JP2003265926A - 窒素酸化物浄化用化学反応器及び窒素酸化物の浄化方法 - Google Patents
窒素酸化物浄化用化学反応器及び窒素酸化物の浄化方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃焼排ガス中に過剰の酸素が存在する場合
に、低消費電力、低印加電圧で高効率に窒素酸化物を浄
化できる化学反応器を提供する。 【解決手段】 化学反応器を構成する上部カソード、下
部カソード、アノードを電子伝導性物質とイオン伝導性
物質の混合物とし、上部カソードの電子伝導性物質とイ
オン伝導性物質の混合比率を所定の割合とすることによ
り、化学反応器の消費電力及び印加電圧を低減させるこ
とを可能とする化学反応器、及びその化学反応器を用い
た窒素酸化物の浄化方法。
に、低消費電力、低印加電圧で高効率に窒素酸化物を浄
化できる化学反応器を提供する。 【解決手段】 化学反応器を構成する上部カソード、下
部カソード、アノードを電子伝導性物質とイオン伝導性
物質の混合物とし、上部カソードの電子伝導性物質とイ
オン伝導性物質の混合比率を所定の割合とすることによ
り、化学反応器の消費電力及び印加電圧を低減させるこ
とを可能とする化学反応器、及びその化学反応器を用い
た窒素酸化物の浄化方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒素酸化物の浄化
を行う化学反応器に関するものである。更に詳しくは、
本発明は、窒素酸化物を浄化する化学反応を妨害する酸
素が過剰に存在する燃焼排ガスから窒素酸化物を効率的
に浄化する化学反応器、及びその化学反応器を用いた窒
素酸化物の浄化方法に関するものである。
を行う化学反応器に関するものである。更に詳しくは、
本発明は、窒素酸化物を浄化する化学反応を妨害する酸
素が過剰に存在する燃焼排ガスから窒素酸化物を効率的
に浄化する化学反応器、及びその化学反応器を用いた窒
素酸化物の浄化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガソリンエンジンから発生する窒素酸化
物の浄化は、現在、三元系触媒が主流となっている。し
かし、燃費向上を可能とするリーンバーンエンジンやデ
ィーゼルエンジンにおいては、燃焼排ガス中に酸素が過
剰に存在するため、三元系触媒表面への酸素の吸着によ
る触媒活性の激減が問題となり、窒素酸化物を浄化する
ことができない。
物の浄化は、現在、三元系触媒が主流となっている。し
かし、燃費向上を可能とするリーンバーンエンジンやデ
ィーゼルエンジンにおいては、燃焼排ガス中に酸素が過
剰に存在するため、三元系触媒表面への酸素の吸着によ
る触媒活性の激減が問題となり、窒素酸化物を浄化する
ことができない。
【０００３】一方、酸素イオン伝導性を有する固体電解
質膜を用いて、そこへ電流を流すことにより、排ガス中
の酸素を触媒表面に吸着させることなく除去することも
行われている。触媒反応器として提案されているものと
して、電極に両面を挟まれた固体電解質に電圧を印加す
ることにより、表面酸素を除去すると同時に窒素酸化物
を酸素と窒素に分解するシステムが提案されている。
質膜を用いて、そこへ電流を流すことにより、排ガス中
の酸素を触媒表面に吸着させることなく除去することも
行われている。触媒反応器として提案されているものと
して、電極に両面を挟まれた固体電解質に電圧を印加す
ることにより、表面酸素を除去すると同時に窒素酸化物
を酸素と窒素に分解するシステムが提案されている。
【０００４】ここで、先行文献を提示すると、（１）
Ｊ．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏｃ．，１２
２，８６９，（１９７５）には、酸化スカンジウムで安
定化したジルコニアの両面に白金電極を形成し、電圧を
印加することにより、窒素酸化物が窒素と酸素に分解す
ることが示されている。また、（２）Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓ
ｏｃ．Ｆａｒａｄａｙ Ｔｒａｎｓ．，９１，１９９
５，（１９９５）には、酸化イットリウムで安定化した
ジルコニアの両面にパラジウム電極を形成し、電圧を印
加することにより、窒素酸化物と炭化水素、酸素の混合
ガス中において、窒素酸化物が窒素と酸素に分解するこ
とが示されている。
Ｊ．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏｃ．，１２
２，８６９，（１９７５）には、酸化スカンジウムで安
定化したジルコニアの両面に白金電極を形成し、電圧を
印加することにより、窒素酸化物が窒素と酸素に分解す
ることが示されている。また、（２）Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓ
ｏｃ．Ｆａｒａｄａｙ Ｔｒａｎｓ．，９１，１９９
５，（１９９５）には、酸化イットリウムで安定化した
ジルコニアの両面にパラジウム電極を形成し、電圧を印
加することにより、窒素酸化物と炭化水素、酸素の混合
ガス中において、窒素酸化物が窒素と酸素に分解するこ
とが示されている。
【０００５】しかしながら、上記のような従来の方法で
は、燃焼排ガス中に過剰の酸素が存在する場合、電極部
において、共存している酸素が優先的にイオン化し、固
体電解質中を流れるため、窒素酸化物を分解するには多
量の電流を流す必要があり、そのために、高電圧の印加
が要求され、消費電力が増大するという問題点あり、実
用化の上で大きな障害となっていた。
は、燃焼排ガス中に過剰の酸素が存在する場合、電極部
において、共存している酸素が優先的にイオン化し、固
体電解質中を流れるため、窒素酸化物を分解するには多
量の電流を流す必要があり、そのために、高電圧の印加
が要求され、消費電力が増大するという問題点あり、実
用化の上で大きな障害となっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、上記問題点を解決するために、燃焼排ガス中に過剰
の酸素が存在する場合においても、電気化学セルのカソ
ードにおいて、イオン化される酸素量を減少させる技術
を開発し、それにより、窒素酸化物の分解に必要な電流
量を減らすと同時に、電気化学セルを低抵抗化する技術
を開発し、印加電圧を低減させることを技術的課題とし
て研究に着手した。すなわち、本発明の目的は、燃焼排
ガス中に過剰の酸素が存在する場合においても、イオン
化して電気化学セルを流れる酸素量を減少させることに
より、窒素酸化物の分解に必要な電流量を減らし、更
に、電気化学セルを低抵抗化させることにより、印加電
圧を低減させ、少ない消費電力で高効率に窒素酸化物を
浄化できる化学反応器を提供することにある。
は、上記問題点を解決するために、燃焼排ガス中に過剰
の酸素が存在する場合においても、電気化学セルのカソ
ードにおいて、イオン化される酸素量を減少させる技術
を開発し、それにより、窒素酸化物の分解に必要な電流
量を減らすと同時に、電気化学セルを低抵抗化する技術
を開発し、印加電圧を低減させることを技術的課題とし
て研究に着手した。すなわち、本発明の目的は、燃焼排
ガス中に過剰の酸素が存在する場合においても、イオン
化して電気化学セルを流れる酸素量を減少させることに
より、窒素酸化物の分解に必要な電流量を減らし、更
に、電気化学セルを低抵抗化させることにより、印加電
圧を低減させ、少ない消費電力で高効率に窒素酸化物を
浄化できる化学反応器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、以下の技術的手段から構成される。 （１）化学反応により窒素酸化物の浄化を行う化学反応
