JPH09132402A - モジュール式セラミック酸素発生器 - Google Patents

モジュール式セラミック酸素発生器

Info

Publication number
JPH09132402A
JPH09132402A JP8221621A JP22162196A JPH09132402A JP H09132402 A JPH09132402 A JP H09132402A JP 8221621 A JP8221621 A JP 8221621A JP 22162196 A JP22162196 A JP 22162196A JP H09132402 A JPH09132402 A JP H09132402A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tube
tubes
oxygen generator
ceramic
forming
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.)
Granted
Application number
JP8221621A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH09132402A5 (ja
JP4017690B2 (ja
Inventor
Victor P Crome
ピー．クローム ヴィクター
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Original Assignee
Litton Systems Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Litton Systems Inc filed Critical Litton Systems Inc
Publication of JPH09132402A publication Critical patent/JPH09132402A/ja
Publication of JPH09132402A5 publication Critical patent/JPH09132402A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4017690B2 publication Critical patent/JP4017690B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0252—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form tubular
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B01D53/326—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00 in electrochemical cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C01B13/0233—Chemical processing only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C01B13/0248—Physical processing only
    • C01B13/0251—Physical processing only by making use of membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0256—Vias, i.e. connectors passing through the separator material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/243—Grouping of unit cells of tubular or cylindrical configuration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/104—Oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0046—Nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071—Oxides
    • H01M2300/0074—Ion conductive at high temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
    • H01M4/9025—Oxides specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
