥにおける用途について、熱交換ガスを、上流で生成される水素と、または、上流で生成される水素および一酸化炭素とそれぞれ、混合することが望まれるとき、熱交換ガスは、好ましくは、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、蒸気（Ｈ２Ｏ）、およびこれらの混合物から選択される。したがって、流量と、専用とされた混合物との蒸気の電解および共電解の反応とを、最適化することが可能である。
【０１１９】
また、ＨＴＥでの用途については、熱交換ガスを、上流で生成される酸素および排出ガスと混合することが望まれるとき、熱交換ガスは、好ましくは、空気、酸素（Ｏ２）、またはこれらの混合物から選択される。したがって、排出ガスの流量を増加すること、より一般的には、生成される酸素の除去を向上すること、または、例えば安全上の理由のため、出口ガスの酸素含有量を制限することが、可能である。
【０１２０】
ＳＯＦＣ電池での用途については、熱交換ガスを、上流側から生じる空気および／または酸素（Ｏ２）と混合することが望まれるとき、熱交換ガスは、好ましくは、空気、酸素の枯渇されていない空気、酸素、またはこれらの混合物から選択される。
【０１２１】
また、ＳＯＦＣ電池での用途については、熱交換ガスを、上流で生成される水と混合することが望まれるとき、適切な場合、燃料は、水素、蒸気（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、一酸化炭素（ＣＯ）、またはこれらの混合物から選択される。したがって、燃料の流量および消費を最適化することが可能である。
【０１２２】
図５および図６は、これらの３つの金属シート６〜８が、組立および積層されたインターコネクタ５を構成する状態での本発明によるインターコネクタ５を示している。このインターコネクタ５は、別の回路によって、蒸気Ｈ２Ｏ、排出ガス、および熱交換ガスの、反応器の入口からの同時の分配と同時の供給とを確保すると共に、電解反応器のスタック内で生成される水素および酸素Ｏ２と、熱条件を維持するために使用された熱交換ガスとのそれぞれの回収を確保することを可能にする。後で詳細に記載しているように、インターコネクタ５は、個別のセルのアノードにおける回収されたガス（Ｏ２であって、適切な場合排出ガスを伴う）の循環、および、インターコネクタ内の熱交換ガスの循環と９０°での交差流れ方向で、個別のセルのカソードにおけるガス（Ｈ２Ｏ／Ｈ２）の循環を確保することを可能にする。
【０１２３】
インターコネクタ５は、２つの互いと直交する対称軸（Ｘ、Ｙ）に沿って伸ばされた３つの金属シート６、７、８から成り、金属シートは溶接によって一体に積層および組立されている。中央金属シート７が、第１の端金属シート６と第２の端金属シート８との間に挿入されている。
【０１２４】
２つの端金属シート６および８は平坦であり、セルのアノードにおいて流体の循環を可能にするエンボス加工特徴部のすべての浮き彫りと、熱交換ガスの循環を可能にするエンボス加工特徴部のすべての浮き彫りとは、中央金属シート７のみにおいて製作されている。
【０１２５】
第１の平坦な第１の端金属シート６は、個別の電解セル（Ｃ２）のカソード２．２の平面と機械的な接触をするように意図されており、高さにおいて平坦な端金属シート８を超えるエンボス加工された中央金属シート７は、隣接する個別の電解セル（Ｃ１）アノード４．１の平面と機械的に接触するように意図されており、ＳＯＥＣ型の２つの隣接する個別の電解セル（Ｃ１、Ｃ２）の各々は、カソード２．１、２．２と、アノード４．１、４．２と、カソードとアノードとの間に挿入された電解質３．１、３．２とから形成されている。
【０１２６】
ここで、図５〜図９を参照して、本発明による熱交換ガスによる熱の交換で電解プロセスを実行するために、蒸気電界専用とされたインターコネクタ５の金属シート６、７、８の実施形態およびそれらの組立の説明が提供されている。
【０１２７】
中央金属シート７は、エンボス加工特徴部７００を定めるエンボス加工中央部７０を備えており、その中央部の周囲において、少なくとも６つのポート７１、７２、７３、７４、７５、および７６を伴って穿孔されている。
【０１２８】
平坦な端金属シートのうちの一方６は、平坦な中央部６０を備えており、その中央部の周囲において、少なくとも６つのポート６１、６２、６３、６４、６５、６６を伴って穿孔されている。第１の端金属シート６は、第１から第４のポート６１〜６４の内側で軸Ｙの両側に対称的に配置され、軸Ｙに沿う中央部の長さに実質的に対応する長さにわたって延ばされている２つのスリット６７、６８のポートを追加的に備えている。
【０１２９】
平坦な端金属シートのうちの他方８は、くり抜かれた中央部８０を備えており、その中央部の周囲において、少なくとも６つのポート８１、８２、８３、８４、８５、８６を伴って穿孔されている。
【０１３０】
各々の金属シートの第１のポート６１、７１、８１〜第４のポート６４、７４、８４は、金属シートの軸のうちの一方Ｘに沿う中央部６０、７０、８０の長さの一部に対応する長さにわたって延ばされており、前記軸の両側において対で分けられている。
【０１３１】
第５のポート６５、７５、８５および第６のポート６６、７６、８６は、軸のうちの他方Ｙに沿う中央部６０、７０、８０の長さに実質的に対応する長さにわたって延ばされている。
【０１３２】
図５〜図９において見られるように、中央金属シート７の第１のポート７１、第２のポート７２、第３のポート７３、および第４のポート７４は、各々の平坦な端金属シート６、８の第１のポート６１、８１、第２のポート６２、８２、第３のポート６３、８３、および第４のポート６４、８４に対してそれぞれ幅広とされている。
【０１３３】
同様に、中央金属シート７の第５のポート７５および第６のポート７６は、各々の平坦な端金属シート６、８の第５のポート６５、８５および第６のポート６６、８６に対してそれぞれ幅広とされている。
【０１３４】
中央金属シート７の幅広とされたポート７１、７２、７３、７４、７５、７６はすべて、それらの幅広とされた部分で、櫛状部の形態で互いから離間されている金属シートの舌部７１０、７２０、７３０、７４０を備えている。
【０１３５】
図１０Ｃおよび図１７に示しているように、幅広とされたポート７１の縁と舌部７１０との間、または、２つの連続する舌部の間に定められたスリット７１１の各々が、エンボス加工特徴部７００によって定められた通路に現れている。幅広とされたポート７３の側に製作されたスリットについても同じである。
【０１３６】
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１、図１２、および図１３において詳細に示しているように、幅広とされたポート７２に製作された舌部７２０は、エンボス加工されており、３つの金属シート６、７、および８の積層および組立が実行されたときに、端金属シート６および８の間に支持面と空間との両方を定めている。幅広とされたポート７４において製作された舌部でも同じである。
【０１３７】
幅広とされたスリット７５、７６の各々については、このように定められる金属シートの舌部同士の間のスリットが、３つの金属シート６、７、および８の積層および組立が実行されたときに、端の平坦な金属シート６のポート６５、６６の一方において現れるように設けられている。
【０１３８】
３つの金属シート６、７、および８の一体の積層および組立は、
・  平坦な端金属シート６の第１のポート６１〜第６のポート６６の各々が、他の２つの金属シート７および８の対応する第１のポート７１、８１〜第６のポート７６、８６のうちの１つと個別にそれぞれ流体連通するように、
・  中央金属シート７の第１のポート７１が、第１のポート７１の舌部７１０同士の間の空間７１１と、エンボス加工特徴部７００によって定められる通路と、中央金属シート７の第３のポート７３の舌部７３０同士の間の空間とを介して、中央金属シート７の第３のポート７３と流体連通するように、
・  中央金属シート７の第２のポート７２が、中央金属シート７の第２のポート７２の舌部７２０同士の間の空間と、エンボス加工特徴部７００と端金属シート６の平坦な中央部６０との間で画定される内部室９と、中央金属シート７の第４のポート７４の舌部７４０同士の間の空間とを介して、中央金属シート７の第４のポート７４と流体連通するように、
・  端金属シート６の第５のポート６５および第６のポート６６が、中央金属シート７の第５のポート７５および第６のポート７６の舌部同士の間の空間をそれぞれ介して、第１の端金属シート６のスリットのうちの一方６７およびスリットのうちの他方６８とそれぞれ流体連通するように、
一体に積層および組立される。
【０１３９】
図１０Ａ〜図１３に示しているように、形成された櫛状部７１１、７２１は、熱交換ガスを、中央金属シート７と端金属シート６との間の空間へと通すことで、供給マニホールド６２、７２、８２から熱交換室９まで通過させることができる。舌部のエンボス加工特徴部７２０は、舌部に横の支材の機能を与え、それによって、金属シート６、７の間に定められた室９における熱交換ガスの通過の高さを保証している。したがって、インターコネクタ５の内部を介した本発明によるガスのこのような通過は、生成される蒸気／水素の循環の回路、および、回収される排出ガス／酸素の循環の回路と別の回路における熱交換ガスの循環を確保することを可能にする。
【０１４０】
概して、幅広とされたスリットについてのすべての櫛状部の形は、個別の電解セルにわたる、または、熱交換室９における、各々のガス（Ｈ２Ｏ、空気、熱交換ガス）の同一の分配を可能にし、幅広とされたスリットのためのこれらの櫛状部の形のおかげで、出口において、生成されたガス（Ｈ２、Ｏ２）の回収または熱交換ガスの回収を可能にする。
【０１４１】
本発明によるインターコネクタ５を構成する２つの平坦な金属シート６および８とエンボス加工された中央金属シート７とは、穿孔され、溶接によって一体に組立される薄い金属シートである。好ましくは、薄い金属シートは、３ｍｍ未満の厚さ、典型的には０．２ｍｍの程度の厚さを持つ金属シートである。電解槽の任意の作動とは別に、製造において製作された金属シート同士の間の溶接すべてが、レーザー透過技術により有利に製作でき、これは、典型的には０．２ｍｍの程度の薄い金属シートの小さい厚さの結果として可能である。
【０１４２】
すべての金属シートは、２０％の程度のクロムを伴うフェライト鋼から有利に作られ、典型的には０．１ｍｍから１ｍｍの間の厚さのＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）  ６００またはＨａｙｎｅｓ（登録商標）の種類のニッケルに基づいて、Ｃｒｏｆｅｒ（登録商標）  ２２ＡＰＵまたはＦＴ１８ＴＮｂから好ましくは作られる。
【０１４３】
金属シート６、７、８の間でポートの周りでの溶接線による組立は、電解層の作動の間、蒸気導入されるＨ２Ｏ／空気（排出ガス）／熱交換ガスと、生成および回収される水素Ｈ２／酸素／回収される熱交換ガスとの間の良好な耐漏洩性を保証する。
【０１４４】
本発明によるインターコネクタ５を構成するために、典型的には各々０．２ｍｍの厚さを持つ３つの金属シート６、７、８の最も信頼できる組立のために製作された溶接線が、図２０〜図２４において詳細に表されている。
【０１４５】
以下の溶接線は、これらの図において認められる。
−  ｌｓ１は、３つの金属シート６、７、８が存在する領域おける主要な溶接線である。
−  ｌｓ２は、端金属シート６と中央金属シート７とだけが存在する領域おける主要な溶接線である。
−  ｌｓ１２は、溶接線ｌｓ１およびｌｓ２の接合の領域である。
−  ｌｓ３は、３つの金属シート６、７、８が存在する領域おける副次的な溶接線である。
【０１４６】
図５〜図９の全体にわたって示しているように、３つの金属シート６、７、８は、それらの周囲において、固定ロッドを収めるのに適する追加のポート６９、７９、８９を伴って穿孔されている。これらの固定ロッドは、電解反応器の異なる構成要素を積み重ねで保持するための力を加えることを可能にする。
【０１４７】
同じく図５〜図９の全体にわたって示しているように、２つの平坦な端金属シート６および８には、電位接続または熱電対測定などの測定器具に置くことができるようにするために切り取られた隅６ｃおよび８ｃがある。
【０１４８】
上流で生成される水素または酸素への熱交換ガスの注入を可能にする異なる有利な実施形態は、本発明によるインターコネクタと共に採用され得る。
【０１４９】
これらの有利な態様は、個別の電気化学セルにおけるガスの経路に沿っての熱交換ガスの混合を維持することを可能にでき、この熱交換ガスは、有利には反応ガスのうちの１つであることが可能である。したがって、すでに生成されているガスとの反応ガスの混合は、個別のセルの入口ではなく、個別のセル内の所定の領域で得られ、そのため、電解反応または燃料電池反応をできるだけ最良に最適化することを可能にする。
【０１５０】
第１の形態は図７に示されており、平坦な端金属シート６は、軸Ｙに沿う中央部６０の長さに実質的に対応する長さにわたって延ばされた少なくとも第３のスリット６７’を追加的に備えている。この（これらの）スリット６７’は、第１の端金属シート６の２つの他のスリット６７、６８の間に配置されている。金属シートの組立は、この第３のスリット６７’が内部室９と流体連通するように実行される。したがって、図示されている例では中央であるこのスリット６７’は、熱交換ガスの注入を可能にし、したがって、上流で生成される水素との熱交換ガスの混合を可能にする。混合領域と、関連する流量とを分布させるために、２つのスリット６７と６８との間に互いと平行な複数のスリット６７’を提供することが可能である。熱交換ガスの注入は、この代替の形態によれば、例えば、共電解における蒸気Ｈ２Ｏ、一酸化炭素ＣＯ、または二酸化炭素ＣＯ２における濃縮から成り得る。
【０１５１】
第２の形態は図８に示されており、中央金属シート７は、Ｙ軸に沿う中央部７０の長さに実質的に対応する長さにわたって延ばされたエンボス加工通路７００に沿って製作されたスリット７０１を追加的に備えている。金属シートの組立は、この延ばされたスリット７０１が内部室９と流体連通するように実行される。したがって、図示されている例では中央であるこのスリット７０１は、熱交換ガスの注入を可能にし、したがって、上流で生成される酸素との熱交換ガスの混合を可能にする。混合領域と、関連する流量とを分布させるために、エンボス加工通路７００の底に各々製作された互いと平行な複数のスリット７０１を提供することが可能である。熱交換ガスの注入は、この代替の形態によれば、例えばＳＯＦＣ燃料電池における、Ｏ２の濃縮から成り得る。
【０１５２】
第３の形態は図９に示されており、中央金属シート７は、Ｘ軸に沿う中央部７０の長さに実質的に対応する長さにわたって延ばされている、エンボス加工通路７００のすべてに対して横断して製作されたスリット７０２を追加的に備えている。金属シートの組立は、この延ばされたスリット７０１が内部室９と流体連通するように実行される。したがって、図示されている例では中央であるこのスリット７０２は、熱交換ガスの注入を可能にし、したがって、上流で生成される酸素との熱交換ガスの混合を可能にする。混合領域と、関連する流量とを分布させるために、エンボス加工通路７００に対して横断して各々製作された互いと平行な複数のスリット７０２を提供することが可能である。熱交換ガスの注入は、この代替の形態によれば、例えばＳＯＦＣ燃料電池における、Ｏ２の濃縮から成り得る。
【０１５３】
したがって、スリット６７’は、熱交換流体をカソードと連通させるように意図されており、一方、スリット７０１および７０２は、熱交換流体をアノードと連通させるように意図されている。
【０１５４】
ここで、図４〜図１９を参照して、本発明による電解反応器の作動のプロセスの説明が提供されている。
−  第１のポート６１、７１、８１に、空気などの排出ガスが供給され、同時に、第２のポート６２、７２、８２に、熱を除去または導入することができる熱交換ガスが供給される。
−  第５のポート６５、７５、８５に蒸気が供給される。
−  蒸気の電解によって生成される水素が、第６のポート６６、７６、８６において回収され、同時に、熱交換ガスは第４のポート６４、７４、８４において回収され、同時に、蒸気電解によって、および適切な場合、共電解によって、生成される酸素が、第３のポート６３、７３、８３において回収される。
【０１５５】
第１の代替の形態によれば、熱交換ガスが端金属シート６の第３のスリット６７’を介して注入されるとき、蒸気および反応熱交換ガスの共電解によって生成されるガスは、ポート６６において回収される。
【０１５６】
第２または第３の代替の形態によれば、熱交換ガスが中央金属シート７のスリット７０１またはスリット７０２を介して注入されるとき、任意選択で熱交換ガスによって濃縮される酸素Ｏ２は、ポート６３で回収される。
【０１５７】
インターコネクタ５内での供給で注入される熱交換ガスの進路は、図１１〜図１５において図式的により正確に表されている。
【０１５８】
インターコネクタ５内で注入される排出ガスとしての空気の進路は、図１６および図１７において図式的により正確に表されている。
【０１５９】
インターコネクタ５内で注入される蒸気の進路は、図１８および図１９において図式的により正確に表されている。
【０１６０】
−  図示されていないが、熱を除去できる熱交換ガスがさらに燃料であるとき、一部について前述した本発明によるインターコネクタ５を組み込む燃料セルの作動のプロセスは、以下の段階を含んでいる。
−  第１のポート６１、７１、８１に空気および／または酸素が供給され、同時に、第２のポート６２、７２、８２に熱交換ガスが供給される。
−  第５のポート６５、７５、８５に燃料が供給される。
−  生成される水が、および適切な場合、余剰の燃料が、および適切な場合、端金属シート６の第３のスリット６７’によって導入される熱交換ガスが、第６のポート６６、７６、８６において回収され、同時に、熱交換ガスは第４のポート６４、７４、８４において回収され、同時に、空気および／または酸素は第３のポート６３、７３、８３において回収される。
【０１６１】
熱を除去できる熱交換ガスがさらに酸化剤であるとき、段階は以下のとおりである。
−  第１のポート６１、７１、８１に空気および／または酸素が供給され、同時に、第２のポート６２、７２、８２に熱交換ガスが供給される。
−  第５のポート６５、７５、８５に燃料が供給される。
−  生成される水が、および適切な場合、余剰の燃料が、および適切な場合、中央金属シート７のスリット７０１、７０２を介して導入される熱交換ガスが、第６のポート６６、７６、８６において回収され、同時に、熱交換ガス第４のポート６４、７４、８４において回収され、同時に、空気および／または酸素は第３のポート６３、７３、８３において回収される。
【０１６２】
本発明は、記載した例に限定されず、具体的には、図示されていない変形内で示される例の特性を一緒に組み合わせることが可能である。
【０１６３】
したがって、本発明による組み込まれた交換器を伴う高温の電解プロセスは、二酸化窒素（ＮＯ２）の高温電解を実行するために採用されてもよい。
【符号の説明】
【０１６４】
２、２．１、２．２  カソード
３、３．１、３．２  電解質
４、４．１、４．２  アノード
５  インターコネクタ
６  金属シート、端鋼シート、第１の端金属シート
６ｃ  隅
７  金属シート、中央金属シート
８  金属シート、端鋼シート、第２の端金属シート
８ｃ  隅
９  内部室
２０、４０  耐漏洩性シール
５０  カソード室
５１  アノード室
６０  平坦な中央部
６１  第１のポート
６２  第２のポート
６３  第３のポート
６４  第４のポート
６５  第５のポート
６６  第６のポート
６７  スリット
６７’  第３のスリット
６８  スリット
６９  ポート
７０  エンボス加工中央部
７１  第１のポート
７２  第２のポート
７３  第３のポート
７４  第４のポート
７５  第５のポート
７６  第６のポート
７９  ポート
８０  くり抜かれた中央部
８１  第１のポート
８２  第２のポート
８３  第３のポート
８４  第４のポート
８５  第５のポート
８６  第６のポート
８９  ポート
７００  エンボス加工特徴部、エンボス加工通路
７０１  スリット
７０２  スリット
７１０、７３０、７４０  舌部
７１１  スリット、空間、櫛状部
７２０  舌部、エンボス加工特徴部
７２１  櫛状部
Ｃ１、Ｃ２  電解セル
Ｘ  軸
Ｙ  軸
【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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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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