(57)【要約】【課題】本発明は、周知の電気触媒ハニカムにある、製造コストが高く且つ高い含塵率の排気ガスを処理する際、ダスト粒子によって詰まり易いという課題を解決することにある。【解決手段】本発明は、富化燃焼排気ガスを浄化するために用いる、排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレートであって、前記電気化学ダブルセルプレートは、金属或いは合金からなる基板と、固体酸化物層と、陰極層と、辺縁層とを包括し、前記辺縁層と前記固体酸化物層とは前記基板を被覆して密封し、且つ第一高密度マイクロ構成と第二高密度マイクロ構成とをそれぞれ有し、前記陰極層は、前記固体酸化物層を完全に被覆し、且つ多孔性材質からなり、酸化性雰囲気を有し、前記還元性と前記酸化性雰囲気とは前記基板と前記陰極層との間に起電力を発生させることで、前記富化燃焼排気ガス中にある硫黄酸化物及び窒素酸化物の分解反応を促進し、硫黄蒸気、酸素及び窒素を形成している。【選択図】図２
2016013545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
富化燃焼排気ガスを浄化するために用いる、排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレートであって、
頂面と、前記頂面に相対する底面と、前記頂面と前記底面との間に接続する側面とを包括する外部表面を有し、金属或いは合金からなり、還元性を呈する基板と、
第一高密度マイクロ構成を有し、前記頂面と前記底面とを被覆する固体酸化物層と、
第二高密度マイクロ構成を有し、且つ前記固体酸化物層と前記外部表面を密封し、前記側面を被覆する辺縁層と、
多孔性材質からなり、前記富化燃焼排気ガスと接触して酸化性雰囲気を有し、前記固体酸化物層を被覆する陰極層と、を包括し、
そのうち、前記還元性と前記酸化性雰囲気とは、前記基板と前記陰極層との間に起電力を発生し、前記陰極層に前記基板の前記頂面に対応する第一反応面を及び前記基板の前記底面に対応する第二反応面を形成することで、前記起電力は、前記富化燃焼排気ガス中にある硫黄酸化物及び窒素酸化物を前記第一反応面及び前記第二反応面で分解反応を行い、硫黄蒸気、酸素及び窒素を形成することを特徴とする排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート。
【請求項２】
前記固体酸化物層の材質は、蛍石型構造の金属酸化物、ペロブスカイト型構造の金属酸化物、或いはその組合せからなる群のいずれかとすることを特徴とする請求項１に記載の排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート。
【請求項３】
前記辺縁層の材質は、ガラス、或いはセラミックのいずれかとすることを特徴とする請求項１に記載の排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート。
【請求項４】
前記陰極層の材質は、ペロブスカイト型構造の金属酸化物、蛍石型構造の金属酸化物、金属を加えたペロブスカイト型構造の金属酸化物、金属を加えた蛍石型構造の金属酸化物、或いはその組合せからなる群のいずれかとすることを特徴とする請求項１に記載の排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート。
【請求項５】
前記固体酸化物層と前記陰極層との接続を促進するため、前記固体酸化物層と前記陰極層との間に設置する界面層をさらに包括することを特徴とする請求項１に記載の排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート。
【請求項６】
前記界面層の材質は、蛍石型構造の金属酸化物、ペロブスカイト型構造の金属酸化物、或いはその組合せからなる群のいずれかとすることを特徴とする請求項５に記載の排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート。
【請求項７】
前記頂面及び前記底面は、平行して水平方向に延在することで、前記基板を平面状に形成することを特徴とする請求項１に記載の排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート。
【請求項８】
前記頂面は、水平方向に沿って複数の上凹部及び前記上凹部に近接する複数の上凸部を形成し、且つ前記底面は、水平方向に沿って複数の下凹部及び前記下凹部に近接する複数の下凸部を形成することを特徴とする請求項１に記載の排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート。
【請求項９】
前記基板の前記外部表面と前記固体酸化物層との間に設置することで、前記基板と前記固体酸化物層との間の相互作用を促進し、金属或いは合金からなる粉末層をさらに包括することを特徴とする請求項１に記載の排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート。
