JP2006255158A - Oxygen pump element and oxygen supplying device using it - 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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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxygen pump element which is a low-current/high-voltage type and has a high heating efficiency, and has a narrow temperature distribution and good characteristics. <P>SOLUTION: Pairs of electrode parts 16, 17, 20, and 21 making a plurality of capacitors are formed on a solid electrolyte board 15, which is oxygen ion conductive; the electrode parts are configured to be a series circuit electrically; an insulation film 18 is made in a region, on one side or both sides of the solid electrolyte board 15, where no electrode part is formed; and after that, a heater resistor 19 is arranged on the insulation film 18. This realizes a heater with high heating efficiency and the narrow temperature distribution of the solid electrolyte board 15, and achieves the oxygen pump element capable of saving electric power well. In addition, because a plurality of electrode parts are configured in the series circuit, the low-current/high-voltage type can be made, and a drive control circuit is configured at low cost. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、空気中含まれる酸素を、酸素イオン伝導性の固体電解質基板を利用して移動させる酸素ポンプ素子とそれを用い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 that moves oxygen contained in air using an oxygen ion conductive solid electrolyte substrate, and an oxygen supply device using the oxygen pump element.

従来、この種の酸素ポンプは、酸素イオン伝導性の固体電解質基板の両面に電極膜を設け、電源電圧を印加、酸素ポンプとして動作させていた(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, this type of oxygen pump is operated as an oxygen pump by providing electrode films on both surfaces of an oxygen ion conductive solid electrolyte substrate, applying a power supply voltage (see, for example, Patent Document 1).

これは、図6に示すように、ジルコニアなどで構成された固体電解質基板2の上面および下面に電極膜3、4が形成され、電極膜3、4はリ−ド線を介して直流電源5に接続されている。このような構成において、外部ヒ−タ(図示せず)などにより、固体電解質基板2を加熱し、約500〜600℃の高温に保持し、酸素ポンプ1としていた。すなわち、酸素を含む空気などが下面の電極膜4に衝突すると、含まれる酸素分子がイオン化され固体電解質基板2内に酸素イオンとして注入される。この注入された酸素イオンは、直流電源5からの供給電圧により上面の電極膜3に向かって移動する。この酸素イオンが、電極膜3において酸素イオンから分子に変換されて空気中に放出される。このようにして、固体電解質基板2の下側の空気から酸素を上側に供給する酸素ポンプとして動作させていた。   As shown in FIG. 6, electrode films 3 and 4 are formed on the upper and lower surfaces of a solid electrolyte substrate 2 made of zirconia or the like, and the electrode films 3 and 4 are connected to a DC power source 5 via lead wires. It is connected to the. In such a configuration, the solid electrolyte substrate 2 was heated by an external heater (not shown) or the like and maintained at a high temperature of about 500 to 600 ° C., and the oxygen pump 1 was formed. That is, when oxygen-containing air or the like collides with the electrode film 4 on the lower surface, the contained oxygen molecules are ionized and injected into the solid electrolyte substrate 2 as oxygen ions. The implanted oxygen ions move toward the electrode film 3 on the upper surface by a supply voltage from the DC power supply 5. The oxygen ions are converted from oxygen ions to molecules in the electrode film 3 and released into the air. In this way, it was operated as an oxygen pump that supplies oxygen upward from the air below the solid electrolyte substrate 2.

また、この種の酸素供給装置としては、図7に示すようなものがある(例えば、特許文献2参照)。   Moreover, as this kind of oxygen supply apparatus, there is one as shown in FIG. 7 (for example, see Patent Document 2).

これは、図7に示すように、酸素ポンプ素子6は、アルミナなどの多孔質基板7に形成された第1電極膜8と酸素イオン伝導体の薄膜9と第2電極膜10とから構成され、第1電極膜8は白金の微粒子を多孔質基板7に、第2電極膜10は白金の微粒子を酸素イオン伝導体の薄膜9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11は、アルミナ基板などの絶縁性基板12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13から構成され、加熱手段11は筐体14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。   As shown in FIG. 7, the oxygen pump element 6 is composed of a first electrode film 8 formed on a porous substrate 7 such as alumina, a thin film 9 of oxygen ion conductor, and a second electrode film 10. The first electrode film 8 has a structure in which platinum fine particles are formed on the porous substrate 7, and the second electrode film 10 is formed by forming a thin film obtained by combining the platinum fine particles with the thin film 9 of the oxygen ion conductor. The heating means 11 is composed of a heater print film 13 formed by patterning a conductive paste on an insulating substrate 12 such as an alumina substrate by screen printing. The heating means 11 is not enclosed in the housing 14 and is in the atmosphere. Arranged in a released state.

この構成において、加熱手段11によって酸素ポンプ素子6を酸素ポンプとして動作する温度に加熱し、第1電極膜8をカソード、第2電極膜10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電極膜8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9中を移動し第2電極膜10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14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。
特開平8−67997号公報 特開2003−215094号公報
In this configuration, when the oxygen pump element 6 is heated to a temperature at which the oxygen pump element 6 operates as an oxygen pump by the heating means 11 and a DC voltage is applied between both electrodes using the first electrode film 8 as a cathode and the second electrode film 10 as an anode, As indicated by the middle arrow, oxygen in the air dissociated and adsorbed on the first electrode film 8 moves as oxygen ions in the thin film 9 of the oxygen ion conductor and is carried to the second electrode film 10 to form oxygen molecules in the atmosphere. Released into. As a result, the oxygen concentration in the container attached to the housing 14 can be reduced.
JP-A-8-67997 JP 2003-215094 A

しかしながら、前記従来の構成では、いずれも固体電解質基板2や多孔質基板7を大きくし、電極膜の面積が広くなると、駆動電圧が数ボルトに対して、駆動電流が数十アンペアとなる低電圧・高電流型となり、電源回路が非常に複雑で高コストになるとう課題があった。また、外部の加熱ヒ−タなどにより基板を加熱しているため効率が悪い、あるいは温度分布が大きくなるなどの課題を有していた。   However, in each of the conventional configurations, when the solid electrolyte substrate 2 or the porous substrate 7 is enlarged and the area of the electrode film is increased, the driving voltage is several volts and the driving current is several tens of amperes. -There was a problem that it became a high current type and the power supply circuit was very complicated and expensive. In addition, since the substrate is heated by an external heating heater or the like, there are problems such as poor efficiency or a large temperature distribution.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、低電流・高電圧型の酸素ポンプ素子を提供するとともに、加熱効率が高く、かつ、温度分布の小さい特性の優れ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 provides a low-current / high-voltage oxygen pump element, and also provides an oxygen supply device with high heating efficiency and excellent temperature distribution characteristics. For the purpose.

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、酸素イオン伝導性の固体電解質基板上に複数のコンデンサを構成するような対の電極部を設け、前記電極部は電気的に直列回路となるように構成され、前記固体電解質基板の片面あるいは両面において電極部を設けていない領域に絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜上にヒ−タ用抵抗体を配設したものである。また、この酸素ポンプ素子を用いて酸素供給装置を構成したものである。   In order to solve the above-mentioned conventional problems, the oxygen pump element of the present invention is provided with a pair of electrode portions constituting a plurality of capacitors on an oxygen ion conductive solid electrolyte substrate, and the electrode portions are electrically An insulating film is formed in a region where an electrode portion is not provided on one or both sides of the solid electrolyte substrate, and a heater resistor is disposed on the insulating film. is there. In addition, an oxygen supply device is configured using this oxygen pump element.

これによって、加熱効率の高いヒータを実現でき、また、固体電解質基板の温度分布をも小さくすることができ、省電力に優れた酸素ポンプ素子と酸素供給装置を実現できる。また、複数の電極部は直列回路で構成されているため、低電流・高電圧型化が可能となり、駆動制御回路が安価に構成できる。   As a result, a heater with high heating efficiency can be realized, the temperature distribution of the solid electrolyte substrate can be reduced, and an oxygen pump element and an oxygen supply device excellent in power saving can be realized. In addition, since the plurality of electrode portions are formed of a series circuit, a low current / high voltage type can be realized, and a drive control circuit can be configured at low cost.

本発明の酸素ポンプ素子とそれを用いた酸素供給装置は、加熱効率の高いヒータを実現でき、また、省電力に優れたものとなる。さらに、低電流・高電圧型化が可能となり、駆動制御回路が安価に構成できる。   The oxygen pump element of the present invention and the oxygen supply device using the oxygen pump element can realize a heater with high heating efficiency and are excellent in power saving. Furthermore, a low current / high voltage type can be realized, and the drive control circuit can be configured at low cost.

