(57)【要約】三つの入れ子状の円錐台（１００、１０６、１１２）を含む燃料電池の製造方法及び装置。燃料電池の内部芯（１００）は、ニッケルなどの多孔性金属からなり、燃料が通過する媒体を提供する。第二の芯（１０６）は、使用する際に円錐芯（１００）の周囲に提供され、第三の芯（１１２）との効果的な接触を促進するために燃料のためのディフューザーとして作用する。第三の芯（１１２）は、それ自体が燃料電池であり、燃料と電池のオキシダント側との間にガス不浸透性の層を提供する、電解質構成部分を含む。陰極と陽極は、電解質構成部分の外面と内面（１１２、１１４）にそれぞれ提供される。燃料電池の下部表面（１２１）の断面プロファイルが上部表面（１１９）よりも大きいように、燃料電池は形態化される。上部表面（１１９）は、燃料がディフューザー円錐（１０６）を出ることを可能にするアパーチャ（１２０）を備えて提供される。複数の燃料電池は配列して配置される。
2004512636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の製造方法であって、該方法は、電解質構成部分の形成と、第一電気伝導性構成部分の形成と、第二電極構成部分の形成と第二電気伝導性構成部分の形成と、前記形成された電解質構成部分を前記形成された第一電気伝導性構成部分へ挿入することと、並びに前記第二電極構成部分を前記形成された電解質構成部分へ挿入すること及び前記形成された前記第二電気伝導性構成部分を第二電極構成部分へ挿入することと、を含む方法。
【請求項２】
前記第一電気伝導性構成部分の内面と、前記電解質構成部分の外面及び／又は前記電解質構成部分の内面と、前記第二電気伝導性及び／又は前記第二電極構成部分の外面は、第一断面プロファイルと該第一断面プロファイルから分離した第二断面プロファイルを有し、前記第一断面プロファイルは前記第二断面プロファイルよりも大きく、前記第一及び前記第二断面プロファイルは、構成部分の一つ以上の表面によってリンクしていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電解質構成部分は、前記第一電気伝導性構成部分に押し込まれ、並びに／又は、前記第二電気伝導性構成部分は前記電解質構成部分及び／若しくは前記第二電極構成部分に押し込まれ、並びに／又は、多孔性物質の構成部分は、前記第二電気伝導性構成部分に押し込まれることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
電解質構成部分と、該電解質構成部分の第一側と接触する第一電極構成部分と、前記電解質構成部分の第二側と接触する第二電極構成部分とを含む、燃料電池であって、少なくとも一つの前記構成部分は第一位置における第一断面プロファイルと第二位置における第二断面プロファイルを有し、該第二位置は該第一位置とは分離しており、前記第一断面プロファイルは前記第二断面プロファイルよりも大きいエリアを有し、前記第一及び前記第二断面プロファイルは、前記構成部分の一つ以上の表面によってリンクしていることを特徴とする、燃料電池。
【請求項５】
電解質構成部分と、該電解質構成部分の第一側と接触する第一電極構成部分と、前記電解質構成部分の第一側及び／若しくは前記第一電極構成部分と接触する第一電気伝導性構成部分と、前記電解質構成部分の第二側と接触する第二電極と、前記電解質構成部分の前記第二側及び／若しくは前記第二電極構成部分と接触する第二電気伝導性構成部分とを含む燃料電池であって、少なくとも一つの前記構成部分は第一位置における第一断面プロファイルと第二位置における第二断面プロファイルを有し、前記第二位置は前記第一位置とは分離しており、前記第一断面プロファイルは前記第二断面プロファイルよりも大きいエリアを有し、前記第一及び前記第二断面プロファイルは、前記構成部分の一つ以上の表面によってリンクしていることを特徴とする、燃料電池。
【請求項６】
前記第二電極構成部分は、前記電解質構成部分と接触する前記電解質構成部分内に提供されることを特徴とする、請求項４又は５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第一電極構成部分は、前記電解質構成部分と接触する前記電解質構成部分の外部に提供されることを特徴とする、請求項４乃至６の何れかに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第二電気伝導性構成部分は、前記第二電極構成部分と接触する前記電解質構成部分内に提供されることを特徴とする、請求項４乃至７の何れかに記載の燃料電池。
【請求項９】
前記第一電気伝導性構成部分は、前記第一電極と接触する前記電解質構成部分の外部に提供されることを特徴とする、請求項４乃至８の何れかに記載の燃料電池。
【請求項１０】
多孔姓物質の構成部分は、前記第二電気伝導性構成部分内に提供され、前記第二電気伝導性構成部分と接触することを特徴とする、請求項４乃至９の何れかに記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記プロファイルは単一表面によってリンクされ、前記リンクする表面は円錐形状であることを特徴とする、請求項４乃至１０の何れかに記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記プロファイルは一つ以上の表面によってリンクされ、前記リンクする表面は、前記第一断面プロファイルから前記第二断面プロファイルに一定方法の変遷を提供することを特徴とする、請求項４乃至１１の何れかに記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記プロファイルは一つ以上の表面によってリンクされ、前記リンクする表面は、１°乃至６５°間のインターセプション角度で、軸に対して傾斜していることを特徴とする、請求項４乃至１２の何れかに記載の燃料電池。