    • H01M4/9033—Complex oxides, optionally doped, of the type M1MeO3, M1 being an alkaline earth metal or a rare earth, Me being a metal, e.g. perovskites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H01M8/1253—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides the electrolyte containing zirconium oxide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H01M8/126—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides the electrolyte containing cerium oxide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H01M8/1266—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides the electrolyte containing bismuth oxide
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素発生能力を拡大することができるように
するモジュール式構造を可能にするセラミック酸素発生
器を提供する。 【解決手段】 イオン伝導性セラミック電解質が、管支
持部１４上に縦横に並んだ複数の管１２に形成され一つ
の電解質体１０（１０´）とされる。 電解質体の内外
の表面には電極２１、３４が付着されており、縦列の管
の陽極および陰極がそれぞれ並列に接続され、一方、横
方向では直列接続になるよう或る管の陽極が横隣りの管
の陰極に接続されている。同様な二つの電解質体１０、
１０´が、管の内部に作られる酸素を収集するための多
岐管２４をそれらの間に形成するよう結合され得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸素を含有する複
合ガスから酸素を分離し、その分離された酸素を利用の
ため供給する装置に関し、特に、複合ガスから酸素を分
離するための固体状電気化学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸素分子をイオン化してそれを固体電解
質に通し、反対側の電解質表面上に酸素分子を再生する
という電気化学的方法により、空気のような複合ガスか
ら酸素を取り出せることが明らかにされてきている。酸
素分子に対して多孔質であり、電解質との界面で酸素分
子を酸素イオンに解離させる作用をし、電解質の表面に
付着された、適当な触媒作用を及ぼす電極被膜に電圧が
印加される。酸素イオンは電解質中を通して反対側表面
へ送られ、そこも触媒作用を及ぼす電極で覆われていて
酸素イオンから余分な電子を取り除く反対の電圧が印加
されていて酸素分子が再生される。
【０００３】イオン伝導体を形成する材料はよく知られ
ているようにセラミックであり、いろいろな種類のセラ
ミックスがこの目的のために有用であることが分かって
いる。例えば、米国特許第 5,385,874号で論じられてい
るように、ドーピング（キャリア濃度を上げるために微
量の不純物を添加すること）された金属酸化物セラミッ
クスが高い酸素イオン伝導性をもたらすことが分かって
いる。金属酸化物は組成物全体の約７５％乃至約９０％
を有することができ、組成物の主成分として用いられる
典型的な酸化物は、ジルコニア、セリア、酸化ビスマ
ス、トリア、ハフニア（酸化ハフニウム）およびセラミ
ックス技術分野で知られている類似の物質でよい。これ
らは例にすぎず、材料の特定の選択は本発明の一部では
ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、電極
を付けたセラミック電解質あるいはイオン伝導体からの
酸素の発生はよく知られている。これらの原理はいろい
ろな形状、構造で用いられている。すなわち、セラミッ
ク電解質の形状、および、その電解質上あるいは電解質
内の電極の配置はいろいろな形をとっている。しかし、
これらの形のどれもが、単位体積当りおよび単位重量当
りの酸素発生のために使える表面積の大きさに関して重
大な欠点を有することが分かっており、電気的接続はや
りにくく、酸素を取り出すための収集装置は製造し電解
質と統合するのが難しく、また、酸素が分離されるべき
ガス源はしばしば限定される。
【０００５】例えば、この型の或るものでは、セラミッ
ク電解質が大きな平板状に作られており、これは重大な
欠点を有する。それは高い取出し圧力に耐える能力が限
定される。従って、その板はより厚くするか、強度を増
すためのリブを付けるか、あるいは封止される縁の間隔
を短くしなければならず、これらのどれもがコストと製
造の複雑さを大いに増す。
【０００６】米国特許第 5,302,258号は内側表面および
外側表面に電極を有する複数の管が用いられている装置
について述べている。この管を取り入れた設計はより高
い圧力に耐える能力に関する改良である。しかしなが
ら、各々の管を多岐管に封止し、また管の各々に必要な
電気的接続を施すためにはかなりの労働コストを伴う。
【０００７】米国特許第 5,205,990号は酸素分離に必要
な表面積をもっと安価に作る方法を提供し、また、望ま
