排ガス排出制御用電気触媒管
【課題】廃ガス排出制御用電気触媒管の提供。
【解決手段】排ガス排出制御用電気触媒管は、富酸素燃焼排ガスの浄化に用いられ、電気触媒管は、管体、アノード層及びカソード層を包含し、該管体は固体酸化物層で構成され、該固体酸化物層は密封チャンバ、密封チャンバの内壁面及び外壁面を具え、該アノード層と該カソード層は該内壁面と該外壁面に設置される。該密封チャンバは還元性環境を具え、該富酸素燃焼排ガスの酸化性環境が、該アノード層とカソード層の間に電動勢を発生させ、該カソード層における該富酸素燃焼排ガス中の窒素酸化物を浄化する触媒分解反応を促進する。本発明は既存の電気化学触媒変換器と比べて、よりシンプルで小体積であり、製造コストが低い。
【解決手段】排ガス排出制御用電気触媒管は、富酸素燃焼排ガスの浄化に用いられ、電気触媒管は、管体、アノード層及びカソード層を包含し、該管体は固体酸化物層で構成され、該固体酸化物層は密封チャンバ、密封チャンバの内壁面及び外壁面を具え、該アノード層と該カソード層は該内壁面と該外壁面に設置される。該密封チャンバは還元性環境を具え、該富酸素燃焼排ガスの酸化性環境が、該アノード層とカソード層の間に電動勢を発生させ、該カソード層における該富酸素燃焼排ガス中の窒素酸化物を浄化する触媒分解反応を促進する。本発明は既存の電気化学触媒変換器と比べて、よりシンプルで小体積であり、製造コストが低い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の電気触媒管に係り、特に一種の、排ガス排出制御に用いられ、並びに有効に窒素酸化物、一酸化炭素、炭素水素化合物及び粒状物を還元する電気触媒管に関する。
【背景技術】
【０００２】
清浄な空気は、人類生活の基本要件の一つであり、きれいで汚染されていない空気を呼吸することで、人類の安定した健康な生存を確保できる。テクノロジーがますます進歩し、経済の迅速な発展がもたらされたが、交通工具及び林立する各種の工場からの排ガスにより、大気汚染が引き起こされ、人類生活の空気品質に対する影響がはなはだ大きくなっている。そのうち、重工業の工場と機動車両は、多くの汚染物質の主要なソースである。
【０００３】
機動車両を例に挙げると、機動車両の排出基準は不断に引き上げられているが、車両数量が不断に増加し、車両の排出する排ガスのもたらす空気汚染問題は、日増しに増加している。一般に、機動車両のエンジンの運転は、異なる形式の燃料を、シリンダ内で燃焼させて熱エネルギーを放出し、並びに動力を伝送する。しかし、燃焼の過程中に、発生する排ガスは、通常、窒素酸化物（ＮＯx）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素化合物（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ，ＨＣs）、粒状物（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ，ＰＭ）等の有害汚染物を包含し、これらの物質は、光化学スモッグ（ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｍｏｇ）を形成し得るのみならず、オゾン層を破壊し、温室効果の悪化を加速し、酸性雨等を引き起こし、ひいては生態環境を破壊し、人体の健康に危害を及ぼす。
【０００４】
そのうち、一酸化炭素は、エンジンの不完全燃焼により発生し、それがヘモグロビンと結合して一酸化炭素ヘモグロビン（ＣＯＨｂ）を形成する能力は、ヘモグロビンが酸素と結合して酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2）を形成する能力の３００倍であり、ゆえに、空気中の一酸化炭素濃度が高すぎる時、ヘモグロビンの酸素ガスを輸送する機能に影響が生じる。
【０００５】
窒素酸化物は、窒素ガスと酸素ガスの化合により形成され、おもに、一酸化窒素（ＮＯ）或いは二酸化窒素（ＮＯ2）の形式で排出され、炭素水素化合物は紫外線照射後に、反応を発生して有毒な光化学スモッグを形成し、特殊な臭いを有し、眼を刺激し、植物を傷つけ、並びに大気の見晴らしを悪くし、且つ窒素酸化物と空気中の水が反応すると硝酸及び亜硝酸を形成し、それは酸性雨の成分である。
【０００６】
炭素水素化合物は低濃度の時には呼吸システムを刺激し得て、濃度が高くなると、中枢神経系の運動機能に影響を与える。粒状物もまた人体の健康に危害を及ぼし得て、ひいては癌の発生を引き起こす。
【０００７】
これにより、台湾或いはヨーロッパ、日本、米国等の先進国はいずれも、厳格な排気ガス排出基準を設ける傾向にある（たとえば、米国のＢＩＮ５及びヨーロッパのＥＵＲＯ６）。窒素酸化物、一酸化炭素、炭素水素化合物及び粒状物等の排出に対して、基準を制定し、これにより、有害ガスの排出を制御並びに減少するとともに、業者に対し、最新の汚染防御技術の製品の製造、研究開発、使用を奨励している。
【０００８】
特許文献１の「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｃｅｌｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ＮＯx ｉｎ ａｎ Ｏ2−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｅｘｈａｕｓｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎ」には、一種の、単独の窒素酸化物除去の装置が記載され、それは、電気化学触媒還元反応に、５酸化２バナジウム（ｖａｎａｄｉｕｍ ｐｅｎｔａｏｘｉｄｅ，Ｖ2Ｏ5）触媒反応を組合せ、窒素酸化物を窒素ガスに転化させている。
【０００９】
しかし、上述の装置は、余分の電源供給を行って、該装置中の電気化学電池を動作させなければならず、このためにエネルギー資源を消費し且つ同時に排ガス中の多種類の有害ガスを除去する目標を達成することはできない。
【００１０】
特許文献２の「ＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ−ＣＡＴＡＬＹＴＩＣ ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ ＦＯＲ ＥＸＨＡＵＳＴ ＥＭＩＳＳＩＯＮ ＣＯＮＴＲＯＬ」には、排ガス中の、窒素酸化物（ＮＯx）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭素水素化合物（ＨＣs）及び粒状物（ＰＭ）の電気化学触媒転化器が記載されており、該電気化学触媒転化器は、電池モジュールを包含し、そのうちの窒素酸化物は、電気化学促進分解により窒素ガスと酸素ガスを形成し、一酸化炭素、炭素水素化合物と粒状物は、酸化触媒反応により二酸化炭素と水を形成し、同時に多種類の有害ガスを除去する効果を達成する。
【００１１】
上述の電気化学触媒転化器は、電動勢発生を受け持つ還元ガス循環システムにより、還元ガスのクローズ式循環を進行し、製造上の生産コストを増加し、且つ該転化器は積み重ねて十分に小体積の装置となして自動車で使用できるようにすることは容易でない。このため改善の必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許公告第５４０１３７２号
【特許文献２】米国特許出願第１３０３７６９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の主要な目的は、周知の気体を浄化する電気化学触媒転化器の、製造コストが高く、体積が十分には小さくないという問題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の発明は、排ガス排出制御用電気触媒管において、富酸素燃焼排ガスの浄化に用いられ、該電気触媒管（１）の特徴は、
管体であって、固体酸化物層（１０）で構成され、該固体酸化物層（１０）は緻密マイクロ構造とされ、並びに還元性環境を内部に有する密封チャンバ（１１）、該密封チャンバ（１１）内に位置する内壁面（１２）、及び該密封チャンバ（１１）外に位置する外壁面（１３）を包含する、上記管体と、
