JP2005331339A - 酸素分圧制御装置及び酸素分圧制御用固体電解質の回復方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体電解質の作動温度に加熱保持可能な加熱炉1の内部に、空気又は純酸素が供給されるとともに、管状構造の固体電解質を含む少なくとも1つの酸素ポンプと管状構造の固体電解質を含む少なくとも2つの酸素センサが収納され、前記少なくとも1つの酸素ポンプと前記少なくとも2つの酸素センサは、前記空気又は純酸素を各固体電解質の管外パージガスとするように互いに並行して配置されるとともに、それら各固体電解質の管内を共通の処理ガスが流通可能に連結した酸素分圧制御装置。
【選択図】 図1
Description
前記少なくとも1つの酸素ポンプと前記少なくとも2つの酸素センサは、前記空気又は純酸素を各固体電解質の管外パージガスとするように互いに並行して配置されるとともに、それら各固体電解質の管内を共通の処理ガスが流通可能に連結し、
さらに、前記2つの酸素センサが検出した酸素分圧に基づいて前記酸素ポンプの作動を制御する酸素ポンプ作動制御手段と電気的に接続することを特徴とする、酸素分圧制御装置である。
本発明(2)は、前記酸素ポンプの管状構造の固体電解質の両端を、前記加熱炉の外部に張り出し、加熱炉から張り出した管の両端面をシール手段によって、管内を気密とするとともに、該シール手段を冷却する冷却手段をさらに設けたことを特徴とする、本発明(1)の酸素分圧制御装置である。
本発明(3)は、前記酸素センサは、管内全面に設けた多孔質電極と管外周に帯状に設けた多孔質電極とを含み、該両電極間に生じる電位差を検出することにより酸素分圧を測定するものであることを特徴とする、本発明(1)又は本発明(2)の何れか1発明の酸素分圧制御装置である。
本発明(4)は、前記酸素ポンプ作動制御手段は、そのPID定数が前記酸素分圧の関数としてそれぞれ定義され、前記酸素センサより酸素分圧の現在値がサンプリングされる都度、該関数に応じた値にそれぞれ自動調整され、該調整された後のPID定数に基づいて前記酸素ポンプの作動をPID制御するものであることを特徴とする、本発明(1)〜本発明(3)の何れか1発明の酸素分圧制御装置である。
本発明(5)は、前記加熱炉は、少なくとも1つの円柱状の抵抗発熱体を含み、前記各固体電解質に対して互いに並行して配置され、かつその固体電解質の本数と抵抗発熱体の本数の比が1/2〜6であることを特徴とする、本発明(1)〜本発明(4)の何れか1発明の酸素分圧制御装置である。
本発明(6)は、前記抵抗発熱体と前記固体電解質の軸線方向にみて、前記抵抗発熱体の軸心を中心とするハニカム構造の各頂点の位置に、各固体電解質の軸心がそれぞれ位置するように、均等な間隔をもって配置されていることを特徴とする、本発明(5)の酸素分圧制御装置である。
本発明(7)は、少なくとも2つの空間を離隔する固体電解質を少なくとも1つ含む加熱炉を、前記固体電解質の作動温度に昇温する工程、
前記固体電解質の表裏に設けられた電極間に電圧を印加し、前記何れか一方の空間におけるガスから他方の空間のガスに、前記固体電解質を介して酸素を排出する工程、
酸素分圧が低減されたガスと接触していた側の固体電解質表面に、大気圧の純酸素又は空気を導入し、該固体電解質表面を再酸化する工程、
前記加熱炉を前記固体電解質作動温度から降温する工程を少なくとも含むことを特徴とする、酸素分圧制御用固体電解質の回復方法である。
本発明(8)は、前記昇温する工程における平均昇温速度が3〜6℃/分であり、かつ前記降温する工程における平均降温速度が3〜6℃/分であることを特徴とする、本発明(7)の酸素分圧制御用固定電解質の回復方法である。
2 ジルコニア管
3 フランジ
4 内面多孔質電極
5 外面多孔質電極
6 内面電極用白金線
7 外面電極用白金線
8 冷却手段
9 抵抗加熱体
Fin 外部処理装置ガス給気管
Fout 外部処理装置ガス排気管
Gin 供給Arガス流
Gout 排気Arガス流
Claims (8)
- 固体電解質の作動温度に加熱保持可能な加熱炉の内部に、空気又は純酸素が供給されるとともに、管状構造の固体電解質を含む少なくとも1つの酸素ポンプと管状構造の固体電解質を含む少なくとも2つの酸素センサが収納され、
前記少なくとも1つの酸素ポンプと前記少なくとも2つの酸素センサは、前記空気又は純酸素を各固体電解質の管外パージガスとするように互いに並行して配置されるとともに、それら各固体電解質の管内を共通の処理ガスが流通可能に連結し、
さらに、前記2つの酸素センサが検出した酸素分圧に基づいて前記酸素ポンプの作動を制御する酸素ポンプ作動制御手段と電気的に接続することを特徴とする、酸素分圧制御装置。 - 前記酸素ポンプの管状構造の固体電解質の両端を、前記加熱炉の外部に張り出し、加熱炉から張り出した管の両端面をシール手段によって、管内を気密とするとともに、該シール手段を冷却する冷却手段をさらに設けたことを特徴とする、請求項1記載の酸素分圧制御装置。
- 前記酸素センサは、管内全面に設けた多孔質電極と管外周に帯状に設けた多孔質電極とを含み、該両電極間に生じる電位差を検出することにより酸素分圧を測定するものであることを特徴とする、請求項1又は2の何れか1項記載の酸素分圧制御装置。
- 前記酸素ポンプ作動制御手段は、そのPID定数が前記酸素分圧の関数としてそれぞれ定義され、前記酸素センサより酸素分圧の現在値がサンプリングされる都度、該関数に応じた値にそれぞれ自動調整され、該調整された後のPID定数に基づいて前記酸素ポンプの作動をPID制御するものであることを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項記載の酸素分圧制御装置。
- 前記加熱炉は、少なくとも1つの円柱状の抵抗発熱体を含み、前記各固体電解質に対して互いに並行して配置され、かつその固体電解質の本数と抵抗発熱体の本数の比が1/3〜6であることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項記載の酸素分圧制御装置。
- 前記抵抗発熱体と前記固体電解質の軸線方向にみて、前記抵抗発熱体の軸心を中心とするハニカム構造の各頂点の位置に、各固体電解質の軸心がそれぞれ位置するように、均等な間隔をもって配置されていることを特徴とする、請求項5記載の酸素分圧制御装置。
- 少なくとも2つの空間を離隔する固体電解質を少なくとも1つ含む加熱炉を、前記固体電解質の作動温度に昇温する工程、
前記固体電解質の表裏に設けられた電極間に電圧を印加し、前記何れか一方の空間におけるガスから他方の空間のガスに、前記固体電解質を介して酸素を排出する工程、
酸素分圧が低減されたガスと接触していた側の固体電解質表面に、大気圧の純酸素又は空気を導入し、該固体電解質表面を再酸化する工程、
前記加熱炉を前記固体電解質作動温度から降温する工程を少なくとも含むことを特徴とする、酸素分圧制御用固体電解質の回復方法。 - 前記昇温する工程における平均昇温速度が3〜6℃/分であり、かつ前記降温する工程における平均降温速度が3〜6℃/分であることを特徴とする請求項7記載の酸素分圧制御用固定電解質の回復方法。
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