しいより高い圧力に耐えるのに構造上適している蜂の巣
状の形態について述べている。この形態におけるセラミ
ック電解質は一連の通路を有し、それらの一部は第１の
極性の電極を付けられ、他の部分には第２の極性の電極
を付けられており、これらの通路が蜂の巣状をなしてい
る。この配列は多数の酸素収集通路の端部を封止するの
に要する労力と、同じ極性の電極を持つ通路同士を結ぶ
配線において重大な欠点を有する。酸素通路と空気通路
の交互の列が、使われるセラミック電解質の量で利用で
きる筈の有効表面積の半分しか利用されず、また、この
蜂の巣状構造での電気的接続が入り組んでいて製造に多
くの費用を要する。
【０００８】従って、本発明の一つの目的は、セラミッ
ク材料の単位体積当りおよび単位重量当りの有効表面積
が増すように配慮した電解質形態を有するセラミック酸
素発生器を提供することである。本発明の他の目的は、
個々の陽極および陰極表面への電気的接続が単純化さ
れ、より安価に作れるセラミック酸素発生器を提供する
ことである。本発明の更なる目的は、分離された酸素を
受け取る多岐管構造が製造される酸素発生器との一体構
造とされ、より安価に作れるセラミック酸素発生器を提
供することである。
【０００９】本発明の更に他の目的は、モジュール式形
態であり、それにより発生されるべき酸素の量について
の異なる必要条件（要求仕様）に応じて単純な「組立て
式ブロック」手法がとれるセラミック酸素発生器を提供
することである。本発明の付加的な目的は、前記した目
的に合致し、更に、いろいろ異なる圧力の酸素含有注入
ガスで作動するセラミック酸素発生器を提供することで
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記した目的および他の
目的は、本発明に従って構成されたモジュール式セラミ
ック酸素発生システムにおいて達成され、本発明ではイ
オン伝導性セラミック電解質がモジュールを形成する支
持部から延びる複数の管を有するように型で作られる。
それらの管は前述の支持部から遠い方の端部が閉塞され
ている一方、それらの管の開放端が管のための支持部の
開口を形成している。管の内側と外側の表面および支持
部の上面と下面を含めて電解質の全表面が多孔質のイオ
ン化作用を及ぼす電極物質で連続的にコーティングされ
る。低い抵抗の電流キャリアおよび分配器として働くよ
うに、要望があれば、異なる物質の第２の被覆が同じ表
面に施されてもよい。管は支持部上に横列および縦列に
形成される。前述の物質の被覆は、管の縦列が並列に接
続され、一方、それら管の縦列が直列に接続されること
となるような電気的回路に形成される。支持部は、酸素
発生器モジュール組立体を形成するために他の素子の同
様な面と結合されるのに適した下面を有する。多数のモ
ジュール組立体がそれらの酸素取出し口を一緒に結ばれ
て、より大きな能力のシステムを形成することができ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】図の各々において、類似の要素に
は類似の参照番号が付されている。本発明に従うセラミ
ック酸素発生器組立体は概略、図１に一つが示されてい
るような、型で作られた「組立て式ブロック」あるいは
モジュール式素子の対から成る。モジュール式素子１０
は例えばイオン伝導性セラミック電解質の射出成形で作
ることができ、同図の形態では大きな単位体積当り表面
積をもたらし、また、それは酸素を収集するための一体
化した多岐管構造（後述する）を含んでいる。図２に示
されているように、素子１０と対称に設計したものが第
２の素子１０´であり、反転され第１の素子に封止され
て組立体を形成する。
【００１２】再び図１に戻ると、前述のように素子１０
は例えばイオン伝導性セラミック電解質の射出成形工程
で作られる。この成形工程によって素子１０はほぼ平ら
な管支持部１４から延びている一連の管１２に形成され
る。この実施例では管１２は８本ずつの２８の縦列（以
下、欄と称する）、換言すれば、２８本ずつの８つの横
列（以下単に、列と称する）に形成される。各管１２の
外方端は１５において閉塞されている。その後、管１２
の上側表面１６および外側表面１３は閉塞端１５と共
に、触媒作用を及ぼす電導性の物質でコーティングされ
る（図４参照）。同様に、管１２のおのおのの下側表面
１８（図３）および内部１７は同様な電導性物質でコー
ティングされる。これらの被膜はセラミック電解質で分
けられた二つの電極面を形成する。図３に最もよく示さ
れているように、一連の道２０が設けられており、これ
らはセラミック電解質を貫通している単純な孔であっ
て、これらの孔は電極付け工程の中で端から端までめっ
きされる（そして、めっきで満たされるか栓をされ
る）。電極付け工程の後、道１２によって所望の電気的
接続（後述する）を形成するように、上側表面１６およ
び下側表面１８の或る部分の電極物質が焼き取られる。
【００１３】前述のように、図２の組立体を形成する素
子１０および１０´は図２に示されているように一緒に
配置されて完全な組立体を形成できるように、互いに似
ていて対称である。フランジ部２２および２２´が管支
持部１４の下側表面から外側に向かってその周辺に延び
ており、素子１０および１０´が図２におけるように一
緒に配置されたとき、素子１０および１０´は結合され
