JP2000515305A

JP2000515305A - 発電、及び電気による加熱、冷却、及び換気のためのシステム

Info

Publication number: JP2000515305A
Application number: JP10507152A
Authority: JP
Inventors: マイケルエス．スー; ロビンワイ．オング
Original assignee: ジーテックコーポレーション
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 2000-11-14
Also published as: UA48242C2; ES2207742T3; IL128127A; BR9710507A; WO1998004011A2; AU3734197A; DE69724792D1; EP0913008B1; CA2260827C; KR20000067922A; KR100471501B1; NZ333849A; DE69724792T2; ATE249686T1; WO1998004011A3; AU721807B2; NO990217L; CN1231068A; US6054229A; NO990217D0

Abstract

(57)【要約】電気を発生させる、例えば燃料電池などの電気化学的変換器を加熱換気冷却(ＨＶＡＣ)システムに接続又は一体化するエネルギシステムを開示する。燃料電池の生じた余熱は放射、対流又は伝動により、例えば熱作動式冷却器又はボイラなど、ＨＶＡＣシステムの熱部品に向けられる。ＨＶＡＣシステムはこの余熱を受け取って、加熱、冷却又は産業用途用の調整済みの流体、例えば加熱又は冷却された空気又は水、あるいは蒸気を発生させる。本発明は、例えば商業設備又は住居用に電気を提供し、また加熱及び冷却を行うことのできる効率の優れたエネルギシステムを提供するものである。さらに、電気化学的変換器をＨＶＡＣシステムに、対流により接続するインターフェース交換要素も開示する。このインターフェース交換要素は、燃料電池の生じた加熱された排気を受け取り、そこから熱を抽出して、ＨＶＡＣシステムの例えば熱作動式冷却器又はボイラなどの熱部品に移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】発電、及び電気による加熱、冷却、及び換気のためのシステム発明の背景本発明は概略的には動カシステム又はエネルギシステムに関し、具体的には商業用及び住居用設備の加熱、換気及び冷却に用いられるエネルギシステムに関するものである。既存のエネルギシステムには、その典型として、個人が自分の周囲の環境を快適なレベルに調節したり、水や空気など、その他通常用いられる流体の温度を調節したりするために日常的に用いられるエネルギ装置がある。これらのエネルギ装置は多くの場合、例えば熱湯や冷水、及び蒸気など、調製された空気及び水を提供するものである。このような従来のエネルギ装置には、その他の部品の中でもとりわけ、蒸気ボイラ、熱流体ボイラ、及び熱作動式の冷却機が含まれている。例えば蒸気ボイラなど、従来のボイラは、典型的には、例えば垂直シリンダなどの中央ハウジングを用い、そのシリンダの中央で石油、ガス又は石油／ガスの混合体を燃焼させることで水を沸騰させている。この水はこの燃焼処理で発生した熱により高温に加熱される。この比較的に簡単なボイラの設計では、多くの場合、加熱処理を支援する管又はコイルがこのシリンダに設けられていないため、管の破裂の可能性がなく、効率的、安全かつ信頼性の高い運転が可能である。この従来の蒸気ボイラの欠点は、燃料に依存しており、かなり非効率的であることである。従来の熱流体ボイラでは、作動流体は、加熱チャンバ内の周囲にまかれた一つ以上のコイル内を流れる。ボイラ内で発生した熱がこの作動流体により吸収され、加熱又は冷却など、その他の機能を行わせるのにこの熱を用いることができる。従来の蒸気ボイラに比較したときの熱流体ボイラの長所には、腐食、スケールの形成、及び凍結がなく、そのため維持費が少なくてすむことがある。さらに熱ボイラは比較的に低い運転圧力で作動するため、比較的に簡単な作動流体を用いることができ、専用のボイラ操作者の必要性も低い。さらに、典型的な熱流体の熱容量は蒸気よりも大きい。従来のエネルギシステムには、さらに、熱作動式のクーラ即ち冷却機がある。通常の種類の吸収冷却機のある一例は、吸着剤による吸着床を用いたアンモニア水吸収冷却機である。一般的には、吸着剤は冷却されたときに作動流体を吸着し、加熱されたときに作動流体を脱離させるため、この冷却機は熱駆動式として特徴づけられている。上述の従来型エネルギシステムは加熱又は冷却を行うために燃料を用いる、単一機能の装置であり、世に長く求められるものではない。経済的及び環境的理由から、エネルギシステムの効率は常に関心事である。従って、当業においては、商業用及び住居用設備と容易に一体化が可能な、ある所定の流体を例えば加熱又は冷却などして調整する、より効率的なエネルギシステムが求められている。特に、商業用の加熱換気空調（ＨＶＡＣ）システムに普通にある加熱及び冷却部品など、従来の加熱及び冷却装置をシステムに一体化させた、より効率的なエネルギシステムは、当業において一つの発展となるであろう。従って、本発明の目的は、住居用及び商業用設備で用いられる所定の流体を調整するための、改良された、より効率的なエネルギシステムを提供することである。次に、いくつかの好適な実施例と関連させて本発明を説明することとする。しかしながら、当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更及び改良がなされる可能性があることは明白であるに違いない。例えば、本発明の好適な実施例を用いた様々なシステム構造部品及び構成を利用する様々なシステムを、上述の動力システムと連係させて用いることが可能である。発明の概要本発明は、所定の流体を、例えば加熱、冷却又は換気するなどして、調整するためのシステム及び方法を提供するものである。本発明は、上述の課題を、例えば発電用の燃料電池などの電気化学的変換器を加熱換気冷却（ＨＶＡＣ）システムの加熱又は冷却部品に一体化又は接続することで達成する。この電気化学的変換器は、電力の生成に加え、本発明の加熱又は冷却部品にとってバーナと同じように作動する。ある実施例に基づくと、本発明のエネルギシステムは、電気と所定の高温を有する余熱とを発生させる燃料電池、及び、この燃料電池に接続されてこの余熱を受け取るよう適合された熱作動式冷却器アセンブリを含む。冷却器がこの熱を吸収すると冷却器アセンブリが作動し、その結果燃料電池の余熱より低い所定温度、所望に応じて燃料電池の余熱より略低い温度の出力流体流が提供される。この所定温度はまた、その住居又は商業設備の周囲温度より低い温度でもよい。別の態様によれば、本システムは余熱を調節する要素を含む。この要素には、燃料電池を少なくとも部分的に取り囲むよう構成された放射シールドを含めてもよい。別の態様によれば、当該熱作動式冷却器アセンブリは蒸気発生器を含み、この蒸気発生器は燃料電池と熱連絡しており、所定温度よりも高い温度に加熱されたときに所定蒸気を発生させる。当該アセンブリにはさらに、この蒸気発生器と流体連絡すると共に前記蒸気を液体に凝縮する凝縮器と、前記液体を蒸気に転移させる蒸発器とが含まれる。さらに別の態様では、熱作動式冷却器の蒸気発生器は少なくとも部分的に燃料電池を封包しており、そのことにより、発生した余熱を受け取るよう適合されている。別の態様では、当該エネルギシステムは、前記燃料電池とＨＶＡＣシステムとの間に配置されてその間での熱交換を促すインターフェース交換要素を含む。例えばこのインターフェース交換要素は、熱作動式冷却器などのＨＶＡＣシステムの冷却部品と燃料電池との間の熱交換を促すものでもよい。またインターフェース交換要素は、燃焼処理で生成される流体や、燃料電池からの排気や、その他何らかのバーナ／熱源により生成された流体など、高温の投入流体から熱エネルギを受け取ってその熱エネルギを熱作動式冷却器アセンブリに移動させるよう適合されていてもよい。ある実施例では、このインターフェース交換要素は、互いに積層されることで軸方向に延出する集合体を形成する、熱伝動材料から形成された複数の熱伝導プレートを含む。このインターフェース交換要素の外表面は熱エネルギを、このインターフェース交換要素の外部にある一環境、例えばＨＶＡＣシステムなどと交換するよう、適合されている。別の態様によれば、熱伝動プレートは、流体がその外側表面を横切って平面内で流れられるようにする流路を含む。この要素はさらに、その内部に形成された一つ以上の軸方向マニホルドと、前記軸方向マニホルド内の気流圧力降下よりも略大きい気流圧力降下を前記流路内と隣接する熱伝導プレート同士の間とに発生させる手段とを含む。前記流路は、その内部で略均一な圧力降下を維持することで前記気体を軸方向マニホルドに沿って略均一に平面内分布させるよう、構成されている。