アノード層（２０）とカソード層（３０）であって、それぞれ該固体酸化物層（１０）の該内壁面（１２）及び該外壁面（１３）に設置され、該アノード層（２０）は、第１の多孔性材料で組成され、該カソード層（３０）は第２の多孔性材料で組成され、酸化性環境を有する該富酸素燃焼排ガスを浄化する、上記アノード層（２０）と上記カソード層（３０）と、
を包含し、そのうち、該還元性環境と該酸化性環境が該アノード層（２０）と該カソード層（３０）の間に電動勢を発生し、該富酸素燃焼排ガス中の窒素酸化物の、該カソード層（３０）における分解反応を促進し、窒素ガスと酸素ガスを形成することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該アノード層（２０）は複数の、炭化物種を付着させる孔を有することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該密封チャンバ（１１）内に、ある材料が含有され、該材料は、炭化物種で構成された根基群、還元性気体、不活性ガス及びそれらを組み合わせてなる群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該密封チャンバ（１１）は、大気圧より低い圧力を有することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該固体酸化物層（１０）の材料は、蛍石構造金属酸化物、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物及びその組合せからなる群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該アノード層（２０）の材料は、ニッケル及び蛍石構造金属酸化物で構成されたセルメット、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、蛍石構造金属酸化物、金属を加えたカルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、金属を加えた蛍石構造金属酸化物及びそれらを組み合わせて構成された群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該カソード層（３０）の材料は、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、蛍石構造金属酸化物、金属を加えたカルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、金属を加えた蛍石構造金属酸化物及びそれらを組み合わせて構成された群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項８の発明は、請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、さらに、酸化触媒層（４０）を包含し、該酸化触媒層（４０）は、該カソード層（３０）に付着することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項９の発明は、請求項８記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該酸化触媒層（４０）の材料は、金属、合金、蛍石構造金属酸化物、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物及びその組合せからなる群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
【発明の効果】
【００１５】
上述の目的を達成するため、本発明は富酸素燃焼排ガスを浄化するための、一種の排ガス排出制御用電気触媒管を提供し、該電気触媒管は、管体、アノード層及びカソード層を包含する。
【００１６】
該管体は固体酸化物層で構成され、該固体酸化物層は緻密マイクロ構造とされ、並びに、還元性環境を内に具えた密封チャンバ、該密封チャンバ内に位置する内壁面及び該密封チャンバ外に位置する外壁面を具えている。該アノード層と該カソード層はそれぞれ該固体酸化物層の該内壁面と該外壁面に設置される。
【００１７】
そのうち、該アノード層は、第１の多孔性材料で組成され、該カソード層は第２の多孔性材料で組成され、酸化性環境を具えた該富酸素燃焼排ガスを浄化する。
【００１８】
これにより、該還元性環境と該酸化性環境が、該アノード層及び該カソード層の間に電動勢を発生させ、該富酸素燃焼排ガス中の窒素酸化物の、該カソード層における分解反応を促進し、窒素ガスと酸素ガスを形成させ、該富酸素燃焼排ガス中の窒素酸化物を浄化する触媒分解反応を進行する。該酸化性環境は、該富酸素燃焼排ガス中の一酸化炭素、炭素水素化合物と粒状物の触媒酸化反応を促進する。
【００１９】
本発明中、該電気触媒管は、積み重ねられて、ハニカム状構造を形成し得て、先進の電気触媒転換器を形成する。該ハニカム状構造は、非常に精密シンプルな構成でサイズが小さく、その他の積み重ね構造と比較すると、最も少量の材料を使用する。これにより、本発明は既存の電気化学触媒転換器と比較すると、精密でシンプルな構造と比較的低い製造コストという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施例の外観立体図である。
【図２】本発明の第１実施例の局部断面図である。
【図３】本発明の第２実施例の組合せ表示図である。
【図４】本発明の第３実施例の外観立体図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的を詳細に説明するため、以下に実施例を挙げ並びに図面を組み合わせて説明する。
【００２２】
図１及び図２に示されるのは、それぞれ本発明の第１実施例の外観立体図及び局部断面図である。本発明の廃ガス排出制御用電気触媒管（１）は、富酸素燃焼排ガスを浄化するのに用いられる。該富酸素燃焼排ガスは、窒素酸化物（ＮＯx）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素化合物（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ，ＨＣs）、粒状物（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ，ＰＭ）を包含し得る。
【００２３】
該電気触媒管（１）は、管体、アノード層（２０）、及びカソード層（３０）を包含する。
【００２４】
該管体は、固体酸化物層（１０）で構成され、この実施例では、該固体酸化物層（１０）は、酸素イオン伝導性を有するものとされ得て、且つ該固体酸化物層（１０）の構造は、緻密マイクロ構造とされ、その材質は、蛍石構造金属酸化物（ｆｌｕｏｒｉｔｅ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅｓ）とされる。
【００２５】
該蛍石構造金属酸化物は、たとえば、蛍石構造のイットリア安定化ジルコニア（ｙｔｔｒｉａ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｚｉｒｃｏｎｉａ，ＹＳＺ）、安定化ジルコニア、蛍石構造のガドリニアドープセリア（ｇａｄｏｌｉｎｉａ−ｄｏｐｅｄ ｃｅｒｉａ，ＧＤＣ）、ドープセリア、カルシウムチタンミネラル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，ＬＳＧＭ）、ドープランタンガレートとされる。
【００２６】
該固体酸化物層（１０）は、内壁面（１２）及び該内壁面（１２）に背向する外壁面（１３）を包含する。該アノード層（２０）は該内壁面（１２）上に設置され、この実施例では、該アノード層（２０）は、第１の多孔性材料で組成され、大量の孔を有する。
【００２７】
