(57)【要約】【課題】エネルギー低減と耐久信頼性を向上させた酸素イオン導電性固体電解質を用いた酸素ポンプ装置を提供することことを目的とする。【解決手段】酸素イオン導電性固体電解質１の両面にカソード電極２とアノード電極３を有するとともに、加熱体５で加熱される酸素ポンプ素子４と、両空間を区画する区画手段６と、前記カソード側空間とアノード側空間の周囲を外包するように配置された断熱材９とを具備し、酸素イオン導電性固体電解質１を電気絶縁性接合材１１を介して保持する保持板１０は、前記酸素イオン導電性固体電解質１と熱膨張係数が略同一の金属からなり、少なくとも前記加熱体５との対向側の表面には金属酸化物系微薄膜１２を形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素イオン導電性固体電解質の両面に形成したカソード電極とアノード電極を有する酸素ポンプ素子と、前記酸素ポンプ素子のカソード側空間とアノード側空間を区画する区画手段と、前記カソード側空間もしくはアノード側空間の少なくとも片側内部空間に配置され前記酸素ポンプ素子の加熱をおこなう加熱体と、前記カソード側空間とアノード側空間の周囲を外包するように配置された断熱材とを具備し、前記区画手段を構成する部材であり、前記酸素イオン導電性固体電解質を電気絶縁性接合材を介して保持する保持板は、前記酸素イオン導電性固体電解質と熱膨張係数が略同一の金属からなり、少なくとも前記加熱体との対向側の表面には金属酸化物系微薄膜を形成した酸素ポンプ装置。
【請求項２】
保持板はフェライト系ステンレス箔であり、金属酸化物系微薄膜が酸化ジルコニウムもしくは酸化チタンを主成分とした請求項１記載の酸素ポンプ装置。
【請求項３】
カソード側空間を構成する筐体は、空気が流入通過する２つの空気パイプを有する金属材料からなり、その内部空間に加熱体を配置した請求項１記載の酸素ポンプ装置。
【請求項４】
アノード側空間を構成する筐体は、少なくとも酸素関連生成ガスが通過するガス排出パイプを有する金属材料からなる請求項１記載の酸素ポンプ装置。
【請求項５】
金属酸化物系微薄膜を酸素イオン導電性固体電解質を保持する側の保持板に形成した請求項１記載の酸素ポンプ装置。
【請求項６】
金属酸化物系微薄膜を保持板の両面に形成した請求項１記載の酸素ポンプ装置。
【請求項７】
電気絶縁性接合材がガラスであり、金属酸化物系微薄膜が酸化ジルコニウムもしくは酸化チタンを主成分とした請求項５記載の酸素ポンプ装置。
【請求項８】
電気絶縁性接合材は金属酸化物系微薄膜の側と酸素イオン導電性固体電解質の側の両方に形成されて各々を接合したガラスである請求項５記載の酸素ポンプ装置。
【請求項９】
電気絶縁性接合材は結晶化ガラスである請求項７または８記載の酸素ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱に必要な消費電力などのエネルギーの低減と耐久信頼性を向上させた酸素イオン導電性固体電解質を用いた酸素ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素ポンプ装置として、従来は有機シリコーンなどの高分子膜やゼオライトを用いて酸素濃度を高めた酸素富加装置があるが、最近になって、酸素イオン導電性固体電解質を用いた装置の提案が見受けられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、その構成を示し、酸素イオン導電性固体電解質５１の両面に形成した第１電極５２と第２電極５３に直流電源５４により数Ｖの電圧を印加して、酸素分子を第１電極５２から酸素イオン導電性固体電解質５１を経由して第２電極５３に移動させて、第２電極３の側に１００％の酸素ガスを生成する酸素ポンプ素子５５を構成している。
【０００４】
酸素ポンプ素子５５は、接着材料５６を介して取り付けられた区画手段５７により第１電極５２の側の空間５８と第２電極５３の側の空間５９に区画されている。
【０００５】
また、この酸素生成の電気化学反応を効果的におこなうため、酸素ポンプ素子５５の近くには、これを加熱するためのヒータ６０が配置されており、通電により発熱して６００℃前後まで昇温されている。
【０００６】