【請求項１０】
富化燃焼排気ガスを浄化するために用いる、排気ガスの排出を制御する電気化学装置であって、
複数の前記排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレートと、
前記富化燃焼排気ガスを流入させるための流入口、前記富化燃焼排気ガスを流出させるための流出口、及び前記流入口と前記流出口との間に設ける収容スペースを包括するフレームと、を包括し、
そのうち、前記排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレートは、間隔を置いて前記収容スペース内に設置し、前記排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート同士の間に、富化燃焼排気ガスが流れ込み、前記第一反応面及び前記第二反応面に接触する通路を形成することを特徴とする排気ガスの排出を制御する電気化学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学ダブルセルプレート及び装置であって、特に排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大気汚染の原因である排気ガスは、通常、窒素酸化物（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  Ｏｘｉｄｅｓ，ＮＯｘ）、硫黄酸化物（Ｓｕｌｆｕｒ  Ｏｘｉｄｅｓ，ＳＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素化合物（Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ，ＨＣｓ）及び粒状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ，ＰＭ）等を包括しており、そのうち、自動車や工場、発電所から排出される硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、人体の健康に対して多大な影響を及ぼすことがすでに研究によって示されており、このため、産業界や学界は、長年にわたって、排気ガス中の硫黄酸化物を有効的に除去する技術を模索し続けている。
【０００３】
例えば、自動車は、その排気ガスの排出基準が年々厳しくなっているが、車両の数量もまた年々増加していることから、自動車が排出する排気ガスによって起こる大気汚染の問題は、依然として日に日に肥大している。通常、自動車のエンジンの運転は、異なる形式の燃料をシリンダにおいて燃焼することで熱エネルギーを放出し、伝達馬力を発生している。しかし、燃焼過程において発生した排気ガスは、通常、窒素酸化物（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  Ｏｘｉｄｅｓ，ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素化合物（Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ，ＨＣｓ）及び粒状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ，ＰＭ）等の有害汚染物質を包括しており、これ等物質は、光化学スモッグ（Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｍｏｇ）を形成するだけでなく、酸性雨を引き起こし、さらに生態環境を破壊し、健康に被害を及ぼしている。
【０００４】
そのうち、一酸化炭素は、エンジンの不完全燃焼によって発生するものであって、ヘモグロビンと結合して一酸化炭素ヘモグロビン（ＣＣＨｂ）になる能力は、ヘモグロビンと酸素とが結合してなる酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）の３００倍であるため、大気中における一酸化炭素の濃度が高いと、ヘモグロビンの酸素を体内に送る機能に影響を及ぼしており、窒素酸化物は、窒素と酸素とが結合することによって発生するものであって、主に、一酸化窒素（ＮＯ）或いは二酸化窒素（ＮＯ２）の形式で排出され、炭化水素化合物と紫外線を照射されることで反応が発生し、有毒な光化学スモッグを形成し、また、この有毒な光化学スモッグは、特殊な臭いがし、目等を刺激したり、植物に被害をもたらしたりし、大気の可視性を低下させると共に、炭化水素化合物は大気中の水分と反応して酸性雨の成分である硝酸及び亜硝酸を形成しており、炭化水素化合物の濃度が低い時は、呼吸系を刺激し、濃度が高くなると、中枢神経系の働きに影響を及ぼしており、粒状物質も健康に害をもたらし、さらには癌の発生を引き起こしている。
【０００５】