て、二つの素子１０および１０´の下側表面の間の内部
に多岐管２４を形成する。図３に最もよく示されている
ように、取出し口２６が多岐管２４の内部と通じるよう
に管支持部１４に設けられている。複数の組立体を縦に
繋ぐのではなく横に並べて繋げるように、取出し口が素
子１０および１０´の長い方の両縁に設けられてもよ
い。
【００１４】図４は図１において線４−４に沿って描か
れた部分的な断面図である。従って、図４はこれまで述
べてきた実施例における２８本の管の或る列の内の４本
の管の断面図である。管１２と管支持部１４はセラミッ
ク電解質でできている。管１２の外側表面２１と管支持
部１４の上側表面１６は、イオン化作用を及ぼし且つ導
電性のある物質で連続的にコーティングされ、これらの
表面を連続的に被覆する電極を差し当たり形成する。同
様に、管１２の内側表面２３は電導性の物質でコーティ
ングされ、この被膜３４は管支持部１４の下側表面１８
をも連続して覆っている。前述したように、この電極付
け工程で、管支持部１４を貫通している道２０は電導性
の物質で満たされる。全体の表面はディップ法によるな
どしてコーティンッグされる。尚、図４において、矢印
個所のレーザによる切れ目が直列接続をつくっている。
又、わかりやすくするためある列の４本の管だけが示さ
れている。
【００１５】これらの被膜を、前述した型の酸素発生装
置を作り上げることのできる電気的回路に形成するため
に、所望の電気的接続をもたらすように電極物質の何箇
所かを選択的に焼き去ることが必要である。この目的で
管支持部１４の下側表面１８の電極物質３４に一連の切
れ目が３０ａ−ｃで示されているように入れられる。こ
れらの切れ目は適当なレーザで入れられることができ
る。これらの切れ目は管１２のおのおのの欄の間を管支
持部１４の寸法一杯、欄の長手方向に延びている。同様
に、切れ目３２ａ−ｄが管支持部１４の上側表面１６に
形成された電極面２１に入れられる。これらの切れ目
も、管１２のおのおのの欄に沿って管支持部１４の寸法
一杯、長手方向に延びている。例えば、切れ目３２ａが
道２０ａの管１２ａに近い側に入れられ、一方、切れ目
３０ａが道２０ａの管１２ｂに近い側に入れられるとい
うことは注目されるべきである。従って、直列接続が管
１２ｂの電極面２１と電極面３４の管１２ａに対応する
部分の間に形成される。同じ関係がその列の隣り同志の
管の第１および第２の電極面の間でも見受けられ、ま
た、この同じ関係がおのおのの列においても引き続き起
こる。電極物質を道２０にそのまま残しておくことによ
って、管の間のできるだけ低い抵抗での接続が形成され
る。切れ目３０および３２は管の欄の長手方向に、管１
２ａ、１２ｂによって形成される欄の間の切れ目３０ａ
および３２ｂのように作られ、、また、管の他の欄の間
の同様な切れ目が作られ、その結果、一つの欄にある管
を一つの並列電気回路にする。
【００１６】この配置の結果、例として図１の実施例で
説明すると、２８欄×８列の管の組合せにおいて、８本
の管の各欄でおのおのの管の第１および第２の電極は電
気的に並列である。２８欄のおのおのは電気的に直列で
ある。この配列は単なる例示的なものであり管の大きさ
や管の列および欄の配列は、最良の電圧および電流分配
を得るために、各管への電気的的直列および／または並
列接続の配置が最適な設計となるように変えることがで
きるものであることは注意されるべきである。図示され
ている例では、図１のモジュールが２４ボルト電源から
電力を受けるものとすると、各欄の管は実質的に２８個
の直列抵抗の一つとして動作するので、各管に印加され
る電圧は１ボルトより低くなるであろう。イオン化させ
酸素にこのような装置を通させるのに要する電圧は、動
作温度、発生器の両側（複合ガス側と酸素側）間の酸素
分圧の差、電解質のイオン導電率、電解質の電気抵抗、
電極界面、電極の広がり抵抗、および発生器への電気接
続の抵抗を含む幾つかのパラメータによって影響され
る。しかしながら、概して、この電圧は１ボルトより低
く、最適化された設計では１ボルトの数分の１にするこ
とができる。管（あるいは管の欄）の数は電力供給電圧
と各管に印加されるべき所望の電圧に依存する。本実施
例における８本の管（および、それらに関連した道）の
各欄が、２８本ずつの管からなる８組の別々の直列系列
となるよう更に再分割され得ることは理解されるべきで
ある。しかしながら、電極特性の不均一性が局部的な過
熱状態とそれに続く管の焼切れを引き起こすことがあ
り、１本の管の焼切れが２８本の直列系列の損失とな
る。管を多数の道と共に図示されているような欄に配列
することは電流の流れの重複性（機能代理性）と平準化
性をもたらす。
【００１７】動作では、酸素が抽出されるべき空気また
は他のガスが管１２を横切って流れ、前述したようなイ
オン伝導性の原理によって、より高い酸素の圧力を持つ
ガスが管１２の内部に形成されて多岐管２４に集められ
る。この酸素の供給は取出し口２６を介して酸素を必要
とする装置に送られる。これまで述べてきた実施例では
外側と内側の表面を有する丸い円筒状の管が示されてい
るが、「管」として他の形状のものも用いることがで
き、「管」という用語はここでは説明の便宜のために用
いられているに過ぎないことが理解されるべきである。
【００１８】中空の管の各欄の代わりの形態は、ほぼ同
