図面 (/)

技術 化学反応器

出願人 日本碍子株式会社
発明者 川崎真司片山真吾
出願日 1999年1月26日 (22年5ヶ月経過) 出願番号 1999-016646
公開日 2000年8月2日 (20年11ヶ月経過) 公開番号 2000-210554
状態 特許登録済
技術分野 廃ガス処理 物理的、化学的プロセスおよび装置 熱電素子
主要キーワード 還元相 電気伝導性物質 物理的性 外部物質 還元極 電気伝導層 自己完結型 酸化相
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年8月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

外部電源が不要な、新たな化学反応器を提供する。

解決手段

化学反応器は、被処理物質から電力を生成させるエネルギー変換部7、およびエネルギー変換部と一体化されており、被処理物質の化学反応を進行させるための化学反応部8を備える。エネルギー変換部7で生成した電力によって、化学反応部8における化学反応を進行させる。好ましくは、エネルギー変換部7が、被処理物質が有する熱エネルギーから電力を生成させる熱電変換素子であり、化学反応部が、被処理物質を選択的に吸着する吸着相を備えており、被処理物質が窒素酸化物である。

概要

背景

ガソリンエンジンから発生する窒素酸化物(NOx)には、三元機能触媒によって対応している。しかし、リーンバーンエンジンディーゼルエンジンなど、低燃費型のエンジンが増加すると、これらのエンジンの排ガス中の酸素量が多いので、三元機能触媒が機能しなくなる。このため、NOx分解セルが注目されている。NOx分解セルにおいては、酸素イオン伝導性固体電解質膜を通して排ガス中の酸素を除去するのと共に、NOxを電解し、N2 とO2 -とに分解し、この分解によって生成した酸素をも除去できる。また、このプロセスと共に、排ガス中の水蒸気が電解されて水素と酸素とを生じ、この水素がNOxをN2 へと還元する。

固体電解質を利用した触媒反応器が知られている。例えば、日本触媒学会誌Vol.39、No.5、1997年の第353−359頁「固体電解質を利用した触媒反応展開」においては、固体電解質膜と還元極酸化極とを備えている燃料電池型の触媒反応器に、直流電源を接続し、例えばメタンと酸素とを分解させることが提案されている。また、この燃料電池型触媒を利用して、窒素酸化物を窒素および酸素へと分解することが提案されている。

概要

外部電源が不要な、新たな化学反応器を提供する。

化学反応器は、被処理物質から電力を生成させるエネルギー変換部7、およびエネルギー変換部と一体化されており、被処理物質の化学反応を進行させるための化学反応部8を備える。エネルギー変換部7で生成した電力によって、化学反応部8における化学反応を進行させる。好ましくは、エネルギー変換部7が、被処理物質が有する熱エネルギーから電力を生成させる熱電変換素子であり、化学反応部が、被処理物質を選択的に吸着する吸着相を備えており、被処理物質が窒素酸化物である。

目的

本発明の課題は、外部電源を必要としない、新たな化学反応器を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
3件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

被処理物質化学反応を行うための化学反応器であって、前記被処理物質から電力を生成させるエネルギー変換部、および前記エネルギー変換部と一体化されており、前記被処理物質の前記化学反応を進行させるための化学反応部を備えており、前記エネルギー変換部で生成した電力によって前記化学反応部における前記化学反応を進行させることを特徴とする、化学反応器。

請求項2

前記エネルギー変換部が、前記被処理物質が有する熱エネルギーから前記電力を生成させる熱電変換素子であることを特徴とする、請求項1記載の化学反応器。

請求項3

前記化学反応部が、前記被処理物質を選択的に吸着する吸着相を備えていることを特徴とする、請求項1または2記載の化学反応器。

請求項4

前記被処理物質中に含まれる元素へと電子を供給してイオンを生成させる還元相と、前記還元相からの前記イオンを伝導するイオン伝導相と、このイオン伝導相を伝導した前記イオンから電子を放出させる酸化相とを備えていることを特徴とする、請求項1−3のいずれか一つの請求項に記載の化学反応器。