別の態様によれば、前記熱伝動プレートは前記プレートを通じて気体が軸方向に流れることの可能な多孔質伝動プレートである。別の態様では、前記インターフェース交換要素は、熱エネルギを冷却環境と交換するよう適合された、コイル状熱伝動性リボンを含む。さらに別の態様では、インターフェース交換要素は、多孔質の熱伝導性材料から構成され、投入流体から熱エネルギを受け取るよう適合され、かつそこからの熱エネルギを冷却環境に移動させるよう適合されている。別の態様によれば、本発明は、所定の流体を加熱するよう適合されたエネルギシステムを提供するものであり、前記エネルギシステムは、電気及び余熱を生じる燃料電池と、この燃料電池に接続されてそこから余熱を受け取るよう適合された、ＨＶＡＣシステムのボイラシステムなどの加熱部品とを含む。本発明のその他の一般的及びより具体的な目的は、以下の図面及び説明から部分的には自明であり、部分的に明白となることであろう。図面の簡単な説明本発明の上述の及びその他の目的、特徴及び長所は、以下の説明から明らかとなり、また添付の図面からも明らかとなるであろうが、同図面において同様の参照記号は異なる図を通じて同じ部品に言及するものである。本図面は本発明の原理の実例を挙げており、実寸ではないが相対的寸法を示している。図１は、本発明の教示に基づく、電力を発生させると共に流体を調整する本統一型エネルギシステムの概略的ブロック図である。図２は、ＨＶＡＣシステムの加熱又は冷却部品に放射的に接続された燃料電池を含むエネルギシステムの概略図である。図３は、ＨＶＡＣシステムの加熱又は冷却部品に対流的に接続された燃料電池を含む動カシステムの概略図である。図４は、本発明の教示に基づく熱作動式冷却器アセンブリを含むエネルギシステムの概略図である。図５は、本発明に基づく積層プレート型インターフェース交換要素の横断面図である。図６は、本発明による多孔質熱伝動性材料を取り入れたインターフェース交換要素の横断面図である。図７は、軸方向の流路を備えた本発明によるインターフェース交換要素の平面図である。図８は、本発明による「荷馬車車輪」デザインのインターフェース交換要素の平面図である。図９は、本発明に基づくフィン型インターフェース交換要素の平面図である。図示の実施例の説明図１は、所定の流体を、例えば加熱及び／又は冷却するなどして調整するために用いられる、本発明に基づいた統一型エネルギシステムの概略的ブロック図である。図示の統一型エネルギシステム１０には、ＨＶＡＣシステム１４に熱的に接続された電気化学的変換器１２が含まれる。電気化学的変換器は、発電に加え、波線１６に示すように、ＨＶＡＣシステム１４に移動させられる余熱を発生させるものであることが好ましい。例えば燃料電池などの電気化学的変換器が当業において公知であり、Ｈｓｕ氏の米国特許第５，４６２，８１７号、Ｈｓｕ氏の米国特許第５，５０１，７８１号、及びＨｓｕ氏の第４，８５３，１００号で図示かつ説明されており、これら米国特許を参考文献としてここに編入することとする。電気化学的変換器１２は放射、伝動又は対流のいずれにより、ＨＶＡＣシステム１４に接続されてもよい。本発明の電気化学的変換器は好ましくは、例えば固体酸化物燃料電池、溶融カーボネート燃料電池、リン酸燃料電池、アルカリ燃料電池又は陽子交換膜燃料電池などの燃料電池であるとよい。ＨＶＡＣシステムは通常、熱伝達流体を建築物全体に伝達するために閉鎖ループシステムを利用している。このような閉鎖ループシステムでは、蒸気ボイラ又は熱流体ボイラなどの加熱部品、又は熱作動式冷却器又はその他の空調部品などの冷却部品が熱伝達流体を調整し、これが、典型的には、流体導管を通じて設備全体に運ばれる。ＨＶＡＣシステムは通常、一つ又は複数の構造的に閉鎖された設備内の温度又は湿度などの周囲環境条件を制御するために用いられている。ＨＶＡＣシステムは、マルチゾーン、複式ダクト、又は終点再加熱型システムを含め、数多くの種類で提供されている。一般には、このようなＨＶＡＣシステムには、同じシステム内に加熱源及び冷却源が別々に含まれている。この構成により、一個のシステムに同じ設備の加熱及び冷却を両方とも行わせることができる。ある実施例では、複数のＨＶＡＣシステムを、例えば商業設備などの単一の設備内に取り付けることができ、また、共通の熱源からの供給を受ける適したネットワークで接続されているが、この熱源は、分離型の加熱要素及び冷却要素のいずれか一方又は両方を含んでいることがある。加熱要素及び冷却要素は、設備の加熱又は冷却を行うのに必要な熱エネルギを提供する。本発明の図２は、本発明に基づくＨＶＡＣシステム１４の、例えば燃料電池１２などの電気化学的変換器と熱処理部品（例えばボイラ又は冷却器）とを一体化したものを示す。図示の燃料電池は燃料反応体投入口２０及び空気反応体投入口２２を有する。燃料反応体及び酸化剤反応体は図示の燃料電池に、適したマニホルドを介して導入される。燃料電池は燃料反応体及び酸化剤反応体を処理し、ある作用形態においては電気及び余熱を発生させる。この余熱を放射により適した熱処理要素２６に移動させてもよい。図示の熱処理要素２６は、燃料電池１２から受け取られた熱が放射によりＨＶＡＣシステム１４の部品に伝達されるのを助けるものである。熱伝達要素２６はまた、燃料電池の温度を調節する役目をする。熱処理要素２６には、例えば、燃料電池１２の周り又は近傍に、そこから放射された熱を受げ取るよう配置された、熱作動式冷却器の蒸気発生器を含めてもよい。さらに熱処理要素２６に、燃料電池の周り又は近接位置に、そこから放射された熱を受け取るよう配置された、加熱部品のボイラを含めることもできる。ＨＶＡＣシステムの「加熱部品」及び「冷却部品」という用語は、住居用又は商業用の設備、あるいはその他の公知の種類の設備を加熱及び冷却するのに適した、あらゆる適切な、かつ公知の加熱及び冷却装置を含むものとして、意図されている。しかしながら、上述の加熱及び冷却部品の例は代表的なものであり、本４発明のエネルギシステムと併用して用いることのできる全て種類の加熱及び冷却装置を網羅したものとしては意図されていない。示されているように、図示の燃料電池１２はさらに排出物２４を生じるが、この排出物２４を燃料電池１２から除去してもよい。熱処理要素２６は、好ましくはＨＶＡＣシステム１４の加熱部品又は冷却部品に熱的に接続されているとよい。例えば燃料電池１２は余熱を生じることができるが、この余熱はボイラに吸収される。吸収された熱は、典型的にその内部に含まれた作動流体を所定の高温まで加熱し、こうしてこの作動流体が、ＶＡＣシステムにより設備全体を通って所定の用途、例えば加熱、食品処理、化学処理や、その他の同様かつ公知の用途に向けて移動させられる。この構成では、燃料電池１２はこのようにボイラのバーナ部分に替わるものである。図３は本発明に基づく統一型エネルギシステム１０のもう一つの実施例を示す。図示のシステム１０は、ＨＶＡＣシステム１４と対流的に一体化された燃料電池１２を含む。この実施例では、燃料電池は、燃料反応体及び酸化剤反応体２０及び２２をそれぞれ処理して電気及び排出物２４を生じる。この排出物２４はＨＶＡＣシステム１４の適した熱処理要素２６に直接接続される。次にこの排出物は、導管２８が示すように本システムから外へ移動させられる。当業者であれば、図示の実施例では排出物をＨＶＡＣシステム１４に直接接続して熱を対流によりそこへ移動させているが、その他の構成もあることは認識されよう。例えば中間熱交換器を燃料電池１２とＨＶＡＣシステム１４との間に介在させてもよい。当業者であれば理解されるであろうその他の実施例では、その他の熱交換又は熱処理制御構造を用いて、燃料電池の排出物から出た熱をＨＶＡＣシステム１４の一つ以上の部品に移動させることも可能である。加熱又は冷却部品のバーナ部品として燃料電池を利用することの利点には、流体の調整と共に発電が行われることがある。電気は、当業において公知であるように、燃料電池内で電気化学的処理により発生する。この電気を、外部での使用に向けて燃料電池から適した導線により引き出すことも可能である。このように、燃料電池と、ＨＶＡＣシステムの加熱又は冷却部品の熱処理要素２６とを図示するように一体化すると、発電を行うと共に住居及び商業設備の冷房及び／又は暖房を行うことのできる、効率の高いエネルギシステムが生まれる。図２及び３に示すように、この熱エネルギを、ＨＶＡＣシステムの加熱又は冷却部品の熱処理要素２６に、放射及び伝動（図２）又は対流（図３）により供給することができる。ＨＶＡＣシステムの加熱部品に用いるのに適した電気化学的変換器は、外部の設備へ電気及び熱を提供する一体化された統一型エネルギシステムを提供するものである。この変換器を用いることの大きな利点は、それらが高い効率を挙げる上で左右されるのは、電気化学的反応における自由エネルギとエンタルピとの間の関係のみであり、カルノーサイクルという観点からは制限を受けないことである。図４に示す本発明のもう一つの実施例によれば、燃料電池１２をＨＶＡＣシステムの冷却部品に一体化することができる。図４に示す本発明のある一つの実施例では、この冷却部品３０はアンモニア水吸収冷却器を含む。