じ実効表面積をもたらす中空の「片持ち梁棚」構造であ
る。一端が成形で閉塞されたこれらの平らな中空部は管
のように一緒に多岐管とされ共通の取出し口を付けられ
る。内部の圧力に耐える性能を上げるめに必要に応じ
て、強度を増す内側リブが対向する平らな壁の間に付加
されることもできる。本発明の原理は、これらの原理に
従って作られた望ましい実施例によってこれまで述べら
れている。前述の実施例が特許請求の範囲によって規定
されている本発明の精神と範囲から逸脱することなくい
ろいろな方法で修正あるいは変更され得るものであるこ
とは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うセラミック酸素発生器モジュール
組立体を作る二つの成形されたモジュール式素子のモジ
ュール組立体を形成するために用いられる成形素子の内
の一つの上面斜視図である。
【図２】前述のモジュール組立体に形成された図１の成
形素子二つの上面斜視図である。
【図３】図１の実施例の底面図である。
【図４】図１の実施例の線４−４に沿って描かれた部分
的断面図である。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸素発生器用であって、 内側表面および外側表面を有し、開放端および閉塞端を
    有する複数の管、 第１および第２の表面を有し、前記複数の管の前記開放
    端を受け入れるための開口が貫通しており、前記管の前
    記開放端が前記第２の表面に現れている管支持部、およ
    び前記管の前記開放端からの気体の収集のための多岐管
    を形成する手段を備えていることを特徴とする、イオン
    伝導性セラミック電解質素子。
  2. 【請求項２】 前記複数の管と前記管支持部が成形によ
    り一体構造に形成されていることを特徴とする請求項１
    記載の酸素発生器用セラミック電解質素子。
  3. 【請求項３】 前記多岐管を形成する手段が、前記管支
    持部から延びていて、第２の前記セラミック電解質素子
    上の同様な結合部と結合されるのに適している結合部を
    含むことを特徴とする請求項１記載の酸素発生器用セラ
    ミック電解質素子。
  4. 【請求項４】 内側表面および外側表面を有し、開放端
    および閉塞端を有する複数の管と、第１および第２の表
    面を有し、前記複数の管の前記開放端を受け入れるため
    の開口が貫通しており、前記管の前記開放端が前記第２
    の表面に現れている管支持部とを有する、イオン伝導性
    セラミック電解質、 前記複数の管の前記外側表面と前記管支持部の前記第１
    の表面を覆い、第１の極性の電圧源に接続されることの
    できる第１の電極を形成する第１の電導性の被覆、 前記複数の管の前記内側表面と前記管支持部の前記第２
    の表面を覆い、第２の極性の電圧源に接続されることの
    できる第２の電極を形成する第２の電導性の被覆、およ
    び前記管の前記開放端と前記管支持体の前記第２の表面
    に現れる気体を収集するための多岐管を形成する手段を
    備えていることを特徴とするセラミック酸素発生器。
  5. 【請求項５】 前記複数の管が、前記管支持部の上に縦
    横の列に、前記第１および第２の表面の部分がそれら縦
    横の列の間に挟まれるように形成されており、更に、前
    記第１および第２の電極から電気的回路を形成する手段
    を備え、縦列になっている前記管のおのおのの第１およ
    び第２の電極部分がそれぞれ電気的に並列に結ばれてお
    り、横列を形成している管のおのおのが電気的に直列に
    結ばれていることを特徴とする請求項４記載のセラミッ
    ク酸素発生器。
  6. 【請求項６】 前記電気的回路を形成する手段が、 前記管の縦列の間の前記第１および第２の電極に形成さ
    れている切れ目、 前記管のおのおのに近い前記第１および第２の表面を貫
    通して延びている道、および、 前記道を通して延びており、横列になっているおのおの
    の前記管の第１の電極部分を隣りの縦列で同じ横列の管
    の第２の電極部分に、管のおのおのの横列が直列接続と
    なるうよう接続する電気的接続部を備えており、 前記切れ目は、おのおのの切れ目の両側にある前記第１
    および第２の電極の部分が電気的に分離されるように、
    管の縦列方向で且つ管の縦列の間に延びていることを特
    徴とする請求項５記載のセラミック酸素発生器。
  7. 【請求項７】 前記電気的接続部は、前記第１および第
    ２の電極を形成している物質が前記道を通して延びてい
    る前記セラミック電解質の表面を覆うことによって形成
    されていることを特徴とする請求項６記載のセラミック
    酸素発生器。
JP22162196A 1995-08-24 1996-08-23 モジュール式セラミック酸素発生器 Expired - Fee Related JP4017690B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US51864695A 1995-08-24 1995-08-24
US08/518646 1995-08-24