【請求項１４】
燃料電池の構成部分であって、該構成部分は、第一位置における第一断面プロファイルと第二位置における第二断面プロファイルを有し、前記第二位置は前記第一位置とは分離しており、前記第一断面プロファイルは前記第二断面プロファイルよりも大きいエリアを有し、前記第一及び前記第二断面プロファイルは、前記構成部分の一つ以上の表面によってリンクしていることを特徴とする、構成部分。
【請求項１５】
燃料電池の配列であって、該配列は、一つ以上のさらなる燃料電池に接続される請求項４乃至１４の何れかに記載の一つ以上の燃料電池を含むことを特徴とする、配列。
【請求項１６】
前記燃料電池は、該燃料電池の外面により、特に酸素である、オキシダントの径路に対して多孔性である、多孔性の電気伝導性のリンク構成部分によって共に接続されることを特徴とする、請求項１５に記載の配列。
【請求項１７】
前記多孔性の電気伝導性のリンク構成部分は、一つ以上の先細の開口部を備えて提供され、該構成部分は並列に前記燃料電池を接続し、前記多孔性の電気伝導性のリンク構成部分は前記燃料電池を連続して接続することを特徴とする、請求項１５に記載の配列。
【請求項１８】
前記構成部分は、前記燃料電池を並列又は連続して接続することを特徴とする、請求項１５乃至１７の何れかに記載の配列。
【請求項１９】
前記多孔性の電気伝導性のリンク構成部分は、オキシダント供給側面及び排気側面を有することを特徴とする、請求項１５乃至１７の何れかに記載の配列。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は燃料電池の改良と燃料電池に関連することに関し、特に、かかる構造及び構成方法とは独占的に関係しない。
【０００２】
燃料電池は、陽極の燃料、及び陰極のオキシダントの消費によって電気的なエネルギーを生ずる。電気化学反応が意味のある率で発生するために、かかる燃料電池は、８５０℃を越えた温度で一般に操作される。平面の燃料電池が周知である一方、円形断面の長く管状の燃料電池は熱衝撃に優れた抵抗を提示すると考えられる。すなわち、温度の迅速な変化は、燃料電池への多大な損傷に帰着しないということである。これは、実際のシステムにおいて多大に貢献する。円形断面の長く管状の燃料電池は、内部及び外部へのオキシダントに燃料を供給する。
【０００３】
出願人は、かかる円形断面の長い管状のデザインが比較的弱い電流を提供することを確立し、これは管の外面と電流コレクタ間、さらに管の内部表面とその表面の電流収集システム間の良好な接触を生じる困難性によることが大部分であるとことが判明している。
【０００４】
本発明は、効果的に組立可能であり、製造コストがかからず、幅広く使用する、燃料電池を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明の第一の態様によると、我々は、電解質構成部分と、電解質構成部分の第一側と接触する第一電極構成部分と、電解質構成部分の第二側と接触する第二電極構成部分とを含む、燃料電池を提供し、少なくとも一つの構成部分は第一位置における第一断面プロファイルと第二位置における第二断面プロファイルを有し、第二位置は第一位置とは分離しており、第一断面プロファイルは第二断面プロファイルよりも大きく、第一及び第二断面プロファイルは、構成部分の一つ以上の表面によってリンクしている。
【０００６】
第一態様は、本明細書の何れかに記載の特徴、オプション、又は可能性を含むかもしれない。特に、本発明の第二及び／又は第三の態様で記載の電解質構成部分及び／又は第一電解質構成部分及び／又は第二電解質構成部分における特徴、オプション及び可能性について言及される。
【０００７】
本発明の第二の態様によると、我々は、電解質構成部分と、電解質構成部分の第一側と接触する第一電極構成部分と、電解質構成部分の第一側及び／若しくは第一電極構成部分と接触する第一電気伝導性構成部分と、電解質構成部分の第二側と接触する第二電極と、電解質構成部分の第二側及び／若しくは第二電極構成部分と接触する第二電気伝導性構成部分とを含む燃料電池を提供し、少なくとも一つの構成部分は第一位置における第一断面プロファイルと第二位置における第二断面プロファイルを有し、第二位置は第一位置とは分離しており、第一断面プロファイルは第二断面プロファイルよりも大きく、第一及び第二断面プロファイルは、構成部分の一つ以上の表面によってリンクしている。
【０００８】
好ましくは、電解質構成部分は、本発明の第三の態様に特に含まれる、本明細書に記載の特徴、オプション、又は可能性にしたがって提供される。
【０００９】
好ましくは、第一電極構成部分は、本発明の第三の態様に特に含まれる、本明細書に記載の特徴、オプション、又は可能性にしたがって提供される。好ましくは、第二電解質構成部分は、本発明の第三の態様に特に含まれる、本明細書に記載の特徴、オプション、又は可能性にしたがって提供される。
【００１０】
好ましくは、第一又は第二の電気伝導性構成部分は、本発明の第三の態様に特に含まれる、本明細書に記載の特徴、オプション、又は可能性にしたがって提供され、特に、多孔性の電気伝導性の構成部分が提供される。好ましくは、第一又は第二電気伝導性構成部分の他のものは、本発明の第四の態様に特に含まれる、本明細書に記載の特徴、オプション、又は可能性にしたがって提供され、特に、多孔性の電気伝導性のリンク構成部分が提供される。