図示の冷却器アセンブリ３０は蒸気発生器３２、凝縮器４０、蒸発器５０、流体ポンプ６０、及び溶液ポンプ６８を含む。冷却器アセンブリ３０の図示の蒸気発生器３２は熱源１６から熱を吸収するものである。蒸気発生器３２は好ましくは、アンモニアと水との環境的に感受性のある混合液を含んでいるとよい。公知のように、このアンモニアはこのアセンブリの冷媒として働き、この水はアセンブリの吸着剤として働く。蒸気発生器３２が吸収した熱により、このアンモニア−水溶液が沸騰する。この沸騰工程でアンモニアと水とが分離する。アンモニアは蒸気発生器のハウジング内から気体として抜け出し、適した流体導管４２により凝縮装置４０へと送られる。凝縮器は好ましくは流体導管４２の周りにコイル状に巻かれた凝縮器コイル４４を含むとよい。この凝縮器コイルは、導管４２を流れているアンモニア蒸気を凝縮して水に戻すよう働く。凝縮されたこの液体が導管４２を通過して蒸発器５０へと向かうときに、その流体流の圧力を下げ、温度を所定の温度に下げるという両方の制限を行う流体レストリクタ４６に、この凝縮された液体を通過させてもよい。蒸発器５０は、好ましくは、投入マニホルド５４を挿通できるよう形成された適した開口部を有するハウジング５２を含むとよい。投入マニホルド５４は投入流体を導入するものであるが、さらに流体分配構造５６を末端に持つ内部マニホルディングを含む。この分配構造５６は投入流体をマニホルディング４７全体に分散させるものであり、このマニホルディング４７は流体導管４２の一部分により流体レストリクタ４６に接続されていると共に、図示のように蒸発器ハウジング内の内部マニホルディング５４の周りに巻かれている。蒸発器５０内に進入していく液体のアンモニアは分配構造５６から流れてくる水から熱を吸収する。この液体アンモニアは、アンモニアが転移して気相に戻るのに充分な量の熱を、投入流体、例えば水などから吸収する。この気相は液体冷却吸収器７４に送られる。もともと蒸気発生器３２内に残されていたアンモニア−水混合液の一部を最初は成していた吸着剤水は吸収器７４へ流体導管８０を通って運ばれる。図示の流体導管８０は、さらに、水の温度を負荷する溶液レストリクタも内包している。この相対的に低温の吸着剤水は気相のアンモニアと相互作用してアンモニアを再凝縮して液体形にする。こうしてアンモニア−水混合液は導管８４から溶液ポンプ６８へと運ばれ、この溶液ポンプ６８が次にこの溶液を蒸気発生器３２へ導管８６を通じて運ぶ。蒸発器５０内で蓄積する相対的に低温の水は次にそこからポンプ６０により吸い出され、例えば所定の場所を冷却するのに用いられるなど、設備内の所定の位置で使用されるために移動させられる。ある実施例では、図３のようにインターフェース交換器要素を用いて、燃料電池排出物２４とＨＶＡＣシステム１４の熱処理要素２６との間で熱を対流により交換してもよい。図５乃至９は、本発明の電気化学的変換器１２及びＨＶＡＣシステム１４と連係させて用いることで、それらの間で熱エネルギを対流により移動させるインターフェース交換要素１００を示す。特に、本発明に基づく積層プレート型のインターフェース交換要素１００の横断面図である図５を参照すると、このインターフェース交換器１００は積層された多数の熱伝動プレート１０２を含むものである。このインターフェース交換器はまた、熱伝動プレート１０２の内側部分と完全に連絡する流体導管又はマニホルド１０４を含む。このインターフェース交換器は気密性の封包物又はハウジング１１０内に収容されていてもよい。流体マニホルド１０４は、高温の気体などの所定の流体をインターフェース交換器１００の内側領域に導入するものである。好ましくはプレート１０２同士の間に、流体がプレート１０２の外側表面へ向かって平面内を流れられるようにする流体流路１１２が形成されているとよい。好ましくはこの高温の気体が熱伝動プレート１０２と熱交換するとよい。プレート１０２と投入流体との間で行われるこの熱交換により、この流体が冷却されるが、その後この流体を、排出マニホルド１１４を介してインターフェース交換器１００から排出してもよい。熱伝導性プレート１０２により吸収された熱は内部交換器要素１００から外部環境へと、太線の矢印１１６が示すように排出される。熱伝動プレート１０２は、アルミニウム、銅、鉄、鋼、合金、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、プラチナなどの金属や、炭化シリコンなどの非金属、及びその他の適した熱伝動性の複合材料を含め、いかなる適した熱伝導性の材料から形成してもよい。伝動プレート１０２の厚さは、プレートの平面内、即ちプレートの表面に沿って所定の温度勾配が維持されるように選択することができる。さらに、この伝動プレートは、流体流路１１２を通じて投入流体の分布を均一にすることで積層の（熱交換構造１００Ａの外側周囲表面に沿った）軸方向で均一な熱状態を成し、またそれにより積層方向でコールド・スポット又はホット・スポットが生じることを防いでいる。このことで内部交換構造の全体的熱特性が高められており、またそれはシステムの全体的熱交換性能の証左ともなっている。代替的な実施例では、内部交換構造の周辺封包物１００Ａに沿って又はこれの周りに投入流体を排出してもよい。この構成では、気密性の封包物は排出物を採集して何らかの適した構造に移動させる周辺排出マニホルドとして機能する。別の実施例では、この投入流体を、気密性封包物１００Ａにより形成された周辺排出マニホルド内へ、次に積層交換構造１００内へとその周辺端部に沿って導入することができる。この構成では、投入流体は伝動プレート１２の表面を横切って半径方向内側へと流れるが、軸方向に延びた一つ以上のマニホルド１０４又は１１４を通じて排出してもよい。本発明のインターフェース交換要素１００の大きな利点は、このインターフェース要素を市販のＨＶＡＣシステムに一体化するには、そのＨＶＡＣシステムに最小限の設計上の変更を加えるだけですむことである。その結果、このインターフェース交換要素を幅広い市販の装置と共に用いることが可能であり、ひいては幅広い商業用途に向けることが可能である。このインターフェース交換要素は、（１）ＨＶＡＣシステムの高い効率に結びつく高い伝熱効率、（２）比較的に小型のデザインに結びつく高い伝熱束、これにより本統一型エネルギシステムの使用が増加し、用途が幅広くなる、（３）インターフェース交換要素を既存の市販のＨＶＡＣ装置にレトロフィットすることを可能とするコンパクトな大きさ、を含む数多くの好ましい特徴を提供するものである。運転時には、インターフェース交換要素１００と、ＨＶＡＣシステムの、加熱又は冷却要素の蒸気発生器３２部分などの熱処理要素２６、又は加熱部品のボイラ部分とを幾何学的に整合させて、燃料電池とこの蒸気発生器又はボイラ部分との間の熱交換が容易に行われるようにする。図２及び３を参照すると、インターフェース交換要素を燃料電池１２とＨＶＡＣシステム１４との間に介在させて、その間での熱エネルギの直接的交換に替えることができる。反対に、燃料電池の積層をＨＶＡＣシステム１４の一つ以上の部品と直接接触させて配置すると、この積層それ自体を、それが発生した余熱をＨＶＡＣ部品に放射により伝達するインターフェースヒータとして機能させることができる。しかし、このように燃料電池部品とＨＶＡＣシステムを直接一体化するには、燃料電池の積層と、ＨＶＡＣシステムの熱処理要素とを幾何学的に整合させる必要がある。この結果燃料電池の積層及び設計を変更することになり、システムに伴うコストが増加する恐れがある。従って、好適な実施例に基づくと、インターフェース交換要素１００は、燃料電池及びＨＶＡＣシステムを直接接続するよう、これらに整合しているような幾何学形状に構成されているため、比較的に小型で使用が容易、かつ効率の高い統一型エネルギシステムが提供される。図示のインターフェース交換要素１００はこのように、優れた熱性能特徴を有すると共にＨＶＡＣシステムの熱処理要素２６と効率的な熱的一体化が可能であるプレート型交換器を実現するものである。本発明のインターフェース交換要素は、熱を伝動及び／又は対流熱伝達技術により伝達することのできる、小型で高効率の熱交換器を利用することにより、従来の熱交換器の持つ大きさという欠点を克服する。好ましくは、流体流路１１２内の圧力降下が流体マニホルド１０４における圧力降下よりも略大きくなるように、流体流路１１２がインターフェース要素１００内に形成されているとよい。より具体的には、流体流路１１２の流れ抵抗はマニホルド１０４の流れ抵抗よりも略大きい。ある実施例では、積層された内部交換要素１００は柱状構造であり、熱伝動プレート１０２の直径は約１インチから約２０インチの間、また厚さは約０．００２インチから約０．２インチの間である。ここで用いられる柱状という用語は、長手軸方向に積層されたときに、流体混合物の導管として働く、少なくとも一つの内部流体マニホルドを有するような様々な幾何学構造を述べるものとして意図されている。当業者であれば、この内部交換要素１００が、例えば内部又は外部マニホルドを備えた矩形又は直線で構成された形状など、その他の幾何学形状を有していてもよいことは理解されよう。