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007202473A Division JP4847410B2 (ja) 1995-08-24 2007-08-03 電気化学素子

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JPH09132402A true JPH09132402A (ja) 1997-05-20
JPH09132402A5 JPH09132402A5 (ja) 2004-07-08
JP4017690B2 JP4017690B2 (ja) 2007-12-05

Family

ID=24064868

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22162196A Expired - Fee Related JP4017690B2 (ja) 1995-08-24 1996-08-23 モジュール式セラミック酸素発生器
JP2007202473A Expired - Fee Related JP4847410B2 (ja) 1995-08-24 2007-08-03 電気化学素子

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007202473A Expired - Fee Related JP4847410B2 (ja) 1995-08-24 2007-08-03 電気化学素子

Country Status (5)

Country Link
US (2) US5871624A (ja)
EP (2) EP0761284B1 (ja)
JP (2) JP4017690B2 (ja)
CA (1) CA2182069C (ja)
DE (2) DE69630263T2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001039702A (ja) * 1999-06-01 2001-02-13 Litton Systems Inc 電気化学的酸素発生システム
JP2002028241A (ja) * 2000-07-17 2002-01-29 Teijin Ltd 呼吸用気体供給装置
JP2008530355A (ja) * 2005-02-08 2008-08-07 カールトン・ライフ・サポート・システムズ・インコーポレイテッド 電気化学式酸素発生器モジュールアセンブリ
JP4837679B2 (ja) * 2005-02-09 2011-12-14 カールトン・ライフ・サポート・システムズ・インコーポレイテッド 直列伝導性帯状部付きｉｍａｔモジュール

