JP2006008457A - Oxygen pumping device and oxygen supplying apparatus using the same - Google Patents

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Hironao Numamoto
浩直 沼本
Kenzo Ochi
謙三 黄地
Akihiro Umeda
章広 梅田
Takeshi Nagai
彪 長井
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a period of time capable of supplying oxygen by improving rising characteristics of an oxygen pumping device. <P>SOLUTION: The oxygen pumping device is equipped with at least an oxygen ion conductive solid electrolyte 16, electrode membranes 17, 18 which are formed on the both surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte 16 and constitute positive and negative electrodes, and lead members 29, 30 derived from the electrode membranes 17, 18. In the oxygen pumping device, a setting voltage A is applied at initial driving time, and thereafter the applied voltage is reduced, and at steady operation time, the oxygen pumping device is operated at a setting voltage B. Thereby, the rise time after that it becomes possible to supply oxygen can be more shortened. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質を用いた酸素ポンプ素子とその素子を搭載した酸素供給装置に関するものである。   The present invention relates to an oxygen pump element using an oxygen ion conductive solid electrolyte and an oxygen supply device equipped with the element.

従来この種の酸素ポンプ素子として、図6に示す酸素ポンプ素子が開示されている(例えば特許文献1参照)。酸素ポンプ素子は、酸素イオン導電性基板1の両側に電極膜2、3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4、5がそれぞれ特定の一部分より取り出されて電源(図示せず)と接続されている。酸素イオン導電性基板1は支持材6で保持されている。   Conventionally, as this type of oxygen pump element, an oxygen pump element shown in FIG. 6 has been disclosed (see, for example, Patent Document 1). The oxygen pump element is configured by forming electrode films 2 and 3 on both sides of the oxygen ion conductive substrate 1. Lead members 4 and 5 are respectively taken out from specific portions from the respective electrode films and connected to a power source (not shown). The oxygen ion conductive substrate 1 is held by a support material 6.

また、この種の酸素ポンプ素子装置としては、図7に示すようなものがある(例えば特許文献2参照)。図7において、酸素ポンプ素子7は、アルミナなどの多孔質基板8に形成された第1電極9と酸素イオン伝導体の薄膜10と第2電極11とから構成され、第1電極膜9は白金の微粒子を多孔質基板8に、第2電極11は白金の微粒子を酸素イオン伝導体の薄膜10に結合して得られる薄膜を形成した構成としている。加熱手段12は、アルミナ基板などの絶縁性基板13上に導電性ペーストをスクリーン印刷でパターン形成してなるヒータ印刷膜14から構成され、加熱手段12は筐体15に内包されておらず大気に解放された状態で配置されている。   Moreover, as this type of oxygen pump element device, there is one as shown in FIG. 7 (see, for example, Patent Document 2). In FIG. 7, the oxygen pump element 7 includes a first electrode 9 formed on a porous substrate 8 such as alumina, a thin film 10 of oxygen ion conductor, and a second electrode 11, and the first electrode film 9 is made of platinum. These fine particles are formed on the porous substrate 8, and the second electrode 11 has a structure in which a thin film obtained by combining platinum fine particles with the thin film 10 of the oxygen ion conductor is formed. The heating unit 12 includes a heater print film 14 formed by patterning a conductive paste on an insulating substrate 13 such as an alumina substrate by screen printing. The heating unit 12 is not included in the housing 15 and is in the atmosphere. Arranged in a released state.

この構成において、加熱手段12によって酸素ポンプ素子7を酸素ポンプとして動作する温度に加熱し、第1電極9をカソード、第2電極11をアノードとして両電極間に直流電圧を印加すると、図中矢印で示すように第1電極9に解離吸着された空気中の酸素は酸素イオンとして酸素イオン伝導体の薄膜10中を移動し第2電極11に運ばれ、酸素分子となって大気中に放出される。これによって、筐体15に取り付けられた容器内の酸素濃度を減少させることができるというものである
特開2000−86204号公報 特開平11−23525号公報
In this configuration, when the oxygen pump element 7 is heated to a temperature at which the oxygen pump element 7 operates as an oxygen pump by the heating means 12 and a DC voltage is applied between both electrodes using the first electrode 9 as a cathode and the second electrode 11 as an anode, As shown in FIG. 5, oxygen in the air dissociated and adsorbed by the first electrode 9 moves as oxygen ions in the thin film 10 of the oxygen ion conductor and is carried to the second electrode 11 to be released into the atmosphere as oxygen molecules. The Thereby, the oxygen concentration in the container attached to the housing 15 can be reduced.
JP 2000-86204 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-23525

しかしながら、特許文献1の酸素ポンプ素子では、酸素ポンプ素子動作時の熱量がリード部材4、5に集中し、酸素イオン導電性基板2に局部的な温度斑部分が生じるため、熱応力によって固体電解質に割れが発生するという課題があった。このため酸素ポンプ素子の動作時に発生する大きな熱をいかに斑なく分散させ、かつその部分の長期的な保証を持たせるかが課題となっていた。素子に印加する電圧の時期については特に詳細な記述はないが、一般的には酸素ポンプ素子を所定の温度に加温した後に印加している。   However, in the oxygen pump element of Patent Document 1, the amount of heat during operation of the oxygen pump element concentrates on the lead members 4 and 5 and local temperature spots are generated on the oxygen ion conductive substrate 2. There was a problem that cracking occurred. For this reason, there has been a problem of how to disperse the large heat generated during the operation of the oxygen pump element without any unevenness and to provide a long-term guarantee for that portion. Although there is no specific description about the timing of the voltage applied to the element, it is generally applied after the oxygen pump element is heated to a predetermined temperature.

また、特許文献2の酸素ポンプ装置の構成では、酸素ポンプ素子7と加熱手段12が大気に解放された状態にあるので、加熱手段12からの熱エネルギーは酸素ポンプ素子7だけでなく大気中の空気の加熱にも使われ、その結果、熱効率が悪くなり、酸素ポンプ素子7を作動させる温度に昇温させるのに必要な加熱手段12の消費電力が高くなるとともに、酸素ポンプ素子の酸素イオンの輸送効率が悪いという課題を有していた。また、実施例では加熱手段12は酸素ポンプ素子7の上部に配置されているので酸素ポンプ素子7の加熱は輻射熱がほとんどとなり、加熱された空気の対流熱を利用できないという欠点を有していた。この場合にも素子に印加する電圧の時期については特に詳細な記述はないが、一般的には酸素ポンプ素子を所定の温度に加温した後に印加している。   Further, in the configuration of the oxygen pump device of Patent Document 2, since the oxygen pump element 7 and the heating means 12 are released to the atmosphere, the thermal energy from the heating means 12 is not only in the oxygen pump element 7 but also in the atmosphere. It is also used for air heating. As a result, the thermal efficiency is deteriorated, the power consumption of the heating means 12 necessary for raising the temperature to the temperature at which the oxygen pump element 7 is operated increases, and the oxygen ions of the oxygen pump element are increased. It had the problem of poor transport efficiency. Further, in the embodiment, since the heating means 12 is disposed on the upper part of the oxygen pump element 7, the oxygen pump element 7 has a drawback that most of the radiant heat is used and the convection heat of the heated air cannot be used. . In this case as well, the timing of the voltage applied to the element is not specifically described, but in general, it is applied after the oxygen pump element is heated to a predetermined temperature.