器であって、電子伝導性物質とイオン伝導性物質からな
る上部カソード（触媒反応部）と下部カソード（陽
極）、酸素イオン伝導性を有する固体電解質、アノード
（陰極）の４層構造からなる電気化学セルから構成さ
れ、前記上部カソードを構成する電子伝導性物質とイオ
ン伝導性物質の体積比が３：７〜７：３の範囲にあるこ
とを特徴とする化学反応器。 （２）前記上部カソードの電子伝導性物質とイオン伝導
性物質の体積比が３：７〜５：５の範囲にあることを特
徴とする、前記（１）に記載の化学反応器。 （３）前記上部カソードの電子伝導性物質の粒子とイオ
ン伝導性物質の粒子が互いに均一に分散していることを
特徴とする、前記（１）に記載の化学反応器。 （４）前記上部カソードの電子伝導性物質が酸化ニッケ
ルとニッケルからなり、イオン伝導性物質が酸化イット
リウム又は酸化スカンジウムで安定化したジルコニアか
らなることを特徴とする、前記（１）又は（２）に記載
の化学反応器。 （５）前記下部カソードの電子伝導性物質が白金及びパ
ラジウムのうち少なくとも一つからなり、イオン伝導性
物質が酸化イットリウム又は酸化スカンジウムで安定化
したジルコニアからなることを特徴とする、前記（１）
に記載の化学反応器。 （６）前記固体電解質が酸化イットリウム又は酸化スカ
ンジウムで安定化したジルコニアからなることを特徴と
する、前記（１）に記載の化学反応器。 （７）前記アノードが電子伝導性物質とイオン伝導性物
質からなり、電子伝導性物質とイオン伝導性物質の体積
比が３：７〜７：３の範囲にあることを特徴とする、前
記（１）に記載の化学反応器。 （８）前記アノードの電子伝導性物質が白金及びパラジ
ウムのうち少なくとも一つからなり、イオン伝導性物質
が酸化イットリウム又は酸化スカンジウムで安定化した
ジルコニアからなることを特徴とする、前記（７）に記
載の化学反応器。 （９）前記（１）から（８）のいずれかに記載の化学反
応器により窒素酸化物を浄化する方法であって、前記電
気化学セルの下部カソードとアノード間に電圧を印加す
ることにより、上部カソードで窒素酸化物を浄化するこ
とを特徴とする、窒素酸化物の浄化方法。
の本発明は、以下の技術的手段から構成される。 （１）化学反応により窒素酸化物の浄化を行う化学反応
器であって、電子伝導性物質とイオン伝導性物質からな
る上部カソード（触媒反応部）と下部カソード（陽
極）、酸素イオン伝導性を有する固体電解質、アノード
（陰極）の４層構造からなる電気化学セルから構成さ
れ、前記上部カソードを構成する電子伝導性物質とイオ
ン伝導性物質の体積比が３：７〜７：３の範囲にあるこ
とを特徴とする化学反応器。 （２）前記上部カソードの電子伝導性物質とイオン伝導
性物質の体積比が３：７〜５：５の範囲にあることを特
徴とする、前記（１）に記載の化学反応器。 （３）前記上部カソードの電子伝導性物質の粒子とイオ
ン伝導性物質の粒子が互いに均一に分散していることを
特徴とする、前記（１）に記載の化学反応器。 （４）前記上部カソードの電子伝導性物質が酸化ニッケ
ルとニッケルからなり、イオン伝導性物質が酸化イット
リウム又は酸化スカンジウムで安定化したジルコニアか
らなることを特徴とする、前記（１）又は（２）に記載
の化学反応器。 （５）前記下部カソードの電子伝導性物質が白金及びパ
ラジウムのうち少なくとも一つからなり、イオン伝導性
物質が酸化イットリウム又は酸化スカンジウムで安定化
したジルコニアからなることを特徴とする、前記（１）
に記載の化学反応器。 （６）前記固体電解質が酸化イットリウム又は酸化スカ
ンジウムで安定化したジルコニアからなることを特徴と
する、前記（１）に記載の化学反応器。 （７）前記アノードが電子伝導性物質とイオン伝導性物
質からなり、電子伝導性物質とイオン伝導性物質の体積
比が３：７〜７：３の範囲にあることを特徴とする、前
記（１）に記載の化学反応器。 （８）前記アノードの電子伝導性物質が白金及びパラジ
ウムのうち少なくとも一つからなり、イオン伝導性物質
が酸化イットリウム又は酸化スカンジウムで安定化した
ジルコニアからなることを特徴とする、前記（７）に記
載の化学反応器。 （９）前記（１）から（８）のいずれかに記載の化学反
応器により窒素酸化物を浄化する方法であって、前記電
気化学セルの下部カソードとアノード間に電圧を印加す
ることにより、上部カソードで窒素酸化物を浄化するこ
とを特徴とする、窒素酸化物の浄化方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に、本発明について更に詳細に
説明する。本発明は、窒素酸化物の浄化を行うための化
学反応器であり、化学反応器を構成する電気化学セルの
構成材料に組成上の特徴を有する化学反応器である。本
発明は、上記化学反応器における上部カソード（触媒反
応部）の構成材料である電子伝導性物質とイオン伝導性
物質の組成比を特定の範囲に設定することにより、１）
窒素酸化物浄化率が臨界的に向上する、２）それによ
り、消費電力、印加電圧の大幅な低減化が実現できる、
という本発明者らが見いだした新たな知見に基づいてな
されたものである。すなわち、本発明においては、前記
上部カソードを構成する電子伝導性物質とイオン伝導性
物質の体積比として、３：７〜７：３の範囲、より好ま
しくは３：７〜５：５の範囲を選択することにより、窒
素酸化物浄化率が特異的に向上し、かつ消費電力の低減
化と、化学反応器の抵抗の低下に伴う印加電圧の低減化
が達成される。このように、本発明は、上記化学反応器
において、当該化学反応器を構成する電気化学セルの構
成材料のうち、前記上部カソード（触媒反応部）の構成
材料の組成比として、特定の範囲を選択することによ
り、窒素酸化物浄化率が特異的に向上するという新たな
発見を基礎として開発されるに至ったものである。
説明する。本発明は、窒素酸化物の浄化を行うための化
学反応器であり、化学反応器を構成する電気化学セルの
構成材料に組成上の特徴を有する化学反応器である。本
発明は、上記化学反応器における上部カソード（触媒反
応部）の構成材料である電子伝導性物質とイオン伝導性
物質の組成比を特定の範囲に設定することにより、１）
窒素酸化物浄化率が臨界的に向上する、２）それによ
り、消費電力、印加電圧の大幅な低減化が実現できる、
という本発明者らが見いだした新たな知見に基づいてな
されたものである。すなわち、本発明においては、前記
上部カソードを構成する電子伝導性物質とイオン伝導性
物質の体積比として、３：７〜７：３の範囲、より好ま
しくは３：７〜５：５の範囲を選択することにより、窒
素酸化物浄化率が特異的に向上し、かつ消費電力の低減
化と、化学反応器の抵抗の低下に伴う印加電圧の低減化
が達成される。このように、本発明は、上記化学反応器
において、当該化学反応器を構成する電気化学セルの構
成材料のうち、前記上部カソード（触媒反応部）の構成
材料の組成比として、特定の範囲を選択することによ
り、窒素酸化物浄化率が特異的に向上するという新たな
発見を基礎として開発されるに至ったものである。
【０００９】上部カソードに用いられる電子伝導性物質
としては、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ニッケ
ル等の金属、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、ラ
ンタンクロマイト、ランタンマンガナイト、ランタンコ
バルタイト等の金属酸化物が用いられる。また、イオン
伝導性物質としては、酸素イオン伝導性物質が好ましく
用いられる。酸素イオン伝導性物質としては、酸化イッ
