JP2020135925A - Manufacturing method of cylindrical workpiece - Google Patents
Manufacturing method of cylindrical workpiece Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020135925A JP2020135925A JP2019023148A JP2019023148A JP2020135925A JP 2020135925 A JP2020135925 A JP 2020135925A JP 2019023148 A JP2019023148 A JP 2019023148A JP 2019023148 A JP2019023148 A JP 2019023148A JP 2020135925 A JP2020135925 A JP 2020135925A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- space
- wall
- tubular
- gas supply
- manufacturing
- 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.)
- Pending
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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
本明細書によって開示される技術は、筒状ワークの製造方法に関する。 The techniques disclosed herein relate to methods of manufacturing tubular workpieces.
貫通孔が形成された筒状体を有する筒状ワークとして、酸素透過層を含む筒状の改質構造体が知られている(例えば、特許文献1参照)。改質構造体は、炭化水素(例えばメタン)を含む燃料ガスから一酸化炭素と水素とを含む改質ガスを生成するものである。改質構造体は、例えば、燃料電池に供給する水素を得るために、あるいは、水素および一酸化炭素をさらに炭化水素転換することによって液体炭化水素燃料を製造する技術(GTL(Gas to Liquid)と呼ばれる)のために利用される。 As a tubular work having a tubular body in which a through hole is formed, a tubular modified structure including an oxygen permeable layer is known (see, for example, Patent Document 1). The reformed structure produces a reformed gas containing carbon monoxide and hydrogen from a fuel gas containing a hydrocarbon (for example, methane). The reformed structure is a technique for producing a liquid hydrocarbon fuel (GTL (Gas to Liquid), for example, in order to obtain hydrogen to be supplied to a fuel cell, or by further converting hydrogen and carbon monoxide into hydrocarbons. Used for (called).
具体的には、改質構造体は、酸素透過層と、改質触媒層とを含む。酸素透過層は、酸化物イオン伝導性と、電子伝導性または正孔伝導性と、を有し、改質構造体の内周側に位置する内周側空間と改質構造体の外周側に位置する外周側空間との間の酸素分圧差を駆動力として改質構造体の外周側空間と内周側空間との間で酸素イオンを透過させる層である。改質触媒層は、例えば、酸素透過層に対して内周側空間側に配置され、部分酸化改質反応を促進する触媒を含む層である。酸素透過層を含む改質構造体において、例えば、外周側空間に改質構造体の軸方向に沿って空気を供給すると共に、内周側空間に該軸方向に沿って炭化水素を含む燃料ガスを供給すると、外周側空間に供給された空気中の酸素が酸素透過層を透過して内周側空間へと進入し、内周側空間において炭化水素と酸素との部分酸化改質反応が生じ、これにより炭化水素が改質される。また、改質触媒層によって部分酸化改質反応が促進される。 Specifically, the reformed structure includes an oxygen permeable layer and a reformed catalyst layer. The oxygen permeable layer has oxide ion conductivity and electron conductivity or hole conductivity, and is located in the inner peripheral space located on the inner peripheral side of the modified structure and on the outer peripheral side of the modified structure. It is a layer that allows oxygen ions to permeate between the outer peripheral side space and the inner peripheral side space of the modified structure by using the oxygen partial pressure difference with the located outer peripheral side space as a driving force. The reforming catalyst layer is, for example, a layer that is arranged on the inner peripheral side space side with respect to the oxygen permeable layer and contains a catalyst that promotes the partial oxidation reforming reaction. In the reformed structure including the oxygen permeable layer, for example, air is supplied to the outer peripheral side space along the axial direction of the reformed structure, and the fuel gas containing hydrocarbons is contained in the inner peripheral side space along the axial direction. Is supplied, oxygen in the air supplied to the outer peripheral space permeates the oxygen permeable layer and enters the inner peripheral space, and a partial oxidation reforming reaction between hydrocarbons and oxygen occurs in the inner peripheral space. , This reforms the hydrocarbon. In addition, the reforming catalyst layer promotes the partial oxidation reforming reaction.
上記酸素透過層を備える筒状の改質構造体の製造方法には、改質構造体の内周側が還元される前の筒状前駆体の貫通孔内に還元ガスを導入し、筒状前駆体の内周側を還元する工程が含まれる。従来、複数本の改質構造体を製造する場合、1本の筒状前駆体の貫通孔に1つのガス供給源を接続し、1本ずつ、筒状前駆体の内周側を還元していた。このため、複数本の改質構造体を効率良く製造することができない、といった問題がある。 In the method for producing a tubular modified structure provided with the oxygen permeable layer, a reducing gas is introduced into the through hole of the tubular precursor before the inner peripheral side of the modified structure is reduced, and the tubular precursor is introduced. It includes the step of reducing the inner circumference of the body. Conventionally, when manufacturing a plurality of reformed structures, one gas supply source is connected to the through hole of one tubular precursor, and the inner peripheral side of the tubular precursor is reduced one by one. It was. Therefore, there is a problem that a plurality of modified structures cannot be efficiently produced.
なお、このような問題は、酸素透過層を含む筒状の改質構造体に限らず、貫通孔が形成された筒状体を有する筒状ワークを複数本製造する場合にも共通の問題である。 It should be noted that such a problem is not limited to the tubular modified structure including the oxygen permeable layer, but is also a common problem when manufacturing a plurality of tubular workpieces having a tubular body having through holes formed therein. is there.
本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。 This specification discloses a technique capable of solving the above-mentioned problems.
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。 The techniques disclosed herein can be realized, for example, in the following forms.
(1)本明細書に開示される筒状ワークの製造方法は、貫通孔が形成された筒状体を有する筒状ワークの製造方法において、前記筒状体の前駆体である筒状前駆体を、複数本、準備する第1の準備工程と、内部に空間が形成された箱状のガス供給体であって、前記空間に連通する複数の排出孔が形成された第1の壁と、第1の方向において前記空間を介して前記第1の壁に対向して配置され、前記空間に連通する1つの導入孔が形成された第2の壁と、前記第1の壁の周縁と前記第2の壁の周縁とをつなぐ側壁と、を有するガス供給体を準備する第2の準備工程と、前記ガス供給体の前記第1の壁に形成された前記複数の排出孔のそれぞれと、前記複数の筒状前駆体のそれぞれの内周側と、を個別に連結する連結工程と、前記連結工程後に、前記ガス供給体の前記第2の壁に形成された前記導入孔に還元ガスを導入することにより、前記複数本の筒状前駆体の内周側を還元し、前記複数本の筒状体を形成する還元工程と、を備える。 (1) The method for manufacturing a tubular work disclosed in the present specification is a method for manufacturing a tubular work having a tubular body having through holes, and is a tubular precursor which is a precursor of the tubular body. The first preparatory step of preparing a plurality of these, and the first wall of a box-shaped gas supply body having a space formed inside and having a plurality of discharge holes communicating with the space. A second wall, which is arranged to face the first wall through the space in the first direction and has one introduction hole communicating with the space, a peripheral edge of the first wall, and the above. A second preparatory step for preparing a gas supply body having a side wall connecting the peripheral edges of the second wall, and each of the plurality of discharge holes formed in the first wall of the gas supply body. A connecting step of individually connecting the inner peripheral sides of the plurality of tubular precursors, and after the connecting step, a reducing gas is applied to the introduction hole formed in the second wall of the gas supply body. By introducing the mixture, the process comprises a reduction step of reducing the inner peripheral side of the plurality of tubular precursors to form the plurality of tubular precursors.
