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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023146514
(43)【公開日】2023-10-12
(54)【発明の名称】ガス供給器およびガス製造方法
(51)【国際特許分類】
C25B 9/00 20210101AFI20231004BHJP
C25B 13/07 20210101ALI20231004BHJP
C25B 9/23 20210101ALI20231004BHJP
C25B 9/67 20210101ALI20231004BHJP
C25B 1/04 20210101ALI20231004BHJP
C25B 3/03 20210101ALI20231004BHJP
C25B 15/02 20210101ALI20231004BHJP
F17C 7/00 20060101ALI20231004BHJP
C01B 13/00 20060101ALI20231004BHJP
C01B 3/00 20060101ALI20231004BHJP
C25B 1/27 20210101ALI20231004BHJP
【ＦＩ】
C25B9/00 A
C25B13/07
C25B9/23
C25B9/67
C25B1/04
C25B3/03
C25B15/02
F17C7/00 A
C01B13/00
C01B3/00 Z
C25B1/27
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022053727
(22)【出願日】2022-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】000006183
【氏名又は名称】三井金属鉱業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001070
【氏名又は名称】弁理士法人エスエス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】井手 慎吾
(72)【発明者】
【氏名】加畑 実
【テーマコード（参考）】
3E172
4G042
4G140
4K021
【Ｆターム（参考）】
3E172AA02
3E172AA07
3E172AB01
3E172AB11
3E172AB12
3E172AB20
3E172DA90
3E172EB02
3E172KA03
3E172KA22
3E172KA23
4G042AA05
4G042BA31
4G140AB01
4K021AA01
4K021AB25
4K021AC02
4K021BA02
4K021CA09
4K021CA12
4K021DC01
4K021DC03
(57)【要約】
【課題】固体電解質を用いたガス供給器において、十分なガス供給量とともに、安定したガス供給を行うことができるガス供給器およびこのガス供給器を用いたガス製造方法を提供する。
【解決手段】固体電解質を有するガス生成部を備えるガス供給器であって、ガス生成部で生成された濃縮ガスを貯留可能な貯留タンクを備え、貯留タンクは、該貯留タンクから排出される濃縮ガスの排気量を、内部に貯留した濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかに基づいて制御可能に構成する。
【選択図】図１
【解決手段】固体電解質を有するガス生成部を備えるガス供給器であって、ガス生成部で生成された濃縮ガスを貯留可能な貯留タンクを備え、貯留タンクは、該貯留タンクから排出される濃縮ガスの排気量を、内部に貯留した濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかに基づいて制御可能に構成する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
固体電解質を有するガス生成部を備えるガス供給器であって、
前記ガス生成部で生成された濃縮ガスを貯留可能な貯留タンクを備え、
前記貯留タンクは、該貯留タンクから排出される濃縮ガスの排気量を、内部に貯留した濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかに基づいて制御可能に構成される、ガス供給器。
前記ガス生成部で生成された濃縮ガスを貯留可能な貯留タンクを備え、
前記貯留タンクは、該貯留タンクから排出される濃縮ガスの排気量を、内部に貯留した濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかに基づいて制御可能に構成される、ガス供給器。
【請求項2】
前記貯留タンクは、前記濃縮ガスの流入口と排気口とを有し、該流入口と該排気口とにそれぞれ少なくとも一つの弁を備え、
前記貯留タンクの流入口または排気口に設けられた弁のうち少なくとも一つを操作することにより、前記貯留タンクの内部に貯留した濃縮ガスの圧力を０．１ａｔｍ以上１５０ａｔｍ以下、前記貯留タンクの排気口から排気される排気ガスの流量を０．１Ｌ／分以上１００Ｌ／分以下の範囲でそれぞれ調節可能に構成される、請求項１に記載のガス供給器。