【００１１】
好ましくは、特に平行な第一及び第二断面プロファイルが考慮される場合、第二の断面プロファイルは第一断面プロファイル内であるか、又は第一断面プロファイルの突出に対応している。好ましくは、軸に沿った分離が考慮される。好ましくは、第一及び第二断面プロファイルは軸に対して垂直である。好ましくは、軸は、一つの構成部分が別の構成部分に挿入される方向に対応する。軸は第一及び第二断面プロファイルの中心を連結するかもしれない。第二断面プロファイルが第一断面プロファイルの縮減されたスケールとすべきことが特に好ましい。
【００１２】
第二電極構成部分は、好ましくは電解質構成部分と接触する電解質構成部分内に提供される。第一電極構成部分は、好ましくは電解質構成部分と接触する電解質構成部分外部に提供される。
【００１３】
第二電気伝導性構成部分は、好ましくは電解質構成部分及び／又は第二電極と接触する電解質構成部分内に提供される。第一電気伝導性構成部分は、好ましくは電解質構成部分及び／又は第一電極と接触する電解質構成部分外部に提供される。
【００１４】
好ましくは、多孔姓物質の構成部分は、第二電気伝導性構成部分内に提供され、理想的には第二電気伝導性構成部分と接触する。好ましくは、多孔性構成部分は、本発明の第三の態様に特に含まれる、本明細書に記載の特徴、オプション、又は可能性にしたがって提供され、特に、多孔性の電気伝導性の構成部分が提供される。
【００１５】
好ましくは、電解質構成部分の外面は、第一位置における第一断面プロファイルと第二位置における第二断面プロファイルを有し、第二位置は第一位置とは分離しており、第一断面プロファイルは第二断面プロファイルよりも大きく、第一及び第二断面プロファイルは、構成部分の一つ以上の表面によってリンクしている。好ましくは、第一電気伝導性構成部分の内面は、第一位置における第一断面プロファイルと、第一位置とは分離した第二位置における第二断面プロファイルを有し、第一断面プロファイルは第二断面プロファイルよりも大きく、第一及び第二断面プロファイルは、構成部分の一つ以上の表面によってリンクしている。電解質構成部分の外面と第一電極構成部分の内面及び／又は第一電気伝導性構成部分の内面は互いに対応し、理想的には互いに接することが特に好ましい。
【００１６】
好ましくは、電解質構成部分の内面は、第一位置における第一断面プロファイルと第二位置における第二断面プロファイルを有し、第二位置は第一位置とは分離しており、第一断面プロファイルは第二断面プロファイルよりも大きく、第一及び第二断面プロファイルは、構成部分の一つ以上の表面によってリンクしている。好ましくは、第二電気伝導性構成部分の外面は、第一位置における第一断面プロファイルと、第一位置とは分離した第二位置における第二断面プロファイルを有し、第一断面プロファイルは第二断面プロファイルよりも大きく、第一及び第二断面プロファイルは、構成部分の一つ以上の表面によってリンクしている。電解質構成部分の内面と第二電極構成部分の内面及び／又は第二電気伝導性構成部分の外面は互いに対応し、理想的には互いに接することが特に好ましい。
【００１７】
好ましくは、第二電気的伝導性構成部分の内面は、第一位置における第一断面プロファイルと第二位置における第二断面プロファイルを有し、第二位置は第一位置とは分離しており、第一断面プロファイルは第二断面プロファイルよりも大きく、第一及び第二断面プロファイルは、構成部分の一つ以上の表面によってリンクしている。好ましくは、多孔性物質の構成部分の外面は、第一位置における第一断面プロファイルと、第一位置とは分離した第二位置における第二断面プロファイルを有し、第一断面プロファイルは第二断面プロファイルよりも大きく、第一及び第二断面プロファイルは、構成部分の一つ以上の表面によってリンクしている。第二電気伝導性構成部分の内面と多孔性構成部分の外面は互いに対応し、理想的には互いに接することが特に好ましい。
【００１８】
好ましくは、少なくとも２つ、より好ましくは３つ及び理想的にはすべて４つの電解質構成部分、第二電解質構成部分、第二電気伝導性構成部分、及び多孔性物質構成部分は一端で合致するエッジ表面を有する。
【００１９】
本発明の第二態様は、本発明に記載の特徴、オプション及び可能性を含むかもしれない。
【００２０】
本発明の第三の態様によると、我々は燃料電池における構成部分を提供し、かかる構成部分は、第一位置における第一断面プロファイルと第二位置における第二断面プロファイルを有し、第二位置は第一位置とは分離しており、第一断面プロファイルは第二断面プロファイルよりも大きく、第一及び第二断面プロファイルは、構成部分の一つ以上の表面によってリンクしている。
【００２１】
第一及び第二断面プロファイルは、両者が内部プロファイルであるかもしれない。第一及び第二断面プロファイルは、両者が外部プロファイルであるかもしれない。
【００２２】
第一及び第二断面プロファイルは、好ましくはお互いに平行である。第一及び／又は第二断面プロファイルは、好ましくは軸に対して垂直である。
【００２３】
第一断面プロファイルは、好ましくは構成部分の一つの端である。第二断面プロファイルは、好ましくは構成部分の別の端である。第二断面プロファイルは構成部分の端の中間で提供され、特に外部プロファイル及び／又は構成部分が端部分を有する場合である。
【００２４】
