KR970703450A - 가스 선택 투과성 기체 펌프 및 이것을 사용한 보온기(gas-permselective pneumatic pump and incubator using the same) - Google Patents

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노보루 다니구치
다카하루 가모
야스히토 다카하시
구니히토 모리
에이이치 야스모토
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모리시타 요이찌
마쓰시타 덴키 산교 가부시키가이샤
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Abstract

고체 전해질의 양면에 제1 및 제2전극을 형성해서 되는 제1전극／고체 전해질／제2전극의 면상(面狀) 성형체를, 상기 고체 전해질을 소정의 작동온도로 가열한 상태에서 제1전극 및 제2전극 사이에 직류전압을 인가하는 구성으로 되며, 적어도 산소 가스를 제1분위기로부터 제2분위기로 선택적으로 배출 또는 공급할 수 있는 기체 펌프로서, 산소가 부족한 분위기 또는 산소가 풍부한 분위기를 형성할 수 있고, 식품보존에 적합한 분위기, 난방시에 산소가 부족해지기 쉬운 실내를 산소가 풍부한 상태로 유지할 수가 있다. 그리고 필요에 따라 산소 가스와 수증기를 교환할 수도 있고 전해전압의 제어에 의해 그 교환비율로 억제할 수 있다. 더욱이 전류량에 의해 산소 가스 및 수증기의 수송량을 계량할 수 있으므로 분위기 제어가 용이하다.

Description

가스 선택 투과성 기체 펌프 및 이것을 사용한 보온기(GAS-PERMSELECTIVE PNEUMATIC PUMP AND INCUBATOR USING THE SAME)
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 보온기의 실시예에 있어서의 밥솥의 단면도.
제2도는 본 발명의 고체 전해질에 의한 산소 펌프의 단면도.
제3도는 본 발명의 보온기의 실시예에 있어서의 밥솥의 단면도.
제4도는 산소 펌프에 의한 헤드 스페이스의 산소농도의 변화를 나타내는 도면.
제5도는 본 발명의 기체상(基體上)에 배열된 고체 전해질의 개략도.
제6도는 본 발명의 고체 전해질에 의한 산소 펌프의 단면도.
제7도는 본 발명의 고체 전해질 산소 펌프의 사시도.
제8도는 본 발명의 고체 전해질에 의한 산소 펌프의 사시도.
제9도는 종래의 보온기의 일예에 있어서의 밥솥을 나타내는 단면도.
제10도는 본 실시예에서 사용한 실험용 전기화학 펌프.
본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음

Claims (54)

  1. 고체 전해질층의 양면에 제1 및 제2전극을 형성하여 되는 제1전극／고체 전해질／제2전극의 면(面) 성형체와, 상기 제1전극 및 제2전극사이에 직류전압을 인가하는 전원과, 상기 고체 전해질층을 소정의 작동온도로 가열하기 위한 가열수단을 구비하고, 상기 전원으로부터의 양(兩) 전극에 인가하는 직류전압에 의해 제1 및 제2전극의 한쪽을 캐소오드로, 그리고 다른 쪽을 아노오드로 하고, 적어도 캐소오드 쪽에서 여기에 접촉하는 제1분위기중의 산소가스를 전해환원하여 산화물 이온을 형성하고, 이 산화물 이온을 양(兩) 전극 사이의 전위차에 의해 상기 고체 전해질층을 통과시켜 아노오드쪽으로 투과시키며, 이 투과한 산화물 이온을 아노오드쪽에서 산화하여 제2분위기중으로 산소가스를 방출하는 것을 특징으로 하는 가스 선택 투과성 기체 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 더욱시 상기 전원으로부터의 양(兩) 전극에 인가되는 직류 전압에 의해 아노오드쪽에서 여기서 접촉하는 제2분위기중의 수증기를 전해 환원하여 프로톤을 형성하고, 이 프로톤을 양전극 사이의 전위차에 의해 상기 고체 전해질층을 통해 캐소오드쪽으로 투과시키고, 이 투과한 프로톤을 캐소오드쪽에서 산소와 반응시켜 제1분위기중으로 수증기를 방출하는 가스 선택 투과성 기체 펌프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 면성형체가 가스 투과성을 가진 지지체상에 순차로 층상으로 형성되어 제1 및 제2 전극층이 여기서 형성되는 산화물 이온 및 프로톤의 고체 전해질층의 투과를 저해하지 않도록 가스 확산성인 기체 펌프.