請求項5

前記化学反応部が多孔質体からなることを特徴とする、請求項1−4のいずれか一つの請求項に記載の化学反応器。

請求項6

前記被処理物質が窒素酸化物であり、前記還元相において窒素酸化物を還元して酸素イオンを生成させ、前記イオン伝導相において前記酸素イオンを伝導することを特徴とする、請求項4または5記載の化学反応器。

技術分野

0001

本発明は、化学反応器に関するものである。

背景技術

0002

ガソリンエンジンから発生する窒素酸化物(NOx)には、三元機能触媒によって対応している。しかし、リーンバーンエンジンディーゼルエンジンなど、低燃費型のエンジンが増加すると、これらのエンジンの排ガス中の酸素量が多いので、三元機能触媒が機能しなくなる。このため、NOx分解セルが注目されている。NOx分解セルにおいては、酸素イオン伝導性固体電解質膜を通して排ガス中の酸素を除去するのと共に、NOxを電解し、N2 とO2 -とに分解し、この分解によって生成した酸素をも除去できる。また、このプロセスと共に、排ガス中の水蒸気が電解されて水素と酸素とを生じ、この水素がNOxをN2 へと還元する。

0003

固体電解質を利用した触媒反応器が知られている。例えば、日本触媒学会誌Vol.39、No.5、1997年の第353−359頁「固体電解質を利用した触媒反応展開」においては、固体電解質膜と還元極酸化極とを備えている燃料電池型の触媒反応器に、直流電源を接続し、例えばメタンと酸素とを分解させることが提案されている。また、この燃料電池型触媒を利用して、窒素酸化物を窒素および酸素へと分解することが提案されている。

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、このような電池型触媒化学反応器は、外部電源を接続する必要があるが、例えば自動車等では電力をできるだけ消費しないことが望まれる。また、反応の選択性が必ずしも十分ではない。

0005

本発明の課題は、外部電源を必要としない、新たな化学反応器を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

本発明者は、被処理物質化学反応を行うための、化学反応器であって、被処理物質が有するエネルギーから電力を生成させるエネルギー変換部、およびエネルギー変換部と一体化されており、被処理物質の化学反応を進行させるための化学反応部を備えており、エネルギー変換部で生成した電力によって化学反応部における化学反応を進行させることを特徴とする。

0007

本発明者は、一体型の化学反応器であって、被処理物質が有するエネルギーから電力を生成させるエネルギー変換部を化学反応部と一体化し、エネルギー変換部で生成した電力によって化学反応部における化学反応を進行させるような、まったく新しい概念の化学反応器を想到し、本発明に到達した。

0008

エネルギー変換部は、被処理物質が有する何らかの化学的性質物理的性質から、電力を生成させるものである。この化学的性質、物理的性質は、限定はされないが、例えば、被処理物質とエネルギー変換部の外部の物質との温度差濃度差などの物理的性質の差を利用できる。

0009

特に好ましくは、エネルギー変換部は、被処理物質の温度と外部物質の温度との差を利用して電力を生成させる、熱電変換素子である。この場合には、被処理物質の温度と外部物質との温度差は、50℃以上とすることが好ましく、その上限は、エネルギー変換部を構成する材質耐熱性によって決定されるものである。

0010

好ましくは、化学反応部は、被処理物質を選択的に吸着する吸着相を備えており、これによって所望の反応を選択的に進行させ得る。

0011

好ましくは、化学反応部は、被処理物質中に含まれる元素へと電子を供給してイオンを生成させる還元相と、還元相からのイオンを伝導するイオン伝導相と、このイオン伝導相を伝導したイオンから電子を放出させる酸化相とを備えている。この場合には、エネルギー変換部において生じた電子を還元相へと供給し、酸化相で生成した電子をエネルギー変換部へと供給できるように、化学反応部とエネルギー変換部とを一体化する。

