JPH08105317A - 排ガス処理装置 - Google Patents
排ガス処理装置Info
- Publication number
- JPH08105317A JPH08105317A JP6243985A JP24398594A JPH08105317A JP H08105317 A JPH08105317 A JP H08105317A JP 6243985 A JP6243985 A JP 6243985A JP 24398594 A JP24398594 A JP 24398594A JP H08105317 A JPH08105317 A JP H08105317A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust gas
- electrode
- insulating layer
- substrate layer
- electronic insulating
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- 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
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- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】大気圧下での低温プラズマにより排ガス中のN
OX およびパーティキュレートを安定かつ効果的に低減
させる。 【構成】高電気伝導性材料からなる基板層1と、セラミ
ック材料からなる電子絶縁層2と、耐熱性の高電気伝導
性材料からなる電極3とを積層して構成され、前記基板
層および電極間に交流電源5を接続し、大気圧下での低
温プラズマにより排ガス中の残存酸素を励起させ、励起
種とパーティキュレートの反応によるにCO2化と励起
種によるNOX の分解を行う。
OX およびパーティキュレートを安定かつ効果的に低減
させる。 【構成】高電気伝導性材料からなる基板層1と、セラミ
ック材料からなる電子絶縁層2と、耐熱性の高電気伝導
性材料からなる電極3とを積層して構成され、前記基板
層および電極間に交流電源5を接続し、大気圧下での低
温プラズマにより排ガス中の残存酸素を励起させ、励起
種とパーティキュレートの反応によるにCO2化と励起
種によるNOX の分解を行う。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジン等
の内燃機関において、排ガス中のNOX およびパーティ
キュレートを低減させることができる排ガス処理装置に
関する。
の内燃機関において、排ガス中のNOX およびパーティ
キュレートを低減させることができる排ガス処理装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、排気ガス中のNOX 除去は、一般
のガソリンエンジンの場合には、その排気を三元触媒に
導入することにより通常行われているが、ディーゼルエ
ンジン等の場合には、排気ガス中の酸素量が多いために
三元触媒が使用できず、還元触媒を用いることにより排
気ガス中のNOX を浄化するようにしている。しかしな
がら、従来の還元触媒は、低温から幅広い温度範囲でN
OX 活性が得られず、ディーゼルエンジンのような内燃
機関では充分なNOX 浄化が行えないという問題を有し
ている。
のガソリンエンジンの場合には、その排気を三元触媒に
導入することにより通常行われているが、ディーゼルエ
ンジン等の場合には、排気ガス中の酸素量が多いために
三元触媒が使用できず、還元触媒を用いることにより排
気ガス中のNOX を浄化するようにしている。しかしな
がら、従来の還元触媒は、低温から幅広い温度範囲でN
OX 活性が得られず、ディーゼルエンジンのような内燃
機関では充分なNOX 浄化が行えないという問題を有し
ている。
【0003】この問題を解決するために、大気圧下で低
温プラズマを発生させ、この低温プラズマによる励起エ
ネルギーによって排ガス中のNOX の低減が可能である
という研究報告がなされている(電気学会論文誌B、平
成5年113巻5号第463頁〜第467頁)。
温プラズマを発生させ、この低温プラズマによる励起エ
ネルギーによって排ガス中のNOX の低減が可能である
という研究報告がなされている(電気学会論文誌B、平
成5年113巻5号第463頁〜第467頁)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記低
温プラズマによる方式においては、電極間空間に高電界
をかけてプラズマ放電を行うため、空間に存在するガス
の組成や外部湿度の影響によって電界が変化する結果、
再現性の面で不安定であり安定したNOX の低減ができ
ないという問題を有し、また、パーティキュレートに関
しては有望な結果が得られていない。
温プラズマによる方式においては、電極間空間に高電界
をかけてプラズマ放電を行うため、空間に存在するガス
の組成や外部湿度の影響によって電界が変化する結果、