トリウム又は酸化スカンジウムで安定化したジルコニ
ア、酸化ガドリニウム又は酸化サマリウムで安定化した
セリア、ランタンガレイト等が用いられる。化学反応器
の熱処理時における熱的安定性と、イオン伝導性物質と
化学反応を起こさないこと、ならびに被処理ガス種であ
る窒素酸化物を高効率に分解できることなどの理由か
ら、酸化ニッケルとニッケルを電子伝導性物質として用
いることが好ましい。酸化ニッケルのみを電子伝導性物
質として用いてもよいが、酸化ニッケルとニッケルの混
合物を電子伝導性物質として用いることは、より高効率
に窒素酸化物を分解できることからより好ましい。イオ
ン伝導性物質としては、電気的、化学的な長期安定性に
優れた酸化イットリウム又は酸化スカンジウムで安定化
したジルコニアを用いることが好ましい。
としては、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ニッケ
ル等の金属、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、ラ
ンタンクロマイト、ランタンマンガナイト、ランタンコ
バルタイト等の金属酸化物が用いられる。また、イオン
伝導性物質としては、酸素イオン伝導性物質が好ましく
用いられる。酸素イオン伝導性物質としては、酸化イッ
トリウム又は酸化スカンジウムで安定化したジルコニ
ア、酸化ガドリニウム又は酸化サマリウムで安定化した
セリア、ランタンガレイト等が用いられる。化学反応器
の熱処理時における熱的安定性と、イオン伝導性物質と
化学反応を起こさないこと、ならびに被処理ガス種であ
る窒素酸化物を高効率に分解できることなどの理由か
ら、酸化ニッケルとニッケルを電子伝導性物質として用
いることが好ましい。酸化ニッケルのみを電子伝導性物
質として用いてもよいが、酸化ニッケルとニッケルの混
合物を電子伝導性物質として用いることは、より高効率
に窒素酸化物を分解できることからより好ましい。イオ
ン伝導性物質としては、電気的、化学的な長期安定性に
優れた酸化イットリウム又は酸化スカンジウムで安定化
したジルコニアを用いることが好ましい。
【００１０】上部カソードとして用いられる電子伝導性
物質とイオン伝導性物質の割合は、電子伝導性物質の体
積割合として、３０％以上かつ７０％以下の割合とする
ことが、後記する実施例に示されるように、化学反応器
により高効率に窒素酸化物の浄化を行うことができ、消
費電力を低減できることから好ましい。また、電子伝導
性物質の粒子とイオン伝導性物質の粒子は互いに均一に
分散していることが好ましい。電子伝導性物質の割合が
３０％未満の場合には、電子伝導性物質からなる粒子同
士が接触することができず、孤立してしまうこととな
り、電子伝導性が低下してしまう。電子伝導性物質の割
合が７０％を超える場合には、電子伝導性は十分確保で
きるが、イオン伝導性物質からなる粒子同士は互いに接
触することができず孤立してしまうことから、イオン伝
導性が低下してしまう。窒素酸化物を高効率に分解する
ためには、吸着した窒素酸化物に電子を供給し、酸素原
子をイオン化する反応と、イオン化した酸素イオンを吸
着部から除去する反応がスムーズに進行する必要があ
る。しかし、電子伝導性又はイオン伝導性のいずれかが
低下している場合には、これらの反応のいずれかが律速
となり、高効率な窒素酸化物の分解ができない。電子伝
導性物質の割合が３０％以上かつ７０％以下であり、か
つ互いの粒子が下部カソード中に均一に分散している場
合には、電子伝導性物質からなる粒子同士が接触できる
と同時に、イオン伝導性物質からなる粒子同士が接触で
きることから、電子伝導性、イオン伝導性が共に低下せ
ず、高効率な窒素酸化物の分解が可能となり、消費電力
が低減できることから好ましい。電子伝導性物質の体積
割合が５０％以下の場合には、後記する実施例に示され
るように、化学反応器の抵抗が特に低下し、窒素酸化物
の浄化に必要な印加電圧を低下させることができる。そ
のことから、電子伝導性物質の体積割合は、３０％以上
かつ５０％以下であることがより好ましい。
物質とイオン伝導性物質の割合は、電子伝導性物質の体
積割合として、３０％以上かつ７０％以下の割合とする
ことが、後記する実施例に示されるように、化学反応器
により高効率に窒素酸化物の浄化を行うことができ、消
費電力を低減できることから好ましい。また、電子伝導
性物質の粒子とイオン伝導性物質の粒子は互いに均一に
分散していることが好ましい。電子伝導性物質の割合が
３０％未満の場合には、電子伝導性物質からなる粒子同
士が接触することができず、孤立してしまうこととな
り、電子伝導性が低下してしまう。電子伝導性物質の割
合が７０％を超える場合には、電子伝導性は十分確保で
きるが、イオン伝導性物質からなる粒子同士は互いに接
触することができず孤立してしまうことから、イオン伝
導性が低下してしまう。窒素酸化物を高効率に分解する
ためには、吸着した窒素酸化物に電子を供給し、酸素原
子をイオン化する反応と、イオン化した酸素イオンを吸
着部から除去する反応がスムーズに進行する必要があ
る。しかし、電子伝導性又はイオン伝導性のいずれかが
低下している場合には、これらの反応のいずれかが律速
となり、高効率な窒素酸化物の分解ができない。電子伝
導性物質の割合が３０％以上かつ７０％以下であり、か
つ互いの粒子が下部カソード中に均一に分散している場
合には、電子伝導性物質からなる粒子同士が接触できる
と同時に、イオン伝導性物質からなる粒子同士が接触で
きることから、電子伝導性、イオン伝導性が共に低下せ
ず、高効率な窒素酸化物の分解が可能となり、消費電力
が低減できることから好ましい。電子伝導性物質の体積
割合が５０％以下の場合には、後記する実施例に示され
るように、化学反応器の抵抗が特に低下し、窒素酸化物
の浄化に必要な印加電圧を低下させることができる。そ
のことから、電子伝導性物質の体積割合は、３０％以上
かつ５０％以下であることがより好ましい。
【００１１】下部カソードに用いられる電子伝導性物質
としては、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ニッケ
ル等の金属、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、ラ
ンタンクロマイト、ランタンマンガナイト、ランタンコ
バルタイト等の金属酸化物が用いられる。また、イオン
伝導性物質としては、酸素イオン伝導性物質が好ましく
用いられる。酸素イオン伝導性物質としては、酸化イッ
トリウム又は酸化スカンジウムで安定化したジルコニ
ア、酸化ガドリニウム又は酸化サマリウムで安定化した
セリア、ランタンガレイト等が用いられる。化学反応器
の熱処理時における熱的安定性と、イオン伝導性物質と
化学反応を起こさないなどの理由から、白金、パラジウ
ムを電子伝導性物質として用いることが好ましい。イオ
ン伝導性物質としては、電気的、化学的な長期安定性に
優れた酸化イットリウム又は酸化スカンジウムで安定化
したジルコニアを用いることが好ましい。
としては、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ニッケ
ル等の金属、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、ラ
ンタンクロマイト、ランタンマンガナイト、ランタンコ
バルタイト等の金属酸化物が用いられる。また、イオン
伝導性物質としては、酸素イオン伝導性物質が好ましく
用いられる。酸素イオン伝導性物質としては、酸化イッ
トリウム又は酸化スカンジウムで安定化したジルコニ
ア、酸化ガドリニウム又は酸化サマリウムで安定化した
セリア、ランタンガレイト等が用いられる。化学反応器
の熱処理時における熱的安定性と、イオン伝導性物質と
化学反応を起こさないなどの理由から、白金、パラジウ
ムを電子伝導性物質として用いることが好ましい。イオ
ン伝導性物質としては、電気的、化学的な長期安定性に
優れた酸化イットリウム又は酸化スカンジウムで安定化
したジルコニアを用いることが好ましい。
【００１２】酸素イオン伝導性を有する固体電解質は、
酸素イオン伝導性を有する物質であれば、いずれでも用
いることができる。酸素イオン伝導性を有する固体電解
質としては、酸化イットリウム又は酸化スカンジウムで
安定化したジルコニア、酸化ガドリニム又は酸化サマリ
ウムで安定化したセリア、ランタンガレイト等が挙げら
れるが、特に限定されるものではない。これらの中で、
高い酸素イオン導電性と機械的強度を有し、化学的、電
気的な長期安定性に優れた酸化イットリウム又は酸化ス
カンジウムで安定化したジルコニアが好ましく用いられ
る。
酸素イオン伝導性を有する物質であれば、いずれでも用
いることができる。酸素イオン伝導性を有する固体電解
質としては、酸化イットリウム又は酸化スカンジウムで
安定化したジルコニア、酸化ガドリニム又は酸化サマリ
ウムで安定化したセリア、ランタンガレイト等が挙げら
れるが、特に限定されるものではない。これらの中で、
高い酸素イオン導電性と機械的強度を有し、化学的、電
気的な長期安定性に優れた酸化イットリウム又は酸化ス
カンジウムで安定化したジルコニアが好ましく用いられ
る。
【００１３】アノードに用いられる電子伝導性物質とし
ては、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ニッケル等
の金属、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、ランタ
ンクロマイト、ランタンマンガナイト、ランタンコバル
タイト等の金属酸化物が用いられる。また、イオン伝導
性物質としては、酸素イオン伝導性物質が好ましく用い
られる。酸素イオン伝導性物質としては、酸化イットリ
ウム又は酸化スカンジウムで安定化したジルコニア、酸
化ガドリニウム又は酸化サマリウムで安定化したセリ
ア、ランタンガレイト等が用いられる。化学反応器の熱
処理時における熱的安定性と、イオン伝導性物質と化学
反応を起こさないなどの理由から、白金、パラジウムを
電子伝導性物質として用いることが好ましい。イオン伝
導性物質としては、電気的、化学的な長期安定性に優れ
た酸化イットリウム又は酸化スカンジウムで安定化した
ジルコニアを用いることが好ましい。
ては、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ニッケル等
の金属、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、ランタ
ンクロマイト、ランタンマンガナイト、ランタンコバル
タイト等の金属酸化物が用いられる。また、イオン伝導
性物質としては、酸素イオン伝導性物質が好ましく用い
られる。酸素イオン伝導性物質としては、酸化イットリ
ウム又は酸化スカンジウムで安定化したジルコニア、酸
化ガドリニウム又は酸化サマリウムで安定化したセリ
ア、ランタンガレイト等が用いられる。化学反応器の熱
処理時における熱的安定性と、イオン伝導性物質と化学
反応を起こさないなどの理由から、白金、パラジウムを
電子伝導性物質として用いることが好ましい。イオン伝
導性物質としては、電気的、化学的な長期安定性に優れ
た酸化イットリウム又は酸化スカンジウムで安定化した
ジルコニアを用いることが好ましい。
【００１４】アノードとして用いられる電子伝導性物質
とイオン伝導性物質の割合は、電子伝導性物質の体積割
合として、３０％以上かつ７０％以下の割合とすること
が、化学反応器の抵抗を低下できることから好ましい。
また、電子伝導性物質の粒子とイオン伝導性物質の粒子
は互いに均一に分散していることが好ましい。電子伝導
性物質の割合が３０％未満の場合には、電子伝導性物質
からなる粒子同士が接触することができず、孤立してし
まうこととなり、外部より供給される電子をアノード全
体に均一に供給することができず、電子伝導性が低下
し、化学反応器の抵抗が増加してしまう。電子伝導性物
質の割合が７０％を超える場合には、外部より供給され
る電子はアノード全体に均一に供給することができる
が、イオン伝導性物質からなる粒子同士は互いに接触す
ることができず孤立してしまうことから、窒素酸化物を
分解した際に生じる酸素イオンを固体電解質へ均一に供
給することができず、イオン伝導性が低下し、化学反応
器の抵抗が増加してしまう。電子伝導性物質の割合が３
０％以上かつ７０％以下であり、かつ互いの粒子がアノ
ード中に均一に分散している場合には、電子伝導性物質
からなる粒子同士が接触できると同時にイオン伝導性物
質からなる粒子同士が接触できることから、電子及び酸
素イオン双方がアノード全体に均一に分布することが可
能となり、電子伝導性、イオン伝導性が共に低下しない
ことから好ましい。
とイオン伝導性物質の割合は、電子伝導性物質の体積割
合として、３０％以上かつ７０％以下の割合とすること
が、化学反応器の抵抗を低下できることから好ましい。
また、電子伝導性物質の粒子とイオン伝導性物質の粒子
は互いに均一に分散していることが好ましい。電子伝導
性物質の割合が３０％未満の場合には、電子伝導性物質
からなる粒子同士が接触することができず、孤立してし
まうこととなり、外部より供給される電子をアノード全
体に均一に供給することができず、電子伝導性が低下
し、化学反応器の抵抗が増加してしまう。電子伝導性物
質の割合が７０％を超える場合には、外部より供給され
る電子はアノード全体に均一に供給することができる
が、イオン伝導性物質からなる粒子同士は互いに接触す
ることができず孤立してしまうことから、窒素酸化物を
分解した際に生じる酸素イオンを固体電解質へ均一に供
給することができず、イオン伝導性が低下し、化学反応
器の抵抗が増加してしまう。電子伝導性物質の割合が３
０％以上かつ７０％以下であり、かつ互いの粒子がアノ
ード中に均一に分散している場合には、電子伝導性物質
からなる粒子同士が接触できると同時にイオン伝導性物
質からなる粒子同士が接触できることから、電子及び酸
素イオン双方がアノード全体に均一に分布することが可
能となり、電子伝導性、イオン伝導性が共に低下しない
ことから好ましい。
【００１５】化学反応器を形成する方法としては、固体
電解質を基材として用いた場合には、予め上部カソー
ド、下部カソード、アノードそれぞれを構成する物質を
含んだペーストや溶液を調製しておき、個々のペースト
を基材上にスクリーン印刷や塗布により成膜し、焼成す
る方法を用いることができる。平板状の固体電解質基材
を用いてスクリーン印刷により化学反応器を形成する場
合を例にとると、まず、固体電解質基材上に下部カソー
ドを構成する物質を含んだペーストをスクリーン印刷
し、焼成する。次に、上部カソードを構成する物質を含
んだペーストを先に形成した下部カソードを被覆するよ
うにスクリーン印刷し、焼成する。最後に、固体電解質
基材の他方の面にアノードを構成する物質を含んだペー
ストをスクリーン印刷、焼成することにより化学反応器
を形成することができる。成膜方法は、上記スクリーン
印刷や塗布に限られるものではなく、それぞれを構成す
る物質を含んだ溶液を調製し、ディップコートやスピン
コートによって基材上に成膜する方法も用いることがで
きる。他に、ＰＶＤやＣＶＤにより成膜する方法も用い
ることができる。基材として用いることができるのは、
固体電解質に限られるものではなく、化学反応器を形成
する工程中に破損しない程度の適度な機械的強度を有し
ていれば、上部カソード、下部カソード、アノードを基
材として用いることもできる。また、シート成形法によ
り、上部カソード、下部カソード、固体電解質、アノー
ドそれぞれを構成する物質を含んだ各シート成形体を作
製し、そのシート成形体を圧着することにより接合、焼
成することにより、基材を用いることなく、化学反応器
を形成することができる。これらの方法の中で、固体電
解質を基材として用い、各構成物質を含んだペーストを
調製し、スクリーン印刷や塗布により成膜、焼成する方
法が、使用する設備が比較的安価であり、容易に成膜す
ることが可能であることなどから好ましく用いられる。
電解質を基材として用いた場合には、予め上部カソー
ド、下部カソード、アノードそれぞれを構成する物質を
含んだペーストや溶液を調製しておき、個々のペースト
を基材上にスクリーン印刷や塗布により成膜し、焼成す
る方法を用いることができる。平板状の固体電解質基材
を用いてスクリーン印刷により化学反応器を形成する場
合を例にとると、まず、固体電解質基材上に下部カソー
ドを構成する物質を含んだペーストをスクリーン印刷
し、焼成する。次に、上部カソードを構成する物質を含
んだペーストを先に形成した下部カソードを被覆するよ
うにスクリーン印刷し、焼成する。最後に、固体電解質
基材の他方の面にアノードを構成する物質を含んだペー
ストをスクリーン印刷、焼成することにより化学反応器
を形成することができる。成膜方法は、上記スクリーン
印刷や塗布に限られるものではなく、それぞれを構成す
る物質を含んだ溶液を調製し、ディップコートやスピン
コートによって基材上に成膜する方法も用いることがで
きる。他に、ＰＶＤやＣＶＤにより成膜する方法も用い
ることができる。基材として用いることができるのは、
固体電解質に限られるものではなく、化学反応器を形成
する工程中に破損しない程度の適度な機械的強度を有し
ていれば、上部カソード、下部カソード、アノードを基
材として用いることもできる。また、シート成形法によ
り、上部カソード、下部カソード、固体電解質、アノー
ドそれぞれを構成する物質を含んだ各シート成形体を作
製し、そのシート成形体を圧着することにより接合、焼
成することにより、基材を用いることなく、化学反応器
を形成することができる。これらの方法の中で、固体電
解質を基材として用い、各構成物質を含んだペーストを
調製し、スクリーン印刷や塗布により成膜、焼成する方
法が、使用する設備が比較的安価であり、容易に成膜す
ることが可能であることなどから好ましく用いられる。
【００１６】本発明の化学反応器の形態としては、例え
ば、平板状、円筒状、ハニカム状等が好適なものとして
例示される。平板状の場合には、上部カソード、下部カ
ソード、固体電解質、アノードを積層して化学反応器を
形成し、上部カソードが排ガスと接触するように配置す
ることで排ガスを浄化することができる。円筒状の場
合、管内面が下部カソード、管外面がアノードとなるよ
うに化学反応器を形成した場合には、管内部に排ガスを
流すように配置することで排ガスを浄化することができ
る。逆に、管外面が下部カソード、管内面がアノードと
なるように化学反応器を形成した場合には、管外部に排
ガスを流すように配置するとこで排ガスを浄化すること
ができる。この化学反応器は単独での使用に限られるも
のではなく、ガスの流れに対し、複数個の化学反応器を
直列又は並列、直並列に配置することは、窒素酸化物の
分解量を増大させることができることから好ましく用い
られる。
ば、平板状、円筒状、ハニカム状等が好適なものとして
例示される。平板状の場合には、上部カソード、下部カ
ソード、固体電解質、アノードを積層して化学反応器を
形成し、上部カソードが排ガスと接触するように配置す
ることで排ガスを浄化することができる。円筒状の場
合、管内面が下部カソード、管外面がアノードとなるよ
うに化学反応器を形成した場合には、管内部に排ガスを
流すように配置することで排ガスを浄化することができ
る。逆に、管外面が下部カソード、管内面がアノードと
なるように化学反応器を形成した場合には、管外部に排
ガスを流すように配置するとこで排ガスを浄化すること
ができる。この化学反応器は単独での使用に限られるも
のではなく、ガスの流れに対し、複数個の化学反応器を
直列又は並列、直並列に配置することは、窒素酸化物の
分解量を増大させることができることから好ましく用い
られる。
【００１７】このようにして作製された化学反応器は、
上部カソードが窒素酸化物を含んだ排ガスに接触するよ
うに配置し、下部カソードとアノードからそれぞれ取り
出したリードを外部電源に接続、直流電圧を印加するこ
とにより、上部カソードにおいて窒素酸化物を分解した
際に生成する酸素イオンを下部カソード、固体電解質を
通してアノードへ移動させ、アノードにおいて酸素分子
とすることにより、排ガス中の窒素酸化物を効率的に分
解する。上部カソードに直接電圧が印加されているわけ
ではないが、外部電圧により下部カソードから固体電解
質へ酸素イオンが移動することにより、上部カソードと
下部カソード界面近傍の酸素濃度が低下し、排ガスに接
触している上部カソードの外表面部と下部カソード界面
近傍部に酸素濃度差が生じるために、この酸素濃度差を
補償するように上部カソードの外表面部から下部カソー
ド界面近傍部への酸素イオンの移動が起こり、結果とし
て、上部カソードにおいて、窒素酸化物を分解した際に
生成する酸素イオンは、下部カソードから固体電解質、
アノードを通り、酸素分子へと変換される。
上部カソードが窒素酸化物を含んだ排ガスに接触するよ
うに配置し、下部カソードとアノードからそれぞれ取り
出したリードを外部電源に接続、直流電圧を印加するこ
とにより、上部カソードにおいて窒素酸化物を分解した
際に生成する酸素イオンを下部カソード、固体電解質を
通してアノードへ移動させ、アノードにおいて酸素分子
とすることにより、排ガス中の窒素酸化物を効率的に分
解する。上部カソードに直接電圧が印加されているわけ
ではないが、外部電圧により下部カソードから固体電解
質へ酸素イオンが移動することにより、上部カソードと
下部カソード界面近傍の酸素濃度が低下し、排ガスに接
触している上部カソードの外表面部と下部カソード界面
近傍部に酸素濃度差が生じるために、この酸素濃度差を
補償するように上部カソードの外表面部から下部カソー
ド界面近傍部への酸素イオンの移動が起こり、結果とし
て、上部カソードにおいて、窒素酸化物を分解した際に
生成する酸素イオンは、下部カソードから固体電解質、
アノードを通り、酸素分子へと変換される。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の一実施形態に係る平板状の化学
反応器の構成を示す断面図である。酸素イオン伝導性を
有する固体電解質３の一方の面に下部カソード２と上部
カソード１を形成し、他方の面にアノード４を形成す
る。下部カソード２は、固体電解質３と上部カソード１
の双方に接するように、固体電解質３と上部カソード１
の中間に配置する。図２、３は、円筒状の化学反応器の
構成を示す断面図である。図２は、円筒形の酸素イオン
伝導性を有する固体電解質３の内周面に下部カソード２
と上部カソード１を形成し、外周面にアノード４を形成
する。下部カソード２は、固体電解質３と上部カソード
１の双方に接するように、固体電解質３と上部カソード
１の中間に配置する。図３は、円筒形の酸素イオン伝導
性を有する固体電解質３の外周面に下部カソード２と上
部カソード１を形成し、内周面にアノード４を形成す
る。下部カソード２は、固体電解質３と上部カソード１
の双方に接するように、固体電解質３と上部カソード１
の中間に配置する。平板型、円筒型の何れの化学反応器
においても、上部カソードが窒素酸化物を含んだ排ガス
に接触するように配置する。下部カソードとアノードか
らそれぞれリードを取り出し、外部電源に接続し、下部
カソード側がマイナス電位、アノード側がプラス電位と
なるように直流電圧を印加することにより、上部カソー
ドにおいて、窒素酸化物を分解する。
する。図１は、本発明の一実施形態に係る平板状の化学
反応器の構成を示す断面図である。酸素イオン伝導性を
有する固体電解質３の一方の面に下部カソード２と上部
カソード１を形成し、他方の面にアノード４を形成す
る。下部カソード２は、固体電解質３と上部カソード１
の双方に接するように、固体電解質３と上部カソード１
の中間に配置する。図２、３は、円筒状の化学反応器の
構成を示す断面図である。図２は、円筒形の酸素イオン
伝導性を有する固体電解質３の内周面に下部カソード２
と上部カソード１を形成し、外周面にアノード４を形成
する。下部カソード２は、固体電解質３と上部カソード
１の双方に接するように、固体電解質３と上部カソード
１の中間に配置する。図３は、円筒形の酸素イオン伝導
性を有する固体電解質３の外周面に下部カソード２と上
部カソード１を形成し、内周面にアノード４を形成す
る。下部カソード２は、固体電解質３と上部カソード１
の双方に接するように、固体電解質３と上部カソード１
の中間に配置する。平板型、円筒型の何れの化学反応器
においても、上部カソードが窒素酸化物を含んだ排ガス
に接触するように配置する。下部カソードとアノードか
らそれぞれリードを取り出し、外部電源に接続し、下部
カソード側がマイナス電位、アノード側がプラス電位と
なるように直流電圧を印加することにより、上部カソー
ドにおいて、窒素酸化物を分解する。
【００１９】実施例１
イオン伝導性を有する固体電解質３として、酸化イット
リウムで安定化したジルコニアを用い、その形状は、直
径２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円板状とした。下部カソ
ード２は、白金からなる電子伝導性物質と酸化イットリ
ウムで安定化したジルコニアからなるイオン伝導性物質
の混合比を体積比で６０：４０とした混合粉末に、有機
溶媒を加え、ペーストを作製し、固体電解質３の片面に
面積約１．８ｃｍ2 となるようにスクリーン印刷した
後、１２００℃で熱処理することにより形成した。上部
カソード１は、酸化ニッケルとニッケルからなる電子伝
導性物質と酸化イットリウムで安定化したジルコニアか
らなるイオン伝導性物質の混合比を体積比で３０．５：
６９．５とした混合粉末に、有機溶媒を加え、ペースト
を作製し、下部カソード２上に下部カソードと同一面積
となるようにスクリーン印刷した後、１５００℃で熱処
理することにより形成した。アノード４は、白金からな
る電子伝導性物質と酸化イットリウムで安定化したジル
コニアからなるイオン伝導性物質の混合比を体積比で６
０：４０とした混合粉末に、有機溶媒を加え、ペースト
を作製し、上部カソード１と下部カソード２を形成した
固体電解質３の他方の面に面積約１．８ｃｍ2 となるよ
うにスクリーン印刷した後、１２００℃で熱処理するこ
とにより形成し、化学反応器とした。
リウムで安定化したジルコニアを用い、その形状は、直
径２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円板状とした。下部カソ
ード２は、白金からなる電子伝導性物質と酸化イットリ
ウムで安定化したジルコニアからなるイオン伝導性物質
の混合比を体積比で６０：４０とした混合粉末に、有機
溶媒を加え、ペーストを作製し、固体電解質３の片面に
面積約１．８ｃｍ2 となるようにスクリーン印刷した
後、１２００℃で熱処理することにより形成した。上部
カソード１は、酸化ニッケルとニッケルからなる電子伝
導性物質と酸化イットリウムで安定化したジルコニアか
らなるイオン伝導性物質の混合比を体積比で３０．５：
６９．５とした混合粉末に、有機溶媒を加え、ペースト
を作製し、下部カソード２上に下部カソードと同一面積
となるようにスクリーン印刷した後、１５００℃で熱処
理することにより形成した。アノード４は、白金からな
る電子伝導性物質と酸化イットリウムで安定化したジル
コニアからなるイオン伝導性物質の混合比を体積比で６
０：４０とした混合粉末に、有機溶媒を加え、ペースト
を作製し、上部カソード１と下部カソード２を形成した
固体電解質３の他方の面に面積約１．８ｃｍ2 となるよ
うにスクリーン印刷した後、１２００℃で熱処理するこ
とにより形成し、化学反応器とした。
【００２０】このように形成した本発明の化学反応器に
よる窒素酸化物の浄化方法を次に示す。被処理ガス中に
化学反応器を配置し、下部カソード２とアノード４に白
金線をリード線として固定し、直流電源に接続、直流電
圧を印加して電流を流した。窒素酸化物の分解、浄化特
性の評価は、作動温度６００℃から６５０℃の範囲で行
った。被処理ガスとして、一酸化窒素１０００ｐｐｍ、
酸素３％を含んだヘリウムバランスのモデル燃焼排ガス
を流量５０ｍｌ／ｍｉｎで流した。モデル燃焼排ガスが
化学反応器を通過する前後における被処理ガス中の窒素
酸化物濃度を化学発光式ＮＯｘ計で、窒素及び酸素濃度
をガスクロマトグラフィーで測定し、窒素酸化物の減少
量から、窒素酸化物の浄化率を算出した。化学反応器を
６５０℃に加熱し、０．４Ｗの電力を印加した際の窒素
酸化物の浄化率と、６５０℃及び６００℃に加熱し、
２．２５Ｖの電圧を印加した際の窒素酸化物の浄化率
を、表１に示す。
よる窒素酸化物の浄化方法を次に示す。被処理ガス中に
化学反応器を配置し、下部カソード２とアノード４に白
金線をリード線として固定し、直流電源に接続、直流電
圧を印加して電流を流した。窒素酸化物の分解、浄化特
性の評価は、作動温度６００℃から６５０℃の範囲で行
った。被処理ガスとして、一酸化窒素１０００ｐｐｍ、
酸素３％を含んだヘリウムバランスのモデル燃焼排ガス
を流量５０ｍｌ／ｍｉｎで流した。モデル燃焼排ガスが
化学反応器を通過する前後における被処理ガス中の窒素
酸化物濃度を化学発光式ＮＯｘ計で、窒素及び酸素濃度
をガスクロマトグラフィーで測定し、窒素酸化物の減少
量から、窒素酸化物の浄化率を算出した。化学反応器を
６５０℃に加熱し、０．４Ｗの電力を印加した際の窒素
酸化物の浄化率と、６５０℃及び６００℃に加熱し、
２．２５Ｖの電圧を印加した際の窒素酸化物の浄化率
を、表１に示す。
【００２１】実施例２
上部カソード１の電子伝導性物質とイオン伝導性物質の
混合比を体積比で３５．０：６５．０とした以外は、実
施例１と同様に化学反応器を作製した。この化学反応器
の窒素酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結
果を、表１に示す。
混合比を体積比で３５．０：６５．０とした以外は、実
施例１と同様に化学反応器を作製した。この化学反応器
の窒素酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結
果を、表１に示す。
【００２２】実施例３
上部カソード１の電子伝導性物質とイオン伝導性物質の
混合比を体積比で４４．６：５５．４とした以外は、実
施例１と同様に化学反応器を作製した。この化学反応器
の窒素酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結
果を、表１に示す。
混合比を体積比で４４．６：５５．４とした以外は、実
施例１と同様に化学反応器を作製した。この化学反応器
の窒素酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結
果を、表１に示す。
【００２３】実施例４
上部カソード１の電子伝導性物質とイオン伝導性物質の
混合比を体積比で５５．６：４４．４とした以外は、実
施例１と同様に化学反応器を作製した。この化学反応器
の窒素酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結
果を、表１に示す。
混合比を体積比で５５．６：４４．４とした以外は、実
施例１と同様に化学反応器を作製した。この化学反応器
の窒素酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結
果を、表１に示す。
【００２４】実施例５
上部カソード１の電子伝導性物質とイオン伝導性物質の
混合比を体積比で６９．５：３０．５とした以外は、実
施例１と同様に化学反応器を作製した。この化学反応器
の窒素酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結
果を、表１に示す。
混合比を体積比で６９．５：３０．５とした以外は、実
施例１と同様に化学反応器を作製した。この化学反応器
の窒素酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結
果を、表１に示す。
【００２５】実施例６
イオン伝導性を有する固体電解質３として、酸化スカン
ジウムで安定化したジルコニアを用い、その形状は、直
径２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円板状とした。下部カソ
ード２は、白金からなる電子伝導性物質と酸化スカンジ
ウムで安定化したジルコニアからなるイオン伝導性物質
の混合比を体積比で６０：４０とした混合粉末に、有機
溶媒を加え、ペーストを作製し、固体電解質３の片面に
面積約１．８ｃｍ2 となるようにスクリーン印刷した
後、１２００℃で熱処理することにより形成した。上部
カソード１は、酸化ニッケルとニッケルからなる電子伝
導性物質と酸化スカンジウムで安定化したジルコニアか
らなるイオン伝導性物質の混合比を体積比で３５．０：
６５．０とした混合粉末に、有機溶媒を加え、ペースト
を作製し、下部カソード２上に下部カソードと同一面積
となるようにスクリーン印刷した後、１５００℃で熱処
理することにより形成した。アノード４は、白金からな
る電子伝導性物質と酸化スカンジウムで安定化したジル
コニアからなるイオン伝導性物質の混合比を体積比で６
０：４０とした混合粉末に、有機溶媒を加え、ペースト
を作製し、上部カソード１と下部カソード２を形成した
固体電解質３の他方の面に面積約１．８ｃｍ2 となるよ
うにスクリーン印刷した後、１２００℃で熱処理するこ
とにより形成し、化学反応器とした。この化学反応器の
窒素酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結果
を、表１に示す。
ジウムで安定化したジルコニアを用い、その形状は、直
径２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円板状とした。下部カソ
ード２は、白金からなる電子伝導性物質と酸化スカンジ
ウムで安定化したジルコニアからなるイオン伝導性物質
の混合比を体積比で６０：４０とした混合粉末に、有機
溶媒を加え、ペーストを作製し、固体電解質３の片面に
面積約１．８ｃｍ2 となるようにスクリーン印刷した
後、１２００℃で熱処理することにより形成した。上部
カソード１は、酸化ニッケルとニッケルからなる電子伝
導性物質と酸化スカンジウムで安定化したジルコニアか
らなるイオン伝導性物質の混合比を体積比で３５．０：
６５．０とした混合粉末に、有機溶媒を加え、ペースト
を作製し、下部カソード２上に下部カソードと同一面積
となるようにスクリーン印刷した後、１５００℃で熱処
理することにより形成した。アノード４は、白金からな
る電子伝導性物質と酸化スカンジウムで安定化したジル
コニアからなるイオン伝導性物質の混合比を体積比で６
０：４０とした混合粉末に、有機溶媒を加え、ペースト
を作製し、上部カソード１と下部カソード２を形成した
固体電解質３の他方の面に面積約１．８ｃｍ2 となるよ
うにスクリーン印刷した後、１２００℃で熱処理するこ
とにより形成し、化学反応器とした。この化学反応器の
窒素酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結果
を、表１に示す。
【００２６】比較例１
上部カソード１の電子伝導性物質とイオン伝導性物質の
混合比を体積比で２６．５：７３．５とした以外は、実
施例１と同様に化学反応器を作製した。この化学反応器
の窒素酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結
果を、表１に示す。
混合比を体積比で２６．５：７３．５とした以外は、実
施例１と同様に化学反応器を作製した。この化学反応器
の窒素酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結
果を、表１に示す。
【００２７】比較例２
上部カソード１の電子伝導性物質とイオン伝導性物質の
混合比を体積比で８３．６：１６．４とした以外は、実
施例１と同様に化学反応器を作製した。この化学反応器
の窒素酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結
果を、表１に示す。
混合比を体積比で８３．６：１６．４とした以外は、実
施例１と同様に化学反応器を作製した。この化学反応器
の窒素酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結
果を、表１に示す。
【００２８】比較例３
イオン伝導性を有する固体電解質３として、酸化イット
リウムで安定化したジルコニアを用い、その形状は、直
径２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円板状とした。下部カソ
ード２は、実施例１と同様に形成した。その後、上部カ
ソード１を形成することなく、下部カソード２を形成し
た固体電解質３の他方の面にアノード４を実施例１と同
様に形成し、化学反応器とした。この化学反応器の窒素
酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結果を、
表１に示す。
リウムで安定化したジルコニアを用い、その形状は、直
径２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円板状とした。下部カソ
ード２は、実施例１と同様に形成した。その後、上部カ
ソード１を形成することなく、下部カソード２を形成し
た固体電解質３の他方の面にアノード４を実施例１と同
様に形成し、化学反応器とした。この化学反応器の窒素
酸化物の浄化特性を実施例１と同様に評価した結果を、
表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、窒素酸
化物の浄化を行う化学反応器に係るものであり、本発明
によれば、窒素酸化物の浄化を妨害する酸素が過剰に存
在する場合においても、低消費電力、低印加電圧で高効
率に窒素酸化物を処理できる化学反応器、及びその化学
反応器を用いて高効率に窒素酸化物を浄化する方法を提
供することができる。
化物の浄化を行う化学反応器に係るものであり、本発明
によれば、窒素酸化物の浄化を妨害する酸素が過剰に存