前記貯留タンクの流入口または排気口に設けられた弁のうち少なくとも一つを操作することにより、前記貯留タンクの内部に貯留した濃縮ガスの圧力を０．１ａｔｍ以上１５０ａｔｍ以下、前記貯留タンクの排気口から排気される排気ガスの流量を０．１Ｌ／分以上１００Ｌ／分以下の範囲でそれぞれ調節可能に構成される、請求項１に記載のガス供給器。
【請求項3】
前記貯留タンクの排気側に、少なくとも一つの二次タンクをさらに備える、請求項１または２に記載のガス供給器。
【請求項4】
前記二次タンクは、前記濃縮ガスの流入口と排気口とを有し、該流入口と該排気口とにそれぞれ少なくとも一つの弁を備え、
前記二次タンクの流入口または排気口に設けられた弁のうち少なくとも一つを操作することにより、前記二次タンクの内部に貯留した濃縮ガスの圧力を１．０ａｔｍ以上８００ａｔｍ以下、前記二次タンクの排気口から排気される排気ガスの流量を１．０Ｌ／分以上１０００Ｌ／分以下の範囲でそれぞれ調節可能に構成される、請求項３に記載のガス供給器。
前記二次タンクの流入口または排気口に設けられた弁のうち少なくとも一つを操作することにより、前記二次タンクの内部に貯留した濃縮ガスの圧力を１．０ａｔｍ以上８００ａｔｍ以下、前記二次タンクの排気口から排気される排気ガスの流量を１．０Ｌ／分以上１０００Ｌ／分以下の範囲でそれぞれ調節可能に構成される、請求項３に記載のガス供給器。
【請求項5】
前記二次タンクは、前記ガス生成部において生じた熱により前記二次タンク内の濃縮ガスの加熱または冷却が可能なように構成される、請求項３または４に記載のガス供給器。
【請求項6】
前記二次タンクは、内部に貯留した濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかに基づいて制御することにより、前記二次タンクの排気口から排気される排気ガスの供給量が調節可能に構成される、請求項３から５のいずれか一項に記載のガス供給器。
【請求項7】
前記ガス生成部は、酸素濃縮器、水素生成器、アンモニア発生器及びメタンガス発生器のいずれかである、請求項１から６のいずれか一項に記載のガス供給器。
【請求項8】
前記ガス生成部が酸素濃縮器であり、
前記貯留タンクは、内部に貯留した濃縮ガスを、該濃縮ガスの体積、温度、圧力及び酸素濃度のうち、少なくともいずれかに基づいて制御可能に構成される、請求項７に記載のガス供給器。
前記貯留タンクは、内部に貯留した濃縮ガスを、該濃縮ガスの体積、温度、圧力及び酸素濃度のうち、少なくともいずれかに基づいて制御可能に構成される、請求項７に記載のガス供給器。
【請求項9】
前記ガス生成部が酸素濃縮器であり、
前記固体電解質は、互いに対向する少なくとも２つの活性化面を有し、
前記活性化面はそれぞれ電極と接続され、
一方の活性化面と接する一方の気体の酸素分圧より、他方の活性化面と接する他方の気体の酸素分圧が高く、
一方の気体及び他方の気体の少なくともいずれかが大気と接続される、請求項７または８に記載のガス供給器。
前記固体電解質は、互いに対向する少なくとも２つの活性化面を有し、
前記活性化面はそれぞれ電極と接続され、
一方の活性化面と接する一方の気体の酸素分圧より、他方の活性化面と接する他方の気体の酸素分圧が高く、
一方の気体及び他方の気体の少なくともいずれかが大気と接続される、請求項７または８に記載のガス供給器。
【請求項10】
前記貯留タンクは、前記ガス生成部において生じた熱により加熱または冷却が可能なように構成される、請求項１から９のいずれか一項に記載のガス供給器。
【請求項11】
前記貯留タンクは、内部に貯留した濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかに基づいて制御することにより、前記貯留タンクの排気口から排気される排気ガスの供給量が調節可能に構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のガス供給器。
【請求項12】
前記固体電解質が、酸化物イオン伝導体若しくはプロトン伝導体を含む酸化物である、請求項１から１１のいずれか一項に記載のガス供給器。
【請求項13】
前記固体電解質が、
式（１）：Ａ9.3+x［Ｔ6.0-yＭy］Ｏ26.0+z（式中、Ａは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素である。Ｔは、Ｓｉ若しくはＧｅ又はその両方を含む元素である。Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｂ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ及びＭｏからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素である。ｘは、－１．４以上１．５以下の数である。ｙは、０．０以上３．０以下の数である。ｚは、－５．０以上５．２以下の数である。Ｔのモル数に対するＡのモル数の比率は１．３以上３．７以下である。）で表される複合酸化物を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のガス供給器。
