JP3124472B2 - 電気化学素子とこれを用いた電気化学装置、処理装置 - Google Patents
電気化学素子とこれを用いた電気化学装置、処理装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は少なくとも酸素と窒素酸
化物が共存するガス雰囲気下において、電気化学的に窒
素酸化物を窒素と酸素に分解する電気化学素子と、これ
を用いた電気化学処理装置に関し、例えば窒素酸化物に
よる自然破壊や人への悪影響を低減するのに利用され
る。
化物が共存するガス雰囲気下において、電気化学的に窒
素酸化物を窒素と酸素に分解する電気化学素子と、これ
を用いた電気化学処理装置に関し、例えば窒素酸化物に
よる自然破壊や人への悪影響を低減するのに利用され
る。
【０００２】
【従来の技術】この種の電気化学素子、およびこれを用
いた電気化学処理方法と装置は従来から知られており、
その用途上から酸素の存在下で窒素酸化物を分解するこ
とが要求される。例えば特開昭６１−７８４２１号公報
はこれに応える電気化学素子およびこれを用いた電気
化学処理装置を開示している。
いた電気化学処理方法と装置は従来から知られており、
その用途上から酸素の存在下で窒素酸化物を分解するこ
とが要求される。例えば特開昭６１−７８４２１号公報
はこれに応える電気化学素子およびこれを用いた電気
化学処理装置を開示している。
【０００３】このものは図７に示すように、固体電解質
ａの相対向する両側に設けられた正負両電極膜ｂ、ｃの
うちの負の電極膜ｃ側を被処理ガスに暴露させ、正の電
極膜ｂ側を大気や減圧ガスに接触させる構成である。両
電極膜ｂ、ｃとも構成材料としては、白金が用いられ
る。特に、負電極膜ｃを白金電極膜表面にロジウムｃｌ
を担持した構成にすることにより、酸素雰囲気下でも窒
素酸化物の分解反応が進行するとしている。
ａの相対向する両側に設けられた正負両電極膜ｂ、ｃの
うちの負の電極膜ｃ側を被処理ガスに暴露させ、正の電
極膜ｂ側を大気や減圧ガスに接触させる構成である。両
電極膜ｂ、ｃとも構成材料としては、白金が用いられ
る。特に、負電極膜ｃを白金電極膜表面にロジウムｃｌ
を担持した構成にすることにより、酸素雰囲気下でも窒
素酸化物の分解反応が進行するとしている。
【０００４】この処理装置では、負電極膜ｃ上で窒素酸
化物が酸素と窒素に解離される。解離した酸素は酸素イ
オンとして固体電解質ａ内に取り込まれ、正電極膜ｂに
向かつて移動し、正電極膜ｂに到達して、酸素分子とし
て大気に放出される。他方、解離した窒素は負電極膜ｃ
に残り、窒素分子として被処理ガス中に放出される。
化物が酸素と窒素に解離される。解離した酸素は酸素イ
オンとして固体電解質ａ内に取り込まれ、正電極膜ｂに
向かつて移動し、正電極膜ｂに到達して、酸素分子とし
て大気に放出される。他方、解離した窒素は負電極膜ｃ
に残り、窒素分子として被処理ガス中に放出される。
【０００５】また、特閑昭５０−３２０９２号公報
は、図８に示すような処理装置を開示している。
は、図８に示すような処理装置を開示している。
【０００６】このものは、ＺｒＯ2−ＣｅＯ系固体電解
質ａの両面に多孔質白金正電極膜ｂと多孔質負電極膜ｃ
を形成しており、動作温度５００〜９５０℃で、大気中
に含まれる窒素酸化物５０−５０００ｐｐｍを、したが
って酸素の存在下で、９０％以上分解できるとしてい
る。
質ａの両面に多孔質白金正電極膜ｂと多孔質負電極膜ｃ
を形成しており、動作温度５００〜９５０℃で、大気中
に含まれる窒素酸化物５０−５０００ｐｐｍを、したが
って酸素の存在下で、９０％以上分解できるとしてい
る。
【０００７】また、ＵＳ ＤＯＥ Ｒｅｐｏｒｔ［Ｎ
Ｏ．ＤＯＥ−ＰＣ−７９８５５−ＴｌＯ（１９９０）］
に、ＣｅＯ2系固体電解質ａの両面に多孔質ルテニウム
正電極膜ｂと多孔質ルテニウム負電極膜ｃを形成した装
置の窒素酸化物分解特性が記載されている。このものに
よれば、４５９℃で４００ｐｐｍのＮＯXを分解すると
き、酸素濃度が０％であれば、約８４％のＮＯXが分解
するが、酸素濃度が１％に増加すると約６％のＮＯXし
か分解しないと報告されている。
Ｏ．ＤＯＥ−ＰＣ−７９８５５−ＴｌＯ（１９９０）］
に、ＣｅＯ2系固体電解質ａの両面に多孔質ルテニウム
正電極膜ｂと多孔質ルテニウム負電極膜ｃを形成した装
置の窒素酸化物分解特性が記載されている。このものに
よれば、４５９℃で４００ｐｐｍのＮＯXを分解すると
き、酸素濃度が０％であれば、約８４％のＮＯXが分解
するが、酸素濃度が１％に増加すると約６％のＮＯXし
か分解しないと報告されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の構成、
例えばの公報に開示のものでは、酸素存在下における
窒素酸化物の分解能力は高くない。動作温度７００℃
で、酸素濃度１％、ＮＯX濃度１０００ｐｐｍ、ガス流
量６００ｃｃ／ｍｉｎの条件下で、分解量は単位電極膜
面積あたり約０．１μｍｏｌ／ｃｍ2と低い。しかも、
このとき２０ｍＡ／ｃｍ2程度の大電流密度を必要とす
る。
例えばの公報に開示のものでは、酸素存在下における
窒素酸化物の分解能力は高くない。動作温度７００℃
で、酸素濃度１％、ＮＯX濃度１０００ｐｐｍ、ガス流
量６００ｃｃ／ｍｉｎの条件下で、分解量は単位電極膜
面積あたり約０．１μｍｏｌ／ｃｍ2と低い。しかも、
このとき２０ｍＡ／ｃｍ2程度の大電流密度を必要とす
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の構成、
