特許 7339251 キャリアガスの精製方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-28

(45)【発行日】2023-09-05

(54)【発明の名称】キャリアガスの精製方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/32 20060101AFI20230829BHJP

   C01B 3/56 20060101ALI20230829BHJP

   C01B 23/00 20060101ALI20230829BHJP

   C01B 21/04 20060101ALI20230829BHJP

【ＦＩ】

B01D53/32

C01B3/56 Z

C01B23/00 F

C01B21/04 R

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020528200

(86)(22)【出願日】2018-11-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-02-15

(86)【国際出願番号】 EP2018082150

(87)【国際公開番号】W WO2019101828

(87)【国際公開日】2019-05-31

【審査請求日】2021-11-15

(31)【優先権主張番号】1761173

(32)【優先日】2017-11-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】516065504

【氏名又は名称】ユニヴェルシテ グルノーブル アルプ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ジョナタン・デスール

【審査官】中村 泰三

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１１７０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５３８５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０３９６３５９７（ＵＳ，Ａ）

【文献】特表平０７－５０３６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１９８５６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／３２

Ｃ０１Ｂ ３／５６、２１／０４、２３／００

Ｃ２５Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の酸化度で含酸素不純物を含むキャリアガスを精製するための方法であって、前記方法が、フィルタ（２００）の方向ＸＸ’を通り且つ方向ＸＸ’に沿ったキャリアガスの、有利には中断されない、循環を含み、前記フィルタ（２００）が、酸化還元電位Ｅ°を有する酸素捕捉材料で作られ、前記フィルタ（２００）が、還元された酸化還元状態にある第１の部分（２１０ａ）を含み、前記第１の部分（２１０ａ）中で前記含酸素不純物が捕捉され、および／または前記第１の酸化度から第２の酸化度に移行し、前記酸素捕捉材料が、開放気孔率を有するセラミックであり、
前記方法が、主精製サイクルＣＰ中に酸化還元電位Ｅ°よりも、絶対値として、大きい電位ΔＶをフィルタ（２００）に印加することをさらに含むことを特徴とする、方法。

【請求項2】

前記酸素捕捉材料が、還元フロントＦと呼ばれるフロントに沿って前記第１の部分（２１０ａ）に隣接する第２の非還元部分（２１０ｂ）を、前記方向ＸＸ’に沿って、さらに含み、前記フロントは、前記主精製サイクルＣＰ中に、分極電流と呼ばれる電流が前記フィルタ（２００）を通過すると、前記第１の部分（２１０ａ）を犠牲にして移動することができる、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記主精製サイクルＣＰの間、前記電位ΔＶはまた、所定の電位ΔＶ_ｐよりも小さく、前記所定の電位ΔＶ_ｐは、前記分極電流の時間変化のおよび表面単位による正の部分が２０ｍＡ／ｃｍ^２／ｈ未満であるように調整される、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記主精製サイクルＣＰ中に、前記方向ＸＸ’に沿った前記第１の部分（２１０ａ）の拡張が所定の長さを超えると、前記方法は、前記還元フロントＦを選択値に再配置するように意図された前記フィルタ（２００）の再生サイクルＣＲを実施し、前記再生サイクルＣＲは、前記所定の電位ΔＶ_ｐよりも高い電位ΔＶの印加を含む、請求項２または３に記載の方法。

【請求項5】

前記方法が、前記セラミックの粒子を電気化学的にリバランスするように意図されたリバランスサイクルＣＲＩも含み、前記リバランスサイクルＣＲＩが、前記フィルタ（２００）の短絡を含む、請求項３または４に記載の方法。

【請求項6】

前記リバランスサイクルＣＲＩは、前記第１の部分（２１０ａ）のレベルでの前記含酸素不純物の捕捉が閾値捕捉割合未満になると、実施される、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記セラミックが、６００℃～１１００℃に含まれる温度に維持される、請求項２～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記電位ΔＶが、電圧発生器（３１０）によって前記フィルタ（２００）の２つの端部に印加される、請求項２から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

精製するための方法の実行中に、前記分極電流が連続的に測定される、請求項２～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記酸素捕捉材料が、金属酸化物固溶体を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記金属酸化物固溶体が、ＺｒＹＯもしくはＺｒＳｃＯ固溶体、または、ＴｈＯ_２ ^－およびＬａＧａＯ_３ ^－ベースの構造を含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記キャリアガスが中性ガスを含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記ガスが水素またはヘリウムを含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記含酸素不純物が一酸化炭素または一酸化窒素を含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記含酸素不純物が、水または二酸化硫黄を含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、含酸素不純物を含むキャリアガスの精製方法に関する。特に、本発明は、上記含酸素不純物の電気変換を実施する、含酸素不純物を含むキャリアガスを精製する方法に関する。

