(57)【要約】マイクロセル構造と７０のアセンブリは、電気化学的なエネルギー生成／変換に効率的に利用されている。本発明のマイクロセル構造は、燃料電池やバッテリーシステムなどの応用例で、高電圧、高電流密度の出力を生み出す、シート状（６０， ６２， ６４， ６６）に加工され、下部構造として束ね、さらに大きなまとまりで束ねられた構造に組み立てられた、個々の繊維状マイクロセル要素から容易に作成できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各マイクロセルが内部電極、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に含まれる電解質、外部電極で構成されるマイクロセルアセンブリであって、並列に配置され、実質的に平面の構成と内部連結した多数のマイクロセル繊維で構成される、第１のマイクロセルのシート膜を含む最初のセルと、第１のシート膜の最初の末端から軸方向に突き出た上述のマイクロセル繊維の内側電流コレクタ、および第１のシートの上にかぶせられた外側の電流コレクタである第２のシートと、第１のシートの少なくとも１つのマイクロセル繊維に接触し、最初のシートの反対側、第２の端に突き出た各電流コレクタで構成される上述のアセンブリ、最初のセルを、絶縁シートの上に重なったさらなるセルと電気的に分離するための絶縁シート、また、並列に配置され、実質的に平面の構成で内部連結した多数のマイクロセル繊維から成る第１のマイクロセルシートと、最初のシートの第２の端に隣接した、第２のシートの一端から軸方向に突き出た上述のマイクロセル繊維の内側電流コレクタ、および最初のシートの上に重なった外側電流コレクタの第２のシートと、第１のシートの少なくとも１つのマイクロセル繊維に接触し、最初のシートの反対側に突き出た各電流コレクタを含む第２のセルで構成され、ここで最初のセルの内側電流コレクタが第２のセルの外側電流コレクタと並べられ、電気的に接触して、同時に連続接続を形成するマイクロセルアセンブリ。
【請求項２】
はんだ付け、蝋着、溶接、導電接着、あるいは溶融結合によってコレクタを内部連結した、請求項１記載のマイクロセルアセンブリ。
【請求項３】
交互に配置された上述の第１および第２のセルを複数含む、多数のセル構造で構成され、隣接した各セルが対応して連続接続される、請求項１記載のマイクロセルアセンブリ。
【請求項４】
連続したセルが反対側の各末端に取り付けられ、マイクロセルのシェル側および孔側を密閉する、請求項１記載のマイクロセルアセンブリ。
【請求項５】
多孔性の平面要素を含むガス供給チャンバー、および請求項１のように、多孔性の平面要素に配置され、その各末端が、密閉面がその周囲で隣接するように容器に結合している場合に、シェルおよび管の構造配置を形成するそれぞれの密閉面を形成する結合材で取り付けられ、孔の開いた平面要素が結合材の中間に配置される、マイクロセルアセンブリで構成されるマイクロセルモジュール。
【請求項６】
上述のシェルおよび管の構造配置に外接円で囲まれた、請求項５記載のマイクロセルモジュール。
【請求項７】
並列に配置され、実質的に平面の構成で内部連結した複数のマイクロセル繊維で構成される、第１のマイクロセルシートを含むシートアセンブリと、第１のシートの最初の端から軸方向に突き出た上述のマイクロセル繊維の内側電流コレクタ、および第１のシートの上に重ねられた第２のシートの外側電流コレクタと、少なくとも１つのマイクロセル繊維に接触し、最初のシートの反対側、第２の端に突き出た各電流コレクタから成るマイクロセルの下部構造の束であり；ここでは、シートアセンブリを軸方向に回転して円筒状の予備成型物とし、この外側の円筒表面に多孔性の絶縁体を巻き付けることで、下部構造の束が形成され、円筒状の予備成型物のそれぞれの末端で結合することで、上述の下部構造の束が生じ；また、第１および第２のシート要素がセルを形成するマイクロセルの下部構造の束。
【請求項８】
さらに結合端の間でその全長の中間に孔があり、それ以外の結合端の外側には孔が開いていない中央の管を加えた、請求項７記載のマイクロセルの下部構造の束。
【請求項９】
上述のシートアセンブリが、さらに第２のシートの上に重なった多孔性の絶縁シート、および並列に配置され、実質的に平面の構成で内部連結した複数のマイクロセル繊維で構成される第３のシート要素と、上述の第３のシートの最初の一端から軸方向に突き出た上述のマイクロセル繊維の内側電流コレクタ、および第３のシート要素の上に重なった第４のシート繊維の外側電流コレクタと、第３シートの少なくとも１つのマイクロセル繊維に接触し、第４のシートの反対側、第２の端に突き出た各電流コレクタで構成される、請求項７のマイクロセルの下部構造の束であり；ここでは、一般に、第１および第３のシート要素の電流コレクタが互いに各末端で長さが同一の広がりを持っており、第２および第４のシート要素の電流コレクタが互いに各末端で長さが同一の広がりを持っており；また、上述の第２および第３のシート要素の電流コレクタは各末端で電気的に接続されており、上述の第３および第４のシート要素が第２のセルを形成しているマイクロセルの下部構造の束。
【請求項１０】
複数のセルを形成する多数のマイクロセルの繊維シートで構成される、請求項７記載のマイクロセルの下部構造の束。
【請求項１１】
請求項７記載のマイクロセルの下部構造の束で、これがセルの多様性を形成する第１および第２のシート要素の繰り返し配列を構成し；またここでは、各セルが、多孔性の絶縁シート要素によって隣接するセルと分離しているマイクロセルの下部構造の束。
【請求項１２】
請求項７に記載のように、少なくとも２つの下部構造の束を持ち、連続接続されたアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１１に記載のように、連続したマイクロセルの下部構造の束で構成されるマイクロセルであって、陽極から陰極の配置で連続接続し、細長くしたマイクロセル。
【請求項１４】
請求項に１３記載のように、接続が一体の蝶番で構成されるマイクロセル。
【請求項１５】
接続がはんだ付け、蝋着、溶接、導電接着、あるいは溶融結合で構成される、請求項１３記載のマイクロセル。
【請求項１６】
請求項１１に記載のように、連続したマイクロセルの下部構造の束で構成され、陽極から陰極という配置で連続接続されたマイクロセルであり；この束では、コンポーネントの下部構造の束が互いに連続して隣り合って並列に配置され、その束の軸方向の寸法は、束の各下部構造の軸の寸法と実質的に等しくなるマイクロセル。
【請求項１７】
束がそれぞれの末端で結合した、請求項１６記載のマイクロセル。
【請求項１８】
請求項１１に記載のように、複数のマイクロセルの下部構造の束で構成されたマイクロセルが隣り合って配置され、この隣接した下部構造の束の電極が、陽極から陰極に電気的に内部連結され、マイクロセルがそれぞれの末端で結合されたマイクロセル。
【請求項１９】
各下部構造の束が、結合端の間でその全長の中間、またそうでなければ結合端の中間の外側に孔を開けた中央の管で構成される、請求項１８記載のマイクロセル。
【請求項２０】
さらに複数の各下部構造の中央管と結合して燃料を送る、多様な燃料分配系で構成される、請求項１９記載のマイクロセル。
【請求項２１】
結合端がそれぞれの管シートを規定し、各巻シートの外周が密閉できる、請求項１１記載のマイクロセル。
【請求項２２】
請求項２１に記載のように、複数のマイクロセル下部構造束が取り付けられた容器で構成されるマイクロセルモジュールであり；ここでは、容器が各末端プレートで束ねられた内部容積、それぞれが対応する下部構造の束と対に密閉してはめ込むことができる開口部のある各末端プレートで構成され、また、それぞれの末端プレートの対応する末端プレート開口部が互いに同軸で位置が合わせてあり、第１の末端容積を含む上述の容器が容器の一端で末端プレートにより束ねられ、他の容器の末端で末端プレートにより束ねられた第２の末端容積、上述の下部構造の束に燃料を運ぶために配置された送管、内部容積から使用済み燃料を排出する排出口を持ち、上述の容器が選択的に開口し、上述の末端容積の少なくとも１つで末端プレートを露出し、上述の末端プレートが結合した下部構造の束にアクセスでき、ここで排出を行い、代わりの下部構造の束を取り付けられ；ここでは、上述の容器の上述の下部構造の束が互いに連続接続し、容器の外部に漏れないようにしっかりと端子を接続しているマイクロセルモジュール。
【請求項２３】
さらに上述の送管と結合し、燃料を送れるように複数の各下部構造の中央管と結合した、多様な燃料分配系で構成される、請求項２２記載のマイクロセル。
【請求項２４】
ここでは、送管が末端容積の一端よりも長く、内容積とともに閉じたガスの流れにつながっている、請求項２２記載のマイクロセルモジュール。
【請求項２５】
それぞれの末端プレートが取り付けられているが、下部構造の束は完全に相補的になった場合よりも少なく、下部構造の束が取り付けられていない末端プレートの開口部が、ここでそれぞれの末端プレートの対応する開口部で、閉塞したプレートと漏れないようにしっかり密閉されている、請求項２２記載のマイクロセルモジュール。
【請求項２６】
電気化学的セル装置を作る方法であって、第１のシートと隣合って並列に配置されたマイクロセル要素の第１のシートを含む、シートの層状構造、および第２のシートの外部電流コレクタ要素と間隔をおいて並列に配置された第２のシートを形成すること、上述の外部電流コレクタが第１つのシートの端よりも長くなり、上述の繊維状マイクロセル要素の内側電流コレクタが第２のシートの反対端よりも長くなるように、相互に縦方向に相殺するような関係で第１および第２のシートを対にすること、対応する第１および第２のシートの対応する層を第１および第２のシートの最初の層に加え、それぞれの層の間に多孔性の絶縁シートを配置して複数層の構造を形成すること、上述の複数層の構造を事前に規定した下部構造層の形に成形し、さらにこれを結合して永久的な形を形成し、この際に上述の永久的な形で内側および外側電流コレクタの局在構造を作ること、対応する様式で複数の下部構造の束を加工すること、上述の下部構造の束を連続接続し、下部構造の束の連続した配置を形成すること、および連続接続した下部構造の束を成形して束状のアセンブリを形成することを含んで成る方法。
【請求項２７】
マイクロセルアセンブリを加工する方法であって、並列に配置され、実質的に平面の配置で内部連結された複数の繊維状マイクロセル要素で構成される、第１のマイクロセルシートと、第１のシート要素の最初の端から軸方向に突き出た上述の繊維状マイクロセル要素の内部電流コレクタ、および第１のシート要素の上に重ねられた外部電流コレクタの第２のシート要素を含む第１層を形成し、各電流コレクタを第１のシートの少なくとも１つのマイクロセル繊維に接触し、最初のシートの反対側、第２の端に突き出た各電流コレクタを配置すること、上述の第１の層に絶縁シートを配置すること、並列に配置され、実質的に平面の構成で内部連結した多数の繊維状マイクロセル要素で構成される第１のマイクロセルシートと、第１のシートの最初の端から軸方向に突き出た上述の繊維状マイクロセル要素の内側電流コレクタ、および最初のシート要素の上に重ねられた外側電流コレクタの第２のシート要素を含む第２の層を形成し、第１のシートの少なくとも１つのマイクロセル繊維に接触し、最初のシートの反対側、第２の端よりも突き出た各電流コレクタを配置すること、および最初の層の内側電流コレクタと第２層の外側電流コレクタを電気的に接続し、加えて連続接続を形成することを含んで成る方法。
【請求項２８】
はんだ付け、蝋着、溶接、導電接着、あるいは溶融結合によって電流コレクタを内部連結する、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
上述の多様な第１層および第２層を交互に配置したアセンブリを形成し、連続した層を交互に連続して電気的に内部接続させる、請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
さらに、マイクロセルアセンブリを結合して、繊維状マイクロセル要素のシェル側と孔側を互いに密閉させる、請求項２７記載の方法。
【請求項３１】
マイクロセルモジュールを加工する方法であって、多孔性の平面要素を含むガス供給チャンバーを作ること、および孔の開いたプレート要素に、複数の繊維状マイクロセル要素およびマイクロセルの多様性を規定する関連の外側電流コレクタから成るマイクロセルアセンブリを配置し、各密閉面を形成する結合要素により、マイクロセルアセンブリのそれぞれの末端を結合し、密閉面の周辺を隣接して容器に配置した場合、各密閉面でシェルおよび管構造の配置を形成し、ここで孔の開いたプレート要素を結合面の中間に配置することを含んで成る方法。
【請求項３２】
容器のマイクロセルモジュールを外接円で囲い、上述のシェルおよび管構造配置を形成する、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
マイクロセルの下部構造の束を加工する方法であって、並列に配置され、実質的に平面の構成で内部連結した複数のマイクロセル繊維で構成される、第１のマイクロセルシートを含むシートアセンブリと、第１のシートの最初の端から軸方向に突き出た上述のマイクロセル繊維の内側電流コレクタ、および第１のシートの上に重ねられた第２のシートの外側電流コレクタと、第１のシートの少なくとも１つのマイクロセル繊維に接触し、最初のシートの反対側、第２の端に突き出た各電流コレクタを形成すること、シートアセンブリを軸方向に回転して円筒状の予備成型物とし、この外側の円筒状の予備成型物表面に多孔性の絶縁体を巻き付けること、および円筒状の予備成型物のそれぞれの末端で結合して上述の下部構造の束を形成することを含んで成る方法であって、ここでは第１および第２のシート要素によりセルを形成させる方法。
【請求項３４】
シートアセンブリを、結合端の間で全長の中央に孔を開け、結合端の外側では孔がない中央の管に巻き付ける、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
さらに、第２のシートの上に重なった多孔性の絶縁シート、および並列に配置され、実質的に平面の構成で内部連結した複数のマイクロセル繊維で構成される第３のシート要素と、上述の第３のシートの最初の一端から軸方向に突き出た上述のマイクロセル繊維の内側電流コレクタ、および第３のシート要素の上に重なった第４のシート要素である外側電流コレクタ、さらに第３シートの少なくとも１つのマイクロセル繊維に接触し、第４のシートの反対側、第２の端に突き出た第３シートの各電流コレクタを加工し、ここで、一般に、第１および第３のシート要素の電流コレクタを互いに各末端で長さが同一の広がりを持ち、第２および第４のシート要素の電流コレクタが互いに各末端で長さが同一の広がりを持つように、また、上述の第２および第３のシート要素の電流コレクタが各末端で電気的に接続し、上述の第３および第４のシート要素で第２のセルを形成させる、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
マイクロセルの下部構造の束と複数のセルを形成する多数のマイクロセルの繊維シートを加工する、請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
セルの多様性を形成する第１および第２のシート要素の繰り返し配列を加工し、連続したセルの間に多孔性の絶縁シートを配置する、請求項３４記載の方法。
【請求項３８】
２つ以上の下部構造の束を連続して電気的に接続する、請求項３４記載の方法。
【請求項３９】
上述の２つ以上の下部構造の束を陽極から陰極に配置して連続接続し、細長くする、請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
上述の２つ以上の下部構造の束を連続接続する段階を、一体の蝶番で構成されるコネクタにより、下部構造の束を連続して内部接続することで行う、請求項３８記載の方法。
【請求項４１】
上述の２つ以上の下部構造の束を連続接続する段階を、はんだ付け、蝋着、溶接、導電接着、あるいは溶融結合によって行う、請求項３８記載の方法。
【請求項４２】
連続したマイクロセルの下部構造の束で構成されるマイクロセルを製造する方法であって、陽極および陰極の構造を持った複数のマイクロセルの下部構造を加工し、上述の下部構造の束を連続した束が互いに隣り合うように並列に配置し、それによって上述の下部構造の束を形成し、下部構造の束を連続して電気的に内部連結する方法。
【請求項４３】
さらに、それぞれの末端に束を取り付ける、請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
半透性のイオン交換膜、および選択透過ポリマーあるいはイオン交換ポリマーのシェル側あるいは孔側でコーティングした多孔質膜などのグループから選択した素材で膜隔離板を加工する、請求項１記載のマイクロセルアセンブリ。
【請求項４５】
上述の繊維状マイクロセル要素が多孔性の膜隔離板から成り、半透性のイオン交換膜、および選択透過ポリマーあるいはイオン交換ポリマーのシェル側あるいは孔側でコーティングした多孔質膜などのグループから選択した素材で膜隔離板を加工する、請求項２７記載の方法。
【請求項４６】
内表面でコーティング、含侵、押出された多孔性の膜隔離板に囲まれた、少なくとも１つの伝導性の繊維状要素で、その最初の電気触媒層が伝導性の水素あるいは酸素の選択透過膜であり、多孔性の膜隔離板の孔に配置された電解質、中央に内腔を持ち、そこに少なくとも１つの伝導性の繊維状要素および内腔に燃料を流す中間容積を含む上述の構造、および外表面にあり、電気触媒と少なくとも１つの伝導性繊維に接触した上述の多孔質膜を持つ、繊維状マイクロセル構造。
【請求項４７】
多孔性の膜隔離板の外表面がコーティング、含侵、あるいは押出され、その上に第２の電気触媒層を押し出した、請求項４６記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項４８】
電気触媒層が電気触媒と、少なくとも１つの伝導性素材および疎水性素材の組み合わせで構成される、請求項４６記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項４９】
外径が約１００ミクロンから約１０ミリメーターである、請求項４６記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項５０】
無電解メッキ、電気化学的蒸着、押出、蒸着、溶液の沈着などのグループから選択した方法で、選択透過膜を多孔性の膜隔離板に塗布する、請求項４６記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項５１】
選択透過膜が金属および伝導性の高分子素材などのグループから選択された素材から成る、請求項４６記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項５２】
選択透過膜がパラジウムから成る、請求項４６記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項５３】
疎水性素材がフッ素重合体から成る、請求項４６記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項５４】
疎水性素材がポリテトラフルオロエチレンから成る、請求項５３記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項５５】
内側の多孔性の膜隔離板が中央の内腔に固定され、内表面がコーティング、含侵、押出され、この表面に水素あるいは酸素の選択透過膜があり、最初の電気触媒素材と外表面に接触した少なくとも１つの伝導性繊維が内部構造を形成し、内部の構造を外部の多孔性膜隔離板が囲い、第２の電気触媒素材と外側の多孔性膜隔離板の外表面に接触した少なくとも１つの伝導性繊維を持ち、外側の多孔性の膜隔離板の孔に配置された電解質を持った、繊維状マイクロセル構造。
【請求項５６】
水素あるいは酸素の選択透過膜がセルロースエステル、ポリイミド、ポリスルホン、パラジウムのグループから選択された素材で形成される、請求項５５記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項５７】
最初の電気触媒素材を、内部の多孔性膜隔離板の外表面にコーティング、含侵、押出する、請求項５５記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項５８】
第２の電気触媒素材を、外側の多孔性膜隔離板の外表面にコーティング、含侵、押出する、請求項５５記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項５９】