該アノード層（２０）の材質は、金属、合金、或いは金属酸化物とされ、たとえば、蛍石構造金属酸化物、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、金属を加えた蛍石構造金属酸化物或いは金属を加えたカルシウムチタンミネラル構造金属酸化物とされるか、或いはその組合せとされ、たとえば、ニッケルとイットリア安定化ジルコニアを組み合わせてなるサーメット（Ｎｉ−ＹＳＺ ｃｅｒｍｅｔ）とされる。
【００２８】
該カソード層（３０）は、該外壁面（１３）上に設置され、この実施例では、該カソード層（３０）は、第２の多孔性材料で組成され、大量の孔を有し、たとえば、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、蛍石構造金属酸化物、金属を加えたカルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、或いは金属を加えた蛍石構造金属酸化物とされ、たとえば、カルシウムチタンミネラル構造のランタンストロンチウムコバルト銅酸化物、ランタンストロンチウムマンガン銅酸化物、ランタンストロンチウムコバルト銅酸化物及び酸化ガドリウムドープ酸化セリウムの組合せ、ランタンストロンチウムマンガン銅酸化物及び酸化ガドリウムドープ酸化セリウムの組合せ、銀を加えたランタンストロンチウムコバルト銅酸化物及び酸化ガドリウムドープ酸化セリウムの組合せ、銀を加えたランタンストロンチウムマンガン銅酸化物及び酸化ガドリウムドープ酸化セリウムの組合せ、とされる。
【００２９】
該固体酸化物層（１０）はさらに、密封チャンバ（１１）を包含する。該密封チャンバ（１１）は、内壁面（１２）に囲まれて、還元性環境を有する。この実施例では、該アノード層（２０）は金属酸化物で形成され、該金属酸化物で該アノード層（２０）が形成される時は、まず、還元性気体を使用した処理を行ない、金属に還元し、たとえば、酸化ニッケルを還元してニッケルとなす。
【００３０】
或いは、該金属酸化物を還元して酸素欠乏金属酸化物（ｏｘｙｇｅｎ−ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）となすことで、該還元性環境を該密封チャンバ（１１）中に形成してもよい。
【００３１】
或いは、他の実施例では、該密封チャンバ（１１）内に炭素物種、たとえば炭素粉を含有するものとされる。
【００３２】
或いは、還元性気体、たとえば、水素ガス、一酸化炭素及び炭素水素化合物の気体を含有するものとされて、該密封チャンバ（１１）内に該還元性環境が形成される。
【００３３】
或いは、該密封チャンバ（１１）内に不活性ガス、たとえば、アルゴンガス、ヘリウムガスが包含される。
【００３４】
このほか、該密封チャンバ（１１）内はまた、真空とされるか（並びに該炭素物種が該密封チャンバ（１１）内に添加される）、或いは、大気圧力より小さい圧力を有する（ならびに上述の気体が該密封チャンバ（１１）内に添加される）ものとされてもよい。これにより、固体酸化物層（１０）の排ガス処理操作上、熱張冷縮により発生しうる構造傷害を減少できる。
【００３５】
その他の実施方式中、該固体酸化物層（１０）が閉じられて該密封チャンバ（１１）が形成される前に、先に一酸化炭素或いは炭素水素化合物、たとえば、メタン、エタン、プロピレン或いはプロパン等が該密封チャンバ（１１）内に添加されて、該アノード層（２０）の孔に付着する炭素物種が形成され、これにより電動勢の発生が増加される。
【００３６】
同様に、該炭素物種、該還元性気体或いは該不活性ガスも、該固体酸化物層（１０）を封じて密封チャンバ（１１）を形成する前に導入され得る。
【００３７】
この実施例中、該電気触媒管（１）はさらに、酸化触媒層（４０）を包含し、カソード層（３０）において酸化されにくい該富酸素燃焼排ガスの成分の酸化を促進し、該酸化触媒層（４０）と該カソード層（３０）は接続され、並びに該カソード層（３０）に付着し、該酸化触媒層（４０）の材質は、金属、合金、金属酸化物、蛍石構造金属酸化物、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、たとえば、銀、パラジウム、白金及びサンカガリウムドープ酸化セリウム等とされ得る。
【００３８】
続いて、本発明の排ガス浄化の作用過程について説明する。まず、該電気触媒管（１）を排ガス環境中に置き、該排ガスは、該富酸素燃焼排ガスとされ並びに酸化性環境を有するか、或いは二次空気を加入してそれがさらに富酸素がでるものとされる。
【００３９】
該電気触媒管（１）の作業温度は、常温から摂氏８００度とされる。該富酸素燃焼排ガスは、窒素酸素化合物、一酸化炭素、炭素水素化合物及び粒状物成分を含有するものとされる。本発明は、該富酸素燃焼排ガスに対する浄化反応方面において、窒素酸素化合物の除去と、一酸化炭素、炭素水素化合物、粒状物の除去の、二つの部分に分けて進行され得る。
【００４０】
該窒素酸素化合物の除去方面において、窒素酸素化合物は、主に、一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ2）とされる。一酸化窒素は、カソード層（３０）において分解反応を発生し、窒素ガスと酸素ガスを発生し得て、その反応式は以下の一般式［１］に示されるとおりである。
【００４１】
２ＮＯ→Ｎ2 ＋ Ｏ2 ［１］
【００４２】
二酸化窒素は、カソード層（３０）において分解反応を発生して、一酸化窒素を発生し、その反応式は以下の一般式［２］のとおりである。
【００４３】
２ＮＯ2 → ２ＮＯ ＋ Ｏ2 ［２］
【００４４】
その一酸化窒素はさらにカソード層（３０）において分解反応を発生し、窒素ガスと酸素ガスを発生する。
【００４５】
該密封チャンバ（１１）の該還元性環境及び該カソード層（３０）の該酸化性環境は、該アノード層（２０）と該カソード層（３０）において異なる酸素分圧を発生し、該カソード層（３０）及び該アノード層（２０）の間の電動勢（ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ ｆｏｒｃｅ， ｅｍｆ）の発生を促進し、該富酸素燃焼排ガス中の窒素酸化物の、該カソード層（３０）における分解反応を促進して窒素ガスと酸素ガスを発生させ、該電動勢の発生は、以下の一般式［３］に示される原理による。
【００４６】
ｅｍｆ＝［（ＲＴ）／（４Ｆ）］・Ｉｎ［（ＰO2|Cathode）／（ＰO2|Anode）］ [3]
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（Ｆａｒａｄｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）、ＰO2は酸素分圧とされる。
【００４７】
該密封チャンバ（１１）内は真空とされるか、或いは該不活性ガスを含有するために、また該アノード層（２０）と該カソード層（３０）の間の対応する異なる酸素分圧をもたらし得る。該金属、該合金、或いは該酸素欠乏の金属酸化物が形成する該アノード層（２０）、或いは該炭素物種が付着した該アノード層（２０）は、それが還元性化合物とされるため、相当に低い酸素分圧の環境をアノード（Ａｎｏｄｅ）側においてもたらし、これにより比較的大きな電動勢を発生する。
【００４８】
アノード側における異なる還元性気体及び異なる還元性化合物は、異なる酸素分圧をもたらし、異なる電動勢を発生し得る。
【００４９】
カソード（Ｃａｔｈｏｄｅ）側の異なる酸素濃度もまた異なる酸素分圧値に対応し、また異なる電動勢を発生し得る。すなわち、カソード側の該富酸素燃焼排ガス中の酸素含有量が高くなるほど、電動勢は大きくなり、電動勢が大きくなるほど、すなわち本発明の窒素酸素化合物は、電気化学促進（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ）分解で窒素ガスを形成する能力は大きくなる。
【００５０】
これにより、該富酸素燃焼排ガスは酸化性環境にあって電動勢を発生し得て、さらに該二次空気を該富酸素燃焼排ガスに添加することで、さらに大きな電動勢をもたらすことができる。
【００５１】
一定温度範囲内では、分解反応速度は、作業温度が低くなるほど大きくなり、常温の分解反応は比較的高温でのものと同様に有効である。