このため、ＥＵや日本、アメリカ等の先進各国は、ＢＩＮ５やＥＵＲＯ６等の厳格な排気ガス排出基準を制定し、窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素化合物及び粒状物質等の排気ガスの排出について基準を設けることで、有害ガスの排出を制御して減少を図ると同時に、当該業者に最新の汚染防止技術を用いる製品の製造、開発及び取り組みを奨励している。
【０００６】
例えば、特許文献１の「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｃｅｌｌ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ＮＯｘ  ｉｎ  ａｎ  Ｏ２−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｅｘｈａｕｓｔ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ」において、窒素酸化物のみを除去する装置が掲示されており、電気化学触媒の還元反応を利用し、五酸化バナジウム（Ｖａｎａｄｉｕｍ  Ｐｅｎｔａｏｘｉｄｅ，Ｖ２Ｏ５）触媒と合わせて窒素酸化物を窒素に転化するように触媒することを補助している。しかし、上述した前記装置は、電源を供給し、前記装置中にある電気化学セルを働かさなければならず、エネルギーを消費するだけでなく、排気ガス中にある様々な有害ガスを同時に除去することが達成できない。
【０００７】
このため、特許文献２の「Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ  ｆｏｒ  ｅｘｈａｕｓｔ  ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ」において、排気ガスの排出を制御する電気触媒ハニカムが掲示されており、排気ガス中にある窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素化合物及び粒状物質を浄化するために用いることができ、そのうち、窒素酸化物は、窒素と酸素とに分解され、一酸化炭素、炭化水素化合物及び粒状物質は、二酸化炭素と水とに酸化されている。このことから、前記電気触媒ハニカムは、その他にエネルギー及び還元性ガスを消費せずに、様々な汚染物質を浄化することができる。しかし、前記電気触媒ハニカムは、その製造コストが高く且つ高い含塵率の排気ガスを処理する際、ダスト粒子によって詰まり易い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許公告第ＵＳ５，４０１，３７２号公報
【特許文献２】米国特許公告第ＵＳ９，０２８，７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本願発明の主要な目的は、周知の電気触媒ハニカムにある、製造コストが高く且つ高い含塵率の排気ガスを処理する際、ダスト粒子によって詰まり易いという課題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するため、本発明は、富化燃焼排気ガスを浄化するために用いる、排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレートであって、頂面と、前記頂面に相対する底面と、前記頂面と前記底面との間に接続する側面とを包括する外部表面を有し、金属或いは合金からなり、還元性を呈する基板と、第一高密度マイクロ構成を有し、前記頂面と前記底面とを被覆する固体酸化物層と、第二高密度マイクロ構成を有し、且つ前記固体酸化物層と前記外部表面を密封し、前記側面を被覆する辺縁層と、多孔性材質からなり、前記富化燃焼排気ガスと接触して酸化性雰囲気を有し、前記固体酸化物層を被覆する陰極層と、を包括し、そのうち、前記還元性と前記酸化性雰囲気とは、前記基板と前記陰極層との間に起電力を発生し、前記陰極層に前記基板の前記頂面に対応する第一反応面を及び前記基板の前記底面に対応する第二反応面を形成することで、前記起電力は、前記富化燃焼排気ガス中にある硫黄酸化物及び窒素酸化物を前記第一反応面及び前記第二反応面で分解反応を行い、硫黄蒸気、酸素及び窒素を形成している。
【００１１】
また、上述した目的を達成するため、本発明は、富化燃焼排気ガスを浄化するために用いる、排気ガスの排出を制御する電気化学装置であって、複数の前記排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレートと、前記富化燃焼排気ガスを流入させるための流入口、前記富化燃焼排気ガスを流出させるための流出口、及び前記流入口と前記流出口との間に設ける収容スペースを包括するフレームと、を包括し、そのうち、前記排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレートは、間隔を置いて前記収容スペース内に設置し、前記排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート同士の間に、富化燃焼排気ガスが流れ込み、前記第一反応面及び前記第二反応面に接触する通路を形成している。