本発明は、前記従来の課題を解決するのもので、固体電解質に印加する電圧を意図的に変動させることで、酸素供給可能となる時間、すなわち酸素ポンプ素子としての立ち上がり性を改善させ、より短時間に酸素供給可能な酸素ポンプ素子とその素子を搭載した酸素供給装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and by intentionally changing the voltage applied to the solid electrolyte, the time during which oxygen can be supplied, that is, the start-up property as an oxygen pump element is improved. It is an object of the present invention to provide an oxygen pump element capable of supplying oxygen in a short time and an oxygen supply device equipped with the element.

前記従来の課題を解決するために、本発明の酸素ポンプ素子は、少なくとも酸素イオン伝導性の固体電解質と、前記酸素イオン伝導性の固体電解質の両面に形成された正負両極を構成する電極膜と、前記電極膜より導かれたリード部材とを具備し、初期駆動時に設定電圧Aを印加して、その後印加電圧を低下させ、定常動作時は設定電圧Bにて動作させる構成としたものである。   In order to solve the conventional problem, an oxygen pump element of the present invention includes at least an oxygen ion conductive solid electrolyte, and electrode films constituting positive and negative electrodes formed on both surfaces of the oxygen ion conductive solid electrolyte. And a lead member led from the electrode film, and is configured to apply the set voltage A at the initial drive, then lower the applied voltage, and operate at the set voltage B during steady operation. .

これによって、初期時に固体電解質へ高電圧を印加させることによって、室温でも固体電解質自体に低電流が流れ、内部発熱がおこる。その結果固体電解質を定常動作させる温度、たとえばランタンガレート系では550〜600℃へ短時間で加熱可能となる。その結果従来のように間接加熱だけで所定温度となってから固体電解質へ電圧を印加するよりも速く酸素を供給可能となる。   Accordingly, by applying a high voltage to the solid electrolyte at the initial stage, a low current flows through the solid electrolyte itself even at room temperature, and internal heat generation occurs. As a result, the temperature at which the solid electrolyte is steadily operated, for example, lanthanum gallate system, can be heated to 550 to 600 ° C. in a short time. As a result, oxygen can be supplied faster than applying a voltage to the solid electrolyte after a predetermined temperature is reached only by indirect heating as in the prior art.

本発明の酸素ポンプ素子は、酸素供給可能となる立ち上がり時間をより短縮化可能となる。   The oxygen pump element of the present invention can further shorten the rise time during which oxygen can be supplied.

第1の発明は、少なくとも酸素イオン伝導性の固体電解質と、前記酸素イオン伝導性の固体電解質の両面に形成された正負両極を構成する電極膜と、前記電極膜より導かれたリード部材とを具備し、初期駆動時に設定電圧Aを印加して、その後印加電圧を低下させ、定常動作時は設定電圧Bにて動作させる構成とすることにより、初期時に固体電解質に高電圧が印加させることによって、室温でも固体電解質自体に低電流が流れ、内部発熱がおこる。その結果固体電解質を定常動作させる温度、たとえばランタンガレート系では550〜600℃へ短時間で加熱可能となる。その結果従来のように間接加熱だけで所定温度となってから電圧を印加するよりも速く酸素を供給可能となる。   The first invention includes at least an oxygen ion conductive solid electrolyte, an electrode film constituting both positive and negative electrodes formed on both surfaces of the oxygen ion conductive solid electrolyte, and a lead member led from the electrode film. By providing a configuration in which a set voltage A is applied at the time of initial driving, and then the applied voltage is lowered, and the set voltage B is operated at the time of steady operation so that a high voltage is applied to the solid electrolyte at the initial stage. Even at room temperature, a low current flows through the solid electrolyte itself, causing internal heat generation. As a result, the temperature at which the solid electrolyte is steadily operated, for example, lanthanum gallate system, can be heated to 550 to 600 ° C. in a short time. As a result, oxygen can be supplied faster than applying a voltage after a predetermined temperature is reached only by indirect heating as in the prior art.

第2の発明は、固体電解質に印加させる電圧値を、固体電解質内部を流れる電流値を検知しながら、スイープさせて設定電圧Bに低下させること構成とすることにより、たとえばランタンガレート系では約400℃から酸素イオン伝導特性が急激に起こるので、電流値を検知しながら電圧をスイープさせることで、固体電解質にクラック等を発生させることなく起動させることができる。   In the second invention, the voltage value applied to the solid electrolyte is reduced to the set voltage B by sweeping while detecting the value of the current flowing through the solid electrolyte. Since the oxygen ion conduction characteristics abruptly occur from 0 ° C., the solid electrolyte can be activated without causing cracks or the like by sweeping the voltage while detecting the current value.

第3の発明は、特に、第1または第2の発明の酸素ポンプ素子に対して、正極、負極あるいは正負両極の電極膜外周部に金属箔部材が接合されている構成とすることにより、金属箔部材が酸素ポンプ素子の製造過程で受ける引っ張り等の熱歪を緩和できるため、たとえば金属箔が10μmと薄い場合にも部材を反りのない状態に仕上げることができる。また酸素ポンプ素子として使用された場合、電極膜からリード部へと大電流が流れるが、この時に発生する大きな熱ストレスに対しても薄い金属箔の柔軟性で対応することができる。   In the third invention, in particular, with the oxygen pump element of the first or second invention, a metal foil member is bonded to the outer peripheral portion of the positive electrode, the negative electrode, or both the positive and negative electrode films. Since the thermal distortion such as tension that the foil member receives in the process of manufacturing the oxygen pump element can be alleviated, for example, even when the metal foil is as thin as 10 μm, the member can be finished in a warp-free state. When used as an oxygen pump element, a large current flows from the electrode film to the lead portion, but it is possible to cope with a large thermal stress generated at this time with the flexibility of the thin metal foil.