再現性の面で不安定であり安定したNOX の低減ができ
ないという問題を有し、また、パーティキュレートに関
しては有望な結果が得られていない。
【0005】本発明は上記問題を解決するものであっ
て、大気圧下での低温プラズマにより排ガス中のNOX
およびパーティキュレートを安定かつ効果的に低減させ
ることができる排ガス処理装置を提供することを目的と
する。
て、大気圧下での低温プラズマにより排ガス中のNOX
およびパーティキュレートを安定かつ効果的に低減させ
ることができる排ガス処理装置を提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】そのために本発明の排ガ
ス処理装置は、高電気伝導性材料からなる基板層と、セ
ラミック材料からなる電子絶縁層と、耐熱性の高電気伝
導性材料からなる電極とを積層して構成され、前記基板
層および電極間に交流電源を接続し、大気圧下での低温
プラズマにより排ガス中の残存酸素を励起させ、励起種
とパーティキュレートの反応によるにCO2化と励起種
によるNOX の分解を行うことを特徴とするものであ
る。
ス処理装置は、高電気伝導性材料からなる基板層と、セ
ラミック材料からなる電子絶縁層と、耐熱性の高電気伝
導性材料からなる電極とを積層して構成され、前記基板
層および電極間に交流電源を接続し、大気圧下での低温
プラズマにより排ガス中の残存酸素を励起させ、励起種
とパーティキュレートの反応によるにCO2化と励起種
によるNOX の分解を行うことを特徴とするものであ
る。
【0007】本発明の実施態様としては、基板層、電子
絶縁層および電極からなる積層体を波形箔材とし、2枚
の波形箔材を電子絶縁層と電極とが接触しない向きで、
同時に巻き上げてハニカム体を構成するものや、箔材を
層状に折り畳んだ構成が挙げられる。また、電子絶縁層
の表面に触媒層を設けてもよく、その場合には、処理効
果を増進させることができる。また、電極上を覆うよう
に電極保護層を設けることもできる。
絶縁層および電極からなる積層体を波形箔材とし、2枚
の波形箔材を電子絶縁層と電極とが接触しない向きで、
同時に巻き上げてハニカム体を構成するものや、箔材を
層状に折り畳んだ構成が挙げられる。また、電子絶縁層
の表面に触媒層を設けてもよく、その場合には、処理効
果を増進させることができる。また、電極上を覆うよう
に電極保護層を設けることもできる。
【0008】
【作用】本発明は、原理的には、大気圧下での低温プラ
ズマにより排ガス中の残存酸素を励起させ、励起種とパ
ーティキュレートの反応によるにCO2化と励起種によ
るNOX の分解をめざす。この場合、残存酸素の励起に
よって生成するオゾンが反応に関与することもあり得る
と考えられる。以下に反応例を示すが、この他にもオゾ
ン関連反応などが考えられる。
ズマにより排ガス中の残存酸素を励起させ、励起種とパ
ーティキュレートの反応によるにCO2化と励起種によ
るNOX の分解をめざす。この場合、残存酸素の励起に
よって生成するオゾンが反応に関与することもあり得る
と考えられる。以下に反応例を示すが、この他にもオゾ
ン関連反応などが考えられる。
【0009】
【化1】
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図1は、本発明の排ガス処理装置の1実施例を
示し、図1(A)は模式的断面図、図1(B)は模式的
平面図、図2は、本発明の排ガス処理装置の他の実施例
を示す模式的断面図である。
明する。図1は、本発明の排ガス処理装置の1実施例を
示し、図1(A)は模式的断面図、図1(B)は模式的
平面図、図2は、本発明の排ガス処理装置の他の実施例
を示す模式的断面図である。
【0011】図1において、本発明の排ガス処理装置
は、基板層1、電子絶縁層2および電極3からなる積層
体4と、基板層1および電極3間に接続される交流電源
5とから構成される。なお、電子絶縁層2の表面に触媒
層6を設けてもよく、その場合には、処理効果を増進さ
せることができる。また、図2に示すように電極3上を
覆うように電極保護層11を設けることもできる。
は、基板層1、電子絶縁層2および電極3からなる積層
体4と、基板層1および電極3間に接続される交流電源
5とから構成される。なお、電子絶縁層2の表面に触媒
層6を設けてもよく、その場合には、処理効果を増進さ
せることができる。また、図2に示すように電極3上を
覆うように電極保護層11を設けることもできる。
【0012】基板層1は一方の電極を兼用することか
ら、電気伝導度100Ω-1cm-1以上の高電気伝導性材
料であることが条件である。このことから合金が最も好
ましい。また、ディーゼルエンジンの排ガスの温度が通
常200〜800℃の範囲であることから、電子絶縁層
2のセラミックと熱膨張率が近いことが電子絶縁層2の
剥がれや亀裂の発生を少なくするので好ましい。セラミ
ックは熱膨張率が小さく、合金は熱膨張率が大きい材料
であるため、合金の中では12×10-6/℃以下の低熱
膨張率材料を選ぶことが好ましい。この例としては、F
e−Cr合金であるフェライト系ステンレスのSUS4