【0002】

本発明は、特に、一酸化炭素を含む水素の精製のために実施される。

【背景技術】

【0003】

酸素捕捉材料は、化学種、特に含酸素化学種（「含酸素不純物」とも呼ばれる）の酸化度変化反応（「電気変換」と呼ばれる）を可能にすることが当業者に知られている。

【0004】

これに関して、本明細書の最後に引用した文献［１］および［２］に記載されているように、酸素捕捉材料は、金属酸化物固溶体、特にジルコニア（二酸化ジルコニウム）、さらにより具体的には安定化ジルコニアを含むことができる。

【0005】

したがって、化学種の電気変換は、少なくとも部分的に酸素捕捉材料と、考慮される化学種との間の熱力学的ポテンシャルの差に基づく。

【0006】

含酸素不純物の電気変換を可能にする酸素捕捉材料のこの能力は、含酸素不純物を含むキャリアガス、特に水素の精製に特に有用である。

【0007】

したがって、キャリアガスを精製するためのそのような方法は、酸素捕捉材料を含むフィルタを通して前記ガスを通過させることを含むことができ、フィルタは、開放気孔率を有するセラミックの形態をとり、前記酸素捕捉材料は、少なくとも部分的に還元された状態にある。

【0008】

キャリアガスがフィルタを通過することにより、含酸素不純物をセラミックと密接に接触させることが可能になり、その結果、前記不純物の捕捉および／または電気変換を行うことができる。

【0009】

しかしながら、この方法は満足できるものではない。

【0010】

実際、本発明者らは、キャリアガスを精製する方法の経時的な有効性の損失に注目した。この有効性の損失は、燃料電池の分野における水素の精製に特に必要とされ得る、キャリアガスを精製するための方法の任意の連続的な使用を妨げるので、特に有害であり得る。

【0011】

精製方法の有効性の損失は、一方では、セラミックの粒子の表面の電気変換の生成物による飽和に起因し、他方では、前記セラミックの各粒子内の酸化度の不均一性に起因する。

【0012】

これらの２つの効果は異なり、同じ方法によれば、精製方法の有効性の損失に寄与しない。

【0013】

実際に、粒子の表面の飽和は、前記粒子と含酸素不純物との間のあらゆる密接な接触を妨げ、実際に、含酸素不純物の電気変換を制限し、さらには妨げる。

【0014】

粒子自体内の酸化度の不均一性は、前記不純物の捕捉能力を制限する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明の目的は、連続的に動作することができる、含酸素不純物を含むキャリアガスを精製する方法を提案することである。

【0016】

本発明の別の目的は、含酸素不純物を含む飽和キャリアガスを精製する方法であって、セラミックの粒子の表面の飽和が少なくとも制限される方法を提案することである。

【0017】

本発明の目的は、第１の酸化度で含酸素不純物を含むキャリアガスを精製する方法によって少なくとも部分的に達成され、精製方法は、フィルタの方向ＸＸ’を通り且つ沿って、有利には中断されずに、キャリアガスの循環を含み、フィルタは、酸化還元電位Ｅ°を有する酸素捕捉材料で作製され、その第１の部分は、還元された酸化還元状態にあり、その中で含酸素不純物が捕捉されおよび／または第１の酸化度から第２の酸化度に移行し、酸素捕捉材料は、開放気孔率を有するセラミックであり、本方法は、主精製サイクルＣＰ中の酸化還元電位Ｅ°に対して、絶対値として、より大きい電位ΔＶをフィルタの適用をさらに含む。

【課題を解決するための手段】

【0018】

一実施形態によれば、酸素捕捉材料は、方向ＸＸ’に沿って、還元フロントＦと呼ばれるフロントに沿って第１の部分に隣接する第２の非還元部分をさらに含み、還元フロントＦは、主精製サイクルＣＰ中に分極電流と呼ばれる電流がフィルタを通過すると、第１の部分を犠牲にして移動することができる。

【0019】

一実施形態によれば、主精製サイクルＣＰの間、電位ΔＶはまた、所定の電位ΔＶ_ｐ未満であり、所定の電位ΔＶ_ｐは、分極電流の時間変動の及び表面単位による正の部分が２０ｍＡ／ｃｍ^２／ｈ未満であるように調整される。

