(57)【要約】【課題】  本発明は、従来の燃料電池と比較して、低温条件下においても高い発電効率を示す燃料電池及び燃料電池システムを提供する。また、本発明では、前記低温条件下においても高い発電効率を示す燃料電池の運転方法も提供する。【解決手段】  本発明の一実施態様によれば、燃料電池システムは、燃料源（３４）と流体連通している燃料極（２４）と、酸素源（４２）と流体連通している空気極（２６）と、前記燃料極（２４）と前記空気極（２６）との間に配置されている電解質（２８）と、前記空気極（２６）と前記酸素源（４２）との間に配置されている第１のプラズマ発生器（４８）とから構成されている。また、本発明で提供される燃料電池の運転方法の一実施態様によれば、燃料及び酸素を、プラズマ中を通過させた後、燃料電池に供給し、燃料電池の運転を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極（２４）と、
空気極（２６）と、
前記燃料極（２４）と前記空気極（２６）との間に配置されている電解質（２８）と、
前記空気極近傍に取り付けられている第１のプラズマ発生器（４８）と、
を具備する燃料電池（２２）。
【請求項２】
前記燃料極（２４）近傍に取り付けられている第２のプラズマ発生器（４０）をさらに具備する請求項１に記載の燃料電池（２２）。
【請求項３】
前記第１及び第２のプラズマ発生器（４０、４８）が、非熱プラズマを生成する請求項２に記載の燃料電池（２２）。
【請求項４】
前記第１及び第２のプラズマ発生器（４０、４８）が、
複数の円筒形電極（５０）と、
前記円筒形電極（５０）間の絶縁バリア（５２）と
を具備する請求項２に記載の燃料電池（２２）。
【請求項５】
前記円筒形電極（５０）と前記絶縁バリア（５２）が支持構造体内に配置されており、該支持構造体が、ガスを通すことのできる細孔（５６）を有している請求項４に記載の燃料電池（２２）。
【請求項６】
燃料源（３４）と流体連通している燃料極（２４）と、
酸素源（４２）と流体連通している空気極（２６）と、
前記燃料極（２４）と前記空気極（２６）との間に配置されている固体酸化物形電解質（２８）と、
前記燃料極と前記燃料源の間に配置されているプラズマ発生器（４０）と、
を具備している燃料電池システム。
【請求項７】
燃料及び酸素をプラズマ（４０、４８）中を通過させるステップと、
前記燃料及び酸素を燃料電池（２２）に供給するステップと、
を含む燃料電池（２２）の運転方法。
【請求項８】
前記燃料及び酸素をプラズマ（４０、４８）中を通過させるステップが、約１０６Ｖ／ｃｍの電界を印加して前記プラズマ（４０、４８）を生成するステップをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記プラズマ（４０、４８）が、非熱プラズマからなる請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記燃料及び酸素をプラズマ（４０、４８）中を通過させるステップが、前記プラズマを生成するプラズマ発生器（４０、４８）の細孔（５６）を介して前記燃料及び酸素を通過させるステップをさらに含む請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。より詳細には、本発明は、燃料電池の運転性を向上させるプラズマの使用法に関する。
【背景技術】
【０００２】
研究開発が進んだ現在、燃料電池技術は、まもなく、都市用の大規模発電用ガスタービン、自動車用内燃機関及び大小様々な電子機器用バッテリと競合すると誰もが予想し得るレベルにまで達している。燃料電池は、水素と酸素から、電気と熱への電気化学的なエネルギー変換を利用する。燃料電池は、バッテリと似ているが、電力を供給しながら燃料を補給することができる。
【０００３】