一つ又は両者の断面は対称的であり、好ましくは一つ以上の対称線に関して対称である。好ましくは、第二の断面プロファイルは、縮減された大きさにおいて第一断面プロファイルに対応する。一つ又は両者の断面は円形のプロファイルである。一つ又は両者の断面は正方形のプロファイルであるかもしれない。一つ又は両者の断面は直線的であり、好ましくは長方形のプロファイルであるかもしれない。好ましくは、両断面は同一形状のプロファイルを有する。
【００２５】
好ましくは、第一及び第二断面プロファイルは、構成部分の軸に沿って互いに分離されている。好ましくは、構成部分の軸は、頂点から延在する軸であるか、又は構成部分の突出した頂点である。構成部分の軸は、第一と第二断面プロファイルの中心を連結することによって形成された線、潜在的には他の中間断面プロファイルの中心と共に形成された線であるかもしれない。
【００２６】
第一断面プロファイルは、好ましくは単一表面によって第二断面プロファイルにリンクされる。第一断面プロファイルは、３つの表面によって第二断面プロファイルにリンクされるかもしれない。第一断面プロファイルは、４つの表面によって第二断面プロファイルにリンクされるかもしれない。数多の場合において、リンクは４つ以上の表面によって提供されるかもしれない。リンクする表面は、円錐形状であり、より好ましくは切断型の円錐形状であるかもしれない。好ましくは、切断部分は軸に垂直である。リンクする表面は同一であるか、又は異なる形状であるかもしれない。リンクする表面は、三角形であるか、又はより好ましくは台形であるかもしれない。好ましくは、軸方向に分離された台形の２つの側は互いに平行であり、他の２つの側は互いに関して傾いている。
【００２７】
一つ以上のリンクする表面は、表面が確定する第一断面プロファイルの部分から表面が確定する第二断面プロファイルの部分への遷移によってリンクに影響するかもしれない。
【００２８】
リンクする表面は、第一断面プロファイルから第二断面プロファイルに向かう一定方法の遷移を提供する。リンクする表面は、第一と第二断面プロファイルの分離を通じて第一断面プロファイルから第二断面プロファイルへの遷移を提供するかもしれない。好ましくは、リンクする表面は第二断面プロファイルに向かい遷移を受けるか、又はリンクする表面を通じて、かかる断面プロファイルを維持する。
【００２９】
リンクする表面は、１°と６５°間、より好ましくは５°と５０°間、理想的には１０°と４０°間のインターセプション角度（ａｎ　ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎ　ａｎｇｌｅ）で、軸に対して傾斜している。好ましくは、各リンクする表面は同一角度で提供される。
【００３０】
好ましくは、第二断面プロファイルの各部分は、軸方向の第一断面プロファイルの突出内であるか、又は軸方向の第一断面プロファイルの突出に対応する。
【００３１】
構成部分は電解質構成部分でありえる。電解質構成部分は、ジルコニアで形成され、特にイットリアでドープされたジルコニアで形成される。好ましくは、電解質構成部分は、混合酸化物である。好ましくは、電解質構成部分は、気体イオンの径路を可能にするが、水素と酸素に対して不浸透性である。
【００３２】
好ましくは、電解質構成部分は、結合する内部と外部表面を有する。好ましくは、外部表面と内部表面の第一断面プロファイル間の分離は、プロファイル全体にわたって同一である。好ましくは、外部表面と内部表面の第二断面プロファイル間の分離は、プロファイル全体にわたって同一である。好ましくは、分離は、外部表面と内部表面の第二断面プロファイル間のように、外部表面と内部表面の第一断面プロファイル間で同一である。分離は、５ミクロンと３００ミクロンとの間でありうる。好ましくは、リンクする表面は、第一断面プロファイルと第二断面プロファイル間の一定の分離を有する。好ましくは、リンクする表面は、第一断面プロファイルと第二断面プロファイル間で互いに平行である。
【００３３】
好ましくは、電解質構成部分は円錐形であり、理想的には円錐台である。両端での切断は、構成部分の外壁及び内壁の両者を通過する。第二断面プロファイルに近接の切断は、外壁により通過するだけである。第二断面プロファイルに近接の切断は、構成部分の端部分における一つ以上のアパーチャを通過する。端部分は、ディスク形状部分であり、好ましくは円錐台の上部を横切って延在する。好ましくは、構成部分は、両端で開口部を有する。好ましくは、単一のアパーチャは、各端に提供される。好ましくは、構成部分の端表面、特に切断表面は、互いに平行である。
【００３４】
構成部分は、第一及び／又は第二の電極構成部分であるかもしれない。
【００３５】
好ましくは、第一及び／又は第二の電極構成部分は、結合する、内部及び外部表面を有する。好ましくは、外部表面と内部表面の第一断面プロファイル間の分離は、プロファイル全体にわたって同一である。好ましくは、外部表面と内部表面の第二断面プロファイル間の分離は、プロファイル全体にわたって同一である。好ましくは、分離は、外部表面と内部表面の第二断面プロファイル間のように、外部表面と内部表面の第一断面プロファイル間で同一である。好ましくは、リンクする表面は、第一断面プロファイルと第二断面プロファイル間の一定の分離を有する。好ましくは、リンクする表面は、第一断面プロファイルと第二断面プロファイル間で互いに平行である。
【００３６】
好ましくは、第一及び／又は第二電極構成部分は円錐形であり、理想的には円錐台である。両端での切断は、構成部分の外壁及び内壁の両者を通過する。好ましくは、第二断面プロファイルに近接の切断は、外壁により通過するだけである。好ましくは、切断の残りは構成部分の端部を通過する。端部分は、ディスク形状部分であり、好ましくは円錐台の上部を横切って延在する。好ましくは、構成部分は、第一断面プロファイルに近接の端で開口部を有する。好ましくは、構成部分の端表面、特に切断表面は、互いに平行である。