本筒状ワークの製造方法では、ガス供給体の第1の壁に形成された複数の排出孔のそれぞれと、複数本の筒状前駆体のそれぞれの内周側と、が個別に連結され、その後、ガス供給体の第2の壁に形成された1つの導入孔に還元ガスが導入される。その結果、複数本の筒状前駆体の内周側が還元され、複数本の筒状ワークが形成される。これにより、本筒状ワークの製造方法によれば、1つのガス供給体を用いて、複数本の筒状前駆体の内周側をまとめて還元できるため、複数本の筒状ワークを効率よく製造することができる。 In the method for manufacturing the tubular work, each of the plurality of discharge holes formed in the first wall of the gas supply body and the inner peripheral side of each of the plurality of tubular precursors are individually connected. After that, the reducing gas is introduced into one introduction hole formed in the second wall of the gas supply body. As a result, the inner peripheral side of the plurality of tubular precursors is reduced, and a plurality of tubular workpieces are formed. As a result, according to the method for manufacturing this tubular work, the inner peripheral side of a plurality of tubular precursors can be collectively reduced by using one gas feeder, so that a plurality of tubular workpieces can be efficiently produced. Can be manufactured.
(2)上記筒状ワークの製造方法において、前記第1の方向視で、前記導入孔の外形の外側に、前記複数の排出孔の少なくとも一部が位置し、前記ガス供給体は、さらに、前記ガス供給体の前記空間に配置され、一部分が前記導入孔に対向している対向体を備える構成としてもよい。 (2) In the method for manufacturing a tubular work, at least a part of the plurality of discharge holes is located outside the outer shape of the introduction hole in the first directional view, and the gas supply body further comprises. It may be configured to include an opposing body arranged in the space of the gas supply body and partially facing the introduction hole.
本筒状ワークの製造方法では、第1の方向視で、導入孔の外形の外側に、複数の排出孔の少なくとも一部が位置している。このような構成では、複数の排出孔における単位時間当たりの還元ガスの排出流量(以下、「還元ガスの排出流量」という)のばらつきが生じるおそれがある。すなわち、第1の壁のうち、導入孔との対向位置の周辺部分に形成された排出孔からの還元ガスの排出流量と、周辺部分よりさらに外側に位置する外側部分に形成された排出孔からの還元ガスの排出流量とに差が生じ、その結果、複数の排出孔のそれぞれからの還元ガスの排出流量のばらつきが生じるおそれがある。しかし、本筒状ワークの製造方法では、ガス供給体の空間に、一部分が導入孔に対向している対向体が備えられている。その結果、導入孔からガス供給体の空間に導入された還元ガスのほとんどは、対向体に当たってから空間内に広がり、その後、複数の排出孔から排出される。このため、導入孔からガス供給体の空間に導入された還元ガスが第1の壁に直接当たることに起因して、複数の排出孔のそれぞれからの還元ガスの排出流量のばらつきが生じることを抑制することができる。その結果、複数本の筒状前駆体の内周側の還元度合いのばらつきを抑制しつつ、複数本の筒状ワークを効率よく製造することができる。 In the method for manufacturing the tubular work, at least a part of the plurality of discharge holes is located outside the outer shape of the introduction hole in the first directional view. In such a configuration, there is a possibility that the discharge flow rate of the reducing gas per unit time (hereinafter, referred to as “reduction gas discharge flow rate”) varies in the plurality of discharge holes. That is, from the discharge flow rate of the reducing gas from the discharge hole formed in the peripheral portion of the first wall facing the position facing the introduction hole and the discharge hole formed in the outer portion located further outside the peripheral portion. There may be a difference in the discharge flow rate of the reducing gas from the above, and as a result, the discharge flow rate of the reducing gas from each of the plurality of discharge holes may vary. However, in the method for manufacturing this tubular work, the space of the gas supply body is provided with an opposing body whose part faces the introduction hole. As a result, most of the reducing gas introduced into the space of the gas supply body from the introduction hole spreads in the space after hitting the opposing body, and then is discharged from the plurality of discharge holes. For this reason, the reduced gas introduced into the space of the gas supply body from the introduction hole directly hits the first wall, so that the discharge flow rate of the reduced gas from each of the plurality of discharge holes varies. It can be suppressed. As a result, it is possible to efficiently manufacture a plurality of tubular workpieces while suppressing variations in the degree of reduction on the inner peripheral side of the plurality of tubular precursors.
(3)上記筒状ワークの製造方法において、前記対向体は、前記ガス供給体の前記空間を、前記第1の壁のうち、少なくとも前記複数の排出孔の全てが形成された第1の部分に面する第1の空間と、前記第2の壁のうち、少なくとも前記導入孔が形成された第2の部分に面する第2の空間と、に区画するように配置され、かつ、前記第1の空間側の表面から前記第2の空間側の表面まで連通する複数の連通孔が形成された多孔体である構成としてもよい。 (3) In the method for manufacturing a tubular work, the facing body is a first portion of the first wall in which at least all of the plurality of discharge holes are formed in the space of the gas supply body. The first space facing the surface and the second space facing at least the second portion of the second wall on which the introduction hole is formed are arranged so as to be partitioned from the first space. It may be configured as a porous body in which a plurality of communication holes communicating from the surface on the space side of 1 to the surface on the second space side are formed.
本筒状ワークの製造方法では、対向体は、ガス供給体の前記空間を、第1の壁のうち、少なくとも第1の部分に面する第1の空間と、第2の壁のうち、少なくとも導入孔が形成された第2の部分に面する第2の空間と、に区画するように配置されている。また、対向体は、第1の空間側の表面から第2の空間側の表面まで連通する複数の連通孔が形成された多孔体である。これにより、導入孔からガス供給体の空間に導入された還元ガスは、対向体の複数の連通孔を通過することにより、還元ガスの排出流量差が低減され、その後、複数の排出孔から排出される。これにより、複数の排出孔における還元ガスの排出流量のばらつきを抑制することができる。 In the method for manufacturing the tubular workpiece, the opposing body has the space of the gas supply body as at least one of the first space facing at least the first portion of the first wall and the second wall. It is arranged so as to partition into a second space facing the second portion where the introduction hole is formed. Further, the opposing body is a porous body in which a plurality of communication holes communicating from the surface on the first space side to the surface on the second space side are formed. As a result, the reducing gas introduced into the space of the gas supply body from the introduction hole passes through the plurality of communication holes of the opposing body, so that the difference in the discharge flow rate of the reducing gas is reduced, and then the reduced gas is discharged from the plurality of discharge holes. Will be done. As a result, it is possible to suppress variations in the discharge flow rate of the reducing gas in the plurality of discharge holes.
(4)上記筒状ワークの製造方法において、前記対向体の厚み方向に直交する少なくとも1つの断面において、前記対向体の外形の面積に対する、前記複数の連通孔の面積の合計の割合である孔面積率は、20%以下である構成としてもよい。本筒状ワークの製造方法によれば、対向体の孔面積率が20%より高い場合に比べて、複数の排出孔における還元ガスの排出流量のばらつきを、より効果的に抑制することができる。 (4) In the method for manufacturing a tubular work, a hole which is a ratio of the total area of the plurality of communication holes to the outer area of the facing body in at least one cross section orthogonal to the thickness direction of the facing body. The area ratio may be 20% or less. According to the method for manufacturing the tubular work, it is possible to more effectively suppress the variation in the discharge flow rate of the reducing gas in the plurality of discharge holes as compared with the case where the hole area ratio of the facing body is higher than 20%. ..
(5)上記筒状ワークの製造方法において、前記複数の連通孔の前記孔面積率は、5%以上である構成としてもよい。本筒状ワークの製造方法によれば、多孔体の孔面積率が5%より低い場合に比べて、多孔体の存在によりガス供給体の空間の圧力が上昇することを抑制することができる。 (5) In the method for manufacturing a tubular work, the hole area ratio of the plurality of communication holes may be 5% or more. According to the method for manufacturing the tubular work, it is possible to suppress an increase in the pressure in the space of the gas supply body due to the presence of the porous body as compared with the case where the pore area ratio of the porous body is lower than 5%.
(6)上記筒状ワークの製造方法において、前記対向体の厚さは、1mm以上である構成としてもよい。本筒状ワークの製造方法によれば、対向体の厚さは、1mmより薄い場合に比べて、複数の排出孔における還元ガスの排出流量のばらつきを、より効果的に抑制することができる。 (6) In the method for manufacturing a tubular work, the thickness of the facing body may be 1 mm or more. According to the method for manufacturing the tubular work, the thickness of the facing body can more effectively suppress the variation in the discharge flow rate of the reducing gas in the plurality of discharge holes as compared with the case where the thickness of the facing body is thinner than 1 mm.