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明に係る前記排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレートは、前記基板を構成の基礎とし、前記基板上に前記固体酸化物層、前記陰極層及び前記辺縁層を順次積層することで完成するため、作製することが容易であるという利点を有し、前記基板は、前記固体酸化物層及び前記陰極層を積層する機能を有するだけでなく、前記基板が呈する還元性によって、前記基板に陽極特性を兼ね備えており、且つ周知の電気触媒ハニカム装置は、製造が困難な上、コストが高いハニカム状構成が必要なのに対して、前記基板は、単純な平面状の材料であることから、本発明は、コストを従来より低く抑えることができるという利点をさらに有しており、また、前記電気化学装置において、前記排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレートは、間隔を置いて前記収容スペース内に設置し、前記排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート同士の間に、富化燃焼排気ガスを流すための通路を形成し、ダスト粒子によって詰まることを防ぐことから、前記電気化学ダブルセルプレートを用いる電気化学装置は、高い含塵率の排気ガスを処理することができる特徴をさらに有している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る第一実施例の外観を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明に係る第二実施例の構成を示す断面図である。
【図４】本発明に係る第三実施例の外観を示す斜視図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本発明に係る第四実施例の外観を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る第五実施例の外観を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、富化燃焼排気ガスを浄化するために用いる、排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレートであって、本発明において、富化燃焼排気ガスは、硫黄酸化物（Ｓｕｌｆｕｒ  Ｏｘｉｄｅ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素化合物（Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ，ＨＣｓ）或いは粒状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ，ＰＭ）等を含む排気ガスを指しており、自動車が排出する排気ガス、工場の稼働で発生する排気ガス及び発電所が排出する排気ガス、又はバイオガス雰囲気等を包括するが限定するものではない。本発明に係る技術をより明白にするため、発電所が排出する富化燃焼排気ガスで説明する。
【００１５】
本発明に係る第一実施例の外観を示す斜視図である図１及びそのＡ−Ａ線断面図である図２を参照すると、本発明は、富化燃焼排気ガス２０を浄化するために用いる、排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート１０であって、前記電気化学ダブルセルプレート１０は、基板１１と、固体酸化物層１２と、辺縁層１３と、陰極層１４とを包括し、前記基板１１は、頂面１１２と、前記頂面１１２に相対する底面１１３と、前記頂面１１２と前記底面１１３との間に接続する側面１１４とを包括する外部表面１１１を有し、また、前記基板１１は、金属或いは合金からなり、還元性を呈しており、本実施例において、前記頂面１１２及び前記底面１１３は、平行して水平方向に延在することで、前記基板１１を平面状に形成している。また、本発明において、前記基板１１は、前記固体酸化物層１２及び前記陰極層１４を積層する機能を有するだけでなく、前記基板１１が呈する前記還元性によって、前記基板１１に陽極特性を兼ね備えている。
【００１６】
前記固体酸化物層１２は、前記頂面１１２と前記底面１１３とを被覆し、第一高密度マイクロ構成を有しており、前記辺縁層１３は、前記側面１１４を被覆し、第二高密度マイクロ構成を有し、且つ前記固体酸化物層１２と前記外部表面１１１を密封することで、前記基板１１の前記還元性を維持している。前記固体酸化物層１２の材質は、例えば蛍石型構造のイットリア安定化ジルコニア、安定化ジルコニア、蛍石型構造のガドリニウムドープセリア（Ｇａｄｏｌｉｎｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  Ｃｅｒｉａ、ＧＤＣ）、ドープセリア、ペロブスカイト型構造のストロンチウム/マグネシウムドープランタンガレート（Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ／Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  Ｌａｎｔｈａｎｕｍ  Ｇａｌｌａｔｅ）、ドープランタンガレートというような、蛍石型構造の金属酸化物、或いはペロブスカイト型構造の金属酸化物のいずれかとすることができる。前記辺縁層１３の材質は、ガラス、或いはセラミックのいずれかとすることができる。