選択された矩形形状を有するプレートを積層し、例えば高温又は低温の気体などの流体を供給及び採集する付随のマニホルドに一体化してもよい。インターフェース交換要素の形状そのものは、ＨＶＡＣシステムの熱処理要素の幾何学形状を念頭に置いて設計される。図６は、多孔質の材料を用いた、本発明によるインターフェース交換要素のもう一つの実施例の横断面図である。図示の交換要素１２０は、ＨＶＡＣシステムの熱処理要素２６に接触する外側周辺表面１２４を有する概ね筒状の形状を有しており、略多孔質の熱伝動性材料１２２から構成される。図示のように、高温の所定の投入流体はインターフェース交換要素の投入側１２６から導入されその外側１２８から排出される。熱伝動性材料１２２は投入流体から熱を吸収するため、投入流体よりも低い温度、及び好ましくは略低い温度の相対的に低温の流体を排出する。多孔質の熱伝動性材料１２２により吸収された熱は、そこから伝動又は対流により熱処理要素２６に伝達される。図示の内部交換要素１２０を図５に示されかつ説明されたインターフェース交換要素と同じような態様で用いることができる。図５のインターフェース交換要素１００と同様に、交換要素１２０は、従来のＨＶＡＣシステムと共に用いるのに適していれば、いかなる選択的幾何学形状のものでもよい。図７乃至９は、本発明のインターフェース交換要素のさらなる実施例を示した図である。図７に示すように、インターフェース交換要素１３０は、外側表面１３２と、長手軸方向に延びる長さとを有する略筒型のハウジングを有する。インターフェース交換要素１３０には、この交換要素の上部１３０Ａと底部１３０Ｂとの間に延びる複数の軸方向の流路１３４が穿設されている。インターフェース交換要素は好ましくは、図５及び６に示しかつ説明したインターフェース交換要素のものと同様な熱伝導性材料から形成されているとよい。図示のインターフェース交換要素１３０は上述したような態様で作動する。例えば所定の高温を有する投入流体１３６はインターフェース交換要素、例えばこの交換要素の底部１３０Ｂ内へ導入され、軸方向マニホルド１３４を通過して反対側から排出される。投入流体１３６がインターフェース交換要素１３０を移動する際に、この交換要素の熱伝動性の本体によりそこから熱が吸収される。要するに、熱は投入流体から吸収されて、その投入流体の温度よりも略低い温度の交換要素から排出されるのである。熱エネルギは、ＨＶＡＣシステムの熱処理要素２６と接触するその外側表面１３２に伝動され、その間で熱交換が行われる。インターフェース交換要素の代替的実施例には図８に示された実施例がある。この実施例では、インターフェース交換要素１４０は、外側表面１４２と複数のスポーク１４４とを有する略筒状形状を有しており、前記の複数のスポーク１４４は、荷馬車の車輪形状のように、中央のハブ部分１４６から半径方向外側に向かって延出し、その末端は交換要素１４０の内側壁面１４８に来ている。図９は、本発明の教示に基づくインターフェース交換要素１５０のもう一つの実施例を示す図である。図示の交換要素１５０は略矩形形状であり、複数の側面１５２Ａ−１５２Ｄと、側面１５２Ａと１５２Ｂとの間に延在する複数のフィン１５４を有している。さらにこれらのフィンは、側面１５２Ｃと１５２Ｄとの間に延びる軸方向で間隔を置いている。図示の交換要素１５０は好ましくは、投入流体から熱を吸収する熱伝動性材料から形成されているとよい。こうして、流体は投入流体のときの温度よりも略低い温度でそこから排出される。熱エネルギはその外側表面１５２Ａ及び１５２Ｂへと伝動するが、この外側表面は典型的にはＨＶＡＣシステムの熱処理要素２６と接触しており、その間で熱交換が行われる。電気化学的変換器をＨＶＡＣシステムと図示したように熱一体化することは、当業における改良を定義するものである。電気及び冷却又は加熱流体を住居又は商業設備に供給するために用いられる図示の混成統一型エネルギシステム１０はエネルギ供給企業にとって数多くの利点がある。このような利益が生ずるのは、電気化学的変換器が、加熱又は冷却処理を提供するという点でバーナとして作動すると共に、使用時には発電も行うからである。このように、この電気化学的変換器は燃料反応体として供給天然ガスを用いることができ、このことがひいては、エンドユーザの電気的及び熱的ニーズの両方に応えることとなる。このような燃料構成成分の利用により、環境的に安全で騒音が少なく、ずば抜けてクリーンで小型であるため、比較的に小さな都合の良い位置に設置するのに便利な統一型エネルギシステムの提供が可能である。本発明のもう一つの大きな利点は、この統一型エネルギシステムを、必要に応じ、このシステムの生んだ調整済み流体又は電気を用いようとする設備へ又は設備近傍へ設置することができるため、送電における省力が可能である。これらのシステムを、連続ベース負荷で作動するよう、又は必要に応じて作動するように構成することができる。その他の利点には、現場での使用中にシステム全体を大きく解体することなく、その燃料電池又は所定の部品を比較的に簡単かつ安全に取り替えることができる点がある。このように、本発明は、上記の説明から明らかとなる目的の中でもとりわけ上述の目的を効率的に達成するものであることが理解されよう。本発明の範囲から逸脱することなく上述の構造にいくつかの変更ができると考えられるため、上記の説明に内包された又は添付の図面に示された事項はすべて、実例として解釈されるのであって、限定的な意味で捉えられることはないものとして意図されている。さらに以下の請求の範囲は、ここで説明した本発明の一般的かつ具体的な全特徴と、言語的問題からその範疇に入ると言ってよい本発明の範囲の記述の全てとを網羅するものであることは理解されねばならない。本発明を説明したところで、新規であると訴え、また特許証による保護を求めるところは：

【手続補正書】【提出日】平成１１年３月４日（１９９９．３．４）【補正内容】請求の範囲１．電気を提供すると共に所定の流体を調整するエネルギシステムであって、電気と、余熱（１６）と、所定の高温を有する排出物とを生成する手段を有する燃料電池（１２）と、前記流体を調整する熱エネルギ装置（１４又は３０）であって、前記余熱（１６）に相対的な所定温度を有する出力流体流を提供する、熱エネルギ装置と、前記燃料電池（１２）と前記熱エネルギ装置（１４又は３０）の間に配置されて前記燃料電池の排出物と該熱エネルギ装置との間の熱交換を促すインターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）であって、そこを通過するときの前記排出物から熱を受け取るよう構成され、熱を伝導により前記熱エネルギ装置に運ぶ、インターフェース交換要素とを含む、エネルギシステム。２．前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）が放射、伝導又は対流により前記燃料電池の排出物から熱を受け取る、請求項１に記載のエネルギシステム。３．前記熱エネルギ装置（１４又は３０）が前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）と直接接触する状態に配置される、請求項１又は２に記載のエネルギシステム。４．前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）が前記燃料電池の排出物を直接受け取るように配置されるか、又は選択に応じ、前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）が前記熱を前記熱エネルギ装置（１４又は３０）に運ぶことでその間で直接熱交換を行う、上記請求項のいずれかに記載のエネルギシステム。５．前記熱エネルギ装置（１４又は３０）がＨＶＡＣシステムの構成要素である、上記請求項のいずれかに記載のエネルギシステム。６．前記熱エネルギ装置が、前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）に接続されると共にそこから熱を受け取って作動するよう適合された熱作動式冷却器アセンブリ（３０）を含み、前記冷却器アセンブリが、所定の流体を冷却するのに充分な、かつ、前記燃料電池の前記余熱の温度より低い所定温度を有する出力流体流を提供する、上記請求項のいずれかに記載のエネルギシステム。７．前記熱作動式冷却器アセンブリ（３０）が、前記燃料電池（１２）と熱連絡し、所定の温度を越える温度まで加熱されたときに蒸気を発生させる蒸気発生器（３２）と、前記蒸気発生器（３２）と流体連絡し、前記蒸気を液体に凝縮する凝縮器（４０）と、前記液体を蒸気に転移させる蒸発器（５０）とを含む、請求項６に記載のエネルギシステム。８．前記熱作動式冷却器アセンブリ（３０）の前記蒸気発生器（３２）が、前記燃料電池（１２）を少なくとも部分的に封包しており、そこで発生した前記余熱を放射により受け取るよう適合されているか、又は選択に応じて前記蒸気発生器が前記インターフェース交換要素と熱エネルギを交換するよう適合されている、請求項７に記載のエネルギシステム。