酸素ポンプ素子５５と区画手段５７とヒータ６０は、その周囲を通気性の断熱材６１で外包し、さらにその周囲を開口部を設けた筐体６２で外包して放熱低減を図り、ヒータ６０の電力を低減させている。
【０００７】
酸素ポンプ素子５５とヒータ６０が通気性の断熱材６１によって直接に大気と接触しないようにしているので、ヒータ６０による酸素ポンプ素子５５への熱効率が向上し、消費電力を小さくすることができる。
【０００８】
また、酸素ポンプ素子５５の保持も同時におこなう区画手段５７が熱膨張係数が略同一の鉄―クロム合金の金属箔で構成されているため、この酸素ポンプ素子５５は、弾力的に保持されることとなり、断熱材６２との相乗効果と合せて均一な温度分布とすることができ、温度差を原因とするクラック破損が防止されるようにしてある。
【特許文献１】特開２００３−２１５０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の酸素イオン導電性固体電解質を用いた酸素ポンプ装置は、加熱に必要な電力を小さくするために、酸素ポンプ素子５５と区画手段５７とヒータ６０の周囲を通気性の断熱材６１で外包して放熱低減を図る構成であるため、酸素発生濃縮能力が大型化すると、ヒータ６０の消費電力が期待したほど低減しないという課題があった。
【００１０】
これは、酸素発生濃縮能力が増大すると、多量の空気の供給補充を必要とし、この多量の空気供給補充を円滑にするには、断熱材６１の通気性を積極的に高める必要性が生じて断熱材の厚みを薄くしなければならない。このことは結果的に断熱性能の低下となり酸素ポンプ素子５５の温度低下を招いてしまうので、このことを防止する目的で、ヒータ６０の電力量を増大して酸素ポンプ素子５５を所定温度に維持して対処するためである。
【００１１】
このように、酸素ポンプ素子５５とヒータ６０とは通気性の断熱材６１によって直接に大気と接触しないようにされている構成であるため、酸素発生濃縮能力が小さいと少量の空気供給補充で済むのでこの構成で対応できるのだが、酸素発生濃縮能力が大きくなると多量の空気供給補充を必要とするので断熱材６１が空気の供給補充を妨げてしまう。このため、従来の断熱構成をそのまま使用して酸素発生濃縮能力を向上させると、断熱材６１の厚みを薄くするなどしてその通気性を積極的に高める必要があり、これがヒータ６０の消費電力増大を招いていた。
本発明は、前記課題を解決するものであり、酸素イオン導電性固体電解質を加熱するヒータなどの加熱体の消費電力の一層の低減を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明の酸素ポンプ装置は、酸素イオン導電性固体電解質の両面に形成したカソード電極とアノード電極を有する酸素ポンプ素子と、酸素ポンプ素子のカソード側空間とアノード側空間を区画する区画手段と、カソード側空間もしくはアノード側空間の少なくとも片側内部空間に配置され酸素ポンプ素子の加熱をおこなう加熱体と、カソード側空間とアノード側空間の周囲を外包するように配置された断熱材を具備し、区画手段を構成する部材であり酸素イオン導電性固体電解質を無機系電気絶縁性接合材を介して保持する保持板は、酸素イオン導電性固体電解質と熱膨張係数が略同一の金属であり、少なくとも加熱体の側の表面には金属酸化物系微薄膜が形成されているとした。
【００１３】
酸素イオン導電性固体電解質を保持する保持板は、金属であり、加熱体の側の表面に、金属酸化物系微薄膜が形成された構成である。一方、電気絶縁性接合材は、一般にガラスやセラミックを使用するので電気絶縁性と接合性を確保するために、高温で焼成する必要があり、この高温焼成により、保持板の金属およびその表面の金属酸化物系微薄膜は熱処理される。この熱受熱構成と高温熱処理のため、金属酸化物系微薄膜は、加熱体から発せられる赤外線を吸収して温度上昇し、その上昇熱を金属を介して酸素イオン導電性固体電解質に伝達する。このため、酸素イオン導電性固体電解質は、加熱体から発せられる輻射熱を効果的に受熱して高温に保持され、多量の空気供給の必要性から生じた断熱材の厚み低減にともなう温度低下の影響を受けにくくなり、結果的に、併設した加熱体の電力が増加しにくくなる効果が生じる。
【００１４】