式（１）：Ａ9.3+x［Ｔ6.0-yＭy］Ｏ26.0+z（式中、Ａは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素である。Ｔは、Ｓｉ若しくはＧｅ又はその両方を含む元素である。Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｂ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ及びＭｏからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素である。ｘは、－１．４以上１．５以下の数である。ｙは、０．０以上３．０以下の数である。ｚは、－５．０以上５．２以下の数である。Ｔのモル数に対するＡのモル数の比率は１．３以上３．７以下である。）で表される複合酸化物を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のガス供給器。
【請求項14】
請求項１から１３のいずれか一項に記載のガス供給器に原料ガスを流入させるとともに、前記固体電解質に電圧を印加することでガスを生成する、ガス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば、酸素濃縮器、水素生成器、アンモニア発生器及びメタンガス発生器などのガス供給器およびガス製造方法に関し、特に、固体電解質を有するガス生成部を備えたガス供給器およびガス製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、医療用や産業用などに用いられる、例えば、空気に含まれる酸素を濃縮して酸素濃度の高いガスを生成する酸素濃縮器、純水や水溶液などを電解することで水素濃度の高いガスを生成する水素生成器、窒素と水からアンモニアを合成するアンモニア発生器、二酸化炭素と水からメタンを合成するメタンガス発生器など、固体電解質を利用したガス供給器が知られている（非特許文献１～４）。
【0003】
例えば、酸素濃縮器は、図７に示すように、酸化物イオン伝導体である固体電解質１０２の対抗する面１０２ａ，１０２ｂに、それぞれガス透過可能な電極１０４ａ，１０４ｂが設けられ、この電極１０４ａ，１０４ｂ間に直流電源１０６から直流電圧が印加可能に構成されたガス生成部１００を有している。
【0004】
このようなガス生成部１００では、固体電解質１０２の一方の面１０２ａがガス透過可能な電極１０４ａ，１０４ｂを介して大気と接触した状態で、電極１０４ａ，１０４ｂ間に直流電圧を印加することで、大気中の酸素が、固体電解質１０２の一方の面、例えば、面１０２ａ側から他方の面１０２ｂ側に移動することにより、電気化学的に酸素のみを分離することができ、高濃度の酸素ガスを得ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Ken WATANABE et al., " Oxygen pumping based on c-axis-oriented lanthanum silicate ceramics: challenge toward low operating temperature", Journal of the Ceramic Society of Japan (2019)
【非特許文献2】D. Grigoriou et al., " The role of the promoting ionic species in electrochemical promotion and in metal-support interactions", Catalysis Today 363 (2021) 122-127
【非特許文献3】Daniel Sastre et al., " Enhanced performance of CH4 dry reforming over La0.9Sr0.1FeO3/YSZ under chemical looping conditions", Fuel 309 (2022) 122122
【非特許文献4】Y. Kobayashi et al., " Electrochemical Synthesis of Ammonia Using Proton Conducting Solid Electrolyte and Ru-doped BaCe0.9Y0.1O3-δ Electrode Catalyst", ECS Transactions, 75 (42) 43-52 (2017)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
このようなガス供給器は、医療用や産業用などに用いられることから、十分なガス供給量とともに、安定したガス供給が求められる。しかしながら、上述するような固体電解質を用いたガス生成部では、原理上、生成されるガスの量が限られるため、必要量に対して十分なガスが得られない場合が生じ得る。
【0007】
すなわち、固体電解質を用いたガス供給器では、ガスの必要量に対してガス供給量が不足しがちであり、ガス供給量が不足した場合には、例えば、生産ライン等の速度を制約する必要があった。その結果、ガス供給器が燃焼ガスを供給する場合には、燃焼不足が生じてしまう。また、ガス供給器が酸素濃縮器の場合には、患者へ供給する酸素量が不足するなどの問題が生じてしまう。