【００１７】
前記陰極層１４は、前記固体酸化物層１２を被覆し、前記富化燃焼排気ガス２０と接触して酸化性雰囲気を有し、多孔性材質からなるため多くの孔洞を有し、例えば、ペロブスカイト型構造のランタンストロンチウムコバルト酸化物、ランタンストロンチウムマンガン酸化物、ランタンストロンチウムコバルト酸化物及びガドリニウムドープセリアの組合せ、ランタンストロンチウムマンガン酸化物及びガドリニウムドープセリアの組合せというような、ペロブスカイト型構造の金属酸化物、蛍石型構造の金属酸化物、金属を加えたペロブスカイト型構造の金属酸化物、或いは金属を加えた蛍石型構造の金属酸化物のいずれかとすることができる。
【００１８】
本発明において、前記基板１１の前記還元性と前記陰極層１４の前記酸化性雰囲気は、前記基板１１と前記陰極層１４との間に起電力を発生し、前記陰極層１４に前記富化燃焼排気ガス２０と接触する第一反応面１４１及び第二反応面１４２を形成し、前記第一反応面１４１は、前記基板１１の前記頂面１１２に対応し、前記第二反応面１４２は、前記基板１１の前記底面１１３に対応している。これにより、前記起電力は、前記富化燃焼排気ガス２０中にある硫黄酸化物及び窒素酸化物を前記第一反応面１４１及び前記第二反応面１４２で分解反応を行うことを促し、硫黄蒸気、酸素及び窒素を形成することにより、排気ガスを制御する効果を達している。なお、本願発明に係る排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレートは、前記基板１１の上下両側に前記固体酸化物層１２と前記陰極層１４とそれぞれ一組ずつの電気化学セルを形成し、二組の電気化学セルがあることを示している。
【００１９】
次に、本発明を実際に使用する際の化学反応及びその過程について、本発明に係る第二実施例の構成を示す断面図である図３を参照すると、第二実施例において、前記電気化学ダブルセルプレート１０は、界面層１５及び粉末層１６をさらに包括することができ、前記界面層１５は、前記固体酸化物層１２と前記陰極層１４との接続を促進するため、前記固体酸化物層１２と前記陰極層１４との間に設置し、例えば、蛍石型構造のガドリニウムドープセリアというような、蛍石型構造の金属酸化物或いはペロブスカイト型構造の金属酸化物のいずれかとすることができる。前記粉末層１６は、前記基板１１の前記外部表面１１１と前記固体酸化物層１２との間に設置し、且つ還元性を呈する材料であって、前記粉末層１６を前記基板１１と前記固体酸化物層１２と充分に接触することで、前記基板１１と前記固体酸化物層１２との間の相互作用（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）を有効的に促進し、前記固体酸化物層１２に前記基板１１の前記還元性を作用（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ）させ、前記基板１１と前記固体酸化物層１２との間の還元性接触を促進させ、且つ前記基板１１も陽極面、即ち前記頂面１１２及び前記底面１１３の還元性を増加させるため、前記起電力の発生を促進している。
【００２０】
次に、本発明に係る第三実施例の外観を示す斜視図である図４及びそのＢ−Ｂ線断面図である図５を参照すると、第三実施例において、前記頂面１１２は、水平方向に沿って複数の上凹部１１２１及び前記上凹部１１２１に近接する複数の上凸部１１２２を形成し、且つ前記底面１１３は、水平方向に沿って複数の下凹部１１３１及び前記下凹部１１３１に近接する複数の下凸部１１３２を形成し、これにより、前記電気化学ダブルセルプレート１０が同じ長さと幅とを有する条件下において、上述した第一実施例及び第二実施例と比較すると、前記第三実施例は、前記基板１１が波状を呈し、前記陰極層１４の前記第一反応面１４１及び前記第二反応面１４２は、より大きな面積を有することとなるため、前記富化燃焼排気ガス２０を処理する効率がさらに向上している。
【００２１】