第１および第２の電気触媒層の少なくとも１つが電気触媒と伝導性素材および疎水性素材の組み合わせで構成される、請求項５５記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項６０】
外径が約１００ミクロンから約１０ミリメーターである、請求項５５記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項６１】
無電解メッキ、電気化学的蒸着、押出、蒸着、溶液の沈着などのグループから選択した方法で、選択透過膜を内部の多孔性膜隔離板に塗布する、請求項５５記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項６２】
選択透過膜が金属および伝導性の高分子素材などのグループから選択される素材から成る、請求項５５記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項６３】
選択透過膜がパラジウムから成る、請求項５５記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項６４】
疎水性素材がフッ素重合体から成る、請求項５９記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項６５】
疎水性素材がポリテトラフルオロエチレンから成る、請求項６４記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項６６】
第２の電気触媒素材に伝導性の水素あるいは酸素の選択透過膜をのせた、請求項５８記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項６７】
内側の膜隔離板が伝導性である、請求項６６記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項６８】
電流コレクタ繊維のない、請求項６７記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項６９】
内側の多孔性の膜隔離板が中央の内腔に固定され、内表面でコーティング、含侵、押出され、この表面に改質触媒をのせ、その外表面に水素あるいは酸素の選択透過膜を持ち、最初の電気触媒素材と外表面に接触した少なくとも１つの伝導性繊維が内部構造を形成し、内部の構造を外部の多孔性の膜隔離板が囲い、第２の電気触媒素材と外側の多孔性膜隔離板の外表面に接触した少なくとも１つの伝導性繊維を持ち、外側の多孔性の膜隔離板の孔に配置された電解質がある、繊維状マイクロセル構造。
【請求項７０】
改質触媒が金属酸化物から成る、請求項６９記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項７１】
改質触媒が酸化銅、酸化亜鉛、その混合物などのグループから選択された金属酸化物から成る、請求項６９記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項７２】
改質触媒がＣＯをＣＯ２に変化させる触媒効果を持った、請求項６９記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項７３】
多孔性の膜隔離板がガラス、セラミック、高分子素材などのグループから選択された素材で形成される、請求項６９記載の繊維状マイクロセル構造。
【請求項７４】
請求項４６に記載のように、少なくとも１つの繊維状マイクロセル構造から成る電気化学的装置。
【請求項７５】
請求項５５に記載のように、少なくとも１つの繊維状マイクロセル構造から成る電気化学的装置。
【請求項７６】
請求項５６に記載のように、少なくとも１つの繊維状マイクロセル構造から成る電気化学的装置。
【請求項７７】
請求項５７に記載のように、少なくとも１つの繊維状マイクロセル構造から成る電気化学的装置。
【請求項７８】
繊維状マイクロセル構造の作成方法であって、少なくとも１つの伝導性の繊維状要素を多孔性の膜隔離板で囲む段階、第１の電気触媒層を多孔性の膜隔離板の内表面でコーティング、含侵、押出する段階、第１の電気触媒層に伝導性の水素および酸素の選択透過膜を形成する段階、多孔性の膜隔離板の孔に電解質を配置する段階であり、上述の段階を実施して、上述の構造が中央の内腔を含み、そこに上述の伝導性の繊維要素を少なくとも１つ、および内腔に燃料を流すことのできる内部容積を含むようにし、上述の多孔性の膜隔離板の外表面に電気触媒と少なくとも１つの伝導性繊維を配置する段階を含む方法。
【請求項７９】
多孔性の膜隔離板の外表面に、第２の電気触媒層をコーティング、含侵し、押出する、請求項７８記載の方法。
【請求項８０】
電気触媒層を電気触媒と、少なくとも１つの伝導性素材および疎水性素材の組み合わせで構成する、請求項７８記載の方法。
【請求項８１】
繊維状マイクロセル構造の外径を約１００ミクロンから約１０ミリメーターとする、請求項７８記載の方法。
【請求項８２】
無電解メッキ、電気化学的蒸着、押出、蒸着、溶液の沈着などのグループから選択した方法で、選択透過膜を多孔性膜隔離板に塗布する、請求項７８記載の方法。
【請求項８３】
選択透過膜を金属および伝導性の高分子素材などのグループから選択された素材で構成させる、請求項７８記載の方法。
【請求項８４】
選択透過膜をパラジウムで構成させる、請求項８７記載の方法。
【請求項８５】
疎水性素材をフッ素重合体で構成させる、請求項８０記載の方法。
【請求項８６】
疎水性素材をポリテトラフルオロエチレンで構成させる、請求項８０記載の方法。
【請求項８７】
内側の多孔性の膜隔離板を中央の内腔に固定し、その内表面でコーティング、含侵、押出し、この表面を水素あるいは酸素の選択透過膜とし、最初の電気触媒素材と外表面に接触した少なくとも１つの伝導性繊維を配置して内部構造を形成し、内部の構造を外部の多孔性の膜隔離板で囲い、第２の電気触媒素材と外側の多孔性膜隔離板の外表面に接触した少なくとも１つの伝導性繊維を置き、多孔性の膜隔離板の孔に電解質を配置して、繊維状マイクロセル構造を作成する方法。
【請求項８８】
水素あるいは酸素の選択透過膜をセルロースエステル、ポリイミド、ポリスルホン、パラジウムのグループから選択される素材で形成する、請求項８７記載の方法。
【請求項８９】
内部の多孔性膜隔離板の外表面で最初の電気触媒素材をコーティング、含侵、押出する、請求項８７記載の方法。
【請求項９０】
外部の多孔性膜隔離板の外表面で第２の電気触媒素材をコーティング、含侵、押出する、請求項８７記載の方法。
【請求項９１】
第１および第２の電気触媒層の少なくとも１つを電気触媒と伝導性素材および疎水性素材の少なくとも１つを組み合わせて構成させる、請求項８７記載の方法。
【請求項９２】
繊維状マイクロセル構造の外径を約１００ミクロンから約１０ミリメーターの範囲とする、請求項８７記載の方法。
【請求項９３】
無電解メッキ、電気化学的蒸着、押出、蒸着、溶液の沈着などのグループから選択した方法で、選択透過膜を内側の多孔性膜隔離板に塗布する、請求項８７記載の方法。
【請求項９４】
選択透過膜を金属および伝導性の高分子素材などのグループから選択される素材で構成させる、請求項８７記載の方法。
【請求項９５】
選択透過膜をパラジウムで構成させる、請求項８７記載の方法。
【請求項９６】
疎水性素材をフッ素重合体で構成させる、請求項９１記載の方法。
【請求項９７】
疎水性素材をポリテトラフルオロエチレンで構成させる、請求項９１記載の方法。
【請求項９８】
第２の電気触媒素材に伝導性の水素あるいは酸素の選択透過膜をのせる、請求項９０記載の方法。
【請求項９９】
内側の膜隔離板を伝導性とする、請求項９８記載の方法。
【請求項１００】
電流コレクタ繊維を用いない、請求項９９記載の方法。
【請求項１０１】
繊維状マイクロセル構造を作る方法であって、内側の多孔性の膜隔離板を中央の内腔に固定すること、内表面でコーティング、含侵、押出し、この表面に改質触媒をのせ、その外表面に水素あるいは酸素の選択透過膜を形成し、最初の電気触媒素材と外表面に接触した少なくとも１つの伝導性繊維を配置して内部構造を形成すること、内部構造を外部の膜隔離板で囲うこと、第２の電気触媒素材と外側の多孔性膜隔離板の外表面に接触した少なくとも１つの伝導性繊維を配置すること、外側の多孔性の膜隔離板の孔に電解質を配置することを含んで成る方法。
【請求項１０２】
改質触媒を金属酸化物で構成させる、請求項１０１記載の方法。
【請求項１０３】
改質触媒を酸化銅、酸化亜鉛、その混合物などのグループから選択された金属酸化物で構成する、請求項１０１記載の方法。
【請求項１０４】
改質触媒がＣＯをＣＯ２に変化させる触媒効果を持つようにする、請求項１０１記載の方法。
【請求項１０５】
多孔性の膜隔離板をガラス、セラミック、高分子素材などのグループから選択された素材で形成させる、請求項１０１記載の方法。
【請求項１０６】
分配して配置した多孔性の膜隔離板の中に、少なくとも１つの電流コレクタを入れたマイクロセル前駆物質の供給、上述の供給からのマイクロセル前駆物質を受け取るように配置された液体と接触するユニットで、この中で分配されたマイクロセル前駆物質が電解質、電気触媒、電気触媒の還元剤、疎水性素材のうち、少なくとも１つと接触するもの、オプションとして液体と接触するユニットからマイクロセルの前駆物質を受け取るように配置された乾燥ユニットでマイクロセルの前駆物質を乾燥させるもの、および液体と接触させ、オプションとして乾燥させた後、前駆体を収集する収集方法から成る加工システム。
【請求項１０７】
液体と接触するユニットが、前駆体とイオン交換ポリマー溶液を接触させる液槽から成る、請求項１０６記載の加工システム。
【請求項１０８】
液体と接触するユニットが、前駆体と電気触媒溶液を接触させる液槽から成る、請求項１０６記載の加工システム。
【請求項１０９】
液体と接触するユニットが、前駆体と電気触媒の還元剤溶液を接触させる液槽から成る、請求項１０６記載の加工システム。
【請求項１１０】
液体と接触するユニットが、前駆体と電気触媒の白金酸溶液を接触させる液槽から成る、請求項１０６記載の加工システム。
【請求項１１１】
液体と接触するユニットが、前駆体と水素化ホウ素ナトリウムから成る電気触媒の還元剤を接触させる液槽から成る、請求項１０６記載の加工システム。
【請求項１１２】
液体と接触するユニットが、前駆体とＰＴＦＥエマルジョンから成る疎水性素材を接触させる液槽から成る、請求項１０６記載の加工システム。
【請求項１１３】
液体と接触するユニットが、前駆体と、電気触媒の炭素粉末、イオン交換ポリマー、疎水性素材から成るインク溶液を接触させる液槽から成る、請求項１０６記載の加工システム。
【請求項１１４】
マイクロセル前駆物質の孔に電解質を配置する、前駆物質を乾燥させる、溶液あるいはインクスラリー中の電気触媒素材を前駆物質に塗布する、前駆物質を乾燥させる、電気触媒素材を触媒活性のある形態に還元する段階から成る、繊維状マイクロセルを製造する方法。
【請求項１１５】
電気触媒素材がインクスラリーから成り、このスラリーを押出により前駆物質に塗布する、請求項１１４記載の方法。
【請求項１１６】
マイクロセルの前駆物質を繊維状電流コレクタの鎖を通過させ、気体あるいは液体の凝集剤でホローファイバーの押出成形を行う、孔を形成する管を通過させて形成する、請求項１１４記載の方法。
【請求項１１７】
電流コレクタの繊維あるいは鎖を用いて、この繊維あるいは鎖に多孔性の膜形成素材を塗布し、多孔性の膜形成素材を塗布した繊維あるいは鎖を加工し、ここに孔を形成する段階によって、マイクロセルの前駆物質を形成する、請求項１１４記載の方法。
【請求項１１８】
多孔性の膜形成素材に、限外濾過、精密濾過、逆浸透などのグループから選択した応用分野に適した孔を開ける、請求項１１７記載の方法。
【請求項１１９】
多孔性の膜形成素材が高分子素材、ガラス、セラミック、またその組み合わせなどのグループから選択された素材で形成される、請求項１１７記載の方法。
【請求項１２０】
多孔性の膜形成素材に、潤紡および融解紡糸などのグループから選択される方法を応用する、請求項１１７記載の方法。
【請求項１２１】
多孔性の膜形成素材が、骨格となるコンポーネントおよび浸出物コンポーネントを含むドープで構成され、これが浸出によって剥がれると多孔質膜の孔となる空洞を生じる、請求項１１７記載の方法。
【請求項１２２】
多孔性の膜形成素材がドープで構成され、ここで、用いたドープの内表面および外表面の少なくとも一方に凝集剤を塗布する、請求項１１７記載の方法。
【請求項１２３】
融解紡糸によって多孔性の膜形成素材を塗布し、ここで融解紡糸素材の繊維あるいは鎖を失活剤に接触させる、請求項１１７記載の方法。
【請求項１２４】
上述の内表面で、電気触媒のインクペーストを凝集剤と同時に押出成形する、請求項１２２記載の方法。
【請求項１２５】
さらに、多孔性の膜隔離板を選択透過膜素材あるいはイオン交換ポリマーのいずれかでコーティングする段階を経る、請求項１１７記載の方法。
【請求項１２６】
さらに、多数の前駆物質を構成するマイクロセルモジュールを加工し、ここでその前駆物質を結合、密閉して、前駆物質を互いに並べたシェルと管でできた構成を形成し、このシェルと管でできた構成のシェル側あるいは管側の少なくとも一方に電気触媒溶液、電気触媒のインクあるいは還元剤を流す、請求項１１７記載の方法。
【請求項１２７】
さらに、多数の前駆物質を構成するマイクロセルモジュールを加工し、ここでその前駆物質を結合、密閉して、前駆物質を互いに並列に並べたシェルと管でできた構成を形成し、このシェルと管でできた構成のシェル側あるいは管側の一方にそのまま電気触媒素材を塗布する、請求項１１７記載の方法。
【請求項１２８】
無電解メッキ、電気化学的蒸着、押出、蒸着、溶液の沈着などのグループから選択した方法で、電気触媒素材をシェルと管でできた構成に塗布する、請求項１２７記載の方法。
【請求項１２９】
膜隔離板が半透膜およびイオン交換膜などのグループから選択した膜で構成される、請求項１１７記載の方法。
【請求項１３０】
電気化学的セルのモジュールがアセンブリの多様なマイクロセル、内部電極を構成する各マイクロセル、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極から成っており、中央の内腔に冷却剤を流すために配置された多数の中空管状の熱交換要素を含むマイクロセルアセンブリを持ち、中空管状の熱交換要素が上述のアセンブリに分配され、モジュール作動時の電気化学的反応中に、アセンブリから熱を取り除き；また、上述の冷却剤源があり、流れの回路が上述の冷却剤および中空管状の熱交換要素の供給源を内部接続している電気化学的セルモジュール。
【請求項１３１】
上述の冷却剤が液体の冷却剤である、請求項１３０記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１３２】
上述の冷却剤が気体である、請求項１３０記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１３３】
上述の流れの回路が上述のマイクロセルアセンブリの各反対端で様々な構成を取り、上述の中空管状の熱交換要素を、その反対端で対応する様々な構成および上述の流れの回路に結合したポンプと結合させて流し、上述の冷却剤をモジュールの中空管状の熱交換要素に流し、マイクロセルの電気化学的反応によって、上述のアセンブリから発生した熱を取り除く、請求項１３０記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１３４】
請求項１３０記載の電気化学的セルモジュールで、アセンブリを容器に取り付け、容器の軸方向に合わせ、第１の結合材を取り付けた最初の末端から、マイクロセル繊維の開口端に液体を流し、第１の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を隔離し、電流コレクタが第１の結合材の軸方向に突き出て、上述の管状熱交換要素がさらに第１の結合材とは間隔をおいて第２の結合材に結合し、第１および第２の結合材の間を容器の閉塞した容積とし、容器の注入口が閉塞した容積とつながり、燃料を閉塞した容積に導入し、マイクロセル繊維の孔側のアセンブリに流し、ここで、上述の第２の結合剤とその容器で閉塞した末端容積を規定し、上述の管状熱交換要素が第２の結合材に沿って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した末端容積に終端し、閉塞した末端容積につながった冷却剤の注入口が閉塞した末端容積に冷却剤を導入し、アセンブリの管状熱交換要素に沿って軸方向に冷却剤が流れ；また、アセンブリの第２の末端が第１の反対の結合材に結合し、ここからマイクロセル繊維の反対端の開口部に液体が流れ、第１の反対の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分け、電流コレクタが第１の反対の結合材と軸方向に突き出て、上述の管状熱交換要素が、さらに第１の反対の結合材と間隔をおいて第２の結合材の反対側に結合し、第１と第２の反対の結合材の間を容器の閉塞した反対容積とし、容器の排出口がこの閉塞した容器につながって、この閉塞した容器から使用済み燃料が排出され、ここで第２の反対の結合材と容器が閉塞した反対の末端容積を規定し、上述の管状熱交換要素が第２の結合材に沿って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した末端容積に終端し、冷却剤の排出口が閉塞した反対側の末端容積とつながり、閉塞した反対側の末端容積から冷却剤を排出し、アセンブリから電気化学的反応による熱を取り除き；また、上述の各末端の電流コレクタが互いに連続あるいは並列に結合して、容器の外に突き出て、漏れないようにしっかりと留められた端子を形成し；さらに、燃料を流すように、上述のアセンブリでマイクロセルのシェル側と漏れないようにしっかりと結合された送管を持つ電気化学的セルモジュール。
【請求項１３５】
送管が容器の中に軸方向に延び、第１および第２の結合材を通る、請求項１３３記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１３６】
第１の結合材から軸方向に突き出た電流コレクタが孔側あるいはシェル側の電流コレクタのいずれか一方で、第１の反対の結合材から軸方向に突き出た電流コレクタがシェル側あるいは孔側の電流コレクタのいずれか一方で、第１の結合材から軸方向に突き出た電流コレクタとは反対である、請求項１３３記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１３７】
上述の反対端の各電流コレクタが（ａ）第１結合材と第２結合材の間の対応する閉塞した容積に終端し、上述の管状熱交換要素と異なるか、（ｂ）末端容積で終端し、上述の管状熱交換要素である場合の、請求項１３３記載の電気化学的セルモジュールであって、上述の反対端の各電流コレクタが他方の電流コレクタの末端と連続あるいは並列に接続し、容器の外に突き出て漏れないようにしっかりと結合された端子を形成する電気化学的セルモジュール。
【請求項１３８】
さらに、（ｉ）容器のアセンブリにつながり、アセンブリのマイクロセル繊維のシェル側あるいは孔側の一方に酸化剤を流す、燃料を受け取る部位とは反対側の酸化剤の注入口、および（ｉｉ）容器のアセンブリにつながり、容器の外に使用済み酸化剤を流す、使用済み酸化剤の排出口で構成される、請求項１３３記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１３９】
容器が、分離可能な部分を取り外しできる、分離可能なアセンブリで構成され、モジュールの内部容積およびコンポーネントにアクセスできる、請求項１３３記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１４０】
熱交換要素の横断面の直径が約１００ミクロンから約１０センチメーターである、請求項１３３記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１４１】
熱交換要素と電流コレクタが分離可能で異なる要素である、請求項１３３記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１４２】