A.実施形態:
A−1.酸素透過膜構造体100の構成:
図1および図2は、本実施形態の酸素透過膜構造体100の構成を示す説明図である。図1には、酸素透過膜構造体100のXY断面構成が示されており、図2には、図1のII−IIの位置における酸素透過膜構造体100のYZ断面構成の一部分が示されている。図1および図2には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとする。図3以降についても同様である。酸素透過膜構造体100は、特許請求の範囲における筒状ワークに相当し、上下方向(Z軸方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。
A. Embodiment:
A-1. Composition of oxygen permeable membrane structure 100:
1 and 2 are explanatory views showing the configuration of the oxygen
酸素透過膜構造体100は、貫通孔110が形成された略円筒形状の部材である。酸素透過膜構造体100の外部の空間は、空気室S1を構成し、酸素透過膜構造体100の内部の空間は、燃料室S2を構成している。図1および図2に示すように、酸素透過膜構造体100は、支持体114と、改質触媒層(「燃料極」ともいう)112と、酸素透過膜111と、酸素解離触媒層(空気極ともいう)113とから構成されている。支持体114は、酸素透過膜構造体100の最内周側(燃料室S2に面する側)に配置されており、そこから外周側(空気室S1に面する側)に向けて順に、改質触媒層112と、酸素透過膜111と、酸素解離触媒層113とが互いに隣接して積層されている。
The oxygen
支持体114は、多孔質の略円筒形状部材であり、酸素透過膜111を構成する他の層(改質触媒層112、酸素透過膜111、酸素解離触媒層113)を支持する。支持体114は、例えば、安定化ジルコニア等により形成される。特に、支持体114は、部分安定化ジルコニアと安定化ジルコニア(ScSZ、YSZ、CSZ等)と酸化マグネシウム(MgO)とスピネル(MgAl2O4)との少なくとも1つの種類を含む材料により形成されていることが好ましい。これにより、化学的安定性が高く、支持体114と酸素透過膜111との熱膨張係数の相違を原因とする機械的クラックの発生を抑制することができる。また、酸素透過膜111がランタンクロマイトを含み、支持体114が部分安定化ジルコニアまたは安定化ジルコニアを含む場合、酸素透過膜111の形成材料と支持体114の形成材料との反応が抑制され、酸素透過膜構造体100の耐久性を高くすることができる。
The
酸素解離触媒層113は、多孔質の略円筒形状部材であり、空気室S1に供給された空気中の酸素をイオン化させる反応(1/2O2+2e−→O2−)を促進する触媒層として機能する。酸素解離触媒層113は、例えば、La0.8Sr0.2MnO3やLa0.8Sr0.2CrO3のような複合酸化物等により形成される。
The oxygen
酸素透過膜111は、酸化物イオン伝導性と電子伝導性または正孔伝導性とを有するガス不透過性の略円筒形状の膜である。なお、以下の説明では、電子伝導性と正孔伝導性とをまとめて電気伝導性という。酸素透過膜111は、酸素透過膜111により隔離された空気室S1と燃料室S2との間の酸素分圧差を駆動力として、高酸素分圧側の空気室S1から低酸素分圧側の燃料室S2へと酸素を選択的に透過させる。酸素透過膜111は、例えば、酸化物イオン伝導性を有する物質(以下、「酸化物イオン伝導体」という)と、電気伝導性を有する物質(以下、「電気伝導体」という)との混合物により形成される。なお、酸素透過膜111は、酸化物イオン伝導性と電気伝導性との両方を備える物質(以下、「混合伝導体」という)により形成されてもよい。また、酸素透過膜111は、酸化物イオン伝導体と電気伝導体との少なくとも一方と、混合伝導体との混合物により形成されてもよい。
The oxygen
なお、酸化物イオン伝導体としては、例えば、安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、セリア系固溶体等を用いることができる。電気伝導体としては、例えば、ペロブスカイト構造を有する酸化物、スピネル型結晶構造を有するフェライト、貴金属等の金属材料等を用いることができる。混合伝導体としては、例えば、LaGaO3系化合物において、SrをLaサイトに添加すると共にFeをGaサイトに添加したペロブスカイト構造を有するLSGF系酸化物、SrCoO3系化合物において、BaをSrサイトに添加すると共にFeをCoサイトに添加したペロブスカイト構造を有するBSCF系酸化物、層状ペロブスカイト構造を有する酸化物、蛍石型構造を有する酸化物、オキシアパタイト構造を有する酸化物、メリライト構造を有する酸化物等を用いることができる。 As the oxide ion conductor, for example, stabilized zirconia, partially stabilized zirconia, a ceria-based solid solution, or the like can be used. As the electric conductor, for example, an oxide having a perovskite structure, a ferrite having a spinel-type crystal structure, a metal material such as a noble metal, or the like can be used. Mixing The conductor additive, for example, in LaGaO 3 type compounds, LSGF based oxide having a perovskite structure with the addition of Fe to the Ga site with the addition of Sr to La sites, the SrCoO 3 based compound, a Ba to Sr site BSCF-based oxides having a perovskite structure, oxides having a layered perovskite structure, oxides having a fluorite-type structure, oxides having an oxyapatite structure, oxides having a merylite structure, etc. Can be used.
改質触媒層112は、多孔質の略円筒形状部材であり、燃料室S2から多孔質部材である支持体114内を通って供給された燃料ガスFG中の炭化水素と、酸素透過膜111を透過してきた酸素(酸化物イオン)との部分酸化改質反応(CnHm+nO2−→nCO+(m/2)H2+2ne−)を促進する触媒層として機能する。改質触媒層112は、例えば、ペロブスカイト構造を有するLaCrO3系酸化物であって、SrをLaサイトに添加すると共に、NiをCrサイトに添加した複合酸化物等により形成される。
The reforming
A−2.酸素透過膜構造体100の動作:
空気室S1に空気が供給されると、空気室S1に面する酸素解離触媒層113の触媒効果により、空気中の酸素をイオン化させる反応(1/2O2+2e−→O2−)が起こる。この反応により生じた酸化物イオンは、酸化物イオン伝導性を有する酸素透過膜111内を燃料室S2側へと移動する(図3参照)。
A-2. Operation of oxygen permeable membrane structure 100:
When air is supplied to the air chamber S1, a reaction (1 / 2O 2 + 2e − → O 2- ) that ionizes oxygen in the air occurs due to the catalytic effect of the oxygen
また、燃料室S2に燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGが多孔質部材である支持体114の内部を通って改質触媒層112に至り、改質触媒層112の触媒効果により、燃料ガスFG中の炭化水素と酸素透過膜111を透過してきた酸素(酸化物イオン)との部分酸化改質反応(CnHm+nO2−→nCO+(m/2)H2+2ne−)が起こる。この反応により、炭化水素を含む燃料ガスFGが、水素と一酸化炭素とに改質される。なお、部分酸化改質反応により生じた電子は、電気伝導性を有する酸素透過膜111内を空気室S1側へと移動し、上述した酸素のイオン化反応に供される(図3参照)。
Further, when the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber S2, the fuel gas FG passes through the inside of the
A−3.酸素透過膜構造体100の製造方法:
次に、本実施形態における酸素透過膜構造体100の製造方法の一例について説明する。図3は、酸素透過膜構造体100の製造方法の一例を示すフローチャートである。
A-3. Method for manufacturing oxygen permeable membrane structure 100:
Next, an example of the method for producing the oxygen
(第1の準備工程)
図3に示すように、はじめに、筒状前駆体100Pを、複数本(5本以上が好ましい)、準備する(S110)。筒状前駆体100Pは、還元処理により酸素透過膜構造体100となる酸素透過膜構造体100の前駆体である。具体的には、筒状前駆体100Pは、酸素透過膜構造体100に対して、改質触媒層112の代わりに、改質触媒層前駆体112Pを備える点で異なる。改質触媒層前駆体112Pには、改質触媒層112に含まれるNiが還元される前の酸化ニッケル(NiO)が含まれる。筒状前駆体100Pは、例えば、次の方法により作製される。
(First preparation process)
As shown in FIG. 3, first, a plurality of tubular precursors 100P (preferably 5 or more) are prepared (S110). The tubular precursor 100P is a precursor of the oxygen
カルシウム安定化型ジルコニア(CSZ)の粉末に、セルロース系バインダーと、造孔材としてのポリメタクリル酸メチル(PMMA)ビーズ粉末とを加え、十分に混合し、さらに水を添加して粘土状になるまで混合した。なお、造孔材の添加量は、CSZ粉末の体積に対し、60(vol%)が気孔となるように設定した。粘土状の混合体を、押出成形機に投入して、外径12mmの円筒状の支持体用成形体を作製した。 To the calcium-stabilized zirconia (CSZ) powder, add a cellulosic binder and polymethylmethacrylate (PMMA) bead powder as a pore-forming material, mix well, and add water to make clay. Mixed up to. The amount of the pore-forming material added was set so that 60 (vol%) was pores with respect to the volume of the CSZ powder. The clay-like mixture was put into an extrusion molding machine to prepare a cylindrical support molded body having an outer diameter of 12 mm.