また、金属酸化物系微薄膜は、金属箔の酸化防止などの保護作用があり、その耐久信頼性を一層向上させる効果が生じる。さらに、酸素ポンプ素子の保持も同時におこなう保持板が、熱膨張係数が略同一の金属で構成されているため、酸素ポンプ素子は、弾力的に保持されており、金属酸化物系微薄膜の輻射熱受熱効果との相乗効果とあわさって均一な温度分布とすることができ、温度差を原因とするクラック破損が防止される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の酸素ポンプ装置は、酸素ポンプ素子の加熱に必要なエネルギー低減とその耐久信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
第１の発明の酸素ポンプ装置は、酸素イオン導電性固体電解質の両面に形成したカソード電極とアノード電極を有する酸素ポンプ素子と、前記酸素ポンプ素子のカソード側空間とアノード側空間を区画する区画手段と、前記カソード側空間もしくはアノード側空間の少なくとも片側内部空間に配置され前記酸素ポンプ素子の加熱をおこなう加熱体と、前記カソード側空間とアノード側空間の周囲を外包するように配置された断熱材を具備し、前記区画手段を構成する部材であり前記酸素イオン導電性固体電解質を電気絶縁性接合材を介して保持する保持板は、前記酸素イオン導電性固体電解質と熱膨張係数が略同一の金属
であり、少なくとも前記加熱体との対向側の表面には金属酸化物系微薄膜が形成されているとした。
【００１７】
酸素イオン導電性固体電解質を保持する保持板は、金属であり、加熱体の側の表面に、金属酸化物系微薄膜が形成された構成である。一方、電気絶縁性接合材は、電気絶縁性と接合性を確保するために高温で焼成する必要があり、この高温焼成により、保持板の金属およびその表面の金属酸化物系微薄膜は熱処理される。
【００１８】
この構成と高温熱処理のため、金属酸化物系微薄膜は、加熱体から発せられる赤外線を吸収して温度上昇し、その上昇熱を金属を介して酸素イオン導電性固体電解質に伝達する。このため、酸素イオン導電性固体電解質は、加熱体から発せられる輻射熱を効果的に受熱して高温に保持され、多量の空気供給の必要性から生じた断熱材の厚み低減にともなう温度低下の影響を受けにくくなり、結果的に、併設した加熱体の電力が増加しにくくなる効果が生じる。
【００１９】
また、金属酸化物系微薄膜は、金属箔の酸化防止などの保護作用があり、その耐久信頼性を一層向上させる効果が生じる。さらに、酸素ポンプ素子の保持も同時におこなう保持板が、熱膨張係数が略同一の金属で構成されているため、酸素ポンプ素子は、弾力的に保持されており、金属酸化物系微薄膜の輻射熱受熱効果との相乗効果とあわさって一層均一な温度分布とすることができ、温度差を原因とするクラック破損が一層防止される。
【００２０】
第２の発明の酸素ポンプ装置は、第１の発明の酸素ポンプ装置における保持板がフェライト系ステンレスであり、金属酸化物系微薄膜はガラス化や結晶化に優れた酸化ジルコニウムもしくは酸化チタンを主成分とした。
【００２１】
この材料組成にすると相乗効果により、金属酸化物系微薄膜は、加熱体から発せられる輻射熱を効果的に受熱して、酸素ポンプ素子を効果的に高温保持できた。
【００２２】
第３の発明の酸素ポンプ装置は、第１の発明の酸素ポンプ装置におけるカソード側空間を構成する筐体が、空気が流入通過する２つの空気パイプを有する金属であり、その内部空間に加熱体を配置した構成とした。
【００２３】
この構成にすると、加熱体から発せられる輻射熱を筐体の金属が反射して、その反射熱を金属酸化物系微薄膜が効果的に受熱して、酸素ポンプ素子を効果的に高温保持できた。また、加熱体から発せられる対流熱も、筐体の金属により逆戻りしてその熱が閉じ込められるため、酸素ポンプ素子をさらに効果的に高温保持できた。
【００２４】
第４の発明の酸素ポンプ装置は、第１の発明の酸素ポンプ装置におけるアノード側空間を構成する筐体を少なくとも酸素関連生成ガスが通過するガス排出パイプを有する金属であるとした。
【００２５】