例えばの公報に開示のものでは、酸素存在下に窒素酸
化物の分解能力は高くない。動作温度７００℃で、酸素
濃度１％、ＮＯX濃度１０００ｐｐｍ、ガス流量６００
ｃｃ／ｍｉｎの条件下で、分解量は単位電極膜面積あた
り約０．１μｍｏｌ／ｃｍ2と低い。しかも、このとき
２０ｍＡ／ｃｍ2程度の大電流密度を必要とする。
例えばの公報に開示のものでは、酸素存在下に窒素酸
化物の分解能力は高くない。動作温度７００℃で、酸素
濃度１％、ＮＯX濃度１０００ｐｐｍ、ガス流量６００
ｃｃ／ｍｉｎの条件下で、分解量は単位電極膜面積あた
り約０．１μｍｏｌ／ｃｍ2と低い。しかも、このとき
２０ｍＡ／ｃｍ2程度の大電流密度を必要とする。
【００１０】本発明は、上記のような問題を解消するこ
とを課題とするもので、酸素濃度が高い雰囲気下、例え
ば酸素濃度１０％でも比較的低温、低電流密度で効率よ
く窒素酸化物を分解できる電気化学素子と、これを用い
た装置を提供することを目的とするものである。
とを課題とするもので、酸素濃度が高い雰囲気下、例え
ば酸素濃度１０％でも比較的低温、低電流密度で効率よ
く窒素酸化物を分解できる電気化学素子と、これを用い
た装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、請求項1の発明の電気化学素子は、酸素イ
オン導電性の固体電解質基体と、固体電解質基体の対向
する両表面に形成した正負一対の電極膜とを備え、正負
両電極膜の少なくとも負の電極膜は窒素酸化物吸着性化
合物を含む電極膜で構成したことを特徴とする。
するために、請求項1の発明の電気化学素子は、酸素イ
オン導電性の固体電解質基体と、固体電解質基体の対向
する両表面に形成した正負一対の電極膜とを備え、正負
両電極膜の少なくとも負の電極膜は窒素酸化物吸着性化
合物を含む電極膜で構成したことを特徴とする。
【００１２】請求項２の電気化学装置は、ガス流通路
と、ガス流通路に配置された請求項１の発明の電気化学
素子と、電気化学素子近傍のガス温度を検出するガス温
度検出手段と、ガス温度検出手段からの温度信号に応じ
て電気化学素子に流す電流値を制御する電流制御信号発
生手段と、電気化学素子の正負両電極膜に接続され、双
方間に前記電流制御信号に応じた電流を発生する可変電
流電源とを備えたことを特徴とするものである。
と、ガス流通路に配置された請求項１の発明の電気化学
素子と、電気化学素子近傍のガス温度を検出するガス温
度検出手段と、ガス温度検出手段からの温度信号に応じ
て電気化学素子に流す電流値を制御する電流制御信号発
生手段と、電気化学素子の正負両電極膜に接続され、双
方間に前記電流制御信号に応じた電流を発生する可変電
流電源とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】請求項３の電気化学処理装置は、ガス流通
路と、ガス流通路に配置された請求項１の発明の電気化
学素子と、これの負の電極膜の対向する２点に接続され
た２本のリード線間の抵抗値から電気化学素子の温度を
検出する素子温度検出手段と、素子温度検出手段からの
温度信号に応じて前記電気化学素子に流す電流値を制御
する電流制御信号発生手段と、電気化学素子の正負両電
極膜に接続され、前記電流制御信号に応じた電流を発生
する可変電流電源とを備えたことを特徴とするものであ
る。
路と、ガス流通路に配置された請求項１の発明の電気化
学素子と、これの負の電極膜の対向する２点に接続され
た２本のリード線間の抵抗値から電気化学素子の温度を
検出する素子温度検出手段と、素子温度検出手段からの
温度信号に応じて前記電気化学素子に流す電流値を制御
する電流制御信号発生手段と、電気化学素子の正負両電
極膜に接続され、前記電流制御信号に応じた電流を発生
する可変電流電源とを備えたことを特徴とするものであ
る。
【００１４】請求項４の電気化学処理装置は、ガス流通
路と、ガス通路に配置された請求項１の発明の電気化学
素子と、これの正の電極膜の対向する２点に接続された
２本のリード線間の抵抗値から電気化学素子の温度を検
出する素子温度検出手段と、素子温度検出手段からの温
度信号に応じて前記電気化学素子に流す電流値を制御す
る電流制御信号発生手段と、電気化学素子の正負両電極
膜に接続され、前記電流制御信号に応じた電流を発生す
る可変電流電源とを備えたことを特徴とするものであ
る。
路と、ガス通路に配置された請求項１の発明の電気化学
素子と、これの正の電極膜の対向する２点に接続された
２本のリード線間の抵抗値から電気化学素子の温度を検
出する素子温度検出手段と、素子温度検出手段からの温
度信号に応じて前記電気化学素子に流す電流値を制御す
る電流制御信号発生手段と、電気化学素子の正負両電極
膜に接続され、前記電流制御信号に応じた電流を発生す
る可変電流電源とを備えたことを特徴とするものであ
る。
【００１５】
【作用】 請求項１の発明の電気化学素子の上記構成で
は、正負両電極膜のうちの少なくとも負電極膜が窒素酸
化物吸着性化合物を含んでいて、この窒素酸化物吸着性
化合物は負電極に接触する被処理ガスの酸素と共存する
中の微量の窒素酸化物を選択的に吸着して分解反応する
ので、酸素濃度の高い雰囲気下での窒素酸化物の分解効
率をさらに向上することができる。
は、正負両電極膜のうちの少なくとも負電極膜が窒素酸
化物吸着性化合物を含んでいて、この窒素酸化物吸着性
化合物は負電極に接触する被処理ガスの酸素と共存する
中の微量の窒素酸化物を選択的に吸着して分解反応する