第4の発明は、特に、第1〜第3の発明の金属箔部材に対して、電極膜と連結構造となる金属箔部材は、接合部分に導電層が形成されるとともに前記導電層と連通する導電膜が所定幅形成されている構成することにより、金属箔部材が酸素ポンプ素子の製造過程で受ける引っ張り等の熱歪を緩和できるため、たとえば金属箔が10μmと薄い場合にも部材を反りのない状態に仕上げることができる。また酸素ポンプ素子として使用された場合、電極膜から導電膜へと大電流が流れるが、この時に発生する大きな熱量に対しても所定の幅を有した導電膜によって金属箔の酸化腐食を防御することができる。また導電膜に比較すると安価で十分な機械的強度を有するので印刷パターンを工夫して曲げ強度をより向上させるような設計自由度を保持させることもできる。   In the fourth invention, in particular, with respect to the metal foil members of the first to third inventions, the metal foil member that is connected to the electrode film has a conductive layer formed at the joint portion and communicates with the conductive layer. Since the conductive film to be formed is formed with a predetermined width, the metal foil member can relieve thermal strain such as tension received in the manufacturing process of the oxygen pump element. For example, even when the metal foil is as thin as 10 μm, the member is warped. It can finish in the state without. Also, when used as an oxygen pump element, a large current flows from the electrode film to the conductive film, but the conductive film having a predetermined width protects against oxidative corrosion of the metal foil against the large amount of heat generated at this time. be able to. Moreover, since it is cheaper and has sufficient mechanical strength as compared with the conductive film, it is possible to maintain a degree of design freedom by improving the bending strength by devising the printing pattern.

第5の発明は、特に、第1〜第4の発明の酸素ポンプ素子に対して、初期駆動時に印加する設定電圧Aが100V〜10kVである構成とすることにより、室温付近では高い抵抗値を有する固体電解質に対しても約数〜数十mAレベルの電流が流れ、その結果固体電解質内部で自己発熱させることができ、酸素ポンプ素子の立ち上がりを速くすることができる。   In the fifth invention, in particular, the oxygen pump element according to the first to fourth inventions has a configuration in which the set voltage A applied during initial driving is 100 V to 10 kV, so that a high resistance value is obtained near room temperature. A current of about several to several tens mA flows through the solid electrolyte, and as a result, self-heating can be caused inside the solid electrolyte, and the rise of the oxygen pump element can be accelerated.

第5の発明は、特に、第1〜第5の発明の酸素ポンプ素子に対して、初期駆動時に印加する設定電圧Aと定常動作時に印加する設定電圧Bとの比がA/Bが100以上である構成とすることにより、室温付近では高い抵抗値を有する固体電解質に対しても約数〜数十mAレベルの電流が流れ、その結果固体電解質内部で自己発熱させることができ、酸素ポンプ素子の立ち上がりを速くすることができる。   In the fifth invention, in particular, for the oxygen pump elements of the first to fifth inventions, the ratio of the set voltage A applied during initial driving to the set voltage B applied during steady operation is A / B of 100 or more. With this configuration, a current of about several to several tens of mA flows even for a solid electrolyte having a high resistance value near room temperature, and as a result, self-heating can be generated inside the solid electrolyte. Can rise faster.

第7の発明は、特に、第1〜第6のいずれか一つの発明の金属箔部材に対して、アルミニウムを含有したフェライト系ステンレスである構成とすることにより、高温酸化に対して優れた特性を有するようになり、800℃付近での長期使用に対して安定した特性を維持できる。   The seventh aspect of the invention is particularly excellent in resistance to high-temperature oxidation by using a ferritic stainless steel containing aluminum for the metal foil member of any one of the first to sixth aspects of the invention. Thus, stable characteristics can be maintained for long-term use around 800 ° C.

第8の発明は、特に、第1〜第7のいずれか一つの発明の固体電解質をランタンガレートとすることによって、ランタンガレートはランタンとガリウムを主成分としたペロブスカイト型複合金属酸化物であり、400℃以上で酸素イオン伝導性を有す。したがって酸素ポンプ素子の動作温度を600℃程度の比較的低温に保持することで十分な能力を得ることができるため、長期的にも酸素ポンプ素子の劣化を抑制できる。   The eighth invention is a perovskite type composite metal oxide mainly composed of lanthanum and gallium by using the solid electrolyte of any one of the first to seventh inventions as lanthanum gallate, It has oxygen ion conductivity at 400 ° C or higher. Therefore, since sufficient capability can be obtained by maintaining the operating temperature of the oxygen pump element at a relatively low temperature of about 600 ° C., deterioration of the oxygen pump element can be suppressed even in the long term.

第9の発明は、特に、第1〜第8のいずれか一つの発明の導電膜の幅を3〜7mmとすることによって、金属箔部材に形成された導電膜に大電流が流れることによって電極膜との接合部付近が局部的に高温になった場合にも酸化腐食を防御することができ、酸素ポンプ素子の長期安定性を向上させることができた。   In the ninth aspect of the invention, in particular, by setting the width of the conductive film of any one of the first to eighth aspects to 3 to 7 mm, a large current flows through the conductive film formed on the metal foil member, whereby the electrode Even when the vicinity of the junction with the membrane was locally heated, the oxidative corrosion could be prevented, and the long-term stability of the oxygen pump element could be improved.

第10の発明は、特に、第1〜第9のいずれか一つの発明の酸素ポンプ素子と、前記酸素ポンプ素子に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段を制御する電圧制御手段と、前記酸素ポンプ素子を加熱する加熱手段と、前記酸素ポンプ素子の温度を検知して前記加熱手段を制御する温度制御手段と、前記加熱手段および前記酸素ポンプ素子の熱拡散を防止する通気性の断熱手段と、前記酸素ポンプ素子を介して発生した酸素を空気と混合して所定酸素濃度の混合ガスにする混合手段とを備え、初期駆動時に加熱手段を動作させるとともに前記酸素ポンプ素子に設定電圧Aを印加して、その後前記酸素ポンプ素子の印加電圧を低下させ、定常動作時は設定電圧Bにて動作させる構成とすることにより、酸素ポンプ素子と加熱手段が大気に直接触れることがないので加熱手段による酸素ポンプ素子への熱効率が向上し、酸素ポンプ素子の加熱に必要な電力を小さくすることができ、省エネルギー化を図ることができる。また、素子への印加電圧を意図的に変化させることで酸素供給可能となる時間を短縮させることができる。また酸素ポンプ素子全体を均一に加熱することができるので、酸素ポンプ素子の破損防止効果を向上させることができる。また、酸素ポンプ素子、区画手段、加熱手段が通気機能を有する断熱材に覆われた簡素な構造とすることができるので酸素ポンプの小型化が可能となり、機器への実装を容易にすることができる。   In particular, the tenth invention is the oxygen pump element according to any one of the first to ninth inventions, a voltage applying means for applying a voltage to the oxygen pump element, and a voltage control means for controlling the voltage applying means. Heating means for heating the oxygen pump element; temperature control means for detecting the temperature of the oxygen pump element to control the heating means; and air permeability for preventing thermal diffusion of the heating means and the oxygen pump element. A heat insulating means, and a mixing means that mixes oxygen generated through the oxygen pump element with air to form a mixed gas having a predetermined oxygen concentration, operates the heating means during initial driving, and sets a voltage to the oxygen pump element. After applying A, the applied voltage of the oxygen pump element is lowered, and at a steady operation, the oxygen pump element and the heating means are operated in the atmosphere by operating at the set voltage B. Since there is no direct contact thermal efficiency is improved to the oxygen pump element by the heating means, it is possible to reduce the power required to heat the oxygen pump element, it is possible to achieve energy saving. Moreover, the time during which oxygen can be supplied can be shortened by intentionally changing the voltage applied to the element. Moreover, since the whole oxygen pump element can be heated uniformly, the damage prevention effect of the oxygen pump element can be improved. Further, since the oxygen pump element, the partitioning means, and the heating means can be a simple structure covered with a heat insulating material having a ventilation function, the oxygen pump can be miniaturized and can be easily mounted on a device. it can.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における酸素ポンプ素子の断面構成図を示すものであり、図2は酸素ポンプ素子の概略組立構成図を示すものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration diagram of an oxygen pump element according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a schematic assembly configuration diagram of the oxygen pump element.

