JP2001522303A

JP2001522303A - 気体発生器に関する改良

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Publication number: JP2001522303A
Application number: JP54669798A
Authority: JP
Inventors: グリンルーウィン、ロバート; バーノンバーネット、スティーブン; ティモシーインス、アンドリュー; ウィリアムブレイス、クリストファー; ヒューミドルトン、ピーター
Original assignee: ブリテイツシユ・ニユクリアー・フユールズ・ピー・エル・シー
Priority date: 1997-04-28
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 2001-11-13
Also published as: NO995222D0; AU744690B2; CA2288048A1; US6264820B1; NO995222L; AU7056898A; EP0979134A1; WO1998048923A1

Abstract

(57)【要約】一方の表面上の第２材料から成る層と他方の逆側の表面の第３材料から成る層とを備える、第１材料から成る層を含む気体発生器。外部ポテンシャルの印加は、上記各材料の特性に依り、当該発生器の一側から他側への気体の流れに帰着する。上記第１材料としての電解質材料の使用、及び、上記第２材料および／または第３材料としての混合伝導体の使用は、大きな流量を得る上で好適である。メタン流へ導入すべく酸素を生成する上で、上記発生器を使用するのが好適である。

Description

【発明の詳細な説明】気体発生器に関する改良本発明は気体発生器に関する改良に関し、特に、排他的なものとしてで無く、酸素発生用の気体発生器に関する。気体発生器は、呼吸用の気体を生成もしくは分離し、化学反応用の気体を提供し、化合物をその成分要素に分離し、またはその他の目的などの種々の用途にて使用される。斯かる発生器は、他のユーザの中でも特にパイロット及び医療施設により使用される。気体発生器は、最大効率により且つ可及的低温にて大きな気体流速を提供するのが理想的である。既存の技術はこれらの分野のひとつ以上において種々の問題に直面することから、本発明は改良された気体発生器の提供を目的とする。本発明の第１の側面に依れば、一方の表面上の第２材料から成る層と他方の逆側の表面の第３材料から成る層とを備える、第１材料から成る層を含む気体発生器であって、外部ポテンシャルの印加は当該発生器の一側から他側への気体の流れに帰着する気体発生器が提供される。一側から他側への気体の流れは、上記発生器の一側に対する気体の生成もしくは分離に帰着する。上記材料を貫通する流れは概略的にイオン形態で生じ、排出側での気体の放出に帰着する。好適には、上記第１材料は電解質材料である。上記第１材料は、イオン的に導通され得る。上記第１材料はジルコニアから成り得る。上記第１材料は、例えば希土類金属などの一種類以上の他の材料でドープされ得る。上記第１材料の一種類以上の他の構成成分は、例えばイットリアなどの添加材料により安定化され得る。イットリアによりドープされたジルコニアは、上記第１材料に対して特に好適な形態を形成する。上記第１材料は、3〜12mol％および／または重量％、好適には6〜10mol％および／または重量％のドープ剤を含み得る。上記第２及び第３材料は異なるものであり、又は、同一である。好適には上記第２および／または第３材料は混合伝導体(mixed conductor)であり、最も好適には、例えば酸素である気体の電子及びイオンの両方に対する導体である。好適には、上記第２および／または第３材料は、上記発生器に対して主要電極機能を提供する。好適には、上記第２および／または第３材料は酸化及び還元雰囲気中で安定である。セラミック酸化物から成る材料が好適である。好適には、上記第２および／または第３材料はウラニアから成る。例えば一種類以上の希土類金属によりドープされたウラニアが特に好適である。イットリアによりドープされたウラニアが提供され得る。