９．前記熱エネルギ装置が、前記燃料電池（１２）に接続されると共にそこから前記余熱（１６）を受け取るよう適合されたボイラを含み、前記ボイラが、前記所定の流体を所定の高温まで加熱するよう適合されており、また選択に応じ前記ボイラが蒸気ボイラ又は熱流体ボイラである、請求項１乃至６のいずれかに記載のエネルギシステム。１０．前記熱エネルギ装置がさらに蒸気発生器を含み、前記蒸気発生器が、前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）と熱エネルギを交換するよう適合されている、請求項９に記載のエネルギシステム。１１．燃料反応体及び酸化剤反応体のいずれか一つを前記燃料電池に導入する手段をさらに含み、また選択に応じ前記燃料電池が、前記反応体を処理して前記電気及び前記余熱を生成する手段を含む、上記請求項のいずれかに記載のエネルギシステム。１２．前記余熱の前記高温が約１００℃から約１２００℃の範囲にある、上記請求項のいずれかに記載のエネルギシステム。１３．前記燃料電池（１２）が、固形酸化物燃料電池、溶融カーボネート燃料電池、リン酸燃料電池、アルカリ燃料電池、及び陽子交換膜燃料電池のいずれかから選択される、上記請求項のいずれかに記載のエネルギシステム。１４．前記燃料電池（１２）がそこから前記余熱（１６）を放射し、前記システムが前記余熱を調節する手段をさらに含み、及び選択に応じ、前記調節する手段が、前記燃料電池を少なくとも部分的に取り囲むよう構成された一つ以上の放射シールドを含む、上記請求項のいずれかに記載のエネルギシステム。１５．前記燃料電池（１２）が、一方の側に酸化剤電極、及び対向する側に燃料電極を有する複数の電解質要素と、前記電解質要素との電気的接触を提供する複数のインターコネクタ要素であって、前記電解質要素及び前記インターコネクタ要素が交互に積層されることで前記燃料電池が形成される、複数のインターコネクタ要素とを含む、上記請求項のいずれかに記載のエネルギシステム。１６．前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）が熱伝導性材料から形成された複数の熱伝導プレート（１０２）を含み、前記プレート（１０２）が相互に積層されることで前記交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）が形成され、前記交換要素が、前記熱エネルギ装置と熱エネルギを交換するよう適合された外表面（１００Ａ）を有する、上記請求項のいずれかに記載のエネルギシステム。１７．前記熱伝導プレート（１０２）が、流体がそこを横切って平面内を流れることを可能とする通過手段を含む、請求項１６に記載のエネルギシステム。１８．前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）が、内部に形成された一つ以上の軸方向マニホルド（１０４，１１４，１２２又は１３４）と、前記軸方向マニホルド内の気体流圧力降下よりも略大きい気体流圧力降下を、前記通過手段内と、隣接する熱伝導プレート同士の間とに生じさせ、それにより前記軸方向マニホルドの気体流を略均一にする、手段とをさらに含む、上記請求項のいずれかに記載のエネルギシステム。１９．前記熱伝導プレート（１０２）が多孔質の伝導材料から形成され、前記多孔質材料が、前記プレートを通じて気体流が軸方向に流れることを可能とする通過手段を形成する、請求項１７又は１８に記載のエネルギシステム。２０．前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）が螺旋状の熱伝導性リボンを含む、請求項１乃至１５に記載のエネルギシステム。２１．前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）が多孔質の熱伝導性材料から構成される、請求項１乃至１５に記載のエネルギシステム。２２．前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）が、直径が約１インチから約２０インチまでの範囲にある略筒状形状を有するか、又は選択に応じ前記インターフェース交換が略矩形の横断面を有する、上記請求項のいずれかに記載のエネルギシステム。２３．電気を提供すると共に所定の流体を調整する方法であって、電気と、余熱（１６）と、所定の高温を有する排出物とを生成する燃料電池（１２）を提供するステップと、該所定の流体を熱エネルギ装置（１４又は３０）により調整するステップであって、前記熱エネルギ装置が前記余熱（１６）に相対的な所定温度を有する出力流体流を提供する、ステップと、前記燃料電池（１２）と前記熱エネルギ装置（３０）との間に配置されたインターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）により、前記燃料電池の排出物と熱エネルギ装置との間の伝導による熱交換を促すステップであって、前記インターフェース交換要素（３０）はそこを通過するときの前記排出物から熱を受け取る、ステップと、前記インターフエース交換要素からの前記熱を伝導により前記熱エネルギ装置に運ぶステップとを含む、方法。２４．前記燃料電池の排出物から放射、伝導又は対流により熱を受け取るよう前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）を接続するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。２５．前記熱エネルギ装置（１４又は３０）を前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）と直接接触した状態に配置するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。２６．前記燃料電池の排出物を直接受け取るよう前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）を配置するステップか、又は選択に応じ、前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）と前記熱エネルギ装置（１４又は３０）との間で熱を直接交換させるステップをさらに含む、請求項２３乃至２５に記載の方法。２７．前記熱エネルギ装置（３０）がＨＶＡＣシステムの構成要素である、請求項２３乃至２６に記載の方法。２８．熱エネルギ装置により前記所定の流体を調整する前記ステップが、前記燃料電池（１２）に接続された熱作動式冷却器アセンブリ（３０）を提供するステップと、前記冷却器アセンブリ（３０）を熱により作動させるステップと、前記燃料電池の余熱（１６）の温度よりも低い所定温度を有するように前記所定の流体を冷却するステップとを含む、請求項２３乃至２７に記載の方法。２９．熱作動式冷却器アセンブリ（３０）を提供する前記ステップが、前記燃料電池（１２）と熱連絡し、所定の温度よりも高い温度に加熱された時に蒸気を発生させる蒸気発生器（３２）を提供するステップと、前記蒸気発生器（３２）と流体連絡し、前記蒸気を液体に凝縮する凝縮器（４０）を提供するステップと、前記液体を蒸気に転移させる蒸発器（５０）を提供するステップとをさらに含む、請求項２８に記載の方法。３０．前記蒸気発生器（３２）と前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）との間で熱エネルギを交換させるステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。３１．熱エネルギ装置により前記所定の流体を調整する前記ステップが、前記燃料電池と熱連絡すると共にそこから前記余熱を受け取るよう適合されたボイラを提供するステップと、前記所定の流体を所定の高温まで加熱するステップとをさらに含む、請求項２３乃至２７に記載の方法。３２．前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）と熱エネルギを交換するよう、またさらに選択に応じ、前記燃料電池（１２）の前記余熱（１６）に応答して作動流体から蒸気を発生させるよう、適合された蒸気発生器を提供するステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。３３．燃料反応体（２０）及び酸化剤反応体（２２）のいずれかを前記燃料電池（１２）に導入するステップと、さらに選択に応じ、前記反応体を処理して前記電気及び前記余熱（１６）を生成するステップとをさらに含む、請求項２３乃至３２に記載の方法。３４．前記燃料電池（１２）を固体酸化物燃料電池、溶融カーボネート燃料電池、リン酸燃料電池、アルカリ燃料電池、及び陽子交換膜燃料電池のいずれかから選択するステップをさらに含む、請求項２３乃至３３に記載の方法。３５．前記燃料電池（１２）が前記余熱（１６）を放射し、また、前記余熱を調節するステップをさらに含む、請求項２３乃至３４に記載の方法。