図1において、固体電解質16は置換型のランタンガレート(La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2)の焼結体を任意の厚さの平板状に成型したものであり、表面に正電極膜17と負電極膜18が酸素イオン伝導性を発現するように結合されている。ここでは固体電解質16として寸法30×30mm、厚み100μmを想定して説明する。 In FIG. 1, a solid electrolyte 16 is formed by molding a sintered body of substitutional type lanthanum gallate (La 0.8 Sr 0.2 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3 ) into a flat plate having an arbitrary thickness. The positive electrode film 17 and the negative electrode film 18 are coupled to the surface so as to express oxygen ion conductivity. Here, the solid electrolyte 16 will be described assuming a size of 30 × 30 mm and a thickness of 100 μm.

正電極膜17と負電極膜18には、導電性を有するペロブスカイト型複合酸化物を用いた。具体的には、Sm0.5Sr0.5CoOを有機溶剤であるセルロース系ビヒクルと混合したペーストを、スクリーン印刷により印刷膜を形成し、乾燥後、1100℃にて焼成することにより膜厚約10μmの多孔性を有した正負電極膜を形成した。 For the positive electrode film 17 and the negative electrode film 18, a perovskite complex oxide having conductivity was used. Specifically, a paste obtained by mixing Sm 0.5 Sr 0.5 CoO 3 with a cellulosic vehicle, which is an organic solvent, forms a printed film by screen printing, and after drying, is fired at 1100 ° C. A positive and negative electrode film having a thickness of about 10 μm was formed.

更に、正電極膜17と負電極膜18の表面上には、Auの多孔性導電膜19、20を積層した。この場合、Auペーストを使い、スクリーン印刷により印刷膜を形成し、乾燥後、800℃にて焼成することにより膜厚約3μmの導電膜を形成した。導電膜19、20は、正負電極膜17、18間に電圧を印加した時の電位に対して固体電解質の面分布ムラを改善できる。   Further, Au porous conductive films 19 and 20 were laminated on the surfaces of the positive electrode film 17 and the negative electrode film 18. In this case, a printed film was formed by screen printing using Au paste, dried, and baked at 800 ° C. to form a conductive film having a thickness of about 3 μm. The conductive films 19 and 20 can improve the surface distribution unevenness of the solid electrolyte with respect to the potential when a voltage is applied between the positive and negative electrode films 17 and 18.

負電極膜18側には導電性を有する金属箔部材21と連結されている。金属箔部材21としてはFe−20Cr−5Al、12μmを使用し、負電極膜18側が露出するように開口部が設けられている。金属箔部材21が固体電解質18と連結される内周部の両側表面には導電膜22、23が形成されている。導電膜22、23はAgPdペーストを使用してスクリーン印刷により印刷膜を形成し、乾燥後、800℃にて焼成することにより膜厚約3μmの導電膜を幅5mmで形成した。また正電極膜17側も導電性を有する金属箔部材24と連結されている。ここでも負電極膜18側と同様な材料を使用し、正電極膜17側が露出するように開口部が設けられている。金属箔部材24が固体電解質16と連結される内周部の両側表面には導電膜25、26が形成されている。負電極膜18側に配置される金属箔部材21は正電極膜17側に配置される金属箔部材24よりも大きく、固体電解質16で選択的に酸素を輸送する時の空間区画手段としても使用されるようになっている。金属箔部材21、24は正電極膜17側の導電膜19、負電極膜18側の導電膜20と導電層27、28を介して接合されている。導電層27はAuペーストを使い、乾燥後、800℃にて焼成することにより、膜厚約4μmの導電層が金属箔部材24の導電膜25、26と導通するように形成し、導電層28もAuペーストを使い、乾燥後、800℃にて焼成することにより、膜厚約4μmの導電層が金属箔部材21の導電膜22、23と導通するように形成した。また金属箔部材21に形成された導電膜22側よりリード部材29と結線され、金属箔部材24に形成された導電膜26側よりリード部材30と結線されている。また絶縁部材31によって金属箔部材24が金属箔部材21と短絡するのを防止している。絶縁部材31としては厚み0.15mmのマイカシートを使用した。リード部材29および30は固体電解質16の面に対して同一方向に配置されるため、酸素供給装置を製造する上で、構造的なレイアウト構成を簡素化することができる。   A conductive metal foil member 21 is connected to the negative electrode film 18 side. As the metal foil member 21, Fe-20Cr-5Al, 12 [mu] m is used, and an opening is provided so that the negative electrode film 18 side is exposed. Conductive films 22 and 23 are formed on both side surfaces of the inner periphery where the metal foil member 21 is connected to the solid electrolyte 18. For the conductive films 22 and 23, a printed film was formed by screen printing using AgPd paste, and after drying, the conductive film having a thickness of about 3 μm was formed with a width of 5 mm by baking at 800 ° C. The positive electrode film 17 side is also connected to a conductive metal foil member 24. Here, the same material as that on the negative electrode film 18 side is used, and an opening is provided so that the positive electrode film 17 side is exposed. Conductive films 25 and 26 are formed on both side surfaces of the inner periphery where the metal foil member 24 is connected to the solid electrolyte 16. The metal foil member 21 disposed on the negative electrode film 18 side is larger than the metal foil member 24 disposed on the positive electrode film 17 side, and is also used as a space partition means when oxygen is selectively transported by the solid electrolyte 16. It has come to be. The metal foil members 21 and 24 are bonded to the conductive film 19 on the positive electrode film 17 side and the conductive film 20 on the negative electrode film 18 side through conductive layers 27 and 28. The conductive layer 27 is made of Au paste, dried and baked at 800 ° C., so that the conductive layer having a film thickness of about 4 μm is formed to be electrically connected to the conductive films 25 and 26 of the metal foil member 24. Also, the conductive layer having a thickness of about 4 μm was formed so as to be electrically connected to the conductive films 22 and 23 of the metal foil member 21 by using Au paste and drying and baking at 800 ° C. Further, the lead member 29 is connected from the conductive film 22 side formed on the metal foil member 21, and the lead member 30 is connected from the conductive film 26 side formed on the metal foil member 24. The insulating member 31 prevents the metal foil member 24 from being short-circuited with the metal foil member 21. As the insulating member 31, a mica sheet having a thickness of 0.15 mm was used. Since the lead members 29 and 30 are arranged in the same direction with respect to the surface of the solid electrolyte 16, the structural layout configuration can be simplified in manufacturing the oxygen supply device.