ウラニアは、更なる材料との固溶体として提供され得る。更なる材料は、イットリアなどの一種類以上の希土類金属を含み得る。上記ウラニアは劣化ウラニアであり得るものであり、即ち、天然に生ずるウランよりもU²³⁵含有量は低くされ得る。上記第２および／または第３材料は、150ミクロン未満、更に好適には100ミクロン未満の厚みの層で提供され得る。上記第２および／または第３材料上には、一層以上の更なる層が配備され得る。該層は、上記発生器に対して電流コレクト機能および／または電流分配機能を提供しても良い。上記第２材料または第３材料の一方上の材料は、ニッケル酸化物および／またはジルコニアから成り得る。例えばサーメット形態の混合系が好適である。上記第２および／または第３材料上の材料は、コバルトおよび／または酸化マンガンおよび／または酸化物および／またはペロブスカイト系から成り得る。ランタン、ストロンチウム、鉄及びマンガンの酸化物などの混合酸化物系が好適である。上記材料は特に、ランタン・ストロンチウム・マンガン輝コバルト鉱(lanthanum strontium manganese cobaltite)から形成され得る。上記外部ポテンシャルは、当該気体発生器の２つの側面を結合する各材料間の化学的差異または活性差異により生じ得る。上記活性差異または化学的差異は、一種類以上の種および／または異なる種の、レベルおよび／または温度および／または状態および／または圧力、の差のひとつ以上から生じ得る。上記発生器の陽極側及び陰極側は好適には、例えば外部回路などの回路により相互に電気接続される。上記回路は、上記外部ポテンシャルにより生成された電子および／またはイオンの流れを制御すべく使用され、且つ／又は、例えば電源からの上記外部ポテンシャルを印加すべく使用され得る。上記外部ポテンシャルは、上記発生器に対して印加もしくは生成された電圧もしくは電気的ポテンシャルから生じ得る。上記ポテンシャルは、上記気体発生器を形成する一種類以上の材料に対して接続された外部電源から生じ得る。上記発生器の陽極側及び陰極側を接続する電気回路が使用され得る。上記発生器の一側もしくは両側は気体および／または蒸気の所定バッチと接触維持され得る。斯かるバッチ処理では、一種類以上の気体レベルにおいて一側は減少され且つ他側は増加され得る。代替的に、上記発生器の一側もしくは両側は気体の変化体積と接触せしめられ得る。一側もしくは両側の気体は定期的にまたは定常的に差し替えられ得る。この連続系において上記一側上の気体レベルは該一側への所定成分の選択的移動により増進される一方、他側上の上記成分の気体レベルは減少されて、この側における他の成分のレベルおよび／または純度は効率的に増加される。好適には、上記外部ポテンシャルは上記第１材料を貫通する電子の流れに帰着する。電子は例えば外部回路を介して上記第２材料から上記第３材料へ、又はその逆に流れ得る。上記第１材料内のイオン・フラックスは上記回路を完成し得る。これは例えば、活性もしくは化学ポテンシャル駆動系において生じ得る。イオン、電子は、上記第２材料上の層から第１材料及び第３材料を介して該第３材料上の層へと、又はその逆に、流れ得る。これは、上記発生器に亙り電気的ポテンシャルが印加されたときに生じ得る。好適には、上記外部ポテンシャルは上記第１材料の一側から他側への選択的な気体イオンの流れに帰着する。気体イオンは上記第１材料を介し、上記第２材料から第３材料へ、又はその逆に、流れ得る。好適には、上記気体イオンは上記第２材料もしくは第３材料への到達時に気体分子を再形成する。好適には、上記気体分子は上記第２または第３材料を囲繞する雰囲気(volume)へと排出される。好適には上記第１材料は、供給原料内の他の材料、気体、イオンに対する防壁として作用する。上記気体イオンは、上記第２および／または第３材料および／または該材料上の層と接触する化合物の分解により形成され得る。分解される上記成分は水であり得る。この水は気体形態および／または水蒸気形態であり得る。上記分解は、上記第２および／または第３層内で生じ得る。斯かる場合、上記第２及び第３材料上の層は異なるのが好適である。上記気体イオンは、上記第２および／または第３材料および／または該材料上の層と接触する気体分子の分解により形成され得る。