３６．前記燃料電池（１２）を提供する前記ステップが、一方の側に酸化剤電極、及び、対向する側に燃料電極を有する複数の電解質要素を提供するステップと、前記電解質要素との電気的接触を提供する複数のインターコネクタ要素を提供するステップであって、前記電解質要素及び前記インターコネクタ要素が交互に積層されることで前記燃料電池（１２）が形成される、ステップとをさらに含む、請求項２３乃至３５に記載の方法。３７．前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）との熱交換を促す前記ステップが、熱伝導性材料から形成された複数の熱伝導プレート（１０２）を提供するステップと、前記プレート（１０２）を相互に積層することで前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）を形成させるステップであって、前記交換要素が、前記熱エネルギ装置と熱エネルギを交換するよう適合された外表面（１００Ａ）を有する、ステップとをさらに含む、請求項２３乃至３６に記載の方法。３８．前記プレート（１０２）に、流体がそこを横切って平面内を流れることを可能とする一つ以上の流路を形成するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。３９．一つ以上の軸方向マニホルド（１０４，１１４，１２２又は１３４）を前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）内に形成するステップと、前記軸方向マニホルド内の気体流圧力降下よりも略大きい気体流圧力降下を、前記流路内と、隣接する熱伝導プレート同士の間とに発生させ、それにより前記軸方向マニホルドに略均一な気体流を提供するステップとをさらに含む、請求項３８に記載の方法。４０．前記流路内で略均一な圧力降下を維持することで前記軸方向マニホルドの気体流を略均一にするステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。４１．前記熱伝導プレート（１０２）を多孔質の伝導性材料から形成するステップであって、前記多孔質の材料が、前記プレートを横切って軸方向に気体が流れることを可能とする流路を形成する、ステップをさらに含む、請求項３７又は３８に記載の方法。４２．前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）を螺旋状の熱伝導性リボンに形成するステップをさらに含む、請求項２３乃至３６に記載の方法。４３．前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）を多孔質の熱伝導性材料から構成するステップをさらに含む、請求項２３乃至３６に記載の方法。４４．前記インターフェース交換要素（１００，１２０，１３０，１４０又は１５０）を、直径が約１インチから約２０インチの範囲にある略筒状形状に形成するか、又は選択に応じ前記インターフェース交換要素を略矩形の横断面に形成するステップをさらに含む、請求項２３乃至４３に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 8/12 8/12 (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】１．電気と、所定の高温を有する余熱とを生成する手段を有する燃料電池と、前記燃料電池に接続された熱作動式冷却器アセンブリであって、前記冷却器アセンブリを作動させるために前記余熱を受け取るよう適合されていると共に、前記余熱よりも略低い所定温度を有する出力流体流を提供する、熱作動式冷却器アセンブリとを含む、電気及び冷却された流体を提供するエネルギシステム。２．前記出力流体流が、周囲環境の温度よりも低い所定温度を有する、請求項１に記載のエネルギシステム。３．前記燃料電池が、投入反応体を受け取るよう適合された複数のマニホルドを含む、請求項１に記載のエネルギシステム。４．燃料反応体及び酸化剤反応体のいずれかを前記マニホルドに導入する手段をさらに含む、請求項３に記載のエネルギシステム。５．前記燃料電池が、前記反応体を処理して前記電気及び前記余熱を生成する手段を含む、請求項３に記載のエネルギシステム。６．前記余熱の前記高温が約１００℃から約１２００℃の範囲にある、請求項１に記載のエネルギシステム。７．前記燃料電池が、固形酸化物燃料電池、溶融カーボネート燃料電池、リン酸燃料電池、アルカリ燃料電池及び陽子交換膜燃料電池のいずれかから選択される、請求項１に記載のエネルギシステム。８．前記燃料電池が約１０００℃で作動する固形酸化物燃料電池である、請求項１に記載のエネルギシステム。９．前記固形酸化物燃料電池が前記余熱をそこから放射し、前記システムが前記余熱を調整する手段をさらに含む、請求項８に記載のエネルギシステム。１０．前記調整する手段が、前記燃料電池を少なくとも部分的に取り囲むよう構成された一つ以上の放射シールドを含む、請求項９に記載のエネルギシステム。１１．前記燃料電池が、一方の側に酸化剤電極、及び、対向する側に燃料電極を有する複数の電解質要素と、前記電解質要素との電気的接触を提供する複数のインターコネクタ要素であって、前記電解質要素及び前記インターコネクタ要素が交互に積層されることで前記燃料電池を形成する、複数のインターコネクタ要素とを含む、請求項１に記載のエネルギシステム。１２．前記熱作動式冷却器アセンブリが、所定温度よりも高い温度に加熱されたときに蒸気を発生するために前記燃料電池と熱連絡する蒸気発生器と、前記蒸気を液体に凝縮させるために前記蒸気発生器と流体連絡する凝縮器と、前記液体を蒸気に転移させる蒸発器とを含む、請求項１に記載のエネルギシステム。１３．前記熱作動式冷却器の前記蒸気発生器が、前記燃料電池を少なくとも部分的に封包すると共に、それにより生成された余熱を放射により受け取るよう適合されている、請求項１２に記載のエネルギシステム。１４．前記燃料電池と前記熱作動式冷却器アセンブリとの間に、これらの間での熱交換を促すために配置されたインターフェース交換要素をさらに含む、請求項１に記載のエネルギシステム。１５．前記インターフェース交換要素が、燃料電池の排出物の余熱から熱エネルギを対流により受け取り、前記熱エネルギを前記冷却器アセンブリに移動させるよう適合されている、請求項１４に記載のエネルギシステム。１６．前記冷却器アセンブリが蒸気発生器を含み、前記蒸気発生器が前記インターフェース交換要素と熱エネルギを交換するよう適合されている、請求項１５に記載のエネルギシステム。１７．前記インターフェース交換要素が熱伝動性材料から形成された複数の熱伝動プレートを含み、前記プレートが相互に積層されることで前記交換要素を形成し、前記要素が、熱エネルギを前記熱作動式冷却器アセンブリと交換するよう適合された外表面を有する、請求項１４に記載のエネルギシステム。１８．前記熱伝動プレートが、流体がそこを横切って平面内を流れることを可能とする通過手段を含む、請求項１７に記載のエネルギシステム。１９．前記インターフェース交換要素が、内部に形成された一つ以上の軸方向マニホルドと、前記通過手段内と、隣接する熱伝動プレート同士の間とに軸方向マニホルド内の気体流圧力降下よりも略大きい気体流圧力降下を発生させ、それにより軸方向マニホルドに略均一な気体流を提供する手段とをさらに含む、請求項１８に記載のエネルギシステム。２０．前記熱伝動プレートが多孔質の伝動材料から形成され、前記多孔質材料が、気体が前記プレートを軸方向に流れることを可能とする通過手段を形成する、請求項１７に記載のエネルギシステム。２１．前記インターフェース交換要素が螺旋状の熱伝導性リボンを含む、請求項１４に記載のエネルギシステム。２２．前記インターフェース交換要素が多孔質の熱伝動性材料から構成される、請求項１４に記載のエネルギシステム。２３．前記インターフェース交換要素が、前記余熱から熱エネルギを受け取り、熱エネルギを前記冷却器アセンブリに移動させるよう適合されている、請求項２２に記載のエネルギシステム。２４．電気及び余熱を生成する手段を有する電気化学的変換器アセンブリであって、前記余熱が所定の高温を有する、電気化学的変換器アセンブリと、前記電気化学的変換器アセンブリに接続されると共に、前記余熱の温度よりも低い温度に所定の流体を冷却するために、前記余熱を受け取るよう適合された、ＨＶＡＣシステムの冷却部品とを含む、電気を提供し、所定の流体を冷却するためのエネルギシステム。２５．所定の流体を冷却するための方法であって、発電を行うと共に、所定の高温を有する余熱を提供する手段を有する燃料電池を提供するステップと、前記燃料電池システムに接続されると共に、前記余熱を受け取り前記所定の流体を調整するよう適合された熱作動式冷却器アセンブリを提供するステップと、前記冷却器アセンブリを熱的に作動させるステップと、前記所定の流体を冷却してそれが周囲環境の温度よりも低い所定温度を有するようにするステップとを含む方法。２６．