【0008】
本発明では、このような現状に鑑み、固体電解質を用いたガス供給器において、十分なガス供給量とともに、安定したガス供給を行うことができるガス供給器およびこのガス供給器を用いたガス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、上述するような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、本発明のガス供給器は、
固体電解質を有するガス生成部を備えるガス供給器であって、
前記ガス生成部で生成された濃縮ガスを貯留可能な貯留タンクを備え、
前記貯留タンクは、該貯留タンクから排出される濃縮ガスの排気量を、内部に貯留した濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかに基づいて制御可能に構成される。
固体電解質を有するガス生成部を備えるガス供給器であって、
前記ガス生成部で生成された濃縮ガスを貯留可能な貯留タンクを備え、
前記貯留タンクは、該貯留タンクから排出される濃縮ガスの排気量を、内部に貯留した濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかに基づいて制御可能に構成される。
【0010】
このようなガス供給器では、前記貯留タンクは、前記濃縮ガスの流入口と排気口とを有し、該流入口と該排気口とにそれぞれ少なくとも一つの弁を備え、
前記貯留タンクの流入口または排気口に設けられた弁のうち少なくとも一つを操作することにより、前記貯留タンクの内部に貯留した濃縮ガスの圧力を０．１ａｔｍ以上１５０ａｔｍ以下、前記貯留タンクの排気口から排気される排気ガスの流量を０．１Ｌ／分以上１００Ｌ／分以下の範囲でそれぞれ調節可能に構成することができる。
前記貯留タンクの流入口または排気口に設けられた弁のうち少なくとも一つを操作することにより、前記貯留タンクの内部に貯留した濃縮ガスの圧力を０．１ａｔｍ以上１５０ａｔｍ以下、前記貯留タンクの排気口から排気される排気ガスの流量を０．１Ｌ／分以上１００Ｌ／分以下の範囲でそれぞれ調節可能に構成することができる。
【0011】
また、前記貯留タンクの排気側に、少なくとも一つの二次タンクをさらに備えることができる。
【0012】
また、前記二次タンクは、前記濃縮ガスの流入口と排気口とを有し、該流入口と該排気口とにそれぞれ少なくとも一つの弁を備え、
前記二次タンクの流入口または排気口に設けられた弁のうち少なくとも一つを操作することにより、前記二次タンクの内部に貯留した濃縮ガスの圧力を１．０ａｔｍ以上８００ａｔｍ以下、前記二次タンクの排気口から排気される排気ガスの流量を１．０Ｌ／分以上１０００Ｌ／分以下の範囲でそれぞれ調節可能に構成することができる。
前記二次タンクの流入口または排気口に設けられた弁のうち少なくとも一つを操作することにより、前記二次タンクの内部に貯留した濃縮ガスの圧力を１．０ａｔｍ以上８００ａｔｍ以下、前記二次タンクの排気口から排気される排気ガスの流量を１．０Ｌ／分以上１０００Ｌ／分以下の範囲でそれぞれ調節可能に構成することができる。
【0013】
また、前記二次タンクは、前記ガス生成部において生じた熱により前記二次タンク内の濃縮ガスの加熱または冷却が可能なように構成することができる。
【0014】
また、前記二次タンクは、内部に貯留した濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかに基づいて制御することにより、前記二次タンクの排気口から排気される排気ガスの供給量が調節可能に構成することができる。
【0015】
また、前記ガス生成部は、酸素濃縮器、水素生成器、アンモニア発生器及びメタンガス発生器のいずれかとすることができる。
【0016】
また、前記ガス生成部が酸素濃縮器である場合、
前記貯留タンクは、内部に貯留した濃縮ガスを、該濃縮ガスの体積、温度、圧力及び酸素濃度のうち、少なくともいずれかに基づいて制御可能に構成することができる。
前記貯留タンクは、内部に貯留した濃縮ガスを、該濃縮ガスの体積、温度、圧力及び酸素濃度のうち、少なくともいずれかに基づいて制御可能に構成することができる。
【0017】
また、前記ガス生成部が酸素濃縮器である場合、
前記固体電解質は、互いに対向する少なくとも２つの活性化面を有し、
前記活性化面はそれぞれ電極と接続され、
一方の活性化面と接する一方の気体の酸素分圧より、他方の活性化面と接する他方の気体の酸素分圧が高く、
一方の気体及び他方の気体の少なくともいずれかが大気と接続することができる。
前記固体電解質は、互いに対向する少なくとも２つの活性化面を有し、
前記活性化面はそれぞれ電極と接続され、
一方の活性化面と接する一方の気体の酸素分圧より、他方の活性化面と接する他方の気体の酸素分圧が高く、
一方の気体及び他方の気体の少なくともいずれかが大気と接続することができる。
【0018】
また、前記貯留タンクは、前記ガス生成部において生じた熱により加熱または冷却が可能なように構成することができる。
【0019】
また、前記貯留タンクは、内部に貯留した濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかに基づいて制御することにより、前記貯留タンクの排気口から排気される排気ガスの供給量が調節可能に構成することができる。