燃料電池は、モータ、ライト又は他の多くの電気機器に使用できるＤＣ（直流）電圧を提供する。燃料電池には、それぞれ異なる化学反応を使用するいくつかの異なるタイプがある。通常、燃料電池は、利用される電解質のタイプによって分類される。一般に、燃料電池のタイプは、固体高分子形（ＰＥＭ）燃料電池、アルカリ形燃料電池（ＡＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体電解質形燃料電池（ＳＯＦＣ）、及び溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）の５つのグループのどれかに分類される。
【０００４】
燃料電池は、一般に、燃料極、空気極、電解質、及び電解質の両側に配置されている触媒、の４つの基本要素から構成される。燃料極は、燃料電池の負極として機能し、外部回路で電子を使用できるように、燃料（通常は、水素又は炭化水素）から遊離された電子を伝導する。一般に、燃料極は、触媒表面にできるだけ均一に燃料ガスを分散させるため、且つ、酸素イオンを通す電解質のために水と二酸化炭素を取り出すため、チャネルを有している。
【０００５】
空気極は、燃料電池の正極として機能し、一般に、触媒表面に酸化剤（通常は、空気に含まれている）を均一に分散させるために、エッチングされたチャネルを有している。また、空気極は、電子を外部回路から触媒に戻し、そこで、プロトン伝導性の電解質の場合は、電子はプロトン及び酸素と再結合して水を生成する。
【０００６】
空気極は、酸素分子を吸着し解離させる。電子は、空気極上で酸素原子に移動し、酸素イオンが生じる。固体電解質形燃料電池においては、酸素イオンは、空気極表面から空気極内部、電解質内部へと移動する。多くの場合、この電気化学反応による発電プロセスの律速段階は、空気極表面における酸素分子の解離段階であると考えられている。
【０００７】
同様に、燃料に炭化水素を使用する固体電解形燃料電池の燃料極では、コーキングを防ぎつつ、炭化水素を吸着、脱水素し、C-C結合を解離させることが必要とされる。さらに、水素と炭素は、空気極から電解質内を拡散してきた酸素イオンと反応し、それぞれ水と二酸化炭素を生じる必要がある。したがって、炭化水素は、通常、水素と炭素からなる化学種が容易に解離し酸化されるように、高温下で触媒によって活性化されている。
【０００８】
典型的に、燃料電池は、電気化学反応を容易に進行させるため、触媒を使って燃料源と酸素源を活性化し解離させる。しかしながら、固体電解質形燃料電池に用いられる従来の触媒は、高温条件下でのみ活性を示すため、低温条件で作動するように設計された燃料電池応用例（例えば、補助電源や温度サイクルを必要とする他のもの）では、低温条件下で作動するときに電力損失が大きくなる。このため、低温条件下においても活性を示す新しい触媒材料が開発されてきたが、それら低温触媒材料の入手、使用、保守には多大なコストを要し、さらに、それらは必要な性能（例えば、耐久性、活性、炭化水素燃料の直接供給への適用性など）を具備するものではなかった。
【０００９】
また、三相境界を増大させ、それによって触媒活性を高めるために、特殊な微細構造を持つ燃料極と空気極を開発することにも力が注がれてきた。三相境界とは、燃料（例えば、水素又は炭化水素）、燃料極内の電極触媒、及び電解質が接する領域と定義される。しかしながら、そのような注力は、燃料電池の構成コストを高め、実現には時間を要し、困難であった。また、そのような電極触媒が仮に開発されたとしても、燃料の酸化及び酸素の還元に活性を示し得る温度に関しては、低温化には限界があると考えられる。
【００１０】
このように、当該分野では、より効率的で、場合によっては、より低い温度で作動可能な燃料電池が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、従来の燃料電池と比較して、低温条件下においても高い発電効率を示す燃料電池及び燃料電池システムを提供する。また、本発明では、低温条件下においても高い発電効率を示す当該燃料電池の運転方法も提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施態様によれば、本発明の燃料電池は、燃料源と流体連通している燃料極と、酸素源と流体連通している空気極と、燃料極と空気極の間に配置されている電解質と、空気極と酸素源の間に配置されている第１のプラズマ発生器とから構成されている。