【００５２】
該富酸素燃焼排ガス中の一酸化炭素、炭素水素化合物と粒状物の反応方面では、該富酸素燃焼排ガスは富酸素状態とされるか、或いは二次空気が加入されてそれはさらに富酸素とされる。それは、該カソード層（３０）及び該酸化触媒層（４０）による酸化触媒反応により、無害気体を生成し、そのうち、該富酸素燃焼排ガス中の一酸化炭素は、酸化されて二酸化炭素となる。炭素水素化合物と粒状物（炭素（Ｃ）含有物質）は酸化されて、二酸化炭素と水とされ、その反応式は以下の一般式［４］から［６］に示されるとおりである。
【００５３】
２ＣＯ ＋ Ｏ2 → ２ＣＯ2 ［４］
ＨＣs ＋ Ｏ2 → Ｈ2Ｏ ＋ ＣＯ2 ［５］
Ｃ ＋ Ｏ2 → ＣＯ2 ［６］
【００５４】
これにより、電気化学促進分解反応と触媒酸化反応により、有効に、該富酸素燃焼排ガス中の有害成分を除去できる。
【００５５】
図３を参照されたい。それは、本発明の第２実施例の組合せ表示図である。この実施例では、主に仕様上、排ガスの浄化需要により、複数の電気触媒管（１）が間隔をあけて積み重ねられ、隣り合う電気触媒管（１）の間に、排ガスを通過させるガスチャネル（２）が形成され、これにより、該排ガスと該電気触媒管（１）のカソード層（３０）が接触し、この積み重ねにより、ハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）構造の単体（ｍｏｎｏｌｉｔｈ）触媒、すなわちハニカム単体（３）が形成され、最小の体積を仕様して、浄化の効果を達成できる。
【００５６】
該ハニカム単体（３）中、半分のチャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）は、両端が密封され、これはすなわち、電気触媒管（１）であり、各自の隣り合う電気触媒管（１）のもう半分のチャネルは両端が開通し、これはすなわち、ガスチャネル（２）である。
【００５７】
図４を参照されたい。それは、本発明の第３実施例の外観立体表示図である。この実施例中、該電気触媒管（１）の横断面が円形に形成されている。ただしこれに限定されるわけではなく、該横断面は、四角形、五角形、六角形等とされ、使用及び積み重ねの必要と形式により変化が可能である。
【００５８】
総合すると、本発明は、該密封チャンバ（アノード側）と該カソード側の間に、それぞれ異なる酸素分圧が形成され、該電動勢を発生して該触媒分解反応を促進し、構造が簡単で、生産コストを下げることができ、さらに、該密封チャンバは、真空或いは１大気圧より小さい気圧を有し、熱張冷縮により形成される構造損壊の問題を防止し、さらに、該電気触媒管の使用寿命を延長する。
【００５９】
また、該電気触媒管は使用要求により積み重ねられてハニカム単体を形成してもよく、最小の体積で浄化の効果を達成し、たとえば、車両エンジンのエグゾーストパイプ中に設置されて、エンジンの排出する該富酸素燃焼排ガス中の有害物質を除去して、空気汚染を減少できる。
【００６０】
これにより、本発明は極めて進歩性を有し、特許の要件に符合し、ここに特許出願する次第です。
【００６１】
以上述べたことは、本発明の実施例にすぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明の権利のカバーする範囲内に属するものとする。
【符号の説明】
【００６２】
（１） 電気触媒管
（１０）固体酸化物層
（１１）密封チャンバ
（１２）内壁面
（１３）外壁面
（２０）アノード層
（３０）カソード層
（４０）酸化触媒層
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の電気触媒管に係り、特に一種の、排ガス排出制御に用いられ、並びに有効に窒素酸化物、一酸化炭素、炭素水素化合物及び粒状物を還元する電気触媒管に関する。
【背景技術】
【０００２】
清浄な空気は、人類生活の基本要件の一つであり、きれいで汚染されていない空気を呼吸することで、人類の安定した健康な生存を確保できる。テクノロジーがますます進歩し、経済の迅速な発展がもたらされたが、交通工具及び林立する各種の工場からの排ガスにより、大気汚染が引き起こされ、人類生活の空気品質に対する影響がはなはだ大きくなっている。そのうち、重工業の工場と機動車両は、多くの汚染物質の主要なソースである。
【０００３】
機動車両を例に挙げると、機動車両の排出基準は不断に引き上げられているが、車両数量が不断に増加し、車両の排出する排ガスのもたらす空気汚染問題は、日増しに増加している。一般に、機動車両のエンジンの運転は、異なる形式の燃料を、シリンダ内で燃焼させて熱エネルギーを放出し、並びに動力を伝送する。しかし、燃焼の過程中に、発生する排ガスは、通常、窒素酸化物（ＮＯx）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素化合物（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ，ＨＣs）、粒状物（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ，ＰＭ）等の有害汚染物を包含し、これらの物質は、光化学スモッグ（ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｍｏｇ）を形成し得るのみならず、オゾン層を破壊し、温室効果の悪化を加速し、酸性雨等を引き起こし、ひいては生態環境を破壊し、人体の健康に危害を及ぼす。
【０００４】
そのうち、一酸化炭素は、エンジンの不完全燃焼により発生し、それがヘモグロビンと結合して一酸化炭素ヘモグロビン（ＣＯＨｂ）を形成する能力は、ヘモグロビンが酸素と結合して酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2）を形成する能力の３００倍であり、ゆえに、空気中の一酸化炭素濃度が高すぎる時、ヘモグロビンの酸素ガスを輸送する機能に影響が生じる。
【０００５】
窒素酸化物は、窒素ガスと酸素ガスの化合により形成され、おもに、一酸化窒素（ＮＯ）或いは二酸化窒素（ＮＯ2）の形式で排出され、炭素水素化合物は紫外線照射後に、反応を発生して有毒な光化学スモッグを形成し、特殊な臭いを有し、眼を刺激し、植物を傷つけ、並びに大気の見晴らしを悪くし、且つ窒素酸化物と空気中の水が反応すると硝酸及び亜硝酸を形成し、それは酸性雨の成分である。
【０００６】
炭素水素化合物は低濃度の時には呼吸システムを刺激し得て、濃度が高くなると、中枢神経系の運動機能に影響を与える。粒状物もまた人体の健康に危害を及ぼし得て、ひいては癌の発生を引き起こす。
【０００７】
これにより、台湾或いはヨーロッパ、日本、米国等の先進国はいずれも、厳格な排気ガス排出基準を設ける傾向にある（たとえば、米国のＢＩＮ５及びヨーロッパのＥＵＲＯ６）。窒素酸化物、一酸化炭素、炭素水素化合物及び粒状物等の排出に対して、基準を制定し、これにより、有害ガスの排出を制御並びに減少するとともに、業者に対し、最新の汚染防御技術の製品の製造、研究開発、使用を奨励している。
【０００８】
特許文献１の「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｃｅｌｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ＮＯx ｉｎ ａｎ Ｏ2−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｅｘｈａｕｓｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎ」には、一種の、単独の窒素酸化物除去の装置が記載され、それは、電気化学触媒還元反応に、５酸化２バナジウム（ｖａｎａｄｉｕｍ ｐｅｎｔａｏｘｉｄｅ，Ｖ2Ｏ5）触媒反応を組合せ、窒素酸化物を窒素ガスに転化させている。
【０００９】
しかし、上述の装置は、余分の電源供給を行って、該装置中の電気化学電池を動作させなければならず、このためにエネルギー資源を消費し且つ同時に排ガス中の多種類の有害ガスを除去する目標を達成することはできない。