電気化学的セルモジュールがアセンブリの多数のマイクロセル、内部電極を構成する各マイクロセル、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極で構成され、アセンブリが容器に取り付けられ、容器の軸方向に位置を合わせ、第１の結合材に結合した最初の末端を通って、マイクロセル繊維の開口した末端に液体が流れ、第１の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分け、電流コレクタが熱交換要素を構成して第１の結合材から軸方向に突き出て、さらに第２の結合材が第１の結合材と間隔をおいて結合し、第１結合材と第２結合材の間を容器の閉塞した容積とし、容器の注入口が閉塞した容積につながり、その閉塞した容積に燃料を導入してマイクロセル繊維の孔側でアセンブリを流れ、また、上述の第２の結合材と容器が閉塞した末端容積を規定し、電流コレクタの構成では、熱交換要素が第２の結合材を通って突き出て、その開口端の閉塞した末端容積で終端し、冷却剤の注入口が閉塞した末端容積につながり、冷却剤をそ閉塞した末端容積に導入して熱交換要素から成る電流コレクタを流れ、アセンブリから電気化学的反応による熱を取り除き；また、反対側の結合剤で結合したアセンブリの第２の末端を通って、マイクロセル繊維の反対端の開口部に液体が流れ、反対の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分け、反対の電流コレクタが反対の結合材の軸方向に突き出て、電流コレクタが反対側の結合材で終端する熱交換要素を構成し、容器の排出口が閉塞した容積につながり、使用済みの燃料と冷却剤を閉塞した容器から排出し、アセンブリから電気化学的反応による熱を取り除き；また、上述の各末端の電流コレクタが互いに連続あるいは並列に結合して、容器の外に突き出て、漏れないようにしっかりと留められた端子を形成する電気化学的セルモジュール。
【請求項１４３】
電気化学的セルモジュールがアセンブリの多様なマイクロセル、内部電極を構成する各マイクロセル、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極から成り、アセンブリを容器に取り付け、容器の軸方向に位置を合わせ、結合材に結合した最初の末端を通ってマイクロセル繊維の開口端に液体が流れ、その結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分け、閉塞した末端容積を形成し、電流コレクタが熱交換要素を構成し、結合材の軸方向に突き出て閉塞した末端容積に入り、容器の伝熱路の少なくとも１つとつながり、この少なくとも１つの伝熱路を配置してここに冷却剤を流し、容器の注入口が閉塞した末端容積につながって閉塞した末端容積に燃料を導入し、マイクロセル繊維の孔側でアセンブリを通過し；また、反対側の結合剤で結合したアセンブリの第２の末端を通って、マイクロセル繊維の反対端の開口部に液体が流れ、反対の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分けて、マイクロセル繊維のシェル側と孔側を分ける閉塞した末端容積を形成し、熱交換要素で構成される電流コレクタが反対の結合材の軸方向に突き出て、閉塞した末端容積に入り、容器の第２の伝熱路の少なくとも１つと結合し、この第２の伝熱路の少なくとも１つを配置してそこに冷却剤を流し、容器の排出口が閉塞した末端容積につながって、使用済みの燃料を閉塞した容器から排出し；また、上述の各末端の電流コレクタが互いに連続あるいは並列に結合して、容器の外に突き出て、漏れないようにしっかりと留められた端子を形成する電気化学的セルモジュール。
【請求項１４４】
第１および第２の伝熱路が互いに内部接続している、請求項１４２記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１４５】
アセンブリが多数のマイクロセル下部構造束のコンポーネントで構成され、その下部構造の束が互いに上述の配列で連続的に結合する、請求項１４２記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１４６】
マイクロセル下部構造の束内の熱交換要素として、管状の熱交換要素が下部構造の束の間に分配される、請求項１３０記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１４７】
電気化学的セルモジュールがアセンブリの多数のマイクロセル、内部電極の活性物質で構成される各マイクロセル、内部電極の活性物質と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極で構成され、内部電極および外部電極の各活性要素が電極、電流コレクタ、電気触媒コンポーネントの少なくとも１つから成り、上述のアセンブリに含まれるものが、アセンブリからその末端部分に外側に突き出た電極あるいは電流コレクタのコンポーネントであり；また、アセンブリには、冷却剤のタンクを含む容器、冷却剤のタンク中には冷却剤が含まれ、さらに上述の電極あるいは電流コレクタのコンポーネントの末端部分が上述の冷却剤と安定して熱伝導を行うことができるように共役し、上述のマイクロセルアセンブリから、上述の電極あるいは電流コレクタのコンポーネントを通って、冷却剤につながる安定した熱伝導を可能にし、これによってモジュールの稼働中に上述のマイクロセルで行われた電気化学的反応で生成した熱を取り除く電気化学的セルモジュール。
【請求項１４８】
上述の熱交換要素が金属、耐食素材でコーティングされた金属、グラファイト、高分子素材などのグループから選択された構成素材で形成される、請求項１４２記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１４９】
上述のマイクロセルのサイズが約１００ミクロンから約１０ｍｍである、請求項１４２記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１５０】
上述のマイクロセルのサイズが約１００ミクロンから約１０ｍｍである、請求項１４２記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１５１】
冷却剤が気体あるいは液体である、請求項１４２記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１５２】
上述の結合材がエポキシ、ポリウレタン、ビスマレイミド、ゴム、エラストマー材料などのグループから選択された構成素材で形成される、請求項１４２記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１５３】
マイクロセルモジュールがマイクロセルのアセンブリで構成され、ここで各マイクロセルに内部電極の活性物質、内部電極の活性物質と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極が含まれ、内部電極および外部電極の各活性要素が電極、電流コレクタ、電気触媒コンポーネントの少なくとも１つから成り、上述のマイクロセルに細長い電極あるいは電流コレクタが含まれ；また、アセンブリから熱を抜き出す方法が、（ａ）上述の管状熱交換要素が電流コレクタを構成しない、マイクロセルアセンブリを通って突き出た中空管状の熱交換要素、（ｂ）上述の管状熱交換要素が電流コレクタを構成する、マイクロセルアセンブリを通って突き出た中空管状の熱交換要素、（ｃ）マイクロセルアセンブリから突き出て、冷却剤と熱交換できるように共役した安定した電流コレクタから成るグループから選択されるマイクロセルモジュール。
【請求項１５４】
電気化学的エネルギーを生成する方法であって、（Ａ）アセンブリの多様なマイクロセル、内部電極を構成する各マイクロセル、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極から成る電気化学的セルモジュールを作ること；このマイクロセルアセンブリには、中央の内腔に冷却剤を流すために配置された多数の中空管状の熱交換要素があり、この中空管状の熱交換要素が上述のアセンブリに分配され、モジュール作動時の電気化学的反応中に、アセンブリから熱を取り除き；また、上述の冷却剤の供給源があり、流れの回路が上述の冷却剤および中空管状の熱交換要素の供給源と内部接続している場合で、（Ｂ）電気化学的セルモジュールの上述のマイクロセルアセンブリのシェル側あるいは孔側のどちらか一方に、燃料を供給すること；（Ｃ）電気化学的セルモジュールの上述のマイクロセルアセンブリのシェル側あるいは孔側の逆のどちらか一方、つまり燃料を受け取る側に、酸化剤を同時に供給し、電気的エネルギーおよび熱を発生させる電気化学的反応を達成すること；（Ｄ）電気化学的セルモジュールから使用済み燃料を排出すること；（Ｅ）上述の冷却剤を上述の同じ供給源から流し、上述の流れの回路と上述の中空管状の熱交換要素を通して、電気化学的セルモジュールから熱を取り除くこと；（Ｆ）モジュールから上述の冷却剤を排出することを含んで成る方法。
【請求項１５５】
（Ｇ）排出された冷却剤を熱交換器に流し、感知しうる熱をそこから取り除いて冷却剤の温度を下げること；（Ｈ）モジュールに温度を下げた冷却剤を再循環し、中空管状の熱交換要素を通すことを更に含んで成る、請求項１５４記載の方法。
【請求項１５６】
冷却剤が水である、請求項１５４記載の方法。
【請求項１５７】
冷却剤が水溶性のグリコール溶液である、請求項１５４記載の方法。
【請求項１５８】
シェル側あるいは孔側の少なくとも一方に過度の大気圧がかかっている、請求項１５４記載の方法。
【請求項１５９】
電気化学的セルモジュールの操作中に熱を管理する、アセンブリの多数のマイクロセル、内部電極を構成する各マイクロセル、内部電極の活性物質と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極で構成させる方法であって、マイクロセルアセンブリに、中央の内腔に冷却剤を流すために配置された多数の中空管状の熱交換要素があり、この中空管状の熱交換要素が上述のアセンブリに分配され、モジュール作動時の電気化学的反応中に、アセンブリから熱を取り除き、また、マイクロセルアセンブリでの電気化学的反応中に上述の中空管状の熱交換要素に冷却剤を流す方法。
【請求項１６０】
上述の冷却剤を液体の冷却剤とする、請求項１５９記載の方法。
【請求項１６１】
上述の冷却剤を気体とする、請求項１５９記載の方法。
【請求項１６２】
請求項１５９記載の方法で、アセンブリを容器に取り付け、容器の軸方向に位置を合わせ、第１の結合材を取り付けた最初の末端から、マイクロセル繊維の開口端に液体を流し、第１の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を隔離し、電流コレクタが第１の結合材の軸方向に突き出て、第２の結合材と第１の結合材に間隔をおき、第１および第２の結合材の間を容器の閉塞した容積とし、容器の注入口が閉塞した容積とつながり、燃料を閉塞した容積に導入し、マイクロセル要素の孔側のアセンブリに流し、ここで、上述の第２の結合剤とその容器の間を閉塞した末端容積とし、上述の熱交換要素が第２の結合材を通って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した末端容積に終端し、閉塞した末端容積につながった冷却剤の注入口が閉塞した末端容積に冷却剤を導入し、アセンブリの熱交換要素を通って軸方向に冷却剤が流れ；また、アセンブリの第２の末端が第１の反対の結合材に結合し、ここからマイクロセル要素の反対端の開口部に液体が流れ、第１の反対の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分け、電流コレクタが第１の反対の結合材と軸方向に突き出て、第２の反対の結合材と第１の反対の結合材に間隔をおき、第１と第２の反対の結合材の間を容器の閉塞した反対容積とし、容器の排出口がこの閉塞した容器につながって、この閉塞した容器から使用済み燃料を排出し、ここで第２の反対の結合材と容器が閉塞した反対の末端容積を規定し、上述の熱交換要素が第２の結合材に沿って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した反対の末端容積が終端し、冷却剤の排出口が閉塞した反対側の末端容積とつながり、閉塞した反対側の末端容積から冷却剤を排出し、アセンブリから電気化学的反応による熱を取り除き；また、上述の各末端の電流コレクタが互いに連続あるいは並列に結合して、容器の外に突き出て、漏れないようにしっかりと留められた端子を形成し；さらに、上述のアセンブリでマイクロセルのシェル側に燃料を流す、漏れないようにしっかりと結合された送管を持つ方法。
【請求項１６３】
送管を容器の中に軸方向に延ばし、第１および第２の結合材を通す、請求項１６２記載の方法。
【請求項１６４】
第１の結合材から軸方向に突き出た電流コレクタが孔側あるいはシェル側の電流コレクタいずれか一方で、第１の反対の結合材から軸方向に突き出た電流コレクタが孔側あるいはシェル側の電流コレクタいずれか一方で、第１の結合材から軸方向に突き出た電流コレクタとは反対とする、請求項１６２記載の方法。
【請求項１６５】
上述の各電流コレクタがその外側の末端、第１および第２の結合材の間の対応した閉塞した容積で終端し、上述の末端が他方の電流コレクタの末端と連続あるいは並列に接続し、容器の外に突き出た漏れないようにしっかりと留める端子を形成する、請求項１６２記載の方法。
【請求項１６６】
さらに、（ｉ）容器のアセンブリにつながり、アセンブリのマイクロセル要素のシェル側あるいは孔側の一方に酸化剤を流す、燃料を受け取る部位とは反対側の酸化剤の注入口、および（ｉｉ）容器のアセンブリにつながり、容器の外に使用済み酸化剤を流す、使用済み酸化剤の排出口を構成する、請求項１６２記載の方法。
【請求項１６７】
容器を、分離可能な部分を取り外しできる、分離可能なアセンブリとして加工し、モジュールの内部容積およびコンポーネントにアクセスできるようにする、請求項１６２記載の方法。
【請求項１６８】
熱交換要素でアセンブリの電流コレクタを構成する、請求項１６２記載の方法。
【請求項１６９】
熱交換要素の横断面の直径を約１００ミクロンから約１０センチメーターとする、請求項１６２の方法。
【請求項１７０】
熱交換要素と電流コレクタが分離可能で異なる要素とする、請求項１６２の方法。
【請求項１７１】
電気化学的エネルギーの発生方法であって、外側に突き出た内側および外側電流コレクタを含むアセンブリの、多数の繊維状マイクロセル要素から成る電気化学的セルモジュールを加工すること、この電気化学的セルモジュールを稼動して電気化学的エネルギーを発生させること、およびこの稼働中に上述の内側および外側電流コレクタの少なくとも１つから熱を抽出し、この電気化学的セルモジュールから電気化学的反応による熱を取り除くことを含んで成る方法。
【請求項１７２】
電流コレクタを少なくとも１つの伝熱路に共役させて、さらに冷却剤をこの伝熱路に流す、請求項１７１記載の方法。
【請求項１７３】
上述のアセンブリをマイクロセルの連続配列で構成させる、請求項１７１記載の方法。
【請求項１７４】
電気化学的セルモジュールが、アセンブリの多様なマイクロセル、内部電極の活性物質から成る各マイクロセル、内部電極の活性要素に接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔にある電解質、外部の電極活性要素で構成され、その内部電極、外部電極の各活性要素は、１つ以上の電極、電流コレクタ、電気触媒のコンポーネントで構成され、上述のアセンブリに電極あるいは電流コレクタのコンポーネントが含まれ、これらがアセンブリの外部に突き出て末端部分に入る場合の、電気化学的セルモジュールで電気化学的エネルギーを発生させ；タンク内に配置した上述の電極あるいは電流コレクタのコンポーネントの末端部分に冷却剤のタンクを含む容器にアセンブリを取り付け；、さらに、冷却剤のタンク中に冷却剤が入り、電極あるいは電流コレクタのコンポーネントの末端部分を冷却剤に浸して、上述のマイクロセルアセンブリから、上述の電極あるいは電流コレクタのコンポーネントを通って、冷却剤につながる安定した熱伝導を可能にし、これによってモジュールの稼働中に上述のマイクロセルで行われた電気化学的反応で生成した熱を取り除く方法。
【請求項１７５】
マイクロセルモジュールがマイクロセルアセンブリで構成される熱管理の方法であって、ここでは各マイクロセルに、内部電極の活性物質、内部電極の活性物質と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極が含まれ、内部電極および外部電極の各活性要素が電極、電流コレクタ、電気触媒コンポーネントの少なくとも１つから成り、上述のマイクロセルに細長い電極あるいは電流コレクタが含まれ；また、アセンブリから熱を引き出す方法が、（ｄ）上述の管状熱交換要素が電流コレクタを構成しない、マイクロセルアセンブリの中に突き出た中空管状の熱交換要素、（ｅ）上述の管状熱交換要素が電流コレクタを構成する、マイクロセルアセンブリの中に突き出た中空管状の熱交換要素、また、マイクロセルアセンブリの外に突き出て、冷却剤と熱交換できるように共役した安定した電流コレクタから成るグループから選択された方法を利用している方法。
【請求項１７６】
電気化学的装置がアセンブリに配置された水を透過させる膜状のホローファイバーで構成され、アセンブリには各末端に多数のマイクロセルが含まれ、ホローファイバーが容器内に配置され、それぞれの結合端がその間で内容積に結合し、ホローファイバーがアセンブリのマイクロセルと並列に配置され、各ホローファイバーの最初の開口端が内容積の外に管シートを通って延び、他端が反対の結合材の部分あるいはその前で終端し、ホローファイバーが配置されて電気化学的反応により生成した水を灯心現象により吸収して、ホローファイバーの壁を浸透することで電気化学的反応部位から水を押しだし、ホローファイバーの孔を通って内容積の外にある容器の収集場所に流す電気化学的装置。
【請求項１７７】
マイクロセル要素とホローファイバーが垂直に配置するように容器の方向を合わせ、容器の収集場所が容器の下に来るようにして、ホローファイバーの孔にある水が重力によって下に流れ、収集場所に来るようにした、請求項１７６記載の電気化学的装置。
【請求項１７８】
各ホローファイバーをその外表面で親水性の薬物によりコーティングする、請求項１７６記載の電気化学的装置。
【請求項１７９】
各ホローファイバーが高分子素材、ガラス、セラミックなどのグループから選択された素材で形成される、請求項１７６記載の電気化学的装置。
【請求項１８０】
ホローファイバーに、限外濾過、精密濾過、逆浸透などのグループから選択した応用分野に適した孔がある、請求項１７６記載の電気化学的装置。
【請求項１８１】
ホローファイバーの外径が約１００ミクロンから約１０ミリメーターの範囲である、請求項１７６記載の電気化学的装置。
【請求項１８２】
各ホローファイバーが親水性の素材で形成される、請求項１７６記載の電気化学的装置。
【請求項１８３】
電気化学的セルモジュールが多数のマイクロセル下部構造束のコンポーネント、内部電極を構成する各マイクロセル、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極で構成されるアセンブリの多数のマイクロセルから成り；このマイクロセルアセンブリには、中央の内腔に水溶性の冷却剤を流すために配置された多数の中空管状の熱交換要素があり、この中空管状の熱交換要素が上述のアセンブリに分配され、モジュール作動時の電気化学的反応中に、アセンブリから熱を取り除き；また、上述の水溶性冷却剤の供給源があり、流れの回路が上述の水溶性冷却剤および中空管状の熱交換要素の供給源と内部接続している場合で、上述の中空管状の熱交換要素が水を透過する多孔性の膜隔離板から成り、水溶性冷却剤に由来する水が膜隔離板壁を通過して孔から燃料の流れに浸透することで、電気化学的反応の周囲を湿らす電気化学的セルモジュール。
【請求項１８４】
請求項１８３記載の電気化学的セルモジュールであって、アセンブリを容器に取り付け、容器の軸方向に位置を合わせ、第１の結合材を取り付けた最初の末端から、マイクロセル繊維の開口端に液体を流し、第１の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を隔離し、電流コレクタが第１の結合材の軸方向に突き出て、上述の熱交換要素がさらに第１の結合材とは間隔をおいて第２の結合材に結合し、第１および第２の結合材の間を容器の閉塞した容積とし、容器の注入口が閉塞した容積とつながり、燃料を閉塞した容積に導入し、マイクロセル繊維の孔側のアセンブリに流し、ここで、上述の第２の結合剤とその容器で閉塞した末端容積を規定し、上述の熱交換要素が第２の結合材を通って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した末端容積に終端し、閉塞した末端容積につながった冷却剤の注入口が閉塞した末端容積に水溶性の冷却剤を導入し、アセンブリの熱交換要素を通って軸方向に冷却剤が流れ；また、アセンブリの第２の末端が第１の反対の結合材に結合し、ここからマイクロセル繊維の反対端の開口部に液体が流れ、第１の反対の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分け、電流コレクタが第１の反対の結合材の軸方向に突き出て、上述の熱交換要素が、さらに第１の反対の結合材と間隔をおいて第２の結合材の反対側に結合し、第１と第２の反対の結合材の間を容器の閉塞した反対容積とし、容器の排出口がこの閉塞した容器につながって、この閉塞した容器から使用済み燃料が排出され、ここで第２の反対の結合材と容器が閉塞した反対の末端容積を規定し、上述の熱交換要素が第２の結合材を通って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した末端容積に終端し、冷却剤の排出口が閉塞した反対側の末端容積とつながり、閉塞した反対側の末端容積から冷却剤を排出し、アセンブリから電気化学的反応による熱を取り除き；また、上述の各末端の電流コレクタが互いに連続あるいは並列に結合して、容器の外に突き出て、漏れないようにしっかりと留められた端子を形成し、さらに、燃料を流すように、上述のアセンブリでマイクロセルのシェル側と漏れないようにしっかりと結合された送管を持つ電気化学的セルモジュール。