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5985113A (en) 1995-08-24 1999-11-16 Litton Systems, Inc. Modular ceramic electrochemical apparatus and method of manufacture therefor
US6132573A (en) * 1997-12-05 2000-10-17 Igr Enterprises, Inc. Ceramic composite electrolytic device and methods for manufacture thereof
US6376116B1 (en) 2000-05-12 2002-04-23 Visteon Global Technologies, Inc. Tubular polymeric membrane fuel cell system
US6685235B1 (en) 2000-05-19 2004-02-03 Carleton Life Support Systems, Inc. System and method for attaching tubing
US6383350B1 (en) 2000-07-26 2002-05-07 Northrop Grumman Corporation Thin film modular electrochemical apparatus and method of manufacture therefor
US6368491B1 (en) * 2000-11-08 2002-04-09 Northrop Grumman Corporation Method of controlling a modular ceramic oxygen generating system
DE10156349B4 (de) * 2001-11-16 2006-01-26 Ballard Power Systems Ag Brennstoffzellenanlage
US6849296B2 (en) * 2002-07-29 2005-02-01 Carleton Life Support Systems, Inc. Leakage free ceramic films for porous surfaces
US6852204B2 (en) * 2002-07-31 2005-02-08 Praxair Technology, Inc. Wall construction for electrolytic cell
US20040096377A1 (en) * 2002-08-25 2004-05-20 Litton Systems, Inc. Counter-flow heat exchanger for ceramic gas generator
US20040065541A1 (en) * 2002-08-27 2004-04-08 Litton Systems, Inc. Stepped voltage controller for ceramic oxygen generating systems
US6783646B2 (en) * 2002-08-28 2004-08-31 Carleton Life Support Systems, Inc. Modular ceramic oxygen system
US6905581B2 (en) * 2002-10-31 2005-06-14 Carleton Life Support Systems, Inc. Oxygen permeable electrode system
US7694674B2 (en) 2004-09-21 2010-04-13 Carleton Life Support Systems, Inc. Oxygen generator with storage and conservation modes
US7309847B2 (en) * 2006-01-12 2007-12-18 Carleton Life Support Systems, Inc. Ceramic oxygen generating oven
US7625648B2 (en) * 2006-08-22 2009-12-01 Praxair Technology, Inc. Electrochemical cell assembly
US8092506B2 (en) * 2007-09-07 2012-01-10 Steven Haase Ionic foot bath array with ionic circulation
US8900774B2 (en) * 2010-03-25 2014-12-02 Sanyo Electric Co., Ltd. Fuel cell layer, fuel cell system and method for fabricating the fuel cell layer
US9797054B2 (en) 2014-07-09 2017-10-24 Carleton Life Support Systems Inc. Pressure driven ceramic oxygen generation system with integrated manifold and tubes
CN109399573A (zh) * 2018-12-28 2019-03-01 江苏鱼跃医疗设备股份有限公司 一种壳体及使用其的氮氧分离装置
CN112408333B (zh) * 2020-11-24 2022-01-28 漳州市宇昌火原气体有限公司 一种安全性高的高浓度医用分子筛式制氧设备

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4395468A (en) * 1980-12-22 1983-07-26 Westinghouse Electric Corp. Fuel cell generator
US4649003A (en) 1983-01-24 1987-03-10 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for producing an inorganic sintered body
JPS61198568A (ja) * 1985-02-28 1986-09-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質燃料電池
DE3583150D1 (de) 1984-10-23 1991-07-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Festelektrolytbrennstoffzelle und verfahren zu ihrer herstellung.
US4640875A (en) * 1985-02-07 1987-02-03 Westinghouse Electric Corp. Fuel cell generator containing a gas sealing means
US4851303A (en) 1986-11-26 1989-07-25 Sri-International Solid compositions for fuel cells, sensors and catalysts
US4943494A (en) * 1988-04-22 1990-07-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Solid oxide fuel cell matrix and modules
US5155158A (en) 1989-11-07 1992-10-13 Hoechst Celanese Corp. Moldable ceramic compositions
US5034023A (en) * 1989-12-21 1991-07-23 Corning Incorporated Ceramic honeycomb structures as oxygen separators or concentrators
US5332483A (en) 1990-07-06 1994-07-26 Igr Enterprises, Inc. Gas separation system
US5205990A (en) * 1990-08-02 1993-04-27 Lawless William N Oxygen generator having honeycomb structure
US5186793A (en) * 1990-12-31 1993-02-16 Invacare Corporation Oxygen concentrator utilizing electrochemical cell
US5302258A (en) * 1992-02-28 1994-04-12 Triox Technologies, Inc. Method and apparatus for separating oxygen from a gaseous mixture
US5380467A (en) * 1992-03-19 1995-01-10 Westinghouse Electric Company Composition for extracting oxygen from fluid streams
US5582710A (en) 1992-09-14 1996-12-10 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Electrochemical cell and its use for the separation and the electrochemical extraction of oxygen
US5306574A (en) * 1992-10-07 1994-04-26 Westinghouse Electric Corp. Method of low temperature operation of an electrochemical cell array
DE69403294T2 (de) * 1993-08-16 1997-12-11 Westinghouse Electric Corp Stabile Luftelektrode für hochtemperatur elektrochemische Zellen mit Festoxidelektrolyt
TW317588B (ja) 1995-06-14 1997-10-11 Praxair Technology Inc
US5723101A (en) 1996-10-15 1998-03-03 Rhone-Poulenc Inc. Method for producing cerium and zirconium oxides, mixed oxides and solid solutions having improved thermal stability