この構成にすると、高温に保持された酸素ポンプ素子から発せられる輻射熱を筐体の金属が反射して、その反射熱を酸素ポンプ素子が効果的に受熱して、その温度を一層効果的に高温保持できた。また、対流熱も、筐体の金属により逆戻りしてその熱が閉じ込められるため、酸素ポンプ素子をさらに効果的に高温保持できた。
【００２６】
第５の発明の酸素ポンプ装置は、第１の発明の酸素ポンプ装置における金属酸化物系微薄膜を酸素イオン導電性固体電解質を保持する側の保持板に形成したとした。
【００２７】
金属酸化物系微薄膜を酸素イオン導電性固体電解質を保持する側の保持板に形成すると
、ガラスやセラミックからなる電気絶縁性接合材と保持板との密着性や電気絶縁性が向上した。
【００２８】
第６の発明の酸素ポンプ装置は、第１の発明の酸素ポンプ装置における金属酸化物系微薄膜を保持板の両面に形成したとした。
【００２９】
金属酸化物系微薄膜を保持板の両面に形成すると、加熱体から発せられる輻射熱の受熱と、電気絶縁性接合材と保持板との密着性や電気絶縁性向上という２つの課題が、簡単な設計で簡単に解決できる。
【００３０】
第７の発明の酸素ポンプ装置は、第５の発明の酸素ポンプ装置における電気絶縁性接合材がガラスであり、金属酸化物系微薄膜がガラス化や結晶化に優れた酸化ジルコニウムもしくは酸化チタンを主成分としたとした。
【００３１】
この材料組成にすると相乗効果により、電気絶縁性接合材と保持板との密着性や電気絶縁性が一層向上する。
【００３２】
第８の発明の酸素ポンプ装置は、第５の発明の酸素ポンプ装置における電気絶縁性接合材が金属酸化物系微薄膜の側と酸素イオン導電性固体電解質の側の両方に形成されて各々を接合したガラスであるとした。
【００３３】
電気絶縁性接合材は、ガラスであり、金属酸化物系微薄膜の側と酸素イオン導電性固体電解質の側の両方に形成されて各々を接合した構成とすると、電気絶縁性接合材と保持板との密着性や電気絶縁性が一層向上する。
【００３４】
第９の発明の酸素ポンプ装置は、第７または８の発明の酸素ポンプ装置における電気絶縁性接合材が、結晶化ガラスであるとした。
【００３５】
電気絶縁性接合材が、結晶化ガラスであると電気絶縁性接合材と保持板との密着性や電気絶縁性がさらに一層向上する。
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、本発明の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３７】
（実施の形態１）
図１において、酸素イオン導電性固体電解質１の両面に形成したカソード電極２とアノード電極３に直流電源（記載せず）により数Ｖの電圧を印加することによって、空気中の酸素分子がカソード電極２から酸素イオン導電性固体電解質１を経由してアノード電極３に移動し、このアノード電極３の側に１００％の酸素ガスを生成する。
【００３８】
この酸素生成をおこなう酸素ポンプ素子４は、その片側の電極の近くに対向して配置された加熱体５により加熱されて６００℃前後まで昇温され、酸素生成の電気化学反応が効果的におこなわれるようにされている。
【００３９】
また、酸素ポンプ素子４は、区画手段６によりカソード電極２側の空間（以下、カソード側空間と称す）７と、アノード電極３側の空間（以下、アノード側空間と称す）８に区画されており、生成した１００％の酸素ガスが効果的に得られるようにしている。
【００４０】
加熱体５は、カソード側空間７、もしくはアノード側空間８の少なくとも片側内部空間に配置されており、断熱材９がこれら両空間の周囲を外包するように配置されているため
、放熱低減が図られ、加熱体５の電力低減がなされる。
【００４１】
保持板１０は、区画手段６を構成する部材であるが、電気絶縁性接合材１１を介して酸素イオン導電性固体電解質１を保持しており、この酸素イオン導電性固体電解質１と熱膨張係数が略同一の金属で構成し、少なくとも加熱体５の側の表面に金属酸化物系微薄膜１２を有している。
【００４２】
酸素富加装置として使用する材料について説明する。酸素イオン導電性固体電解質体１は、ＺｒＯ２の９７〜８５モル％にＹ２Ｏ３やＣａＯなどを３〜１５モル％固溶させたジルコニア系複合金属酸化物（Ｌａ０．８Ｓｒ０．２）（Ｇａ０．８Ｍｇ０．１５Ｃｏ０．０５）Ｏ３−  δや、ＬａＧａＯ３等のランタンガレード系複合金属酸化物（Ｂａ、Ｓｒ、Ｌａ）２（Ｉｎ１−ｘＹｘ）２ＯＹの欠陥ペロブスカイト型複合酸化物を使用する。
