JP2007126734A - Electrochemical reaction apparatus, oxygen enrichment device and hydrogen enrichment device - Google Patents
Electrochemical reaction apparatus, oxygen enrichment device and hydrogen enrichment device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007126734A JP2007126734A JP2005322449A JP2005322449A JP2007126734A JP 2007126734 A JP2007126734 A JP 2007126734A JP 2005322449 A JP2005322449 A JP 2005322449A JP 2005322449 A JP2005322449 A JP 2005322449A JP 2007126734 A JP2007126734 A JP 2007126734A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cell
- oxygen
- electrochemical
- base material
- electrochemical reaction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電子を授受する電気化学セルが備えられた電気化学反応装置に関するものであり、特に上記電気化学セルの一種である酸素透過性セルを用いた酸素富化器や水素透過性セルを用いた水素富化器に関するものである。 The present invention relates to an electrochemical reaction device equipped with an electrochemical cell for transferring electrons, and in particular, an oxygen enricher and a hydrogen permeable cell using an oxygen permeable cell which is a kind of the electrochemical cell. It relates to the hydrogen enricher used.
従来の電気化学セルを用いた酸素透過性セルにおいては、図5に示すように、酸素イオン伝導性を有する薄板状の固体電解質90の片面にカソード極91が設けられるとともに、他方の面にアノード極92が設けられている。そして、所定の温度下において、電極91、92間に直流電源Vを接続すると、カソード極91側からアノード極92側に向けて酸素イオンが透過する。
In an oxygen permeable cell using a conventional electrochemical cell, as shown in FIG. 5, a
さらに、この酸素透過性セルのカソード極91側の外方には、空気の通路93aが形成された板状体のセパレータ93が配置されるとともに、アノード極92側の外方には、酸素の通路94aが形成された板状体のセパレータ94が配置されており、これらのセパレータ93、94により上記酸素透過性セルが挟まれて、酸素富化器が構成されている。
Further, a plate-
これらのセパレータ93、94は、それぞれ中央部であって、かつ酸素透過性セルの対向面に、上記空気通路93aの排出口又は酸素通路94aの供給口が形成されている。そして、これらの上記空気通路93aの排出口及び酸素通路94aの供給口には、それぞれパンチングプレート95が配置されるとともに、このパンチングプレート95の表面に集電体96が配置されており、この集電体96がそれぞれ上記カソード極91又はアノード極92に対向するように配設されている。
Each of the
上述の酸素富化器によれば、カソード極91側に配置されているセパレータ93の空気通路93aから空気が送られることにより、酸素分子(O2)が、カソード極91にて電子を受け取り、酸素イオン(O2-)にイオン化される。そして、このイオンが電流として固体電解質90中を正電圧がかかるアノード極92側に移動し、アノード極92側にて電子を放出して、再び酸素分子に戻ることにより、酸素がアノード極92側に配置されているセパレータ94の酸素通路94aへ供給される。
According to the oxygen enricher described above, air is sent from the
ところで、上述の酸素富化器は、酸素透過性セルにおいて上述の反応を開始させるために400℃〜800℃の高温雰囲気にする必要があり、加熱されるようになっている。 By the way, the above-described oxygen enricher needs to be in a high temperature atmosphere of 400 ° C. to 800 ° C. in order to start the above-described reaction in the oxygen permeable cell, and is heated.