【請求項１８５】
各中空管状の熱交換要素が、水を選択的に透過させる物質から成る素材で形成される、請求項１８３記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１８６】
水を選択的に透過させる物質がイオン交換フッ素重合体で構成される、請求項１８３記載の電気化学的セルモジュール。
【請求項１８７】
ホローファイバーに、限外濾過、精密濾過、逆浸透などのグループから選択した応用分野に適した孔がある、請求項１８３記載の電気化学的装置。
【請求項１８８】
ホローファイバーの外径が約１００ミクロンから約１０ミリメーターの範囲である、請求項１８３記載の電気化学的装置。
【請求項１８９】
それぞれの末端に結合し、容器内に配置した多数のマイクロセルを含み、この容器で結合したそれぞれの末端がその間の内容積と結合する、電気化学的装置の水を管理する方法；つまり、電気化学的反応で生成した水を灯心現象により吸収するホローファイバーを配置し、ホローファイバーの壁を浸透させることで電気化学的反応部位から水を取り除き、ホローファイバーの孔を通って内容積の外にある容器の収集場所に流す方法。
【請求項１９０】
マイクロセル要素とホローファイバーが垂直に配置し、容器の収集場所が容器の下端に来るようにしてホローファイバーの孔にある水が重力によって下に流れ、収集場所に来るようにした、請求項１８９記載の方法。
【請求項１９１】
各ホローファイバーの外表面を親水性の薬物によりコーティングする、請求項１８９記載の方法。
【請求項１９２】
各ホローファイバーを高分子素材、ガラス、セラミックなどのグループから選択された素材で形成させる、請求項１８９記載の方法。
【請求項１９３】
ホローファイバーに、限外濾過、精密濾過、逆浸透などのグループから選択した応用分野に適した孔を持たせる、請求項１８９記載の方法。
【請求項１９４】
ホローファイバーの外径を約１００ミクロンから約１０ミリメーターの範囲とする、請求項１８９記載の方法。
【請求項１９５】
各ホローファイバーを親水性の素材で形成させる、請求項１８９記載の方法。
【請求項１９６】
以下の要素で構成される電気化学的セルモジュールを作る方法；つまり、多数のマイクロセル下部構造の束のコンポーネント、内部電極を構成する各マイクロセル、内部電極の活性物質と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極で構成されるアセンブリの多数のマイクロセルから成り、中央の内腔に水溶性の冷却剤を流すために配置された多数の中空管状の熱交換要素があり、この中空管状の熱交換要素が上述のアセンブリに分配され、モジュール作動時の電気化学的反応中に、アセンブリから熱を取り除く、マイクロセルアセンブリを加工する方法であって、上述の中空管状の熱交換要素が水を透過する多孔性の膜隔離板から成り、水溶性冷却剤に由来する水が膜隔離板壁を通過して孔から燃料の流れに浸透することで、電気化学的反応の周囲を湿らす方法。
【請求項１９７】
請求項１９６記載の方法で、さらにアセンブリを容器に取り付け、容器の軸方向にそってその位置を合わせ、第１の結合材を取り付けた最初の末端から、マイクロセル繊維の開口端に液体を流し、第１の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を隔離し、電流コレクタが第１の結合材の軸方向に突き出て、上述の熱交換要素がさらに第１の結合材とは間隔をおいて第２の結合材に結合し、第１および第２の結合材の間を容器の閉塞した容積とし、容器の注入口が閉塞した容積とつながり、燃料をこの閉塞した容積に導入し、マイクロセル繊維の孔側のアセンブリに流し、ここで、上述の第２の結合剤とその容器で閉塞した末端容積を規定し、上述の熱交換要素が第２の結合材を通って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した末端容積に終端し、閉塞した末端容積につながった冷却剤の注入口が閉塞した末端容積に水溶性の冷却剤を導入し、アセンブリの熱交換要素を通って軸方向に冷却剤が流す方法であって、また、アセンブリの第２の末端が第１の反対の結合材に結合し、ここからマイクロセル繊維の反対端の開口部に液体が流れ、第１の反対の結合材がマイクロセル繊維のシェル側と孔側を分け、電流コレクタが第１の反対の結合材と軸方向に突き出て、上述の熱交換要素が、さらに第１の反対の結合材と間隔をおいて第２の結合材の反対側に結合し、第１と第２の反対の結合材の間を容器の閉塞した反対容積とし、容器の排出口がこの閉塞した容器につながって、この閉塞した容器から使用済み燃料が排出され、ここで第２の反対の結合材と容器が閉塞した反対の末端容積を規定し、上述の熱交換要素が第２の反対の結合材を通って延び、熱交換要素の開口した末端で閉塞した末端容積に終端し、冷却剤の排出口が閉塞した反対側の末端容積とつながり、閉塞した反対側の末端容積から冷却剤を排出し、アセンブリから電気化学的反応による熱を取り除き；上述の各末端の電流コレクタを互いに連続あるいは並列に結合して、容器の外に突き出て、漏れないようにしっかりと留められた端子を形成し；さらに、燃料を流すように、上述のアセンブリでマイクロセルのシェル側と漏れないようにしっかりと送管を結合する方法。
【請求項１９８】
各中空管状の熱交換要素を、水を選択的に透過させる物質から成る素材で形成させる、請求項１９７記載の方法。
【請求項１９９】
水を選択的に透過させる物質をイオン交換フッ素重合体で構成させる、請求項１９７記載の方法。
【請求項２００】
ホローファイバーに、限外濾過、精密濾過、逆浸透などのグループから選択した応用分野に適した孔を持たせる、請求項１９７記載の方法。
【請求項２０１】
ホローファイバーの外径を約１００ミクロンから約１０ミリメーターの範囲とする、請求項１９７記載の方法。
【請求項２０２】
それ自体が本質的に腐食しやすい素材で形成された金属繊維で構成される、コーティングされた繊維、および金属繊維に耐食性を与える厚みを持った、熱分解される有機素材による連続的な炭質コーティング。
【請求項２０３】
上述の熱分解される有機素材による連続したコーティングがアモルファス状の、請求項２０２記載のコーティング繊維。
【請求項２０４】
上述の熱分解される有機素材による連続したコーティングが結晶性の、請求項２０２記載のコーティング繊維。
【請求項２０５】
上述の連続した炭質コーティングの表面に微小孔がある、請求項２０２記載のコーティング繊維。
【請求項２０６】
上述の連続した炭質コーティングの表面が、ＢＥＴ吸着等温式による測定で、少なくともコーティング素材１グラム当たり１０ｍ２である、請求項２０２記載のコーティング繊維。
【請求項２０７】
外径が約５０マイクロメーターから約１０ミリメーターの、請求項２０２記載のコーティング繊維。
【請求項２０８】
上述の連続した炭質コーティングがガラス質の炭素素材で構成される、請求項２０２記載のコーティング繊維。
【請求項２０９】
さらに、上述の熱分解した有機素材の連続した炭質コーティングの上に電気触媒を載せた、請求項２０２記載のコーティング繊維。
【請求項２１０】
繊維状マイクロセル構造が、内部電極、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極から成り、内部電極および外部電極の少なくとも一方が、それ自体が本質的に腐食しやすい素材で形成された金属繊維を含む、コーティングされた繊維から成る電流コレクタ、および金属繊維に耐食性を与える厚みを持った、熱分解される有機素材による連続的な炭質コーティングを含む繊維状マイクロセル構造。
【請求項２１１】
請求項２１０のように、多数の繊維状マイクロセル構造がある、電気化学的セル装置。
【請求項２１２】
燃料セルで構成される、請求項２１１記載の電気化学的セル装置。
【請求項２１３】
バッテリーセルで構成される、請求項２１１記載の電気化学的セル装置。
【請求項２１４】
腐食しやすい金属で形成される電流コレクタと、金属電流コレクタに耐食性を与える厚みを持った、熱分解される有機素材による連続的な炭質コーティングがある、電気化学的装置。
【請求項２１５】
燃料セルで構成される、請求項２１１記載の電気化学的装置。
【請求項２１６】
バッテリーセルで構成される、請求項２１１記載の電気化学的装置。
【請求項２１７】
上述の電流コレクタにプレート構造がある、請求項２１４記載の電気化学的装置。
【請求項２１８】
上述の電流コレクタに繊維構造がある、請求項２１４記載の電気化学的装置。
【請求項２１９】
上述の電流コレクタがシート型あるいは繊維型である、請求項２１４記載の電気化学的装置。
【請求項２２０】
上述の連続した炭素コーティングがアモルファス状である、請求項２１４記載の電気化学的装置。
【請求項２２１】
上述の連続した炭素コーティングが結晶状である、請求項２１４記載の電気化学的装置。
【請求項２２２】
上述の連続した炭素コーティングがガラス質の炭素という特徴を持った、請求項２１４記載の電気化学的装置。
【請求項２２３】
アモルファス状の金属組成でコーティングされた電流コレクタあるいは電極を含む、マイクロセルの繊維要素でできた燃料電池。
【請求項２２４】
水素を保持できる金属組成でコーティングされた電流コレクタあるいは電極を含む、マイクロセル繊維要素でできた燃料電池。
【請求項２２５】
マイクロセル構造が、内部電極、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極から成り、
内部電極および外部電極の少なくとも一方が炭素あるいはグラファイトの電流コレクタを含み、分解してそこで電気的に断絶しやすい、炭素あるいはグラファイトではない電流コレクタと密接に接触したマイクロセル構造。
【請求項２２６】
請求項２２５のように、多数のマイクロセル構造がある電気化学的セル。
【請求項２２７】
それ自体が本質的に腐食しやすい素材で形成された金属繊維を作り、上述の繊維に金属繊維に耐食性を与える熱分解生成物の厚みを持った、有機素材のコーティング施し、上述の繊維上で上述の有機素材を熱分解し、その上に連続した炭質コーティングを形成する、耐食繊維を加工する方法。
【請求項２２８】
上述の熱分解される有機素材による連続したコーティングをアモルファス状とする、請求項２２７記載の方法。
【請求項２２９】
上述の熱分解される有機素材による連続したコーティングを結晶とする、請求項２２７記載の方法。
【請求項２３０】
上述の連続した炭質コーティングの表面に微小孔がある、請求項２２７記載の方法。
【請求項２３１】
上述の連続した炭質コーティングの表面を、ＢＥＴ吸着等温式による測定で、少なくともコーティング素材１グラム当たり１０ｍ２とする、請求項２２７記載の方法。
【請求項２３２】
コーティングされた繊維の外径を約５０マイクロメーターから約１０ミリメーターの範囲とする、請求項２２７記載の方法。
【請求項２３３】
上述の連続した炭質コーティングをガラス質の炭素素材で構成させる、請求項２２７記載の方法。
【請求項２３４】
さらに、上述の熱分解された有機素材の連続した炭質コーティングの上に電気触媒を形成させる、請求項２２７記載の方法。
【請求項２３５】
内部電極、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極から成る繊維状マイクロセル構造を作る方法であって、ここでは、内部電極および外部電極の少なくとも一方が電流コレクタを含み、それ自体が本質的に腐食しやすい素材で形成された金属繊維、および金属繊維に耐食性を与える厚みを持った、熱分解される有機素材による連続的な炭質コーティングを含む、コーティングされた繊維として、上述の電流コレクタを形成する方法。
【請求項２３６】
腐食しやすい金属の電流コレクタを形成し、金属電流コレクタに耐食性を与える厚みを持った、熱分解される有機素材による連続的な炭質コーティングをコーティングする、電気化学的装置を加工する方法。
【請求項２３７】
上述の電気化学的装置を燃料電池で構成させる、請求項２３６記載の方法。
【請求項２３８】
上述の電気化学的装置をバッテリー電池で構成させる、請求項２３６記載の方法。
【請求項２３９】
上述の電気化学的装置をプレート構造の電流コレクタで構成させる、請求項２３６記載の方法。
【請求項２４０】
上述の電気化学的装置を繊維構造の電流コレクタで構成させる、請求項２３６記載の方法。
【請求項２４１】
上述の電気化学的装置をシート型あるいは繊維型の電流コレクタで構成させる、請求項２４０記載の方法。
【請求項２４２】
上述の連続した炭素コーティングをアモルファス状とする、請求項２３６記載の方法。
【請求項２４３】
上述の連続した炭素コーティングを結晶状とする、請求項２３６記載の方法。
【請求項２４４】
上述の連続した炭素コーティングをガラス質の炭素とする、請求項２３６記載の方法。
【請求項２４５】
上述の電流コレクタあるいは電極を、アモルファス状の金属組成でコーティングする、請求項２３６記載の方法。
【請求項２４６】
水素を保持できる金属組成でコーティングされた電流コレクタあるいは電極を含む、コーティングしたマイクロセルの繊維要素でできた燃料電池を加工する方法。
【請求項２４７】
内部電極、内部電極と接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔に入った電解質、外部電極から成るマイクロセル構成を加工する方法で、内部電極および外部電極の少なくとも一方として、炭素あるいはグラファイトの電流コレクタを作成し、分解してそこで電気的に断絶しやすい、炭素あるいはグラファイトではない電流コレクタと密接に接触させる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、マイクロセルによる電気化学的装置およびアセンブリ、様々な技術を用いた同装置の作成方法、およびかかる装置とアセンブリの使用方法に関するものである。
【０００２】
技術の説明
エネルギー供給とエネルギー変換装置の技術分野、特に燃料電池やバッテリーの開発では、十分な出力（高電流および高電圧の両方あるいは一方）で、高電流密度、単位容積当たりのエネルギー出力の高い装置を開発する試みが続けられてきた。
【０００３】
バッテリーや燃料電池などの電気化学的セルは、構造的には比較的単純で、内部短絡を避けるように分けられた陽極、陰極をそれぞれ利用し、電解質液に接触するように電極を配置している。電極の化学反応により、電極回路が外部負荷と共役した時、反応の化学的エネルギーが電気的エネルギーに変換され、電子の流れが電力を生み出す。
【０００４】
バッテリーセルでは、それぞれの電極間に隔離板を用いることができ、複数のシート状要素が連続して向き合ったアセンブリに配列し、または、かかるシートが（らせん状に）回転した配置で一緒に巻き付けることもできる。
【０００５】
燃料電池は電気自動車の電源として、また分散発電の応用分野で、現在、非常に関心が寄せられている。
【０００６】
燃料電池では、燃料を導入して電極（陽極）と接触させ、酸化剤がもう一方の電極（陰極）と接触することで、陽イオンと陰イオンの流れが確立し、外部負荷がセルと共役した時に電子の流れが生じる。電流の出力は、電極に浸した触媒（例えば、液体水素燃料電池の場合には白金）、特定の燃料／酸化剤の電気化学的反応の反応速度論など、多くの因子によってコントロールされる。
【０００７】
現在、単一セルの電圧は、多くの燃料電池で約０．６〜０．８ボルトの範囲である。電流密度が増加すると電圧とセル効率が対応して低下するため、動作電圧は電流によって変化する。電流密度が高くなると、多くのポテンシャルエネルギーが熱に変換されるため、セルの電気エネルギーが低下する。
【０００８】
燃料電池に改質装置を組み込み、改質装置が天然ガス、メタノールなどの供給原料から水素などの燃料を発生させる配置を作ることもできる。その後、改質装置から生じた燃料生成物が燃料電池で用いられ、電気エネルギーを生み出す。
【０００９】
この技術では、多数の形式の燃料電池が説明されている。これを挙げると、
・電解質をフッ化スルホン酸ポリマーあるいは同様の高分子素材とした、高分子電解質型燃料電池
・水酸化カリウムなどの電解質を用い、ニッケル、銀、金属酸化物、スピネル、あるいは貴金属などの触媒を入れた電極間の基質で、そのＫＯＨ電解質が保たれる、アルカリ型燃料電池
・高温で作動する電解質として濃リン酸を用いたリン酸燃料電池
・アルカリ炭酸塩あるいはナトリウム／カリウムの電解質を用い、アルミン酸リチウムのセラミック基質中、およそ６００〜７００℃の温度で作動し、アルカリ電解質が高伝導の溶融塩を形成する、溶融塩燃料電池
・電解質としてイットリア安定化ジルコニアなどの金属酸化物を用い、高温で作動し、コバルト−ジルコニアあるいはニッケル−ジルコニアの陽極とストロンチウムをドープしたマンガン酸ランタンの陰極間で、酸素のイオン伝導が促進される、固体電解質型燃料電池
などがある。
【００１０】
燃料電池は比較的効率が高く、排気ガス／排出固体のレベルはごく低い。こうした特徴のため、燃料電池はエネルギー変換装置として、現在、非常に関心を寄せられている。従来の燃料電池プラントの効率は、使用されている燃料の低位発熱量（ＬＨＶ）により、通常４０〜５５％の範囲である。
【００１１】
環境への排気が少ないことに加え、燃料電池は一定温度で作動し、電気化学的反応からの発熱は廃熱発電に応用でき、全体としての効率が向上する。燃料電池の効率は全くサイズに依存しないため、燃料電池のデザインはワットからメガワットまで広範な電気出力に拡張可能である。
【００１２】
電気化学的エネルギー分野における最近の技術革新は、バッテリー、燃料電池などの電気化学的装置の応用分野で用いられる、小型の電気化学的セル、つまりマイクロセルの開発である。マイクロセル技術は、すべてＲａｙ Ｒ． Ｅｓｈｒａｇｈｉに与えられた米国特許番号５，９１６，５１４、５，９２８，８０８、５，９８９，３００、６，００４，６９１に説明されている。これらの特許で説明されたマイクロセル構造は、電気化学的セルコンポーネントをつなげるホローファイバー構造から成る。
【００１３】
上述のＥｓｈｒａｇｈｉの特許では、単一のセルが電極あるいはその活性物質、多孔質膜の隔離板、電解質、第二の電解質あるいはその活性物質を含む繊維で構成された、電気化学的セル構造について説明している。セルのデザインについてもＥｓｈｒａｇｈｉの特許で説明され、この中では隣接した単繊維が利用され、１つは電極あるいはその活性物質、隔離板、および電解質を含む単繊維、２つ目は第二の電解質で構成される単繊維である。そのため、隣接した繊維はセルの陽極および陰極となる。今回の発明では、Ｅｓｈｒａｇｈｉのマイクロセル技術がさらに躍進を遂げている。
【００１４】
発明の詳細な説明とその好適な実施例
Ｅｓｈｒａｇｈｉの米国特許番号５，９１６，５１４、５，９２８，８０８、５，９８９，３００、６，００４，６９１の開示は、参考のため本書に全て添付する。ここにに使用されている通り、マイクロセルという用語は電気化学的にエネルギーを発生あるいは変換するセル構造を指し、その多孔質の中に電解質を配置した多孔質膜の隔離板を含む。多孔質膜の隔離板は伝導性の繊維と接触しており、その繊維が電気化学的セルの陽極と陰極を形成する電気触媒と接触しているか、電気触媒でコーティングされている。
【００１５】
この後に続く説明では、主にすぐに利用できる本発明の燃料電池の実施例を示しているが、この説明が、本発明と一致した対応するバッテリーセル、および他の形態の電気化学的セル装置にも同様に応用できることは有り難い。
【００１６】
当然、バッテリーセルでは、電気化学的活性が必要な場合は、構造の外部に備え付けるのではなく、バッテリー内に（電極の）活性物質を存在させ、セルに保存する点で、燃料電池と異なる。
【００１７】
従って、マイクロセルをバッテリーセルに用いる場合は、繊維の中心で内腔が必要なく、その結果、バッテリーセルの応用分野では、モジュラーアセンブリの繊維束が対応して単純化される。従って、バッテリーセルの応用分野でのマイクロセルは、燃料電池に使用されるマイクロセルとは構造的にも操作的にも異なる。