  4. 제1항에 있어서, 상기 면성형체가 고체 전해질 성형체의 양쪽에 제1 및 제2전극층을 적층하여 형성되고, 이 제1 및 제2전극층이 여기서 형성되는 산화물 이온 및 프로톤의 고체 전해질층의 투과를 저해하지 않도록 가스 확산성인 기체 펌프.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 적층체가 제1 또는 제2전극층을 포위하는 전해조를 가지며 전해하고자 하는 성분 가스를 함유한 분위기 가스를 전해질내로 도입 가능한 기체 펌프.
  6. 제1항에 있어서, 고체 전해질이 Ce를 함유한 페로브스카이트형 산화물로 된 산화물, ZrO2-CaO계의 산화물, ThO2-Y2O3계의 산화물, CeO2-La2O3계의 산화물, Bi2O3-Y2O3계의 산화물, ZrO2-Y2O3계의 산화물, ZrO2-Yb2O3계의 산화물 및 CeO2-Gd2O3-MgO계의 산화물로 된 군으로부터 선택되는 적어도 산화물 이온 도전성을 가진 기체 펌프.
  7. 제6항 또는 제7항에 있어서, 고체 전해질이 Ce를 함유한 페로브스카이트형 산화물로 된 산화물로 되어 있고 프로톤화 산화물 이온을 전도하는 혼합 이온 전도체인 기체 펌프.
  8. 제5항 또는 제7항에 있어서, Ce를 함유한 페로브스카이트형 산화물이 식 : BaCe1-xMxO3-α로 나타내어지는 산화줄(식 중에서 M은 La, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Y로 된 군으로부터 선택된 치환 원소)인 기체 펌프.
  9. 제8항에 있어서, BaCe1-xMxO3-α로(M은 상기 치환원소)에 있어서 X가 0.05∼0.26의 범위인 페로브스카이트형 산화물로 된 기체 펌프.
  10. 제10항에 있어서, BaCe1-xMxO3-α로(M은 상기 치환원소)에 있어서 M이 Gd를 함유한 페로브스카이트형 산화물로 된 가체 펌프.
  11. 제1항에 있어서, 고체 전해질층의 두께가 1㎜ 이하인 기체 펌프.
  12. 제3항에 있어서, 상기 지지체가 다공질 세라믹이고, 이 세라믹 지지체상에 백금 페이스트를 도포후 소부(燒付)하여 제1전극층을 형성하고, 이 전극층 위에 고체 전해질을 플라즈마 용사(熔射)하여 고체 전해질층을 형성하고, 다시 고체 전해질층 위에 백금 페이스트를 도포후 소부하여 제2전극층을 형성하는 기체 펌프.
  13. 제4항에 있어서, 상기 적층체가 고체 전해질 성형체의 양쪽에 백금 페이스트를 도포후 소부하여 제1 및 제2전극층을 형성하여서 되는 기체 펌프.
  14. 제5항에 있어서, 상기 전해조가 고체 전해질층으로 형성되고, 그 마주보는 양면에 제1 및 제2전극층을 형성하여 제1전극층／고체 전해질층／제2전극층으로 된 적층체를 구성하여서 되는 기체 펌프.
  15. 제5항에 있어서, 상기 전해조가 가스 투과성을 가진 지지체로 되어 있고, 그 한쪽에 제1전극층／고체 전해질층／제2전극층으로 된 적층체를 형성하여서 되는 기체 펌프.
  16. 제14항에 또는 제15항에 있어서, 상기 전해조가 허니캄 구조체 또는 관상체로 구성되는 기체 펌프.
  17. 제1항에 있어서, 10V 이하의 아래에 나오는 수증기 분해전압 이하에서 정전류통전을 하여 산소 수송량을 제어하는 기체 펌프.
    수증기 분해 전압 Ev=-0.001T(고체 전해질 작동온도 : ℃) + 1.8.
  18. 제1항에 있어서, 10V 이하의 아래에 나오는 수증기 분해 전압 이상에서 정전류 통전을 하여 수증기 수송 및 산소 수송량을 제어하는 기체 펌프.
    수증기 분해 전압 Ev=-0.001T(고체 전해질 작동온도 : ℃) + 1.8.