【0020】
また、前記固体電解質が、酸化物イオン伝導体若しくはプロトン伝導体を含む酸化物とすることができる。
【0021】
また、前記固体電解質が、
式（１）：Ａ9.3+x［Ｔ6.0-yＭy］Ｏ26.0+z（式中、Ａは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素である。Ｔは、Ｓｉ若しくはＧｅ又はその両方を含む元素である。Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｂ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ及びＭｏからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素である。ｘは、－１．４以上１．５以下の数である。ｙは、０．０以上３．０以下の数である。ｚは、－５．０以上５．２以下の数である。Ｔのモル数に対するＡのモル数の比率は１．３以上３．７以下である。）で表される複合酸化物を含むことができる。
式（１）：Ａ9.3+x［Ｔ6.0-yＭy］Ｏ26.0+z（式中、Ａは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素である。Ｔは、Ｓｉ若しくはＧｅ又はその両方を含む元素である。Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｂ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ及びＭｏからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素である。ｘは、－１．４以上１．５以下の数である。ｙは、０．０以上３．０以下の数である。ｚは、－５．０以上５．２以下の数である。Ｔのモル数に対するＡのモル数の比率は１．３以上３．７以下である。）で表される複合酸化物を含むことができる。
【0022】
また、本発明のガス製造方法は、上述するいずれかのガス供給器に原料ガスを流入させるとともに、前記固体電解質に電圧を印加することでガスを生成する。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、ガス生成部で生成された濃縮ガスを貯留可能な貯留タンクを備えるとともに、貯留タンク内に貯留した濃縮ガスを、濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかに基づいて制御することができ、所望のガスについて十分な供給量を維持しつつ、安定してガス供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいて、より詳細に説明する。
図１は、本発明の一つの実施形態である酸素濃縮器などを用いた場合におけるガス供給器の構成を説明するための模式図である。
なお、本実施形態では、ガス生成部として濃縮した酸素を供給する酸素濃縮器を例として説明するが、本発明は、例えば、水素生成器、アンモニア発生器及びメタンガス発生器などにも適用することが可能である。
図１は、本発明の一つの実施形態である酸素濃縮器などを用いた場合におけるガス供給器の構成を説明するための模式図である。
なお、本実施形態では、ガス生成部として濃縮した酸素を供給する酸素濃縮器を例として説明するが、本発明は、例えば、水素生成器、アンモニア発生器及びメタンガス発生器などにも適用することが可能である。
【0026】
図１に示すように、本実施形態のガス供給器１０は、固体電解質２２を有するガス生成部２０と、ガス生成部２０で生成された濃縮ガスを貯留可能な貯留タンク４０と、を備えている。
【0027】
ガス生成部２０は、固体電解質２２を有しており、この固体電解質２２は、互いに対向する少なくとも２つの活性化面２２ａ，２２ｂを有している。活性化面２２ａ，２２ｂには、それぞれ電極２４ａ，２４ｂが接続されている。
【0028】
電極２４ａ，２４ｂは、直流電源２６に接続されており、電極２４ａ，２４ｂ間に直流電圧を印加可能に構成される。また、電極２４ａ，２４ｂは、固体電解質２２と外気とが接触したり、固体電解質２２における生成ガスが流通できるように、例えば、多孔質体、金網、エキスパンド形状などが好ましく、酸化物や窒化物を含む板状、層状または膜状の多孔質体がより好ましい。なお、本発明において直流電圧としては、電圧値が一定であるものに限られず、電場の向きは変わらずに電圧値が変動するものであっても構わない。
【0029】
また、ガス生成部２０は、ガス取込室２８と、ガス取出室３０とを備えている。
ガス取込室２８は、ガス取込口２８ａを備えており、ガス取込口２８ａを介してガス取込室２８と大気とが接続される。すなわち、ガス取込室２８には、ガス取込口２８ａを介して大気から空気が取り込まれる。また、ガス取込室２８内の気体は、固体電解質２２の一方の活性化面２２ａと接している。
ガス取込室２８は、ガス取込口２８ａを備えており、ガス取込口２８ａを介してガス取込室２８と大気とが接続される。すなわち、ガス取込室２８には、ガス取込口２８ａを介して大気から空気が取り込まれる。また、ガス取込室２８内の気体は、固体電解質２２の一方の活性化面２２ａと接している。