図3は上記酸素ポンプ素子を使用した酸素供給装置の概略断面構成図を示すものである。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional configuration diagram of an oxygen supply apparatus using the oxygen pump element.

固体電解質に対して空間区画手段となる金属箔部材21の周囲には、電気絶縁性のガス封止剤32で支持体33に固定されている。   Around the metal foil member 21 serving as a space partitioning means for the solid electrolyte, it is fixed to a support 33 with an electrically insulating gas sealant 32.

また、正電極膜17側および負電極膜18側には、導線を介して電圧印加手段34と電流値検出手段35が接続されており、電圧印加手段34には、電圧制御手段36が接続されている。   In addition, a voltage application unit 34 and a current value detection unit 35 are connected to the positive electrode film 17 side and the negative electrode film 18 side via a conductor, and a voltage control unit 36 is connected to the voltage application unit 34. ing.

加熱手段37を構成するヒータ38は、負電極18側の表面に対向して配置され、固体電解質16の温度を検知する手段39aを有する温度制御手段39が、加熱手段37に信号を送っている。   The heater 38 constituting the heating unit 37 is disposed opposite to the surface on the negative electrode 18 side, and a temperature control unit 39 having a unit 39 a for detecting the temperature of the solid electrolyte 16 sends a signal to the heating unit 37. .

固体電解質16の温度を検知する手段39aは、温度センサーあるいは他の方法であってもよい。センサーの場合、固体電解質16の近傍に配置されるかあるいは、任意の個所に配置してよい。温度制御手段39が検知する固体電解質16の温度によって、温度制御手段39が、加熱手段37を構成するヒータ38の入力制御を行う。   The means 39a for detecting the temperature of the solid electrolyte 16 may be a temperature sensor or another method. In the case of a sensor, the sensor may be disposed in the vicinity of the solid electrolyte 16 or may be disposed at an arbitrary position. Depending on the temperature of the solid electrolyte 16 detected by the temperature control means 39, the temperature control means 39 controls the input of the heater 38 constituting the heating means 37.

ヒータ38が発生する熱の損失を抑制するための通気性の断熱部材が断熱手段40および41である。ここでは、シリカとアルミナを主成分とする平板状に成型された断熱材を用いた。酸素供給装置を構成する各要素と全体の形状保持のための容器42は、負電極膜18側に、通気用の開口部43を設けている。   The heat insulating means 40 and 41 are breathable heat insulating members for suppressing the loss of heat generated by the heater 38. Here, the heat insulating material shape | molded in the flat form which has a silica and an alumina as a main component was used. Each element constituting the oxygen supply device and the container 42 for maintaining the overall shape are provided with an opening 43 for ventilation on the negative electrode film 18 side.

また、容器42の正電極膜17側には、通気口44を介して、ガスの混合手段45が連結されている。混合手段45は、ガス誘導管46と、被混合ガス導入管47と、ガス混合器48と、ガスポンプ49によって構成されている。   A gas mixing means 45 is connected to the positive electrode film 17 side of the container 42 through a vent 44. The mixing unit 45 includes a gas induction pipe 46, a mixed gas introduction pipe 47, a gas mixer 48, and a gas pump 49.

以上のように構成された酸素供給装置について、以下その動作、作用を説明する。   About the oxygen supply apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.

まず、酸素供給装置は、室内空気等の大気中に置かれる。この時、窒素や酸素などの大気成分(以下、単に窒素、酸素とする)は、酸素ポンプ装置を構成する通気性の断熱材である断熱手段40および41の内部を通過して正電極膜17側および負電極膜18側の表面まで拡散した状態で安定している。   First, the oxygen supply device is placed in the atmosphere such as room air. At this time, atmospheric components such as nitrogen and oxygen (hereinafter simply referred to as nitrogen and oxygen) pass through the inside of the heat insulating means 40 and 41 which are breathable heat insulating materials constituting the oxygen pump device, and the positive electrode film 17. It is stable in a state of diffusing up to the surface on the side and the negative electrode film 18 side.

この状態において温度制御手段39によってヒータ38に通電すると、断熱手段40および41内の固体電解質16の温度が上昇する。さらに電圧印加手段34によって固体電解質16の正電極膜17、負電極膜18間に100Vを印加する。すると固体電解質内部を数十mAの電流が流れる。ヒータ38によって固体電解質が間接加熱されるとともに、固体電解質内部を流れる電流からの自己発熱によって温度上昇し、固体電解質の抵抗値が徐々に低下するため、流れる電流値は増大する。さらにランタンガレートは約400℃から急激に酸素イオン伝導特性が発現れるため、急激に電流値が増大することとなる。固体電解質を流れる電流値は電流値検出手段35で計測しているので、ここからの信号を受けて電圧制御手段36で固体電解質16への印加電圧を制御する。   In this state, when the heater 38 is energized by the temperature control means 39, the temperature of the solid electrolyte 16 in the heat insulation means 40 and 41 rises. Further, 100 V is applied between the positive electrode film 17 and the negative electrode film 18 of the solid electrolyte 16 by the voltage applying means 34. Then, a current of several tens mA flows inside the solid electrolyte. While the solid electrolyte is indirectly heated by the heater 38, the temperature rises due to self-heating from the current flowing inside the solid electrolyte, and the resistance value of the solid electrolyte gradually decreases, so that the flowing current value increases. Furthermore, since lanthanum gallate exhibits oxygen ion conduction characteristics abruptly from about 400 ° C., the current value increases abruptly. Since the current value flowing through the solid electrolyte is measured by the current value detection means 35, the voltage applied to the solid electrolyte 16 is controlled by the voltage control means 36 in response to a signal from the current value detection means 35.