次に、改質触媒層構成材料としてLa0.8Sr0.2Cr0.85Ni0.15O3−zを作製した。原料としては、酸化ランタン(La2O3)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、酸化クロム(Cr2O3)、および酸化ニッケル(NiO)の粉末を用いた。これらの原料粉末を、金属元素の割合が上記組成式の比率となるように秤量した。なお、組成式中のzは、酸素の欠損量を表す酸素不定比である(以下同様)。これらの原料粉末にエタノールを加え、セラミックスボールと樹脂ポットを用いて湿式混合粉砕を15時間行なった。その後、湯煎乾燥してエタノールを除去し、得られた混合粉末を1500℃にて24時間仮焼成して、仮焼粉末であるLa0.8Sr0.2Cr0.85Ni0.15O3−zの粉末を得た。得られたLa0.8Sr0.2Cr0.85Ni0.15O3−zの粉末と、市販のScSZ(Sc0.1Ce0.01Zr0.89O2)の粉末とを、体積比率で50:50となるように秤量し、ポリビニルブチラールと、アミン系分散剤と、可塑剤とを、メチルエチルケトン及びエタノールを溶媒として混合し、改質触媒層形成用コーティング用スラリーを作製した。 Next, La 0.8 Sr 0.2 Cr 0.85 Ni 0.15 O 3-z was prepared as a material for forming the reformed catalyst layer. As raw materials, powders of lanthanum oxide (La 2 O 3 ), strontium carbonate (SrCO 3 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), and nickel oxide (NiO) were used. These raw material powders were weighed so that the ratio of metal elements was the ratio of the above composition formula. In addition, z in the composition formula is an oxygen non-stoichiometric ratio representing the amount of oxygen deficiency (the same applies hereinafter). Ethanol was added to these raw material powders, and wet mixing and pulverization was carried out using ceramic balls and a resin pot for 15 hours. Then, it was dried in hot water to remove ethanol, and the obtained mixed powder was calcined at 1500 ° C. for 24 hours to obtain La 0.8 Sr 0.2 Cr 0.85 Ni 0.15 O, which is a calcined powder. A 3-z powder was obtained. The obtained La 0.8 Sr 0.2 Cr 0.85 Ni 0.15 O 3-z powder and a commercially available ScSZ (Sc 0.1 Ce 0.01 Zr 0.89 O 2 ) powder were used. Weighed so that the volume ratio was 50:50, polyvinyl butyral, an amine-based dispersant, and a plasticizer were mixed with methyl ethyl ketone and ethanol as solvents to prepare a coating slurry for forming a modified catalyst layer. ..
さらに、酸素透過膜を形成するために、ScSZとLa0.8Sr0.2CrO3−zとの混合粉末と、ポリビニルブチラールと、アミン系分散剤と、可塑剤とを、メチルエチルケトン及びエタノールを溶媒として混合し、酸素透過膜形成用コーティング用スラリーを作製した。 Further, in order to form an oxygen permeable membrane, a mixed powder of ScSZ and La 0.8 Sr0.2CrO 3-z , polyvinyl butyral, an amine-based dispersant, and a plasticizer are used as solvents, and methyl ethyl ketone and ethanol are used as solvents. The mixture was mixed to prepare a coating slurry for forming an oxygen permeable membrane.
次に、上述した支持体用成形体を所定の長さに切断し、改質触媒層を形成しない位置にマスキングを行った上で、上述した改質触媒層形成用コーティング用スラリーに浸漬させた後、ゆっくりと引き上げることで、支持体用成形体の表面に、改質触媒層未焼成体を形成した。さらに、酸素透過膜を形成しない位置にマスキングを行った上で、酸素透過膜形成用コーティング用スラリーに浸漬させた後、ゆっくりと引き上げることで、支持体用成形体の表面に形成された改質触媒層未焼成体の表面に、酸素透過膜未焼成体を形成した。その後、1500℃にて、支持体用成形体と改質触媒層未焼成体および酸素透過膜未焼成体とを同時焼成することにより、改質触媒層112と酸素透過膜111と支持体114とを備える筒状焼結体を得た。
Next, the above-mentioned molded body for a support was cut to a predetermined length, masked at a position where the reformed catalyst layer was not formed, and then immersed in the above-mentioned slurry for coating for forming a reformed catalyst layer. After that, the reformed catalyst layer unfired body was formed on the surface of the support molded body by slowly pulling it up. Further, after masking the position where the oxygen permeable film is not formed, the film is immersed in the oxygen permeable film forming coating slurry, and then slowly pulled up to modify the surface of the support molded body. An oxygen permeable membrane unfired body was formed on the surface of the catalyst layer unfired body. Then, at 1500 ° C., the modified
さらに、酸素解離触媒層を形成するため、市販のLa0.8Sr0.2MnO3と市販のScSZ(Sc0.1Ce0.01Zr0.89O2)の粉末とを体積比率で70:30となるように混合した粉末と、ポリビニルブチラールと、アミン系分散剤と、可塑剤とを、メチルエチルケトン及びエタノールを溶媒として混合し、酸素解離触媒層形成用スラリーを作製した。上述した筒状焼結体を、酸素解離触媒層を形成しない位置にマスキングを行った上で、酸素解離触媒層形成用スラリーに浸漬させた後、ゆっくりと引き上げることで、酸素解離触媒層未焼成体を形成した。その後、1300℃にて焼付け処理を行うことにより、酸素解離触媒層113を作製した。以上の方法により、支持体114と改質触媒層前駆体112Pと酸素透過膜111と酸素解離触媒層113とを備える筒状前駆体100P(後述の図5参照)を作製した。なお、筒状前駆体100Pは、酸素透過膜構造体100と同様、長手方向に伸びる1つの貫通孔が形成された筒状体である。また、筒状前駆体100Pについて、例えば、軸方向の長さは1200mm以上、2000mm以下であり、外径は6mm以上、25mm以下であり、内径は5mm以上、20mm以下であり、肉厚は1mm以上、5mm以下である。
Further, in order to form an oxygen dissociation catalyst layer, a commercially available La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 powder and a commercially available ScSZ (Sc 0.1 Ce 0.01 Zr 0.89 O 2 ) powder are mixed in a volume ratio. The powder mixed so as to be 70:30, polyvinyl butyral, an amine-based dispersant, and a plasticizer were mixed with methyl ethyl ketone and ethanol as solvents to prepare a slurry for forming an oxygen dissociation catalyst layer. The above-mentioned tubular sintered body is masked at a position where the oxygen dissociation catalyst layer is not formed, immersed in the slurry for forming the oxygen dissociation catalyst layer, and then slowly pulled up to unfire the oxygen dissociation catalyst layer. Formed a body. Then, the oxygen
本実施形態の製造方法のように、まずは、改質触媒層構成材料としてNiOを含む材料を用いて改質触媒層未焼成体を形成し、該改質触媒層未焼成体を焼成して、筒状前駆体100Pを作製する。その後、次述するように、筒状前駆体100Pの内周側に還元ガスRGを導入することにより酸素透過膜構造体100を作製することが好ましい。但し、筒状前駆体100Pの外周側には還元ガスRGを導入しない。筒状前駆体100Pの外周側には、酸素解離触媒層113が配置されており、仮に、筒状前駆体100Pの外周側に還元ガスRGを導入すると、酸素解離触媒層113の形成材料が還元され、その結果、酸素透過膜構造体100の性能が低下するおそれがあるからである。
As in the production method of the present embodiment, first, a modified catalyst layer unfired body is formed using a material containing NiO as a reformed catalyst layer constituent material, and the reformed catalyst layer unfired body is fired. A tubular precursor 100P is produced. Then, as described below, it is preferable to prepare the oxygen
本実施形態の製造方法では、複数本の筒状前駆体100Pの内周側(貫通孔110内)だけに還元ガスRGを導入して、複数本の筒状前駆体100Pの内周側の還元をまとめて行う。以下、詳細に説明する。 In the manufacturing method of the present embodiment, the reduction gas RG is introduced only on the inner peripheral side (inside the through hole 110) of the plurality of tubular precursors 100P, and the reduction on the inner peripheral side of the plurality of tubular precursors 100P is performed. Are done together. The details will be described below.