第1の発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質基板上に複数のコンデンサを構成するような対の電極部を設け、前記電極部は電気的に直列回路となるように構成され、前記固体電解質基板の片面あるいは両面において電極部を設けていない領域に絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜上にヒ−タ用抵抗体を配設した酸素ポンプ素子とすることにより、加熱効率の高いヒータを実現でき、また、固体電解質基板の温度分布をも小さくすることができ、省電力に優れた酸素ポンプ素子と酸素供給装置を実現できる。また、複数の電極部は直列回路で構成されているため、低電流・高電圧型化が可能となり、駆動制御回路が安価に構成できる。   According to a first aspect of the present invention, a pair of electrode portions constituting a plurality of capacitors is provided on an oxygen ion conductive solid electrolyte substrate, the electrode portions are configured to be electrically connected in series, and the solid electrolyte A heater with high heating efficiency can be obtained by forming an insulating film in a region where no electrode portion is provided on one or both sides of the substrate and then forming an oxygen pump element in which a heater resistor is disposed on the insulating film. In addition, the temperature distribution of the solid electrolyte substrate can be reduced, and an oxygen pump element and an oxygen supply device excellent in power saving can be realized. In addition, since the plurality of electrode portions are formed of a series circuit, a low current / high voltage type can be realized, and a drive control circuit can be configured at low cost.

第2の発明は、特に、第1の発明において、電極部は固体電解質基板に直接接合する第一電極膜と、前記第一電極膜上に形成された第二電極膜とで構成され、第一電極膜は複合金属酸化物成分を主体とする膜とし、第二電極膜は貴金属成分を主体とする膜としたことにより、第二電極膜は導電性の高い材料で構成されるので、ある程度の面積を有する電極部に対して等しい電位を印加することができる。また、第一電極膜は固体電解質基板と第二電極膜の中間層として酸素を解離吸着する電極反応を高めることができるので、酸素分子から酸素イオンへと変化するための良好な触媒作用を得ることができる。   According to a second invention, in particular, in the first invention, the electrode portion is composed of a first electrode film directly bonded to the solid electrolyte substrate and a second electrode film formed on the first electrode film, Since one electrode film is a film mainly composed of a composite metal oxide component and the second electrode film is a film mainly composed of a noble metal component, the second electrode film is composed of a highly conductive material. The same potential can be applied to the electrode portion having the following area. Moreover, since the first electrode film can enhance the electrode reaction of dissociating and adsorbing oxygen as an intermediate layer between the solid electrolyte substrate and the second electrode film, it can obtain a good catalytic action for changing from oxygen molecules to oxygen ions. be able to.

第3の発明は、特に、第1または第2の発明において、固体電解質基板に複数の貫通孔を設け、隣り合う電極部は前記貫通孔を介して反対側に位置する電極部と結線することで直列回路となるように構成したことにより、複数の電極部をスクリーン印刷等の方法によって片面は一度に結線処理することができるので、量産化時の製造プロセスを簡素化することができる。   In particular, according to the third invention, in the first or second invention, the solid electrolyte substrate is provided with a plurality of through holes, and the adjacent electrode portions are connected to the electrode portions located on the opposite side via the through holes. Since the plurality of electrode portions can be connected to one side at a time by a method such as screen printing, the manufacturing process at the time of mass production can be simplified.

第4の発明は、特に、第1〜第3のいずれか1つの発明において、絶縁膜がガラスセラミック膜であり、前記ガラスセラミック膜の主体がSiO2―ZnO―CaO−BaO系あるいはSiO−B−MgO−BaO系でアルカリ土類金属の酸化物を15〜25wt%含有し、アルカリ金属の酸化物を2wt%以下含有する結晶化ガラスであることにより、900〜1000℃で焼成することで、ある程度結晶化したガラスセラミック膜状態となり、固体電解質基板との十分な密着性を保持させることができるとともに、抵抗体と固体電解質基板との絶縁性も十分に保つことができるので、ヒータ用抵抗体を繰り返し使用した場合にも十分な耐久性を得ることができる。 In particular, according to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the insulating film is a glass ceramic film, and the glass ceramic film is mainly composed of a SiO 2 —ZnO—CaO—BaO system or SiO 2 —B. It is a crystallized glass containing 15 to 25 wt% of an alkaline earth metal oxide and 2 wt% or less of an alkali metal oxide in a 2 O 3 —MgO—BaO system, and is fired at 900 to 1000 ° C. As a result, the glass ceramic film is crystallized to some extent, and can maintain sufficient adhesion with the solid electrolyte substrate, and can also maintain sufficient insulation between the resistor and the solid electrolyte substrate. Sufficient durability can be obtained even when the resistor is used repeatedly.

第5の発明は、特に、第1〜第3のいずれか1つの発明において、絶縁膜が粘土膜であり、前記粘土膜は結晶が層状に配向した構造を有することにより、固体電解質基板との十分な密着性を保持させることができるとともに、ヒータ用抵抗体と固体電解質基板との絶縁性も十分に保つことができるので、ヒータ用抵抗体を繰り返し使用した場合にも十分な耐久性を得ることができる。   According to a fifth invention, in particular, in any one of the first to third inventions, the insulating film is a clay film, and the clay film has a structure in which crystals are oriented in layers, whereby Sufficient adhesion can be maintained and insulation between the heater resistor and the solid electrolyte substrate can be sufficiently maintained, so that sufficient durability can be obtained even when the heater resistor is used repeatedly. be able to.

第6の発明は、特に、第1〜第3のいずれか1つの発明において、絶縁膜がガラスセラミック膜と粘土膜との複合膜であり、固体電解質基板上にガラスセラミック膜を配設し、前記ガラスセラミック膜上に前記粘土膜を配設した構造を有することにより、固体電解質基板との十分な密着性を保持させることができるとともに、ヒータ用抵抗体と固体電解質基板との絶縁性も十分に保つことができるので、ヒータ用抵抗体を繰り返し使用した場合にもさらに十分な耐久性を得ることができる。   In particular, the sixth invention is any one of the first to third inventions, wherein the insulating film is a composite film of a glass ceramic film and a clay film, the glass ceramic film is disposed on the solid electrolyte substrate, By having the structure in which the clay film is disposed on the glass ceramic film, sufficient adhesion with the solid electrolyte substrate can be maintained, and insulation between the heater resistor and the solid electrolyte substrate is sufficient. Therefore, even when the heater resistor is used repeatedly, sufficient durability can be obtained.

第7の発明は、特に、第1〜第6のいずれか1つの発明において、絶縁膜上に配設されたヒータ抵抗体がガラスセラミック膜または粘土膜でオーバーコートされていることにより、ヒータ用抵抗体を繰り返し使用した場合にもさらに十分な耐久性を得ることができる。   According to a seventh aspect of the present invention, in particular, in any one of the first to sixth aspects, the heater resistor disposed on the insulating film is overcoated with a glass ceramic film or a clay film. Even when the resistor is repeatedly used, sufficient durability can be obtained.

第8の発明は、特に、第1〜第7のいずれか1つの発明において、固体電解質基板を挟んで絶縁膜と向かい合う側および位置に熱伝導膜を配設したことにより、ヒータ用抵抗体で発生した熱は固体電解質基板を介して反対側の熱伝導膜に伝熱され、熱伝導膜によって良好に固体電解質基板の面方向へと熱伝達できるため、固体電解質基板の急激な昇温も可能になるとともに、定常時の消費電力低減も可能となる。   According to an eighth invention, in particular, in any one of the first to seventh inventions, a heat conductive film is disposed on a side and a position facing the insulating film with the solid electrolyte substrate interposed therebetween. The generated heat is transferred to the opposite heat conduction film through the solid electrolyte substrate, and can be transferred to the surface of the solid electrolyte substrate well by the heat conduction film, so the solid electrolyte substrate can be rapidly heated. At the same time, it is possible to reduce power consumption during normal operation.