投入流体を受け取るよう適合された、内部に形成された複数のマニホルドを形成するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。２７．燃料反応体及び酸化剤反応体のいずれか一つを前記軸方向マニホルドの一つに導入するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。２８．前記反応体を処理して前記電気及び前記余熱を生成するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。２９．前記燃料電池が、固形酸化物燃料電池、溶融カーボネート燃料電池、リン酸燃料電池、アルカリ燃料電池及び陽子交換膜燃料電池のいずれかから選択される、請求項２５に記載の方法。３０．前記燃料電池が前記余熱をそこから放射し、前記余熱を調整するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。３１．前記燃料電池が、一方の側に酸化剤電極、及び、対向する側に燃料電極を有する複数の電解質要素と、前記電解質要素との電気的接触を提供する複数のインターコネクタ要素であって、前記電解質要素及び前記インターコネクタ要素が交互に積層されることで前記燃料電池を形成する、複数のインターコネクタ要素とを含む、請求項２５に記載の方法。３２．前記燃料電池が、前記電解質要素と前記インターコネクタ要素との間に介在する複数のスペーサ要素をさらに含む、請求項３１に記載の方法。３３．前記熱作動式冷却器アセンブリが、所定温度よりも高い温度に加熱されたときに蒸気を発生するために前記燃料電池と熱連絡する蒸気発生器と、前記蒸気を液体に凝縮させるために前記蒸気発生器と流体連絡する凝縮器と、前記液体を蒸気に転移させる蒸発器とを含む、請求項２５に記載の方法。３４．前記蒸気発生器が前記燃料電池を少なくとも部分的に封包すると共に、それにより生成された前記余熱を受け取るよう適合されているように前記蒸気発生器を配置するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。３５．前記燃料電池から前記電気を抽出するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。３６．前記燃料電池と前記冷却器アセンブリとの間に、これらの間での熱交換を促すためにインターフェース交換要素を配置するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。３７．前記インターフェース交換要素が熱伝動性材料から形成された複数の熱伝動プレートを含み、前記プレートが相互に積層されることで前記交換要素を形成し、前記要素が、熱エネルギを外部環境と交換するよう適合された外表面を有する、請求項３６に記載の方法。３８．前記インターフェース交換要素が、投入流体から熱エネルギを対流により受け取り、前記熱エネルギを前記冷却器アセンブリに移動させるよう適合されている、請求項３６に記載の方法。３９．前記冷却器アセンブリが蒸気発生器を含み、前記蒸気発生器と前記インターフェース交換要素との間で熱エネルギを交換させるステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。４０．前記熱伝動プレート内に、流体がそこを横切って平面内を流れることを可能とするために流路を形成するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。４１．前記インターフェース交換要素内に一つ以上の軸方向マニホルドを形成するステップと、前記流路内と、隣接する熱伝動プレート同士の間とに軸方向マニホルド内の気体流圧力降下よりも略大きい気体流圧力降下を発生させるステップとをさらに含む、請求項４０に記載の方法。４２．前記流路内の圧力降下を略均一に維持することで前記軸方向マニホルドの気体流を略均一にするステップをさらに含む、請求項４１に記載の方法。４３．前記熱伝動プレートを多孔質の伝動材料から形成するステップであって、前記多孔質材料が、気体が前記プレートを軸方向に流れることを可能とする前記流路を形成する、ステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。４４．前記インターフェース交換要素が、熱エネルギを外部環境と交換するよう適合された蛇行する熱伝導性リボンを含む、請求項３６に記載の方法。４５．前記インターフェース交換要素を多孔質の熱伝動性材料から形成するステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。。４６．電気を生成する電気化学的変換器アセンブリであって、所定の高温を有する余熱を生成する手段を有する電気化学的変換器アセンブリを提供するステップと、ＨＶＡＣシステムの冷却部品を前記電気化学的変換器アセンブリに接続するステップであって、前記冷却部品が前記余熱を受け取るよう適合されている、ステップと、前記冷却部品を熱的に作動させて所定の流体を周囲温度よりも低い温度に冷却するステップとを含む、前記所定の流体を冷却するための方法。４７．電気及び余熱を生成する手段を有する燃料電池と、前記燃料電池に接続されていると共に、そこから前記余熱を受け取るよう適合され、また所定の流体を所定の高温まで加熱するよう適合されている、ボイラとを含む、電気及び加熱された流体を提供するエネルギシステム。４８．前記燃料電池が、内部に軸方向に形成されると共に投入流体を受け取るよう適合された複数のマニホルドを含む、請求項４７に記載のエネルギシステム。４９．燃料反応体及び酸化剤反応体のいずれかを前記軸方向マニホルドに導入する手段をさらに含む、請求項４８に記載のエネルギシステム。５０．前記燃料電池が、前記反応体を処理して前記電気及び前記余熱を生成する手段を含む、請求項４７に記載のエネルギシステム。５１．前記余熱の前記高温が約１００℃から約１２００℃の範囲にある、請求項４７に記載のエネルギシステム。５２．前記燃料電池が、固形酸化物燃料電池、溶融カーボネート燃料電池、リン酸燃料電池、アルカリ燃料電池及び陽子交換膜燃料電池のいずれかから選択される、請求項４７に記載のエネルギシステム。５３．前記ボイラが蒸気ボイラ又は熱流体ボイラのいずれかである、請求項４７に記載のエネルギシステム。５４．前記燃料電池が固形酸化物燃料電池である、請求項４７に記載のエネルギシステム。５５．前記燃料電池が前記余熱をそこから放射し、前記システムが前記余熱を調整する手段をさらに含む、請求項４７に記載のエネルギシステム。５６．前記調整する手段が、前記燃料電池を少なくとも部分的に取り囲むよう構成された一つ以上の放射シールドを含む、請求項５５に記載のエネルギシステム。５７．前記燃料電池が、一方の側に酸化剤電極、及び、対向する側に燃料電極を有する複数の電解質要素と、前記電解質要素との電気的接触を提供する複数のインターコネクタ要素であって、前記電解質要素及び前記インターコネクタ要素が交互に積層されることで前記燃料電池を形成する、複数のインターコネクタ要素とを含む、請求項４７に記載のエネルギシステム。５８．前記燃料電池が、前記電解質要素と前記インターコネクタ要素との間に介在する複数のスペーサ要素をさらに含む、請求項５７に記載のエネルギシステム。５９．前記燃料電池が、放射又は対流のいずれかにより前記ボイラに熱を移動させる、請求項４７に記載のエネルギシステム。６０．前記ボイラが、前記燃料電池の前記余熱に応答して作動流体から蒸気を発生させる蒸気発生器を含む、請求項４７に記載のエネルギシステム。６１．前記蒸気発生器が前記燃料電池を少なくとも部分的に取り囲む、請求項６０に記載のエネルギシステム。６２．前記ボイラが作動流体を含み、前記作動流体が水か、又は低蒸気圧力熱流体のいずれかである、請求項４７に記載のエネルギシステム。６３．前記燃料電池と前記ボイラとの間に、これらの間での熱交換を促すために配置されたインターフェース交換要素をさらに含む、請求項４７に記載のエネルギシステム。６４．前記インターフェース交換要素が、熱伝動性材料から形成された複数の熱伝動プレートを含み、前記プレートが相互に積層されることで前記交換要素を形成し、前記要素が、熱エネルギを外部環境と交換するよう適合された外表面を有する、請求項６３に記載のエネルギシステム。６５．前記インターフェース交換要素が、投入流体から熱エネルギを対流により受け取り、前記熱エネルギを前記ボイラに移動させるよう適合されている、請求項６３に記載のエネルギシステム。６６．前記熱エネルギが、対流、伝動、及び放射のいずれかにより前記ボイラへ又は前記ボイラから移動させられる、請求項６５に記載のエネルギシステム。６７．前記ボイラが蒸気発生器を含み、前記蒸気発生器が前記インターフェース交換要素との間で熱エネルギを交換するよう適合されている、請求項６５に記載のエネルギシステム。６８．前記燃料電池が排出物を生じ、前記投入流体が前記燃料電池の排出物を含む、請求項６５に記載のエネルギシステム。６９．