【００３７】
構成部分は第二の、好ましくは多孔性で、電気伝導性構成部分であり、泡、メッシュ、多孔性状の固体金属又はフェルト物質などである。ニッケル泡又はフェルトなどの金属泡又はフェルトは特に好ましい。好ましくは、構成部分は、水素などの燃料物質に対して多孔性である。好ましくは、構成部分はディフューザーとして作用する。好ましくは、構成部分の物質は、圧縮可能で弾力がある。
【００３８】
好ましくは、多孔性の電気伝導性構成部分は、結合する内部と外部表面を有する。好ましくは、外部表面と内部表面の第一断面プロファイル間の分離は、プロファイル全体にわたって同一である。好ましくは、外部表面と内部表面の第二断面プロファイル間の分離は、プロファイル全体にわたって同一である。好ましくは、分離は、外部表面と内部表面の第二断面プロファイル間のように、外部表面と内部表面の第一断面プロファイル間で同一である。分離は、１ｍｍと８ｍｍとの間でありうる。好ましくは、リンクする表面は、第一断面プロファイルと第二断面プロファイル間の一定の分離を有する。好ましくは、リンクする表面は、第一断面プロファイルと第二断面プロファイル間で互いに平行である。
【００３９】
好ましくは、多孔性の電気伝導性構成部分は円錐形であり、理想的には円錐台である。両端での切断は、構成部分の外壁及び内壁の両者を通過する。好ましくは、第二断面プロファイルに近接の切断は、外壁により通過するだけである。好ましくは、切断の残りは構成部分の端部を通過する。端部分は、ディスク形状部分であり、好ましくは円錐台の上部を横切って延在する。好ましくは、構成部分は、第一断面プロファイルに近接の端で開口部を有する。好ましくは、構成部分の端表面、特に切断表面は、互いに平行である。
【００４０】
構成部分は、メッシュ物質などの多孔性物質の構成部分でありうる。ニッケルメッシュなどの金属メッシュが特に好ましい。構成部分は電気コンダクタで形成される。好ましくは、構成部分は、水素などの燃料物質に対して多孔性である。好ましくは、構成部分の物質は、圧縮可能で弾力がある。
【００４１】
好ましくは、多孔性物質の構成部分は、特に固体の芯を有するために、外面を有し、内面は有しない。多孔性物質は、内面と外面を有するかもしれない。外部表面と内部表面の第一断面プロファイル間の分離は、プロファイル全体にわたって同一である。外部表面と内部表面の第二断面プロファイル間の分離は、プロファイル全体にわたって同一である。分離は、外部表面と内部表面の第二断面プロファイル間のように、外部表面と内部表面の第一断面プロファイル間で同一である。好ましくは、リンクする表面は、第一断面プロファイルと第二断面プロファイル間の一定の分離を有する。好ましくは、リンクする表面は、第一断面プロファイルと第二断面プロファイル間で互いに平行である。
【００４２】
好ましくは、多孔性物質の構成部分は円錐形であり、理想的には円錐台である。両端での切断は、構成部分の外壁だけを通過する。第二断面プロファイルに近接の切断は、外壁により通過するだけである。好ましくは、構成部分の端表面、特に切断表面は、互いに平行である。
【００４３】
本発明の第四の態様にしたがって、我々は燃料電池の配列を提供し、かかる配列は、一つ以上のさらなる燃料電池に接続する、本発明の第一及び／又は第二及び／又は第三態様による、一つ以上の燃料電池を含む。
【００４４】
特に、燃料電池は、燃料電池の外面により、多孔性の電気伝導性のリンク構成部分によって共に接続される。好ましくは、多孔性の電気伝導性のリンク構成部分は、特に酸素である、オキシダントの径路に対して多孔性である。多孔性の電気伝導性のリンク構成部分は、特にニッケルクロム合金の、金属合金であるかもしれない。多孔性の電気伝導性のリンク構成部分は、メッシュとして提供されるかもしれない。多孔性の電気伝導性のリンク構成部分は、物質の不可欠な本体であるかもしれない。好ましくは、多孔性の電気伝導性のリンク構成部分は、一つ以上の先細、理想的には円錐形の開口部を備えて提供される。開口部はくぼみであるが、しかし好ましくはアパーチャによるものである。好ましくは、アパーチャは、アパーチャの軸に垂直な燃料電池の最大規模よりも短い、アパーチャの軸に対して垂直な最大規模を有する。好ましくは、アパーチャは、アパーチャの軸に垂直な燃料電池の最大直径よりも短い、アパーチャの軸に対して垂直な最大直径を有する。好ましくは、アパーチャは、アパーチャの軸に垂直な燃料電池の最小規模よりも長い、アパーチャの軸に対して垂直な最小規模を有する。好ましくは、アパーチャは、アパーチャの軸に垂直な燃料電池の最大直径よりも長い、アパーチャの軸に対して垂直な最小直径を有する。多孔性の電気伝導性のリンク構成部分は、好ましくは平面である。
【００４５】
多孔性の電気伝導性のリンク構成部分は、燃料電池を平行に接続する。多孔性の電気伝導性のリンク構成部分は、燃料電池を連続して接続する。
【００４６】
好ましくは、多孔性の電気伝導性のリンク構成部分は、オキシダント供給側面及び排気側面を有する。好ましくは、オキシダントは、多孔性の電気伝導性のリンク構成部分により、オキシダント供給側面から排気側面に流れる。好ましくは、オキシダントは、一つ以上の導管を介して、多孔性の電気伝導性のリンク構成部分に導入される。追出ユニットは、多孔性の電気伝導性のリンク構成部分を供給するために提供されるかもしれない。追出ユニットは、ファンであるかもしれない。オキシダントは、対流によって多孔性の電気伝導性のリンク構成部分に供給されるかもしれない。