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001039702A (ja) * 1999-06-01 2001-02-13 Litton Systems Inc 電気化学的酸素発生システム
JP2013040094A (ja) * 1999-06-01 2013-02-28 Carleton Life Support Systems Inc 電気化学的酸素発生システム
JP2002028241A (ja) * 2000-07-17 2002-01-29 Teijin Ltd 呼吸用気体供給装置
JP2008530355A (ja) * 2005-02-08 2008-08-07 カールトン・ライフ・サポート・システムズ・インコーポレイテッド 電気化学式酸素発生器モジュールアセンブリ
JP4837679B2 (ja) * 2005-02-09 2011-12-14 カールトン・ライフ・サポート・システムズ・インコーポレイテッド 直列伝導性帯状部付きｉｍａｔモジュール

Also Published As

Publication number Publication date
EP0761284B1 (en) 2003-10-08
JP4847410B2 (ja) 2011-12-28
CA2182069A1 (en) 1997-02-25
US5871624A (en) 1999-02-16
EP0761284A1 (en) 1997-03-12
JP4017690B2 (ja) 2007-12-05
USRE40035E1 (en) 2008-01-29
DE69636203D1 (de) 2006-07-06
DE69630263D1 (de) 2003-11-13
CA2182069C (en) 2002-04-09
JP2007297278A (ja) 2007-11-15
EP1374975A1 (en) 2004-01-02
EP1374975B1 (en) 2006-05-31
DE69630263T2 (de) 2004-08-26
DE69636203T2 (de) 2007-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4847410B2 (ja) 電気化学素子
JPH09132402A5 (ja)
EP0286360B1 (en) Self-supporting electrode with integral gas feed conduit
KR100389217B1 (ko) 이온 전도성 세라믹 전해질 요소 및 전기화학 장치
CA1148607A (en) Shunt current elimination
RU2302689C2 (ru) Пластины распределения потока текучей среды топливного элемента
US4499663A (en) Method of fabricating a monolithic core for a solid oxide fuel cell
US4758481A (en) Fuel cell with improved separation
JPH08273696A (ja) 燃料電池スタック構造
SK4302001A3 (en) Electrochemical cell
JP2004505417A (ja) マイクロセルによる電気化学的装置およびアセンブリならびにその作成方法および使用方法
EP0243488A1 (en) PROCESS AND APPARATUS USING A SOLID, DISC-FORMED ELECTROLYTE FOR OXYGEN SEPARATION OR PUMPING.
JPH0560235B2 (ja)
CA2187489A1 (en) Honeycomb battery structure
US7150933B1 (en) Method of manufacturing high power density fuel cell layers with micro structured components
JPH10121284A5 (ja)
JPS63261678A (ja) 固体酸化物燃料電池
CA2427501A1 (en) Solid oxide fuel cell stack
CA2547813A1 (en) Solid oxide fuel cell
US3235407A (en) Low voltage fuel cell systems
US3576732A (en) Cast electrical batteries and process for their production
CN1653636A (zh) 薄膜式电化学发电机
JPH0665045B2 (ja) 燃料電池
JPH0724777Y2 (ja) 電気化学装置
KR100760492B1 (ko) 고체 고분자 전해질형 연료전지

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20060206

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070205

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20070502

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20070509

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070803

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070827

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070919

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100928

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110928

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110928

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120928

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130928

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees