JP2004338964A - Oxygen pump - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気化学的に酸素イオンを移動させる酸素ポンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来この種の酸素ポンプとして、図1に示す酸素ポンプが開示されている(例えば特許文献1参照。)。酸素ポンプ素子1は、酸素イオン導電性基板2の両側に電極膜3a、3bを形成して構成される。それぞれの電極膜からはリード部材4a、4bがそれぞれ特定の一部分より取出されて電源(図示せず)に接続されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−86204号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の酸素ポンプでは、酸素ポンプ動作時の熱がリード部材4a、4bより放熱され、酸素イオン導電性基板2に局部的な温度の低い部分が生じるため、熱応力によって割れが発生するという課題があった。また、リード部材4a、4bが電極膜3a、3bに直接接続されているため、リード部材の取出し部の配置が一意的に決まってしまい、酸素ポンプ素子の構成が限定されるという課題もあった。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために酸素イオン導電性基板の両面に電極膜が形成された酸素ポンプ素子と、前記電極膜の外周と電気的に接続された金属部材と、前記金属部材に接続されたリード部材によって構成された酸素ポンプである。
【0006】
このようにリード部材が電極膜の一部分とではなく外周と金属部材を接続することによって、放熱による局部的な温度低下による温度斑を抑えることができる。さらに、リード部材を金属部材の任意の位置に接続すれば電源までの取出しの選択自由度も上がる。
【0007】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載の発明は、電極膜の外周と電気的に接続された金属部材と前記金属部材にリード部材を取り付けた構成である。導電性のある金属部材が電極膜の外周に電気的に接続されているため、中央部から外周に向かった均一で穏やかな温度低下を実現できる。したがって、温度斑による熱応力を小さくすることができ、酸素イオン導電性基板の割れを抑えることができる。また、金属部材に接続するリード部材の位置を任意に変えることができるため、酸素ポンプの構成の自由度が上がる。
【0008】
請求項2に記載の発明は、2枚の金属部材の間に絶縁材を配置したものである。これによって、二枚の金属部材が接触して短絡することを防ぐことができる。
【0009】
請求項3に記載の発明は、絶縁材が多孔形状と中空形状の少なくとも一つである。これらの形状を取ることによって空気による断熱が可能となり、熱損失を小さくすることができる。
【0010】
請求項4に記載の発明は、絶縁材がマイカとアルミナとシリカの少なくとも一つである。これらの絶縁材は酸素ポンプの使用温度での耐熱性があるため、絶縁材の熱劣化を抑えることができる。
【0011】
請求項5に記載の発明は、金属部材がニッケルと鉄クロム合金から選ばれた一つを用いている。これら金属部材は酸素イオン導電性基板に比べてヤング率が小さいので、両者の熱膨張係数差に起因して発生する金属部材部の熱応力も小さい。したがって、高温でも酸素イオン導電性基板と金属部材間の密着性が保持される。
【0012】
請求項6に記載の発明は、金属部材の厚さが5〜50μmである。したがって、金属部材の面に平行な方向に歪が発生したとき、金属部材生じる応力を小さくできると共に実用的な物理的強度を確保できる。
【0013】
請求項7に記載の発明は、リード部材が金属部材に溶接されたものである。したがって、容易でかつ強度よく接続することができる。
【0014】
請求項8に記載の発明は、リード部材と金属部材が同じ材質である。したがって、接着力が向上してリード接続の信頼性が高くなる。
【0015】
請求項9に記載の発明は、リード部材と金属部材の材質がニッケルである。したがって、低価格で信頼性の高い接続が得られる。
【0016】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【0017】
(実施例1)
図2は本発明における実施例1の酸素ポンプの構成を示す分解斜視図である。また図3はその断面図である。
【0018】
酸素イオン導電性基板2の両面に電極膜3a、3bを形成させて酸素ポンプ素子1が構成される。酸素イオン導電性基板2として、イットリウムをドープしたジルコニアやサマリウムをドープしたセリア、ストロンチウムやマグネシウムで置換したランタンガレートが用いられる。また、電極膜3a、3bとして、白金、銀、サマリウムーストロンチウムーコバルトから成る複合金属酸化物などの焼成膜、蒸着膜が用いられる。
【0019】
本発明の酸素ポンプは、スクリーン印刷によって酸素ポンプ素子1を作成後、金属部材6a、6bと電極膜の外周部7とを接着して製造される。このとき、開口部8に隣接した金属部材6aの内径部と電極膜3aの外周部7と対向するように配置され、また開口部8に隣接した金属部材6bの内径部と電極膜3bの外周部と対向するように配置される。ここで、金属部材6aと6bとが接触することを避けるため、その間に絶縁材9を挿んでも良い。絶縁材9としては、マイカとアルミナとシリカを使うことができるが、多孔性のシリカや、グラスウールが好ましい。
【0020】
金属部材6a、6bとしては、ニッケル部材または鉄クロム合金部材が良いが、チタン、金、白金から選んでも良い。また、金属部材の厚さは5〜50μmであることが望ましい。5μm未満の厚さでは、物理的な強度が小さくなり過ぎて実用的でない。また、50μmより大きな厚さでは、熱的応力が大きくなって剥離し易くなるからであり、さらに熱放熱も大きくなるからである。
【0021】
金属部材6a、6bにリード部材4a、4bを接続する方法として、ロウ付け法、溶接法、物理的なカシメ法などがあるが、作業性の点でも、溶接法が信頼性の点でも優れている。溶接のとき、リード部材と金属部材が同じ材質であることが最も好ましい。特に、リード部材と金属部材の材質が、原料価格の安いニッケルである場合、厚さ10〜20μmのニッケル箔および直径0.1mm程度のニッケル部材は、工業的にも利用されているので低価格である。
【0022】
以上の構成において、ヒーター(図示せず)によって酸素イオン導電性基板を加熱し、600℃以上となった状態で、電極膜3bをカソード電極、電極膜3aをアノード電極として直流電圧を印加すると、カソード側外部空間の酸素分子は、カソード電極膜から酸素イオンとして酸素イオン導電性基板2に取り込まれて、アノード電極に到達する。アノード電極に到達した酸素イオンは酸素分子となり、アノード側の外部空間に拡散する。カソード側外部空間とアノード側外部空間とは金属部材6aと6bの少なくとも一方によって隔離されているため、酸素をアノード側外部空間からカソード側外部空間に逆戻りせずに移動させることができる。この際、酸素イオン導電性基板2には自己発熱が起こり、その熱はリード部を伝わって外部に移動する。しかし、本実施例のリード部は電極膜3a、3bの外周に設けた金属部材6a、6bであるので、局部的な熱移動を抑えることができ、中央部から外周に向かった均一で穏やかな温度分布を実現できる。したがって、熱応力による酸素イオン導電性基板および電極膜の割れを防ぐことができる。
【0023】
【発明の効果】
以上のように、請求項1に記載の発明によれば、酸素イオン導電性基板の熱応力による割れを防ぐことができる。
【0024】
また、請求項2〜9に記載の発明によれば、酸素ポンプの動作信頼性を確保でき、使用耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の酸素ポンプの断面図
【図2】本発明の実施例1における酸素ポンプの構成を示す分解斜視図
【図3】本発明の実施例1における酸素ポンプの構成を示す断面図
【符号の説明】
1 酸素ポンプ素子
2 酸素イオン導電性基板
3a、3b 電極膜
4a、4b リード部材
6a、6b 金属部材
7 外周部
9 絶縁材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxygen pump for electrochemically moving oxygen ions.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of oxygen pump, an oxygen pump shown in FIG. 1 has been disclosed (for example, see Patent Document 1). The
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-86204
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional oxygen pump, heat during the operation of the oxygen pump is radiated from the
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an oxygen pump element in which electrode films are formed on both surfaces of an oxygen ion conductive substrate, a metal member electrically connected to the outer periphery of the electrode film, and a metal member. It is an oxygen pump constituted by connected lead members.
[0006]
Since the lead member connects the metal member to the outer periphery instead of a part of the electrode film, it is possible to suppress a temperature unevenness due to a local temperature decrease due to heat radiation. Furthermore, if the lead member is connected to an arbitrary position on the metal member, the degree of freedom in taking out the power to the power source is increased.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to
[0008]
According to a second aspect of the present invention, an insulating material is disposed between two metal members. This can prevent the two metal members from coming into contact with each other and causing a short circuit.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, the insulating material has at least one of a porous shape and a hollow shape. By adopting these shapes, heat insulation by air becomes possible, and heat loss can be reduced.
[0010]
In the invention described in claim 4, the insulating material is at least one of mica, alumina, and silica. Since these insulating materials have heat resistance at the operating temperature of the oxygen pump, thermal deterioration of the insulating materials can be suppressed.
[0011]
The invention described in
[0012]
In the invention according to claim 6, the thickness of the metal member is 5 to 50 μm. Therefore, when strain occurs in a direction parallel to the surface of the metal member, the stress generated by the metal member can be reduced, and practical physical strength can be ensured.
[0013]
According to a seventh aspect of the present invention, the lead member is welded to the metal member. Therefore, the connection can be made easily and with high strength.
[0014]
In the invention according to
[0015]
In a ninth aspect of the present invention, the material of the lead member and the metal member is nickel. Therefore, a highly reliable connection can be obtained at a low cost.
[0016]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
(Example 1)
FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a configuration of the oxygen pump according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a sectional view thereof.
[0018]
The
[0019]
The oxygen pump of the present invention is manufactured by forming the
[0020]
The
[0021]
As a method of connecting the
[0022]
In the above configuration, when the oxygen ion conductive substrate is heated by a heater (not shown) and heated to 600 ° C. or higher, a DC voltage is applied using the
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, it is possible to prevent the oxygen ion conductive substrate from cracking due to thermal stress.
[0024]
Further, according to the second to ninth aspects of the invention, the operation reliability of the oxygen pump can be secured, and the use durability can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional oxygen pump. FIG. 2 is an exploded perspective view showing a configuration of an oxygen pump according to a first embodiment of the present invention. FIG. [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003134078A JP2004338964A (en) | 2003-05-13 | 2003-05-13 | Oxygen pump |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003134078A JP2004338964A (en) | 2003-05-13 | 2003-05-13 | Oxygen pump |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004338964A true JP2004338964A (en) | 2004-12-02 |
Family
ID=33524733
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003134078A Pending JP2004338964A (en) | 2003-05-13 | 2003-05-13 | Oxygen pump |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004338964A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006133106A (en) * | 2004-11-08 | 2006-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Oxygen pump element and oxygen supply device using it |
CN103616419A (en) * | 2013-11-22 | 2014-03-05 | 惠州市富济电子材料有限公司 | Organic matter and slurry for chip oxygen sensor insulating layer |
-
2003
- 2003-05-13 JP JP2003134078A patent/JP2004338964A/en active Pending
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