  19. 제1항에 있어서, 고체 전해질 가열온도 300℃에서 제1 및 제2전극 사이에 1.5V 이상의 정전압 인가하여 작동시키는 기체 펌프.
  20. 제1항에 있어서, 가열수단이 상기 면 성형체를 절연체를 통해 히이터로 덮은 구성이고, 이 히이터를 단열재로 덮는 기체 펌프.
  21. 개폐 가능한 뚜껑과, 밥을 수납하는 용기와, 상기 용기를 가열하여 상기 밥을 보온하는 수단과, 제1항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 기재된 기체 펌프를 통하여 산소를 배출하는 수단을 가진 밥 보온기.
  22. 제21항에 있어서, 개체 펌프가 복수의 구멍을 가진 기체상(基體上)에 상기 구멍을 폐색하도록 고정된 고체 전해질과, 상기 고체 전해질의 배기쪽에 형성된 가열용 히이터를 가진 것을 특징으로 하는 밥 보온기.
  23. 제21항에 있어서, 산소 펌프가, 고체 전해질과 상기 고체 전해질의 배기쪽에 설치된 가열용 히이터가 일체화된 산소 펌프를 복수의 구멍을 가진 기체상에 상기 구멍을 폐색하도록 고정된 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 밥 보온기.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 복수의 구멍을 가진 기체상에 상기 구멍을 폐색하도록 고체 전해질을 고정할 때에 SiO2를 주성분으로 하는 무기재료로 접착하는 것을 특징으로 하는 밥 보온기.
  25. 제22항 내지 제24항 중의 어느 한 항에 있어서, 가열용 히이터의 바깥쪽을 단열재로 덮고, 상기 단열재가 고알루미나질 내화단열 벽돌, 점토질 단열벽돌, 규조토질 단열벽돌, 규산 칼슘, 캐스타블 내화재, 석영 유리질 단열재, 세라믹 파이버, 또는 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 밥 보온기.
  26. 개폐가능한 뚜껑과, 피보온물을 수납하는 용기와, 상기 용기를 가열하여 상기 피보온물을 보온하는 수단을 가진 보온기에 있어서, 상기 보온기내의 기체를 제거하는 수단과, 상기 보온기 밖으로부터 상기 보온기내로 기체를 도입하는 수단을 구비하고, 상기 기체를 제거하는 수단 및 기체를 도입하는 수단이 제1항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 기재된 기체 펌프인 것을 특징으로 하는 보온기.
  27. 제26항에 기재된 보온기에 있어서, 고체 전해질을 통하여 상기 보온기내의 산소를 제거하는 것과 수증기를 도입하는 것을 특징으로 하는 보온기.
  28. 개폐가능한 뚜껑과, 피보온물을 수납하는 용기와, 상기 용기를 가열하여 상기 피보온물을 보온하는 수단과, 상기 보온기내의 기체를 제어하는 기체펌프를 구비하는 제26항 기재의 보온기에 있어서, 기체 펌프가 평판 구조인 것을 특징으로 하는 보온기.
  29. 제28항에 기재된 보온기에 있어서, 평판구조를 가진 기체 펌프가 한 쌍의 백금전극과 고체 전해질로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 보온기.
  30. 제29항에 기재된 보온기에 있어서, 고체 전해질의 두께가 1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 보온기.
  31. 제28항에 기재된 보온기에 있어서, 평판구조의 기체 펌프가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 보온기.
  32. 개폐가능한 뚜껑과, 피보온물을 수납하는 용기와, 상기 용기를 가열하여 상기 피보온물을 보온하는 수단과, 상기 보온기내의 기체를 제어하는 전기 화학적 기체펌프를 구비하는 제26항 기재의 보온기에 있어서, 기체 펌프가 원통관 구조인 것을 특징으로 하는 보온기.
  33. 제32항에 있어서, 기재된 보온기에 있어서, 원통관 구조를 가진 기체 펌프가 한 쌍의 백금전극과 고체 전해질로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 보온기.
  34. 제33항에 기재된 보온기에 있어서, 고체 전해질의 두께가 1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 보온기.
  35. 개폐가능한 뚜껑과, 피보온물을 수납하는 용기와, 상기 용기를 가열하여 상기 피보온물을 보온하는 수단과, 상기 보온기내의 기체를 제어하는 전기 화학적 기체펌프를 구비하는 제26항 기재의 보온기에 있어서, 기체 펌프가 한쪽끝이 폐색된 원통관 구조인 것을 특징으로 하는 보온기.