【００４３】
カソード電極２およびアノード電極３は、酸素欠陥性構造もしくはペロブスカイト構造または両方の金属酸化物を主成分とする金属酸化物系電極と、この上に積層した貴金属を主成分とする貴金属電極との積層電極を用いる。
【００４４】
酸素欠陥性構造金属酸化物は、化学量論的にみて酸素分子の個数が不足した化学式で表現される金属酸化物であり、ペロブスカイト構造金属酸化物は、Ａ金属とＢ金属と酸素とからなりその化学式がＡＢＯ３と表現される複合金属酸化物である。
【００４５】
金属酸化物系電極は、具体的には、ＬａＣｏ３、ＳｍＳｒＣｏｘ（Ｌａ０．６Ｓｒ０．４）（Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８）Ｏ３、（Ｓｒ０．１０Ｃｅ０．０１）Ｚｒ０．８９Ｏ２（Ｌａ０．６Ｓｒ０．４）ＭｎＯ３―δ（Ｌａ１−ｘＳｒｘ）、ＣｏＯ３―δを使用する。
【００４６】
貴金属電極は、白金、パラジウム、金、銀、銀、ロジウム、イリジウム、ルテニウムの単独成分もしくは複数成分であり、必要により酸化ビスマスを１〜６ｗｔ％さらに混合してもよい。これらカソード電極２およびアノード電極３は、酸素イオン導電性固体電解質１の両面に各々形成され、酸素ポンプ素子４を構成している。
【００４７】
加熱体５は、鉄―ニッケル合金やニッケルークロム合金を使用した電気ヒータであり、赤外線を多く発する。また、この加熱体５は、酸素ポンプ素子４の片側電極の近くに対向して配置して、発せられる赤外線をできるだけ多く酸素ポンプ素子４が受熱できるようにすることが望ましいのだが、電気絶縁性確保のためやむを得ず両者の中間位置に電気絶縁膜を配置する場合は、その層高をできるだけ薄くして、加熱体５から発せられる赤外線を多く酸素ポンプ素子４が受熱できるように工夫している。
【００４８】
断熱材９は、シリカやアルミナの単独もしくは複合の材料であり、本実施の形態では通気性を持たせることで、酸素ポンプ素子４と加熱体５が直接に大気と接触しないようにして、通気と放熱抑制を兼ねるようにしている。
【００４９】
区画手段６は金属やセラミックであり、カソード側空間７とアノード側空間８との区画をおこなう。保持板１０は区画手段６の一部分であり、酸素ポンプ素子４を構成する酸素イオン導電性固体電解質１をガラスやセラミックの電気絶縁性接合材１１を介して保持する。そのため、保持板１０は酸素イオン導電性固体電解質１と熱膨張係数が略同一（±１５％以内で同一）である金属材料の板や箔であり、特に、鉄―クロム系ステンレスの金属箔が望ましい。
【００５０】
電気絶縁性接合材１１は、保持板１０や酸素イオン導電性固体電解質１と熱膨張係数が
略同一（±１５％以内で同一）であるガラスやセラミックであり、電気絶縁性と接合性を確保するために、高温で焼成する必要があった。電気絶縁性接合材１１を高温焼成することにより、保持板１０として用いた一枚の大面積の鉄―クロム系ステンレスの金属箔に、多くの小面積の酸素ポンプ素子４が金属箔に予め設けた貫通穴の周辺に各々保持固定できるようにしている。
【００５１】
金属酸化物系微薄膜１２は、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化銅、酸化鉄、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化クロム、酸化インジウムなどの少なくとも１種成分を主成分とする膜厚２０Å〜０．２μｍの微薄膜であり、加熱体５に対向する側の保持板１０の表面に予め形成されている。
【００５２】
また、金属酸化物系微薄膜１２は、金属アルコキシドを出発原料としたゾルゲル法で形成されており、６００〜１０００℃で焼成されることでガラス状物質となる。電気絶縁性接合材１１の形成にともなう高温焼成により、保持板１０の金属およびその表面の金属酸化物系微薄膜１２は熱処理される。
【００５３】
この構成と高温熱処理とにより、金属酸化物系微薄膜１２は、加熱体５から発せられる赤外線を吸収して温度上昇し、その上昇熱を熱伝導性に優れた金属の保持板１０を介して酸素ポンプ素子４に伝達する。
【００５４】