温度制御手段38は、固体電解質16が動作するのに必要な温度、約600℃となるよう、ヒータ37を制御しながら通電していく。但し、この温度が限定を受けるものではなく、固体電解質16の特性に合わせて、任意の温度の動作も可能である。   The temperature control means 38 is energized while controlling the heater 37 so that the temperature required for the operation of the solid electrolyte 16 is about 600 ° C. However, this temperature is not limited, and an operation at an arbitrary temperature is possible according to the characteristics of the solid electrolyte 16.

固体電解質16が酸素イオン伝導可能な温度に達した時点では、固体電解質16に印加する電圧は約1Vまで低下させている。この時固体電解質16内部を流れる電流値は約10Aにも達する。そして負電極膜18側の表面近傍の酸素が、電気化学反応によって負電極膜18から固体電解質16の内部を酸素イオンとして、正電極膜17へと移動し、正電極膜17側の表面から酸素分子として放出されることとなる。図4に酸素ポンプ素子の電圧−電流特性図を示した。   When the solid electrolyte 16 reaches a temperature at which oxygen ions can be conducted, the voltage applied to the solid electrolyte 16 is reduced to about 1V. At this time, the value of the current flowing through the solid electrolyte 16 reaches about 10A. Then, oxygen in the vicinity of the surface on the negative electrode film 18 side moves from the negative electrode film 18 to the positive electrode film 17 as oxygen ions in the solid electrolyte 16 by an electrochemical reaction, and oxygen from the surface on the positive electrode film 17 side. It will be released as a molecule. FIG. 4 shows a voltage-current characteristic diagram of the oxygen pump element.

この時固体電解質16には低電圧大電流が流れることによって自己発熱する。したがって使用される金属箔部材も600℃の雰囲気温度に加えて高温状態に曝されることになる。金属箔部材の表面上に形成された導電膜は大電流に対する集電性を向上させるとともに、金属箔の表面酸化に対しても効果的に防御させることができた。金属箔部材の表面上に導電膜を形成して高温酸化を防止するためには少なくとも正負電極膜との接合部から外周方向に3mm幅以上が必要であった。またあまり幅が広すぎても高価な材料の無駄を生じさせることになるので実用的には金属箔部材の表面上に形成させる導電膜の幅は3〜7mmが好ましいと考えられる。   At this time, the solid electrolyte 16 self-heats when a low voltage and large current flows. Therefore, the metal foil member used is also exposed to a high temperature state in addition to the atmospheric temperature of 600 ° C. The conductive film formed on the surface of the metal foil member improved the current collecting ability against a large current and could effectively protect against the surface oxidation of the metal foil. In order to prevent the high-temperature oxidation by forming a conductive film on the surface of the metal foil member, it is necessary to have a width of 3 mm or more in the outer peripheral direction from at least the joint with the positive and negative electrode films. Moreover, since an expensive material is wasted even if the width is too large, it is considered that the width of the conductive film formed on the surface of the metal foil member is practically preferably 3 to 7 mm.

正電極膜17の表面近傍は、純酸素に近い状態となるが、ガスリークの完全な防止ができない限り、正電極膜17の表面から離れるとともに、排出された酸素はリークしたガスと自然に混合される。したがって、空間を区画する手段となる金属箔部材21とガス封止剤32が、負電極膜18側からのガスリークを防ぐ手段として有効に作用する。   The vicinity of the surface of the positive electrode film 17 is in a state close to pure oxygen. However, as long as gas leakage cannot be completely prevented, the oxygen is separated from the surface of the positive electrode film 17 and the discharged oxygen is naturally mixed with the leaked gas. The Therefore, the metal foil member 21 and the gas sealant 32 which are means for partitioning the space effectively act as means for preventing gas leakage from the negative electrode film 18 side.

一方、窒素は負電極膜18の側に残される。残された窒素は、断熱手段41の通気性により、大気中に拡散していくと共に、負電極膜18側には新たな酸素が外部より供給される。   On the other hand, nitrogen is left on the negative electrode film 18 side. The remaining nitrogen diffuses into the atmosphere due to the air permeability of the heat insulating means 41, and new oxygen is supplied from the outside to the negative electrode film 18 side.

正電極膜17から放出される酸素ガスは、通気口44を通り、ガス混合手段45を構成することによってガス誘導管46と、被混合ガス導入管47と、ガス混合器48とによって被混合ガスと混合される。本実施例では、被混合ガスは大気である。生成される混合ガスは酸素富化ガスであり、その流量は、ガスポンプ49の吸引と排出速度によって決められる。   Oxygen gas released from the positive electrode film 17 passes through the vent 44 and constitutes a gas mixing means 45 to constitute a gas to be mixed by a gas induction pipe 46, a gas mixture introduction pipe 47, and a gas mixer 48. Mixed with. In this embodiment, the mixed gas is the atmosphere. The generated mixed gas is an oxygen-enriched gas, and its flow rate is determined by the suction and discharge speeds of the gas pump 49.

また、混合ガス中の酸素濃度は、混合ガス流量と、固体電解質16を流れる酸素イオン量すなわちイオン電流の大きさによって決められる。イオン電流は、固体電解質16に印加される電圧の大きさによって制御できる。   The oxygen concentration in the mixed gas is determined by the mixed gas flow rate and the amount of oxygen ions flowing through the solid electrolyte 16, that is, the magnitude of the ionic current. The ion current can be controlled by the magnitude of the voltage applied to the solid electrolyte 16.

最終的に、本発明の酸素供給装置によって得られる混合ガス中の酸素濃度は、電圧制御手段36による電圧制御とガスポンプ49による混合ガス流量の制御によって実行されることになる。   Finally, the oxygen concentration in the mixed gas obtained by the oxygen supply device of the present invention is executed by voltage control by the voltage control means 36 and control of the mixed gas flow rate by the gas pump 49.

以上のように、本実施の形態では、加熱用ヒータに通電するとともに固体電解質の両極に高電圧を印加することで、加熱用ヒータ単独の場合に比べて約30秒酸素供給可能となる時間を短縮化することができた。   As described above, in the present embodiment, by supplying a current to the heater for heating and applying a high voltage to both electrodes of the solid electrolyte, it is possible to supply oxygen for about 30 seconds as compared with the case of the heater alone. It was possible to shorten it.