【００１８】
特別な形態では、マイクロセルが内部電極の活性物質、内部電極の活性要素に接触した微小孔性の膜隔離板、微小孔性の膜隔離板の孔にある電解質、外部の電極活性要素で構成され、その内部、外部電極の活性部分は、１つ以上の電極、電流コレクタ、電気触媒のコンポーネントで構成される。
【００１９】
別の特別な形態では、マイクロセルに繊維状の内部電極が含まれていることもある。この内部電極は微小孔性の膜隔離板に囲まれ、その多孔質の中に電解質を配置し、伝導物質に沿って電気触媒を繊維の孔側（内部電極を形成する）あるいはシェル側（外部電極を形成する）に含浸するか、電気触媒でコーティングしている。
【００２０】
燃料電池の応用分野では、マイクロセルのホローファイバーの孔が、気体あるいは液体の供給コンポーネント（燃料あるいは酸化剤など）を通す通路内腔の特徴を決める。特定の関連応用分野によって、多種類の電解質をマイクロセルの燃料電池に用いることができる。
【００２１】
好適な形態では、マイクロセルの全てのコンポーネントが、単繊維アセンブリに加工される。マイクロセルは、いかなる規定の長さにもすることができ、典型的には直径と長さの比が１よりも大幅に大きくなる。また、以下にその詳細を説明する、束状の形態を含め、複数のマイクロセルアセンブリに容易に整形できる。このようなマイクロセルアセンブリ、あるいはかかるアセンブリの集合体を集め、全体の配列がシェルおよび管の熱交換器と類似した、燃料電池モジュールを形成することができる。
【００２２】
複数のマイクロセル要素を、全体として単一の構成に束状の複数セルモジュールを組み入れるように加工する場合、結果として得られる単一の小型構成は、高密度のエネルギー出力を生み出し、燃料電池あるいはその他、そのような束から加工される電気化学的セル装置の容積（と「足跡」）を最小限とすることができる。
【００２３】
１つの実施例としての本発明のマイクロセル装置は、微小孔性の膜隔離板に囲まれた内部電極（あるいは多数の電流コレクタ繊維）を用いて加工される。このような実施例では、内部電極の電気触媒を膜隔離板の内壁にコーティングするか、含浸する（または、内側の電流コレクタ繊維にコーティングされている）。
【００２４】
１つの実施例では、膜隔離板壁面で、触媒溶液の電気触媒を含浸する。これに代わる別の実施例では、膜の紡糸プロセス中に、膜隔離板の孔から触媒の薄いインク塗料を汲み出す。
【００２５】
多孔質の隔離膜−電極を持つアセンブリを形成する１つの技術では、電流コネクタ繊維を電気触媒の塗料でコーティングする。１つの実施例では、このようなコーティングを押出成形で行う。別の実施例では、電流コネクタ繊維をメッキ溶液でコーティングする。さらに別の実施例では、電流コネクタ繊維を金属触媒のプラズマ蒸着によりコーティングする。
【００２６】
燃料電池の積み重ねあるいはモジュールを形成する場合、セルの孔側およびシェル側を分離、密閉するため、マイクロセル繊維を束ねて取り付ける。大きな燃料電池構造では、孔の空いた中心軸の周りにマイクロセルを巻き付けることもでき、これにより、回転軸はセルのシェル側にガスを封入できる構造となる。
【００２７】
燃料電池の実施例や今回の発明の他の電気化学的セルに関する実施例で用いられる、微小孔性の膜隔離板の要素については、電解質を含侵あるいは混和する適切な方法を利用することは、常に有用である。電解質を含侵する、実例として好適な技術は、溶液の含侵である。
【００２８】
多孔質膜の隔離板要素自体は、様々な種類、構造とすることができ、特定の種類の燃料電池や他の電気化学的セルの応用分野で用いられるように、成形することができる。例えば、高分子電解質型燃料電池では、非対称の経路を持つ多孔性構造が好まれ、電気触媒層に隣接するイオン交換ポリマーの連続層ができる。酸型あるいはアルカリ型燃料電池では、泡状の多孔質膜要素とすることが望ましい。本技術の高度な方法のおかげで、膜隔離板の構成および形態の選択は、必要以上の実験をしなくとも容易に決定できる。
【００２９】
本発明の好適例に従ってマイクロセルから生成された燃料電池は単極であり、双極性の流れを持った板を必要としない。セルおよび電流コレクタは繊維状のため、大きな電極の表面面積を非常に小さな容積に小型化することができる。個々の束状セルの並列接続では、電流が加算され、単位容積当たりの電流密度を非常に高くすることができ、マイクロセルアセンブリを高電圧、高効率で稼動することができる。
【００３０】
１つの実施例では、それぞれのマイクロセルの内部電極を接続し、マイクロセルアセンブリに１つ目の端子を形成し、繊維要素のシェル外側、あるいはそのような１束のマイクロセルのシェル外側で電流コレクタを２つ目の末端とする。燃料電池に使用するため、このようなアセンブリを構成、配置する場合は、燃料および酸化剤が、対応するそれぞれの束のシェル側と孔側の電極を通過するようにする。この燃料電池の個別のマイクロセル要素では、微小孔膜を適当な電解質で浸し、バリアあるいは隔離要素を形成する。電解質の種類によって、微小孔性の基質と電解質を合わせ、固体基質あるいは液体−固体基質の形で新たな構造を形成することができる。
【００３１】
単繊維状の内部電極要素を含むマイクロセル装置を利用した燃料電池の応用例では、内部電極要素のサイズを選択し、電極を含む膜隔離板の孔側で適当な大きさの内腔を形成する。複数の繊維をホローファイバーの膜隔離板の孔に取り付け、ホローファイバー内に内腔を形成する隙間空間を作ることもできる。燃料電池を稼動した際に、内腔は（液体あるいは気体の）燃料あるいは酸化剤を内部電極に届かせるため、内腔の形成は重要である。
【００３２】
好適な形態では、電気触媒と第二電極の伝導物質を、微小孔性の膜隔離板シェルの外側にコーティングするか、押出あるいは含侵し、電解質を膜隔離板の微小孔中に入れ、マイクロセル構造を形成する。
【００３３】
微小孔性の膜隔離板は、適当な素材の構造であれば、いかなるものからも形成することができる。１つの実施例では、半透性のイオン交換膜グループから選択した素材、および選択透過ポリマーあるいはイオン交換ポリマーのシェル側あるいは孔側でコーティングした多孔質膜から、微小孔性の膜隔離板を加工する。
【００３４】
このマイクロセル構造では、内部電極あるいは電流コレクタを隔離板の孔にしっかりと固定して、繊維の内壁に隣接させ、電解質あるいは電解質／電気触媒層を界面で接触させる。繊維状のマイクロセル構造を相互に密集させて束ねた場合、外電極あるいは電流コレクタを、シェル側の電解質あるいは隣接したセルの電解質／電気触媒層と密接に接触させることもできる。
【００３５】
従って、燃料電池の応用分野では、通常の稼働中に気体供給（燃料あるいは酸化剤）が内腔を通過できるように、マイクロセル構造の内腔が十分「開いて」いなければならない。このような目的では、燃料電池装置にポンプ、ファン、送風機、コンプレッサ、排出装置などが含まれていることが望ましい。燃料電池を稼動させるために必要な流速には、比較的低い圧力差しか必要としないため、（ガス供給をマイクロセルのホローファイバー内腔を通過するために）必要なポンピングは、上述のタイプの市販されている液体ドライバー装置で容易に対応できる。
【００３６】
マイクロセル構造およびアセンブリの連続接続
単一のマイクロセルの電圧レベルで高い電流密度を達成するためには、多数のマイクロセルを並列に接続する。このような目的でのマイクロセルの並列接続は、マイクロセルを相互に並列に束ね、電流コレクタの末端を得られたマイクロセルアセンブリの各末端で接続することで、容易に達成できる。
【００３７】
しかし、単一のマイクロセルから生じる電圧を超えた高電圧を達成するためには、マイクロセルを連続的に相互接続することが必要である。以降にさらに詳述するが、必要なマイクロセルアセンブリの幾何によって、様々な方法を利用して連続接続を達成することができる。例えば、長方形や円筒形の構成が望ましい場合もある。
【００３８】
本発明に基づき、望みの電流を得るために、まず並列とした繊維状マイクロセルの下部構造の束を組み立てる。次に、望みの電圧を達成するため、この下部構造の束を連続接続させる。
【００３９】
下部構造の束状マイクロセルアセンブリを形成する１つの好適アプローチは、通常、並列に配置したマイクロセル要素のシート状配置を形成することである。ここでは、マイクロセルが相互に隣り合っており、電流コレクタを、通常隣り合って相互に位置を合わせた平らなシートの末端から延びる（つまり、通常、電流コレクタの末端が相互に単一平面上に配置されるようにする、またそれ以外の場合は、通常、マイクロセルから突き出た電流コレクタが、電流コレクタが突き出たマイクロセルシートのアセンブリ面の奥行きと、同一の広がりを持つようにする）。次に、マイクロセル要素の第一層に、外側の電流コレクタ要素を構成する第二層をかぶせ、重ねたシートの内側電流コレクタが突き出ている面とは反対側から、外側の電流コレクタが延びるように配置する。さらに外側の電流コレクタを通常は同じ長さまで外向きに延ばし、外側の電流コレクタの末端で相互に位置が合っているようにし、通常、シートアセンブリの平らな水平面に対する、単一の垂直面に備え付ける。
【００４０】
上述のシートアセンブリを形成する目的で、第一層を構成する繊維状マイクロセル部品を相互に固定し、そのような要素を単一の網状構造あるいはシート構造とすることができる。同様の方法で、内側の接続メッシュ構造あるいは編み込まれた構造、横に並べた接着テープ、あるいは並列アセンブリの電流コレクタ要素を作る他の方法などにより、繊維状マイクロセル要素と重なった外側の電流コレクタを、相互にシート構造あるいは網状構造で安定化することができる。
【００４１】
いかなる適当な方法も利用し、ここに説明したマイクロセルアセンブリのそれぞれのシートのような層を形成することができるのは、幸いである。そのような層は、例えば、マイクロセルあるいは電流コレクタ繊維をシート状に編み込むか、それらを樹脂性基質にはめ込むか、あるいはその他適当な方法により前もって形成することができる。
【００４２】
一度、マイクロセル要素の層と外側電流コレクタ部品の層を互いに重ね合わせて接触させると、その複合構造を円筒形に回転し、それぞれの反対の末端を結合し、マイクロセルの多様性をなす、下部構造の束状アセンブリを形成することができる。
【００４３】
このようなアセンブリは、例えばホローファイバーの濾過モジュールを加工する場合など、従来ホローファイバー膜を取り付けるために利用していた方法を用いて、いかなる適切な方法でも結合することができる。その結果、結合された下部構造の束は、それぞれ末端に陽極および陰極ができる。一方の端子は、最初に説明した層のマイクロセル要素から突き出た、内側電流コレクタ要素によって形成され、もう一方の端子は、下部構造の束の反対側の末端から突き出た電流コレクタによって形成される。
【００４４】
その後、最初の下部構造の束の正極を次の束の負極に接続し、これを繰り返して束を連続的に接続する。その後、接続された束の長い鎖を、各末端と続くマイクロセル間の接続部で交互に各束を丸め、円筒状に再度束ねる。その交互に並列に配置されるように丸められた下部構造の束アセンブリを次に、その各末端で結合し、下部構造の束を多重に持った複合構造としての束を形成する。
【００４５】
連続した束には、単一構造を構成する、平行接続および連続接続の両方に繊維状マイクロセルが含まれ、次にこの単一構造を、以下に詳細を説明するシェルおよび管の熱交換アセンブリのような枠の中に置く。
【００４６】
前述の考察から明らかなように、下部構造の束間で短絡を避けるためには、多孔性であるが電気的には絶縁体の素材で各束を覆う必要がある。従って、各束をファイバーグラスあるいは多孔質素材の包装膜の中に覆い、この中で束が差し込まれるか、包装素材で包まれているようにすることができる。
【００４７】
下部構造の束を交互に形成し、各末端を交互に束に詰めることで、束の正極端を別の束の負極に近づけることができる。この代替技術では、下部構造の束を最初に取り付け、その後最初の束の正極を次の隣り合った束の負極に接続することで、連続接続する必要がある。下部構造の束は、単に各マイクロセルの電気接続を形成することでも接続できる。代わりに、（全てのマイクロセル繊維が下部構造の束で並列接続されている）束の接続点で、表面が鏡像になっている末端プレート、およびそのプレートにデザイン、構築された端子の連続接続の跡を利用することもでき、束の各接続点でプレートが電気的に接続され、自動的に連続接続となる。
【００４８】
さらに下部構造の束を取り付ける別の代替技術では、各束の末端に、密閉した管シート膜をつけて加工することもできる。この後、各束を枠に挿入し、下部構造の束と同じパラメーター（外周）のサイズの各末端を開口することができる。このような加工をすることで、例えば、Ｏリングや他の密閉方法により、各束を容器のそれぞれの末端で密閉することができ、再度束を取り付ける必要がない。このような構成では、簡単に、また容易に影響を及ぼすことができるように、下部構造の各束を容器から取り除いたり、容器に入れることができ、全体として、マイクロセル装置の発電能力を増加、低下させることができる。
代わりに、マイクロセル層と外側電流コレクタを交互に重ね、配列を繰り返すことで、この下部構造の束を長方形に加工することもでき、望みの高さ、長方形の断面積とすることができる。マイクロセル繊維要素および外側電流コレクタを構成する層は、前述の通り、シート様にすることができる。
【００４９】
それぞれの繊維状マイクロセル要素および外側電流コレクタの下部構造としての層を連続接続する場合、電流コレクタ要素は通常、繊維状マイクロセル要素と長さが同様という特徴を持っており、それぞれの繊維状マイクロセル要素と電流コレクタ層が縦方向に互いを相殺する。このような配置では、外側電流コレクタ要素を繊維状のマイクロセル層の他端以上に移動させ、外側電流コレクタ要素が反対側の末端で対応して短くなるため、第一層（下の層）の繊維状マイクロセル要素が外側電流コレクタ層の末端よりも長くなる。
【００５０】
従って、層状アセンブリの各末端では、上方あるいは下方の層の「末端が短くなった」ラインができ、全体のアセンブリの各末端で結合した構造ができるのは、この短い末端部分となる。
【００５１】
この下部構造の層アセンブリに多孔性の絶縁シート素材を置き、２つ目の下部構造の層アセンブリは、多孔性の絶縁体シート上に作る。２つ目の下部構造の層アセンブリでは、下部層を多孔性の絶縁体シート上に直接置き、外側電流コレクタの層と重ねて、互いに相殺させ、新しい下部構造層の正極を全体のアセンブリでは最初の下部構造層の負極として、同じ面に来るように配置する。下部構造層が望みの高さとなるまで、また望みの電圧が達成できるまで、この加工パターンを続ける。例えば、以下に説明する伝導性の棒状部品あるいはひも状部品とともに、各末端それぞれの陽極、陰極電流コレクタの端を互いに接続する。
【００５２】
代わりに、それぞれの下部構造層を積み重ねる前に、最初に隣接した層の陽極、陰極端と繊維状シートを電気的に接続し、層状アセンブリを加工することができる。その後、最後に積み重ねた下部構造層をアセンブリの両端で結合し、下部構造層アセンブリの孔をシェル側から分離、密閉する。次に、繊維を積み重ねた束を結合したものを孔を開けた管に置くと、この管がアセンブリのホローファイバーのシェル側に通ずる燃料注入口として機能する。例えば、それぞれの層が重ね合わさるように、直線上あるいは数珠状のエポキシや他の結合化合物を両端に置くことで、繊維が層状となるように、繊維状のマイクロセル要素と外側電流コレクタを交互に取り付けることができる。繊維状マイクロセル要素が完全に湿り、得られた管シートが漏れ内容にしっかりと固定するように、適切な粘度の結合素材を選択する。
【００５３】
一度結合すると、マイクロセル層の束あるいは積み重ねは容器の中に入り、いずれかの末端（シェル側あるいは孔側）で燃料が注入されたときに、マイクロセル要素のシェルおよび孔が密閉、分離される。生成したユニットは長方形のシェルと管状の熱交換器という構成を取っており、このようなユニットは、容器の孔側に燃料を送る１つ以上の注入口と容器の孔側から使われた燃料を取り除く１つ以上の排出口を持たせることで、有利に加工できる。
【００５４】
マイクロセル要素を積み重なった層に入れた場合、このような積み重ねは、各末端で結合材間の孔を開けた管上に位置する。管の孔を開けていない部分を容器の他端より長くする、例えば説明した通り、マイクロセル要素の孔側に燃料注入口あるいは排出口を持たせたり、密閉した状態で容器より管を長くすることで、マイクロセル要素のシェル側に燃料注入口ができる。層状のマイクロセルの積み重ねは、孔を開けた送管の両側に置くことができ、以下のその詳細を説明するように、対称な二重の積み重ねを作ることができる。
【００５５】
今回の発明の１つの側面では、マイクロセルアセンブリの小さな下部構造の束を、同一のセル容器の中で電気的に連続接続することができ、あるいはより小さな燃料電池モジュールを電気的に連続接続し、全体の電池電圧を上げることができる。今回の発明の別の実施例として、高電圧レベルを達成する１つのアプローチは、（それぞれが多数のマイクロセル装置を構成する）燃料電池の積み重ねを何倍にもし、並列にガスを供給し、積み重ね自体を連続接続されたマイクロセル束のアセンブリとするものである。
【００５６】
１つの実施例では、伝導繊維をマイクロセル装置とともに束ね、伝導繊維が繊維シェル側の電流コレクタとして機能するようにする。シェル側の電流コレクタ、あるいは代わりに適当な電気触媒でコーティングした外側電極を、共通のプレートに接続し、束状アセンブリの最初の端子を構築する。同様に、マイクロセル繊維の孔よりも長くした内部電極をプレートに接続し、アセンブリに２つ目の端子を形成する。
【００５７】
このような燃料電池アセンブリでは、燃料あるいは酸化剤が繊維の孔側あるいはシェル側それぞれの電極を通り、電解質を入れた膜隔離板が燃料あるいは酸化剤が他方の電極に移動するのを防ぐ。
【００５８】
本発明では、最終段階のより大きな束構造を成す、下部構造の束を形成するため、マイクロセルの繊維構造が有用に取り付けられ、下部構造の束が連続あるいは並列に接続されている（あるいは以下に考察するように、一部の構造や下部構造の束をマイクロセル要素の並列接続アセンブリと並列に接続することで、他の下部構造の束と連続接続させることもできる。連続接続したマイクロセル要素が下部構造の束を形成し、これが相互に並列接続される逆の配置も、一部の応用分野で有用である）。
【００５９】
１つの好適な実施例では、マイクロセル繊維構造を下部構造の束として加工し、この束を他の束と一緒に集め、再び結合し、燃料電池モジュールを形成する。このようなマイクロセル繊維構造あるいは下部構造の束の構造を固定するために用いられる有利な結合基質は、エポキシ、ウレタン、シリコン、ＥＰＤＭゴムなどのカプセルの材料基質など、適当であれば、いかなる結合基質あるいはカプセルの材料基質でも良い。
【００６０】
下部構造の束は、最終モジュールのアセンブリで利用した工程と同様、各末端をＯリングで密閉した管シートから作成することができ、その下部構造の束を、孔を持たせた金属あるいは高分子のシートに挿入する。これで、燃料電池の容器には２面ができ、１面はそれぞれの末端に、下部構造の束の管シートの外径サイズに切り取った孔があることになる。
【００６１】
この配列により、下部構造の束を全体のモジュールに付け加えたり、取り除いたりすることで、電力を増減できる（例えば、据え置き蓄電池、あるいは調節可能な自動車の電力を供給する電気自動車など、動力輸送の応用分野での電源）。下部構造の束をモジュールから取り外した場合、表面の孔を孔と同じ大きさの空のシートで密閉することができる。この特徴のため、欠陥のある下部構造の束を取り外し、新しい束と取り替えることで、個々の束を修理できることにもなる。下部構造の束自体、より小さな下部構造の束を形成する結合ユニットとすることもできる。
【００６２】
図１−４は、マイクロセルアセンブリの組立を示した、繊維状要素の構造の透視図である。
【００６３】
図１に示す通り、繊維状マイクロセルシート１０は、平行な配置に相互に並べて置かれた、複数の繊維状マイクロセル要素１２からできている。それぞれの繊維状マイクロセル要素１２は、示されている通り、複数の縫い合わされた継ぎ目１６により強固にしてあるか、テープ、粘着剤などの添付方法を使用して強固にしてあり、単繊維状マイクロセルの要素シートを形成している。
【００６４】
示されているシート１０は、要素１２の最初の末端１８に合わせて、互いに横に並べてある。つまり、この末端は全体的に、互いに軸に対して同一の広がりを持っており、末端１８は内側電流コレクタ１４が突き出たシート面を横切って広がる共通の垂直面にある。
【００６５】
同様の方法で、繊維状マイクロセル要素１２の反対側の末端２０は互いに横に位置を合わせて並べてあり、その末端は通常、繊維状マイクロセル要素１２の反対面で横に垂直に広がる面に、相互に並べてある。