第9の発明は、特に、第1〜第8のいずれか1つの発明において、固体電解質基板の外周部は絶縁膜を介して金属箔部材と結合された構成であることにより、固体電解質基板は金属箔部材を介して支持枠に支持される構造となるため、固体電解質基板の外周部が支持枠で急激に冷却されることもなく、固体電解質基板と金属箔部材とで空間部をガスシールして区画することができる。また、固体電解質基板で発生する熱応力に対しても金属箔部材で緩衝することができる。すなわち、固体電解質基板が金属箔部材を介して支持枠に支持されることで、固体電解質基板のクラックに対するリスクを大幅に低減させることができる。   According to a ninth invention, in particular, in any one of the first to eighth inventions, the solid electrolyte substrate has a configuration in which the outer peripheral portion of the solid electrolyte substrate is coupled to the metal foil member through an insulating film. Since the structure is supported by the support frame via the metal foil member, the outer periphery of the solid electrolyte substrate is not rapidly cooled by the support frame, and the space portion is gas sealed with the solid electrolyte substrate and the metal foil member. And can be partitioned. Moreover, it can buffer with a metal foil member also with respect to the thermal stress which generate | occur | produces in a solid electrolyte substrate. That is, since the solid electrolyte substrate is supported by the support frame via the metal foil member, the risk of cracking of the solid electrolyte substrate can be greatly reduced.

第10の発明は、特に、第9の発明において、絶縁膜は金属箔部材の表面に液相析出法で形成されたTiO膜またはZrO膜であることにより、高温時に導電性を有する固体電解質基板に対して、金属箔部材表面に液相析出法で形成されたTiO膜またはZrO膜は非常に薄いので、金属箔部材の柔軟性を損なうことなく、必要な絶縁性を保持させることができる。 In a tenth aspect of the invention, in particular, in the ninth aspect of the invention, the insulating film is a TiO 2 film or a ZrO 2 film formed on the surface of the metal foil member by a liquid phase deposition method. Since the TiO 2 film or ZrO 2 film formed on the surface of the metal foil member by the liquid phase deposition method is very thin with respect to the electrolyte substrate, the necessary insulation is maintained without impairing the flexibility of the metal foil member. be able to.

第11の発明は、特に、第9の発明において、絶縁膜は固体電解質基板の表面の外周部に配設されたガラスセラミック膜であり、前記ガラスセラミック膜の主体がSiO―ZnO―CaO−BaO系またはSiO―ZnO―CaO−BaO系でアルカリ土類金属の酸化物を15〜25wt%含有し、アルカリ金属の酸化物を2wt%以下含有する結晶化ガラスであることにより、固体電解質基板側に絶縁膜を設けることで金属箔部材の柔軟性を損なうことなく、固体電解質基板と金属箔部材との間に必要な絶縁性を保持させることができる。 In an eleventh aspect of the invention, in particular, in the ninth aspect of the invention, the insulating film is a glass ceramic film disposed on the outer peripheral portion of the surface of the solid electrolyte substrate, and the main body of the glass ceramic film is SiO 2 —ZnO—CaO—. A solid electrolyte substrate comprising a BaO-based or SiO 2 —ZnO—CaO—BaO-based crystallized glass containing 15 to 25 wt% of an alkaline earth metal oxide and 2 wt% or less of an alkali metal oxide. By providing the insulating film on the side, it is possible to maintain necessary insulation between the solid electrolyte substrate and the metal foil member without impairing the flexibility of the metal foil member.

第12の発明は、特に、第9〜第11のいずれか1つの発明において、金属箔部材には導電膜が所定幅配設されていることにより、長時間に亘って高温下に曝された場合にも酸化腐食を防御することができ、固体電解質基板を安定に支持することができた。   In the twelfth aspect of the invention, in particular, in any one of the ninth to eleventh aspects of the invention, the metal foil member is exposed to a high temperature for a long time because the conductive film is disposed in a predetermined width. In some cases, oxidative corrosion could be prevented, and the solid electrolyte substrate could be supported stably.

第13の発明は、特に、第1〜第12のいずれか1つの発明において、固体電解質基板がランタンガレートであることにより、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る。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、長期間、酸素ポンプ素子の劣化が抑制できる。   In a thirteenth aspect of the invention, in particular, in any one of the first to twelfth aspects of the invention, when the solid electrolyte substrate is lanthanum gallate, the lanthanum gallate is a perovskite type composite metal oxide mainly composed of lanthanum and gallium. Yes, and 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 for a long period of time.

第14の発明は、特に、第2〜第13のいずれか1つの発明において、第一電極膜の複合金属酸化物がペロブスカイト型構造であることにより、固体電解質基板と第二電極膜の中間層として酸素を解離吸着する電極反応を高めることができるので、酸素ポンプ素子としての酸素イオン伝導性を向上させることができる。   In a fourteenth aspect of the invention, in particular, in any one of the second to thirteenth aspects of the invention, the composite metal oxide of the first electrode film has a perovskite structure, so that the intermediate layer between the solid electrolyte substrate and the second electrode film Since the electrode reaction for dissociating and adsorbing oxygen can be enhanced, oxygen ion conductivity as an oxygen pump element can be improved.

第15の発明は、特に、第9〜第14のいずれか1つの発明において、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℃付近で長期使用に対して安定した特性が維持できる。   In the fifteenth aspect of the invention, in particular, in any one of the ninth to fourteenth aspects of the invention, since the metal foil member is a ferritic stainless steel containing aluminum, it has excellent characteristics against high-temperature oxidation. The characteristics stable for long-term use can be maintained at around 800 ° C.

第16の発明は、特に、第1〜第15のいずれか1つの発明における酸素ポンプ素子と、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のヒータ用抵抗体に電圧を印加して加熱する加熱手段と、前記酸素ポンプ素子の固体電解質基板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た酸素供給装置とすることにより、固体電解質基板は表面上直接設けられたヒータ用抵抗体によって伝熱加熱されるようになり、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エネルギーを小さく抑えることができ、省エネルギー化を図ることができる。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 sixteenth invention is the oxygen pump element according to any one of the first to fifteenth inventions, voltage applying means for applying a voltage to the oxygen pump element, and voltage control means for controlling the voltage applying means. Heating means for applying a voltage to the heater resistor of the oxygen pump element for heating; temperature control means for detecting the solid electrolyte substrate temperature of the oxygen pump element to control the heating means; and the oxygen pump element By providing an oxygen supply device comprising a breathable heat insulating means for preventing thermal diffusion of the gas and a mixing means for mixing oxygen generated through the oxygen pump element with air to form a mixed gas having a predetermined oxygen concentration The solid electrolyte substrate is heated and heated by the heater resistor provided directly on the surface, improving the thermal efficiency of the oxygen pump element and the power energy required for heating the oxygen pump element. Energy can be suppressed to be small, it is possible to achieve energy saving. Moreover, since the whole oxygen pump element can be heated uniformly, the damage prevention effect of the oxygen pump element can be improved. In addition, since the oxygen pump element, the partition 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 downsized and can be easily mounted on a device. Can do.

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〜図4は、本発明の実施の形態1における酸素ポンプ素子とそれを用いた酸素供給装置を示すものである。
(Embodiment 1)
1 to 4 show an oxygen pump element and an oxygen supply apparatus using the same according to Embodiment 1 of the present invention.

本実施の形態における酸素ポンプ素子は、図1、図2に示すように、酸素イオン伝導性の固体電解質基板15上に複数のコンデンサを構成するような対の電極部を設け、前記電極部は電気的に直列回路となるように構成され、前記固体電解質基板15の片面あるいは両面において電極部を設けていない領域に絶縁膜18を形成した後、前記絶縁膜18上にヒ−タ用抵抗体19を配設したものである。そして、前記電極部は、固体電解質基板15に直接接合する第一電極膜16、17と、第一電極膜16、17上に形成された第二電極膜20、21とで構成され、第一電極膜16、17は複合金属酸化物成分を主体とする膜とし、第二電極膜20、21は貴金属成分を主体とする膜としたものである。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the oxygen pump element in the present embodiment is provided with a pair of electrode portions that constitute a plurality of capacitors on an oxygen ion conductive solid electrolyte substrate 15, and the electrode portions are An insulating film 18 is formed in a region where an electrode portion is not provided on one or both sides of the solid electrolyte substrate 15 and is configured to be an electric series circuit, and then a heater resistor is formed on the insulating film 18. 19 is provided. The electrode portion includes first electrode films 16 and 17 directly bonded to the solid electrolyte substrate 15 and second electrode films 20 and 21 formed on the first electrode films 16 and 17. The electrode films 16 and 17 are films mainly composed of a composite metal oxide component, and the second electrode films 20 and 21 are films mainly composed of a noble metal component.