【0030】
ガス取出室３０は、ガス取出口３０ａを備えており、ガス取出口３０ａは、貯留タンク４０と接続するガス供給配管３２に接続される。また、ガス取出室３０内の気体は、固体電解質２２の他方の活性化面２２ｂと接している。
【0031】
本実施形態のようにガス生成部２０が酸素濃縮器の場合、固体電解質２２の一方の活性化面２２ｂと接する側の気体、すなわち、ガス取出室３０内の気体の酸素分圧は、固体電解質２２の他方の活性化面２２ａと接する側の気体、すなわち、ガス取込室２８内の気体の酸素分圧よりも高くなっている。すなわち、ガス取込室２８内の酸素が、固体電解質２２を介してガス取出室３０に移動することで、ガス取出室３０内の気体の酸素濃度が、大気に接する流入口側よりも高くなっている。
【0032】
なお、本実施形態においては、ガス取出室３０はガス取出口３０ａのみを有しているが、ガス生成部２０で得られた酸素の濃度を調節するため、ガス取出室３０と大気とを接続する、すなわち、ガス取出室３０に大気から空気を取り込むための大気取込口を設けてもよく、この場合、大気取込口にマスフローコントローラーなどの弁を設けることが好ましい。なお、本実施形態と異なり、ガス生成部２０が水素生成器、アンモニア発生器及びメタンガス発生器のいずれかである場合には、ガス取出室３０から取り出すガスの種類を大気の他、用途に応じ、水素、一酸化炭素、一酸化窒素、窒素やアルゴンなどの不活性ガス、炭化水素系ガスと混合させ、濃度を調整することができる。
【0033】
固体電解質２２は、酸化物イオン伝導体若しくはプロトン伝導体を含む酸化物とすることが好ましい。なお、このような酸化物としては、希土類元素若しくはアルカリ土類金属元素を含む酸化物であることが好ましく、具体的には、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）や、ランタンシリケートオキサイド（ＬＳＯ）、イットリウム添加バリウムジルコネート（ＢＺＹ）などを挙げることができる。
【0034】
また、固体電解質２２としては、金属有機構造体（ＭＯＦ）であってもよいし、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）を用いてもよい。
また、固体電解質２２が、式（１）：Ａ9.3+x［Ｔ6.0-yＭy］Ｏ26.0+z（式中、Ａは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素である。Ｔは、Ｓｉ若しくはＧｅ又はその両方を含む元素である。Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｂ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ及びＭｏからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素である。ｘは、－１．４以上１．５以下の数である。ｙは、０．０以上３．０以下の数である。ｚは、－５．０以上５．２以下の数である。Ｔのモル数に対するＡのモル数の比率は１．３以上３．７以下である。）で表される複合酸化物を含むこともできる。
また、固体電解質２２が、式（１）：Ａ9.3+x［Ｔ6.0-yＭy］Ｏ26.0+z（式中、Ａは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素である。Ｔは、Ｓｉ若しくはＧｅ又はその両方を含む元素である。Ｍは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｂ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ及びＭｏからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素である。ｘは、－１．４以上１．５以下の数である。ｙは、０．０以上３．０以下の数である。ｚは、－５．０以上５．２以下の数である。Ｔのモル数に対するＡのモル数の比率は１．３以上３．７以下である。）で表される複合酸化物を含むこともできる。
【0035】
このように構成されたガス生成部２０において、原料ガス（本実施形態においては空気）をガス取込室２８に供給し、固体電解質２２の一方の活性化面２２ａ側と原料ガスとが接した状態で、電極２４ａ，２４ｂによって固体電解質２２に直流電圧を印加することによって、所望のガス（本実施形態においては濃縮酸素）が生成される。
【0036】
貯留タンク４０は、ガス供給配管３２と接続される流入口４２と、貯留タンク４０内に貯留した濃縮ガスを排気する排気口４４とを有している。流入口４２（ガス供給配管３２）と排気口４４（ガス排気配管４６）には、それぞれ少なくとも一つの弁３２ａ，４６ａを備えている。この弁３２ａ，４６ａを操作することによって、ガス生成部２０から貯留タンク４０への濃縮ガスの移動、貯留タンク４０から外部への濃縮ガスの移動を制御することができる。なお、このような弁３２ａ，４６ａとしては、特に限定されるものではないが、例えば、マスフローコントローラーを用いることができる。また、本実施形態においては、流入口４２及び排気口４４にそれぞれ一つの弁３２ａ，４６ａを設けているが、流入口４２及び排気口４４にそれぞれ二つ以上の弁を設けるように構成することもできる。