分解される分子はO₂であり得る。斯かる場合、第２および第３材料上の各層は同一であれば好適である。生成され且つ／又は精製され且つ／又は濃度増大された気体は、好適には酸素である。酸素は水から抽出され得る。上記気体は、空気から抽出され且つ／又は精製され且つ／又は濃度増大され得る。上記気体発生器は、記述されたタイプの複数の発生器要素から構成され得る。上記発生器要素は、例えば種々の材料から成る一連の平坦層などの、実質的に平坦な形態で提供され得る。正方形、矩形もしくは長寸の要素が提供され得る。代替的形態において一側の層は、円筒または中央通路を備えた他の要素の内側面を形成し、他方の層は内側層の回りに配備され得る。斯かる場合、内側通路が発生器要素の一側を形成し、外側が他側を形成する。各層は同心的に配備されて例えば完全円筒を形成し、又は、非円形もしくは不規則断面が提供され得る。本発明の第２の側面に依れば、一方の表面上の第２材料から成る層と他方の逆側の表面の第３材料から成る層とを備える、第１材料から成る層を含む気体発生器を配備する工程と、上記気体発生器の少なくとも一側上に気体源を配備する工程と、上記発生器の一側から他側への気体の流れに帰着する外部ポテンシャルを提供する工程とを含む気体発生方法が提供される。上記方法は、好適には酸素である生成気体を気体流に付加する工程を含む。この付加は、発生器の表面から離間してまたは該表面上で生じ得る。上記気体流は、メタンもしくは天然ガスを含み、又は、メタンもしくは天然ガスから成り得る。他の気体状炭化水素が存在し得る。上記メタンは、石炭の処理により生成され得る。上記メタンは、油井または他の石油生産施設または処理施設から抽出され得る。上記気体流は、例えば入口から出口まで、最も好適には連続的に、発生器の表面を通過して流れ得る。好適には上記方法は、生成された酸素をメタンと反応させてCO及びH₂を与える工程を含む。反応生成物は更に処理され且つ／又は触媒反応されて、ディーゼルまたはガソリンなどの高分子量炭化水素を与え得る。本発明の上記第１の側面を含む本発明の他の特徴も提供され得る。次に添付図面を参照し、例示的なものとしてのみ本発明の種々の実施例を記述する。図１は、本発明の第１実施例の部分的断面斜視図である。図２は、本発明の第２実施例の部分的断面斜視図である。図１に示された本発明の第１実施例において、気体発生器は第１側面３及び第２側面５を備えたアセンブリ１により形成される。上記アセンブリの夫々の側面に接触する体積の割付けの差異を維持すべく、上記第１側面及び第２側面は不図示の支持構造により相互に隔離されている。上記アセンブリは、各側面に取付けられたインタフェース層9、11を備える電解質タイル７から成る。上記各インタフェース層は電流分配器13、15を担持する一方、これらの電流分配器はリード線17により不図示の電源に電気接続されている。上記電解質タイル７は、焼結イットリア安定化酸化ジルコニウムから形成される。上記インタフェース層9、11は粒子の混合物から形成されるが、第１の粒子はイットリアと二酸化ウランの固溶体であり、第２の種類はジルコニアから成る。上記アセンブリの陽極側の電流コレクタ13は、ニッケル／ジルコニア・サーメットから形成される。上記アセンブリの陰極側の電流コレクタ15は、ランタン・ストロンチウム・マンガン輝コバルト鉱(lanthanum strontium manganese cobaltite)、ランタン・ストロンチウム亜マンガン酸塩(lanthanum strontium manganite)またはペロブスカイトから形成される。使用に際しては、上記アセンブリ１の陰極側に、水分エンリッチ気体、または水蒸気が導入される。次に電源を使用し、上記電流分配器13、15に接続された各リード線17により上記アセンブリ１に対して例えば1Vの電圧が印加される。電位は、水をその構成要素である水素イオン及び酸素イオンへと変換する。生成された酸素イオンは上記タイル７を貫通して吸引され、上記アセンブリの陽極側にて排出される。水素は、上記アセンブリの陰極側で排出される。正味の結果は酸素の生成であり、これは次に使用箇所へと搬送されて所望用途に使用される。水素のレベルは増加するが、消耗される水の側は定常的にまたは定期的に差し替えられ得る。