【００１０】
特許文献２の「ＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ−ＣＡＴＡＬＹＴＩＣ ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ ＦＯＲ ＥＸＨＡＵＳＴ ＥＭＩＳＳＩＯＮ ＣＯＮＴＲＯＬ」には、排ガス中の、窒素酸化物（ＮＯx）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭素水素化合物（ＨＣs）及び粒状物（ＰＭ）の電気化学触媒転化器が記載されており、該電気化学触媒転化器は、電池モジュールを包含し、そのうちの窒素酸化物は、電気化学促進分解により窒素ガスと酸素ガスを形成し、一酸化炭素、炭素水素化合物と粒状物は、酸化触媒反応により二酸化炭素と水を形成し、同時に多種類の有害ガスを除去する効果を達成する。
【００１１】
上述の電気化学触媒転化器は、電動勢発生を受け持つ還元ガス循環システムにより、還元ガスのクローズ式循環を進行し、製造上の生産コストを増加し、且つ該転化器は積み重ねて十分に小体積の装置となして自動車で使用できるようにすることは容易でない。このため改善の必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許公告第５４０１３７２号
【特許文献２】米国特許出願第１３０３７６９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の主要な目的は、周知の気体を浄化する電気化学触媒転化器の、製造コストが高く、体積が十分には小さくないという問題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の発明は、排ガス排出制御用電気触媒管において、富酸素燃焼排ガスの浄化に用いられ、該電気触媒管（１）の特徴は、
管体であって、固体酸化物層（１０）で構成され、該固体酸化物層（１０）は緻密マイクロ構造とされ、並びに還元性環境を内部に有する密封チャンバ（１１）、該密封チャンバ（１１）内に位置する内壁面（１２）、及び該密封チャンバ（１１）外に位置する外壁面（１３）を包含する、上記管体と、
アノード層（２０）とカソード層（３０）であって、それぞれ該固体酸化物層（１０）の該内壁面（１２）及び該外壁面（１３）に設置され、該アノード層（２０）は、第１の多孔性材料で組成され、該カソード層（３０）は第２の多孔性材料で組成され、酸化性環境を有する該富酸素燃焼排ガスを浄化する、上記アノード層（２０）と上記カソード層（３０）と、
を包含し、そのうち、該還元性環境と該酸化性環境が該アノード層（２０）と該カソード層（３０）の間に電動勢を発生し、該富酸素燃焼排ガス中の窒素酸化物の、該カソード層（３０）における分解反応を促進し、窒素ガスと酸素ガスを形成することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該アノード層（２０）は複数の、炭化物種を付着させる孔を有することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該密封チャンバ（１１）内に、ある材料が含有され、該材料は、炭化物種で構成された根基群、還元性気体、不活性ガス及びそれらを組み合わせてなる群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該密封チャンバ（１１）は、大気圧より低い圧力を有することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該固体酸化物層（１０）の材料は、蛍石構造金属酸化物、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物及びその組合せからなる群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該アノード層（２０）の材料は、ニッケル及び蛍石構造金属酸化物で構成されたセルメット、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、蛍石構造金属酸化物、金属を加えたカルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、金属を加えた蛍石構造金属酸化物及びそれらを組み合わせて構成された群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該カソード層（３０）の材料は、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、蛍石構造金属酸化物、金属を加えたカルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、金属を加えた蛍石構造金属酸化物及びそれらを組み合わせて構成された群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項８の発明は、請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、さらに、酸化触媒層（４０）を包含し、該酸化触媒層（４０）は、該カソード層（３０）に付着することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
請求項９の発明は、請求項８記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該酸化触媒層（４０）の材料は、金属、合金、蛍石構造金属酸化物、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物及びその組合せからなる群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管としている。
【発明の効果】
【００１５】
上述の目的を達成するため、本発明は富酸素燃焼排ガスを浄化するための、一種の排ガス排出制御用電気触媒管を提供し、該電気触媒管は、管体、アノード層及びカソード層を包含する。
【００１６】
該管体は固体酸化物層で構成され、該固体酸化物層は緻密マイクロ構造とされ、並びに、還元性環境を内に具えた密封チャンバ、該密封チャンバ内に位置する内壁面及び該密封チャンバ外に位置する外壁面を具えている。該アノード層と該カソード層はそれぞれ該固体酸化物層の該内壁面と該外壁面に設置される。
【００１７】
そのうち、該アノード層は、第１の多孔性材料で組成され、該カソード層は第２の多孔性材料で組成され、酸化性環境を具えた該富酸素燃焼排ガスを浄化する。
【００１８】
これにより、該還元性環境と該酸化性環境が、該アノード層及び該カソード層の間に電動勢を発生させ、該富酸素燃焼排ガス中の窒素酸化物の、該カソード層における分解反応を促進し、窒素ガスと酸素ガスを形成させ、該富酸素燃焼排ガス中の窒素酸化物を浄化する触媒分解反応を進行する。該酸化性環境は、該富酸素燃焼排ガス中の一酸化炭素、炭素水素化合物と粒状物の触媒酸化反応を促進する。
【００１９】
本発明中、該電気触媒管は、積み重ねられて、ハニカム状構造を形成し得て、先進の電気触媒転換器を形成する。該ハニカム状構造は、非常に精密シンプルな構成でサイズが小さく、その他の積み重ね構造と比較すると、最も少量の材料を使用する。これにより、本発明は既存の電気化学触媒転換器と比較すると、精密でシンプルな構造と比較的低い製造コストという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施例の外観立体図である。
【図２】本発明の第１実施例の局部断面図である。
【図３】本発明の第２実施例の組合せ表示図である。
【図４】本発明の第３実施例の外観立体図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的を詳細に説明するため、以下に実施例を挙げ並びに図面を組み合わせて説明する。
【００２２】