  36. 제35항에 기재된 보온기에 있어서, 한쪽끝이 폐색된 원통관 구조를 가진 기체 펌프가 한 쌍의 백금전극과 고체 전해질로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 보온기.
  37. 제36항에 기재된 보온기에 있어서, 고체 전해질의 두께가 1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 보온기.
  38. 개폐가능한 뚜껑과, 피보온물을 수납하는 용기와, 상기 용기를 가열하여 상기 피보온물을 보온하는 수단과, 상기 보온기내의 기체를 제어하는 전기 화학적 기체펌프를 구비하는 제26항 기재의 보온기에 있어서, 기체 펌프가 허니캄 구조인 것을 특징으로 하는 보온기.
  39. 제38항에 있어서, 기재된 보온기에 있어서, 허니캄 구조를 가진 기체 펌프가 한 쌍의 백금전극과 고체 전해질로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 보온기.
  40. 개폐가능한 뚜껑과, 피보온물을 수납하는 용기와, 상기 용기를 가열하여 상기 피보온물을 보온하는 수단을 가진 보온기에 있어서, 상기 보온기내의 기체를 반응시키는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 보온기.
  41. 제40항에 기재된 보온기에 있어서, 보온기내의 산소를 수증기로 치환반응시키는 것을 특징으로 하는 밥솥.
  42. 제41항에 기재된 보온기에 있어서, 보온기내의 산소를 수증기로 치환반응하는 백금을 함유한 촉매를 구비하는 것을 특징으로 하는 밥솥.
  43. 제40항에 기재되 보온기에 있어서, 보온기내에 환원 가스를 도입하는 것을 특징으로 하는 밥솥.
  44. 개폐가능한 뚜껑과, 피보온물을 수납하는 용기와, 상기 용기를 가열하여 상기 피보온물을 보온하는 수단을 가진 보온기에 있어서, 수소, 탄화수소, 알코올류를 발생시키는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 보온기.
  45. 제44항에 기재된 보온기에 있어서, 수소를 발생시키는 수단으로서 물을 전기 분해하는 것을 특징으로 하는 밥솥.
  46. 개폐가능한 뚜껑과, 피보온물을 수납하는 용기와, 상기 용기를 가열하여 상기 피보온물을 보온하는 수단을 가진 보온기에 있어서, 수소를 저장하는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 보온기.
  47. 제46항에 기재된 보온기에 있어서, 수소를 저장시키는 수단으로서 수소저장 금속, 혹은 수소저장 합금을 사용하는 것을 특징으로 하는 밥솥.
  48. 개폐가능한 뚜껑과, 피보온물을 수납하는 용기와, 상기 용기를 가열하여 상기 피보온물을 보온하는 수단을 가진 보온기에 있어서, 질소를 저장하는 수단과, 질소를 보온기내로 도입하는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 보온기.
  49. 개폐가능한 뚜껑과, 피보온물을 수납하는 용기와, 상기 용기를 가열하여 상기 피보온물을 보온하는 수단을 가진 보온기에 있어서, 질소를 공기로부터 분리하는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 보온기.
  50. 제49항에 기재된 보온기에 있어서, 질소를 공기로부터 분리한 수단으로서 전해질을 통하여 공기로부터 산소를 제거하는 것을 특징으로 하는 밥솥.
  51. 제50항에 기재된 밥솥에 있어서, 전해질이 산화물로 된 것을 특징으로 하는 밥솥.
  52. 제51항에 기재된 밥솥에 있어서, 상기 산화물이 형석형 조, 혹은 페로브스카이드형 구조인 것을 특징으로 하는 밥솥.
  53. 제52항에 기재된 밥솥에 있어서, 상기 산화물을 구성하는 재료가 Zr, Ce, Bi, Hf, Ba, Sr, Ca 중의 적어도 한가지 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 밥솥.
  54. 제53항에 기재된 밥솥에 있어서, 상기 산화물이 ZrO2, CeO2, Bi2O3, HfO2, BaCeO3, SrCeO3, CaZrO3을 주성분으로 하는 산화물과 제2 또는 제3의 첨가 원소 또는 치환원소로 된 것을 특징으로 하는 밥솥.
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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