ので、酸素濃度の高い雰囲気下での窒素酸化物の分解効
率をさらに向上することができる。
【００１６】請求項２の発明の電気化学処理装置の上記
構成では、電気化学素子の正負両極膜間に可変電流電源
から電流を流して、ガス流通路を流れる被処理ガスとの
接触によりこの被処理ガスを請求項１の発明のように電
気化学処理するが、このときの電気化学素子の近傍のガ
ス温度をガス温度検出手段によって検出し、この検出さ
れるガス温度に基づいた電流制御信号発生手段からの電
流制御信号に対応する電流値にて、可変電流電源から電
気化学素子に電流を流して働かせるので、ガス温度およ
びこれに対応する電気化学素子の温度に対応した最適の
電流で最適の処理ができる。
構成では、電気化学素子の正負両極膜間に可変電流電源
から電流を流して、ガス流通路を流れる被処理ガスとの
接触によりこの被処理ガスを請求項１の発明のように電
気化学処理するが、このときの電気化学素子の近傍のガ
ス温度をガス温度検出手段によって検出し、この検出さ
れるガス温度に基づいた電流制御信号発生手段からの電
流制御信号に対応する電流値にて、可変電流電源から電
気化学素子に電流を流して働かせるので、ガス温度およ
びこれに対応する電気化学素子の温度に対応した最適の
電流で最適の処理ができる。
【００１７】請求項３または４の発明の電気化学的処理
装置の上記構成では、電気化学素子の正負両極膜間に可
変電流電源から電流を流して、ガス流通路を流れる被処
理ガスとの接触によりこの被処理ガスを請求項１の発明
のように電気化学処理するが、このときの固体電解質基
体の温度を、素子温度検出手段が正負両電極膜の一方の
対向する２点に接続されたリード線間の抵抗値から電極
膜温度として検出し、この検出される固体電解質基体の
温度に基づいた電流制御信号発生手段からの電流制御信
号に対応する電流値にて、可変電流電源から電気化学素
子に電流を流して働かせるので、固体電解質基体の温度
に対応した最適の電流で最適の処理ができる。
装置の上記構成では、電気化学素子の正負両極膜間に可
変電流電源から電流を流して、ガス流通路を流れる被処
理ガスとの接触によりこの被処理ガスを請求項１の発明
のように電気化学処理するが、このときの固体電解質基
体の温度を、素子温度検出手段が正負両電極膜の一方の
対向する２点に接続されたリード線間の抵抗値から電極
膜温度として検出し、この検出される固体電解質基体の
温度に基づいた電流制御信号発生手段からの電流制御信
号に対応する電流値にて、可変電流電源から電気化学素
子に電流を流して働かせるので、固体電解質基体の温度
に対応した最適の電流で最適の処理ができる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にしたがい説
明する。なお、従来例と同一部分には同一符号をつけ説
明は省略する。
明する。なお、従来例と同一部分には同一符号をつけ説
明は省略する。
【００１９】図１は本発明の電気化学素子の１つの実施
の形態を示している。平板状の酸素イオン導電性固体電
碑質基体１の相対向する一方の表面に負電極膜２を、他
の表面に正電極膜３を形成し、負電極膜２および正電極
膜３にそれぞれリード線４および５を接続している。酸
素イオン導電性固体電解質基体１は、８ｍｏｌ％のＹ2
Ｏ3で安定化されたＺｒＯ2で構成し、その平板状の寸法
比は、１２ｍｍW×２５ｍｍL×０．５ｍｍtとした。
の形態を示している。平板状の酸素イオン導電性固体電
碑質基体１の相対向する一方の表面に負電極膜２を、他
の表面に正電極膜３を形成し、負電極膜２および正電極
膜３にそれぞれリード線４および５を接続している。酸
素イオン導電性固体電解質基体１は、８ｍｏｌ％のＹ2
Ｏ3で安定化されたＺｒＯ2で構成し、その平板状の寸法
比は、１２ｍｍW×２５ｍｍL×０．５ｍｍtとした。
【００２０】負電極膜２は、白金と窒素酸化物吸着性化
合物の混合電極膜を用いた。窒素酸化物吸着性化合物と
して、ＭｎＯｘ・ＺｒＯｘやペロブスカイト型複合酸化
物などが知られているが、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7- δ型構造を
有する酸化物が優れている。
合物の混合電極膜を用いた。窒素酸化物吸着性化合物と
して、ＭｎＯｘ・ＺｒＯｘやペロブスカイト型複合酸化
物などが知られているが、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7- δ型構造を
有する酸化物が優れている。
【００２１】この詳細な理由は不明であるが、同構造の
酸化物は結晶構造の中に比較的大きな空洞部を有するこ
と、Ｂａは硝酸塩を形成し易いこと、電気導電性を有す
ること等に起因していると思われる。
酸化物は結晶構造の中に比較的大きな空洞部を有するこ
と、Ｂａは硝酸塩を形成し易いこと、電気導電性を有す
ること等に起因していると思われる。
【００２２】以下では、ＰｔとＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7- δ（以
下では、ＹＢＣＯと言う）の混合電極膜（以下では、Ｐ
ｔ／ＹＢＣＯ電極膜と記す）を用いた。なお、ＹＢＣＯ
は多量の酸素が共存する中で微量のＮＯXを選択的に吸
着できる窒素酸化物吸着性化合物である。
下では、ＹＢＣＯと言う）の混合電極膜（以下では、Ｐ
ｔ／ＹＢＣＯ電極膜と記す）を用いた。なお、ＹＢＣＯ
は多量の酸素が共存する中で微量のＮＯXを選択的に吸
着できる窒素酸化物吸着性化合物である。
【００２３】正電極膜３は、窒素酸化物吸着性化合物を
含まない電極膜を用いた。この種正電極膜3として、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄなどの貴金属電極膜、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｆｅなどの金属電極膜、ＬａＳｒＯ3系複合酸化物
電極膜など種々知られているが、貴金属電極膜は安定性
に優れている点で好ましい。以下Ｐｔ電極膜を用いた場
合について述べる。負電極膜２と正電極膜３は互いに対
向して配置され、その面積は２．３ｍｍ2とした。
含まない電極膜を用いた。この種正電極膜3として、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄなどの貴金属電極膜、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｆｅなどの金属電極膜、ＬａＳｒＯ3系複合酸化物
電極膜など種々知られているが、貴金属電極膜は安定性
に優れている点で好ましい。以下Ｐｔ電極膜を用いた場
合について述べる。負電極膜２と正電極膜３は互いに対
向して配置され、その面積は２．３ｍｍ2とした。
【００２４】このようにして構成した本発明の電気化学
素子によるＮＯX分解反応を次のようにして確かめた。
石英反応管の中に図１に示す電気化学素子全体を配置
し、外部電源からの図示しないリード線を電気化学素子
のリード線４と５に接続し、図示しない外部電源よりこ
の電気化学素子の正負両電極膜２、３間に直流電圧を印
加して酸素イオン電流（素子電流）を流した。
素子によるＮＯX分解反応を次のようにして確かめた。
石英反応管の中に図１に示す電気化学素子全体を配置
し、外部電源からの図示しないリード線を電気化学素子
のリード線４と５に接続し、図示しない外部電源よりこ
の電気化学素子の正負両電極膜２、３間に直流電圧を印
加して酸素イオン電流（素子電流）を流した。
【００２５】被処理ガスを石英反応管中に流量２００ｃ
ｃ／ｍｉｎで流すと共に石英管を管状炉に配置して、被
処理ガスを所定の温度に加熱した。このとき電気化学素
子の温度は、被処理ガス温度とほぼ同一とできる。被処
理ガスは、約５００ｐｐｍのＮＯXと約１０％の酸素と
約９０％のＨｅで構成した。電気化学素子に流入前後の
位置でガス中のＮＯX濃度を化学発光式ＮＯX計で測定し
た。
ｃ／ｍｉｎで流すと共に石英管を管状炉に配置して、被
処理ガスを所定の温度に加熱した。このとき電気化学素
子の温度は、被処理ガス温度とほぼ同一とできる。被処
理ガスは、約５００ｐｐｍのＮＯXと約１０％の酸素と
約９０％のＨｅで構成した。電気化学素子に流入前後の
位置でガス中のＮＯX濃度を化学発光式ＮＯX計で測定し
た。
【００２６】このようにしてＮＯX分解特性を測定した
結果を図２の（ａ）、（ｂ）に示す。同図は、固体電解
質温度をパラメータにして素子電流とＮＯX除去量の関
係を示した図である。
結果を図２の（ａ）、（ｂ）に示す。同図は、固体電解
質温度をパラメータにして素子電流とＮＯX除去量の関
係を示した図である。
【００２７】図２の（ａ）から明らかなように、固体電
解質温度が３５０℃の場合、電気化学素子の電流は少な
い電流（約５ｍＡ）しか得られず、ＮＯX除去量も低か
った（最大約４０ｐｐｍ）。従って、実用性に乏しい。
この理由は、固体電解質基体１の温度が低いために固体
電解質基体１自体の抵抗が高いので、大きな酸素イオン
電流を得られないことに起因すると考えられる。
解質温度が３５０℃の場合、電気化学素子の電流は少な
い電流（約５ｍＡ）しか得られず、ＮＯX除去量も低か
った（最大約４０ｐｐｍ）。従って、実用性に乏しい。
この理由は、固体電解質基体１の温度が低いために固体
電解質基体１自体の抵抗が高いので、大きな酸素イオン
電流を得られないことに起因すると考えられる。
【００２８】他方、固体電解質温度が６００℃の場合、
図２の（ｂ）から明らかなように、比較的大きな素子電
流（約５０ｍＡ）が流れてもＮＯXは殆ど除去されず、
更に大きな素子電流（約１００ｍＡ）が流れたときＮＯ
X除去量は小さかった（約５０ｐｐｍ）。従って、この
場合も実用性に乏しい。この理由の詳細は不明である
が、固体電解質基体１の温度が高くなるに従って酸素分
子の反応性が高くなり、ＮＯX分子の反応性が相対的に
低下することに起因すると考えられる。固体電解質基体
１の温度が高くなりＮＯX分子の反応性が相対的に低下
することに起因すると考えられる。固体電解質基体1の
温度が４００−５５０℃の場合、図２の（ａ）、（ｂ）
から明らかなように、電気化学素子に流れる電流が低電
流［（１０−７０）ｍＡ］でも高いＮＯX除去量（１０
０ｐｐｍ以上）が得られるので、この温度領域が実用性
に優れ、ＮＯｘ除去効率も高い。
図２の（ｂ）から明らかなように、比較的大きな素子電
流（約５０ｍＡ）が流れてもＮＯXは殆ど除去されず、
更に大きな素子電流（約１００ｍＡ）が流れたときＮＯ
X除去量は小さかった（約５０ｐｐｍ）。従って、この
場合も実用性に乏しい。この理由の詳細は不明である
が、固体電解質基体１の温度が高くなるに従って酸素分
子の反応性が高くなり、ＮＯX分子の反応性が相対的に
低下することに起因すると考えられる。固体電解質基体
１の温度が高くなりＮＯX分子の反応性が相対的に低下
することに起因すると考えられる。固体電解質基体1の
温度が４００−５５０℃の場合、図２の（ａ）、（ｂ）
から明らかなように、電気化学素子に流れる電流が低電
流［（１０−７０）ｍＡ］でも高いＮＯX除去量（１０
０ｐｐｍ以上）が得られるので、この温度領域が実用性
に優れ、ＮＯｘ除去効率も高い。
【００２９】以上の結果は、Ｐｔ／ＹＢＣＯ負電極膜２
とＰｔ正電極膜３を用いた場合の結果であるが、負電極
膜２および正電極膜３の両者ともＰｔ／ＹＢＣＯ電極膜
を用いた場合についても検討した。後者の電極膜構成の
湯合の方が前者の構成に比べ約１０％程度大きなＮＯX
除去量を示したことから、後者の電極膜構成がより優れ
る。なお、この電極膜構成は両電極膜とも同一の材料で
構成されているので、電極膜形成作業も容易である。ま
た、前者の電極膜構成では、負電極膜２の材料と正電極
膜３の材料が異なるので、電極膜作成作業はそれだけ複
雑になるが、Ｐｔ正電極膜３は市販のＰｔペーストを利
用できるので、低価格である点で優れている。
とＰｔ正電極膜３を用いた場合の結果であるが、負電極
膜２および正電極膜３の両者ともＰｔ／ＹＢＣＯ電極膜
を用いた場合についても検討した。後者の電極膜構成の
湯合の方が前者の構成に比べ約１０％程度大きなＮＯX
除去量を示したことから、後者の電極膜構成がより優れ
る。なお、この電極膜構成は両電極膜とも同一の材料で
構成されているので、電極膜形成作業も容易である。ま
た、前者の電極膜構成では、負電極膜２の材料と正電極
膜３の材料が異なるので、電極膜作成作業はそれだけ複
雑になるが、Ｐｔ正電極膜３は市販のＰｔペーストを利
用できるので、低価格である点で優れている。
【００３０】なお、上記目的の本発明において、正負両
電極膜２、３が共にＰｔであっても、固体電解質基体が
酸素イオン導電性を有していることにより、固体電解質
基体の対向する両面に形成された正負両電極膜のうちの
少なくとも負電極膜を、窒素酸化物および酸素を含む被
処理ガスに曝露させて窒素酸化物を電気化学的に分解す
るのに、ＮＯX分子は負電極膜上で窒素と酸素に解離吸
着する。解離した酸素は負電極膜上で電気化学的に反応
して、酸素イオン導電性固体電解質にイオンとしてよく
取り込まれ、正電極膜上で酸素分子として外部空間に活
発に放出される。他方、解離した窒素は負電極膜上で窒
素分子として外部空間に放出される。
電極膜２、３が共にＰｔであっても、固体電解質基体が
酸素イオン導電性を有していることにより、固体電解質
基体の対向する両面に形成された正負両電極膜のうちの
少なくとも負電極膜を、窒素酸化物および酸素を含む被
処理ガスに曝露させて窒素酸化物を電気化学的に分解す
るのに、ＮＯX分子は負電極膜上で窒素と酸素に解離吸
着する。解離した酸素は負電極膜上で電気化学的に反応
して、酸素イオン導電性固体電解質にイオンとしてよく
取り込まれ、正電極膜上で酸素分子として外部空間に活
発に放出される。他方、解離した窒素は負電極膜上で窒
素分子として外部空間に放出される。
【００３１】したがって、酸素濃度の高い雰囲気下でも
従来よりは低温度、低電流密度で窒素酸化物を効率よく
分解することができる。
従来よりは低温度、低電流密度で窒素酸化物を効率よく
分解することができる。
【００３２】前述してきたように、固体電解質温度は４
００−４５０℃が好ましく。電気化学素子をこの温度範
囲に保持して前記した被処理ガスの窒素酸化物の電気化
学的処理を行う。
００−４５０℃が好ましく。電気化学素子をこの温度範
囲に保持して前記した被処理ガスの窒素酸化物の電気化
学的処理を行う。
【００３３】この温度の保持は、処理換作中の電気化学
素子を図示しないヒータで加熱しながら、電気化学素子
の温度を温度検出手段によって直接または間接的に検出
し、この検出温度に基づいてヒータ加熱容量を調整する
ようにして行える。
素子を図示しないヒータで加熱しながら、電気化学素子
の温度を温度検出手段によって直接または間接的に検出
し、この検出温度に基づいてヒータ加熱容量を調整する
ようにして行える。
【００３４】しかし、図２からも明らかなように、最大
ＮＯX除去量を得るに必要な最適素子電流は固体電解質
基体１の温度に依存している。即ち、固体電解質温度が
４００−５５０℃の場合、最適素子電流は（１０−１
５）ｍＡであるが、固体電解質温度が５００℃、５５０
℃の場合、それぞれ（２０−２５）ｍＡ、（７０−８
０）ｍＡである。従って、効率よくＮＯXを除去するに
は固体電解質温度に応じて最適素子電流を流すことが好
ましい。このためには固体電解質温度を検出する必要が
ある。
ＮＯX除去量を得るに必要な最適素子電流は固体電解質
基体１の温度に依存している。即ち、固体電解質温度が
４００−５５０℃の場合、最適素子電流は（１０−１
５）ｍＡであるが、固体電解質温度が５００℃、５５０
℃の場合、それぞれ（２０−２５）ｍＡ、（７０−８
０）ｍＡである。従って、効率よくＮＯXを除去するに
は固体電解質温度に応じて最適素子電流を流すことが好
ましい。このためには固体電解質温度を検出する必要が
ある。
【００３５】この用途に適した電気化学素子を図３に示
す。同図では、負電極膜２の対向する２点、特に両端に
それぞれ２本のリード線４と４′が接続されているの
で、これらの間の抵抗から負電極膜２の抵抗値を検出す
ることができる。
す。同図では、負電極膜２の対向する２点、特に両端に
それぞれ２本のリード線４と４′が接続されているの
で、これらの間の抵抗から負電極膜２の抵抗値を検出す
ることができる。
【００３６】Ｐｔ／ＹＢＣＯ負電極膜２は、その組成に
もよるが、（１０００−２５００）ｐｐｍ／℃程度の抵
抗温度係数を有している。従って、負電極膜２の抵抗値
からその負電極膜２の温度を検出することができる。固
体電解質基体１の温度は負電極膜２の温度とほぼ同じで
あるので、この電気化学素子の形態は固体電解質温度を
検出できる点で好ましく、電気化学素子の温度に適した
制御および処理ができる。
もよるが、（１０００−２５００）ｐｐｍ／℃程度の抵
抗温度係数を有している。従って、負電極膜２の抵抗値
からその負電極膜２の温度を検出することができる。固
体電解質基体１の温度は負電極膜２の温度とほぼ同じで
あるので、この電気化学素子の形態は固体電解質温度を
検出できる点で好ましく、電気化学素子の温度に適した
制御および処理ができる。
【００３７】Ｐｔ正電極膜３も同様にして抵抗温度係数
を有しているので、図示しないが負の電極膜２の場合同
様に、正電極膜３の対向する２点、特に両端にそれぞれ
２本のリード線を接続してその抵抗値を検出するように
してもよいし、また、両電極膜２、３の対向する２点、
特に両端にそれぞれリード線を接続してもよいことは自
明である。
を有しているので、図示しないが負の電極膜２の場合同
様に、正電極膜３の対向する２点、特に両端にそれぞれ
２本のリード線を接続してその抵抗値を検出するように
してもよいし、また、両電極膜２、３の対向する２点、
特に両端にそれぞれリード線を接続してもよいことは自
明である。
【００３８】特に、後者の場合、次の点で好ましい。両
電極膜の抵抗値を用いて固体電解質温度を検出した場
合、それぞれの温度は、通常ほぼ同じ程度である。しか
し、例えば、両抵抗値から求められた固体電解質温度が
大幅に異なる場合は、どちらかの電極膜が劣化したとき
などに生じるので、後者のリード線構成は異常検出もで
きる。
電極膜の抵抗値を用いて固体電解質温度を検出した場
合、それぞれの温度は、通常ほぼ同じ程度である。しか
し、例えば、両抵抗値から求められた固体電解質温度が
大幅に異なる場合は、どちらかの電極膜が劣化したとき
などに生じるので、後者のリード線構成は異常検出もで
きる。
【００３９】以上では、平板状の酸素イオン固体電解質
基体１を用いて電気化学素子を構成した実施の形態につ
いて説明してきたが、図４に示すように、開放端６、
６′を有する中空円筒状の酸素イオン固体電解質７を用
いることもできる。
基体１を用いて電気化学素子を構成した実施の形態につ
いて説明してきたが、図４に示すように、開放端６、
６′を有する中空円筒状の酸素イオン固体電解質７を用
いることもできる。
【００４０】この場合、負電極膜２は中空円筒状の酸素
イオン固体電解質７の外周面、正電極膜３は内周面に形
成されることが多い。外周面の表面積が内周面のそれよ
りも大きいので、負電極膜２でのＮＯX分解反応面積が
大きくなるからである。この構成は、平板状酸素イオン
固体電解質７を用いる場合に比べ、容易に大きな反応面
積が得られるので、被処理ガスを効率よく処理できる点
で優れている。また円筒であることによる内外通路の区
画によって、対向する両面である内周面と外周面とを利
用して正負両電極膜２、３の一方を内周側に、他方を外
周側に設けて、負の電極膜２に曝露させる被処理ガスと
正の電極膜３に接触するガスとを容易に分けることがで
きる。
イオン固体電解質７の外周面、正電極膜３は内周面に形
成されることが多い。外周面の表面積が内周面のそれよ
りも大きいので、負電極膜２でのＮＯX分解反応面積が
大きくなるからである。この構成は、平板状酸素イオン
固体電解質７を用いる場合に比べ、容易に大きな反応面
積が得られるので、被処理ガスを効率よく処理できる点
で優れている。また円筒であることによる内外通路の区
画によって、対向する両面である内周面と外周面とを利
用して正負両電極膜２、３の一方を内周側に、他方を外
周側に設けて、負の電極膜２に曝露させる被処理ガスと
正の電極膜３に接触するガスとを容易に分けることがで
きる。
【００４１】以上に示してきた各形態の電気化学素子を
用いて、燃焼排ガス中のＮＯXを分解する場合の電気化
学処理装置の１つの実施の形態を示している。
用いて、燃焼排ガス中のＮＯXを分解する場合の電気化
学処理装置の１つの実施の形態を示している。
【００４２】このものは図５に示すように、隔壁８で囲
まれたガス流通路９に各種の電気化学素子の選択したも
のを配置し、その近傍にガス温度検出手段１０を設け、
ガス流通路９の外にガス温度検出手段１０からの温度信
号に応じて電気化学素子に流す電流値を制御する電流制
御信号に応じた電流を発生する可変電流電源１２が設け
られている。なお、酸素イオン固体電解質基体１の温度
は排ガス温度とほぼ等しい。そこでガス温度検出手段１
０として、熱電対やサ−ミスタなどの温度センサが用い
られる。
まれたガス流通路９に各種の電気化学素子の選択したも
のを配置し、その近傍にガス温度検出手段１０を設け、
ガス流通路９の外にガス温度検出手段１０からの温度信
号に応じて電気化学素子に流す電流値を制御する電流制
御信号に応じた電流を発生する可変電流電源１２が設け
られている。なお、酸素イオン固体電解質基体１の温度
は排ガス温度とほぼ等しい。そこでガス温度検出手段１
０として、熱電対やサ−ミスタなどの温度センサが用い
られる。
【００４３】温度検出手段１０からの出力信号はガス流
通路９外の電流制御信号発生手段１１に入り、電流制御
信号に変換される。可変電流電源１２は、この電流制御
信号に応じた電流を電気化学素子に供給する。ガス流通
路９に通される被処理ガスである例えば各種燃焼器から
の排ガスの温度は使用状態にも依存するが、燃焼量に応
じて大きく変動する。
通路９外の電流制御信号発生手段１１に入り、電流制御
信号に変換される。可変電流電源１２は、この電流制御
信号に応じた電流を電気化学素子に供給する。ガス流通
路９に通される被処理ガスである例えば各種燃焼器から
の排ガスの温度は使用状態にも依存するが、燃焼量に応
じて大きく変動する。
【００４４】前述したように、効率よくＮＯXを除去す
るには固体電解質基体１の温度に応じて最適素子電流を
流すことが好ましい。この電気化学処理装置は、ガス温
度検出手段１０でガス温度を検出し、ガス温度に対応し
て可変電流電源１２から最適素子電流を電気化学素子に
供給できるので、効率よくＮＯXを分解できる。
るには固体電解質基体１の温度に応じて最適素子電流を
流すことが好ましい。この電気化学処理装置は、ガス温
度検出手段１０でガス温度を検出し、ガス温度に対応し
て可変電流電源１２から最適素子電流を電気化学素子に
供給できるので、効率よくＮＯXを分解できる。
【００４５】図５に示したガス温度検出手段１０に代わ
り、図６に示すように、負電極膜２を用いてもよい。こ
の場合、負電極膜２の対向する両端からリード線４、
４′を取り出して電流制御信号発生手段１１に接続し、
電流制御信号発生手段１１にて前記リード線４、４′間
の抵抗値から、前述の場合同様に負電極膜２の温度を検
出できる。負電極膜２の温度は固体電解質基体１の温度
とほぼ等しいので、固体電解質基体１の温度を検出でき
る。従って、図５の電気化学構成と同様にして、固体電
解質温度に対応して可変電流電源１２から最適素子電流
を電気化学素子に供給できるので、効率よくＮＯXを分
解できる。この電気化学構成は、図５の横成に比べ、特
別の温度センサを必要としない点で好ましい。負電極膜
２の抵抗値を用いる代わりに、正電極膜３の抵抗値を用
いてもよいし、また、両者の抵抗値を用いてもよいこと
は明らかであろう。この場合は前述したように、異常検
出もできるので、信頼性の高い電気化学装置が可能であ
る。
り、図６に示すように、負電極膜２を用いてもよい。こ
の場合、負電極膜２の対向する両端からリード線４、
４′を取り出して電流制御信号発生手段１１に接続し、
電流制御信号発生手段１１にて前記リード線４、４′間
の抵抗値から、前述の場合同様に負電極膜２の温度を検
出できる。負電極膜２の温度は固体電解質基体１の温度
とほぼ等しいので、固体電解質基体１の温度を検出でき
る。従って、図５の電気化学構成と同様にして、固体電
解質温度に対応して可変電流電源１２から最適素子電流
を電気化学素子に供給できるので、効率よくＮＯXを分
解できる。この電気化学構成は、図５の横成に比べ、特
別の温度センサを必要としない点で好ましい。負電極膜
２の抵抗値を用いる代わりに、正電極膜３の抵抗値を用
いてもよいし、また、両者の抵抗値を用いてもよいこと
は明らかであろう。この場合は前述したように、異常検
出もできるので、信頼性の高い電気化学装置が可能であ
る。
【００４６】
【発明の効果】請求項１の発明の電気化学素子によれ
ば、負重極膜に含んでいる窒素酸化物吸着性化合物が負
電極に接触する被処理ガスの酸素と共存する中の微量の
窒素酸化物を選択的に吸着して分解反応することによ
り、酸素濃度の高い雰囲気下での窒素酸化物の分解効率
をさらに向上することができる。
ば、負重極膜に含んでいる窒素酸化物吸着性化合物が負
電極に接触する被処理ガスの酸素と共存する中の微量の
窒素酸化物を選択的に吸着して分解反応することによ
り、酸素濃度の高い雰囲気下での窒素酸化物の分解効率
をさらに向上することができる。
【００４７】請求項２の発明の電気化学装置によれば、
電気化学素子のガス流通路を流れる被処理ガスとの接触
によりこの被処理ガスを電気化学処理するのに、電気化
学素子の近傍のガス温度およびこれに対応する電気化学
素子の温度に対応した最適の電流で最適の処理ができ
る。
電気化学素子のガス流通路を流れる被処理ガスとの接触
によりこの被処理ガスを電気化学処理するのに、電気化
学素子の近傍のガス温度およびこれに対応する電気化学
素子の温度に対応した最適の電流で最適の処理ができ
る。
【００４８】請求項３または４の発明の電気化学処理装
置によれば、電気化学素子のガス流通路を流れる被処理
ガスとの接触によりこの被処理ガスを電気化学処理する
のに、固体電解質基体の温度温度に対応した最適の電流
で最適の処理ができる。
置によれば、電気化学素子のガス流通路を流れる被処理
ガスとの接触によりこの被処理ガスを電気化学処理する
のに、固体電解質基体の温度温度に対応した最適の電流
で最適の処理ができる。
【図１】本発明の電気化学素子の第１の実施の形態を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】図１の電気化学素子のＮＯX除去特性の温度依
存性を示す特性図である。
存性を示す特性図である。
【図３】本発明の電気化学素子の第１の参考形態を示す
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明の電気化学素子の第２の参考形態を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図５】本発明の電気化学処理装置の第２の実施の形態
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図６】本発明の電気化学処理装置の第３の実施の形態