前記固体電解質基板15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、具体的には寸法φ120mm、厚み200μmである。固体電解質基板15の表面には、28個の正電極膜(1)〜(28)として第一電極膜16が同心円状でほぼ対称な位置となるように配設されている。同心円の位置に配置された電極膜はほぼ等間隔に位置し、電極膜に印加された時の電位を考慮しながらそれぞれの電極膜間の距離をレイアウトしている。固体電解質基板15の裏面にも、同様に、28個の負電極膜として第一電極膜17が設けてあり、その位置は固体電解質基板15上に複数のコンデンサを構成するような対となる位置である。個々の第一電極膜16、17は約2cm2を目安に設計されており、固体電解質基板15に対して電極部面積は合計約56cm2となっている。 The solid electrolyte substrate 15 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, specifically, a dimension φ120 mm, The thickness is 200 μm. On the surface of the solid electrolyte substrate 15, the first electrode films 16 are disposed as 28 positive electrode films (1) to (28) so as to be concentric and substantially symmetrical. The electrode films arranged at concentric positions are located at almost equal intervals, and the distance between the electrode films is laid out in consideration of the potential when applied to the electrode films. Similarly, the first electrode film 17 is provided as 28 negative electrode films on the back surface of the solid electrolyte substrate 15, and the positions thereof are pairs that form a plurality of capacitors on the solid electrolyte substrate 15. It is. The individual first electrode films 16 and 17 are designed with about 2 cm 2 as a guide, and the total area of the electrode portion with respect to the solid electrolyte substrate 15 is about 56 cm 2 .

第一電極膜16、17は複合金属酸化物成分を主体とする膜であるが、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、Sm0.5Sr0.5CoO3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。 The first electrode films 16 and 17 are films mainly composed of a composite metal oxide component, and a perovskite complex oxide having conductivity is used. Specifically, a paste prepared by mixing Sm 0.5 Sr 0.5 CoO 3 with a cellulose-based vehicle as an organic solvent is formed by screen printing to form a printed film, dried, and then fired at 1100 ° C. A positive and negative electrode film having porosity was formed.

次に、固体電解質基板15上に第一電極膜16、17を配さなかった箇所を利用して絶縁膜18を形成した。絶縁膜18としてはガラスセラミック膜を用いた。ガラスセラミック膜にはSiO―ZnO―CaO−BaO系でアルカリ土類金属の酸化物を20wt%含有し、アルカリ金属の酸化物を約1.0wt%含有する結晶化ガラスを使用した。ガラスセラミック材料は先ず1300℃にて溶解後、ロール冷却機にてカレット状態に加工され、その後さらにボールミル等にて所定の粒度に粉砕される。粉砕されたガラス粒子を印刷ペーストに加工して供した。結晶化ガラスの結晶化開始温度は約850℃であるため、スクリーン印刷を2回行った後、1000℃で焼成するとある程度結晶化が進み、耐熱衝撃性に強いガラスセラミック膜が膜厚約30μmで形成された。 Next, an insulating film 18 was formed on the solid electrolyte substrate 15 by using a portion where the first electrode films 16 and 17 were not provided. A glass ceramic film was used as the insulating film 18. For the glass ceramic film, a crystallized glass containing SiO 2 —ZnO—CaO—BaO system containing 20 wt% of alkaline earth metal oxide and about 1.0 wt% of alkali metal oxide was used. The glass ceramic material is first melted at 1300 ° C., then processed into a cullet state by a roll cooler, and then further pulverized to a predetermined particle size by a ball mill or the like. The crushed glass particles were processed into a printing paste. Since the crystallization start temperature of crystallized glass is about 850 ° C., after screen printing is performed twice, crystallization proceeds to some extent when fired at 1000 ° C., and a glass ceramic film having a high thermal shock resistance has a film thickness of about 30 μm. Been formed.

さらに、ガラスセラミック膜上にはヒータ用抵抗体19が形成されているが、これは、AgPd(Ag:Pd=80:20)ペーストにガラスセラミック膜を構成する結晶化ガラス粒子を5wt%添加したものを使用した。スクリーン印刷により印刷膜を形成し、乾燥後、900℃にて焼成することにより形成した。   Further, a heater resistor 19 is formed on the glass ceramic film, which is obtained by adding 5 wt% of crystallized glass particles constituting the glass ceramic film to the AgPd (Ag: Pd = 80: 20) paste. I used something. A printed film was formed by screen printing, dried and then fired at 900 ° C.

次に、28個の第一電極膜16、17の表面上には、第二電極膜20、21としてそれぞれAuの多孔性導電膜を積層した。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。この時、複数の第二電極膜20が固体電解質基板15を介して反対側の第二電極膜21と直列回路構造となるためのリード部印刷も同時に行った。リード部印刷は固体電解質基板15に対して膜厚が、第一電極膜+第二電極膜とほぼ同等となるように多数回印刷した。その後、固体電解質基板15に設けた複数の貫通孔22にもAuペーストを充填して回路構成を行った。   Next, a porous Au conductive film was laminated as the second electrode films 20 and 21 on the surfaces of the 28 first electrode films 16 and 17, respectively. 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. At this time, the lead part printing for the plurality of second electrode films 20 to form a series circuit structure with the second electrode film 21 on the opposite side via the solid electrolyte substrate 15 was also performed at the same time. In the lead portion printing, the solid electrolyte substrate 15 was printed many times so that the film thickness was substantially the same as that of the first electrode film + the second electrode film. Thereafter, the plurality of through holes 22 provided in the solid electrolyte substrate 15 was also filled with Au paste to form a circuit.

図2に示すように、貫通孔22は、隣り合う電極部が貫通孔22を介して反対側に位置する電極部と結線することができるようにするもので、これにより電極部が直列回路となるように構成した。すなわち、隣り合う第二電極膜間の固体電解質基板15に貫通孔22が設けられ、正極側導電膜からの取り出されたリード部が隣り合う正極側、負極側導電膜の中間位置まで配設され、Auで被覆された貫通孔22を介して負極側導電膜からのリード部と連結される構成となっている。その結果、28個の電極部が直列回路に構成されている。具体的な電極部の序列を図1の電極部上に(1)〜(28)として記した。したがって、本実施の形態では、固体電解質基板15の外周部から中心部に対して電位勾配が生じることとなる。   As shown in FIG. 2, the through-hole 22 allows adjacent electrode portions to be connected to an electrode portion located on the opposite side via the through-hole 22, whereby the electrode portion is connected to the series circuit. It comprised so that it might become. That is, the through-hole 22 is provided in the solid electrolyte substrate 15 between the adjacent second electrode films, and the lead portion taken out from the positive electrode side conductive film is disposed to the intermediate position between the adjacent positive electrode side and negative electrode side conductive film. The lead portion from the negative electrode side conductive film is connected through the through hole 22 covered with Au. As a result, 28 electrode portions are configured in a series circuit. The specific order of the electrode parts is shown as (1) to (28) on the electrode part in FIG. Accordingly, in the present embodiment, a potential gradient is generated from the outer peripheral portion of the solid electrolyte substrate 15 to the central portion.

第二電極膜20、21は、個々の一対をなす正負電極膜間に1〜1.5V程度の電圧を印加した時の電位に対して電極部の面分布ムラを改善できる。電極面積2cm2に対して最大電位ムラを約7%以内とすることができた。さらにヒータ用抵抗体19で発生した熱を良好に固体電解質基板15の面全体へと熱伝導することができる。 The second electrode films 20 and 21 can improve the surface distribution unevenness of the electrode portion with respect to the potential when a voltage of about 1 to 1.5 V is applied between each pair of positive and negative electrode films. The maximum potential unevenness was within about 7% with respect to the electrode area of 2 cm 2 . Furthermore, the heat generated by the heater resistor 19 can be favorably conducted to the entire surface of the solid electrolyte substrate 15.

また、図3に示すように、体電解質基板15の外周部は絶縁膜24を介して環状の金属箔部材23と結合されている。金属箔部材23としては、Fe−20Cr−5Al、10μmを使用した。固体電解質基板15の金属箔部材23と接する部分にはガラスセラミック膜よりなる絶縁膜24が形成されている。絶縁膜24は絶縁膜18と同じ組成のものを使用したが、スクリーン印刷は1回で膜厚は約15μmで形成した。また、金属箔部材23と固体電解質基板15との接合部には、所定幅の導電膜が配設され、金属箔部材23の内周部両面に3mm幅でAuペーストをスクリーン印刷し、固体電解質基板15の接合部分にもAuペーストをスクリーン印刷して、乾燥後に所定の荷重を加えながら800℃焼成することで行った。その結果、金属箔部材23にも導電膜25、26が配設される。   As shown in FIG. 3, the outer periphery of the body electrolyte substrate 15 is coupled to an annular metal foil member 23 via an insulating film 24. As the metal foil member 23, Fe-20Cr-5Al, 10 μm was used. An insulating film 24 made of a glass ceramic film is formed on a portion of the solid electrolyte substrate 15 in contact with the metal foil member 23. The insulating film 24 has the same composition as that of the insulating film 18, but the screen printing is performed once and the film thickness is about 15 μm. In addition, a conductive film having a predetermined width is disposed at the joint between the metal foil member 23 and the solid electrolyte substrate 15, and Au paste is screen-printed with a width of 3 mm on both inner peripheral surfaces of the metal foil member 23, thereby solid electrolyte. Au paste was also screen-printed on the joint portion of the substrate 15 and baked at 800 ° C. while applying a predetermined load after drying. As a result, the conductive films 25 and 26 are also disposed on the metal foil member 23.