0012

特に好ましくは、被処理物質が窒素酸化物であり、還元相において窒素酸化物を還元して酸素イオンを生成させ、イオン伝導相において酸素イオンを伝導させる。しかし、本発明の化学反応器によって、二酸化炭素を還元して一酸化炭素を生成でき、メタンから水素と一酸化炭素との混合ガスを生成でき、あるいは水から水素を生成できる。

0013

化学反応器の形態は、管状、平板状、ハニカム状等であってよいが、特に、管状、ハニカム状のように、一対の開口を有する貫通孔を一つまたは複数有しており、各貫通孔中に化学反応部が位置していることが好ましい。

0014

熱電変換素子の必須要素は、P型電気伝導相と、N型電気伝導相と、これらの各電気伝導相を絶縁する電気絶縁相である。P型電気伝導相とN型電気伝導相とは、低温領域で直接接続できるが、好ましくは、これらの各電気伝導相を電気伝導相で接続する。

0015

P型電気伝導相の材質は、酸化コバルトシリコンゲルマニウム、鉛テルル等である。N型電気伝導相の材質は、ランタンコバルタイトランタンクロマイト、シリコンゲルマニウム、鉛テルル等である。電気絶縁相の材質は、アルミナスピネルシリカなどである。電気伝導相の材質は、銅、ニッケルシリコンなどである。

0016

還元相は、多孔質とし、反応の対象とする物質を選択的に吸着することが好ましい。還元相は、エネルギー変換部からの電気をイオン伝導相に伝えるために、電子伝導性物質を含有する必要がある。電気伝導性物質には、P型またはN型を含むが、両方とも含んでいることが好ましい。また、電気およびイオンの伝達を促進するために、還元相中にイオン伝導性物質を含有させることで、イオン伝導相と還元相との間で、イオン伝導性物質を傾斜組成とすることが好ましい。

0017

イオン伝導相は、イオン伝導性物質を含有する必要がある。また、電子およびイオンの伝達を促進するために、イオン伝導相中に電気伝導性物質を含有させることで、イオン伝導相と還元相との間で電気伝導性物質を傾斜組成とすることが好ましい。また、イオン伝導相が、若干の電気伝導性を有した混合伝導相であっても、有効に作動し得る。

0018

酸化相は、イオン伝導相から得た電子をエネルギー変換部に伝達するために、電気伝導性物質を含有する必要がある。電気伝導性物質には、少なくともN型またはP型を含む。また、電気およびイオンの伝達を促進するために、酸化相中にイオン伝導性物質を含有させることで、イオン伝導相と酸化相との間で、イオン伝導性物質を傾斜組成とすることが好ましい。

0019

化学反応部において使用できるP型電気伝導性物質は、酸化コバルト、酸化銅などである。化学反応部において使用できるN型電気伝導性物質は、ランタンコバルタイト、ランタンクロマイト、白金などである。イオン伝導性物質は、イットリアセリア等によって安定化されたジルコニア、部分安定化されたジルコニア、酸化セリウムランタンレイドを使用できる。

0020

図1は、本発明の一実施形態に係る化学反応器1を概略的に示す斜視図であり、図2は、図1部分拡大図であり、図3は、図2における化学反応部を模式的に示す拡大図である。これは、NOxの分解セルに係るものである。

0021

化学反応器1は、円筒形状をしており、その中に窒素酸化物ガスを含む排気ガス通路4が形成されている。図2に示すようなエネルギー変換部7および化学反応部8を一素子10としたときに、多数の素子を化学反応器1の長手方向に配列することによって、化学反応器1が構成される。本例におけるエネルギー変換部7は熱電変換素子である。

0022

熱電変換素子7は、P型電気伝導相2と、N型電気伝導相3と、これらの各伝導相を包含する電気絶縁層6A、6Cと、各電気伝導相を互いに絶縁する電気絶縁層6Bとを備えている。素子7の外側端部7bにおいては、P型電気伝導相2とN型電気伝導相3とは、電気伝導相11によって接続されている。素子7の内側端部7a側には化学反応部8が設けられている。