在する場合においても、低消費電力、低印加電圧で高効
率に窒素酸化物を処理できる化学反応器、及びその化学
反応器を用いて高効率に窒素酸化物を浄化する方法を提
供することができる。
【図１】本発明の一実施形態に係る平板状の化学反応器
の断面図である。
の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る円筒状の化学反応器
の断面図である。
の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る別の円筒状の化学反
応器の断面図である。
応器の断面図である。
１ 上部カソード
２ 下部カソード
３ 固体電解質
４ アノード
─────────────────────────────────────────────────────
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(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ０１Ｎ 3/08
(72)発明者 藤代 芳伸
愛知県名古屋市守山区大字下志段味字穴ケ
洞2266番地の98 独立行政法人産業技術総
合研究所中部センター内
(72)発明者 黄 海鎮
愛知県名古屋市守山区大字下志段味字穴ケ
洞2266番地の98 独立行政法人産業技術総
合研究所中部センター内
(72)発明者 セルゲイ ブレディヒン
愛知県名古屋市守山区大字下志段味字穴ケ
洞2268番地の１ 志段味ヒューマンサイエ
ンスパーク先端技術連携リサーチセンター
ファインセラミックス技術研究組合シナジ
ーセラミックス研究所内
(72)発明者 松田 和幸
愛知県名古屋市守山区大字下志段味字穴ケ
洞2268番地の１ 志段味ヒューマンサイエ
ンスパーク先端技術連携リサーチセンター
ファインセラミックス技術研究組合シナジ
ーセラミックス研究所内
(72)発明者 片山 真吾
愛知県名古屋市守山区大字下志段味字穴ケ
洞2268番地の１ 志段味ヒューマンサイエ
ンスパーク先端技術連携リサーチセンター
ファインセラミックス技術研究組合シナジ
ーセラミックス研究所内
(72)発明者 宮田 素之
愛知県名古屋市守山区大字下志段味字穴ケ
洞2268番地の１ 志段味ヒューマンサイエ
ンスパーク先端技術連携リサーチセンター
ファインセラミックス技術研究組合シナジ
ーセラミックス研究所内
(72)発明者 前田 邦裕
愛知県名古屋市守山区大字下志段味字穴ケ
洞2268番地の１ 志段味ヒューマンサイエ
ンスパーク先端技術連携リサーチセンター
ファインセラミックス技術研究組合シナジ
ーセラミックス研究所内
Ｆターム(参考） 3G091 AB14 BA14 GB01W GB04W
GB06W GB07W
4D002 AA12 AC10 BA08 HA03
4D048 AA06 BA08X BA08Y BA18X
BA18Y BA38X BA38Y BA41X
BA41Y CA07 EA02
4G069 AA03 AA08 BA04A BA04B
BB04A BB04B BC39A BC39B
BC40A BC40B BC68A BC68B
CA03 CA13 DA06 EA11 EE06
EE10 FA03 FB23 FC08
4G075 AA03 AA37 BA05 CA20 DA02
EB01 EB21 EC06 EC21 FB02
FB04 FC01 FC11
Claims (9)
- 【請求項１】 窒素酸化物の浄化を行う化学反応器であ
って、電子伝導性物質とイオン伝導性物質からなる上部
カソード（触媒反応部）と下部カソード（陽極）、酸素
イオン伝導性を有する固体電解質、アノード（陰極）の
４層構造からなる電気化学セルから構成され、前記上部
カソードを構成する電子伝導性物質とイオン伝導性物質
の体積比が３：７〜７：３の範囲にあることを特徴とす
る化学反応器。 - 【請求項２】 前記上部カソードの電子伝導性物質とイ
オン伝導性物質の体積比が３：７〜５：５の範囲にある
ことを特徴とする、請求項１に記載の化学反応器。 - 【請求項３】 前記上部カソードの電子伝導性物質の粒
子とイオン伝導性物質の粒子が互いに均一に分散してい
ることを特徴とする、請求項１に記載の化学反応器。 - 【請求項４】 上部カソードの電子伝導性物質が酸化ニ
ッケルとニッケルからなり、イオン伝導性物質が酸化イ
ットリウム又は酸化スカンジウムで安定化したジルコニ
アからなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の
化学反応器。 - 【請求項５】 下部カソードの電子伝導性物質が白金及
びパラジウムのうち少なくとも一つからなり、イオン伝
導性物質が酸化イットリウム又は酸化スカンジウムで安
定化したジルコニアからなることを特徴とする、請求項
１に記載の化学反応器。 - 【請求項６】 固体電解質が酸化イットリウム又は酸化
スカンジウムで安定化したジルコニアからなることを特
徴とする、請求項１に記載の化学反応器。 - 【請求項７】 アノードが電子伝導性物質とイオン伝導
性物質からなり、電子伝導性物質とイオン伝導性物質の
体積比が３：７〜７：３の範囲にあることを特徴とす
る、請求項１に記載の化学反応器。 - 【請求項８】 アノードの電子伝導性物質が白金及びパ
ラジウムのうち少なくとも一つからなり、イオン伝導性
物質が酸化イットリウム又は酸化スカンジウムで安定化
したジルコニアからなることを特徴とする、請求項７に
記載の化学反応器。 - 【請求項９】 請求項１から８のいずれかに記載の化学
反応器により窒素酸化物を浄化する方法であって、前記
電気化学セルの下部カソードとアノード間に電圧を印加
することにより、上部カソードで窒素酸化物を浄化する
ことを特徴とする、窒素酸化物の浄化方法。
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|---|---|---|---|
| JP2002073089A JP4057823B2 (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 窒素酸化物浄化用化学反応器及び窒素酸化物の浄化方法 |
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| AU2003227181A AU2003227181A1 (en) | 2002-03-15 | 2003-03-17 | Chemical reactor for nitrogen oxide removal and method of removing nitrogen oxide |
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|---|---|---|---|
| JP2002073089A JP4057823B2 (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 窒素酸化物浄化用化学反応器及び窒素酸化物の浄化方法 |
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|---|---|
| JP2003265926A true JP2003265926A (ja) | 2003-09-24 |
| JP4057823B2 JP4057823B2 (ja) | 2008-03-05 |
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-
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