【００４７】
好ましくは、燃料はオキシダントと同じ側から導入される。好ましくは、燃料は、燃料電池により、オキシダント供給側面から排気側面に流れる。好ましくは、燃料は燃料電池の理想的には芯である、多孔性物質構成部分により流れて、及び／又は燃料電池の多孔性ディフューザーである、多孔性の電気伝導性構成部分により流れる。好ましくは、燃料は一つ以上のアパーチャにより燃料電池から出る。アパーチャは部分的に妨害されるか、又は覆い隠される。アパーチャは、リストリクター素子によって、妨害されるか、又は覆い隠される。リストリクター素子は、アパーチャ内及び／又はアパーチャを通して提供されるかもしれない。アパーチャは、切断によって形成される円錐の表面に提供される。切断表面は平面であるかもしれない。切断表面は、バーナーと接触しているかもしれない。リストリクターは、バーナーと接触しているかもしれない。切断表面及び／又はリストリクターは、バーナーから離れているかもしれない。多孔性電気コンダクタは、バーナーから離れているかもしれない。追出ユニットは、多孔性電気伝導性構成部分により燃料を供給するために提供されるかもしれない。追出ユニットは、ファンであるかもしれない。燃料は、対流によって多孔性電気伝導性構成部分により供給する。
【００４８】
燃料は、燃料処理装置を介して燃料電池に導入される。燃料処理装置は、原料燃料の入力を有し、燃料の出力を提供する。原料燃料は、出力する前に洗浄される。原料燃料は、出力前に変換される。原料燃料は、水素を含む形態から水素に変換される。原料燃料は、ブタン及び／又はプロパンでありうる。燃料処理装置は、入口と出口との間に燃料のための複雑な通路を含むかもしれない。一つ以上の出口が提供されるかもしれない。好ましくは、少なくとも一つの出口は、各燃料電池のために提供される。
【００４９】
好ましくは、消費されないオキシダントと燃料は、排気側で組み合わせられる。消費されないオキシダントと燃料は、反応生成物と共に排気側で組み合わせられる。消費されないオキシダントと燃料は、バーナーで組み合わせられる。バーナーは、フレームバーナーでありうる。バーナーは、特にプラチナベースの触媒バーナーである、触媒バーナーでありうる。バーナーは、ピエゾ素子に基づく装置などの点火装置を備えて提供される。バーナーは、平面素子でありうる。バーナーは、アイテムが置くことができる表面を提供する。バーナーはラジエータを提供する。
【００５０】
燃料処理装置を提供する少なくとも壁の一部は電気コンダクタであり、好ましくは、多孔性の電気伝導性構成部分を燃料電池にリンクする、電気コンダクタでありうる。
【００５１】
本発明の第五の態様にしたがって、我々は燃料電池の製造方法を提供し、かかる方法は、電解質構成部分の形成と、第一電極構成部分の形成と第二電極構成部分の形成と、及び形成された電解質構成部分を形成された第一電極構成部分へ挿入することと形成された第二電極構成部分を形成された電解質構成部分への挿入することを含む。
【００５２】
本発明の第六の態様にしたがって、我々は燃料電池の製造方法を提供し、かかる方法は、電解質構成部分の形成と、第一電気伝導性構成部分の形成と、第二電極構成部分の形成と第二電気伝導性構成部分の形成と、形成された電解質構成部分を形成された第一電気伝導性構成部分へ挿入することと、並びに第二電極構成部分を形成された電解質構成部分へ挿入すること及び形成された第二電気伝導性構成部分を第二電極構成部分へ挿入することを含む。
【００５３】
本発明の第五及び／又は第六の態様は、本明細書に記載の下記の特徴、オプション、又は可能性を含む。
【００５４】
好ましくは、第一電気伝導性構成部分の内面と、電解質構成部分の外面及び／又は電解質構成部分の内面と、第二電気伝導性及び／又は第二電極構成部分の外面は、第一断面プロファイルと第一断面プロファイルから分離した第二断面プロファイルを有し、第一断面プロファイルは第二断面プロファイルよりも大きく、第一及び第二断面プロファイルは、構成部分の一つ以上の表面によってリンクしている。
【００５５】
好ましくは、電解質構成部分は、第一電気伝導性構成部分に押し込まれる。好ましくは、第一電気伝導性構成部分の物質は、電解質構成部分の挿入によって圧縮される。
【００５６】
好ましくは、第二電気伝導性構成部分は、電解質構成部分及び／又は第二電極構成部分に押し込まれる。好ましくは、第二電気伝導性構成部分の物質は、第二電気伝導性構成部分の挿入によって圧縮される。
【００５７】
好ましくは、多孔性物質の構成部分は、第二電気伝導性構成部分に挿入される。好ましくは、多孔性物質の構成部分は、第二電気伝導性構成部分に押し込まれる。好ましくは、第二電気伝導性構成部分及び／又は多孔性物質構成部分の物質は、挿入によって圧縮される。
【００５８】
一つ以上のオキシダント供給導管は、第一電気伝導性構成部分に取り付けされるか、又は第一電気伝導性構成部分に導かれる。
【００５９】
一つ以上の燃料供給導管は、第二電気伝導性構成部分に取り付けされるか、若しくは第二電気伝導性構成部分に導かれるか、又はより好ましくは多孔性の物質構成部分に取り付けされるか、若しくは導かれる。燃料処理装置は、燃料供給導管に取り付けされるか、燃料供給導管を形成する。
【００６０】
特に、触媒バーナーである、バーナーは、燃料電池の排気側に提供される。
【００６１】
本発明の様々な実施態様は、実施例の手段によって、添付図と関連して、記載される。
【００６２】