(第2の準備工程)
図3に示すように、ガス供給体200を準備する(S120)。図4は、ガス供給体200を分解した状態を示す斜視図であり、図5は、ガス供給体200のXZ断面構成を示す説明図である。図5には、ガス供給体200に連結された複数の筒状前駆体100Pが示されている。また、図5には、筒状前駆体100Pおよび1本の筒状前駆体100PにおけるX1部分のXZ断面構成が拡大して示されている。
(Second preparation process)
As shown in FIG. 3, the
ガス供給体200は、内部に空間Rが形成された箱状体である。具体的には、図4に示すように、ガス供給体200は、第1の蓋部201と、第2の蓋部202と、多孔板300とを備える。
The
第1の蓋部201は、上側が開口した箱状であり、具体的には、上下方向(Z軸方向)視での形状が略矩形枠状である第1の側壁232と、上下方向視での形状が略矩形平板状である底壁210と、を備える。底壁210は、第1の側壁232の下端側全体を塞ぐように配置されている。また、底壁210には、複数の排出孔212が形成されている。各排出孔212は、底壁210を上下方向に貫通している(図5も参照)。なお、複数の排出孔212は、孔の径が互いに略同一であり、かつ、上下方向視で、互いに直交する2方向(図4では、X方向とY方向)のそれぞれに等間隔に配置されている。
The
第2の蓋部202は、下側が開口した箱状であり、具体的には、上下方向(Z軸方向)視での形状が略矩形枠状である第2の側壁234と、上下方向視での形状が略矩形平板状である天井壁220と、を備える。天井壁220は、第2の側壁234の上端側全体を塞ぐように配置されている。また、上下方向視で、天井壁220の略中央には、1つの導入孔222が形成されている。導入孔222は、天井壁220を上下方向に貫通している(図5も参照)。なお、導入孔222の径は、底壁210に形成された各排出孔212の径より大きい。
The
多孔板300は、上下方向(Z軸方向)視での形状が略矩形である平板状部材である。多孔板300には、複数の連通孔310が形成されている。但し、図5では、連通孔310は省略されている。各連通孔310は、多孔板300の上面S3から多孔板300の下面S4まで連通している。なお、複数の連通孔310は、孔の径が互いに略同一であり、かつ、上下方向視で、互いに直交する2方向(図4では、X方向とY方向)のそれぞれに等間隔に配置されている。また、各連通孔310の径は、底壁210に形成された各排出孔212の径より小さい。また、多孔板300に形成された連通孔310の数は、底壁210に形成された排出孔212の数より多い。また、多孔板300における連通孔310同士の配置間隔は、底壁210における排出孔212の配置間隔より狭いことが好ましい。
The
多孔板300は、底壁210と天井壁220とに上下で挟まれるように配置されている。多孔板300によって、第1の蓋部201の上端側の全体が塞がれるとともに、第2の蓋部202の下端側の全体が塞がれている。多孔板300は、特許請求の範囲における対向体、多孔体に相当する。
The
以上の構成により、第1の蓋部201の底壁210は、ガス供給体200の底壁を構成し、第2の蓋部202の天井壁220は、ガス供給体200の天井壁を構成する。また、底壁210の第1の側壁232と、天井壁220の第2の側壁234と、多孔板300の外周面236とは、ガス供給体200において底壁の周縁と天井壁の周縁とをつなぐ側壁230を構成する。なお、ガス供給体200の側壁には、導入孔および排出孔は形成されていない。底壁210は、特許請求の範囲における第1の壁に相当する。また、上下方向(Z軸方向)において空間Rを介して底壁210に対向して配置された天井壁220は、特許請求の範囲における第2の壁に相当する。また、ガス供給体200の側壁230は、特許請求の範囲における側壁に相当する。
With the above configuration, the
また、上述したように、多孔板300の一部分は、天井壁220の導入孔222に対向している。換言すれば、上下方向(Z軸方向)視で、導入孔222の外形(輪郭線)内に、多孔板300の一部分が位置している。また、上下方向(Z軸方向)視で、導入孔222の外形(輪郭線)の外側に、複数の排出孔212の少なくとも一部が位置している。
Further, as described above, a part of the
また、図5に示すように、多孔板300は、ガス供給体200の空間Rを、第1の空間R1と第2の空間R2とに区画するように配置されている。第1の空間R1は、排出孔212が形成された底壁210に面する空間であり、具体的には、第1の蓋部201と多孔板300とによって形成される空間である。第2の空間R2は、導入孔222が形成された天井壁220に面する空間であり、具体的には、第2の蓋部202と多孔板300とによって形成される空間である。また、本実施形態では、底壁210と天井壁220とは略平行であり、多孔板300は、底壁210と天井壁220との両方に略平行になるように配置されている。また、多孔板300は、多孔板300の空間R内において上下方向(Z軸方向)の略中心(底壁210と天井壁220との両方から等距離)の位置に配置されている。これにより、導入孔222と多孔板300との距離が近いことに起因して第2の空間R2内の圧損が高くなり、導入孔222から導入された還元ガスRGが面方向に広がり難くなることを抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 5, the
また、多孔板300の厚み方向(上下方向)に直交する少なくとも1つのXY平面において、多孔板300の面積(多孔板300の内、ガス供給体200の状態において第1の空間R1または第2の空間R2に露出する面積、換言すれば、上下方向視で第1の蓋部201の第1の側壁232または第2の蓋部202の第2の側壁234と重なる部分を除いた面積)に対する、全ての連通孔310の面積の合計の割合である孔面積率は、20%以下である。また、孔面積率は、5%以上であることがより好ましい。厚み方向は、多孔板300に直交する方向である。
Further, in at least one XY plane orthogonal to the thickness direction (vertical direction) of the
また、多孔板300の厚さ(上下方向の寸法)は、1mm以上であることが好ましい。
Further, the thickness (vertical dimension) of the
(連結工程)
次に、図3および図5に示すように、ガス供給体200の底壁210に形成された複数の排出孔212のそれぞれと、前記複数本の筒状前駆体100Pのそれぞれの内周側と、を個別に連結する(S130)。具体的には、底壁210の下面には、各排出孔212に連通する筒状の連結部214が突出するように形成されており、この連結部214の先端には、該連結部214より径が大きい筒状の継手部215が設けられている。この継手部215内に各筒状前駆体100Pの上端部が圧入されることにより、各排出孔212と各筒状前駆体100Pの内周側とを連結する。
(Connecting process)
Next, as shown in FIGS. 3 and 5, each of the plurality of discharge holes 212 formed in the
(還元工程)
図3に示すように、連結工程後に、ガス供給体200に形成された導入孔222に還元ガスRGを導入することにより、複数本の筒状前駆体100Pの内周側(改質触媒層前駆体112P)を還元し、複数本の酸素透過膜構造体100を形成する(S140)。具体的には、ガス供給体200と、該ガス供給体200に連結された複数本の筒状前駆体100Pとを、図示しない炉内に配置し、炉によって加熱しつつ、還元ガスRGをガス供給体200の天井壁220に形成された導入孔222から導入する。導入孔222に導入された還元ガスRGは、ガス供給体200の第2の空間R2に流れ込み、多孔板300に形成された複数の連通孔310を介して第1の空間R1に流れ込み、ガス供給体200の底壁210に形成された複数の排出孔212のそれぞれから排出される。各排出孔212から排出された還元ガスRGは、連結部214を介して、各筒状前駆体100Pの貫通孔110内に導入される。導入された還元ガスRGが、支持体114を介して改質触媒層前駆体112Pに至ることにより、改質触媒層112に含まれるNiOが還元され、改質触媒層112が形成される。以上により、複数本の酸素透過膜構造体100の作製が完了する。
(Reduction process)
As shown in FIG. 3, by introducing the reducing gas RG into the
A−4.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態の酸素透過膜構造体100の製造方法では、ガス供給体200の底壁210に形成された複数の排出孔212のそれぞれと、複数本の筒状前駆体100Pのそれぞれの内周側と、が個別に連結され(図3のS130)、その後、ガス供給体200の天井壁220に形成された1つの導入孔222に還元ガスRGが導入される(図3のS140)。その結果、複数本の筒状前駆体100Pの内周側が還元され、複数本の酸素透過膜構造体100が形成される。これにより、本実施形態によれば、1つのガス供給体200を用いて、複数本の筒状前駆体100Pの内周側をまとめて還元できるため、複数本の酸素透過膜構造体100を効率よく製造することができる。
A-4. Effect of this embodiment:
As described above, in the method for producing the oxygen
また、本実施形態によれば、多孔板300の一部分は、天井壁220の導入孔222に対向している。また、上下方向(Z軸方向)視で、導入孔222の外形(輪郭線)の外側に、複数の排出孔212の少なくとも一部が位置している。その結果、導入孔222からガス供給体200の空間Rに導入された還元ガスRGのほとんどは、多孔板300に当たってから第2の空間R2に広がり、その後、複数の排出孔212から排出される。これにより、導入孔222からガス供給体200の空間Rに導入された還元ガスRGが底壁210に直接当たることに起因して、各排出孔212における単位時間当たりの還元ガスRGの排出流量(g/s)(以下、「還元ガスRGの排出流量」という)のばらつきが生じることを抑制することができる。
Further, according to the present embodiment, a part of the
また、本実施形態では、多孔板300は、ガス供給体200の空間Rを、第1の空間R1と第2の空間R2とに区画するように配置されている。また、多孔板300は、多孔板300の上面S3から下面S4まで連通する複数の連通孔310が形成された多孔体である。これにより、導入孔222からガス供給体200の空間Rに導入された還元ガスRGは、多孔板300の複数の連通孔310を通過することにより、流速差が低減され、その後、複数の排出孔212から排出される。これにより、複数の排出孔212における還元ガスRGの排出流量のばらつきを抑制することができる。以下、具体的に説明する。
Further, in the present embodiment, the
図6は、第1のガス供給体200Aの空間R内における還元ガスRGの流れを模式的に示す説明図であり、図7は、第2のガス供給体200Bの空間R内における還元ガスRGの流れを模式的に示す説明図である。図6(A)および図7におけるガス供給体200A,200B内に示された複数の矢印は、還元ガスRGの流れを示しており、矢印の密集度が高いほど、還元ガスRGの排出流量(g/s)が多いことを意味する。なお、図6(A)では、排出孔212が省略されている。図6(A)および図7では、導入孔222における還元ガスRGの流入速度は10m/sであり、図7では、多孔板300の厚さは10mmであるものとする。また、図6(B)には、底壁210に形成された複数の排出孔212の還元ガスRGの排出流量が示されている。図6(B)の横軸の数値は、複数の排出孔212のそれぞれの位置を示す。なお、ここでいう複数の排出孔212は、底壁210におけるY軸方向の中央部に位置する2つの列に属する18個の排出孔212である。
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the flow of the reducing gas RG in the space R of the first
図6に示すように、第1のガス供給体200Aは、上述したガス供給体200(図4および図5参照)に対して、多孔板300を備えていない点で異なり、その他の点は同じである。すなわち、第1のガス供給体200Aの空間Rでは、天井壁220と底壁210との間に、導入孔222に対向する物体が存在しない。ここで、第1のガス供給体200Aは、ガス供給体200と同様に、天井壁220に1つの導入孔222が形成され、底壁210に複数の排出孔212が形成されている。このため、1つの第1のガス供給体200Aを用いて、複数本の筒状前駆体100Pの内周側をまとめて還元することは可能である。
As shown in FIG. 6, the first
しかし、第1のガス供給体200Aは、多孔板300を備えていない。このため、第1のガス供給体200Aでは、導入孔222からガス供給体200の空間Rに導入された還元ガスRGは、底壁210に直接当たる。このため、還元ガスRGの一部は、導入孔222の直下に位置する排出孔212から排出されるものの、該排出孔212からの還元ガスRGの排出流量は極端に少なくなる。還元ガスRGの他の一部は、底壁210の上面に沿って上下方向に直交する面方向(XY面方向)に広がり、流速が低下しつつ、底壁210の周縁側に位置する排出孔212から排出される。その結果、底壁210の中央部に位置する排出孔212の還元ガスRGの排出流量に比べて、底壁210の周縁側に位置する排出孔212の還元ガスRGの排出流量が多くなり、複数の排出孔212のそれぞれからの還元ガスRGの排出流量のばらつきが生じる(図6(B)参照)。その結果、複数本の筒状前駆体100Pの内周側の還元度合いのばらつきが生じるおそれがある。
However, the first
これに対して、第2のガス供給体200Bは、上述したガス供給体200(図4および図5参照)と同じ構成である。このため、図7(A)(B)に示すように、第2のガス供給体200Bでは、導入孔222からガス供給体200の空間R(第2の空間R2)に導入された還元ガスRGは、底壁210ではなく、多孔板300に直接当たる。このため、還元ガスRGの一部は、導入孔222の直下に位置する連通孔310を通過し、第1の空間R1に流れ込む。この際、各連通孔310の径は、導入孔222の径より小さいため、導入孔222の直下に位置する連通孔310を通過する還元ガスRGの流速は、連通孔310の流路抵抗によって低下する。また、還元ガスRGの他の一部は、多孔板300の上面に沿って上下方向に直交する面方向(XY面方向)に広がり、流速が低下しつつ、多孔板300の周縁側に位置する連通孔310を通過し、第1の空間R1に流れ込む。その結果、多孔板300の中央部に位置する連通孔310から第1の空間R1への還元ガスRGの流入量と、多孔板300の周縁側に位置する連通孔310から第1の空間R1への還元ガスRGの流入量との差は比較的に小さい。その後、多孔板300の複数の連通孔310のそれぞれから第1の空間R1内に流れ込んだ還元ガスRGは、第1の空間R1を通過する際に、互いの流速差がさらに低減されつつ、底壁210に形成された複数の排出孔212から排出される。その結果、上記第1の酸素透過膜構造体100Aに比べて、底壁210の中央部に位置する排出孔212の還元ガスRGの排出流量と、底壁210の周縁側に位置する排出孔212の還元ガスRGの排出流量との差が小さく、複数の排出孔212のそれぞれからの還元ガスRGの排出流量のばらつきを抑制することができる。その結果、複数本の筒状前駆体100Pの内周側の還元度合いのばらつきを抑制しつつ、複数本の酸素透過膜構造体100を効率よく製造することができる。
On the other hand, the second
図7(A)では、多孔板300における連通孔310の孔面積率は、50%であり、図7(B)では、多孔板300における連通孔310の孔面積率は、10%である。図7(A)(B)に示すように、多孔板300における連通孔310の孔面積率が低いほど、多孔板300の複数の連通孔310から第1の空間R1への還元ガスRGの流入量差の低減効果が向上するため、複数の排出孔212のそれぞれからの還元ガスRGの排出流量のばらつきを、より効果的に抑制できることが分かる。
In FIG. 7A, the hole area ratio of the
図8は、還元ガスRGの排出流量のばらつき度合い(%)と、連通孔310の孔面積率(%)と、多孔板300の厚さ(mm)と、導入孔222からの導入流量(m/s)との関係を示す説明図である。図8(A)には、上述したガス供給体200を基準として、多孔板300における連通孔310の孔面積率が互いに異なる複数のガス供給体を使用した場合に、複数の排出孔212のそれぞれからの還元ガスRGの排出流量のばらつきを測定した実験結果が示されている。図8(A)では、導入孔222における還元ガスRGの流入速度は10m/sであり、多孔板300の厚さは10mmであるものとする。図8(A)によれば、連通孔310の孔面積率が20%以下であれば、還元ガスRGの排出流量のばらつきが基準値(1%)以下に抑制され、連通孔310の孔面積率が20%を超えると、還元ガスRGの排出流量のばらつきが基準値を超えることが分かる。また、連通孔310の孔面積率が20%を超えると、還元ガスRGの排出流量のばらつきの増加の傾きが大きくなることが分かる。したがって、連通孔310の孔面積率が20%以下であることが好ましいことが分かる。
FIG. 8 shows the degree of variation (%) in the discharge flow rate of the reducing gas RG, the hole area ratio (%) of the
図8(B)には、上述したガス供給体200を基準として、多孔板300の厚さが互いに異なる複数のガス供給体を使用した場合に、複数の排出孔212のそれぞれからの還元ガスRGの排出流量のばらつきを測定した実験結果が示されている。図8(B)では、導入孔222における還元ガスRGの流入速度は10m/sであり、連通孔310の孔面積率は同一であるものとする。図8(B)によれば、多孔板300の厚さが1mm以上であれば、還元ガスRGの排出流量のばらつきが基準値(1%)以下に抑制され、多孔板300の厚さが1mm未満であると、還元ガスRGの排出流量のばらつきが基準値を超えることが分かる。したがって、多孔板300の厚さは1mm以上であることが好ましいことが分かる。
FIG. 8B shows the reducing gas RGs from each of the plurality of discharge holes 212 when a plurality of gas feeders having different thicknesses of the
図8(C)には、上述したガス供給体200を使用しつつ、導入孔222からの導入流量(m/s)を変えた場合に、複数の排出孔212のそれぞれからの還元ガスRGの排出流量のばらつきを測定した実験結果が示されている。図8(C)では、連通孔310の孔面積率は同一であり、多孔板300の厚さは10mmであるものとする。図8(C)によれば、導入孔222からの導入流量が10m/s以下であれば、還元ガスRGの排出流量のばらつきが基準値(1%)以下に抑制され、多孔板300の厚さが10m/sを超えると、還元ガスRGの排出流量のばらつきが基準値を超えることが分かる。したがって、導入孔222からの導入流量は10m/s以下であることが好ましいことが分かる。
FIG. 8C shows the reduction gas RG from each of the plurality of discharge holes 212 when the introduction flow rate (m / s) from the
B.変形例:
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Modification example:
The technique disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be transformed into various forms without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are also possible.
上記実施形態における酸素透過膜構造体100の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、酸素透過膜構造体100は、支持体114と、改質触媒層112と、酸素透過膜111と、酸素解離触媒層113とから構成されるとしているが、酸素透過膜構造体100は、支持体114を備えないとしてもよいし、酸素解離触媒層113を備えないとしてもよい。例えば、酸素透過膜構造体100は、独立の支持体を備えずに、酸素透過膜111(酸素透過層)が支持体の機能を備える形態、改質触媒層112が支持体の機能を備える形態(支持体の軸方向の端部には改質触媒層の形成材料が含まれておらず、該端部以外の部分に改質触媒層の形成材料が含まれている形態を含む)や、酸素解離触媒層113が支持体の機能を備える形態でもよい。また、筒状ワークとして、酸素透過膜構造体100を例示したが、これに限らず、貫通孔が形成された筒状体を有する筒状ワークであり、筒状前駆体の内周側を還元することにより形成されるものであればよい。なお、筒状ワークの外周側は、還元されないようにすべき材料(例えば酸化物)により形成されていることが好ましい。
The configuration of the oxygen
また、上記実施形態では、酸素透過膜構造体100は、略円筒形状の部材であるとしているが、酸素透過膜構造体100の形状は様々変形可能であり、例えば角筒状であってもよい。
Further, in the above embodiment, the oxygen
また、ガス供給体200の底壁210、天井壁220や多孔板300は、平板状に限らず、例えば湾曲状であってもよい。また、底壁210、天井壁220や多孔板300の上下方向視での形状は、矩形状に限らず、例えば円状等であってもよい。また、複数の排出孔212や複数の連通孔310は、等間隔に配置されていなくてもよい。また、導入孔222は、天井壁220の中央からずれた位置に形成されていてもよい。また、ガス供給体200は、多孔板300を備えない構成(図6参照)であってもよい。
Further, the
また、対向体として、ガス供給体200の空間Rを区画する多孔板300を例示したが、対向体は、ガス供給体200の空間R内において、導入孔222に対向し、かつ、上下方向視で空間R内の一部に配置される構成であってもよい。また、対向体は、多孔板300のようなパンチングボードに限らず、例えば複数の気孔が形成された多孔質体であってもよし、気孔や連通孔が形成されていない緻密体であってもよい。また、上記実施形態において、多孔板300は、底壁210や天井壁220に対して傾斜するように配置されていてもよい。また、多孔板300は、上下方向において、空間Rの略中心からずれた位置に配置されていてもよい。
Further, as the facing body, the
上記実施形態では、第1の空間として、底壁210の上面全体に面する空間を第1の空間R1を例示したが、第1の空間は、底壁210の上面のうち、少なくとも排出孔212の全てを囲む部分(第1の部分)に面する空間であればよい。また、上記実施形態では、第2の空間として、天井壁220の下面全体に面する空間を第2の空間R2を例示したが、第2の空間は、天井壁220の下面のうち、少なくとも導入孔222が形成された部分(第2の部分)に面する空間であればよい。
In the above embodiment, as the first space, the space facing the entire upper surface of the
また、多孔板300における連通孔310の孔面積率は、20%より高くてもよい。また、多孔板300の厚さは、1mm以下でもよい。なお、多孔板300における連通孔310同士の配置間隔は、1つの連通孔310の径より大きいことが好ましい。例えば、連通孔310同士の配置間隔は10mmであり、連通孔310の径は1mm以上、6mm以下である。
Further, the hole area ratio of the
また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。例えば、酸素解離触媒層113は、LaCrO3系酸化物であって、Niおよび貴金属の少なくとも一方を含むペロブスカイト系酸化物により形成されているとしてもよいし、Niおよび貴金属を含む材料により形成されているとしてもよい。
Further, the material constituting each member in the above embodiment is merely an example, and each member may be composed of another material. For example, the oxygen
100:酸素透過膜構造体 100A:第1の酸素透過膜構造体 100P:筒状前駆体 110:貫通孔 111:酸素透過膜 112:改質触媒層 112P:改質触媒層前駆体 113:酸素解離触媒層 114:支持体 200:ガス供給体 200A:第1のガス供給体 200B:第2のガス供給体 201:第1の蓋部 202:第2の蓋部 210:底壁 212:排出孔 214:連結部 220:天井壁 222:導入孔 230:側壁 232:第1の側壁 234:第2の側壁 236:外周面 300:多孔板 310:連通孔 FG:燃料ガス R1:第1の空間 R2:第2の空間 R:空間 RG:還元ガス S1:空気室 S2:燃料室 S3:上面 S4:下面
100: Oxygen permeable membrane structure 100A: First oxygen permeable membrane structure 100P: Cylindrical precursor 110: Through hole 111: Oxygen permeable membrane 112:
Claims (6)
前記筒状体の前駆体である筒状前駆体を、複数本、準備する第1の準備工程と、
内部に空間が形成された箱状のガス供給体であって、前記空間に連通する複数の排出孔が形成された第1の壁と、第1の方向において前記空間を介して前記第1の壁に対向して配置され、前記空間に連通する1つの導入孔が形成された第2の壁と、前記第1の壁の周縁と前記第2の壁の周縁とをつなぐ側壁と、を有するガス供給体を準備する第2の準備工程と、
前記ガス供給体の前記第1の壁に形成された前記複数の排出孔のそれぞれと、前記複数の筒状前駆体のそれぞれの内周側と、を個別に連結する連結工程と、
前記連結工程後に、前記ガス供給体の前記第2の壁に形成された前記導入孔に還元ガスを導入することにより、前記複数本の筒状前駆体の内周側を還元し、前記複数本の筒状体を形成する還元工程と、
を備える、
ことを特徴とする筒状ワークの製造方法。 In a method for manufacturing a tubular work having a tubular body having a through hole formed therein,
The first preparatory step of preparing a plurality of tubular precursors, which are the precursors of the tubular body, and
A box-shaped gas supply body in which a space is formed inside, the first wall in which a plurality of discharge holes communicating with the space are formed, and the first wall in a first direction through the space. It has a second wall that is arranged to face the wall and has one introduction hole that communicates with the space, and a side wall that connects the peripheral edge of the first wall and the peripheral edge of the second wall. The second preparatory step to prepare the gas feeder and
A connecting step of individually connecting each of the plurality of discharge holes formed in the first wall of the gas supply body and the inner peripheral side of each of the plurality of tubular precursors.