通常的には酸素である生成気体は、種々の目的に使用され得る。生成された酸素の純度、及び、生成される酸素のレベルの慎重な制御により、上記技術は特に半導体製造、化学蒸着などの繊細な操作に特に適している。上記システムは純粋な酸素出力を生成することから、炭素系気体内へ酸素を注入して酸化処理を達成する上で有用である。この技術は、例えばメタンガス流からCO及びH₂を生成すべく応用可能である。この反応は、石炭から生成されたメタンから石油化学製品を生成する際の中間生成物を形成する上で重要であると共に、石油採取設備からのメタン・オフガスから有用で一層扱いやすい化合物を生成する上で特に適切な技術を提供するものと確信される。この様にして酸素を生成することは低温分離器の設備に対して好適である、と言うのも、サイズ及び投下費用が減少されると共に当該システムの搬送性が大きくなるからである。不図示の本発明の第２実施例において、上記アセンブリは更に分離器として作用し、その後の目的に有用な気体を生成する。上記したのと類似の構造が採用されるが、２個の電流分配器は同一である。該実施例においては両者ともに、ランタン・ストロンチウム輝コバルト鉱(lanthan um strontium cobaltite)、ランタン・ストロンチウム亜マンガン酸塩、またはペロブスカイトで形成される。使用に際し、上記アセンブリの両側には最初に酸素が存在し、上述の如くアセンブリに対して電気的ポテンシャルが印加される。結果的な電流は、陰極からの酸素イオンの移動を生じせしめる。時間の経過により、このプロセスは陽極側の酸素レベルの増加に帰着し、陰極側の酸素レベルは減少する。このプロセスは、陰極側の酸素が完全にもしくは実質的に消失するまで、または、陽極側における所望の増加が達成されるまで、継続される。例えば酸素が抽出される陰極側で適切な酸素レベルを保持すべく、上記プロセスはバッチ・プロセスとして行われ、または、上記アセンブリの一方の側もしくは両側が継続的に差し替えられる。本発明の第３実施例においては、上記第２実施例に関して上述したのと類似の構造がアセンブリに対して使用される。但し、印加された電位によりシステムを駆動するのでは無く、システムは以下のNernstの式 E＝(nF/4RT)ln(PO₂'/PO₂'') に従って生ずる電位を利用し、化学種バランスにおける初期差(initial differe ntial)が化学ポテンシャルを生じせしめる様にしている。化学ポテンシャルにおける差は電子流を生じせしめると共に、これは酸素イオンの流れに繋がる。ここでもプロセスは、アセンブリの陰極側における酸素レベルの減少と、陽極側における増大に帰着する。此処でも有用な分離が達成されると共に、気体はその使用位置へと転送され得る。上記電解質は、分散剤及びポリエチレン・グリコールと組合されたジルコニア及び５％のポリビニル・アルコールから成る水性懸濁液から生成され得る。分散懸濁液(dispersion)は、構成成分を相互に数日に亙りボール・ミリングすることにより形成され得る。上記懸濁液は次に、所望の形状に成形されると共に周囲温度で乾燥される。この工程に続き、1,550℃の最大温度により焼結が行われる。典型的な混合物は次のものを含む： 100g ジルコニア； 100g 水中の5％ポリビニル・アルコール(MW[分子量]185,000以下)； 10g ポリエチレン・グリコール(MW1,500以下)；５g 分散剤。 PVA以外のバインダも使用可能であり、ジルコニアには希土類金属などの添加材料が添加されても良い。上記混合酸化物中間層は、イットリア／ウラニア固溶体から形成された粒子を、ジルコニア、鱈肝油、ポリビニル・ブチラール、ポリエチレン・グリコール、フタル酸ジブチル及びエタノールと共に混合することにより生成されたインク状懸濁液から生成され得る。各構成成分は、数週間に亙りボール・ミリングにより混合され得る。典型的な混合物は次のものを含む： 17.19g 50mol％イットリア/UO₂固溶体； 13.65g ジルコニア； 0.81g 鱈肝油； 4.5g ポリビニル・ブチラール； 1.33g ポリエチレン・グリコール； 1.2g フタル酸ジブチル； 36g エタノール； 20g テルピネオール、エタノール蒸発の後に付加されるもの。