また本酸素供給装置は、固体電解質16と正電極膜17側と負電極膜18側とを酸素イオン伝導性を発現するように結合させ、固体電解質16を介して空間部を区画手段によってガスリークを抑制し、加熱昇温と電圧印加を行うことにより、酸素分子を正電極膜17から放出させ、酸素富化された混合ガスを生成することとなり、電圧制御手段36による電圧制御とガスポンプ49による混合ガス流量の制御によって、任意の酸素濃度ガスを安定的に得ることができるように構成されている。   Further, the present oxygen supply device combines the solid electrolyte 16, the positive electrode film 17 side and the negative electrode film 18 side so as to exhibit oxygen ion conductivity, and gas is leaked by the partition means through the solid electrolyte 16. By suppressing the heating temperature and applying the voltage, oxygen molecules are released from the positive electrode film 17 to generate a mixed gas enriched with oxygen. The voltage control by the voltage control means 36 and the mixing by the gas pump 49 are performed. An arbitrary oxygen concentration gas can be stably obtained by controlling the gas flow rate.

(実施の形態2)
図5は、本発明の第2の実施の形態における酸素ポンプ素子の断面構成図を示すものであり、図6は酸素ポンプ素子の上面構成図を示すものである。概略の構成は実施の形態1と重複しているので異なる部分についてだけ説明を加える。固体電解質の表面上に形成する電極膜および導電膜の構成は同じである。ここでは固体電解質3個を直列に連結させている。固体電体質50、51、52の外周部は金属箔部材53上に導電膜および導電層で接合され、固体電解質50の正極側は固体電解質51と金属箔部材54を介して連結されている。この時金属箔部材53は絶縁部55を有しており、固体電解質50の正極側は固体電解質51の負極側と連結されていることになる。また固体電解質51の正極側は固体電解質52と金属箔部材56を介して連結されている。この時金属箔部材53は絶縁部57を有しており、固体電解質51の正極側は固体電解質52の負極側と連結されていることになる。固体電解質52の正極側には金属箔部材58が配設され、金属箔部材58にはリード部材59が設けられている。また金属箔部材53にはリード部材60が設けられている。
(Embodiment 2)
FIG. 5 shows a cross-sectional configuration diagram of the oxygen pump element in the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows a top configuration diagram of the oxygen pump element. Since the schematic configuration is the same as that of the first embodiment, only different parts will be described. The configurations of the electrode film and the conductive film formed on the surface of the solid electrolyte are the same. Here, three solid electrolytes are connected in series. The outer peripheries of the solid electrolytes 50, 51, 52 are joined to the metal foil member 53 with a conductive film and a conductive layer, and the positive electrode side of the solid electrolyte 50 is connected to the solid electrolyte 51 via the metal foil member 54. At this time, the metal foil member 53 has the insulating portion 55, and the positive electrode side of the solid electrolyte 50 is connected to the negative electrode side of the solid electrolyte 51. The positive electrode side of the solid electrolyte 51 is connected to the solid electrolyte 52 via a metal foil member 56. At this time, the metal foil member 53 has the insulating portion 57, and the positive electrode side of the solid electrolyte 51 is connected to the negative electrode side of the solid electrolyte 52. A metal foil member 58 is disposed on the positive electrode side of the solid electrolyte 52, and a lead member 59 is provided on the metal foil member 58. The metal foil member 53 is provided with a lead member 60.

このような酸素ポンプ素子には約10kVが印加される。その結果固体電解質内部に数十mAの電流を流すことが可能となる。これによって内部発熱をおこさせ、間接加熱ヒータだけを使用する場合に比べると1分以上、酸素供給可能となる時間を短縮化させることができた。   About 10 kV is applied to such an oxygen pump element. As a result, it becomes possible to pass a current of several tens of mA inside the solid electrolyte. As a result, internal heat generation was caused, and the time during which oxygen could be supplied could be shortened by 1 minute or more compared with the case where only the indirect heater was used.

また、本実施の形態では、固体電解質としてランタンガレートを使用したがこれに限定させるものではなく、イットリウムドープ型のジルコニア(YSZ)、サマリウムドープ型のセリア(SDC)などであっても良い。但し現状ではランタンガレート系の材料が酸素イオン伝導体として動作温度が低いので材料の耐久性を鑑みた場合、もっとも好ましい材料といえる。酸素イオン伝導性に優れた固体電解質中に電子伝導成分を添加して低温での抵抗値を意図的に低下させることも可能である。   In this embodiment, lanthanum gallate is used as the solid electrolyte. However, the present invention is not limited to this, and yttrium-doped zirconia (YSZ), samarium-doped ceria (SDC), or the like may be used. However, at present, the lanthanum gallate material is the most preferable material in view of the durability of the material because the operating temperature is low as an oxygen ion conductor. It is also possible to intentionally lower the resistance value at a low temperature by adding an electron conductive component to a solid electrolyte excellent in oxygen ion conductivity.

また、本実施の形態では、金属箔部材としてFe−20Cr−5Alの材料を使用したがこれに限定させるものではなく、高温酸化に対して耐久性を有する材料であれば他の金属箔材料を使用することができる。しかし現状ではアルミニウムを含有したフェライト系ステンレスが高温酸化に対して優れた特性を有していた。さらに耐高温酸化性を向上させる目的で希土類金属を添加することも可能である。また厚み12μmを使用したが金属箔部材としては5〜30μmが好ましいと考えられる。   In the present embodiment, the Fe-20Cr-5Al material is used as the metal foil member. However, the present invention is not limited to this, and other metal foil materials may be used as long as the material has durability against high-temperature oxidation. Can be used. However, at present, ferritic stainless steel containing aluminum has excellent characteristics against high-temperature oxidation. Furthermore, it is possible to add a rare earth metal for the purpose of improving the high temperature oxidation resistance. Moreover, although 12 micrometers in thickness was used, it is thought that 5-30 micrometers is preferable as a metal foil member.

また、本実施の形態では、金属箔部材の構成として負電極膜側に接合させるほうを大きくして固体電解質が空間部を区画する区画手段として使用した場合についてだけ説明したが、逆に正電極膜側に接合させるほうを大きくしてもよい。   Further, in the present embodiment, as a configuration of the metal foil member, only the case where the solid electrolyte is used as a partitioning means for partitioning the space portion by enlarging the side to be bonded to the negative electrode film side has been described. You may enlarge the direction joined to the film | membrane side.

また、本実施の形態では、導電膜としてAu系、AgPd系を使用したがこれに限定させるものではなく、抵抗値の小さな耐熱性を有する材料であれば他のものも使用できる。   In this embodiment, Au-based or AgPd-based is used as the conductive film. However, the present invention is not limited to this, and other materials can be used as long as they have a low resistance and heat resistance.

また、本実施の形態では、固体電解質表面上の正負電極膜にさらに導電膜を配置した場合について説明したが、導電膜を配置しない構造についても適用できる。   Moreover, although this Embodiment demonstrated the case where a electrically conductive film was further arrange | positioned to the positive / negative electrode film on the solid electrolyte surface, it can apply also to the structure which does not arrange | position a electrically conductive film.