図１に例示される燃料電池において、中空管２は壁４によって確定される。周囲一面の壁４は、均質な手段で提供される。壁４は、例えばジルコニアなどのガス不浸透性の電解質層によって提供される。燃料としての水素６は、燃料供給通路８を介して中空管２に供給され、オキシダントとしての酸素１０は、中空管２の外側を取り囲む空間１２に供給される。中空管４は、内径と比較して顕著なほど長い。
【００６３】
負の酸素イオンは、壁４に接続されている、陰極の外面１４で形成されて、内部に向かって流れ、陽極の内面１６で生成される水素イオンと反応する。電流は、電池４と、陰極と陽極の壁のそれぞれに電気伝導性構成部分を提供し、ワイヤー２２、２４を提供する、壁リタス１６によって形成される回路周辺の酸素の電離によって生じる、電子の流れによって生成される。
【００６４】
装置の実行において、個々の燃料電池は比較的小型であり、出力は著しい数の個々の電池から得られる。記載したタイプの管状の燃料電池は、一般的に、平面状の燃料電池よりも熱衝撃に対する高い抵抗性を有する。熱衝撃は燃料電池が急激な温度変化をする場合に起こり、燃料電池がその操作温度（８５０℃プラス）から常温近くまで落ちる場合の潜在的な危険性を起こす。
【００６５】
出願人による管状の燃料電池の作動に対する調査は、燃料電池の性能に対する制限を確定した。特に、燃料電池は弱い電気性能を有し、これは、電流コレクタと、ガス不浸透性層と、及び円筒状の管を構築する他の層との間の良好な接触を達成する問題から帰着するものと信じられる。管状の設計においてこの問題に取り組む可能性の範囲は厳密に制限されている。組立中に様々な構成部分及び層に適用することができる力のレベルを増加させ、様々な構成部分及び層を共にさせる試みは、小型のシリンダの内部に成功裡にアクセスする困難性によって妨げられる。外部表面に適用された力でさえ、燃料電池を崩壊させることを防ぐために内部に提供することができるサポートの有効性によって制限されている。
【００６６】
本発明は、管状の設計に、より大きな力のレベルを適用するための複雑な技術によってではなく燃料電池形態のデザインを変更することにより、上に言及された問題に取り組む。
【００６７】
図２に例示するように、本発明の燃料電池は多くの構成部分で形成される。
【００６８】
燃料電池の芯は、ニッケルなどの円錐台１００の多孔性の金属スポンジによって形成される。円錐芯１００は、平面の下部表面１０４に平行である、平面の上部表面１０２を有する。円錐芯１００は、燃料が使用において通過する、多孔性の媒体を提供する。
【００６９】
第二の円錐台１０６は、使用において円錐芯１００の周囲に提供される。円錐１０６は、円錐芯１００を受取るように中空であり、内面１０８は円錐芯１００を備える共通の突出した頂点角度を有する。第二の円錐台１０６はまた、第二の円錐台の内面１０８と外面１１０の両者における共通の突出した頂点角度を有する。第二の円錐台１０６は、第三の円錐１１２及び電気伝導性構成部分としての完全な電気回路との効果的な接触を促すために燃料のディフューザーとして作用する。ニッケル泡はガス・ディフューザー円錐１０６を形成するために使用される。第二の円錐台１０６はまた、平面の上部表面１１１と下部表面１１３を有する。
【００７０】
第三の円錐台１１２は燃料電池であり、燃料と燃料電池のオキシダント側との間にガス不浸透性障壁を提供する、電解質構成部分を含む。この電解質層は、一般的にジルコニアであり、特にはイットリアでドープされたジルコニアである。障壁円錐１１２は中空であり、かかる障壁円錐の内面１１４は、第二円錐の外面１１０を備える共通の突出した頂上角度を有する。障壁円錐１１２の内面１１４と外面１１６を確定する、突出した頂上角度は、互いに等価である。ガスに不浸透性である一方、障壁円錐１１２は、ガス・イオンの通路を可能にする。電解質の内面１１４に陽極が提供される。かかる電極は、電解質と第二円錐１０６の両者と良好な接触の層として提供される。障壁円錐１１２の上部エッジ１１８は、アパーチャ１２０を確定する。アパーチャ１２０は、燃料がディフューザー円錐１０６を出ることを可能にして、燃料電池を出て行く。第三円錐１１２はまた、平面の上部表面１１９と下部表面１２１を有する。第三円錐の外面において、第三円錐１１２は陰極を備えて提供される。再度、かかる層は、電解質と良好な接触である。
【００７１】
この手法における第一、第二、及び第三円錐（円錐芯１００、ディフューザー円錐１０６、障壁円錐１１２）の提供は、鋳造、成形又は他の大量生産工程によってそれらが容易に別々に製造されることを可能にする。これは多重層構造を同時に生ずるために必要とされる突起工程に関する重要な改良である。円錐が共にもたらされる場合、さらに円錐の結合する表面は、構成部分間の良好な接触を提供する。加えて、円錐は、円錐の基部及び上部に圧縮力を適用することにより、さらに効果的に共に強要することができる。構成部分を共にもたらす際に、長い管状構造によって直面した物理的な障害は、このように提案される。
【００７２】