After the connecting step, the reducing gas is introduced into the introduction hole formed in the second wall of the gas supply body to reduce the inner peripheral side of the plurality of tubular precursors, and the plurality of tubular precursors are reduced. And the reduction process to form the tubular body of
To prepare
A method for manufacturing a tubular work, which is characterized in that.
前記第1の方向視で、前記導入孔の外形の外側に、前記複数の排出孔の少なくとも一部が位置し、
前記ガス供給体は、さらに、前記ガス供給体の前記空間に配置され、一部分が前記導入孔に対向している対向体を備える、
ことを特徴とする筒状ワークの製造方法。 In the method for manufacturing a tubular work according to claim 1,
In the first directional view, at least a part of the plurality of discharge holes is located outside the outer shape of the introduction hole.
The gas supply body further includes an opposing body that is arranged in the space of the gas supply body and partially faces the introduction hole.
A method for manufacturing a tubular work, which is characterized in that.
前記対向体は、
前記ガス供給体の前記空間を、前記第1の壁のうち、少なくとも前記複数の排出孔の全てが形成された第1の部分に面する第1の空間と、前記第2の壁のうち、少なくとも前記導入孔が形成された第2の部分に面する第2の空間と、に区画するように配置され、
かつ、前記第1の空間側の表面から前記第2の空間側の表面まで連通する複数の連通孔が形成された多孔体である、
ことを特徴とする筒状ワークの製造方法。 In the method for manufacturing a tubular work according to claim 2,
The opposing body
The space of the gas supply body is the first space of the first wall facing the first portion of the first wall in which at least all of the plurality of discharge holes are formed, and the second wall of the second wall. It is arranged so as to partition at least a second space facing the second portion where the introduction hole is formed.
Moreover, it is a porous body in which a plurality of communication holes communicating from the surface on the first space side to the surface on the second space side are formed.
A method for manufacturing a tubular work, which is characterized in that.
前記対向体の厚み方向に直交する少なくとも1つの断面において、前記対向体の外形の面積に対する、前記複数の連通孔の面積の合計の割合である孔面積率は、20%以下である、
ことを特徴とする筒状ワークの製造方法。 In the method for manufacturing a tubular work according to claim 3,
In at least one cross section orthogonal to the thickness direction of the facing body, the hole area ratio, which is the total ratio of the areas of the plurality of communicating holes to the outer area of the facing body, is 20% or less.
A method for manufacturing a tubular work, which is characterized in that.
前記複数の連通孔の前記孔面積率は、5%以上である、
ことを特徴とする筒状ワークの製造方法。 In the method for manufacturing a tubular work according to claim 4,
The hole area ratio of the plurality of communication holes is 5% or more.
A method for manufacturing a tubular work, which is characterized in that.
前記対向体の厚さは、1mm以上である、
ことを特徴とする筒状ワークの製造方法。 In the method for manufacturing a tubular work according to any one of claims 3 to 5.
The thickness of the opposing body is 1 mm or more.
A method for manufacturing a tubular work, which is characterized in that.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019023148A JP2020135925A (en) | 2019-02-13 | 2019-02-13 | Manufacturing method of cylindrical workpiece |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019023148A JP2020135925A (en) | 2019-02-13 | 2019-02-13 | Manufacturing method of cylindrical workpiece |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020135925A true JP2020135925A (en) | 2020-08-31 |
Family
ID=72263411
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019023148A Pending JP2020135925A (en) | 2019-02-13 | 2019-02-13 | Manufacturing method of cylindrical workpiece |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020135925A (en) |
-
2019
- 2019-02-13 JP JP2019023148A patent/JP2020135925A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5964991A (en) | Sintered laminated structures, electrochemical cells and process for producing such sintered laminated structures | |
US11688875B2 (en) | Cell, cell stack device, module and module-containing device | |
US20110195342A1 (en) | Solid oxide fuel cell reactor | |
JP2017098145A (en) | Cell, cell stack device, module, and module housing device | |
JP5989941B1 (en) | Cell, cell stack device, module, and module housing device | |
JP5105840B2 (en) | Flat fuel cell interconnector and method for manufacturing the same, flat fuel cell, flat fuel cell stack and method for manufacturing the same | |
JP6174608B2 (en) | Solid oxide fuel cell and method for producing the same | |
JP4866122B2 (en) | Ceramic straight tube hole cylindrical support and membrane element for solid oxide fuel cell | |
JP2005081246A (en) | Oxygen separation membrane element and production method therefor | |
JP2020135925A (en) | Manufacturing method of cylindrical workpiece | |
JP2008246451A (en) | Oxygen separating membrane element | |
JP5711093B2 (en) | Gas separation material for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell | |
JP6845102B2 (en) | Reform structure and reformer | |
JP2017021945A (en) | Solid oxide type electrochemical cell, manufacturing method for solid oxide type electrochemical cell, solid oxide type fuel battery and high-temperature steam electrolysis device | |
JP2007069395A (en) | Ceramic porous support and its manufacturing method | |
JP5159382B2 (en) | Electrochemical cell | |
JP5144851B2 (en) | Oxygen separation membrane element | |
JP6986126B2 (en) | Oxygen permeable membrane, its manufacturing method, and reformer | |
JP6434182B2 (en) | Fuel cell | |
WO2015045330A1 (en) | Fuel cell and manufacturing method therefor | |
JP2006277969A (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP2016115661A (en) | Solid oxide electrochemical cell, solid oxide fuel cell, and high temperature steam electrolysis apparatus | |
JP6317711B2 (en) | Solid oxide electrochemical cell, solid oxide fuel cell, and high temperature steam electrolyzer | |
JP3706298B2 (en) | Laminated sintered body and electrochemical cell | |
JP2008133146A (en) | Support for firing solid electrolyte body, method for producing solid electrolyte body, and method for production of the support |