第二電極膜20(正極側導電膜)の序列(1)よりリード部材(図示せず)が結線され、第二電極膜21(負極側導電膜)の序列(1)よりリード部材(図示せず)が結線されている。   A lead member (not shown) is connected from the order (1) of the second electrode film 20 (positive electrode side conductive film), and a lead member (not shown) from the order (1) of the second electrode film 21 (negative electrode side conductive film). ) Is connected.

図4は、図1〜図3に示した酸素ポンプ素子を使用した酸素供給装置を示すものである。   FIG. 4 shows an oxygen supply apparatus using the oxygen pump element shown in FIGS.

金属箔部材23の周囲は、電気絶縁性のガス封止剤27で支持体28に固定されている。固体電解質基板15は金属箔部材23を介して支持体28に固定されている。空間区画手段は、固体電解質基板15と金属箔部材23とで構成されている。   The periphery of the metal foil member 23 is fixed to the support 28 with an electrically insulating gas sealant 27. The solid electrolyte substrate 15 is fixed to the support 28 via the metal foil member 23. The space partition means is composed of a solid electrolyte substrate 15 and a metal foil member 23.

また、第二電極膜20の正極側導電膜側および第二電極膜21の負極側導電膜側には、リード部材29を介して電圧印加手段30が接続されており、電圧印加手段30には、電圧制御手段31が接続されている。   A voltage applying means 30 is connected to the positive electrode side conductive film side of the second electrode film 20 and the negative electrode side conductive film side of the second electrode film 21 via a lead member 29. The voltage control means 31 is connected.

加熱手段32は酸素ポンプ素子のヒータ用抵抗体19に電圧を印加するためリード部材33が結線され、固体電解質基板15の温度を検知する手段34aを有する温度制御手段34が、加熱手段32に信号を送っている。   The heating means 32 is connected to the lead member 33 for applying a voltage to the heater resistor 19 of the oxygen pump element, and the temperature control means 34 having means 34 a for detecting the temperature of the solid electrolyte substrate 15 sends a signal to the heating means 32. Is sending.

固体電解質基板15の温度を検知する手段34aは、温度センサーあるいは他の方法であってもよい。温度センサーの場合、固体電解質基板15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34が検知する固体電解質基板15の温度によって、温度制御手段34が、ヒータ用抵抗体19への入力を、加熱手段32を介して制御する。   The means 34a for detecting the temperature of the solid electrolyte substrate 15 may be a temperature sensor or another method. In the case of a temperature sensor, the temperature sensor may be disposed in the vicinity of the solid electrolyte substrate 15 or may be disposed at an arbitrary position. The temperature control unit 34 controls the input to the heater resistor 19 via the heating unit 32 according to the temperature of the solid electrolyte substrate 15 detected by the temperature control unit 34.

ヒータ用抵抗体19で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35および36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37は、第二電極膜21側に、通気用の開口部38を設けている。また、容器37の第二電極膜20側には、通気口39を介して、ガスの混合手段40が連結されている。混合手段40は、ガス誘導管41と、被混合ガス導入管42と、ガス混合器43と、ガスポンプ44によって構成されている。   The heat insulating means 35 and 36 are air-permeable heat insulating members for suppressing heat loss generated in the heater resistor 19. 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 37 for maintaining the overall shape are provided with an opening 38 for ventilation on the second electrode film 21 side. A gas mixing means 40 is connected to the second electrode film 20 side of the container 37 through a vent 39. The mixing means 40 includes a gas induction pipe 41, a mixed gas introduction pipe 42, a gas mixer 43, and a gas pump 44.

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、酸素供給装置を構成する通気性の断熱材である断熱手段35および36の内部を通過して第二電極膜20、21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 35 and 36, which are air-permeable heat insulating materials constituting the oxygen supply device, to form the second electrode film. It is stable in a state where it has diffused to the surface on the 20th and 21st side.

この状態において温度制御手段34によってヒータ用抵抗体19に通電すると、断熱手段35および36内の固体電解質基板15の温度が上昇する。温度制御手段34は、固体電解質基板15が動作するに必要な温度、約600℃となるよう、ヒータ用抵抗体19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、固体電解質基板15の特性に合わせて、任意の温度の動作も可能である。この場合にはヒータ用抵抗体19に70Wの電力を使用することで、固体電解質基板15を約60秒で600℃にすることができた。また、定常状態では600℃を維持するために必要な電力は43Wであった。   In this state, when the heater resistor 19 is energized by the temperature control means 34, the temperature of the solid electrolyte substrate 15 in the heat insulation means 35 and 36 rises. The temperature control means 34 energizes while controlling the heater resistor 19 so that the temperature required for the operation of the solid electrolyte substrate 15 is about 600 ° C. However, this temperature is not limited, and operation at an arbitrary temperature is possible according to the characteristics of the solid electrolyte substrate 15. In this case, by using 70 W of power for the heater resistor 19, the solid electrolyte substrate 15 could be brought to 600 ° C. in about 60 seconds. Moreover, the electric power required in order to maintain 600 degreeC in the steady state was 43W.

固体電解質基板15の酸素イオン伝導可能な温度に達した時点で、第二電極膜20、21を介して固体電解質基板15に28〜30V程度の電圧を印加すると、第二電極膜21側の表面近傍の酸素が、電気化学反応によって負極側導電膜、負極側導電膜から固体電解質基板15の内部を酸素イオンとして、第二電極膜20である正極側導電膜へと移動し、正極側導電膜側の表面から再結合された酸素分子として放出される。   When a voltage of about 28 to 30 V is applied to the solid electrolyte substrate 15 through the second electrode films 20 and 21 when the temperature at which the solid electrolyte substrate 15 can conduct oxygen ions is reached, the surface on the second electrode film 21 side Oxygen in the vicinity moves from the negative electrode side conductive film and the negative electrode side conductive film to the positive electrode side conductive film as the second electrode film 20 from the negative electrode side conductive film and oxygen ions inside the solid electrolyte substrate 15 by an electrochemical reaction. Released from the surface on the side as recombined oxygen molecules.

この時、固体電解質基板15の各電極部間で約4Aの電流が流れ、固体電解質基板15は自己発熱する。したがって、使用される金属箔部材23も600℃の雰囲気温度に曝されることになる。金属箔部材23は固体電解質基板15と絶縁膜24および導電膜25、26を介して接合されているので、電流が金属箔部材23側へ漏電することはない。固体電解質基板15側に絶縁膜24を設けることで金属箔部材23の柔軟性を損なうことなく、固体電解質基板15と金属箔部材23との間に必要な絶縁性を保持させることができた。   At this time, a current of about 4 A flows between the electrode portions of the solid electrolyte substrate 15, and the solid electrolyte substrate 15 self-heats. Therefore, the metal foil member 23 to be used is also exposed to an ambient temperature of 600 ° C. Since the metal foil member 23 is bonded to the solid electrolyte substrate 15 via the insulating film 24 and the conductive films 25 and 26, current does not leak to the metal foil member 23 side. By providing the insulating film 24 on the solid electrolyte substrate 15 side, it was possible to maintain the necessary insulation between the solid electrolyte substrate 15 and the metal foil member 23 without impairing the flexibility of the metal foil member 23.

また、導電膜25、26を形成することで金属箔部材23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。このように、金属箔部材23の表面上に導電膜25、26を形成して高温酸化を防止するためには、少なくとも第二電極膜20、21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23の表面上に形成させる導電膜25、26の幅は3〜5mmが好ましいと考えられる。   In addition, the formation of the conductive films 25 and 26 could effectively protect against the surface oxidation of the metal foil member 23. Thus, in order to form the conductive films 25 and 26 on the surface of the metal foil member 23 and prevent high-temperature oxidation, at least 3 mm width in the outer peripheral direction from the joint portion with the second electrode films 20 and 21 is required. It was necessary. Further, even if the width is too wide, waste of expensive material is caused. Therefore, practically, the conductive films 25 and 26 formed on the surface of the metal foil member 23 preferably have a width of 3 to 5 mm. Conceivable.