以上のように、本発明にかかる酸素ポンプ素子および酸素供給装置は、長期間に渡って安定した良好な電気電流特性が得られるため、酸素を利用する空気清浄機や空調機器あるいは健康促進機器、健康増進機器など広範な用途に適用できる。   As described above, since the oxygen pump element and the oxygen supply device according to the present invention can obtain stable and good electric current characteristics over a long period of time, an air purifier, an air conditioner, or a health promoting device that uses oxygen, Applicable to a wide range of uses such as health promotion equipment.

本発明の第1の実施の形態における酸素ポンプ素子の断面構成図Sectional block diagram of the oxygen pump element according to the first embodiment of the present invention 本発明の第1の実施の形態における酸素ポンプ素子の概略組立構成図1 is a schematic assembly configuration diagram of an oxygen pump element according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態における酸素供給装置の概略断面構成図1 is a schematic cross-sectional configuration diagram of an oxygen supply device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態における酸素ポンプ素子の電圧−電流特性図FIG. 3 is a voltage-current characteristic diagram of the oxygen pump element according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態における酸素ポンプ素子の断面構成図Sectional block diagram of the oxygen pump element in the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施の形態における酸素ポンプ素子の上面構成図Top view configuration diagram of an oxygen pump element in the second embodiment of the present invention 従来の特許文献1参照による酸素ポンプ素子を示す図The figure which shows the oxygen pump element by the conventional patent document 1 reference 従来の特許文献2参照による酸素ポンプ素子装置を示す図The figure which shows the oxygen pump element apparatus by the conventional patent document 2 reference

符号の説明Explanation of symbols

16 固体電解質
17 正電極膜
18 負電極膜
21 金属箔部材
22、23 導電膜層
24 金属箔部材
25、26 導電膜
27、28 導電膜層
29、30 リード部材
34 電圧印加手段
35 電流値検出手段
36 電圧制御手段
38 加熱手段
39 温度制御手段
40、41 断熱手段
45 混合手段
16 Solid Electrolyte 17 Positive Electrode Film 18 Negative Electrode Film 21 Metal Foil Member 22, 23 Conductive Film Layer 24 Metal Foil Member 25, 26 Conductive Film 27, 28 Conductive Film Layer 29, 30 Lead Member 34 Voltage Application Means 35 Current Value Detection Means 36 Voltage control means 38 Heating means 39 Temperature control means 40, 41 Heat insulation means 45 Mixing means

Claims (10)

少なくとも酸素イオン伝導性の固体電解質と、前記酸素イオン伝導性の固体電解質の両面に形成された正負両極を構成する電極膜と、前記電極膜より導かれたリード部材とを具備し、初期駆動時に設定電圧Aを印加して、その後印加電圧を低下させ、定常動作時は設定電圧Bにて動作させることを特徴とする酸素ポンプ素子。 At least an oxygen ion conductive solid electrolyte, an electrode film constituting both positive and negative electrodes formed on both sides of the oxygen ion conductive solid electrolyte, and a lead member led from the electrode film, and at the time of initial driving An oxygen pump element, wherein a set voltage A is applied, the applied voltage is then lowered, and the set voltage B is operated during steady operation. 固体電解質に印加させる電圧値を、固体電解質内部を流れる電流値を検知しながら、スイープさせて設定電圧Bに低下させることを特徴とする請求項1に記載の酸素ポンプ素子。 2. The oxygen pump element according to claim 1, wherein a voltage value applied to the solid electrolyte is decreased to a set voltage B by sweeping while detecting a current value flowing through the solid electrolyte. 正極、負極あるいは正負両極の電極膜外周部に金属箔部材が接合されていることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の酸素ポンプ素子。 The oxygen pump element according to claim 1, wherein a metal foil member is bonded to the outer peripheral portion of the positive electrode, the negative electrode, or both positive and negative electrode films. 電極膜と連結構造となる金属箔部材は、接合部分に導電層が形成されるとともに前記導電層と連通する導電膜が所定幅形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の酸素ポンプ素子。 4. The metal foil member having a connection structure with an electrode film, wherein a conductive layer is formed at a joint portion, and a conductive film communicating with the conductive layer is formed with a predetermined width. The oxygen pump element described in 1. 初期駆動時に印加する設定電圧Aが100V〜10kVであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の酸素ポンプ素子。 The oxygen pump element according to any one of claims 1 to 4, wherein the set voltage A applied during initial driving is 100V to 10kV. 初期駆動時に印加する設定電圧Aと定常動作時に印加する設定電圧Bとの比であるA/Bが100以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の酸素ポンプ素子。 The oxygen pump element according to any one of claims 1 to 5, wherein A / B, which is a ratio of a set voltage A applied during initial driving and a set voltage B applied during steady operation, is 100 or more. 金属箔部材がアルミニウムを含有したフェライト系ステンレスであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の酸素ポンプ素子。 The oxygen pump element according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal foil member is a ferritic stainless steel containing aluminum. 固体電解質がランタンガレート系であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の酸素ポンプ素子。 The oxygen pump element according to claim 1, wherein the solid electrolyte is a lanthanum gallate system. 導電膜の幅が3〜7mmあることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の酸素ポンプ素子。 The oxygen pump element according to any one of claims 1 to 8, wherein the conductive film has a width of 3 to 7 mm. 請求項1〜9いずれか1項に記載の酸素ポンプ素子と、前記酸素ポンプ素子に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段を制御する電圧制御手段と、前記酸素ポンプ素子を加熱する加熱手段と、前記酸素ポンプ素子の温度を検知して前記加熱手段を制御する温度制御手段と、前記加熱手段および前記酸素ポンプ素子の熱拡散を防止する通気性の断熱手段と、前記酸素ポンプ素子を介して発生した酸素を空気と混合して所定酸素濃度の混合ガスにする混合手段とを備え、初期駆動時に加熱手段を動作させるとともに前記酸素ポンプ素子に設定電圧Aを印加して、その後前記酸素ポンプ素子の印加電圧を低下させ、設定電圧Bにて動作させることを特徴とする酸素供給装置。 The oxygen pump element according to any one of claims 1 to 9, voltage application means for applying a voltage to the oxygen pump element, voltage control means for controlling the voltage application means, and heating the oxygen pump element. Heating means, temperature control means for detecting the temperature of the oxygen pump element and controlling the heating means, breathable heat insulating means for preventing thermal diffusion of the heating means and the oxygen pump element, and the oxygen pump element Mixing means that mixes oxygen generated through air with air to form a mixed gas having a predetermined oxygen concentration, operates the heating means during initial driving, applies a set voltage A to the oxygen pump element, and then An oxygen supply device, wherein the applied voltage of the oxygen pump element is lowered and operated at a set voltage B.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006133106A (en) * 2004-11-08 2006-05-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Oxygen pump element and oxygen supply device using it

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