次に、本発明に係る第四実施例の外観を示す斜視図である図６を参照すると、第四実施例は、排気ガスの排出を制御する電気化学装置であって、前記排気ガスの排出を制御する電気化学装置は、複数の前記排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート１０と、フレーム３０とを包括し、前記フレーム３０は、前記富化燃焼排気ガス２０を流入させるための流入口３１、前記富化燃焼排気ガス２０を流出させるための流出口３２、及び前記流入口３１と前記流出口３２との間に設ける収容スペース３３を包括し、前記電気化学ダブルセルプレート１０は、間隔を置いて前記収容スペース３３内に設置し、前記電気化学ダブルセルプレート１０同士の間に、前記富化燃焼排気ガス２０が前記流入口３１から前記電気化学ダブルセルプレート１０に流れ込み、前記第一反応面１４１及び前記第二反応面１４２に接触した後、前記流出口３２より流れ出るための少なくとも一つの通路を形成している。また、第四実施例において、前記電気化学ダブルセルプレート１０の設置方向は、前記第一反応面１４１及び前記第二反応面１４２の平面方向を前記富化燃焼排気ガス２０の流動方向に平行になるようにすることで、前記富化燃焼排気ガス２０は、前記第一反応面１４１及び前記第二反応面１４２との間に最も大きな接触面積を得ることができる。本発明に係る第四実施例に基づくと、前記富化燃焼排気ガス２０は、多くの第一反応面１４１及び前記第二反応面１４２の表面を通過することから、排気ガスの浄化をより有効的に行うことができる。
【００２２】
次に、本発明に係る第５実施例の外観を示す斜視図である図７を参照すると、本発明は、波状に呈する前記基板１１からなる前記電気化学ダブルセルプレート１０と平面状を呈する前記基板１１からなる前記電気化学ダブルセルプレート１０とを併せて用いることもでき、互いに交錯して設置し、前記化学ダブルセルプレート１０の間に複数の流路を形成している。第五実施例において、前記富化燃焼排気ガス２０が前記電気化学装置に流れ込む方向は図７のとおりであって、同じ体積条件下において、図６に示す第４実施例と比較すると、第五実施例における前記富化燃焼排気ガス２０と前記陰極層１４との接触面積は、第四実施例より大きく、効率はさらに好ましい。
【００２３】
次に、前記電気化学ダブルセルプレート１０と前記排気ガスの排出を制御する電気化学装置とを前記富化燃焼排気ガス２０の処理に用いる際の化学反応及びその原理について、詳しく説明するが、前記電気化学ダブルセルプレート１０の使用のみを例として説明するものであって、当該分野において通常の知識を有する者であれば、上述した電気化学装置に応用することもできる、と理解することができる。上述したとおり、前記富化燃焼排気ガス２０は、硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素化合物及び粒状物質等の成分を包括し、本発明に係る前記富化燃焼排気ガス２０に対する浄化反応は、主に、窒素酸化物の除去と、一酸化炭素、炭化水素化合物及び粒状物質の除去と、硫黄酸化物の除去と、三つの部分に分けて行っている。
【００２４】
窒素酸化物の除去について、窒素酸化物は、主に、一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ２）とがあり、一酸化窒素は、前記陰極層１４の前記第一反応面１４１及び前記第二反応面１４２で分解反応を発生して窒素と酸素を生成することができ、その化学反応式は、
２ＮＯ→Ｎ２＋Ｏ２            （ａ）であって、
二酸化窒素は、前記陰極層１４の前記第一反応面１４１及び前記第二反応面１４２で分解反応を発生して一酸化窒素を生成することができ、その化学反応式は、
２ＮＯ２→２ＮＯ＋Ｏ２        （ｂ）である。
化学反応式（ｂ）で生成された一酸化窒素は、再び、前記陰極層１４の前記第一反応面１４１及び前記第二反応面１４２で分解反応を発生して窒素と酸素を生成することができる。
【００２５】
前記基板１１の前記還元性と前記陰極層１４の前記酸化性雰囲気とが前記基板１１及び前記陰極層１４において異なる平衡酸素分圧（Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｐａｒｔｉａｌ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を発生することで、前記基板１１と前記陰極層１４との間で起電力（Ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ  Ｆｏｒｃｅ，ｅ．ｍ．ｆ．）を発生させ、前記富化燃焼排気ガス２０中にある窒素酸化物を前記陰極層１４で分解反応を行うことを促し、窒素及び酸素を形成しており、前記起電力は、
ｅ．ｍ．ｆ．＝[（ＲＴ）／（４Ｆ）]・ｌｎ［（ＰＯ２｜Ｃａｔｈｏｄｅ）／（ＰＯ２｜Ａｎｏｄｅ）］        （ｃ）の原理で発生しており、そのうち、Ｒは気体定数（Ｇａｓ  Ｃｏｎｓｔａｎｔ）、Ｔは絶対温度、Ｆはファラデー定数（Ｆａｒａｄａｙ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）、ＰＯ２は平衡酸素分圧を表している。金属或いは合金からなる前記基板１１は還元性物質であるため、極めて低い平衡酸素分圧を有する環境を陽極面に発生することから、大きな起電力を発生している。異なる還元性化合物は、陽極面において、異なる平衡酸素分圧となり、異なる起電力を発生している。陰極面は、異なる酸素濃度によって異なる平衡酸素分圧値を対応し、異なる起電力も発生し、つまり、陰極面に位置する前記富化燃焼排気ガス２０中にある酸素含量が多ければ多い程、起電力が大きくなり、起電力が大きければ大きい程、窒素酸化物を分解する反応速度が促進されて速くなる。