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図７】従来の窒素酸化物分解装置を示す断面図であ
る。
る。
【図８】従来の他の窒素酸化物分解装置を示す断面図で
ある。
ある。
１ 酸素イオン導電体 ２ 負電極膜 ３ 正電極膜 ４、４′、５ リード線 ９ ガス流通路 １０ ガス温度検出手段 １１ 電流制御信号発生手段 １２ 可変交流電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ２５Ｂ 9/06 Ｃ２５Ｂ 9/00 Ｋ 11/02 ３０２ Ｂ０１Ｄ 53/34 １２９Ｃ 11/06 (72)発明者 福田 明雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 梅田 孝裕 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−34277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−14872（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−31190（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−505072（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08 B01D 53/32 B01D 53/56 B01D 53/74
Claims (4)
- 【請求項１】 酸素イオン導電性の固体電解質基体と、
固体電解質基体の対向する両表面に形成した正負一対の
電極膜とを備え、正負両電極膜の少なくとも負の電極膜
は窒素酸化物吸着性化合物を含む電極膜で構成したこと
を特徴とする電気化学素子。 - 【請求項２】 ガス流通路と、ガス流通路に配置された
請求項１に記載の電気化学素子と、電気化学素子近傍の
ガス温度を検出するガス温度検出手段と、ガス温度検出
手段からの温度信号に応じて電気化学素子に流す電流値
を制御する電流制御信号発生手段と、電気化学素子の正
負両電極膜に接続され、双方間に前記電流制御信号に応
じた電流を発生する可変電流電源とを備えたことを特徴
とする電気化学装置。 - 【請求項３】 ガス流通路と、ガス流通路に配置された
請求項１に記載の電気化学素子と、これの負の電極膜の
対向する２点に接続された２本のリード線間の抵抗値か
ら電気化学素子の温度を検出する素子温度検出手段と、
素子温度検出手段からの温度信号に応じて前記電気化学
素子に流す電流値を制御する電流制御信号発生手段と、
電気化学素子の正負両電極膜に接続され、前記電流制御
信号に応じた電流を発生する可変電流電源とを備えたこ
とを特徴とする電気化学処理装置。 - 【請求項４】 ガス流通路と、ガス流通路に配置された
請求項１に記載の電気化学素子と、これの正の電極膜の
対向する２点に接続された２本のリード線間の抵抗値か
ら電気化学素子の温度を検出する素子温度検出手段と、
素子温度検出手段からの温度信号に応じて前記電気化学
素子に流す電流値を制御する電流制御信号発生手段と、
電気化学素子の正負両電極膜に接続され、前記電流制御
信号に応じた電流を発生する可変電流電源とを備えたこ
とを特徴とする電気化学処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07197624A JP3124472B2 (ja) | 1995-08-02 | 1995-08-02 | 電気化学素子とこれを用いた電気化学装置、処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07197624A JP3124472B2 (ja) | 1995-08-02 | 1995-08-02 | 電気化学素子とこれを用いた電気化学装置、処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0941177A JPH0941177A (ja) | 1997-02-10 |
| JP3124472B2 true JP3124472B2 (ja) | 2001-01-15 |
Family
ID=16377586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07197624A Expired - Fee Related JP3124472B2 (ja) | 1995-08-02 | 1995-08-02 | 電気化学素子とこれを用いた電気化学装置、処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3124472B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104707450B (zh) * | 2013-12-13 | 2017-04-12 | 通用电气公司 | 氮氧化物分解装置和方法 |
-
1995
- 1995-08-02 JP JP07197624A patent/JP3124472B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0941177A (ja) | 1997-02-10 |
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