ここで、第二電極膜20の正極側導電膜の表面近傍は、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、正極側導電膜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23とガス封止剤27が、第二電極膜21の負極側電極膜側からのガスリークを防ぐ手段として有効に作用する。   Here, the vicinity of the surface of the positive electrode-side conductive film of the second electrode film 20 is in a state close to pure oxygen. However, as long as gas leakage cannot be completely prevented, the oxygen is discharged while leaving the surface of the positive-electrode-side conductive film. Is naturally mixed with the leaked gas. Therefore, the metal foil member 23 and the gas sealant 27 which are means for partitioning the space effectively act as means for preventing gas leakage from the negative electrode film side of the second electrode film 21.

一方、窒素は第二電極膜21側に残される。残された窒素は、断熱手段35の通気性により、大気中に拡散していくと共に、第二電極膜21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 second electrode film 21 side. The remaining nitrogen diffuses into the atmosphere due to the air permeability of the heat insulating means 35, and new oxygen is supplied from the outside to the second electrode film 21 side.

第二電極膜20から放出される酸素ガスは、通気口39を通り、ガスの混合手段40を構成することによってガス誘導管41と、被混合ガス導入管42と、ガス混合器43とによって被混合ガスと混合される。本実施の形態では、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44の吸引と排出速度によって決められる。   The oxygen gas released from the second electrode film 20 passes through the vent 39 and constitutes a gas mixing means 40, thereby being covered by the gas induction pipe 41, the mixed gas introduction pipe 42, and the gas mixer 43. Mixed with mixed gas. In the present 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 speed of the gas pump 44.

また、混合ガス中の酸素濃度は、混合ガス流量と、固体電解質基板15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、固体電解質基板15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 substrate 15, that is, the magnitude of the ionic current. The ionic current can be controlled by the magnitude of the voltage applied to the solid electrolyte substrate 15.

最終的に、本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31による電圧制御とガスポンプ44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 is executed by voltage control by the voltage control means 31 and control of the mixed gas flow rate by the gas pump 44.

以上のように、本実施の形態では、固体電解質基板15と第二電極膜20、21とを酸素イオン伝導性を発現するように結合させ、固体電解質基板15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、酸素分子を第二電極膜20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31による電圧制御とガスポンプ44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。具体的には、本実施の形態により、酸素濃度30%、流量3L/minをベースとして酸素濃度90%まで可変可能であった。この時、酸素ポンプ素子の電気回路は28V、4A仕様でよく、並列回路に比べると制御的にも安価とすることができた。   As described above, in the present embodiment, the solid electrolyte substrate 15 and the second electrode films 20 and 21 are coupled so as to exhibit oxygen ion conductivity, and the space portion is partitioned by the partitioning means via the solid electrolyte substrate 15. By suppressing the gas leak, heating and raising the temperature and applying a voltage, oxygen molecules are released from the second electrode film 20 to generate an oxygen-enriched mixed gas. The voltage control by the voltage control means 31 and the gas pump By controlling the mixed gas flow rate by 44, an arbitrary oxygen concentration gas can be stably obtained. Specifically, according to the present embodiment, the oxygen concentration can be varied up to 90% based on an oxygen concentration of 30% and a flow rate of 3 L / min. At this time, the electrical circuit of the oxygen pump element may be 28V, 4A specification, and it can be made cheaper in terms of control compared to the parallel circuit.

本実施の形態との比較例として、同様な大きさの固体電解質基板15に対してリボンヒータによって間接加熱した場合には、立ち上げ時リボンヒータに150Wの電力を使用しても固体電解質基板15を600℃にするために約90秒を要し、それ以上で昇温させると固体電解質基板15にクラックを生じてしまった。また、定常状態で600℃に維持するために必要な電力も95Wであった。   As a comparative example to the present embodiment, when a solid electrolyte substrate 15 having the same size is indirectly heated by a ribbon heater, the solid electrolyte substrate 15 is used even when 150 W of electric power is used for the ribbon heater at the time of startup. It took about 90 seconds to bring the temperature to 600 ° C., and when the temperature was raised beyond that, the solid electrolyte substrate 15 was cracked. Moreover, the electric power required for maintaining at 600 degreeC in a steady state was also 95W.

なお、固体電解質基板15の片面に絶縁膜18とヒータ用抵抗体19を配設した場合について説明したが、両面であっても構わない。   Although the case where the insulating film 18 and the heater resistor 19 are disposed on one side of the solid electrolyte substrate 15 has been described, both sides may be provided.

(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2における酸素ポンプ素子を示すものである。基本構成は実施の形態1と重複しているので異なる部分について説明を加える。
(Embodiment 2)
FIG. 5 shows an oxygen pump element according to Embodiment 2 of the present invention. Since the basic configuration overlaps with that of the first embodiment, a description will be given of different portions.

本実施の形態では、固体電解質基板45に対して第一電極膜46、47となる正電極膜および負電極膜が固体電解質基板45を挟んでコンデンサを構成するような対構造となるように配設されている。第一電極膜46、47の材料組成は実施の形態1と同様である。   In the present embodiment, the positive electrode film and the negative electrode film that form the first electrode films 46 and 47 with respect to the solid electrolyte substrate 45 are arranged in a pair structure that constitutes a capacitor with the solid electrolyte substrate 45 interposed therebetween. It is installed. The material composition of the first electrode films 46 and 47 is the same as that of the first embodiment.

そして、第一電極膜46側の電極を設けない部分に絶縁膜48として粘土膜を配設した。粘土膜は粘土粒子、2μm以下と有機バインダーでグリーンシート状にした後、プレス法によって強制的に粘土粒子を高配向させたものを使用した。すなわち、粘土膜は結晶が層状に配向した構造を有する。また、所定の形状にプレスしたグリーンシートを切断した後、固体電解質基板45上で熱処理することによって粘土膜と固体電解質基板45とを接合させた。さらに、固体電解質基板45を挟んで粘土膜を配設しない側に導電膜49を負電極膜と接しないようにスクリーン印刷して熱処理を行い配設した。導電膜49の材料としては、Auペーストを使用した。次に、ヒータ用抵抗体50を粘土膜48上に配設した。ヒータ用抵抗体50の組成も実施の形態1と同様である。ヒータ用抵抗体50の上にはヒータ用抵抗体50をオーバーコートするガラスセラミック膜51を配設した。ガラスセラミック膜51は実施の形態1で使用したものと同様なものを使用した。その後、第二電極膜52、53となる正極側導電膜および負極側導電膜を配設した。組成は実施の形態1と同様である。   A clay film was disposed as an insulating film 48 in a portion where the electrode on the first electrode film 46 side was not provided. The clay film was made of clay particles, made into a green sheet with 2 μm or less and an organic binder, and then forcibly highly oriented clay particles by a pressing method. That is, the clay film has a structure in which crystals are oriented in layers. Further, after cutting the green sheet pressed into a predetermined shape, the clay film and the solid electrolyte substrate 45 were joined by heat treatment on the solid electrolyte substrate 45. Further, the conductive film 49 was screen-printed and heat-treated so as not to contact the negative electrode film on the side where the clay film was not disposed across the solid electrolyte substrate 45. As the material of the conductive film 49, Au paste was used. Next, the heater resistor 50 was disposed on the clay film 48. The composition of the heater resistor 50 is the same as that of the first embodiment. A glass ceramic film 51 for overcoating the heater resistor 50 is disposed on the heater resistor 50. The glass ceramic film 51 is the same as that used in the first embodiment. Then, the positive electrode side electrically conductive film and the negative electrode side electrically conductive film used as the 2nd electrode films 52 and 53 were arrange | positioned. The composition is the same as in the first embodiment.