このため、酸素ポンプ素子４は、加熱体５から発せられる輻射熱を効果的に受熱して高温に保持され、多量の空気供給に起因する温度低下が抑制される。そのため、酸素ポンプ素子４を所定温度に保持するに必要な加熱体５の消費電力が増加しにくくなる効果が生じた。
【００５５】
また、金属酸化物系微薄膜１２は、金属箔からなる保持板１０の酸化防止などの保護作用があり、その耐久信頼性を向上させる効果がある。さらに、酸素ポンプ素子４の保持も同時におこなう保持板１０は、熱膨張係数が略同一の金属箔で構成されているため、酸素ポンプ素子１６は、弾力的に保持されており、金属酸化物系微薄膜２４の輻射熱受熱効果との相乗効果とあわさってさらに均一な温度分布とすることができ、温度差を原因とするクラック破損が一層防止された。
【００５６】
一方、保持板１０に金属酸化物系微薄膜１２が形成されていない従来品にすると、加熱体５の輻射熱受熱が少ないため、酸素ポンプ素子４を所定温度に保持するに必要な加熱体５の消費電力が増加し、クラック破損の頻度がやや多くなった。
【００５７】
なお、この酸素ポンプ装置は、燃料電池として使用することもできる。その場合、カソード電極２が空気極となるので、酸素欠陥性構造もしくはペロブスカイト構造または両方の金属酸化物を主成分とする金属酸化物系電極の単独電極もしくは、この上に積層した貴金属を主成分とする貴金属電極との積層電極を用いて対応する。
【００５８】
また、アノード電極３は、燃料極となるので、酸素イオン導電性固体電解質と、酸化ニッケルもしくはニッケルの混合電極を用いて対応する。
【００５９】
（実施の形態２）
各部位の材質などの最適化について詳述する。
【００６０】
第１に、保持板１０に使用する金属の材質と、金属酸化物系微薄膜１２の材質との最適化について先ず説明する。
【００６１】
保持板１０に使用する金属箔が鉄―クロム系ステンレスとし、金属酸化物系微薄膜１２がガラス化や結晶化に優れた酸化ジルコニウムもしくは酸化チタンとすると、加熱体５から発せられる輻射熱を効果的に受熱して、酸素ポンプ素子４を効果的に高温保持できた。この輻射熱受熱の効果は、他材料の組合せ品を使用した場合と比較して顕著であり、両材料の相乗効果に起因するものと思われる。
【００６２】
第２に、カソード側空間７を構成する筐体の材料と、加熱体の配置の最適化について説明する。
【００６３】
カソード側空間７を構成する筐体１３が空気が流入通過する２つの空気パイプ１４，１５を有する鉄―クロム系ステンレスなどの熱反射性と耐熱性に優れた金属からなりもので、その内部空間に加熱体５を配置した構成である。
【００６４】
このように、加熱体５を配置したカソード側空間７を筐体１３で外包しているので、この筐体１３をさらに外側から外包する断熱材９は、通気性を必要とせず放熱抑制のみを担わせるようにしている。
【００６５】
この構成にすると、加熱体５から発せられる輻射熱を筐体１３の材料である金属が反射して、その反射熱を金属酸化物系微薄膜１２が効果的に受熱して、酸素ポンプ素子４を効果的に高温保持できた。
【００６６】
また、加熱体５から発せられる対流熱も、筐体１３の金属により逆戻りしてその熱が閉じ込められるため、酸素ポンプ素子４をさらに効果的に高温保持できた。この輻射熱や対流熱の受熱効果は、金属を使用せずに断熱材を使用した場合と比較して顕著であり、金属の効果に起因するものと思われる。
【００６７】
第３に、アノード側空間を構成する筐体の材料について説明する。
【００６８】
アノード側空間８を構成する筐体１６は、少なくとも酸素関連生成ガスが通過するガス排出パイプ１７を有する鉄―クロム系ステンレスなどの熱反射性と耐熱性とに優れた金属からなる。
【００６９】
また、酸素関連生成ガスが通過するガス排出パイプ１７を除いて、アノード側空間８を筐体１６で外包しているので、この筐体１６をさらに外側から外包する断熱材９は通気性を必要とせず放熱抑制のみを担わせるようにしている。
【００７０】
この構成にすると、高温に保持された酸素ポンプ素子４から発せられる輻射熱を筐体１６の金属が反射して、その反射熱を酸素ポンプ素子４が効果的に受熱して、その温度を一層効果的に高温保持できた。
【００７１】