【００６６】
この方法で、線維は互いに隣接しながら平面に置かれて、網目状の構造に集まり、繊維のシートを形成している。
【００６７】
複数の外側電流コレクタ２４も同様に、縫い合わされた継ぎ目２６により並列に並べた配置で強固にしてあるか、代わりにテープ、粘着ひもなどの連結方法を使用して強固にしてあり、図２に示されている通り、シート２２を形成している。このようなシート２２では、それぞれの末端２８および３０を構成する電流コレクタ２４は、互いに位置が合わせてあり、繊維状電流コレクタの各末端が、網の各末端で横に垂直に広がる面にあることになる。
【００６８】
次に、繊維状マイクロセル要素１２のシート１０および繊維状電流コレクタ要素２４のシート２２を、電流コレクタシート２２が繊維状マイクロセル要素のシート１０の上になるように重ね、図３に示した結合構造３２を作る。
【００６９】
このような結合構造３２では、それぞれのシート１０および２２が互いに縦に相殺し、示されている通り、シート１０の内側電流コレクタ要素１４がシート２２の外側電流コレクタよりも長くなるようにし、それに対応して、結合構造の反対側で、シート２２の外側電流コレクタがシート１０の内側電流コレクタ１４の端よりも長くなるようにする。従って、上に載せたシート２２のそれぞれの外側電流コレクタは、下になったシート１０の対応した繊維状マイクロセル要素と接触する。
【００７０】
図４では、図３の結合構造３２が、第２の層３６を下層として上に形成されるアセンブリの最下層になっている。第２の層３６は並列に並べられた繊維状マイクロセル要素３８を含み、対応するシートを形成し、第２の層には、示されているように縫い合わされた継ぎ目４０で外側の電流コレクタ４８が固定されたシートを上にかぶせてある。
【００７１】
この第２の層には、繊維状マイクロセル要素３８がそれぞれの末端４２および４４で互いに位置を合わせてあり、外側の電流コレクタ４８のシートは、繊維状マイクロセル要素３８のシートの縦方向に置いてある。このような配列では、外側の電流コレクタ４８が繊維状マイクロセル要素３８の末端４２より長くなり、繊維状マイクロセル要素３８の内側の電流コレクタ４６が外側の電流コレクタ４８の末端よりも長くなる。
【００７２】
同時に、アセンブリの各末端で第１層と第２層それぞれから、縦に突き出た電流コレクタは、互いに軸に対して同一の広がりを持っている。高分子でできた多孔性の絶縁層あるいはファイバーグラスシートである５０は、図４に示す通り、層３２および層３６の間に置く。
【００７３】
図５は、電流コレクタあるいはマイクロセル繊維アセンブリの電極要素をつなぐコネクタ５２の透視図である。コネクタ５２には、２つのはね５４と５６があり、これが互いに９０°の角度になっていて、このはねが互いにくっつくように押し合わせることができる。複数の電流コレクタあるいは電極要素をコネクタのはねの間に置き、はねを押し合わせると、電流コレクタあるいは電極要素は電気的にしっかりと接触する。
【００７４】
図６では、図４のマイクロセルアセンブリを示しており、図右側の電流コレクタ要素がコネクタ５２に固定され、電流コレクタ要素２つが互いに電気的に接触している。
【００７５】
図７では、マイクロセルアセンブリ７０の透視図を分解組立図で示し、連続接続したマイクロセルシート層６０、６２、６４、６６を示している。下のシート層６０は、コネクタ７２で接続された内側電流コレクタ要素から成り、このような層の上に重なった外側電流コレクタのシートが、今度はコネクタ７４で留められている。
【００７６】
このアセンブリで次に上になった層は、コネクタ７８で接続された内側電流コレクタから成り、コネクタ７８は内部連結７６でコネクタ７４と結合している。同様に外側電流コレクタはコネクタ８０と結合している。
【００７７】
コネクタ８０は、内部連結８２によって、このアセンブリで次に上になった層のコネクタ８４と結合している。コネクタ８４は、この次に上になった層の内側の電流コレクタを接続し、この層の反対側の末端では、コネクタ８６が内部連結８８を介し、このアセンブリの一番上層のコネクタ９０に外側電流コレクタを接続している。
【００７８】
コネクタ９０はこのアセンブリの一番上層の内側の電流コレクタを接続し、このアセンブリの一番上層の反対側の末端では、外側電流コレクタがコネクタ９２によって接続されている。
【００７９】
このアセンブリを構成する各層は、それぞれ対応する多孔性の絶縁シート９４、９６、９８によって隣接する層と隔離されている。
【００８０】
前述の配置によって、図７のアセンブリの各構成層は、図でそれぞれのコネクタが逆に示されていることからも明らかなように、先頭から末尾に連続して次に隣り合った層と結合している。
【００８１】
図８は、連続してつなげられたマイクロセル層の層状配列を成すアセンブリ１００の概略図であり、層１０２および１０４が多孔性の絶縁シート１１０で分けられ、層１０４および１０６は多孔性の絶縁シート１１２で分けられ、１０６および１０８は多孔性の絶縁シート１１４で分けられている。
【００８２】
図９は、マイクロセル層を連続してつなげた配列１３０の三次元透視図である。最下層が示されており、これは繊維状マイクロセル要素１２２のシートになっている。１２２から内側電流コレクタ要素１２４が層の左側に突き出て、外側電流コレクタ要素１２６が上に重なり、マイクロセル層を形成している。概略図に示してある通り、最下層は、多孔性の絶縁層１２８によって、次に上になった層と電気的に分離していることが示されている。他の層も同様の構成になっている。最上層１３０は、示されている通り、隣り合って配置された３つの繊維状マイクロセル要素で構成されており、このアセンブリの他の繊維状マイクロセル要素のシートも対応して構成されている。このようにして、束状マイクロセルの構造が形成されている。
【００８３】
図１０では、マイクロセルの下部構造の束１３８を結合した配置１３６を示す。ここでは、コンポーネントの下部構造の束が、それぞれ反対側の電流コレクタ要素１４０および１４２と連続的に結合されており、隣り合った束は多孔性の絶縁シート１４７により、電気的接触から切り離されており、短絡の可能性がなくなっている。示されている通り、下部構造の束１３８はそれぞれの末端で、結合材１４４および１４６によって結合されている。
【００８４】
図１１は、二重に積み重ねた束状のマイクロセル層で、上面１５２とオプションとして下面（図１１の図には示されていない）に孔１５４を開けた管１５０の透視図である。２つの固定壁１５６、１５８が両側にあり、繊維シートを所定の位置に固定している。望みの電圧が得られるまで、孔を開けた管の上に繊維を積み重ねる。示されている通り、内部のプレナムチャンバの管１５０に液体の導入／排出管１６０をつなげている。
【００８５】
横になった繊維シートはエポキシで結合することができる。代わりに、繊維シートを容器に束ねて取り付け、この行程を終えることもできる。繊維は、開いた末端が開いたままになるように、各末端で結合する。孔を開けた管が繊維のシェル側への導入口となる。
【００８６】
図１２では、容器１５０に埋め込んだマイクロセル繊維束１６２の横断立面図を示している。この繊維束は繊維状マイクロセル要素の層１６４および１６６で構成され、外側の電流コレクタ要素のシート１６８を間に置き、隣接した電流コレクタと繊維状マイクロセル要素のシートの間を、多孔性の絶縁素材でできたシート１７０が分離している。この束は、結合材１６３により取り付けられている。
【００８７】
図１３は、図１２の容器の側面図であり、固定壁１５６および容器の液体の導入／排出管１６０、また束の各面１８０および１８２の端子の結合を示している。
【００８８】
図１４では、注入口１９８から供給ガスを受け取る送管１９６の反対側で、繊維状マイクロセルシートが２つの下部構造の束１８８および１９０で結合した配置１８６を示している。送管には、上面および下面ともに孔があり、構成する下部構造の束それぞれは、上の束が結合材１９２で留められ、下の束は結合材１９４で留められている。
【００８９】
図１５では、孔を開けた管の各面で積み重ねるようにマイクロセル要素を構成した、二段重ねの配置２００の側面図である。ガス供給管１９８が図に示されている。この図に示されている配置には、対応する電流コレクタ要素を結合する、コネクタ／端子部品の２０２、２０４、２０６が含まれている。
【００９０】
図１６は、孔を開けた送管の片面に取り付けた繊維状マイクロセル要素のアセンブリ２１０の透視図であり、ガス注入口２２４および固定壁２１６を含む。結合した長方形の微小繊維の束を配置し、結合材２１８および２２０によって、それぞれの末端が結合されている。
【００９１】
図１７では、孔を開けた送管２３８の両面に繊維を置いた場合の容器２３０を示している。この容器は、マイクロセルアセンブリのシェル側から気体を排出する排出口２４２のある中央部２３２、孔側で使用された気体を排出する排出口２４８を備えた末端部２３４、および孔側の気体を容器に導入する注入口２４６のある末端部２３６で構成される。孔の開いた送管を配置して、供給ガスを容器の中央部２３２に送り、そのシェル側で流れを作っている。
【００９２】
図１８は、結合材２６６および２６８によって、その各末端で結合されたマイクロセル束２８０を含む、システム２５０の立面図である。これらの結合材は、容器２５２の内表面をＯリング２７０および２７２によってしっかりと漏れないように留めている。
【００９３】
容器２５２にはフランジ２５６があり、容器の末端部２５８と中央部をつないでいる。容器の中央部には内容積２５２があり、これは末端容積２７８が結合材２６８によって、末端容積２８２が結合材２６６によって分けられている。燃料注入口２７６は末端容積２７８につながり、末端容積２８２は使用されたガスの排出口２８４につながっている。
【００９４】
使用されたガスの排出口２６４は内容積２６２とつながっている。送管２６０は内容積２６２のマイクロセル束２８０に中心まで延び、縦に孔が開いており、内容積のマイクロセル束２８０のシェル側に供給ガスを導入する。使用されたガスは排出口２６４に排出される。注入口２７６から末端容積２７８に導入された燃料は、束２８０のマイクロセル要素の孔側を流れ、束から末端容積２８２に流れた後、容器２５２の排出口２８４から排出される。
【００９５】
電流コレクタは末端容積２８２の端子２９２と結合し、その端子構造は容器２５２の外部に延びている。反対側の末端容積２７８では、もう一方の内側および外側の電流コレクタが端子２９０と結合し、この端子は容器の外部に延びている。
【００９６】
図１９では、末端３０２が開いた、孔を開けた送管３００を示している。中央部３０６の縦に沿って孔３０８が開いている。
【００９７】
図２０では、図１９の孔を開けた管３００の周りに回転あるいは巻き付けることができる、繊維状マイクロセルとシェル側の電流コレクタのシート３１２、３１４を示す。このシートを回転させているところを示したものが図２１、回転し終えた形が図２２である。
【００９８】
シートは他方のシート上に置き、繊維状マイクロセルシート３１２の末端が、シェル側の電流コレクタシート３１４よりも一端で長くなり、もう一端ではシェル側の電流コレクタシート３１４が長くなる。その後、シート３１２、３１４を孔を開けた管３００の周りにきつく巻き付け、結合材３２２および３２４で留めている。
【００９９】
図２３は繊維状マイクロセルとシェル側の電流コレクタのシート３３２、３３４、および絶縁シート３３０（ファイバーグラスや多孔質のプラスチック素材など）を示している。図２４は、繊維状マイクロセルとシェル側の電流コレクタのシートを２枚ずつ含めた、シートアセンブリ３３８、３４０、３４２、３４４、３４６の透視図である。
【０１００】
図２５は、埋め合わされた繊維層を用いたマイクロセルアセンブリ３３８、３４０、３４２、３４４、３４６の側面図である。セルを形成する２つの繊維層の間に絶縁シートを置いている。図２５に示されているように、絶縁体の一方の面のシートが絶縁体の端よりも長ければ、繊維層を別の繊維層と連続して接続することができる。
【０１０１】
図２６は、マイクロセルを束にしたもの３５０の断面図である。これは、陽極３５４に陰極３５２を散在させ、束にした構成のアセンブリとなっている。
【０１０２】
図２７は、マイクロセルの下部構造の束３６０を連続的につなげた場合の側面図であり、下部構造の束３６２、３６６、３７０、３７４がコネクタ３６４、３６８、３７２によりそれぞれ内部連結されている。前の束に対して後に折り畳んだり、次の束に対して前に折り畳んだりできるように、下部構造の束の鎖をアコーディオンのように折り畳むため、このコネクタは柔軟性が高いことが望ましく、全方向に曲がるものが最も好ましい。
【０１０３】
図２８は、マイクロセルの下部構造の束をコンポーネントとして、連続につなぐために用いられるコネクタ３７６の透視図である。コネクタ３７６は、押し合わせることができるはね３７８、３８０が間隔をおいてペアに構成され、それぞれがペンチなどの道具により押し合わせることができ、下部構造の束の突出した電流コレクタを圧縮してしっかりとつかむ。このはねは伝導性で、それ自体が曲がることのできるくびき要素３８２で内部連結されている。このくびき要素はワイヤーや金属フィラメントなどで作るができ、それぞれのはね３７８および３８０がつないだ下部構造の束を電気的に内部連結する役割を果たす。
【０１０４】
図２９は、複数の束を持つアセンブリ３９０で、その中に、各束３９１に対応する送管３９４を入れ、管シート３９３を取り付け、Ｏリングのシーリング剤３９２でそこをしっかりと漏れないように密閉した場合の横断立面図である。
【０１０５】
図３０は、図２９の複数の束を持つアセンブリの横断立面図である。この中で、それぞれの束が連続して接続され、図２９に対応して番号が付けてある。連続した配置でワイヤー３９８をつなぐことで、それぞれ隣接する束が相互に連結された端子要素３９６および４００で内部連結されている。
【０１０６】
図３１は、下部構造の束を複数入れた燃料電池モジュールの断面図で、図２９に対応して番号が付けてあり、下部構造の束が取り除かれた場合、空のまま密閉した要素４０２および４０４がモジュールを囲った管シート３９３を閉鎖する要因となる。
【０１０７】
図３２は、マイクロセルでできた複数の下部構造の束４６０、４６２、４６４と、分岐させて配置した送管４５０を持つ燃料電池モジュール４１０の側面図である。このモジュールには、モジュールの容器壁と管シート４７２および４７４で仕切られた中央内容積４２４を囲む容器４２２が含まれる。管シート４７２に対して、下部構造の束はＯリング要素４３８で漏れないようにしっかりと固定されており、４７４に対しては、下部構造の束はＯリング要素４３４で漏れないようにしっかりと固定されている。
【０１０８】
容器の末端要素は、それぞれ末端容積４２６および４２８で囲まれている。末端容積４２６には、ガスを流すために送管４５０がつなげられた多岐管があり、枝分かれしたライン４５４、４５６、４５８につながった多岐管のライン４５２によって、３つの下部構造の束４６０、４６２、４６４それぞれに供給ガスが送られる。枝分かれしたライン４５４、４５６、４５８はそれぞれの下部構造の束に結合されている。
【０１０９】
下部構造の束は、下部構造の束４６０および４６２を内部連結する連結ライン４４０および下部構造の束４６２および４６４を内部連結する連結ライン４４２によって、相互に次々と連続結合されている。示されている通り、このように連続した外側の下部構造の束は、端子４４４および４４６によってそれぞれ結合されている。
【０１１０】
容器右側の末端部分はフランジ４３０によって、容器の主要な中央要素と結合されており、相互に機械的な留め金のような方法で結合し、容器のコンポーネント要素をしっかりと漏れないように固定することができる。
【０１１１】
この容器では、燃料注入口４６６で燃料と酸化剤の流れの一方を末端容積４２６に導入し、その孔側で下部構造の束に流す。
【０１１２】
排出口４６８は、図の左要素で容器４２２につながっており、容器の末端容積から使用された供給ガスを排出する。
【０１１３】
使用されたガスの排出口４７０は、容器の主要な中央部分にあり、容器の内容積４２４で、下部構造の束のシェル側から使用されたガスを排出する。
【０１１４】
図３３は、マイクロセルの下部構造の束４９４、４９６、４８９、４９８を含むモジュール４８０が入っている容器５１５の内部容積５０６に、送管５１４を通過させたものを示した、断面からの側面図である。この配置では、管シート５００および５０２で、下部構造の束が対応するサイズの受入口に取り付けられており、管シートはＯリングのシーリング剤４９２により、容器が漏れないようにしっかりと固定されている。この方法では、容器の内部容積が中央容積５０６と末端容積５２６および５２８に分けられる。
【０１１５】
容器には、供給ガスの注入口５１０、使用されたガスの排出口５０８および５１２が取り付けられている。下部構造の束のシェル側で使用されたガスは、排出口５０８で容器から排出され、注入口５１０に入った供給ガスは、下部構造の束の孔側を流れ、末端容積５２８に排出される。末端容積５２８からは、孔側で使用されたガスが排出口５１２で容器から排出される。
【０１１６】
容器５１５の内部容積にある下部構造の束は、連続したコネクタライン５１６、５１８、５２０によって相互に連続して結合され、連続して配置された外側の下部構造の束は、端子５２２および５２４で結合される。
【０１１７】
容器５１５はフランジ４４３で開いて右側の末端部分を取り外すことができ、その後、それぞれの下部構造の束を評価して修理あるいは交換することができる。
【０１１８】
従って、本発明に沿ったマイクロセルは、隣り合った部品（繊維状マイクロセルシート層、下部構造の束）と次々と、容易に互いを連結させることができ、多孔性で絶縁体の電気を通さない素材でできたシートやシージングボードによって、あるいはこのように隣接したマイクロセル部品間の電気的干渉を確実になくすような方法で、相互に遮断することができる。本技術の高度な方法のおかげで、図３２および３３で示された多数の下部構造の束は一例に過ぎず、本発明の特定の応用分野では、特定の実施例でのエネルギー発生の需要や、他システムの構造上、操作上のパラメータによって、多数の下部構造の束を様々に変化させることができる。
【０１１９】
本発明のマイクロセル部品を利用した高電圧電気化学的セルの製造では、マイクロセルの束状あるいはシート状アセンブリを製造する。例えば、２００アンペアの設計電流が必要な場合、多数の繊維状マイクロセルを並列に接続し、必要な電流を発生させる。得られたマイクロセル構造は円筒状に束ねられるか、複数の層を持ったアセンブリを形成するために用いる。束の場合、陽極および陰極の繊維状要素は電気的に絶縁状態である必要があるが、それでもお互い密接に接触していなければならない。この高電圧を達成するためは、シートあるいは束を連続に接続する、つまり、１つのセルの陽極を次の隣接したセルの陰極に接続する。相互に連続結合したセル、束、あるいはシートを同一の容器に埋め込んで密閉すれば、望みの高電圧を発生する電気化学的セルモジュールとなる。
【０１２０】
端子の管理
マイクロセル要素を束ねるか、そうでなければ小型の構造に集めて、モジュール式電気化学的セルアセンブリを形成すると、得られた電気化学的エネルギー生成／エネルギー変換装置は作動中に多量の熱を発生する。
マイクロセアセンブリから熱を取り除くため、今回の発明に沿って様々な方法が利用できる。
【０１２１】
本発明の１つの特徴では、伝熱管をマイクロセル束、下部構造の束、あるいは他の集合マイクロセルアセンブリに分配する。好適な実施例では、このような伝熱管を、マイクロセルアセンブリの繊維状マイクロセル要素と並列に配置する。
【０１２２】
別の実施例では、伝熱管をアセンブリの下部構造の束間に置き、伝熱管が少なくとも（下部構造の束の端あるいは外側の一部が取り付けられている）管シート面の一端から反対の端まで延びるようにする。本技術の高度な方法のおかげで、伝熱管の数、サイズ、材質は、回収する必要のある熱量、燃料電池の操作温度、使用している熱交換液の種類、液体のポンピング要件あるいは流速によって容易に決定できる。
【０１２３】
燃料電池モジュールのマイクロセル繊維の孔側に流れる、燃料からの熱交換液分離を管理するため、伝熱管の長さがシェル側のマイクロセルホローファイバーの孔側を密閉する管シート以上になるように、伝熱管の長さを選択することができる。次に伸張した伝熱管を再度取り付け、伝熱管の孔とマイクロセルホローファイバーの孔の間にバリアを形成する。
【０１２４】
伝熱管を取り付けた燃料電池モジュールの最終アセンブリは、最初の容器の一端に熱交換液を導入する注入口を付けた構成、および２つの結合部位（つまり結合した伝熱管と結合したマイクロセル要素）の間にマイクロセルの孔側に燃料を導入する注入口を付けた第二の容器を含んでいることが好ましく、容器の構造は反対側で対応した構造になっており、熱交換液と使用した燃料を排出するそれぞれの排出口があることが望ましい。
【０１２５】