0023

化学反応部8は、通路4に面している。化学反応部8は、還元相8a、イオン伝導相8b、酸化相8cの3つに分かれている。本例では、還元相8a中に、N型電気伝導性物質、P型電気伝導性物質およびイオン伝導性物質が混在しており、多孔質体を形成している。イオン伝導相8bは、ほとんどがイオン伝導性物質からなる。しかし、イオン伝導相8bと還元相、酸化相との境界付近では電気伝導性物質が混在していてよい。酸化相8cも、電気伝導性物質およびイオン伝導性物質が混在していてもよい。

0024

化学反応器1の通路4中に、自動車の排気ガス等の、窒素酸化物を含む高温ガスを導入する。ガスの持つ熱により、通路4内が高温(400℃−800℃)となり、化学反応器1の通路4側と外側との間で温度差が付く。この際、温度差を大きくするために、化学反応器1の外側を公知の冷却手段によって冷却することが好ましい。

0025

この温度差によって、エネルギー変換部7のP型電気伝導層2内にホールが発生し、電子が化学反応部8に供給される。一方、排気ガスは、矢印Aのように通路4内へと入り、通路4内を矢印Dのように流れ、化学反応部8に接触する。この際、窒素酸化物が、還元相8aで選択的に吸着される。

0026

P型電気伝導相2からの電子は、還元相8aとイオン伝導相8bとの界面において、吸着された窒素酸化物を選択的に還元し、酸素イオンと窒素とを生成させる。窒素は、矢印Bのように排出される。酸素イオンは、イオン伝導相中を伝導し、イオン伝導相と酸化相との界面において、酸素ガスと電子とを生成する。電子は、エネルギー変換部7のN型電気伝導部3に流れる。酸素ガスは矢印Cのように排出される。従って、高温の排気ガスを流し続ければ、エネルギー変換部において電子が発生し続け、この電子を利用して窒素酸化物の還元反応が進行する。

発明の効果

0027

以上述べたように、本発明によれば、外部電源を必要とせず、被処理物質それ自体が有する物理的、化学的エネルギーを利用して、被処理物質の化学反応を進行させ得るような、自己完結型新規な化学反応器を提供できる。

図面の簡単な説明

0028

図1本発明の一実施形態に係る化学反応器1を概略的に示す斜視図である。
図2化学反応器1の一素子10を拡大して示す断面図である。
図3図2の化学反応部8を拡大して模式的に示す図である。

--

0029

1化学反応器2P型電気伝導相 3N型電気伝導相 6A、6B、6C電気絶縁層7エネルギー変換部 8化学反応部 8a還元相8bイオン伝導相8c酸化相
10 化学反応器の一素子

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社ニコンの「 流体デバイス、バルブ装置及び検出装置」が 公開されました。( 2021/05/27)

    【課題・解決手段】本発明は、保管、運搬後に安定して検出・検査を行うことができる流体デバイスを提供することを目的とする。接合面で接合された第1基材及び第2基材を備え、第1基材又は第2基材の少なくとも一方... 詳細

  • 国立研究開発法人科学技術振興機構の「 熱電変換素子」が 公開されました。( 2021/05/27)

    【課題・解決手段】形状を自在に変えることができる加工が容易な熱電変換素子の提供。周期表第8族、9族、10族又はCr、又はMnから選択される1種の金属M1と周期表第11族又は第12族から選択される1種の... 詳細

  • 大川原化工機株式会社の「 噴霧熱分解装置及び噴霧熱分解方法」が 公開されました。( 2021/05/27)

    【課題】原料液滴を加熱分解させて製品である微粒子の品質を一定に維持しつつ、当該微粒子の量産が可能である噴霧熱分解装置を提供する。【解決手段】 原料液滴を加熱、分解させる反応炉11と、この反応炉11の... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