図１及び図２に示されるのは、それぞれ本発明の第１実施例の外観立体図及び局部断面図である。本発明の廃ガス排出制御用電気触媒管（１）は、富酸素燃焼排ガスを浄化するのに用いられる。該富酸素燃焼排ガスは、窒素酸化物（ＮＯx）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素化合物（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ，ＨＣs）、粒状物（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ，ＰＭ）を包含し得る。
【００２３】
該電気触媒管（１）は、管体、アノード層（２０）、及びカソード層（３０）を包含する。
【００２４】
該管体は、固体酸化物層（１０）で構成され、この実施例では、該固体酸化物層（１０）は、酸素イオン伝導性を有するものとされ得て、且つ該固体酸化物層（１０）の構造は、緻密マイクロ構造とされ、その材質は、蛍石構造金属酸化物（ｆｌｕｏｒｉｔｅ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅｓ）とされる。
【００２５】
該蛍石構造金属酸化物は、たとえば、蛍石構造のイットリア安定化ジルコニア（ｙｔｔｒｉａ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｚｉｒｃｏｎｉａ，ＹＳＺ）、安定化ジルコニア、蛍石構造のガドリニアドープセリア（ｇａｄｏｌｉｎｉａ−ｄｏｐｅｄ ｃｅｒｉａ，ＧＤＣ）、ドープセリア、カルシウムチタンミネラル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，ＬＳＧＭ）、ドープランタンガレートとされる。
【００２６】
該固体酸化物層（１０）は、内壁面（１２）及び該内壁面（１２）に背向する外壁面（１３）を包含する。該アノード層（２０）は該内壁面（１２）上に設置され、この実施例では、該アノード層（２０）は、第１の多孔性材料で組成され、大量の孔を有する。
【００２７】
該アノード層（２０）の材質は、金属、合金、或いは金属酸化物とされ、たとえば、蛍石構造金属酸化物、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、金属を加えた蛍石構造金属酸化物或いは金属を加えたカルシウムチタンミネラル構造金属酸化物とされるか、或いはその組合せとされ、たとえば、ニッケルとイットリア安定化ジルコニアを組み合わせてなるサーメット（Ｎｉ−ＹＳＺ ｃｅｒｍｅｔ）とされる。
【００２８】
該カソード層（３０）は、該外壁面（１３）上に設置され、この実施例では、該カソード層（３０）は、第２の多孔性材料で組成され、大量の孔を有し、たとえば、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、蛍石構造金属酸化物、金属を加えたカルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、或いは金属を加えた蛍石構造金属酸化物とされ、たとえば、カルシウムチタンミネラル構造のランタンストロンチウムコバルト銅酸化物、ランタンストロンチウムマンガン銅酸化物、ランタンストロンチウムコバルト銅酸化物及び酸化ガドリウムドープ酸化セリウムの組合せ、ランタンストロンチウムマンガン銅酸化物及び酸化ガドリウムドープ酸化セリウムの組合せ、銀を加えたランタンストロンチウムコバルト銅酸化物及び酸化ガドリウムドープ酸化セリウムの組合せ、銀を加えたランタンストロンチウムマンガン銅酸化物及び酸化ガドリウムドープ酸化セリウムの組合せ、とされる。
【００２９】
該固体酸化物層（１０）はさらに、密封チャンバ（１１）を包含する。該密封チャンバ（１１）は、内壁面（１２）に囲まれて、還元性環境を有する。この実施例では、該アノード層（２０）は金属酸化物で形成され、該金属酸化物で該アノード層（２０）が形成される時は、まず、還元性気体を使用した処理を行ない、金属に還元し、たとえば、酸化ニッケルを還元してニッケルとなす。
【００３０】
或いは、該金属酸化物を還元して酸素欠乏金属酸化物（ｏｘｙｇｅｎ−ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）となすことで、該還元性環境を該密封チャンバ（１１）中に形成してもよい。
【００３１】
或いは、他の実施例では、該密封チャンバ（１１）内に炭素物種、たとえば炭素粉を含有するものとされる。
【００３２】
或いは、還元性気体、たとえば、水素ガス、一酸化炭素及び炭素水素化合物の気体を含有するものとされて、該密封チャンバ（１１）内に該還元性環境が形成される。
【００３３】
或いは、該密封チャンバ（１１）内に不活性ガス、たとえば、アルゴンガス、ヘリウムガスが包含される。
【００３４】
このほか、該密封チャンバ（１１）内はまた、真空とされるか（並びに該炭素物種が該密封チャンバ（１１）内に添加される）、或いは、大気圧力より小さい圧力を有する（ならびに上述の気体が該密封チャンバ（１１）内に添加される）ものとされてもよい。これにより、固体酸化物層（１０）の排ガス処理操作上、熱張冷縮により発生しうる構造傷害を減少できる。
【００３５】
その他の実施方式中、該固体酸化物層（１０）が閉じられて該密封チャンバ（１１）が形成される前に、先に一酸化炭素或いは炭素水素化合物、たとえば、メタン、エタン、プロピレン或いはプロパン等が該密封チャンバ（１１）内に添加されて、該アノード層（２０）の孔に付着する炭素物種が形成され、これにより電動勢の発生が増加される。
【００３６】
同様に、該炭素物種、該還元性気体或いは該不活性ガスも、該固体酸化物層（１０）を封じて密封チャンバ（１１）を形成する前に導入され得る。
【００３７】
この実施例中、該電気触媒管（１）はさらに、酸化触媒層（４０）を包含し、カソード層（３０）において酸化されにくい該富酸素燃焼排ガスの成分の酸化を促進し、該酸化触媒層（４０）と該カソード層（３０）は接続され、並びに該カソード層（３０）に付着し、該酸化触媒層（４０）の材質は、金属、合金、金属酸化物、蛍石構造金属酸化物、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、たとえば、銀、パラジウム、白金及びサンカガリウムドープ酸化セリウム等とされ得る。
【００３８】
続いて、本発明の排ガス浄化の作用過程について説明する。まず、該電気触媒管（１）を排ガス環境中に置き、該排ガスは、該富酸素燃焼排ガスとされ並びに酸化性環境を有するか、或いは二次空気を加入してそれがさらに富酸素がでるものとされる。
【００３９】
該電気触媒管（１）の作業温度は、常温から摂氏８００度とされる。該富酸素燃焼排ガスは、窒素酸素化合物、一酸化炭素、炭素水素化合物及び粒状物成分を含有するものとされる。本発明は、該富酸素燃焼排ガスに対する浄化反応方面において、窒素酸素化合物の除去と、一酸化炭素、炭素水素化合物、粒状物の除去の、二つの部分に分けて進行され得る。
【００４０】
該窒素酸素化合物の除去方面において、窒素酸素化合物は、主に、一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ2）とされる。一酸化窒素は、カソード層（３０）において分解反応を発生し、窒素ガスと酸素ガスを発生し得て、その反応式は以下の一般式［１］に示されるとおりである。
【００４１】
２ＮＯ→Ｎ2 ＋ Ｏ2 ［１］
【００４２】
二酸化窒素は、カソード層（３０）において分解反応を発生して、一酸化窒素を発生し、その反応式は以下の一般式［２］のとおりである。
【００４３】
２ＮＯ2 → ２ＮＯ ＋ Ｏ2 ［２］
【００４４】
その一酸化窒素はさらにカソード層（３０）において分解反応を発生し、窒素ガスと酸素ガスを発生する。
【００４５】