【0037】
また、貯留タンク４０は、図示しないセンサーによって貯留タンク４０内の濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかを計測可能に構成される。また、貯留タンク４０は、このように計測された貯留タンク４０内の濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかに基づいて、貯留タンク４０から排出される濃縮ガスの排気量を制御可能に構成される。
【0038】
具体的には、濃縮ガスの体積を制御する場合には、貯留タンク４０をシリンジ構造とすることにより、貯留タンク４０内部の容積を変更可能に構成すればよい。また、濃縮ガスの温度を制御する場合には、加熱／冷却装置を用いて、濃縮ガスの加熱または冷却をするように構成すればよい。
【0039】
なお、本実施形態では、ガス生成部２０において生じた熱を、貯留タンク４０内の濃縮ガスに伝える熱伝導機構（図示せず）を備えている。なお、熱伝導機構としては、特に限定されるものではなく、ガス生成部２０と貯留タンク４０との間で熱交換が可能な既知の熱交換器を用いることができる。
【0040】
また、濃縮ガスの圧力を制御する場合には、上述の弁３２ａ，４６ａのうち少なくとも一つを操作し、体積又は温度を制御することによって、貯留タンク４０内の濃縮ガスの加圧または減圧をするように構成すればよい。
【0041】
なお、貯留タンク４０内の濃縮ガスの圧力を制御する場合、濃縮ガスの圧力は０．１ａｔｍ以上１５０ａｔｍ以下となるように制御することが好ましい。また、この場合、貯留タンク４０の排気口４４から排気される濃縮ガスの流量は０．１Ｌ／分以上１００Ｌ／分以下となるように制御することが好ましい。
【0042】
このように、貯留タンク４０内の濃縮ガスの体積や温度、圧力を制御することによって、貯留タンク４０から排出される濃縮ガスの排気量を調整することができる。
【0043】
また、本実施形態のようにガス供給器１０が酸素濃縮器である場合、貯留タンク４０内の濃縮ガスの酸素濃度を計測し、この酸素濃度に基づいて、貯留タンク４０内の濃縮ガスの酸素濃度を任意の濃度に制御可能に構成することもできる。
【0044】
なお、貯留タンク４０内の濃縮ガスの酸素濃度は、上述の弁３２ａまたは弁４６ａの少なくとも一方の弁を制御することによって、調節することができる。例えば、貯留タンク４０内を上述の体積制御によって減圧した状態で圧力調整弁４１を開け、外気（酸素濃度２０．９％）を取り込むことによって、任意の酸素濃度に制御することができる。
【0045】
図２は、別の実施形態におけるガス供給器の構成を説明するための模式図である。
図２に示すガス供給器１０は、基本的には、図１に示すガス供給器１０と同様な構成であり、同様な構成要素には、同じ符合を付して、その詳細な説明を省略する。
図２に示すガス供給器１０は、基本的には、図１に示すガス供給器１０と同様な構成であり、同様な構成要素には、同じ符合を付して、その詳細な説明を省略する。
【0046】
本実施形態のガス供給器１０では、貯留タンク４０の排気側に二次タンク５０が接続されている。
二次タンク５０は、濃縮ガスの流入口５２と排気口５４とを有しており、ガス排気配管４６が二次タンク５０の流入口５２と接続されている。また、排気口５４には、二次排気配管５６が接続されている。
二次タンク５０は、濃縮ガスの流入口５２と排気口５４とを有しており、ガス排気配管４６が二次タンク５０の流入口５２と接続されている。また、排気口５４には、二次排気配管５６が接続されている。
【0047】
二次タンク５０の流入口５２（ガス排気配管４６）及び排気口５４（二次排気配管５６）には、それぞれ少なくとも一つの弁４６ａ，５６ａを備えている。この弁４６ａ，５６ａを操作することによって、貯留タンク４０から二次タンク５０への濃縮ガスの移動、二次タンク５０から外部への濃縮ガスの移動を制御することができる。なお、このような弁４６ａ，５６ａとしては、特に限定されるものではないが、例えば、マスフローコントローラーを用いることができる。また、本実施形態においては、流入口５２及び排気口５４にそれぞれ一つの弁４６ａ，５６ａを設けているが、流入口５２及び排気口５４にそれぞれ二つ以上の弁を設けるように構成することもできる。
【0048】
また、二次タンク５０は、図示しないセンサーによって二次タンク５０内の濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかを計測可能に構成される。また、二次タンク５０は、このように計測された二次タンク５０内の濃縮ガスの体積、温度及び圧力のうち、少なくともいずれかに基づいて、二次タンク５０の排気口５４から排気される排気ガスの供給量が調節可能に構成される。
【0049】
具体的には、濃縮ガスの体積を制御する場合には、二次タンク５０をシリンジ構造とすることにより、二次タンク５０内部の容積を変更可能に構成すればよい。また、濃縮ガスの温度を制御する場合には、加熱／冷却装置を用いて、濃縮ガスの加熱または冷却をするように構成すればよい。
【0050】