【００２６】
一酸化炭素、炭化水素化合物及び粒状物質の除去について、前記富化燃焼排気ガス２０は酸素富化状態であることから、前記陰極層１４によって酸化を触媒して無外ガスに生成することができ、そのうち、前記富化燃焼排気ガス２０中にある一酸化炭素は二酸化炭素に、炭化水素化合物及び炭素（Ｃ）を含む粒状物質は二酸化炭素及び水に酸化することができ、その化学反応式は、それぞれ、
２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２                  （ｄ）、
ＨＣｓ＋Ｏ２→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２            （ｅ）、
Ｃ＋Ｏ２→  ＣＯ２                      （ｆ）、である。
【００２７】
このため、本願発明は、起電力を介して分解反応を促進して窒素酸化物の除去を行い、さらに、酸化反応を介して一酸化炭素、炭化水素化合物及び粒状物質の除去を行い、前記富化燃焼排気ガス２０の有害成分を有効に除去している。
【００２８】
硫黄酸化物の除去の除去について、前記富化燃焼排気ガス２０をまず２００℃以下の第一温度まで冷却した後、前記電気化学ダブルセルプレート１０を通過し、前記基板１１の前記還元性と前記富化燃焼排気ガス２０の酸素雰囲気とで前記基板１１と前記陰極層１４との間に起電力を発生することで、前記富化燃焼排気ガス２０中にある硫黄酸化物を前記陰極層１４で分解反応を促進し、硫黄蒸気及び酸素に分解し、その後、前記電気化学ダブルセルプレート１０から離れた前記硫黄蒸気を再度冷却し、前記硫黄蒸気を硫黄結晶体に転換してこれを収集している。上述した方法は、
ＳＯ３→ＳＯ２＋Ｏ２              （ｇ）、
２ＳＯ２→Ｓ２（ｇ）＋２Ｏ２          （ｈ）、
４Ｓ２（ｇ）→Ｓ８（ｇ）                （ｉ）、の化学反応式に基づくものである。
【００２９】
前記富化燃焼排気ガス２０にある硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、主に、二酸化硫黄（ＳＯ２）及び微量の三酸化硫黄（ＳＯ３）があり、前記富化燃焼排気ガス２０にある三酸化硫黄（ＳＯ３）が前記陰極層１４に接触すると、前記陰極層１４において、化学反応式（ｇ）が発生し、二酸化硫黄（ＳＯ２）及び酸素（Ｏ２）を生成し、前記硫黄酸化物（ＳＯｘ）中にある二酸化硫黄（ＳＯ２）或いは微量の三酸化硫黄（ＳＯ３）が分解されて得た二酸化硫黄はというと、前記陰極層１４において、化学式反応式（ｈ）が発生し、硫黄蒸気（Ｓ２）及び酸素（Ｏ２）を生成している。硫黄蒸気（Ｓ２）は、前記電気化学ダブルセルプレート１０において、硫黄蒸気（Ｓ８）にさらに結合することができ、化学反応式（ｉ）のように、本発明の２００℃の反応条件下において、十分に結合することができる。そのうち、分解反応は、化学反応式（ｇ）と化学反応式（ｈ）である。前記硫黄蒸気（Ｓ８）が前記電気化学ダブルセルプレート１０から離れた後、前記硫黄蒸気（Ｓ８）を冷却すると、固体硫黄結晶体に凝集されて収集することで、硫黄酸化物の除去を完了し、固体硫黄結晶体を収集することができる。
【００３０】
なお、上述した内容は、本発明を詳しく説明するためのものであって、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明に係る請求範囲に基づいて行った変更及び修正は、本発明の請求範囲に属するものである。
【符号の説明】
【００３１】
１０          排気ガスの排出を制御する電気化学ダブルセルプレート
１１          基板
１１１        外部表面
１１２        頂面
１１２１      上凹部
１１２２      上凸部
１１３        底面
１１３１      下凹部
１１３２      下凸部
１１４        側面
１２          固体酸化物層
１３          辺縁層
１４          陰極層
１４１        第一反応面
１４２        第二反応面
１５          界面層
１６          粉末層
２０          富化燃焼排気ガス
３０          フレーム
３１          流入口
３２          流出口
３３          収容スペース
３４          通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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