固体電解質基板45と連結する金属箔部材54として両側表面上にZrO膜が処理されているものを使用した。固体電解質基板45と金属箔部材54の接合は、接合部分となる固体電解質基板45と金属箔部材54の両側にAuペーストをスクリーン印刷して乾燥後に所定の荷重を加えながら熱処理することで行った。固体電解質基板45と金属箔部材54との絶縁性は金属箔部材表面上に形成されたZrO膜によって維持されている。ZrO膜は金属箔部材54を処理水溶液中に浸漬することによって酸化被膜を形成させる液相析出法を使用した。得られたZrO膜は厚み0.3〜0.7μmによって十分な絶縁性を維持できるとともに本来の金属箔としての柔軟性も維持していた。 As the metal foil member 54 connected to the solid electrolyte substrate 45, a metal foil member 54 having a ZrO 2 film treated on both surfaces thereof was used. The solid electrolyte substrate 45 and the metal foil member 54 were joined by screen-printing Au paste on both sides of the solid electrolyte substrate 45 and the metal foil member 54 to be joined, and performing heat treatment while applying a predetermined load after drying. . The insulation between the solid electrolyte substrate 45 and the metal foil member 54 is maintained by the ZrO 2 film formed on the surface of the metal foil member. For the ZrO 2 film, a liquid phase deposition method was used in which an oxide film was formed by immersing the metal foil member 54 in the treatment aqueous solution. The obtained ZrO 2 film was able to maintain sufficient insulation properties with a thickness of 0.3 to 0.7 μm and also maintained flexibility as an original metal foil.

本実施の形態の酸素ポンプ素子は、ヒータ用抵抗体50に電圧が印加されて温度上昇した場合、固体電解質基板45は200μmと薄いのでヒータ用抵抗体50で発生した熱は裏側の導電膜49へとすぐに熱伝達され、その後、導電膜49によって素早く固体電解質基板45面方向へと熱伝達させることができた。その結果、立ち上がり特性においてヒータ用抵抗体50に70Wの電力を使用することで、固体電解質基板45を約50秒で600℃にすることができた。また、定常状態で600℃に維持するために必要な電力も85Wであった。   In the oxygen pump element of the present embodiment, when a voltage is applied to the heater resistor 50 and the temperature rises, the solid electrolyte substrate 45 is as thin as 200 μm, so that the heat generated in the heater resistor 50 is the conductive film 49 on the back side. Heat was immediately transferred to the surface, and then the heat could be quickly transferred to the surface of the solid electrolyte substrate 45 by the conductive film 49. As a result, it was possible to bring the solid electrolyte substrate 45 to 600 ° C. in about 50 seconds by using 70 W of power for the heater resistor 50 in the rising characteristics. Moreover, the electric power required for maintaining at 600 degreeC in a steady state was also 85W.

さらに、ヒータ用抵抗体50をガラスセラミック膜51でオーバーコートすることによって、ヒータ用抵抗体50の放熱を抑えるとともに、ヒータ用抵抗体50に対する繰り返し耐久性を向上させることができた。   Furthermore, by overcoating the heater resistor 50 with the glass ceramic film 51, heat dissipation of the heater resistor 50 can be suppressed, and repeated durability for the heater resistor 50 can be improved.

本実施の形態では、絶縁膜48がガラスセラミック膜の場合、ガラスセラミック膜としてSiO―ZnO―CaO−BaO系でアルカリ土類金属の酸化物を15〜25wt%含有し、アルカリ金属の酸化物を2wt%以下含有するもの使用したがこれに限定されるものではない。金属箔部材54との充分な絶縁性が維持でき、導電膜55やヒータ用抵抗体50となる材料と製造工程での処理温度に不具合を生じないものであればよい。その他SiO−B−MgO−BaO系も適用可能であった。アルカリ金属の酸化物含有率を抑えることでガラスの特性は高温化し、アルカリ土類金属酸化物の含有率を15〜25wt%とすることで結晶化開始温度は750〜800℃とすることができた。 In the present embodiment, when the insulating film 48 is a glass ceramic film, the glass ceramic film contains an SiO 2 —ZnO—CaO—BaO-based alkaline earth metal oxide in an amount of 15 to 25 wt%, and the alkali metal oxide However, the present invention is not limited to this. Any material can be used as long as it can maintain sufficient insulation with the metal foil member 54 and does not cause a problem in the material used for the conductive film 55 and the heater resistor 50 and the processing temperature in the manufacturing process. In addition, a SiO 2 —B 2 O 3 —MgO—BaO system was also applicable. By suppressing the oxide content of the alkali metal, the properties of the glass are increased in temperature, and the crystallization start temperature can be set at 750 to 800 ° C. by setting the content of the alkaline earth metal oxide to 15 to 25 wt%. It was.

本実施の形態で使用した粘土膜とガラスセラミック膜を複合化することも可能である。その場合には固体電解質基板45上にガラスセラミック膜を印刷し、その上に所定の形状にした粘土膜を載置して同時に熱処理すればよい。   It is also possible to combine the clay film and the glass ceramic film used in this embodiment mode. In that case, a glass ceramic film may be printed on the solid electrolyte substrate 45, a clay film having a predetermined shape may be placed thereon, and heat treatment may be performed simultaneously.

また、本実施の形態では、固体電解質基板45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)、サマリウムト゛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。   In the present embodiment, lanthanum gallate is used as the solid electrolyte substrate 45, but the solid electrolyte substrate 45 is not limited thereto, and may be yttrium-doped zirconia (YSZ), samarium-doped ceria (SDC), or the like. . 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.

また、本実施の形態では、第一電極膜46、47の複合金属酸化物としてSm0.5Sr0.5CoO3を使用したがこれに限定されるものではない。しかし、ペロブスカイト型構造を有する複合金属酸化物は酸素分子との電極反応性が高く、かつそれ自体が導電性を有するので優れた酸素イオン伝導性を実現することができる。特に、ペロブスカイト型複合酸化物の中でもAサイトにランタン、サマリウムの少なくとも1種と、Bサイトにコバルト、鉄、マンガンの少なくとも1種で構成されるもの、また、Aサイトの一部をストロンチウムで置換したものが優れた導電性と高い酸素分子の電極反応性を有していた。 In this embodiment, Sm 0.5 Sr 0.5 CoO 3 is used as the composite metal oxide of the first electrode films 46 and 47, but the present invention is not limited to this. However, since the composite metal oxide having a perovskite structure has high electrode reactivity with oxygen molecules and itself has conductivity, excellent oxygen ion conductivity can be realized. In particular, among the perovskite complex oxides, those composed of at least one of lanthanum and samarium at the A site and at least one of cobalt, iron, and manganese at the B site, and a part of the A site replaced with strontium It had excellent conductivity and high oxygen molecule electrode reactivity.

また、本実施の形態では、第二電極膜52、53の貴金属成分としてAuを使用したがこれに限定されるものではない。他にもAg単独あるいはAg−Pd系合金が使用可能である。   In the present embodiment, Au is used as the noble metal component of the second electrode films 52 and 53, but the present invention is not limited to this. In addition, Ag alone or an Ag—Pd alloy can be used.

また、本実施の形態では、金属箔部材54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10μmを使用したが金属箔部材54としては5〜15μmが好ましいと考えられる。すなわち、固体電解質基板45で発生した熱を外周部方向へと伝熱拡散させないためには厚みが薄いほど好ましい。しかし、5μm以下になると製造時でのハンドリングが悪くなるためである。   In the present embodiment, the Fe-20Cr-5Al material is used as the metal foil member 54. However, the present invention is not limited to this, and any other metal foil material 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 high temperature oxidation resistance. Moreover, although 10 micrometers in thickness was used, it is thought that 5-15 micrometers is preferable as the metal foil member 54. FIG. In other words, it is preferable that the thickness is as small as possible so that the heat generated in the solid electrolyte substrate 45 is not diffused toward the outer peripheral portion. However, if the thickness is 5 μm or less, the handling at the time of manufacture becomes worse.

また、本実施の形態では、金属箔部材54にZrO膜を液相析出法で形成したものを使用したがこれに限定されるものではない。その他にTiO膜、Al膜が使用できる。これらは処理水溶液中に浸漬することによって薄い酸化被膜を形成させることができ、酸素ポンプを動作させる高温雰囲気下でも十分な絶縁性を得ることができた。 Further, in the present embodiment, the metal foil member 54 in which a ZrO 2 film is formed by the liquid phase deposition method is used, but the present invention is not limited to this. In addition, a TiO 2 film and an Al 2 O 3 film can be used. These were able to form a thin oxide film by being immersed in a treatment aqueous solution, and were able to obtain sufficient insulation even under a high temperature atmosphere in which an oxygen pump was operated.

以上のように、本発明にかかる酸素ポンプ素子およびそれを用いた酸素供給装置は、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, the oxygen pump element and the oxygen supply device using the oxygen pump element according to the present invention can obtain stable and good electric current characteristics over a long period of time. Applicable to a wide range of applications such as health promotion equipment and health promotion equipment.