また、対流熱も、筐体材料１６の金属により逆戻りしてその熱が閉じ込められるため、酸素ポンプ素子４をさらに効果的に高温保持できた。この輻射熱や対流熱の受熱効果は、金属を使用せずに断熱材を使用した場合と比較して顕著であり、金属の効果に起因するものと思われる。
【００７２】
次に、金属酸化物系微薄膜１２の保持板１０における形成向きについて述べる。
【００７３】
金属酸化物系微薄膜１２を酸素イオン導電性固体電解質１を保持する側の保持板１０に形成すると、ガラスやセラミックからなる電気絶縁性接合材１１と保持板１０との密着性や電気絶縁性が向上した。この密着性や電気絶縁性の向上効果は、金属酸化物系微薄膜１
２が形成されていない従来品を使用した場合と比較して顕著であり、構成の効果に起因するものと思われる。
【００７４】
また、金属酸化物系微薄膜１２の保持板１０における形成向きについてさらに述べる。
【００７５】
金属酸化物系微薄膜１２を保持板１０の両面に形成すると、加熱体５から発せられる輻射熱の受熱と、電気絶縁性接合材１１と保持板１０との密着性や電気絶縁性の向上という２つの課題が、簡単な設計で簡単に解決できる。
【００７６】
金属酸化物系微薄膜１２を保持板１０に形成する場合の電気絶縁性接合材１１の材質と金属酸化物系微薄膜１２の材質との最適化について述べる。
【００７７】
電気絶縁性接合材１１がガラスであり、金属酸化物系微薄膜１２がガラス化や結晶化に優れた酸化ジルコニウムもしくは酸化チタンを主成分とすると、電気絶縁性接合材１１と保持板１０との密着性や電気絶縁性が一層向上する。
【００７８】
この密着性や電気絶縁性の向上効果は、他材料の組合せ品を使用した場合と比較して顕著であり、両材料の相乗効果に起因するものと思われる。
【００７９】
また、金属酸化物系微薄膜１２を保持板１０に形成する場合における電気絶縁性接合材１１の材質と構成の最適化について説明する。
【００８０】
電気絶縁性接合材１１はガラスであり、金属酸化物系微薄膜１２の側と酸素イオン導電性固体電解質１の側の両方に形成されて各々を接合した材料であるとすると、電気絶縁性接合材１１と保持板１０との密着性や電気絶縁性がさらに一層向上する。この密着性や電気絶縁性の向上効果は、片側のどちらかだけに電気絶縁性接合材１１を形成した場合と比較して顕著であり、両方に形成した構成品のこの効果は、電気絶縁性接合材１１の膜厚が厚く効果と、両方に同一材料を設けて接合した相乗効果に起因する効果のためと思われる。
【００８１】
また、金属酸化物系微薄膜１２を保持板１０に形成する場合における電気絶縁性接合材１１の材質についてさらに述べる。電気絶縁性接合材１１は、結晶化ガラスであると結晶化した緻密な膜が得られるため、この電気絶縁性接合材１１と保持板１０との密着性や電気絶縁性がさらに一層向上する。この密着性や電気絶縁性の向上効果は、通常のガラスを電気絶縁性接合材１１に使用した場合と比較して顕著であり、結晶化ガラスの効果に起因する効果のためと思われる。
【００８２】
なお、本実施の形態２において、図１と同一作用を発揮する構成については同一符号を付し、説明は実施の形態１のものを援用する。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明のポンプ装置は、酸素イオン導電性固体電解質を用いた酸素濃縮装置や燃料電池システムなどの用途に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態１である酸素ポンプ装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態２である酸素ポンプ装置の構成図
【図３】従来の酸素ポンプ装置の構成図
【符号の説明】
【００８５】
１  酸素イオン導電性固体電解質
２  カソード電極
３  アノード電極
４  酸素ポンプ素子
５  加熱体
６  区画手段
７  カソード側空間
８  アノード側空間
９  断熱材
１０  保持板
１１  電気絶縁性接合材
１２  金属酸化物系微薄膜
１３  カソード側空間を構成する筐体
１４，１５  空気パイプ
１６  アノード側空間を構成する筐体
１７  ガス排出パイプ
【図１】
2007126327.tif 000003
【図２】
2007126327.tif 000004
【図３】
2007126327.tif 000005