また、本発明で提供される燃料電池の運転方法の一実施態様によれば、燃料及び酸素を、プラズマ中を通過させた後、燃料電池に供給し、燃料電池を運転する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃料及び空気が、燃料極及び空気極に達する前に、プラズマによって活性化されるため、燃料極及び空気極での反応が促進される。この結果、従来のものと比較して、より低温条件下においても高い発電効率を示す燃料電池を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付の図面は、本発明の様々な実施態様を示している。以下の説明と共に、図面は、本発明の原理を示し例示するものである。また、以下に記載する実施形態は、本発明を単に例示するだけのものであり、本発明の範囲は、それによって限定されるものではない。
【００１５】
添付図面に関して、同一の符号で示されるものは、少なくとも類似のものではあるが、必ずしも同一のものとは限らないことに注意されたい。
【００１６】
図１を参照すると、本発明の一実施態様による燃料電池システム（２０）が示されている。図１の態様によれば、燃料電池システム（２０）は、燃料極（２４）、空気極（２６）、及び電解質（２８）からなる燃料電池（２２）を有している。該燃料電池（２２）は、燃料極（２４）と空気極（２６）の間に電解質（２８）が配置された構造を有する。本態様では、電解質（２８）は、固体酸化物膜である。この他に、プロトン交換膜、アルカリ性膜、リン酸膜、又は溶融炭酸塩膜を使用することもできる。また、電子を伝導させ、負荷（３２）に電力を供給する外部回路（３０）によって、燃料極（２４）と空気極（２６）とが接続されている。負荷（３２）の例としては、自動車用電源、家庭用電源等が挙げられる。
【００１７】
空気極（２６）は、酸素源（４２）と流体連通して配置されている。いくつかの実施態様として、酸素源に外部空気を用いることができるが、必ずしもそうでなくてもよく、純酸素タンクを酸素源として用いることもできる。燃料電池（２２）が作動中のとき、酸素源（４２）に含まれる酸素は、矢印（４４、４６）で表された酸素経路を経て空気極（２６）に供給される。図１に示した実施態様によれば、空気極（２６）と酸素源（４２）とを結ぶ酸素経路内に第１のプラズマ発生器（４８）が配置されている。第１のプラズマ発生器又はリアクタ（４８）は、空気極（２６）近傍で燃料電池（２２）に取り付けられている。
【００１８】
同様に、燃料極（２４）は、燃料源（３４）と流体連通して配置されている。本実施態様では、固体電解質形燃料電池（２２）の燃料源（３４）として炭化水素を用いている。この他に、限定はしないが、水素やアルコールを含む他の燃料を、燃料源（３４）として用いることができる。燃料電池（２２）が作動中のとき、燃料源（３４）に含まれる燃料は、矢印（３６、３８）で表される燃料経路を経て燃料極（２４）に供給される。
【００１９】
本実施態様では、第２のプラズマ発生器（４０）が、燃料極（２４）と燃料源（３４）とを結ぶ燃料経路内に配置されることが好ましい。しかしながら、いくつかの実施態様においては、第２のプラズマ発生器（４０）を省くこともできる。また、第１のプラズマ発生器（４０）を省き、第２のプラズマ発生器のみを用いることもできる。第２のプラズマ発生器あるいはプラズマリアクタ（４０）は、燃料電池（２２）の燃料極（２４）近傍で燃料電池（２２）に取り付けられている。
【００２０】
第１及び第２のプラズマ発生器（４８、４０）は、電界を生じさせるのに利用される。それぞれのプラズマ発生器（４８、４０）の形成する電界によりプラズマが生じ、そのプラズマ中を酸素と燃料が通過する。これらのプラズマは、燃料及び酸素が燃料極（２４）及び空気極（２６）にそれぞれ導入される前に、燃料分子及び酸素分子を有利に活性化させるために使用される。
【００２１】
プラズマとは、種々の励起状態にあるイオン、電子、電気的中性ガス分子、及び他の化学種が集合したガスであり、通常存在するガス分子に特定のエネルギーを加えることで生じる。加えるエネルギーの量によって、得られるプラズマは熱プラズマか、あるいは非熱プラズマとなる。
【００２２】
熱プラズマとは、十分なエネルギーが加えられ、プラズマ成分が熱平衡状態に達しているものである。即ち、熱プラズマ中では、イオンと電子はほぼ同じ温度で存在する。熱プラズマの例として、電気アークが挙げられる。本発明のいくつかの実施態様では、第１及び第２のプラズマ発生器（４８、４０）は、熱プラズマを生成し、その中を燃料及び空気が通過する。ここで、燃料分子及び／又は酸素分子をプラズマで活性化することによって向上する燃料電池（２２）の効率が、第１及び第２のプラズマ発生器（４８、４０）によって酸素と燃料に加えられるエネルギー量よりも確実に高くなるようにすることが望ましい。
【００２３】
一方、非熱プラズマは、電子の平均エネルギーあるいは平均温度が、バルクのガス分子よりもかなり高いプラズマである。イオンやバックグラウンドガス分子ではなく、電子にエネルギーが加えられるため、バックグラウンドガスは周囲温度のままであるが、電子は１〜１０ｅＶのエネルギーを得ることができる。この非熱的状態は、大気圧及び準大気圧の両方で作り出すことができる。非熱プラズマ内では電子が優先的に励起されるので、熱的状態と比較して、より大量のイオンが低いエネルギーのまま残り、大幅なエネルギーの節約を実現することができる。したがって、本発明のいくつかの実施態様では、プラズマ発生器（４０、４８）は、約１０６Ｖ／ｃｍの電界を印加することによって非熱プラズマを生成する。非熱プラズマを使用すると、熱プラズマを使用する場合よりもエネルギー消費を抑えつつ、燃料電池反応を促進させることができる。さらに、非熱プラズマを使用すると、燃料電池（２２）は、高い効率を保ちつつ、従来よりも低い温度で作動することができるようになり、有利である。
【００２４】
第１（及び第２）のプラズマ発生器（４８）には、多くの異なる構造のものを用いることができる。加えて、プラズマは、限定はしないが、同心円柱と平面絶縁バリアを用いる方法、パルスコロナ法、電子ビーム法、ホローカソード法、電子サイクロトロン共鳴法、ヘリコン法、螺旋型共振器を用いる方法、誘導／変成結合法、プラズマトロン法、プラズマトーチ法、及びフロー放電法を含む多くの方法から形成することができる。例えば、図２の実施形態によれば、第１のプラズマ発生器（４８）は、平面絶縁バリア（５２）によって分離された円筒形電極（５０）から構成されている。この実施態様の絶縁バリアとしては、磁器やその他のセラミック、雲母、ガラスや、アルミナなどの様々な金属酸化物等の固体を用いることができる。この他、いくつかの実施態様においては、乾燥空気や蒸留水などの液体やガスも、絶縁バリアとして用いることができる。絶縁バリア材料は、燃料電池の燃料及び酸素（図１の３４、４２）に触媒作用を及ぼす（活性化させる）十分なプラズマを作り出すのに必要とされるエネルギーに応じて選択される。
【００２５】
酸化アルミニウムなどの絶縁性の高い材料にある限度以上の電圧を印加すると、材料は突然電流を通し始める。この現象は絶縁破壊と呼ばれており、絶縁体が固体材料の場合には永久的な破損の原因となる。したがって、十分なプラズマを作り出すのに高い電圧を印加する必要がある場合は、絶縁体は、絶縁破壊が起こらない真空、乾燥空気、その他の材料でなければならない。また、プラズマ発生器内電極（５０）の数は適用形態に応じて変化させることが可能で、図２に示した３対に限定される必要はない。実施形態によっては、３つより多い場合もあれば、少ない場合もある。
【００２６】
電極（５０）と絶縁体（５２）は、図２に示しているようなスタックあるいは支持構造体内に配置される。プラズマ発生器（４８）の形状は、限定はしないが、例えば、円形、円筒形、長方形、及び立方体のものを用いることができる。さらに、図２のプラズマ発生器（４８）は、中にガスを通すことのできる多数の細孔（５６）を有することができる。細孔（５６）は、ドリルで穿孔されるか、打ち抜かれるか、レーザ切断されるか、あるいは他の方法でプラズマ発生器（４８）内に形成される。細孔（５６）は、必要なガス処理量、ガスがプラズマ発生器（４８）内を通るときの許容圧力損失、使用される燃料源及び酸素源の種類、及び／又は他の要因によって、数μｍから数百μｍ以上まで径を変化させるとができる。
【００２７】
電極（５０）の両端には、電極（５０）に電圧を印加するための電圧源（５４）が接続されている。電圧源（５４）は、種々の市販のものを用いることができ、ＡＣ（交流）、ＤＣ（直流）、又はＲＦ（高周波）の電圧源を用いることができる。電極（５０）の両側の電圧は、燃料と酸素が細孔（５６）を通過するときに、燃料と酸素をより反応性の高い成分へ活性化させるのに十分な非熱プラズマを生じるように調整される。燃料及び／又は酸素の活性化には、例えば、燃料及び酸素分子の解離あるいはイオン化がある。
【００２８】
次に、図３に示す態様（図２とは異なる態様）の第１のプラズマ発生器（１４８）について説明する。図２の態様と同様に、図３の態様においても、第１のプラズマ発生器（１４８）は第２のプラズマ発生器（図１の４０）と類似又は同一のものを用いることができる。しかしながら、図３の態様では、平板状のプラズマ発生器（１４８）を用いている。プラズマ発生器（１４８）は、互いに向かって延在する複数のアームをもつ１対の電極（１５０、１５１）を有している。即ち、第１の電極（１５０）は、第２の電極（１５１）に向かって延在する複数の第１アーム（１５４）を有し、第２の電極（１５１）は、第１の電極（１５０）に向かって延在する複数の第２アーム（１５６）を有している。
【００２９】
第１及び第２の電極（１５０、１５１）と第１及び第２アーム（１５４、１５６）は、絶縁体（１５２）によって分離されている。図２の絶縁バリア（５２）と同様に、本態様の絶縁体（１５２）も、固体に限定されない。絶縁体（１５２）としては、例えば、磁器やその他のセラミック、雲母、ガラス、アルミナなどの様々な金属酸化物を用いることができるし、乾燥空気や蒸留水などの液体や気体も用いることできる。絶縁体材料は、例えば、燃料電池の燃料と酸素（図１の３４、４２）を活性化させる十分なプラズマを作り出すために必要とされるエネルギーに応じて、選択される。
【００３０】
図３の実施形態では、絶縁体材料（１５２）は、電極（１５０、１５１）の周囲（１６０）にも配置されている。これにより、本態様では、絶縁体材料（１５２）は、プラズマ発生器（１４８）の支持構造体としての機能も果たす。前述のように、図３のプラズマ発生器（１４８）は、平面的な構造を有している。したがって、燃料と酸素の流路（図１の３６、３８と４４、４６）に、複数のプラズマ発生器（１４８）を積み重ねて配置することができる。燃料と酸素の流路（図１の３６、３８及び４４、４６）に、複数のプラズマ発生器（１４８）が配置される場合は、燃料と酸素を流すことのできるスペースを作るために、プラズマ発生器（１４８）間に間隙が設けられる。また、燃料及び/又は酸素の流路（図１の３６、３８及び４４、４６）の一方又は両方に単一のプラズマ発生器（１４８）を配置する場合は、燃料及び／又は酸素は、プラズマ発生器（１４８）の周囲及び／又は内部を通り、電極（１５０、１５１）間で生成されたプラズマによって活性化される。
【００３１】
本態様においても、プラズマ発生器（１４８）は、図２の電圧源（図２の５４）と類似又は同一の電圧源（１６０）を構成要素として含む。電圧源（１６０）は、電極（１５０、１５１）間に接続され、電極（１５０、１５１）の両端に電圧を印加する機能を有する。この場合も、電圧源（１６０）は、ＡＣ、ＤＣ又はＲＦのものを用いることができる。また、電圧源（１６０）は、燃料及び／又は酸素の流量に応じて調整される。
【００３２】
第１のプラズマリアクタによって発生する第１のプラズマは、特に固体電解質形燃料電池に導入される燃料を活性化処理するのに有益である。即ち、固体電解質形燃料電池に導入される燃料をプラズマ電界で活性化処理することにより、燃料ガス分子はイオン化されるため、燃料極上での反応が容易に進行するのである。固体電解質形燃料電池は、多くの固体高分子形燃料電池と同じように、一酸化炭素等の有害物質を生成しにくい。これまで、プラズマは、有害な窒素酸化物及び排気微粒子を減少させる目的で、エンジン排気の処理にある程度適用されてきたことはある。しかしながら、固体電解質形燃料電池にプラズマが使用されたことはない。本発明は、プラズマを固体酸化物形燃料電池に適用する利点、即ち、燃料の予備活性化処理を可能にし固体酸化物形燃料電池作動温度の低温化に寄与することを見出し、プラズマを固体酸化物形燃料電池に適用した最初の例である。
【００３３】
以上の実施態様によるエネルギー（有効電流）を生成する燃料電池（２２）の動作を、以下に、図１〜図３を用いて説明する。酸素源（４２）からの酸素は、第１のプラズマ発生器（４８）によって発生した第１のプラズマ中を通って、空気極（２６）に供給される。この際、プラズマは、絶縁バリアによって隔てられた１対の電極に電圧を印加することによって生成することができる。第１のプラズマ発生器（４８）は、例えば、直列に配置することができる複数の類似あるいは同一のプラズマ発生器を代表して表している。プラズマは、例えば酸素分子を解離又はイオン化することによって酸素を活性化する。活性化された酸素分子は、矢印（４６）の経路に沿って燃料電池空気極（２６）に供給される。
【００３４】
２つのプラズマ発生器が使用される場合、燃料分子は、第２のプラズマ発生器（４０）によって発生した第２のプラズマ中を通過することができる。しかしながら、実施形態によっては、第２のプラズマ発生器（４０）は省略されることもある。酸素の場合と同様に、燃料は、第２のプラズマ中を通過するときに活性化され、例えば、解離されるかイオン化される。活性化された燃料分子は、矢印（３８）の経路に沿って燃料電池燃料極（２４）に供給される。活性化された燃料及び酸素は、反応性に富み、燃料極（２４）と空気極（２６）にそれぞれ達したときに、前述のように容易に反応する。燃料からの電子は、電解質（２８）内を通らず、外部回路（３０）に導かれて有効な電流を生成する。
【００３５】
次に、図４を参照して、本発明が提供する電気機器（２００）の一実施態様を説明する。図４は、図１〜図３に記載したような燃料電池電力システムを利用している電気機器（２００）の概略図である。図４の態様によれば、燃料電池（２２２）は燃料源（２３４）と流体連通している。燃料源（２３４）は、矢印（２３６）の経路に沿って燃料を供給する。酸素の供給源（周囲空気によって供給される）は、別の矢印（２４４）で示されたように燃料電池（２２２）と流体連通している。図４に示したように、燃料電池（２２２）の作動中、水（Ｈ２Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ２）が副生する。
【００３６】
燃料電池（２２２）は、外部回路（２３０）を介して電気負荷（２３２）に電力を供給することができる。電気負荷（２３２）としては、限定はしないが、例えば、自動車用モータ（及び他の自動車用電子装置）、ライト、カメラ、家庭用補助電源、又は他の電気を消費する装置を含む任意の電気機器が挙げられる。外部回路（２３０）は、燃料電池（２２２）と並列に、任意の電圧調整器／制御回路（２７０）及び電気キャパシタ又はバッテリ（２７２）に接続することもできる。任意の電圧調整器／制御回路（２７０）は、燃料源（２３４）にデータを提供するフィードバックループ（２７４）を構成要素として含んでいる。電気キャパシタ又はバッテリ（２７２）は、外部負荷（２３２）に補助電力を供給することができる。
【００３７】
酸素源から燃料電池（２２２）までの酸素の経路（２４４）内に、第１の発生器（２４８）が配置されている。第１のプラズマ発生器（２４８）は、酸素源からの酸素を解離あるいはイオン化するプラズマを発生する。図４の態様では、第１のプラズマ発生器（２４８）は、燃料電池（２２２）のすぐ上流側、例えば、燃料電池（２２２）の上流側わずか数ｍｍ〜数十ｃｍの位置に配置されている。このように、第１のプラズマ発生器（２４８）が燃料電池（２２２）近傍に配置されているので、一旦プラズマ励起され解離あるいはイオン化された酸素の再結合反応は制限され、結果、燃料電池（２２２）の低温作動を可能にする。第１のプラズマ発生器（２４８）は、酸素源（２３４）からの酸素を、長い距離（おそらく数十ｃｍ以上）において活性化された状態を維持できるレベルにまで活性化させるプラズマを発生させることはできるものの、本態様では、第１のプラズマ発生器（２４８）を、燃料電池（２２２）からわずか数ｃｍの位置に配置している。これは、非熱プラズマによって低温（５００℃以下）で酸素を活性化することができるので有利である。活性化された酸素は、燃料電池（２２２）の空気極に達し反応するまでの間、活性化された状態を維持できればよい。そのため、プラズマ発生器（２４８）が燃料電池（２２２）に近いほど消費電力は少なくなる。
【００３８】
同様に、電気機器（２００）は、燃料源（２３４）から燃料経路（２３６）に沿って流れる燃料を活性化する第２のプラズマ発生器（２４０）を有している。第１のプラズマ発生器（２４８）同様、第２のプラズマ発生器（２４０）に関しても、例えば、数ｍｍ〜数十ｃｍ燃料電池（２２２）の上流側に配置することができる。この場合も、第２のプラズマ発生器（２４８）が数燃料電池（２２２）に近いほど、第２のプラズマ発生器（２４８）を作動させるために必要な寄生電力（燃料電池が発電した電力の一部をプラズマ発生器は消費する）は少なくなり、燃料電池（２２２）の作動温度は低くなる。したがって、本実施態様の第２のプラズマ発生器（２４０）も、燃料電池（２２２）からわずか数ｃｍ上流側に配置されている。第１及び第２のプラズマ発生器（２４８、２４０）は、図２、図３に示したものを用いることができ、他にも、パルスコロナ法、電子ビーム法、中空陰極法、電子サイクロトロン共鳴法、ヘリコン法、螺旋共振器法、誘導／変成結合法、プラズマトロン法、プラズマトーチ法、及びフロー放電リアクタ法を含む市販のプラズマ発生器を用いることもできる。
【００３９】
以上の説明は、本発明の原理と幾つかの実際的な応用例を示すために選択され説明された。以上の説明から、当業者は、本発明を、所望の用途に適するように様々な実施形態において、且つ様々な修正を施して利用することができる。本発明の範囲は、併記の特許請求の範囲によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の燃料電池システムの一実施態様
【図２】プラズマ発生器の一実施形態
【図３】図２とは異なる実施態様のプラズマ発生器
【図４】本発明の電気機器の一実施態様
【符号の説明】
【００４１】
２２  燃料電池
２４  燃料極
２６  空気極
２８  電解質
３０  外部回路
３２  外部負荷
３４  燃料源
３６  燃料源の経路
３８  燃料源の経路
４０  第１のプラズマ発生器
４２  酸素源
４４  酸素源の経路
４６  酸素源の経路
４８  第２のプラズマ発生器
５０  円筒形電極
５２  絶縁バリア
５４  電圧源
５６  細孔
１４８  プラズマ発生器
１５０  第１の電極
１５１  第２の電極
１５２  絶縁体
１５４  第１アーム
１５６  第２アーム
１６０  電圧源
２００  電気機器
２２２  燃料電池
２３０  外部回路
２３２  外部負荷
２３４  燃料源
２３６  燃料
２４０  プラズマ
２４４  酸素
２４８  プラズマ
２７０  制御回路
２７２  電気キャパシタ又はバッテリ
２７４  フィードバックループ
【図１】
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【図２】
2004152759.tif 000004
【図３】
2004152759.tif 000005
【図４】
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