10、405、430や、Fe中にNiを35〜50%
含むガラスとの封着用合金が挙げられる。
ら、電気伝導度100Ω-1cm-1以上の高電気伝導性材
料であることが条件である。このことから合金が最も好
ましい。また、ディーゼルエンジンの排ガスの温度が通
常200〜800℃の範囲であることから、電子絶縁層
2のセラミックと熱膨張率が近いことが電子絶縁層2の
剥がれや亀裂の発生を少なくするので好ましい。セラミ
ックは熱膨張率が小さく、合金は熱膨張率が大きい材料
であるため、合金の中では12×10-6/℃以下の低熱
膨張率材料を選ぶことが好ましい。この例としては、F
e−Cr合金であるフェライト系ステンレスのSUS4
10、405、430や、Fe中にNiを35〜50%
含むガラスとの封着用合金が挙げられる。
【0013】基板層1の厚みは30〜300μmが好ま
しい。300μm以上では波状などの変形加工を施す際
の加工力が大きくなり、電子絶縁層2に傷を付けるなど
の問題が発生し製品歩留まりを低下させ、30μm以下
の合金板の作成(通常は圧延加工)は技術的に高価なも
のとなり実用上のメリットが少ない。
しい。300μm以上では波状などの変形加工を施す際
の加工力が大きくなり、電子絶縁層2に傷を付けるなど
の問題が発生し製品歩留まりを低下させ、30μm以下
の合金板の作成(通常は圧延加工)は技術的に高価なも
のとなり実用上のメリットが少ない。
【0014】電子絶縁層2は絶縁耐圧の高い要求からセ
ラミック材料が好ましい。例えば、Si3N4、Al
2O3、SiO2、MgO、ZrO2、CeO2、MgAl2
O4 などのスピネル材料、さらに、これらの混合物が挙
げられる。また、これらは基本材料であり、これらに添
加剤を含有させてもよい。例えば、ZrO2 にY2O3、
CaOなどを1〜15%含有させたものが挙げられる。
上記セラミックの中でも比較的熱膨張率の大きなAl2
O3(8×10-6/℃)、ZrO2(10×10-6/
℃)、CeO2(12×10-6/℃)、MgAl2O4
(10×10-6/℃)などの材料が特に好ましい。
ラミック材料が好ましい。例えば、Si3N4、Al
2O3、SiO2、MgO、ZrO2、CeO2、MgAl2
O4 などのスピネル材料、さらに、これらの混合物が挙
げられる。また、これらは基本材料であり、これらに添
加剤を含有させてもよい。例えば、ZrO2 にY2O3、
CaOなどを1〜15%含有させたものが挙げられる。
上記セラミックの中でも比較的熱膨張率の大きなAl2
O3(8×10-6/℃)、ZrO2(10×10-6/
℃)、CeO2(12×10-6/℃)、MgAl2O4
(10×10-6/℃)などの材料が特に好ましい。
【0015】電子絶縁層2の基板層1へのコート方法と
しては、気相成長法(CVD法、電子ビーム蒸着、PC
VD法など)、湿式法としてスラリー塗布法、浸漬法、
ゾルゲル法があり、湿式原料としてはセラミック原料の
有機化合物や粉末などが使用できる。
しては、気相成長法(CVD法、電子ビーム蒸着、PC
VD法など)、湿式法としてスラリー塗布法、浸漬法、
ゾルゲル法があり、湿式原料としてはセラミック原料の
有機化合物や粉末などが使用できる。
【0016】電子絶縁層2の厚みは0.005〜50μ
mが好ましい。通常、プラズマ放電の駆動電界は200
kV/cmであり、また、車載電源を含む一般電源から
比較的安価に1〜1000Vの電圧を得ることはそれほ
ど難しくない。従って、1000V/(200kV/c
m)=50μmとなる。但し、セラミックの絶縁耐圧、
既存の膜付け技術の製作精度からくる均質性がさらにお
下限厚みを制約すること、およびセラミックの波状加工
時に亀裂を発生させることが上限厚みを制約することを
考慮すると、0.2〜20μmがより好ましい。電子絶
縁層2を極力薄くすることにより安定および効率化を図
るようにする。
mが好ましい。通常、プラズマ放電の駆動電界は200
kV/cmであり、また、車載電源を含む一般電源から
比較的安価に1〜1000Vの電圧を得ることはそれほ
ど難しくない。従って、1000V/(200kV/c
m)=50μmとなる。但し、セラミックの絶縁耐圧、
既存の膜付け技術の製作精度からくる均質性がさらにお
下限厚みを制約すること、およびセラミックの波状加工
時に亀裂を発生させることが上限厚みを制約することを
考慮すると、0.2〜20μmがより好ましい。電子絶
縁層2を極力薄くすることにより安定および効率化を図
るようにする。
【0017】電極3は、スクリーン印刷やディスペンサ
ー法などにより、図に示す櫛状のほか種々の形状パター
ンで形成される。電極3の材料としては、高電気伝導度
であり、かつ排ガスの雰囲気温度に耐える耐熱性の高い
材料であることが好ましい。具体的には、Ag、Ni、
Cuなどの金属や合金のほかに固体電解質燃料電池の電
極に使用できるLaMnO3、LaNiO3、LaCoO
3 などのペロブスカイト系材料やSnO2、In2O3 な
どが挙げられる。電極3の厚みは、厚い方が抵抗が低く
好ましいが、櫛状電極などはスクリーン印刷が一般的製
造技術であるから、コスト的に5〜200μmが好まし