今回の発明に沿ったマイクロセルの電気化学的セルモジュールについて、代わりに利用できる熱管理デザインでは、マイクロセル構造の孔側かシェル側のいずれか、またはその両方の電流コレクタとして、中空の、非多孔性、伝導、伝熱の管を利用する。電流コレクタは各管シートの反対側で終端するため、熱交換の電流コレクタ管を上述のように取り付け、一端のみで熱交換液の容器と孔側／供給を隔離することになる。反対の末端では、伝熱管が管シートで終端する。
【０１２６】
この配置では、熱交換液と孔に流れる燃料を、排出口で混ぜることができる。このシステム設計では、熱交換液がマイクロセルの孔に入らず、触媒あるいは電解質と接触しない。例えば、孔に流れる燃料と熱交換液を同じ方向でモジュールに供給することができ、熱交換液と孔に流れる燃料がマイクロセルの燃料注入口以外では、混ぜらないようにすることができる。
【０１２７】
次に、熱交換液を別のユニットで回収するか、容器のプレナムを利用して熱交換液を収集し、リサイクルすることができる。例えば、燃料が気体あるいは水素ガスの場合、熱交換液と熱量の分離は容易に達成することができる。
【０１２８】
熱交換液と孔に流れる燃料が同じ（例えば空気）という特別な実施例では、熱交換液と燃料を混ぜることもでき、さらに分離する必要はない。
【０１２９】
さらなる実施例では、マイクロセル要素のシェル側あるいは孔側の電流コレクタから、熱を伝導することで、マイクロセルモジュールから熱を取り除く。このアプローチでは、電流コレクタの末端を延ばし、マイクロセルモジュールの入った容器内側のプレナム、あるいは繊維孔に出入りする燃料の注入口あるいは排出口で、容器内に位置する熱交換路にある熱交換液に浸す。後のケースでは、熱交換通路の入口と出口が、マイクロセルモジュールの内容積と漏れないようにしっかり分離されている。
【０１３０】
図を参照すると、図３４は示されている通り、伝熱繊維や伝熱管５３８をマイクロセル束５３２に散らばせた（分布させた）マイクロセルアセンブリ５３０の断面図である。
【０１３１】
示されているマイクロセルアセンブリでは、各マイクロセル束を管シート５３６の対応したサイズの孔に取り付け、マイクロセル束をＯリングのシーリング剤により、そのような孔で漏れないようにしっかりと密閉している。もう１つの方法としては、マイクロセル束５３２の末端伝熱管５３８を取り付け、管シート５３６を形成する。
【０１３２】
図３５は、空気路／燃料路および伝熱路を示した、燃料電池モジュールの横断立面図である。
【０１３３】
燃料電池モジュール５４０は、結合材５５２および５５４によってマイクロセルアセンブリ５５０が取り付けられた容器５４１で構成されている。結合材は、Ｏリングのシーリング剤５５６および５５８によって、容器の内壁周囲と密閉するようにかみ合っている。この方法では、結合材５５２および５５４で固定された容器に、内容積５６０ができる。ガス排出口５８６は、容器の主要な中央部に取り付けられ、アセンブリ５５０のマイクロセル要素のシェル側とガスの流れをつないでいる。
【０１３４】
図３５の燃料電池モジュールは、それぞれ、容器５４１の内壁とＯリングのシーリング剤５７８で密閉するようにはめ込まれた管シート５６２、容器の内壁とＯリングのシーリング剤５８０で密閉するようにはめ込まれた管シート５７８を特徴としている。
【０１３５】
このような配列では、中間にある容積５７６が結合材５５２と管シート５７８の間にあり、末端容積が示されている図の左側、容器の端にある。
【０１３６】
対応して、中間容積５６８が結合材５５４と管シート５６２の間に形成され、図３５では、容器の右端部分で末端容積も図に示されている。
【０１３７】
冷却剤の注入口５８２は燃料電池モジュール容器の右端部分にあり、冷却剤の注入口５９０は容器の左端要素にある。
【０１３８】
燃料注入口５８４はモジュールの中間容積５６８とつながっており、使用された燃料の排出口５８８はモジュールの反対側の末端で、中間容積５７６とつながっている。
【０１３９】
マイクロセルアセンブリ５５０の横断面に（縦軸を横切って）分布しているのは、複数のホローファイバー伝熱路６０４であり、これはマイクロセルアセンブリおよび中間容積の全長に延び、管シート５６２および５７８を越えてそれぞれ末端容積５６６および５６５に延びている。
【０１４０】
中央の送管５９２は右側から容器に入り、マイクロセルアセンブリ５５０の中央まで延びている。マイクロセルアセンブリ内では、特徴として送管に孔が開いており、マイクロセルアセンブリの繊維状マイクロセル要素のシェル側に燃料を供給している。
【０１４１】
中間容積５６８および５７６の電流コレクタは、それぞれ端子６００および６０２にはめ込んであり、この端子は容器５４１の外に延びている。
【０１４２】
容器５４１はフランジ５７０と連結し、適当な機械的な留め金によって固定されている。ここでは、容器の右中央の容積および末端容積部分は取り外し可能になっていて、燃料電池モジュールの内部につながっている。
【０１４３】
作動中は冷却剤が（図３５に示されていない外部の供給源から）末端容積５６６に流れ、末端が開いた伝熱管６０４を流れ、軸方向に管を流れて反対側の末端容積５６５に行き、ここから冷却剤が排出口５９０を通して排出される。また、例えば連続したループのように、注入口５８２に冷却剤が再循環して熱回収を行うようにもすることができる。同時に、供給（酸化剤および燃料）がマイクロセルアセンブリ５５０のマイクロセル要素のシェル側および孔側それぞれに導入され、電気化学的反応により電力が発生して、それぞれ端子６００および６０２を介して外部負荷に伝わる。このような目的では、端子は適当な回路と外部負荷コンポーネントと結合している。
【０１４４】
図３６は、繊維状マイクロセル要素６１２が散らばったホローファイバー６１４を組み込んだマイクロセル束６１０の断面図である。 このような束では、ホローファイバーが外部電極として機能し、熱交換も可能になっている。従って、マイクロセルアセンブリの操作中、束から偶発的に電気化学的反応により発生した熱を取り除くため、例えば空気などの伝熱物質の流れを介して、内腔の孔を通過させることに加え、ホローファイバーを電気触媒物質でコーティング、含侵、押出することができ、そうでなければ電極要素として構成し、機能的に使用することができる。
【０１４５】
図３７は、ホローファイバーの伝熱要素を利用した燃料電池モジュールの断面からの側面図である。
【０１４６】
図３７の燃料電池モジュール６２０は容器６２５で構成され、フランジ構造６２４でつばが付けてある。これが容器の右部分を分け、主要な中央部分から切り離し、モジュールの内部構造につながっている。容器６２５には、結合材６２８および６３０で結合されたマイクロセル束６２６が含まれ、容器６２５の内壁表面がＯリングのシーリング剤６３２および６３４で漏れないようにしっかりと密閉され、内壁とそれぞれの結合材６２８および６３０で仕切られた、容器内の内容積６３６を規定している。
【０１４７】
結合材６３０の軸方向にあるのが管シート６４０で、ここでは内容積６６０を規定し、容器の内壁をＯリング要素６４２で密閉している。
【０１４８】
電流コレクタを構成する伝熱管は管シート６２８で終端し、伝熱／電流コレクタ管が容器６２２の末端容積６６２につながっている。
【０１４９】
容器内の管シート６４０の外側が末端容積６５８である。中央送管６４１は容器の末端壁６２２よりも長く、マイクロセルアセンブリ６２６の中央に延びている。このような中央送管はマイクロセルアセンブリ内で孔が開いており、アセンブリのシェル側に燃料を供給している。
【０１５０】
容器の右部分はフランジ６２４で取り外しができ、モジュールの内部につながっている。【０１５１】
中間容積６６０には、燃料を導入し、アセンブリ６２６を介して容積６６２に燃料を流す注入口６４６がある。容積６６２には、使用した燃料を排出する排出口６４８がある。容器の中間容積６３６には、シェル側で使用された燃料を排出する排出口５３８がある。
【０１５２】
モジュールの末端容積６５８には、冷却水を導入し、この容積に延びるホローファイバー要素に冷却水を流す注入口６４４がある。ホローファイバー要素を介して軸方向に流れた冷却水は反対側の末端容積６６２に流れる。
【０１５３】
本実施例のホローファイバーの伝熱路はホローファイバーの電極で形成され、示されている通り、このような電極が、それぞれ対応する端子６５２および６５６と末端容積で共役している。
【０１５４】
図３８は、熱伝導により電流コレクタから熱交換を行う燃料電池モジュールの横断立面図である。モジュール７００には、マイクロセルアセンブリ７０４が含まれる容器７０２があり、それぞれＯリングのシーリング材７１０で密閉された結合材７０６、およびＯリングのシーリング材７１２で密閉された結合材７０８が取り付けられている。その結果、内容積７２０の範囲が規定され、内容積７２０から使用された燃料を排出する排出口７４０につながっている。
【０１５５】
中央送管７１４はマイクロセルアセンブリ７０４の中央に延び、マイクロセルアセンブリ内で縦に沿って孔が開いており、アセンブリのシェル側に燃料を供給している。
【０１５６】
容器７０２の末端容積７２４には、燃料を導入し、マイクロセルアセンブリ７０４の孔を通過して末端容積７２２に燃料を流す注入口７４２があり、末端容積７２２からは、排出口７３２から使用された燃料を排出する。
【０１５７】
このモジュールでは、熱交換器７４６が末端容積７２４に含まれ、マイクロセルアセンブリの電流コレクタ要素と接触して熱交換を行っている。（図３８には示されていない供給源からの）熱交換液を熱交換器あるいは注入口７４８に導入し、循環させて排出口７５０から排出させる。
【０１５８】
同様の方法で、反対側の末端容積７２２には、熱交換器７８０と熱交換液を受けとって流す注入口７２８、および２つ目の熱交換器７８０から熱交換液を排出させる排出口７３０が含まれる。
【０１５９】
それぞれの末端の電流コレクタは、端子７３８および７３６と導電接続している。容器７０２の左部分にはフランジ７２６でつばが付けてあり、これにより容易に容器を開放し、容器の内部にアクセスすることができる。
【０１６０】
図３９は、本発明の１つの実施例としての、燃料電池系の回路図である。燃料電池系７８０にはマイクロセルモジュール７８２が含まれ、ここには冷却液の注入口８１０、冷却液の排出口７９２、燃料注入口７９４、酸化剤注入口７９９、使用された燃料の排出口７８６、使用された酸化剤の排出口８０４と連結した容器７８４が含まれている。燃料注入口７８６は、背圧調節バルブ７８８とつながった排出ラインに結合している。同様の方法で、使用された酸化剤の排出口８０４は、背圧調節バルブ８０８とつながった排出ライン８０６に結合している。それぞれの背圧調節バルブ７８８および８０８を調節し、燃料および酸化剤類が関与した電気化学的反応の速度と程度を制御することができる。
【０１６１】
この系には、燃料供給タンク７９８が含まれ、燃料注入管７９４につながった燃料供給ライン７９６と結合している。同様に、酸化剤タンク８０２には、酸化剤供給ライン８００が結合し、これが酸化剤注入口７９９と共役している。
【０１６２】
この系では、冷却剤を循環させる配置が取られており、冷却剤排出口７９２と結合した再循環ライン８１６があり、そこにポンプ８１８と熱交換器８２０が配置されている。熱交換器８２０は暖まった冷却液から熱を取り除き、この液をサージタンク８１４にリサイクルして供給ライン８１２から冷却水注入口８１０に戻す。
【０１６３】
その結果、図３９で示されたシステムが稼働すると、容器のホローファイバー製伝熱管を通して冷却液が流れ、サージタンクに連続的に再循環し、サージタンクでは冷却水を滞流させて高率で電気化学的酸化を行う。
【０１６４】
二重膜のマイクロセル構造とアセンブリ
本発明の特別な応用分野では、通常、マイクロセル構造が二重膜構成で利用される。
【０１６５】
１つの実施例では、このようなタイプのマイクロセル構造を、ホローファイバー製内部隔離板によって容易に形成し、内側電流コレクタおよび内部電極の電気触媒をシェル側に取り付ける。このようなホローファイバー製内部隔離板は、ホローファイバーの外部隔離板によって囲まれている。外部ホローファイバー膜の孔を電解質に侵し、外部電極の電気触媒で外部ホローファイバー膜のシェル側をコーティングし、二重膜のマイクロセル構造を形成する。
【０１６６】
二重膜のマイクロセル構造は、希望に応じて、ホローファイバー製内部隔離板を、燃料（水素や酸素など）を選択的に浸透させる膜として利用することができるため、有利である。これは、例えば内部隔離板の内壁やシェル外側を、望みのガスを優先的に電極に浸透させる選択透過素材でコーティングすることにより、達成できる。従って、この二重膜デザインは、電気触媒あるいは電解質が燃料中の有害となりうる不純物に接触するのを軽減あるいは除去する上で、利点がある。この選択透過膜に使用することができる素材は、セルロース・エーテル、ポリイミド、ポリスルホン、パラジウムなどである。
【０１６７】
二重膜の隔離板を含む別のマイクロセル構造では、内部隔離板の内壁をＣＯ−Ｈ２Ｏ変換を低温で行う改質触媒に浸すか、これによってコーティングすることもある。このようなデザインでは、内部隔離板のシェル側が陽極あるいは陰極の燃料を選択できる素材でコーティングされている。
【０１６８】
別の二重膜デザインでは、水素あるいは酸素を選択できる素材で陽極あるいは陰極をコーティングする。このような場合、外側のホローファイバー膜のシェル側で保護用の選択透過素材を導電性とし、外部電極の電流コレクタとシェル側の電気触媒で電気的に接触できるようにする必要がある。パラジウムなどの選択透過素材をこのような目的で使用することもできる。代わりに必要であれば、伝導性の選択透過素材を陰極あるいは陽極コンポーネントのいずれか１つに用いることもできる。
【０１６９】
二重膜加工を利用したさらに別のデザインでは、伝導性のホローファイバー製内部隔離板を利用する。このような伝導性のホローファイバー製隔離板は、焼結金属、カーボン、グラファイトにより生成できる。このような二重膜デザインの実施例の中には、内部ホローファイバーの伝導性によっては、内側電流コレクタが必要ないものもある。
【０１７０】
内側および外側のホローファイバー膜は、例えばポリプロピレン、ポリスルホン、ポリアクリルアミドなど、適切であれば、いかなる市販の膜とすることもできる。１つの実施例では、例えば、存在しうる他のガスやコンポーネント（燃料不純物など）を通過させないで、供給ガス（燃料、酸化剤）を選択的に透過できるようにするなど、膜に選択透過性を持たせるように処理する。特定の例の方法によって、溶液を沈着させる、電解質でコーティングするなどによって、保護用の水素透過バリア層を沈着させ、膜表面に、水素は通過できるが窒素あるいは酸素は閉鎖されるパラジウムフィルムを形成させることができる。例えば、Ｇｒｙａｚｎｏｖ ｅｔ ａｌ．， ”Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ｂｙ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ−Ｐｏｒｏｕｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ”， Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｆａｒａｄａｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｎｏ ７２ （１９８２）， ｐｐ． ７３−７８、Ｇｒｙａｚｎｏｖ， ”Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ Ｐａｌｌａｄｉｕｍ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ ”， Ｐｌａｔｉｎｕｍ Ｍｅｔａｌｓ Ｒｅｖｉｅｗ， １９８６ ３０ （２）， ｐｐ． ６８−７２、およびＡｒｍｏｒ， ”Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ Ｐｅｒｍｓｅｌｅｃｔｒｉｖｅ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ”， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ， ４９ （１９８９）， ｐｐ． １−２５を参照していただきたい。
【０１７１】
図４０は、マイクロセルの陽極あるいは陰極に導電性の選択透過膜を用いた、二重膜デザインのマイクロセル９００の断面図である。マイクロセル９００は、外側の電気触媒層９１２、微小孔性の膜／電解質９１０、電気触媒９０８、内側の水素あるいは酸素選択性膜９０６、内孔９０４中の電流コレクタあるいは電極要素９０２で構成されている。
【０１７２】
図４１は、マイクロセルの陽極あるいは陰極を保護する選択透過膜を用いた、二重隔離デザインのマイクロセル９１４の断面図である。マイクロセル９１４は、外側の電気触媒層９３０、微小孔性の膜／電解質９２８、電気触媒９２６、電流コレクタあるいは電極要素９２２、多孔性の内部隔離板９２０、内側の水素あるいは酸素選択性膜９１８、内孔９１６で構成されている。
【０１７３】
図４２は、マイクロセルの陽極および陰極要素を覆う選択透過膜を用いた、二重隔離デザインのマイクロセル９３２の断面図である。マイクロセル９３２は、外側の水素あるいは酸素選択性の導電性膜９４８、電気触媒層９４６、微小孔性の膜／電解質９４４、電気触媒９４２、電流コレクタあるいは電極要素９４０、多孔性の内部隔離板９３８、内側の水素あるいは酸素選択性の膜９３６、内孔９３４で構成されている。
【０１７４】
図４３は、マイクロセルの陽極と陰極両方を覆う選択透過膜、および導電性の内部隔離板を用いた、二重隔離デザインのマイクロセル９５０の断面図である。マイクロセル９５０は、外側の水素あるいは酸素選択性の導電性膜９６６、電気触媒層９６４、微小孔性の膜／電解質９６２、電気触媒９６０、伝導性、多孔性の電流コレクタあるいは電極要素９５８、内側の水素あるいは酸素選択性の膜９５６、内孔９５２で構成されている。
【０１７５】
図４４は、マイクロセルの陽極と陰極両方を覆う選択透過膜、および内部隔離板の内壁に改質触媒を用いた、二重隔離デザインのマイクロセル９７０の断面図である。マイクロセル９７０は、外側の電気触媒層９８６、微小孔性の膜／電解質９８４、電気触媒９８２、電流コレクタあるいは電極要素９８０、内部の水素あるいは酸素選択性膜９７８、多孔性の内部隔離板９７６、ＣＯ−水変換／改質触媒９７、内孔９７２で構成されている。
【０１７６】
マイクロセル構造とこれを含むアセンブリの製造
商業用の大量生産については、そのコンポーネントのほとんどを入れたマイクロセル装置を、１回の押出段階で高率に製造できることが望ましい。この大量加工プロセスの重要な側面は、内部電極を微小孔性の膜隔離板で囲むことである。
【０１７７】
このような目的では、押出成形（紡糸口金）の孔先の管の中心に、導電性の繊維鎖を通すことができる。「ドープ」と呼ばれる、微小孔性の膜隔離板の骨格を形成する素材が、孔先の管の周りで連続して押し出され、導電性の繊維鎖となる。窒素のような気体あるいは水のような液体など、内部の凝集液が、内部の電極繊維あるいは繊維状電流コレクタに沿って孔先の管を通過する。
【０１７８】
上述の操作では、マイクロセル繊維のサイズは押出成形の開口部のサイズによって決定される。このような開口部は、例えば１００ミクロン以下という規模から、様々なサイズとすることができ、膜はこれに対応して厚さ数ミクロンという薄さにすることもできる。
【０１７９】
マイクロセルの加工方法でインクペーストを利用した場合は、電気触媒ペーストが同時に孔から押出される。押出された繊維を、急冷槽あるいは水などの外部凝集剤に浸す。押出された繊維が凝集／クエンチ操作を経ると、孔先にある水溶性化合物が凝集／失活剤に到達した時、内部電極の周りに微小構成の膜構造が即座に形成される。
【０１８０】
膜のドープ形成、使用した凝集剤のタイプ、紡糸操作の温度などのパラメータを選択し、それに対応して制御することによって、膜隔離板の孔の構造、多孔率、孔の大きさを正確に制御できる。特定の条件は、本技術の高度な方法のおかげで、必要以上の努力をしなくとも簡単な実験でかかるプロセスにより容易に決定できる。
【０１８１】
ポリスルホン、ポリアクリルアミド、他の高温ポリマー、ガラス、セラミック素材など、微小孔性の膜隔離板を形成するには、様々な素材が有用であり、制限がない。
【０１８２】
上述の紡糸工程によって、マイクロセルを連続的に高率で加工することができる。
【０１８３】
高分子電解質型燃料電池や外部電極の電気触媒の例では、微小孔性の膜隔離板−カプセル化された内部電極構造の形成後、このカプセル化構造をイオン交換ポリマーで外側（シェル側）をコーティングするか、含侵する。同様の押出プロセスにより、有利にこのような外部コーティングを行うことができる。
【０１８４】