【0020】

一実施形態によれば、主精製サイクルＣＰ中に軸ＸＸ’に沿った第１の部分の拡張が所定の長さを超えると、精製方法は、還元フロントＦを選択値に再配置するように意図されたフィルタの再生サイクルＣＲを実施し、再生サイクルＣＲは、所定の電位ΔＶ_ｐよりも高い電位ΔＶの印加を含む。

【0021】

一実施形態によれば、精製方法は、セラミックの粒子を電気化学的にリバランスするように意図されたリバランスサイクルＣＲＩも含み、リバランスサイクルＣＲＩは、フィルタの短絡を含み、有利には、リバランスサイクルＣＲＩは、第１の部分のレベルにおける含酸素不純物の捕捉率が閾値未満になると実施される。

【0022】

一実施形態によれば、セラミックは、６００℃～１１００℃に含まれる温度に維持される。

【0023】

一実施形態によれば、電位ΔＶは、電圧発生器によってフィルタの２つの端部に印加される。
一実施形態によれば、精製方法の実行中に、分極電流が連続的に測定される。

【0024】

実施形態によれば、捕捉材料は、特に、ＺｒＹＯ若しくはＺｒＳｃＯ固溶体、または、ＣｅＯ_２若しくはＡｌＯ_３によるＹ_２Ｏ_３若しくはＳｃ_２Ｏ_３の二重置換を有するまたは有さない、ＴｈＯ_２およびＬａＧａＯ_３系構造、または混合物８（Ｙ_２Ｏ_３）１０（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む。

【0025】

一実施形態によれば、キャリアガスは中性ガスを含み、有利には、中性ガスはアルゴンおよび／または窒素を含む。

【0026】

一実施形態によれば、ガスは水素またはヘリウムを含む。

【0027】

一実施形態によれば、含酸素不純物は、一酸化炭素または一酸化窒素を含む。

【0028】

一実施形態によれば、含酸素不純物は、Ｈ_２Ｏ_０、ＳＯ_２を含む。

【0029】

他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、非限定的な例として与えられる、本発明によるキャリアガスを精製するための方法の以下の説明において明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の範囲内で実施される可能性がある長手方向断面（軸ＸＸ’を含む）に沿ったガス精製装置の概略図である。

【図2】８０ｐｐｍの一酸化炭素を含むヘリウムの精製のために実施された本発明による方法の性能の進展の経時的なグラフ表示（横軸、秒）であり、キャリアガスの流量は１時間当たり３リットルであり、特に曲線１および２は、それぞれフィルタ出口におけるＣＯおよびＣＯ_２の割合（左側の縦軸、「％」）を表し、実線３は、フィルタを横切る分極電流（右側の縦軸、アンペア）を表す。

【図3】３５ｐｐｍの一酸化炭素を含む５％の二水素とヘリウムとの混合物の精製のために実施される本発明による方法の性能の進展の経時的な（横軸、秒）のグラフ表示であり、キャリアガスの流量は１時間当たり４リットルであり、曲線４はフィルタ出口におけるＣＯ割合（左側の縦軸、「％」）を表し、曲線５はフィルタを横切る分極電流（右側の縦軸、アンペア）を表し、特に、ゾーンＡ、ＢおよびＣは、それぞれ、再生サイクル（電位ΔＶが－６Ｖ）、リバランスサイクル（短絡フィルタ）、および主精製サイクル（－１．５Ｖの電位ΔＶ）を表す。

【図4】３１ｐｐｍの一酸化炭素を含む５％の二水素とヘリウムとの混合物の精製のために実施される本発明による方法の性能の進展の経時的な（横軸、秒）グラフ表示であり、キャリアガスの流量は１時間当たり４リットルであり、曲線６は、フィルタ出口におけるＣＯ割合（左側縦軸、「％」）を表し、曲線７は、フィルタを横切る分極電流（右側縦軸、アンペア）を表し、特に、ゾーンＥ、Ｆ、ＧおよびＨは、それぞれ、再生サイクル（電位ΔＶが－６Ｖ）、リバランスサイクル（短絡フィルタ）、再生サイクル（電位ΔＶ－６Ｖ）、および主精製サイクル（電位ΔＶ－１．５Ｖ）を表す。

【発明を実施するための形態】

【0031】

本発明は、含酸素不純物を含むキャリアガスの精製方法に関する。精製方法は、少なくとも部分的に還元された酸素捕捉材料で作られたフィルタを通してキャリアガスの循環を実施する。