かかる燃料電池を取り巻く構造は、図３に例示される。例示において、４つの等価な燃料電池２００が提供される。障壁円錐（燃料電池）１１２の外面１１６は、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）などの理想的には金属合金である、多孔性の電気伝導性構成部分２０２の本体によって互いに電気的にリンクされる。追加的な接触層は、電気的な性能を改善するために組み込むことができる。これは、理想的には高クロムの金属合金でありうる。金属又はセラミックのコンプリアント層（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ　ｌａｙｅｒｓ）は、燃料電池の電気伝導性構成部分２０２と外面１１６との間に提供されうる。かかるコンプリアント層は、電極表面エリアを横切るさらなる電気的な接続の保証において支援し、及び／又は燃料電池の表面を横切るガスの拡散と濃度のプロファイルを改良する。かかるコンプリアント層は、フェルト、羊毛又は泡沫型の多孔性の媒体であり、好ましくは、電極表面で見られる大気条件に適合した物質のために製造される。かかる物質は、一般的に、陽極表面におけるニッケル及び陰極表面における高クロム合金でありうる。本体２０２と接触層は、構造によりオキシダントの径路を可能にし、障壁円錐１１２の外面１１６との接触を可能にする、多孔性のガスである。オキシダントは、径路２０４により多孔性の本体２０２に供給される。構造を通過するオキシダントを強要するファン又は別の手段は、構造自体による電気的に発達によって、提供されて、潜在的に駆動される。代替として、及び有益に、大気は、排気ガスの燃焼から発生する伝導性の作用により引き出されるかもしれない。未反応のオキシダントは、上部表面２０６により多孔性本体２０２を出て、バーナー本体２０８に入る。
【００７３】
燃焼される形態である場合の燃料は、第一円錐１００に直接的に供給されるかもしれない。代替として、示されるように、水素自体よりも、さらに一般的に利用可能な燃料は、触媒物質２１２の本体に入口２１０を通して、ガス抜き装置を使用することで、その供給源及び空気からの燃料を通過することにより適合することができる。この物質２１２による径路において、例えばプラチナ触媒、ブタン燃料は、水素と一酸化炭素の混合物に変換されうる。次いで、かかる混合物を第一円錐１００に供給することによって容易に燃焼される。触媒本体２１２による十分に長い過程は、燃料の十分な変換を与えるために提供することができる。原料燃料の所望の変換を達成するために多くの触媒物質は過程に含みうる。一つ以上の除去物質は、燃料の内容を修正するために提供されうる。この手法で燃料を獲得することは、ガスキャニスタ及び他の一般的に利用可能な携帯型燃料源が使用されることを可能にする。
【００７４】
円錐の上部のアパーチャ１２０によって燃料電池を出る消費されない燃料は、本体２０２の上部表面２０６を出る消費されないオキシダントと混合する。アパーチャ１２０は無制限かもしれないし、又はある種のガス・リストリクタを備えて部分的に提供される。ガスの流量及び通路（例えば、円錐の側へのガスの流れを促進するため）を制御するために、リストリクタはアパーチャ１２０の一部からブロックするかもしれない。リストリクタは、電池の燃料側にオキシダントが入り込むことを防御することを支援できる。排気混合物は炎として燃焼できるか、又は炎が発生しないで完全燃焼する、触媒バーナー本体２０８に、さらに便利に入れることができる。燃焼処理は、燃料電池の８００℃の操作温度を維持するために充分な熱出力を提供する。ピアゾ素子の点火装置２１４は排気ガスを始めに点火するために提供され、熱が燃料電池で発生すると、電気の生成は上に記載の工程によって開始する。
【００７５】
魅力的に、燃焼工程の結果は、亜酸化窒素において、及び圧縮され、さらに飲用のために使用される主要な構成の水においても非常に低い。
【００７６】
組み立てられた構造の全体の作用は、使用することができるバーナーに提供されるプレート状の発光体からの本質的な出熱、及びかかる燃料電池の１０ｃｍｘ１０ｃｍの配列からの１００Ｗ程度の重要な出力である。便利なことに、燃料電池が平行で提供されるので、出力は単一電圧にある。システムは、料理ストーブ、放熱器などの加熱装置の一部として提供され、電気的な出力を提供する追加的な可能性を提供しうる。２機能の携帯性が高い装置は、このようにして提供される。
【００７７】
発明が円錐台によって上に例証されている一方、進歩的な先細を有する様々な他の形態は、例えば、ドーム、平面の円錐（ピラミッド）及び他のかかる構造のように使用することができる。先細は均一である必要はない。さらに、円錐又は他の形状は、約１００°乃至１２０°までのかなり実質的な頂上角度を有し、したがって、平面の燃料電池に対する熱衝撃の抵抗性の利点をまだ維持している一方で比較的フラットである。追加的に、かかる装置における様々な形態は、燃料電池の二層における共通の排気ガスバーナーのような１つ以上の共通の特徴を備えた積層を含めて考察される。
【００７８】
上に詳述されるような本発明は、実際的なサイズの燃料電池の配列における有用な出力レベルを提供する。さらに、燃料電池は、電気的な生成に関して有用な二次的機能を提供するために、既存の加熱装置に組み込まれることができる。効率はこれらの装置におけるそのような問題ではないので、設計は複雑な密封配置を必要としないで単純化することができる。システムは、予備発電、遠隔位置の発電、バッテリーの充電、又はその他同種のものに適している。装置はまた、携帯性に優れ、さらに太陽電池板のような機能を提供する、代替装置ほど壊れやすくない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
管状設計の従来の燃料電池の組立を示す図である。
【図２】
本発明の実施態様における数多の構成部分の斜視図である。
【図３】
本発明の図２の実施態様による構成部分から組み立てられた燃料電池の部分的な断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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