該密封チャンバ（１１）の該還元性環境及び該カソード層（３０）の該酸化性環境は、該アノード層（２０）と該カソード層（３０）において異なる酸素分圧を発生し、該カソード層（３０）及び該アノード層（２０）の間の電動勢（ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ ｆｏｒｃｅ， ｅｍｆ）の発生を促進し、該富酸素燃焼排ガス中の窒素酸化物の、該カソード層（３０）における分解反応を促進して窒素ガスと酸素ガスを発生させ、該電動勢の発生は、以下の一般式［３］に示される原理による。
【００４６】
ｅｍｆ＝［（ＲＴ）／（４Ｆ）］・Ｉｎ［（ＰO2|Cathode）／（ＰO2|Anode）］ [3]
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（Ｆａｒａｄｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）、ＰO2は酸素分圧とされる。
【００４７】
該密封チャンバ（１１）内は真空とされるか、或いは該不活性ガスを含有するために、また該アノード層（２０）と該カソード層（３０）の間の対応する異なる酸素分圧をもたらし得る。該金属、該合金、或いは該酸素欠乏の金属酸化物が形成する該アノード層（２０）、或いは該炭素物種が付着した該アノード層（２０）は、それが還元性化合物とされるため、相当に低い酸素分圧の環境をアノード（Ａｎｏｄｅ）側においてもたらし、これにより比較的大きな電動勢を発生する。
【００４８】
アノード側における異なる還元性気体及び異なる還元性化合物は、異なる酸素分圧をもたらし、異なる電動勢を発生し得る。
【００４９】
カソード（Ｃａｔｈｏｄｅ）側の異なる酸素濃度もまた異なる酸素分圧値に対応し、また異なる電動勢を発生し得る。すなわち、カソード側の該富酸素燃焼排ガス中の酸素含有量が高くなるほど、電動勢は大きくなり、電動勢が大きくなるほど、すなわち本発明の窒素酸素化合物は、電気化学促進（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ）分解で窒素ガスを形成する能力は大きくなる。
【００５０】
これにより、該富酸素燃焼排ガスは酸化性環境にあって電動勢を発生し得て、さらに該二次空気を該富酸素燃焼排ガスに添加することで、さらに大きな電動勢をもたらすことができる。
【００５１】
一定温度範囲内では、分解反応速度は、作業温度が低くなるほど大きくなり、常温の分解反応は比較的高温でのものと同様に有効である。
【００５２】
該富酸素燃焼排ガス中の一酸化炭素、炭素水素化合物と粒状物の反応方面では、該富酸素燃焼排ガスは富酸素状態とされるか、或いは二次空気が加入されてそれはさらに富酸素とされる。それは、該カソード層（３０）及び該酸化触媒層（４０）による酸化触媒反応により、無害気体を生成し、そのうち、該富酸素燃焼排ガス中の一酸化炭素は、酸化されて二酸化炭素となる。炭素水素化合物と粒状物（炭素（Ｃ）含有物質）は酸化されて、二酸化炭素と水とされ、その反応式は以下の一般式［４］から［６］に示されるとおりである。
【００５３】
２ＣＯ ＋ Ｏ2 → ２ＣＯ2 ［４］
ＨＣs ＋ Ｏ2 → Ｈ2Ｏ ＋ ＣＯ2 ［５］
Ｃ ＋ Ｏ2 → ＣＯ2 ［６］
【００５４】
これにより、電気化学促進分解反応と触媒酸化反応により、有効に、該富酸素燃焼排ガス中の有害成分を除去できる。
【００５５】
図３を参照されたい。それは、本発明の第２実施例の組合せ表示図である。この実施例では、主に仕様上、排ガスの浄化需要により、複数の電気触媒管（１）が間隔をあけて積み重ねられ、隣り合う電気触媒管（１）の間に、排ガスを通過させるガスチャネル（２）が形成され、これにより、該排ガスと該電気触媒管（１）のカソード層（３０）が接触し、この積み重ねにより、ハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）構造の単体（ｍｏｎｏｌｉｔｈ）触媒、すなわちハニカム単体（３）が形成され、最小の体積を仕様して、浄化の効果を達成できる。
【００５６】
該ハニカム単体（３）中、半分のチャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）は、両端が密封され、これはすなわち、電気触媒管（１）であり、各自の隣り合う電気触媒管（１）のもう半分のチャネルは両端が開通し、これはすなわち、ガスチャネル（２）である。
【００５７】
図４を参照されたい。それは、本発明の第３実施例の外観立体表示図である。この実施例中、該電気触媒管（１）の横断面が円形に形成されている。ただしこれに限定されるわけではなく、該横断面は、四角形、五角形、六角形等とされ、使用及び積み重ねの必要と形式により変化が可能である。
【００５８】
総合すると、本発明は、該密封チャンバ（アノード側）と該カソード側の間に、それぞれ異なる酸素分圧が形成され、該電動勢を発生して該触媒分解反応を促進し、構造が簡単で、生産コストを下げることができ、さらに、該密封チャンバは、真空或いは１大気圧より小さい気圧を有し、熱張冷縮により形成される構造損壊の問題を防止し、さらに、該電気触媒管の使用寿命を延長する。
【００５９】
また、該電気触媒管は使用要求により積み重ねられてハニカム単体を形成してもよく、最小の体積で浄化の効果を達成し、たとえば、車両エンジンのエグゾーストパイプ中に設置されて、エンジンの排出する該富酸素燃焼排ガス中の有害物質を除去して、空気汚染を減少できる。
【００６０】
これにより、本発明は極めて進歩性を有し、特許の要件に符合し、ここに特許出願する次第です。
【００６１】
以上述べたことは、本発明の実施例にすぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明の権利のカバーする範囲内に属するものとする。
【符号の説明】
【００６２】
（１） 電気触媒管
（１０）固体酸化物層
（１１）密封チャンバ
（１２）内壁面
（１３）外壁面
（２０）アノード層
（３０）カソード層
（４０）酸化触媒層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス排出制御用電気触媒管において、富酸素燃焼排ガスの浄化に用いられ、該電気触媒管（１）の特徴は、
管体であって、固体酸化物層（１０）で構成され、該固体酸化物層（１０）は緻密マイクロ構造とされ、並びに還元性環境を内部に有する密封チャンバ（１１）、該密封チャンバ（１１）内に位置する内壁面（１２）、及び該密封チャンバ（１１）外に位置する外壁面（１３）を包含する、上記管体と、
アノード層（２０）とカソード層（３０）であって、それぞれ該固体酸化物層（１０）の該内壁面（１２）及び該外壁面（１３）に設置され、該アノード層（２０）は、第１の多孔性材料で組成され、該カソード層（３０）は第２の多孔性材料で組成され、酸化性環境を有する該富酸素燃焼排ガスを浄化する、上記アノード層（２０）と上記カソード層（３０）と、
を包含し、そのうち、該還元性環境と該酸化性環境が該アノード層（２０）と該カソード層（３０）の間に電動勢を発生し、該富酸素燃焼排ガス中の窒素酸化物の、該カソード層（３０）における分解反応を促進し、窒素ガスと酸素ガスを形成することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項２】
請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該アノード層（２０）は複数の、炭化物種を付着させる孔を有することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項３】
請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該密封チャンバ（１１）内に、ある材料が含有され、該材料は、炭化物種で構成された根基群、還元性気体、不活性ガス及びそれらを組み合わせてなる群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項４】
請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該密封チャンバ（１１）は、大気圧より低い圧力を有することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項５】