本発明の実施の形態1における酸素ポンプ素子の平面図The top view of the oxygen pump element in Embodiment 1 of this invention 図1のA−A’線に沿った断面図Sectional view along the A-A 'line of FIG. 同B−B’線に沿った断面図Sectional view along line B-B ' 同酸素ポンプ素子を用いた酸素供給装置の断面図Sectional view of an oxygen supply device using the oxygen pump element 本発明の実施の形態2における酸素ポンプ素子の断面図Sectional drawing of the oxygen pump element in Embodiment 2 of this invention 従来の酸素ポンプ素子を示す構成図Configuration diagram showing a conventional oxygen pump element 従来の酸素供給装置の断面図Sectional view of a conventional oxygen supply device

符号の説明Explanation of symbols

15、45 固体電解質基板
16、46 第一電極膜(正電極膜)
17、47 第一電極膜(負電極膜)
18、24、48 絶縁膜
19、50 ヒータ用抵抗体
20、52 第二電極膜(正極側導電膜)
21、53 第二電極膜(負極側導電膜)
22 貫通孔
23、54 金属箔部材
25、26、55 導電膜
30 電圧印加手段
31 電圧制御手段
32 加熱手段
34 温度制御手段
35、36 断熱手段
40 混合手段
48 粘土膜
15, 45 Solid electrolyte substrate 16, 46 First electrode film (positive electrode film)
17, 47 First electrode film (negative electrode film)
18, 24, 48 Insulating film 19, 50 Heater resistor 20, 52 Second electrode film (positive electrode side conductive film)
21, 53 Second electrode film (negative electrode side conductive film)
22 Through-holes 23, 54 Metal foil members 25, 26, 55 Conductive film 30 Voltage application means 31 Voltage control means 32 Heating means 34 Temperature control means 35, 36 Heat insulation means 40 Mixing means 48 Clay film

Claims (16)

酸素イオン伝導性の固体電解質基板上に複数のコンデンサを構成するような対の電極部を設け、前記電極部は電気的に直列回路となるように構成され、前記固体電解質基板の片面あるいは両面において電極部を設けていない領域に絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜上にヒ−タ用抵抗体を配設した酸素ポンプ素子。 A pair of electrode portions constituting a plurality of capacitors are provided on an oxygen ion conductive solid electrolyte substrate, and the electrode portions are configured to be electrically connected in series, on one side or both sides of the solid electrolyte substrate. An oxygen pump element in which an insulating film is formed in a region where no electrode portion is provided, and a heater resistor is disposed on the insulating film. 電極部は固体電解質基板に直接接合する第一電極膜と、前記第一電極膜上に形成された第二電極膜とで構成され、第一電極膜は複合金属酸化物成分を主体とする膜とし、第二電極膜は貴金属成分を主体とする膜とした請求項1に記載の酸素ポンプ素子。 The electrode part is composed of a first electrode film directly bonded to the solid electrolyte substrate and a second electrode film formed on the first electrode film, and the first electrode film is a film mainly composed of a composite metal oxide component. The oxygen pump element according to claim 1, wherein the second electrode film is a film mainly composed of a noble metal component. 固体電解質基板に複数の貫通孔を設け、隣り合う電極部は前記貫通孔を介して反対側に位置する電極部と結線することで直列回路となるように構成した請求項1または2に記載の酸素ポンプ素子。 The solid electrolyte substrate is provided with a plurality of through holes, and adjacent electrode portions are connected to an electrode portion located on the opposite side via the through holes to form a series circuit. Oxygen pump element. 絶縁膜がガラスセラミック膜であり、前記ガラスセラミック膜の主体がSiO2―ZnO―CaO−BaO系あるいはSiO−B−MgO−BaO系でアルカリ土類金属の酸化物を15〜25wt%含有し、アルカリ金属の酸化物を2wt%以下含有する結晶化ガラスである請求項1〜3のいずれか1項に記載の酸素ポンプ素子。 The insulating film is a glass ceramic film, and the main component of the glass ceramic film is SiO 2 —ZnO—CaO—BaO type or SiO 2 —B 2 O 3 —MgO—BaO type, and an alkaline earth metal oxide is 15 to 25 wt%. The oxygen pump element according to claim 1, wherein the oxygen pump element is a crystallized glass containing 2 wt% or less of an alkali metal oxide. 絶縁膜が粘土膜であり、前記粘土膜は結晶が層状に配向した構造を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の酸素ポンプ素子。 The oxygen pump element according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulating film is a clay film, and the clay film has a structure in which crystals are oriented in layers. 絶縁膜がガラスセラミック膜と粘土膜との複合膜であり、固体電解質基板上にガラスセラミック膜を配設し、前記ガラスセラミック膜上に前記粘土膜を配設した構造を有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の酸素ポンプ素子。 The insulating film is a composite film of a glass ceramic film and a clay film, and has a structure in which a glass ceramic film is disposed on a solid electrolyte substrate and the clay film is disposed on the glass ceramic film. The oxygen pump element according to any one of the above. 絶縁膜上に配設されたヒータ抵抗体がガラスセラミック膜または粘土膜でオーバーコートされている請求項1〜6のいずれか1項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 heater resistor disposed on the insulating film is overcoated with a glass ceramic film or a clay film. 固体電解質基板を挟んで絶縁膜と向かい合う側および位置に熱伝導膜を配設した請求項1〜7のいずれか1項に記載の酸素ポンプ素子。 The oxygen pump element according to any one of claims 1 to 7, wherein a heat conductive film is disposed on a side and a position facing the insulating film across the solid electrolyte substrate. 固体電解質基板の外周部は絶縁膜を介して金属箔部材と結合された構成である請求項1〜8のいずれか1項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 outer peripheral portion of the solid electrolyte substrate is coupled to a metal foil member via an insulating film. 絶縁膜は金属箔部材の表面に液相析出法で形成されたTiO膜またはZrO膜である請求項9に記載の酸素ポンプ素子。 The oxygen pump element according to claim 9, wherein the insulating film is a TiO 2 film or a ZrO 2 film formed on the surface of the metal foil member by a liquid phase deposition method. 絶縁膜は固体電解質基板の表面の外周部に配設されたガラスセラミック膜であり、前記ガラスセラミック膜の主体がSiO―ZnO―CaO−BaO系またはSiO―ZnO―CaO−BaO系でアルカリ土類金属の酸化物を15〜25wt%含有し、アルカリ金属の酸化物を2wt%以下含有する結晶化ガラスである請求項9に記載の酸素ポンプ素子。 The insulating film is a glass ceramic film disposed on the outer periphery of the surface of the solid electrolyte substrate. The glass ceramic film is mainly composed of a SiO 2 —ZnO—CaO—BaO system or a SiO 2 —ZnO—CaO—BaO system and is alkaline. The oxygen pump element according to claim 9, which is a crystallized glass containing 15 to 25 wt% of an earth metal oxide and 2 wt% or less of an alkali metal oxide. 金属箔部材には導電膜が所定幅配設されている請求項9〜11のいずれか1項に記載の酸素ポンプ素子。 The oxygen pump element according to any one of claims 9 to 11, wherein the metal foil member is provided with a conductive film having a predetermined width. 固体電解質基板がランタンガレートである請求項1〜12のいずれか1項に記載の酸素ポンプ素子。 The oxygen pump element according to claim 1, wherein the solid electrolyte substrate is lanthanum gallate. 第一電極膜の複合金属酸化物がペロブスカイト型構造である請求項2〜13のいずれか1項に記載の酸素ポンプ素子。 The oxygen pump element according to any one of claims 2 to 13, wherein the composite metal oxide of the first electrode film has a perovskite structure. 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請求項9〜14のいずれか1項に記載の酸素ポンプ素子。 The oxygen pump element according to any one of claims 9 to 14, wherein the metal foil member is ferritic stainless steel containing aluminum. 請求項1〜15のいずれか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のヒータ用抵抗体に電圧を印加して加熱する加熱手段と、前記酸素ポンプ素子の固体電解質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た酸素供給装置。 The oxygen pump element according to any one of claims 1 to 15, voltage application means for applying a voltage to the oxygen pump element, voltage control means for controlling the voltage application means, and a heater for the oxygen pump element A heating means for applying a voltage to the resistor for heating, a temperature control means for detecting the solid electrolyte temperature of the oxygen pump element to control the heating means, and a breathability for preventing thermal diffusion of the oxygen pump element An oxygen supply device comprising: a heat insulating means; and a mixing means for mixing oxygen generated through the oxygen pump element with air to form a mixed gas having a predetermined oxygen concentration.
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