なお、本実施形態では、ガス生成部２０において生じた熱を、二次タンク５０内の濃縮ガスに伝える熱伝導機構（図示せず）を備えている。なお、熱伝導機構としては、特に限定されるものではなく、ガス生成部２０と二次タンク５０との間で熱交換が可能な既知の熱交換器を用いることができる。
【0051】
また、濃縮ガスの圧力を制御する場合には、上述する弁４６ａ，５６ａのうち少なくとも一つを操作することによって、二次タンク５０内の濃縮ガスの加圧または減圧をするように構成すればよい。
【0052】
なお、二次タンク５０内の濃縮ガスの圧力を制御する場合、濃縮ガスの圧力は１．０ａｔｍ以上８００ａｔｍ以下となるように制御することが好ましい。また、この場合、二次タンク５０の排気口５４から排気される濃縮ガスの流量は１．０Ｌ／分以上１０００Ｌ／分以下となるように制御することが好ましい。
【0053】
なお、本実施形態では、貯留タンク４０の排気側に二次タンク５０を１つだけ設けた構成としているが、二次タンク５０の数はこれに限定されず、例えば、図３に示すように、貯留タンク４０の排気側に、複数の二次タンク５０ａ～５０ｃを並列に接続することもできる。この場合、ガス生成部２０と貯留タンク４０との間、貯留タンク４０と各二次タンク５０ａ～５０ｃとの間、各二次タンク５０ａ～５０ｃの排気側に、それぞれ少なくとも一つの弁３２ａ，４６ａ～４６ｃ，５６ａ～５６ｃを設けることが好ましい。
【0054】
また、図４に示すように、貯留タンク４０の排気側に、複数の二次タンク５０ａ，５０ｂを直列に接続することもできる。この場合、ガス生成部２０と貯留タンク４０との間、貯留タンク４０と二次タンク５０ａとの間、二次タンク５０ａと二次タンク５０ｂとの間、二次タンク５０ｂの排気側にそれぞれ少なくとも一つの弁３２ａ，４６ａ，４６ａ’，５６ａを設けることが好ましい。
【0055】
また、図５に示すように、貯留タンク４０の排気側に、直列に接続した複数の二次タンク５０ａ～５０ｇを並列に接続することもできる。この場合、ガス生成部２０と貯留タンク４０との間、貯留タンク４０と各二次タンク５０ａ，５０ｄ，５０ｆとの間、各二次タンク５０ａ～５０ｇ同士の間、各二次タンク５０ｃ，５０ｅ，５０ｇの排気側に、それぞれ少なくとも一つの弁３２ａ，４６ａ～４６ｃ，４６ａ’～４６ｄ’，５６ａ～５６ｃを設けることが好ましい。
【0056】
このように、貯留タンク４０の排気側に、複数の二次タンク５０を設けることによって、異なる生産ライン等でそれぞれが必要とするガス供給量に調節して供給することが可能となる。
【0057】
また、図６に示すように、複数の貯留タンク４０ａ～４０ｃを並列に接続することもでき、各貯留タンク４０ａ～４０ｃは、それぞれ１つ以上の二次タンク５０ａ～５０ｅが接続されている。
【0058】
このように、複数の貯留タンク４０ａ～４０ｃを設けることによって、多量の酸素ガスを貯蔵したり、もしくは、各貯留タンク４０ａ～４０ｃに酸素濃度の異なるガスを貯蔵するようなこともできる。
また、図６に示すように、貯留タンク４０ａには、複数の二次タンク５０ａ，５０ｂが直列に接続されるように構成することもできるし、貯留タンク４０ｃのように、複数の二次タンク５０ｄ，５０ｅを並列に接続するように構成してもよい。
また、図６に示すように、貯留タンク４０ａには、複数の二次タンク５０ａ，５０ｂが直列に接続されるように構成することもできるし、貯留タンク４０ｃのように、複数の二次タンク５０ｄ，５０ｅを並列に接続するように構成してもよい。
【0059】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、ガス生成部２０の排気側に複数の貯留タンク４０のみを並列に設け、二次タンク５０を設けないように構成することもできるなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【0060】
１０ ガス供給器
２０ ガス生成部
２２ 固体電解質
２２ａ 活性化面
２２ｂ 活性化面
２４ａ 電極
２４ｂ 電極
２６ 直流電源
２８ ガス取込室
２８ａ ガス取込口
３０ ガス取出室
３０ａ ガス取出口
３２ ガス供給配管
３２ａ 弁
４０ 貯留タンク
４０ａ～４０ｃ 貯留タンク
４１ 圧力調整弁
４２ 流入口
４４ 排気口
４６ ガス排気配管
４６ａ～４６ｄ 弁
４６ａ’～４６ｄ’ 弁
５０ 二次タンク
５２ 流入口
５４ 排気口
５６ 二次排気配管
５６ａ～５６ｄ 弁
１００ ガス生成部
１０２ 固体電解質
１０４ａ 電極
１０４ｂ 電極
１０６ 直流電源
２０ ガス生成部
２２ 固体電解質
２２ａ 活性化面
２２ｂ 活性化面
２４ａ 電極
２４ｂ 電極
２６ 直流電源
２８ ガス取込室
２８ａ ガス取込口
３０ ガス取出室
３０ａ ガス取出口
３２ ガス供給配管
３２ａ 弁
４０ 貯留タンク
４０ａ～４０ｃ 貯留タンク
４１ 圧力調整弁
４２ 流入口
４４ 排気口
４６ ガス排気配管
４６ａ～４６ｄ 弁
４６ａ’～４６ｄ’ 弁
５０ 二次タンク
５２ 流入口
５４ 排気口
５６ 二次排気配管
５６ａ～５６ｄ 弁
１００ ガス生成部
１０２ 固体電解質
１０４ａ 電極
１０４ｂ 電極
１０６ 直流電源
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】