しかしながら、一般的に固体電解質90がセラミックス等の割れやすい材料からなるため、常温から上記反応温度まで昇温させる過程において、固体電解質90とセパレータ93、94とがそれぞれ厚み方向と面方向とに膨張すると、固体電解質90とセパレータ93、94とが密着して、互いに面方向の熱膨張が拘束される。このため、固体電解質90とセパレータ2との間に熱歪みが生じて、固体電解質90が破損してしまうという問題があった。
However, since the
さらに、上述の酸素透過性セルと上記セパレータ94との間がシールされていないため、電気化学反応によりアノード極92側に移動した酸素分子の一部が、酸素透過性セルとセパレータ94との間から酸素富化器外に漏れ出てしまうという問題があった。
Furthermore, since the gap between the oxygen permeable cell and the
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、上記酸素透過性セル等の電気化学セルの破損を防止するとともに、酸素透過性セル等の電子を授受する電気化学セルから得られる酸素等の気体が酸素富化器外に漏出することを防止する酸素富化器等の電気化学反応装置を提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and prevents damage to electrochemical cells such as the oxygen permeable cells, and oxygen obtained from electrochemical cells that exchange electrons such as oxygen permeable cells. It is an object of the present invention to provide an electrochemical reaction device such as an oxygen enricher that prevents gas from leaking out of the oxygen enricher.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、電子を授受する板状の電気化学セルと、この電気化学セルの中央部分に臨む位置に開口部が形成されるとともに上記電気化学セルと熱膨張係数が異なる素材からなる基材と、これら電気化学セルと基材との間に介装された介装部材とを備えてなり、上記介装部材が、中央部に上記開口部と連通する開口が形成された複数層のシート材が厚さ方向に積層されるとともに、当該積層間がそれぞれ気密性を有するように面方向の異なる位置において一体化されてなり、上記積層方向の一端側のシート材が全周にわたって上記セルに接合されるとともに、他端側の上記シート材が全周にわたって上記電気化学セルに接合されている電気化学反応装置とした。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
ここで、電気化学セルとは、電子の授受に伴って化学反応を行うセルを意味し、酸素透過性セルの他に、酸化剤ガスと燃料ガスとにより発電する発電セルや、水を電気分解する電解セルを含むものである。よって、電気化学反応装置とは、上述の電気化学セルを有する装置を意味し、酸素富化器の他に、燃料電池や、水の電気分解装置等として利用されるものである。 Here, the electrochemical cell means a cell that undergoes a chemical reaction with the exchange of electrons. In addition to an oxygen permeable cell, a power generation cell that generates power using an oxidant gas and a fuel gas, or electrolyzes water. It includes an electrolytic cell. Therefore, the electrochemical reaction device means a device having the above-described electrochemical cell, and is used as a fuel cell, a water electrolysis device, or the like in addition to the oxygen enricher.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電気化学反応装置において、上記介装部材が、上記シート材の内周端部と外周端部とが上記積層方向に向け、交互に接合されて一体化されていることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の電気化学反応装置において、上記電気化学セルがランタンガレートからなる板状の固体電解質及びこの固体電解質の表裏面の中央部に対にして設けられた電極からなり、上記積層方向の一端側のシート材が少なくともLaを含有する結晶化ガラスによって上記固体電解質に接合されており、かつ、この結晶化ガラスの熱膨張係数が10×10-6/K以上であって、かつ12×10-6/K以下であることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the electrochemical reaction device according to the first or second aspect, wherein the electrochemical cell is paired with a plate-shaped solid electrolyte made of lanthanum gallate and a central portion of the front and back surfaces of the solid electrolyte. The sheet material at one end in the stacking direction is joined to the solid electrolyte by crystallized glass containing at least La, and the thermal expansion coefficient of the crystallized glass is 10 × 10. -6 / K or more and 12 × 10 -6 / K or less.
さらに、請求項4に記載の発明に係る酸素富化器は、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電気化学反応装置の電気化学セルとして酸素透過性セルが用いられており、上記基材の中央部であって、かつ、上記基材の対向面にアノード極が設けられるとともに、上記基材の中央部であって、かつ、上記基材の反対面にカソード極が設けられてなり、上記基材には、内部に上記酸素透過性セルの上記アノード極から放出された酸素を流通させる通路が形成されていることを特徴とするものである。
Furthermore, the oxygen enricher according to the invention of claim 4 uses an oxygen permeable cell as the electrochemical cell of the electrochemical reaction device of any one of
さらにまた、請求項5に記載の発明に係る水素富化器は、請求項1又は2に記載の電気化学反応装置の電気化学セルとして、水素透過性セルが用いられており、上記基材の中央部であって、かつ、上記基材の対向面にカソード電極が設けられるとともに、上記基材の中央部であって、かつ、上記基材の反対面にアノード電極が設けられてなり、上記基材には、内部に上記水素透過性セルの上記カソード電極から放出された水素を流通させる通路が形成されていることを特徴とするものである。
Furthermore, in the hydrogen enricher according to the invention described in
請求項1又は2に記載の発明によれば、基材と電気化学セルとの間に介装された介装部材は、複数層のシート材を積層し、かつ、上記積層方向の一端側のシート材を全周にわたって上記電気化学セルに接合するとともに、他端側のシート材を全周にわたって上記基材に接合したため、上記電気化学セルと上記基材とがそれぞれ熱膨張することにより生じる面方向の熱歪みを介装部材によって吸収して、電気化学セルの破損を防止することができるとともに、上記電気化学セルと上記基材との間の気密性を確保することができる。
According to invention of
特に、請求項2に記載の発明によれば、上記シート材の内周端部と外周端部とを上記積層方向に向けて交互に接合したため、面方向に向けて生じる熱歪みをより多く吸収することができる。よって、熱応力による電気化学セルの破損を、より確実に防止することができる。
In particular, according to the invention described in
さらに、請求項3に記載の発明によれば、上記固体電解質がランタンガレート材料からなり、上記積層方向の一端側のシート材が上記固体電解質に少なくともLaを含有する結晶化ガラスによって接合されているため、固体電解質と結晶化ガラスとに含有されるLaがバッファーとなって固体電解質に対する結晶化ガラスの密着性を向上させることができる。その結果、固体電解質と上記積層方向の一端側のシート材とを強固に接合することができる。
Furthermore, according to the invention described in
さらにまた、結晶化ガラスの熱膨張係数を10×10-6/K以上であって、かつ12×10-6/K以下としたため、固体電解質(ランタンガレートの熱膨張係数10.8×10-6/K)と熱膨張係数が近似している。このため、常温から上記電気化学セルの反応温度まで昇温させた場合に、その過程において、固体電解質と結晶化ガラスとの間に生じる熱歪みにより、固体電解質が破損することを防止できる。 Furthermore, since the thermal expansion coefficient of the crystallized glass is 10 × 10 −6 / K or more and 12 × 10 −6 / K or less, the solid electrolyte (thermal expansion coefficient of lanthanum gallate 10.8 × 10 − 6 / K) and the thermal expansion coefficient are close to each other. For this reason, when the temperature is raised from room temperature to the reaction temperature of the electrochemical cell, it is possible to prevent the solid electrolyte from being damaged due to thermal strain generated between the solid electrolyte and the crystallized glass in the process.
一方、請求項4に記載の発明によれば、上記電気化学セルを酸素透過性セルとしたため、酸素透過性セルの中央部に設けられたアノード極及びカソード極に直流電源を接続することにより、上記基材の中央部から供給された空気中の酸素がカソード極において酸素イオンになり、この酸素イオンがアノード極側に移動して、電子を放出し、酸素分子として基材内の通路に供給される。その結果、電気化学セルを利用して、空気から酸素を分離し、所望の場所に供給することができる。 On the other hand, according to the invention described in claim 4, since the electrochemical cell is an oxygen permeable cell, by connecting a direct current power source to an anode electrode and a cathode electrode provided at the center of the oxygen permeable cell, Oxygen in the air supplied from the central part of the base material becomes oxygen ions at the cathode electrode, and the oxygen ions move to the anode electrode side to release electrons and supply them as passages in the base material as oxygen molecules. Is done. As a result, the electrochemical cell can be used to separate oxygen from the air and supply it to the desired location.
他方、請求項5に記載の発明によれば、上記電気化学セルを水素透過性セルとしたため、水素透過性セルの中央部に設けられたカソード極及びアノード極に直流電源を接続して、水蒸気を含む外部空気中に設置することにより、この水蒸気中の水素がアノード極において電子を放出して水素イオンになり、この酸素イオンがカソード極側に移動して、電子を受け取り、水素分子として基材内の通路に供給される。その結果、電気化学セルを利用して、水蒸気中から水素を分離し、所望の場所に供給することができる。
On the other hand, according to the invention described in
以下、本発明に係る電気化学反応装置の第一実施形態として、酸素富化器について説明する。 Hereinafter, an oxygen enricher will be described as a first embodiment of an electrochemical reaction device according to the present invention.
本実施形態における酸素富化器は、図1及び図2に示すように、板状の酸素透過性セル(電気化学セル)1と、この酸素透過性セル1と平行に配設されたセパレータ2と、このセパレータ2と上記酸素透過性セル1との間に設けられた介装部材3とから概略構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the oxygen enricher in this embodiment includes a plate-like oxygen permeable cell (electrochemical cell) 1 and a
この酸素透過性セル1は、矩形(正方形を含む、以下同様。)状の薄膜素材からなる固体電解質10と、この固体電解質10の中央部であって、上記セパレータ2との対向面に配設されたアノード極12と、この固体電解質10の中央部であって、上記セパレータ2の反対面に配設されたカソード極11とにより構成されている。
The oxygen
この固体電解質10としては、例えば、(La0.8・Sr0.2)(Ga0.8・Mg0.1・Co0.1)O3又は(La0.8・Sr0.2)(Ga0.8・Mg0.1・Ni0.1)O3等のペロブスカイト型結晶構造を有するランタンガレート系材料が用いられている。また、固体電解質10の膜厚は、使用する際の温度条件と、その際に要求される酸素透過量とに応じて定められており、本実施形態においては30〜200μmの範囲に設定されている。
Examples of the
また、カソード極11およびアノード極12は、それぞれ、SSC:(Sm0.5 Sr0.5)CoO3、BLC:(Ba0.6La0.4)CoO3、LSC:(La0.6Sr0.4)CoO3、LSM:(La0.85Sr0.15)MnO3、LSCF6428:(La0.6Sr0.4)(Fe0.2Co0.8)O3、LSCF6482:(La0.6Sr0.4)(Fe0.8Co0.2)O3等の電気伝導性の高い材料から構成されている。
The
上記セパレータ2は、SUS430等の導電性部材からなる矩形状の基材20であり、上記酸素透過性セル1に対向する面の中央部に上記アノード極12に対応する形状の凹部(開口部)21が形成されている。また、凹部21内には、底部から上記酸素透過性セル1に向けて突出する複数本の柱状部材22が均等に配設されている。
The
そして、凹部21内には、上記酸素透過性セル1の対向面に板状の集電体4が設けられるとともに、この集電体4と柱状部材22との間にパンチングプレート5が介装されている。この集電体4及びパンチングプレート5は、上記酸素透過性セル1と平行に配設され、その外周が凹部21内の内周と略同一の大きさに形成されている。また、集電体4は、SUS430等のステンレス鋼素材からなり、パンチングプレート5は、集電体4と同一素材からなるとともに、複数の穴が穿設されている。
In the
また、セパレータ2は、基材20の外周部から上記凹部21内の上記パンチングプレート5に囲まれた空間に貫通する気体の通路24が形成されている。そして、上記基材20の側壁と一体的に設けられて、上記基材20の外方に延在するとともに、上記通路24に連通する配管25が備えられている。この通路24とそれに連通する配管25とにより酸素の排気路Bが形成されている。
In the
上記介装部材3は、上記アノード極12に対応する開口3aが形成された矩形状の環状のシート材31が2枚積層されることにより構成されており、各シート材31は、SUS430等のフェライト系ステンレス箔からなる。
このうち、セパレータ2対向面側に配設されたシート材31aは、その外周がセパレータ2の外周と略同一の大きさに形成されているとともに、その外周部がセパレータ2の外周部に溶接あるいは溶着されている。
The
Among these, the
他方、酸素透過性セル1の対向面側に配設されたシート材31bは、その開口3aが上記シート材31aの開口3aと略同一の大きさに形成されているとともに、その内周部が上記シート材31aの内周部に溶接あるいは溶着されて一体化されている。そして、その外周が酸素透過性セル1の外周と略同一の大きさに形成されているとともに、外周部が酸素透過性セル1の外周部にガラス接合されている。
On the other hand, the
このガラス接合は、0.3〜5質量%のLa2O3及び0.5〜5質量%のAl2O3 を含む結晶化ガラス30を、固体電解質10とシート材3bとにスクリーン印刷し、乾燥させた後、固体電解質10とシート材3bとを貼り合わせ、次いで加熱処理することにより行われている。この結晶化ガラス30は、La2O3及びAl2O3を含有することにより、ランタンガレート系材料からなる固体電解質10との接着性が良好になる。
In this glass bonding, crystallized
さらに、上述のようにして構成された本実施形態の酸素富化器には、上記酸素透過性セル1の外方を取り囲むようにして、アルミナファイバーシートからなる絶縁シート6が配設されている。
Further, in the oxygen enricher of the present embodiment configured as described above, an insulating
また、上記酸素透過性セル1に対して上記セパレータ2の反対側に、上記酸素透過性セル1と平行に配設されたセパレータ7が設けられている。このセパレータ7は、上述のセパレータ2と同様に、矩形状の基材70からなり、中央部には凹部71が形成されている。そして、この凹部71には柱状部材72が設けられているとともに、集電体8及びパンチングプレート9が配設されている。
A
また、セパレータ7は、基材70の外周部から上記凹部71の上記パンチングプレート9に囲まれた空間に貫通する偶数本(図中2本)の気体の通路74が基材70の中心に対して点対称になるように対をなして形成されている。そして、上記基材70の側壁と一体的に設けられて、上記基材70の外方に延在するとともに、上記通路74に連通する偶数本(図中2本)の配管75が対をなして備えられている。この一方の通路74とそれに連通する配管75とにより空気の吸気路Aが形成されるとともに、他方の通路74とそれに連通する配管75とにより気体の排気路Cが形成されており、これらの吸気路Aと排気路Cとが対をなして配設されている。
The
このようにして構成されたセパレータ7は、上記セパレータ2とともに上記酸素透過性セル1及び上記絶縁シート6を挟み込むようにして配設される。そして、これらのセパレータ2、7には、電気回路(図示を略す)が接続されており、上記カソード極11に負電圧がかかるとともに、上記アノード極12に正電圧がかかるようになっている。
The
次いで、その他の実施形態について、図3を用いて説明する。
本実施形態の電気化学反応装置は、上記介装部材3としてシート材31が3枚積層されている点を除き、上述の実施形態の電気化学反応装置と同様にして構成されている。
Next, another embodiment will be described with reference to FIG.
The electrochemical reaction device of the present embodiment is configured in the same manner as the electrochemical reaction device of the above-described embodiment except that three
そして、この介装部材3は、セパレータ2対向面に配設されたシート材31aが上述の電気化学反応装置と同様にして設けられているものの、このシート材31aと酸素透過性セル1の対向面に配設されたシート材31bとの間にシート材31cが設けられている点において、上述の電気化学反応装置の場合と異なる。このシート材31cは、その内周部と上記シート材31aの内周部とが溶接あるいは溶着により一体化されるとともに、その外周部とシート材31bの外周部とが溶接あるいは溶着により一体化されている。そして、シート材31bは、その内周部が固体電解質10の外周部にガラス接合されている。
In the interposing
先に説明した電子化学反応装置は、介装部材3としてシート材31が2枚積層されているのに対し、その他の実施形態における電子化学反応装置は、シート材31が3枚積層されている。これにより、その他の実施形態における電子化学反応装置は、介装部材3による熱歪みの吸収量が多いだけでなく、固体電解質10による熱膨張が大きい場合にも、あるいはセパレータ2による熱膨張が大きい場合にも、介装部材3によって両者間に生じる熱歪みを効率的に吸収する点において優れている。
In the electrochemical reaction apparatus described above, two
上述の酸素富化器を用いた場合の作用について、説明する。
まず、セパレータ2、7及び介装部材3を介してカソード極11に負電圧をかけるとともに、アノード極12に正電圧をかける。すると、空気が吸気路Aから凹部71に供給され、柱状部材72に衝突しながら、凹部71の中央に向けて移動しつつ、パンチングプレート9の穴を通過して、カソード極11近傍に供給される。このようにして、凹部71全体からカソード極11近傍に均一的に空気が供給される。
The operation when the above-described oxygen enricher is used will be described.
First, a negative voltage is applied to the
すると、空気中の酸素は、カソード極11において、電子を受け取り、酸素イオン(O2-)になり、この酸素イオンが電流として固体電解質10中をアノード極12側に移動し、アノード極12において電子を放出して酸素分子となる。その際、酸素富化器は、起動時に400〜800に加熱されているため、固体電解質10とセパレータ2の基材20とがそれぞれ熱膨張することにより熱歪みが生じており、この熱歪みを介装部材3が吸収している。
Then, oxygen in the air receives electrons at the
次いで、酸素は、アノード極12から集電体4、さらにパンチングプレート5の穴を通過して、凹部21内に供給された後に、排気路Bから排出される。
他方、空気以外の成分は、再度パンチングプレート9の穴を通過して、セパレータ7の凹部71に排出され、排気路Cから排出される。
このため、空気から酸素のみを取り出すことが可能となる。
Next, oxygen passes from the
On the other hand, components other than air pass through the hole of the
For this reason, it becomes possible to take out only oxygen from air.
上述のように本実施形態の酸素富化器は、カソード極11及びアノード極12を備えた酸素透過性セル1とセパレータ2との間に介装された介装部材3として、上記アノード極12に対応する開口3aが形成された矩形状の環状シート材31が2枚積層され、シート材31同士の内周端部が気密性を有するように溶接あるいは溶着されている。さらに、シート材31aの外周部が上記セパレータ2に溶接あるいは溶着されるとともに、シート材31bの外周部が上記酸素透過性セル1にガラス接合されている。このため、シート材31からなる介装部材3は、シート材の面方向に対して可撓性を有し、上記酸素透過性セル1とセパレータ2とがそれぞれ熱膨張した場合に、両者間の熱歪みを吸収することができる。
As described above, the oxygen enricher according to this embodiment includes the
また、0.3〜5質量%のLa2O3及び0.5〜5質量%のAl2O3を含む結晶化ガラス30によって、フェライト系ステンレス箔からなるシート材31bとランタンガレートからなる固体電解質10の外周部とが強固に接合されている。また、上記結晶化ガラス30の熱膨張係数が10×10-6/K以上であって、かつ12×10-6/K以下であるため、結晶化ガラス30と固体電解質10との熱歪みによって固体電解質10が割れることを防止できる。
Furthermore, the crystallized
その結果、起動時の加熱により固体電解質10と結晶化ガラス30とがそれぞれ熱膨張した場合にも、固体電解質10から結晶化ガラス30と介装部材3とが剥がれ落ちることを防止することができるとともに、両者間の熱歪みによって固体電解質10が割れることを防止できる。また、上記アノード極12側において、上記酸素透過性セル1と上記セパレータ2との間の気密性を確実に確保することができる。
As a result, it is possible to prevent the crystallized
さらに、上記セパレータ2、7と介装部材3とを導電性部材としたため、上記酸素透過性セル1の中央部に設けられたカソード極11及びアノード極12に直流電源を直接接続しなくても、上記セパレータ2、7を介して間接的に接続することにより、上記セパレータ7の空気吸気路Aから供給された空気中の酸素がカソード極11において酸素イオンになる。次いで、この酸素イオンがアノード極12側に移動して、電子を放出し、酸素分子としてセパレータ2内の通路に供給されて、酸素排気路Bから排出される。他方、空気中の酸素以外の成分は、そのまま排気路Cから排出される。このため、配線構造の簡易な酸素富化器によって、空気から酸素を分離して、供給することができる。
Furthermore, since the
なお、本発明は、上記実施の形態に限られず、例えば、酸素透過性セル1、セパレータ2の基材20及び介装部材3が横断面円形状であってもよい。また、介装部材3は、2枚又は3枚等の複数枚のシート材が厚さ方向に向けて接合一体化されたものでなく、1枚のシート材が厚さ方向に向けて屈曲成形されたものであってもよい。
In addition, this invention is not restricted to the said embodiment, For example, the oxygen
以下、本発明に係る電気化学反応装置の第二実施形態として、水素富化器について説明する。
本実施形態における水素富化器は、図4に示すように、第一実施形態の酸素透過性セル1を水素透過性セル15に代えたものである。
Hereinafter, a hydrogen enricher will be described as a second embodiment of the electrochemical reaction apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 4, the hydrogen enricher in the present embodiment is obtained by replacing the oxygen
この水素透過性セル15は、SrCeO3からなる固体電解質16と、上記セパレータとの対向面に配設されたカソード極17と、上記セパレータ2の反対面に配設されたアノード極18とにより構成されている。これらのカソード極17及びアノード極18は、Pt−ZrO2、Pt等の材料からなる。
The hydrogen
上述の水素富化器を用いた場合の作用について、説明する。
第一実施形態における酸素富化器の作用と同様に、セパレータ2、7及び介装部材3を介して、カソード極17及びアノード極18に電源を接続して、電流を流す。
The operation when the above-described hydrogen enricher is used will be described.
Similar to the operation of the oxygen enricher in the first embodiment, a power source is connected to the
すると、空気中の水蒸気が吸気路Aから凹部71に供給され、パンチングプレート9の穴を通過して、アノード極18において、電子を放出して水素イオンになる。この水素イオンが電流として固体電解質16中をカソード極17側に移動し、カソード極17において電子を受け取り、水素分子となる。この際、介装部材3は、第一実施形態の酸素富化器と同様に熱歪みを吸収する。
Then, water vapor in the air is supplied from the intake passage A to the
次いで、水素は、カソード極17から集電体4、さらにパンチングプレートの穴を通過して、凹部21内に供給された後に、排気路Bから排出される。他方、水素以外の成分は、排気路Cから排出される。このため、空気中の水蒸気から水素のみを取り出すことが可能となる。
Next, hydrogen passes from the
上述のように本実施形態の水素富化器は、第1実施形態の酸素富化器と同様に、介装部材3が上記水素透過性セル15とセパレータ2との熱歪みを吸収することができるため、水素透過性セル15に割れが生じることが防止できる。また、上記カソード極17側において、介装部材3によって上記水素透過性セル15と上記セパレータ2との間の気密性を確保することができる。
As described above, in the hydrogen enricher of the present embodiment, the interposing
さらに、上記セパレータ2、7と介装部材3とを導電性部材としたため、配線構造の簡易な水素富化器によって、空気中の水蒸気から水素を分離して、供給することができる。
Furthermore, since the
なお、本発明は、上記実施の形態に限られず、例えば、第一実施形態の酸素富化器と同様に、介装部材3は、3枚のシート材が厚さ方向に向けて接合一体化されたものであっても、1枚のシート材が厚さ方向に向けて屈曲成形されたものであってもよい。
In addition, this invention is not restricted to the said embodiment, For example, like the oxygen enricher of 1st embodiment, the
1 酸素透過性セル(電気化学セル)
2 セパレータ
3 介装部材
1 Oxygen permeable cell (electrochemical cell)
2
Claims (5)
上記介装部材は、中央部に上記開口部と連通する開口が形成された複数層のシート材が厚さ方向に積層されるとともに、当該積層間がそれぞれ気密性を有するように面方向の異なる位置において一体化されてなり、上記積層方向の一端側のシート材が全周にわたって上記電気化学セルに接合されるとともに、他端側の上記シート材が全周にわたって上記基材に接合されていることを特徴とする電気化学反応装置。 A plate-like electrochemical cell for transferring electrons, a base material made of a material having a coefficient of thermal expansion different from that of the electrochemical cell, the opening being formed at a position facing the central portion of the electrochemical cell, and the electrochemical Comprising an interposed member interposed between the cell and the substrate,
The interposition member is laminated in the thickness direction with a plurality of layers of sheet materials in which an opening communicating with the opening is formed in the central portion, and the surface direction is different so that each of the laminations has airtightness. The sheet material on one end side in the stacking direction is joined to the electrochemical cell over the entire circumference, and the sheet material on the other end side is joined to the base material over the entire circumference. An electrochemical reaction device characterized by that.
上記積層方向の一端側のシート材は、少なくともLaを含有する結晶化ガラスによって上記固体電解質に接合されており、かつ、
この結晶化ガラスは、熱膨張係数が10×10-6/K以上であって、かつ12×10-6/K以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電気化学反応装置。 The electrochemical cell is composed of a plate-like solid electrolyte made of lanthanum gallate and electrodes provided in pairs at the center of the front and back surfaces of the solid electrolyte,
The sheet material on one end side in the laminating direction is joined to the solid electrolyte by crystallized glass containing at least La, and
3. The electrochemical reaction apparatus according to claim 1, wherein the crystallized glass has a thermal expansion coefficient of 10 × 10 −6 / K or more and 12 × 10 −6 / K or less. .
上記基材には、内部に上記酸素透過性セルの上記アノード電極から放出された酸素を流通させる通路が形成されていることを特徴とする酸素富化器。 An oxygen permeable cell is used as the electrochemical cell of the electrochemical reaction device according to any one of claims 1 to 3, wherein the oxygen permeable cell is a central portion of the substrate and is opposed to the substrate. An anode electrode is provided on the surface, a central portion of the substrate, and a cathode electrode is provided on the opposite surface of the substrate;
An oxygen enricher characterized in that a passage for circulating oxygen released from the anode electrode of the oxygen permeable cell is formed in the base material.
上記基材には、内部に上記水素透過性セルの上記カソード電極から放出された水素を流通させる通路が形成されていることを特徴とする水素富化器。 A hydrogen permeable cell is used as the electrochemical cell of the electrochemical reaction device according to claim 1, wherein a cathode electrode is provided at a central portion of the base material and on a facing surface of the base material. And provided with an anode electrode in the center of the base material and on the opposite surface of the base material,
A hydrogen enricher characterized in that a passage for allowing hydrogen released from the cathode electrode of the hydrogen permeable cell to flow therethrough is formed in the base material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005322449A JP2007126734A (en) | 2005-11-07 | 2005-11-07 | Electrochemical reaction apparatus, oxygen enrichment device and hydrogen enrichment device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005322449A JP2007126734A (en) | 2005-11-07 | 2005-11-07 | Electrochemical reaction apparatus, oxygen enrichment device and hydrogen enrichment device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007126734A true JP2007126734A (en) | 2007-05-24 |
Family
ID=38149609
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005322449A Withdrawn JP2007126734A (en) | 2005-11-07 | 2005-11-07 | Electrochemical reaction apparatus, oxygen enrichment device and hydrogen enrichment device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007126734A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011526329A (en) * | 2008-06-25 | 2011-10-06 | コミサリア ア レネルジ アトミ−ク エ オエネルジー アルテルナティヴ | Assembly comprising seals inserted between two components having different mean coefficients of thermal expansion, associated seals, application to sealing of HTE electrolysers, and SOFC fuel cells |
-
2005
- 2005-11-07 JP JP2005322449A patent/JP2007126734A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011526329A (en) * | 2008-06-25 | 2011-10-06 | コミサリア ア レネルジ アトミ−ク エ オエネルジー アルテルナティヴ | Assembly comprising seals inserted between two components having different mean coefficients of thermal expansion, associated seals, application to sealing of HTE electrolysers, and SOFC fuel cells |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5198797B2 (en) | Solid electrolyte fuel cell | |
JP2006120589A (en) | Flat plate lamination type fuel cell | |
JP2011192552A (en) | Fuel cell stack | |
JP2008293843A (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP4404331B2 (en) | Fuel cell | |
JP6170002B2 (en) | Cell stack and module and module housing device | |
JP2014049321A (en) | Fuel battery cell with separator, and fuel battery | |
JP2013012399A (en) | Fuel battery cell device | |
JP4123479B2 (en) | Single cell for fuel cell, method for producing the same, and solid oxide fuel cell | |
JP2007217209A (en) | Oxygen enrichment device | |
JP2007329063A (en) | Separator and flat plate type solid oxide fuel cell | |
JP6294134B2 (en) | Fuel cell stack | |
WO2009119108A1 (en) | Fuel cell stack and flat-plate solid oxide fuel cell using same | |
JP2013093179A (en) | Fuel cell structure | |
JP5717559B2 (en) | Covered film member, current collecting member, and fuel cell apparatus | |
JP2007126734A (en) | Electrochemical reaction apparatus, oxygen enrichment device and hydrogen enrichment device | |
JP5607771B2 (en) | Solid oxide fuel cell stack and manufacturing method thereof | |
JP4949737B2 (en) | Solid oxide fuel cell stack and solid oxide fuel cell | |
JP2013257989A (en) | Solid oxide fuel cell | |
WO2009119107A1 (en) | Flat-plate solid oxide fuel cell | |
JP5727567B2 (en) | Solid oxide fuel cell, solid oxide fuel cell stack and spacer | |
JP2004288493A (en) | Solid electrolyte fuel cell assembly | |
JP2013257973A (en) | Solid oxide fuel cell stack | |
JPWO2018167845A1 (en) | Flat plate type electrochemical cell stack | |
JP2009245625A (en) | Solid electrolyte, power generation cell and flat-type solid-oxide fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20090203 |