図４５は、ナフィオンあるいは電気触媒により膜繊維９９２を浸すための溶液含侵系９８８の概要工程図である。膜繊維９９２は繊維スプール９９０から出て、ローラー９９４の作用により、溶液槽９９６を通過し、ここで繊維が含侵される。含侵された繊維はその後、ガイドロール９９８を越え、加熱体９９９の列を通り、最終的にテークアップワインダ１０００につながる。
【０１８５】
本発明の電気化学的セルのさらなる応用例は、化学物質の生成などである。本発明に沿って加工されたマイクロセルを利用して化学合成に有利に応用することができ、このマイクロセルは、化学反応に必要な単位容積当たりの高電流密度、電極膜の距離（厚さ）を最小限としたことによる低い内部抵抗、物質移動抵抗が低いことによる高効率をもたらす。
【０１８６】
さらに、今回の発明によって加工されたマイクロセルを利用し、他の形態の電力が利用できる場において、水素および酸素を発生させることもできる。このような応用分野では、セルで生成した水素（あるいは他の燃料ガス）を保存し、発電に利用することができる。
【０１８７】
例えば、マイクロセルの繊維構造で電流コレクタの周りに高分子の多孔質膜が形成された後、この構造を直接、ナフィオン溶液（固体５％の水溶液あるいはアルコール液）などの水溶性ポリマーの電解質溶液に通し、多孔性の高分子膜の孔にポリマー電解質を浸すことができる。工程中の、多孔性の高分子膜を電解質含浸剤の組成に浸す時間、繰り返し構造をこの組成に接触させる場合の接触回数（つまり、１回通過させるか、２回通過させるかなど）によって、含侵されたポリマー電解質の量を様々に選択することができる。
【０１８８】
電解質を浸したのと同じ工程ライン、あるいは代わりに続く加工操作段階において、１つの工程実施例では、マイクロセル繊維を乾燥し、Ｈ２［ＰｔＣｌ６］を含むメッキ溶液を使用して、電気触媒素材として白金に染み込ませる。この後、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）などの還元剤槽に繊維を通し、白金の組成を元素の金属白金に還元する。
【０１８９】
本発明の１つの実施例に沿ったこの連続技術を利用し、膜のシェル外側のみを白金に染み込ませる。白金メッキ溶液を繊維の孔から汲み上げることで繊維を容器に取り付けた後に、膜の内壁を染み込ませる。
【０１９０】
別の実施例では、繊維を取り付けた後に、繊維のシェル側および孔側両方を染み込ませる。
【０１９１】
イオン交換用のナフィオンの電解質溶液を膜の孔に含侵した後、本発明の別の側面に沿って、適当な粒子サイズの活性炭をのせた翼形の白金により電気触媒をコーティングする。白金をのせた活性炭粒子は、通常、重量で５〜１０％の範囲である。原則的には、ペーストの組成を白金をのせた活性炭粒子、結合材としてナフィオンイオノマー、テフロン（登録商標）であるポリテトラフルオロエチレンのエマルジョンとして調整する。その後、繊維のシェル側にペーストをコーティングするか、代わりに押出する。
【０１９２】
様々な方法で、繊維壁の内側にペーストをコーティングすることができる。１つのアプローチでは、多孔性の膜隔離板要素を電流コレクタの周りに回転させている間に、ペーストを同時に押出成形する。２つ目のアプローチは、事前に電流コレクタの周りにペーストを押出してから、電流コレクタを膜繊維に挿入する。３つ目のアプローチとして、セルアセンブリの形成と取り付けが終わってから、薄いペーストを多孔性の膜隔離板の孔にポンピングすることもできる。
【０１９３】
別の実施例では、多孔性の膜隔離板要素の内側に電解質を入れ、白金イオンを含む溶液からの電着、電解メッキ溶液による工程、あるいは無電解メッキ溶液による工程によって触媒を塗布する。
【０１９４】
マイクロセルアセンブリの腐食管理
従来の燃料電池技術の応用分野では、通常、電流コレクタとして使用する素材は、グラファイトの種類に限られていた。アルミニウムあるいはチタンで形成される電流コレクタは、金などの耐食コーティング剤でコーティングすることができるが、燃料電池の作動時に特徴的な、過度の腐食条件や熱サイクル下では、このようなコーティング剤は電流コレクタ要素から剥がれたり層間剥離する傾向がある。
【０１９５】
マイクロセル要素を使用することで、グラファイト素材以外の電流コレクタの素材を構成要素として利用することができる。電気化学的セルモジュールのマイクロセル構造で利用される金属繊維は、様々な技術でコーティングすることで、耐久性のある耐食性を達成することができる。このような目的の有用なコーティング技術には、耐食性の金属組成やポリアナリンなどの高分子素材を用いた、電気化学的沈着、無電解コーティング、浸せき塗装、押出などがあり、制限がない。
【０１９６】
電流コレクタに使用されるコーティング用の金属物質の好適なアプローチとして、プラズマコーティング技術により沈着したアモルファス金属組成を使用することなどがある。一般に、コーティング剤の構成がアモルファス状である方が、耐食性は優れる。さらに、様々なアモルファス状の金属組成は、表面積を非常に大きくする。このように表面積の大きい金属組成の例として、ニッケル水素の電気触媒素材がある。このような表面積の大きい金属組成を使用することは、本質的には、繊維状のマイクロセルの表面積を大きくすることにつながり、このようなアモルファス状の金属コーティングが燃料電池の水素貯蔵に効果的に利用できることから、構造的、操作的に大幅な利点となる可能性がある。
【０１９７】
金属繊維物質の耐食性を向上させる別のアプローチとして、金属繊維を重合前駆物質あるいはその他の有機コーティング剤でコーティングし、そのコーティングを炭化することもできる。金属繊維上にグラファイト素材を形成する高分子の炭化により、耐食性であるが、炭素あるいはグラファイトのみの場合よりも高い伝導性を持ったコーティングが生じる。
【０１９８】
コーティングの処理でピンホールが存在した場合、腐食したり、マイクロセルの一部分から他の部分への接続が途切れる可能性があり、これはセルの有用な電力密度を低下させる。別のアプローチでは、炭素繊維がマイクロセルの電流コレクタと密接に接触するように、マイクロセルの孔あるいはシェル側に炭素繊維を一緒に配置するという製造方法により、このような電気的な切断による欠陥を避ける。このような配置では、電気化学的セルの作動中に電流コレクタが腐食してしまった場合でも、炭素あるいはグラファイトの繊維がそこを通る電流の流れを維持し、その結果、かなりの腐食が生じて電流コレクタ要素が切断あるいは変質しても、電気が途切れることはない。
【０１９９】
燃料電池が腐食した条件で金属製の電流コレクタ繊維の耐用年数を向上するため、金属繊維をポリマー素材などの化合物でコーティングすることは有利であり、この後、コーティングされた繊維のポリマー素材が熱分解を受けやすくなる。それ自体が炭素繊維を形成する、従来利用されてきた技術を利用し、繊維をコーティングした素材を熱分解し、炭素に変化させる。
【０２００】
（サイズに関係なく）金属製の電流コレクタ繊維の連続層を形成すると、放射状および縦方向に電気を通す繊維が形成され、同時に表層がその下の金属を腐食から保護するため、耐食性となる。
【０２０１】
図４６は、外表面に高分子化合物のコーティング１００６を施した金属繊維１００４を含む、導体要素１００２の立面図である。例えば溶射、浸せき塗装、ローラー塗装など、適切な方法で繊維をコーティングする。
【０２０２】
図４７は、図４６の熱分解した後の対応する繊維１００２を示したものである。その外表面は熱分解された炭素のコーティング１００８で構成されている。
【０２０３】
電流コレクタおよび電極の準備については、本発明の１つの実施例では、マイクロセルの伝導性金属繊維を銅、アルミニウム、あるいはチタンの繊維で構成し、直径が約１００ミクロンから約１０，０００ミクロンの範囲とし、金や白金など、適切な厚さの耐食性金属でコーティングする。
【０２０４】
代わりに、直径が約１００ミクロンから約１０，０００ミクロンの範囲で、優れた伝導性を持つ炭素／グラファイト繊維を利用し、白金などの金属触媒により硬化することもできる。このような白金の硬化は、Ｈ２［ＰｔＣｌ６］を含むメッキ溶液に繊維を接触させ、その後水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）に接触させて白金化合物を元素の金属白金に還元することで、有利に行うことができる。
【０２０５】
電流コレクタに関しては、ピンホールやコーティングの欠陥があると、金属電流コレクタの腐食が加速される。このような腐食の結果、（導体の連続性が損なわれる結果）繊維状のセルが切断されたり、動作不能となる可能性があるマイクロセルの電圧および電流が一部切断されるのを避けるため、繊維状の炭素電流コレクタをコーティングされた金属繊維の横に置くことは有利である。図４８では、コーティングされた金属繊維１０１２の横に繊維状の炭素電流コレクタ１０１４を置いたものを示している。図４８に示す通り、炭素繊維１０１４はコーティングされた繊維１０１２と密接に接触することになる。
【０２０６】
図４９では、図４８のコーティングされた金属繊維１０１２を切断した繊維アセンブリを示している。腐食によりコーティングされた金属繊維の連続性が一点で切断された場合には、腐食した金属繊維１０１２の２つの部分と接触した炭素繊維１０１４が連続性を保ち、炭素繊維／金属繊維の配置の奥行きに沿って、一方から他方へ電流を通過させることができる。
【０２０７】
マイクロセルアセンブリの水分管理
水が反応の副生成物となるマイクロセルの電気化学的反応では、膜が乾燥するのを防ぐために、燃料を加湿することができ、マイクロセルアセンブリには水を加えたりそこから過剰の水を取り除く水管理システムが含まれていることが望ましい。
【０２０８】
一般に、マイクロセル構造の表面積が大きく、物質移動抵抗が低いと、マイクロセルモジュールから水を取り除くことは、従来の平面状の燃料電池構造よりも問題にならない。
【０２０９】
様々な代替法を利用して、マイクロセル燃料電池モジュールの水管理能力をさらに高めることもできる。例えば、燃料電池のアセンブリに伝熱管を利用し、アセンブリがナフィオンでコーティングされたホローファイバー膜、あるいは他の水を選択的に透過させることができるイオン交換ポリマーなどの素材で構成される場合、および熱交換液が水の場合は、燃料電池に水を供給したり燃料電池から熱を取り除くために、伝熱管を用いることができる。
【０２１０】
燃料電池から熱を取り除く１つのアプローチは、マイクロセル束に分配させるように、多孔性の平面ホローファイバー膜を持たせることである。この構造配置では、燃料電池の稼働中に、水が灯心現象により膜の壁を透過し、ホローファイバーの孔を下に通過して活性表面から取り除かれる。その後、結果として通過した水を、モジュールを含む容器にあるプレナムに集め、システムから排出することができる。
【０２１１】
燃料電池から水を取り除くことについて、今回の発明では、様々なアプローチを検討している。繊維状セルあるいはマイクロセルでできた燃料電池では、生成した水を取り除くため、親水性化合物で処理したホローファイバー膜を、電極あるいは電流コレクタを含む繊維状セルの間に断続的に詰めることができる。これらのホローファイバー膜はセルのシェル側と密接に接触し、孔側が開いているため、燃料電池で生成した水は、灯心現象により吸収され、ホローファイバー膜の孔を下に通過して、電極を含むセルから取り除かれる。その結果、セルが水で溢れるのを解消することができる。
【０２１２】
モジュールを垂直に取り付けた場合、水を重力によってセルの下部に集め、そこから排出させることもできる。
【０２１３】
図５０では、ホローファイバーとマイクロセル管の束１０２０の横断面を示している。この中で、平面のホローファイバー要素１０２６には、マイクロセルの繊維要素１０２２およびシェル側の電極１０２４が散在している。このようなホローファイバー要素を利用して、アセンブリから水を通過させる。図５１は、マイクロセル燃料電池モジュール１０３０の横断立面図であり、示されている通り、垂直に配置したマイクロセルアセンブリ１０３６を含む容器１０３２などがある。容器１０３２にはフランジ１０３４があり、これによって容器の上端を取り除いて、マイクロセルアセンブリおよび他のモジュールの内部コンポーネントにアクセスすることができる。
【０２１４】
マイクロセルアセンブリ１０３６は、上端が結合材１０４０で取り付けられ、Ｏリングのシーリング剤１０４２で容器の内壁と漏れないようにしっかりと密閉されている。同様に、マイクロセルアセンブリ１０３６は、下端が結合材１０４４で取り付けられ、Ｏリングのシーリング剤１０４６で容器の内壁と漏れないようにしっかりと密閉されている。
【０２１５】
マイクロセルアセンブリ１０３６には中央送管１０８０がはめ込まれ、これはマイクロセルアセンブリの内容積で孔が開いている。さらに、燃料注入口１０６０が、上部の末端容積１０４８からアセンブリのマイクロセル要素の孔側に燃料を供給している。ホローファイバー要素の下端で排出された燃料は、下部の末端容積１０５０に入り、排出口１０７２あるいは１０７０で容器から排出される。
【０２１６】
排出口１０７８は容器の内部容積１０３８にあり、内部容積（シェル側）で使用された燃料を排出する。
【０２１７】
容器１０３２の下端はプレナムチャンバー１０７６で構成され、これが重力によって容器の下部に流れた水（凝縮液）を受け取り、溢れた水を排出口１０７２あるいは１０７０から排出させる。
【０２１８】
示されている通り、マイクロセルアセンブリのそれぞれの末端で、電流コレクタ要素がそれぞれの端子１０８２および１０８４と結合している。
【０２１９】
従って、マイクロセルアセンブリに利用されたホローファイバーの管状要素が、このようなホローファイバーの孔で通路に過剰の水を浸透させ、これをプレナムチャンバーに排出させることで、電気化学的燃料電池モジュールから、容易に過剰の水を取り除くことができる。
【０２２０】
その他、適切な方法を利用して、マイクロセルアセンブリから水を運ぶことができ、これには、マイクロセル束から収集管あるいは収集場所に水を流す、表面張力あるいは毛管効果を利用した要素や構造を含む。例として、１９８１年３月３日にＬｅｓｌｉｅ Ｃ． ＫｕｎおよびＥｌｉａｓ Ｇ． Ｒａｇｉに対して発行された米国特許４，２５３，５１９で説明している、フィルム圧縮装置の強化構造では、同様の構成のマイクロセル繊維あるいは束、下部構造の束にオーバーレイ構造を有効利用し、液体を流して回収し、これを燃料電池モジュールから排出している。
【０２２１】
前述の各アプローチでは、電解質／触媒−被含浸コーティング繊維を任意にテフロン（登録商標）であるポリテトラフルオロエチレンのエマルジョンでコーティングし、膜／電極アセンブリに疎水性を与えることもできる。このような臨機応変の措置によって、セルに導入あるいは形成された水は、触媒表面からはじかれ、燃料あるいは酸化剤（水素や酸素など）に対する触媒部位の有効性を向上させる。
【０２２２】
ここに、特定の実施例、特徴、側面を参照して本発明について説明してきたが、本発明はこれに限らず、他の改良、変化、応用、実施例の実用に拡張され、それに沿った全ての他の改良、変化、応用、実施例が、本発明の精神と範囲に含まれるものとみなされることが認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロセルアセンブリの組立を示した、繊維要素構造の透視図である。
【図２】マイクロセルアセンブリの組立を示した、繊維要素構造の透視図である。
【図３】マイクロセルアセンブリの組立を示した、繊維要素構造の透視図である。
【図４】マイクロセルアセンブリの組立を示した、繊維要素構造の透視図である。
【図５】電流コレクタあるいはマイクロセル繊維アセンブリの電極要素をつなぐコネクタの透視図である。
【図６】アセンブリの一方を末端とした、本発明の１つの実施例としてのマイクロセルアセンブリである。
【図７】マイクロセルアセンブリの透視図を分解組立図で示し、連続してつなげられたマイクロセルシートを示した。
【図８】連続してつなげられたマイクロセルシートの層状配列の概略図である。
【図９】マイクロセル層を連続してつなげた配列の三次元透視図である。
【図１０】マイクロセルシートを取り付けた配置を示す。
【図１１】電気化学的セルを二重に積み重ねた束状の組立で、上面とオプションとして下面に孔を開けた管の透視図である。
【図１２】容器に取り付けたマイクロセル繊維束の横断立面図である。
【図１３】図１２の容器の側面図である。
【図１４】マイクロセルシートを二段積み重ねた場合の横断立面図である。
【図１５】孔を開けた管の各面で積み重ねるようにシートを配置した、二段重ねのマイクロセル装置の側面図である。
【図１６】孔を開けた送管の片面に取り付けた繊維の透視図である。
【図１７】孔を開けた送管の両面に繊維を置いた容器を示す。
【図１８】マイクロセルのアセンブリを構成する、電気化学的セル装置の側面図である。
【図１９】マイクロセル構造を形成する回転軸として使用される、孔を開けた送管を示す。
【図２０】図１９の孔を開けた管の周りに回転あるいは巻き付けることができる、繊維状マイクロセルとシェル側の電流コレクタのシートを示す。
【図２１】図２０のシートを回転させているところを示したものである。
【図２２】図２０のシートが回転し終えた形である。
【図２３】繊維状マイクロセル部分とシェル側の電流コレクタのシート、および絶縁シート（ファイバーグラスや多孔質のプラスチック素材など）を示す。
【図２４】繊維状マイクロセル部分とシェル側の電流コレクタのシートを２枚ずつ含めた、シートアセンブリの透視図である。
【図２５】埋め合わされた繊維層状のシートを用いたマイクロセルアセンブリの側面図である。
【図２６】マイクロセルを束にしたものの断面図である。
【図２７】本発明の１つの実施例として、マイクロセルの下部構造の束を連続的につなげた場合の側面図である。
【図２８】マイクロセルの下部構造の束をコンポーネントとして、連続につなぐために用いられるコネクタの透視図である。
【図２９】複数の束を持つアセンブリで、その中に、各束に対応する送管を入れた場合の横断立面図である。
【図３０】複数の束を持つアセンブリの中で、それぞれの束が連続して接続された場合の横断立面図である。
【図３１】下部構造の束を複数入れた燃料電池モジュールで、空のまま密閉した要素がモジュールを囲った部分の表面シートを封鎖している場合の断面図である。
【図３２】マイクロセルでできた下部構造の束が複数あり、分岐させて配置した送管を持つ燃料電池モジュールの側面図である。
【図３３】今回の発明の１つの実施例として、下部構造のマイクロセル束を含むモジュール容器の内部容積に、送管を通過させたものを示した断面からの側面図である。
【図３４】伝熱繊維や伝熱管をマイクロセル束に散らばせたマイクロセルアセンブリの断面図である。
【図３５】下部構造の束の間に散らばった空気路／燃料路および伝熱路を示した、燃料電池モジュールの横断立面図である。
【図３６】ホローファイバーが外部電極要素として機能し、熱交換が可能なマイクロセル束の断面図である。
【図３７】熱交換／電流コレクタ用のホローファイバーを持つ燃料電池の横断面からみた側面図である。
【図３８】熱伝導により電流コレクタから熱交換を行う燃料電池モジュールの横断立面図である。
【図３９】本発明の１つの実施例としての、燃料電池系の回路図である。
【図４０】マイクロセルの陽極あるいは陰極に導電性の選択透過膜を用いた、二重膜デザインの断面図である。
【図４１】マイクロセルの陽極あるいは陰極を保護する選択透過膜を用いた、二重隔離デザインの断面図である。
【図４２】マイクロセルの陽極と陰極両方を覆う選択透過膜を用いた、二重隔離デザインの断面図である。
【図４３】マイクロセルの陽極と陰極両方を覆う選択透過膜、および多孔性、導電性の内部隔離板を用いた、二重隔離デザインの断面図である。
【図４４】マイクロセルの陽極と陰極両方を覆う選択透過膜、および内部隔離板の内壁に改質触媒を用いた、二重隔離デザインの断面図である。
【図４５】ナフィオンあるいは電気触媒に膜繊維を浸すための溶液含侵系の概要工程図である。
【図４６】外表面に高分子化合物を持たせた金属繊維の正面図である。
【図４７】図４６の熱分解後で、その外表面が熱分解された炭素でコーティングされた繊維を示す。
【図４８】コーティングされた金属繊維の横に繊維状の炭素電流コレクタを置いたものを示す。
【図４９】図４８のコーティングされた金属繊維を切断した繊維アセンブリを示す。
【図５０】ホローファイバーとマイクロセル管束の断面を示す。ここでは、平らなホローファイバー要素がアセンブリから水を運ぶために用いられている。
【図５１】モジュールから排出された水が下のプレナムスペースに流れて取り除かれるように配置し、マイクロセル束を垂直、上方に拡張したものを示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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