結果的な懸濁液は、電解質に対してスクリーン印刷され、または、例えば噴霧により塗付される。組合された形態は次に、再度1,550℃以下の温度で焼結され得る。上記電流分配器は、インク状懸濁液から形成され得る。例えば、ボール・ミルによりランタン・ストロンチウムがポリビニル・ピロリドン及びメタノールと数週間に亙り混合され得る。次にメタノールを蒸発させ、テルピニオール(terpini ol)が付加されて攪拌される。塗付の後、アセンブリは再度1,550℃以下の温度で焼結され得る。典型的な混合物は次のものを含む： 30g ドープされたランタン・ストロンチウム； 30g メタノール； 1.59g ポリビニル・ピロリドン； 10g テルピネオール、メタノールの蒸発の後に付加。図１に示されたプレート型アセンブリの代替例として、筒状の発生器が採用される。図２に示された斯かるシステムは、内面及び外面に中間層52、54 を備える電解質管50から成る。各中間層はその表面56、58上に電流分配器を備え、これは使用されるときに電源へと接続され得る。上記各層の物理的構成成分は、他の実施例で上述したものと同一である。陽極の割付けは、分解機構もしくは分離器システムが使用されるべきか否かに依り決定される。典型的な気体発生器は、相互に独立して離間された多数の斯かる管から成るのが好適である。外側60または内側62における気体／蒸気は、各筒体に沿う連続流を形成し得る。内部流は、筒体の外部における流れと対向しても良い。本発明の材料は既存の気体発生器と比較して相当数の利点を提供するが、大きな電流密度が強調される。特に、使用された上記アセンブリ構造は、ウラニア中間層を使用したことにより相当に高い活性の領域を提供する。また、大きな領域は大きな生成物流量(product flow rate)に繋がる。これに加え、上記ウラニア中間層は大きな触媒活性を有し、これもまた改善された反応速度(kinetics)により発生器の性能を高める。上記分離器は上述で使用された材料に依り約800℃の低温にて作用し得ることから、製品の寿命、及び、周囲構造のコスト削減に関する利点を与える。コスト削減は、上記アセンブリに対して白金族の使用を回避することによっても達成される。更に、ウラニアは中毒に関し、他の多くの材料よりも相当に改善された防止性を呈する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年５月３日（１９９９．５．３）【補正内容】請求の範囲１．一方の表面上の第２材料から成る層と他方の逆側の表面の第３材料から成る層とを備える、第１材料から成る層と、当該発生器の一側から他側への気体の流れに帰着する外部電気的ポテンシャルを印加する手段とを含む気体発生器であって、上記第１材料は電解質材料であり、且つ、上記第２材料および／または第３材料の少なくとも一方は混合伝導体である、気体発生器。２．前記第１材料はジルコニアを含む、請求項１記載の発生器。３．前記第１材料はたとえば希土類金属などの一種以上の他の材料によりドープされる、請求項１または２に記載の発生器。４．前記第２および／または第３材料はセラミック酸化物、好適にはウラニアから成る、請求項１乃至３のいずれかに記載の発生器。５．前記第２および／または第３材料はドープされたウラニアから成る、請求項４記載の発生器。６．前記ウラニアは一種類以上の希土類金属によりドープされる、請求項５記載の発生器。７．前記ウラニアはイットリアによりドープされる、請求項５または６に記載の発生器。８．前記第２および／または第３材料は、更なる材料との固溶体として提供されたウラニアから成る、請求項１乃至７のいずれかに記載の発生器。９．前記更なる材料は一種類以上の希土類金属である、請求項８記載の発生器。１０．前記更なる材料はイットリアである、請求項８または９に記載の発生器。１１．前記第２および／または第３材料上には、当該発生器に対する電流コレクト機能および／または電流分配機能を提供する一層以上の更なる層が配備される、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発生器。１２．