前記熱伝動プレートが、流体がそこを横切って平面内を流れることを可能とする通過手段を含む、請求項６４に記載のエネルギシステム。７０．前記インターフェース交換要素が、内部に形成された一つ以上の軸方向マニホルドと、前記通過手段内と、隣接する熱伝動プレート同士の間とに軸方向マニホルド内の気体流圧力降下よりも略大きい気体流圧力降下を発生させる手段とをさらに含む、請求項６９に記載のエネルギシステム。７１．前記通過手段が、その内部で略均一な圧力降下を維持することで前記軸方向マニホルドの気体流を略均一にするよう構成されている、請求項７０に記載のエネルギシステム。７２．前記熱伝動プレートが多孔質の伝動材料から形成され、前記多孔質材料が、気体が前記プレートを軸方向に流れることを可能とする通過手段を形成する、請求項６４に記載のエネルギシステム。７３．前記インターフェース交換要素が、直径が約１インチから約２０インチの間の概ね筒状形状を有する、請求項６３に記載のエネルギシステム。７４．前記インターフェース交換要素が、外部環境と熱エネルギを交換するよう適合された蛇行する熱伝動リボンを含む、請求項６３に記載のエネルギシステム。７５．前記インターフェース交換要素が多孔質の熱伝動性材料から構成される、請求項６３に記載のエネルギシステム。７６．前記インターフェース交換要素が、投入流体から熱エネルギを受け取るよう適合され、また熱エネルギをそこから外部環境に移動させるよう適合されている、請求項６３に記載のエネルギシステム。７７．前記投入流体が前記燃料電池の生じた排出物を含む、請求項７６に記載のエネルギシステム。７８．前記インターフェース交換要素が、前記ボイラと熱エネルギを交換するよう適合されている、請求項６３に記載のエネルギシステム。７９．前記インターフェース交換要素が概ね矩形の横断面を有する、請求項７５に記載のエネルギシステム。８０．電気及び余熱を生成する手段を有する電気化学的変換器と、前記電気化学的変換器に熱連絡すると共に、前記余熱をそこから受け取るよう適合されており、また所定の流体を所定の高温まで加熱するよう適合されている、熱処理要素とを含む、電気を提供し、流体を加熱するためのエネルギシステム。８１．所定の流体を加熱するための方法であって、発電を行うと共に、余熱を提供する手段を有する燃料電池を提供するステップと、前記燃料電池と熱連絡すると共に、前記余熱をそこから受け取るよう適合されたボイラを提供するステップと、前記所定の流体を所定の高温まで加熱するステップとを含む方法。８２．複数のマニホルドを前記燃料電池内に形成するステップであって、前記マニホルドが反応体を受け取るよう適合される、ステップをさらに含む、請求項８１に記載の方法。８３．前記軸方向マニホルドに反応体を導入するステップをさらに含む、請求項８２に記載の方法。８４．前記反応体を処理して前記電気及び前記余熱を生成するステップをさらに含む、請求項８３に記載の方法。８５．前記燃料電池が、固形酸化物燃料電池、溶融カーボネート燃料電池、リン酸燃料電池、アルカリ燃料電池及び陽子交換膜燃料電池のいずれかから選択される、請求項８１に記載の方法。８６．前記ボイラが蒸気ボイラ又は熱流体ボイラのいずれかである、請求項８１に記載の方法。８７．前記燃料電池の発生した前記余熱を調整するステップをさらに含む、請求項８１に記載の方法。８８．前記燃料電池が、一方の側に酸化剤電極、及び、対向する側に燃料電極を有する複数の電解質要素と、前記電解質要素との電気的接触を提供する複数のインターコネクタ要素であって、前記電解質要素及び前記インターコネクタ要素が交互に積層されることで前記燃料電池を形成する、複数のインターコネクタ要素とを含む、請求項８１に記載の方法。８９．前記燃料電池が、前記電解質要素と前記インターコネクタ要素との間に介在する複数のスペーサ要素をさらに含む、請求項８８に記載の方法。９０．前記ボイラが、前記燃料電池の前記余熱に応答して作動流体から蒸気を発生させる蒸気発生器を含む、請求項８１に記載の方法。９１．前記蒸気発生器を、前記余熱を受け取るよう前記燃料電池の少なくとも部分的に周囲に配置するステップをさらに含む、請求項９０に記載の方法。９２．前記燃料電池と前記ボイラとの間に配置された、これらの間での熱交換を促すインターフェース交換要素を提供するステップをさらに含む、請求項８１に記載の方法。９３．前記インターフェース交換要素が熱伝動性材料から形成された複数の熱伝動プレートを含み、前記プレートが相互に積層されることで前記交換要素を形成し、前記要素が、熱エネルギを外部環境と交換するよう適合された外表面を有する、請求項９２に記載の方法。９４．前記インターフェース交換要素が、熱エネルギを投入流体から対流により受け取り、前記熱エネルギを前記ボイラアセンブリに移動させるよう適合されている、請求項９２に記載の方法。９５．前記ボイラアセンブリが蒸気発生器を含み、前記蒸気発生器と前記インターフェース交換要素との間で熱エネルギを交換させるステップをさらに含む、請求項９２に記載の方法。９６．前記熱伝動プレート内に、流体がそこを横切って平面内を流れることを可能とする流路を形成するステップをさらに含む、請求項９３に記載の方法。９７．前記インターフェース交換要素内に一つ以上の軸方向マニホルドを形成するステップと、前記流路内と、隣接する熱伝動プレート同士の間とに軸方向マニホルド内の気体流圧力降下よりも略大きい気体流圧力降下を発生させるステップとをさらに含む、請求項９６に記載の方法。９８．前記流路内の圧力降下を略均一に維持することで前記軸方向マニホルドの気体流を略均一にするステップをさらに含む、請求項９７に記載の方法。９９．前記熱伝動プレートを多孔質の伝動材料から形成するステップであって、前記多孔質材料が、気体が前記プレートを軸方向に流れることを可能とする前記流路を形成する、ステップをさらに含む、請求項９３に記載の方法。１００．前記インターフェース交換要素が、熱エネルギを外部環境と交換するよう適合された蛇行する熱伝導性リボンを含む、請求項９２に記載の方法。１０１．前記インターフェース交換要素を多孔質の熱伝動性材料から形成するステップをさらに含む、請求項９２に記載の方法。。１０２．電気を生成することに加えて、所定の高温の余熱を提供する手段を有する電気化学的変換器アセンブリを提供するステップと、熱処理要素を前記電気化学的変換器アセンブリのボイラに接続するステップであって、前記熱処理要素が前記余熱を受け取るよう適合されている、ステップと、所定の流体を所定の高温まで加熱するステップとを含む、前記所定の流体を加熱する方法。１０３．所定の流体を冷却又は加熱するエネルギシステムに用いられるインターフェース交換要素であって、投入流体から熱エネルギを対流により受け取ると共に前記熱エネルギを外部環境に移動させるよう適合されている、インターフェース交換要素。１０４．前記インターフェース交換要素が、燃料電池とＨＶＡＣシステムの加熱又は冷却部品との間に配置されるよう適合されている、請求項１０３に記載のインターフェース交換要素。１０５．前記冷却部品が熱作動式冷却器アセンブリを含む、請求項１０４に記載のインターフェース交換要素。１０６．前記加熱部品がボイラを含む、請求項１０４に記載のインターフェース交換要素。１０７．前記交換器が熱伝動性材料から形成された複数の熱伝動プレートを含み、前記プレートが積層されることで熱エネルギを外部環境と交換するための外表面を形成し、前記交換要素が、熱エネルギを対流により受け取り、また伝動又は放射により前記熱エネルギの少なくとも一部分を前記外部環境に移動させるよう適合されている、請求項１０３に記載のインターフェース交換要素。１０８．前記投入流体が燃料電池の生じた排出物を含む、請求項１０３に記載のインターフェース交換要素。１０９．前記熱伝動プレートが、流体がそこを横切って平面内を流れることを可能とする通過手段を含む、請求項１０７に記載のインターフェース交換要素。１１０．前記交換要素が、内部に形成された一つ以上の軸方向マニホルドと、前記通過手段内と、隣接する熱伝動プレート同士の間とに軸方向マニホルド内の気体流圧力降下よりも略大きい気体流圧力降下を発生させ、それにより前記軸方向マニホルドの気体流を略均一にする手段とをさらに含む、請求項１０７に記載のインターフェース交換要素。１１１．前記熱伝動プレートが多孔質の伝動材料から形成され、前記多孔質材料が、気体が前記プレートを軸方向に流れることを可能とする通過手段を形成する、請求項１０７に記載のインターフェース交換要素。１１２．所定の流体を冷却又は加熱する動力システムに用いられるインターフェース交換要素であって、前記交換要素が、少なくとも一部分が多孔質の熱伝動性材料から形成された概ね筒状の構造であって、前記筒状の構造が、熱エネルギを対流により受け取り、また前記熱エネルギの少なくとも一部分を伝動又は放射により移動させるよう適合されている、概ね筒状の構造を含む、インターフェース交換要素。１１３．前記要素が、投入流体から熱エネルギを受け取るよう適合され、またそこから外部環境へ熱エネルギを移動させるよう適合されている、請求項１１２に記載のインターフェース交換要素。