い。
ー法などにより、図に示す櫛状のほか種々の形状パター
ンで形成される。電極3の材料としては、高電気伝導度
であり、かつ排ガスの雰囲気温度に耐える耐熱性の高い
材料であることが好ましい。具体的には、Ag、Ni、
Cuなどの金属や合金のほかに固体電解質燃料電池の電
極に使用できるLaMnO3、LaNiO3、LaCoO
3 などのペロブスカイト系材料やSnO2、In2O3 な
どが挙げられる。電極3の厚みは、厚い方が抵抗が低く
好ましいが、櫛状電極などはスクリーン印刷が一般的製
造技術であるから、コスト的に5〜200μmが好まし
い。
【0018】触媒層6としてはジルコニア、セリアなど
の酸素イオン伝導性材料、LaMnO3 、LaNiO
3 、LaCaO3 などのペロブスカイト系材料が例とな
るイオンと電子の混合伝導性材料と遷移金属などの混合
微粉末が挙げられる。
の酸素イオン伝導性材料、LaMnO3 、LaNiO
3 、LaCaO3 などのペロブスカイト系材料が例とな
るイオンと電子の混合伝導性材料と遷移金属などの混合
微粉末が挙げられる。
【0019】電極保護層11は、雰囲気ガスが多湿の場
合などに電極を腐食またはプラズマエッチングによって
劣化する現象から保護する役割をもつ。材料は電子絶縁
層2と同じものが使用できる。
合などに電極を腐食またはプラズマエッチングによって
劣化する現象から保護する役割をもつ。材料は電子絶縁
層2と同じものが使用できる。
【0020】図3は本発明の排ガス処理装置の製造例を
説明するための図であり、図3(A)は製造方法を説明
するための図、図3(B)は装置の斜視図である。
説明するための図であり、図3(A)は製造方法を説明
するための図、図3(B)は装置の斜視図である。
【0021】図1で説明した積層体4を長尺の箔材7と
なるように製造し、この箔材7を2つの波状加工ロール
8の間を通して箔材7を波形に成形し、2枚の波形の箔
材7を両方向から基板層1と電極3とが接触しない向き
で、同時に巻き上げてハニカム体9を製造する。その
後、基板層1と電極3にリード線を接続した後、ハニカ
ム体9を外筒10内にロウ付けにより接合する。
なるように製造し、この箔材7を2つの波状加工ロール
8の間を通して箔材7を波形に成形し、2枚の波形の箔
材7を両方向から基板層1と電極3とが接触しない向き
で、同時に巻き上げてハニカム体9を製造する。その
後、基板層1と電極3にリード線を接続した後、ハニカ
ム体9を外筒10内にロウ付けにより接合する。
【0022】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく種々
の変形が可能である。例えば、上記実施例において、2
枚の波形の箔材7を巻き上げてハニカム体9を製造して
いるが一方の箔材7は平板状にしてもよい。また、ハニ
カム体ではなく、箔材7を層状に折り畳んだ構造にして
もよい。要するに、排ガスを3000〜10000m3
/hrの空間速度処理を行う必要があるので、排ガスと
プラズマが十分に接触するように構成すればよい。
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく種々
の変形が可能である。例えば、上記実施例において、2
枚の波形の箔材7を巻き上げてハニカム体9を製造して
いるが一方の箔材7は平板状にしてもよい。また、ハニ
カム体ではなく、箔材7を層状に折り畳んだ構造にして
もよい。要するに、排ガスを3000〜10000m3
/hrの空間速度処理を行う必要があるので、排ガスと
プラズマが十分に接触するように構成すればよい。
【0023】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、セラミックスを介してプラズマ放電が行われる
ため、従来のようにガス組成の変化による影響が少な
く、大気圧下での低温プラズマにより排ガス中のNOX
およびパーティキュレートを安定かつ効果的に低減させ
ることができる。
よれば、セラミックスを介してプラズマ放電が行われる
ため、従来のようにガス組成の変化による影響が少な
く、大気圧下での低温プラズマにより排ガス中のNOX
およびパーティキュレートを安定かつ効果的に低減させ
ることができる。
【図1】本発明の排ガス処理装置の1実施例を示し、図
1(A)は模式的断面図、図1(B)は模式的平面図で
ある。
1(A)は模式的断面図、図1(B)は模式的平面図で
ある。
【図2】本発明の他の実施例を示す模式的断面図であ
る。
る。
【図3】本発明の排ガス処理装置の製造例を説明するた
めの図であり、図3(A)は製造方法を説明するための
図、図3(B)は装置の斜視図である。
めの図であり、図3(A)は製造方法を説明するための
図、図3(B)は装置の斜視図である。
【符号の説明】 1…基板層、2…電子絶縁層、3…電極、4…積層体、
5…交流電源 6…触媒層、9ハニカム体、11…電極保護層
5…交流電源 6…触媒層、9ハニカム体、11…電極保護層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F01N 3/02 301 F