当該発生器の陽極側及び陰極側は凹路により相互に電気接続される、請求項１乃至１１のいずれかに記載の発生器。１３．前記回路は、前記外部ポテンシャルにより生成された電子および／またはイオンの流れを制御すべく使用され、且つ／又は、外部ポテンシャルを印加すべく使用され得る、請求項１２記載の発生器。１４．前記外部ポテンシャルは、当該気体発生器を形成する一種類以上の材料に対して接続された外部電源から当該発生器に対して印加もしくは生成された電圧もしくは電気的ポテンシャルから生ずる、請求項１３記載の発生器。１５．一方の表面上の第２材料から成る層と他方の逆側の表面の第３材料から成る層とを備える、第１材料から成る層と、外部電気的ポテンシャルを印加する手段とを含む気体発生器を配備する工程と、上記気体発生器の少なくとも一側上に気体源を配備する工程と、上記発生器の一側から他側への気体の流れに帰着する外部ポテンシャルを印加する工程とを含み、上記第１材料は電解質材料であり、且つ、上記第２材料および／または第３材料の少なくとも一方は混合伝導体である、気体発生方法。１６．前記発生器の一側もしくは両側は気体および／または蒸気の所定バッチと接触維持され、一種類以上の気体レベルにおいて一側は減少され且つ他側は増加される、請求項１５記載の方法。１７．前記発生器の一側もしくは両側は気体の変化体積と接触せしめられ、一側上の気体レベルは該一側への所定成分の選択的移動により増進される一方、他側上の上記成分の気体レベルは減少されて、この側における他の成分のレベルおよび／または純度は効率的に増加される、請求項１５記載の方法。１８．前記外部ポテンシャルは、当該気体発生器の２つの側面を結合する各材料間の化学的差異または活性差異により生ずるものである、請求項１５乃至１７のいずれかに記載の方法。１９．前記活性差異または化学的差異は、一種類以上の種および／または異なる種の、レベルおよび／または温度および／または状態および／または圧力、の差のひとつ以上から生ずる、請求項１８記載の方法。２０．前記外部ポテンシャルは前記第１材料の一側から他側への選択的な気体イオンの流れに帰着する、請求項１５乃至１９のいずれかに記載の方法。２１．前記気体イオンは、前記第２および／または第３材料および／または該材料上の層と接触する化合物の分解により形成される、請求項２０記載の方法。２２．前記気体イオンは、前記第２および／または第３材料および／または該材料上の層と接触する気体分子の分解により形成される、請求項２０記載の方法。２３．好適には酸素である生成気体を気体流に付加する工程を含む、請求項１５乃至２２のいずれかに記載の方法。２４．前記気体流は、メタンもしくは天然ガスを含み、又は、メタンもしくは天然ガスから成る、請求項２３記載の方法。２５．生成された酸素をメタンと反応させてCO及びH₂を与える工程を含む、請求項２４記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，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，ＧＭ，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，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，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，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者バーネット、スティーブンバーノンイギリス国ＰＲ４０ＸＪランカシャープレストンサルウィックスプリングフィールズブリテイツシユ・ニユクリアー・フユールズ・ピー・エル・シー (72)発明者インス、アンドリューティモシーイギリス国ＰＲ４０ＸＪランカシャープレストンサルウィックスプリングフィールズブリテイツシユ・ニユクリアー・フユールズ・ピー・エル・シー (72)発明者ブレイス、クリストファーウィリアムイギリス国ＰＲ４０ＸＪランカシャープレストンサルウィックスプリングフィールズブリテイツシユ・ニユクリアー・フユールズ・ピー・エル・シー (72)発明者ミドルトン、ピーターヒューイギリス国ＰＲ４０ＸＪランカシャープレストンサルウィックスプリングフィールズブリテイツシユ・ニユクリアー・フユールズ・ピー・エル・シー