請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該固体酸化物層（１０）の材料は、蛍石構造金属酸化物、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物及びその組合せからなる群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項６】
請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該アノード層（２０）の材料は、ニッケル及び蛍石構造金属酸化物で構成されたセルメット、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、蛍石構造金属酸化物、金属を加えたカルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、金属を加えた蛍石構造金属酸化物及びそれらを組み合わせて構成された群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項７】
請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該カソード層（３０）の材料は、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、蛍石構造金属酸化物、金属を加えたカルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、金属を加えた蛍石構造金属酸化物及びそれらを組み合わせて構成された群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項８】
請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、さらに、酸化触媒層（４０）を包含し、該酸化触媒層（４０）は、該カソード層（３０）に付着することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項９】
請求項８記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該酸化触媒層（４０）の材料は、金属、合金、蛍石構造金属酸化物、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物及びその組合せからなる群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項１】
排ガス排出制御用電気触媒管において、富酸素燃焼排ガスの浄化に用いられ、該電気触媒管（１）の特徴は、
管体であって、固体酸化物層（１０）で構成され、該固体酸化物層（１０）は緻密マイクロ構造とされ、並びに還元性環境を内部に有する密封チャンバ（１１）、該密封チャンバ（１１）内に位置する内壁面（１２）、及び該密封チャンバ（１１）外に位置する外壁面（１３）を包含する、上記管体と、
アノード層（２０）とカソード層（３０）であって、それぞれ該固体酸化物層（１０）の該内壁面（１２）及び該外壁面（１３）に設置され、該アノード層（２０）は、第１の多孔性材料で組成され、該カソード層（３０）は第２の多孔性材料で組成され、酸化性環境を有する該富酸素燃焼排ガスを浄化する、上記アノード層（２０）と上記カソード層（３０）と、
を包含し、そのうち、該還元性環境と該酸化性環境が該アノード層（２０）と該カソード層（３０）の間に電動勢を発生し、該富酸素燃焼排ガス中の窒素酸化物の、該カソード層（３０）における分解反応を促進し、窒素ガスと酸素ガスを形成することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項２】
請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該アノード層（２０）は複数の、炭化物種を付着させる孔を有することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項３】
請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該密封チャンバ（１１）内に、ある材料が含有され、該材料は、炭化物種で構成された根基群、還元性気体、不活性ガス及びそれらを組み合わせてなる群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項４】
請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該密封チャンバ（１１）は、大気圧より低い圧力を有することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項５】
請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該固体酸化物層（１０）の材料は、蛍石構造金属酸化物、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物及びその組合せからなる群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項６】
請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該アノード層（２０）の材料は、ニッケル及び蛍石構造金属酸化物で構成されたセルメット、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、蛍石構造金属酸化物、金属を加えたカルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、金属を加えた蛍石構造金属酸化物及びそれらを組み合わせて構成された群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項７】
請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該カソード層（３０）の材料は、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、蛍石構造金属酸化物、金属を加えたカルシウムチタンミネラル構造金属酸化物、金属を加えた蛍石構造金属酸化物及びそれらを組み合わせて構成された群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項８】
請求項１記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、さらに、酸化触媒層（４０）を包含し、該酸化触媒層（４０）は、該カソード層（３０）に付着することを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【請求項９】
請求項８記載の排ガス排出制御用電気触媒管において、該酸化触媒層（４０）の材料は、金属、合金、蛍石構造金属酸化物、カルシウムチタンミネラル構造金属酸化物及びその組合せからなる群より選択されることを特徴とする、排ガス排出制御用電気触媒管。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１００９８０（Ｐ２０１３−１００９８０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４４３２１（Ｐ２０１２−２４４３２１）
【出願日】平成２４年１１月６日（２０１２．１１．６）
【出願人】（５９５０６４０５０）國立清華大學 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月６日（２０１２．１１．６）
【出願人】（５９５０６４０５０）國立清華大學 (6)
【Ｆターム（参考）】
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