Claims (1)
- 【請求項1】高電気伝導性材料からなる基板層と、セラ
ミック材料からなる電子絶縁層と、耐熱性の高電気伝導
性材料からなる電極とを積層して構成され、前記基板層
および電極間に交流電源を接続し、大気圧下での低温プ
ラズマにより排ガス中の残存酸素を励起させ、励起種と
パーティキュレートの反応によるにCO2化と励起種に
よるNOX の分解を行うことを特徴とする排ガス処理装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6243985A JPH08105317A (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | 排ガス処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6243985A JPH08105317A (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | 排ガス処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08105317A true JPH08105317A (ja) | 1996-04-23 |
Family
ID=17112001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6243985A Pending JPH08105317A (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | 排ガス処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08105317A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001019515A1 (en) * | 1999-09-09 | 2001-03-22 | Hitachi Zosen Corporation | Catalyst with discharge electrode or carrier |
| US6955041B2 (en) | 2001-03-08 | 2005-10-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas purifying apparatus for internal combustion engine |
| WO2011062060A1 (ja) * | 2009-11-18 | 2011-05-26 | 住友電気工業株式会社 | ガス分解装置 |
| JP2011104533A (ja) * | 2009-11-18 | 2011-06-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ガス分解装置 |
| WO2012063353A1 (ja) * | 2010-11-11 | 2012-05-18 | トヨタ自動車株式会社 | 電気加熱型触媒 |
-
1994
- 1994-10-07 JP JP6243985A patent/JPH08105317A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001019515A1 (en) * | 1999-09-09 | 2001-03-22 | Hitachi Zosen Corporation | Catalyst with discharge electrode or carrier |
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| CN102665869A (zh) * | 2009-11-18 | 2012-09-12 | 住友电气工业株式会社 | 气体分解装置 |
| US8916033B2 (en) | 2009-11-18 | 2014-12-23 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Gas decomposition apparatus |
| WO2012063353A1 (ja) * | 2010-11-11 | 2012-05-18 | トヨタ自動車株式会社 | 電気加熱型触媒 |
| CN102686313A (zh) * | 2010-11-11 | 2012-09-19 | 丰田自动车株式会社 | 电加热式催化剂 |
| US8329110B2 (en) | 2010-11-11 | 2012-12-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Electrically-heated catalyst |
| JP5246337B2 (ja) * | 2010-11-11 | 2013-07-24 | トヨタ自動車株式会社 | 排気浄化用電気加熱型触媒 |
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