Claims

【特許請求の範囲】１．一方の表面上の第２材料から成る層と他方の逆側の表面の第３材料から成る層とを備える、第１材料から成る層を含む気体発生器であって、外部ポテンシャルの印加は当該発生器の一側から他側への気体の流れに帰着し、上記第１材料は電解質材料であり、上記第２材料および／または第３材料は混合伝導体である、気体発生器。２．前記第１材料はジルコニアを含む、請求項１記載の発生器。３．前記第１材料はたとえば希土類金属などの一種以上の他の材料によりドープされる、請求項１または２に記載の発生器。４．前記第２および／または第３材料はセラミック酸化物、好適にはウラニアから成る、請求項１乃至３のいずれかに記載の発生器。５．前記第２および／または第３材料は例えばイットリアなどの一種類以上の希土類金属によりドープされたウラニアから成る、請求項４記載の発生器。６．前記第２および／または第３材料は、一種類以上の希土類金属などの更なる材料との固溶体として提供されたウラニアから成る、請求項１乃至５のいずれかに記載の発生器。７．前記第２および／または第３材料上には、当該発生器に対する電流コレクト機能および／または電流分配機能を提供する一層以上の更なる層が配備される、請求項１乃至６のいずれかに記載の発生器。８．前記外部ポテンシャルは、当該気体発生器の２つの側面を結合する各材料間の化学的差異または活性差異により生ずるものである、請求項１乃至７のいずれかに記載の発生器。９．前記活性差異または化学的差異は、一種類以上の種および／または異なる種の、レベルおよび／または温度および／または状態および／または圧力、の差のひとつ以上から生ずる、請求項８記載の発生器。１０．当該発生器の陽極側及び陰極側は回路により相互に電気接続される、請求項１乃至８のいずれかに記載の発生器。１１．前記回路は、前記外部ポテンシャルにより生成された電子および／またはイオンの流れを制御すべく使用され、且つ／又は、外部ポテンシャルを印加すべく使用され得る、請求項１０記載の発生器。１２．前記外部ポテンシャルは、当該気体発生器を形成する一種類以上の材料に対して接続された外部電源から当該発生器に対して印加もしくは生成された電圧もしくは電気的ポテンシャルから生ずる、請求項１１記載の発生器。１３．一方の表面上の第２材料から成る層と他方の逆側の表面の第３材料から成る層とを備える、第１材料から成る層を含む気体発生器を配備する工程と、上記気体発生器の少なくとも一側上に気体源を配備する工程と、上記発生器の一側から他側への気体の流れに帰着する外部ポテンシャルを提供する工程とを含み、上記第１材料は電解質から成り、且つ／又は、上記第２および／または第３材料は混合伝導体から成る、気体発生方法。１４．前記発生器の一側もしくは両側は気体および／または蒸気の所定バッチと接触維持され、一種類以上の気体レベルにおいて一側は減少され且つ他側は増加される、請求項１３記載の方法。１５．前記発生器の一側もしくは両側は気体の変化体積と接触せしめられ、一側上の気体レベルは該一側への所定成分の選択的移動により増進される一方、他側上の上記成分の気体レベルは減少されて、この側における他の成分のレベルおよび／または純度は効率的に増加される、請求項１３記載の方法。１６．前記外部ポテンシャルは前記第１材料の一側から他側への選択的な気体イオンの流れに帰着する、請求項１３乃至１５のいずれかに記載の方法。１７．前記気体イオンは、前記第２および／または第３材料および／または該材料上の層と接触する化合物の分解により形成される、請求項１３乃至１６のいずれかに記載の方法。１８．前記気体イオンは、前記第２および／または第３材料および／または該材料上の層と接触する気体分子の分解により形成される、請求項１３乃至１６のいずれかに記載の方法。１９．好適には酸素である生成気体を気体流に付加する工程を含む、請求項１３乃至１８のいずれかに記載の方法。２０．前記気体流は、メタンもしくは天然ガスを含み、又は、メタンもしくは天然ガスから成る、請求項１９記載の方法。２１．生成された酸素をメタンと反応させてCO及びH₂を与える工程を含む、請求項２０記載の方法。