【0032】

電位の印加によって少なくとも部分的に還元された状態にフィルタを維持することにより、含酸素不純物の捕捉および／または電気変換を確実にすることができる。

【0033】

図１は、本発明の範囲内で実施することができるキャリアガスを精製するための装置１０の概略図である。

【0034】

特に、精製装置１０は、キャリアガスの入口１１０および出口１２０が設けられた密閉導管１００（例えば、バルブ）を備えることができる。

【0035】

導管１００は、高温、例えば１０００℃、さらには１２００℃に達し得る温度に耐える材料で作られる。

【0036】

方向ＸＸ’に沿って延びるフィルタ２００は、導管１００内に調整して配置される。フィルタ２００は、酸化還元電位Ｅ°を有する酸素捕捉材料で作られる。換言すれば、酸素捕捉材料は、異なる酸化度、特に還元状態および非還元状態にあることができ、２つの状態は酸化還元電位Ｅの酸化還元対を形成する。

【0037】

「還元状態」とは、還元された酸化還元状態を意味する。

【0038】

「非還元状態」とは、酸化還元度が還元状態よりも大きい非還元の酸化還元状態を意味する。

【0039】

「酸素捕捉材料」とは、含酸素元素の表面に吸着し、その結晶ネットワークに酸素を挿入することができる材料、例えば一酸化炭素（ＣＯ）または一酸化窒素（ＮＯ）または水または二酸化硫黄を意味する。

【0040】

フィルタ２００が方向ＸＸ’に沿って延在すると、前記フィルタ２００は、方向ＸＸ’と位置合わせされた２つの端部を備え、特に、フィルタ２００は、上流端２００ａおよび下流端２００ｂを備えることが理解される。したがって、入口１１０を通って導管１００に入る任意のキャリアガスは、フィルタ２００をその上流端２００ａからその下流端２００ｂまで通過する。

【0041】

「調整して配置される」とは、その間でフィルタ２００がそれを支持する導管の内壁に従った形状を有するフィルタ２００を意味する。換言すれば、導管１００内でのフィルタ２００の調整した配置は、前記バルブ１００に入って前記フィルタ２００を通過する任意のガスに課される。

【0042】

有利には、フィルタ２００は、セラミック、特に開放気孔率を有するセラミックとすることができる。開放気孔率は、フィルタ２００を通るガス流れの通過を可能にすることが理解される。

【0043】

セラミックは、粒界のレベルで互いに溶接された、酸素捕捉材料で作られた粒子のセットを含む。ガスにアクセス可能な粒子の表面は、フィルタ２００の、活性表面と呼ばれる表面に対応する。

【0044】

開放気孔率を有するセラミックの形態のこのようなフィルタ２００は、例えば、方向ＸＸ’に沿った長さＬおよび断面Ｓのバーの形態である金属酸化物固溶体を焼結することによって得ることができる。

【0045】

「断面Ｓ」とは、バーと方向ＸＸ’に垂直な平面との交差によって画定される表面を意味する。長さＬは、２０ｍｍ～４０ｍｍに含まれ得る。断面Ｓは、６ｍｍ～１０ｍｍに含まれる、例えば８ｍｍの直径Ｄのディスクとすることができる。

【0046】

有利には、バーの断面Ｓは、前記断面Ｓ上のキャリアガス流れの比が２５０［ｍ／ｈ］未満であるようなサイズである。

【0047】

金属酸化物固溶体は、任意のＺｒＹＯタイプの固溶体（例えば、８モル％のイットリウムで安定化されたジルコニア）、または、（ＣｅＯ_２またはＡｌＯ_３のいずれかによるＹ_２Ｏ_３またはＳｃ_２Ｏ_３の）二重置換を有するまたは有さない、ＺｒＳｃＯを含むことができるが、（ＣｅＯ_２またはＡｌＯ_３のいずれかによるＹ_２Ｏ_３またはＳｃ_２Ｏ_３の）二重置換を有するまたは有さない、ＺｒＯ_２ ^－ベースと同様のＴｈＯ_２ ^－ベースおよびＬａＧａＯ_３ ^－ベースのような任意の構造も含むことができる。混合物８（Ｙ_２Ｏ_３）１０（Ａｌ_２Ｏ_３）も挙げることができる。

【0048】

一例として、Ｚｒ_１－ｘＹ_ｘＯ_{２－ｘ／２}またはＺｒ_１－ｘＳｃ_ｘＯ_{２－ｘ／２}（ｘは０．０３～０．１１に含まれる）などのジルコニウム系溶液を使用することができる。また、ＺｒＯ_２（０．８６）Ｙ_２Ｏ_３（０．１）ＣｅＯ_２（０．０４）またはＺｒＯ_２（０．９）Ｙ_２Ｏ_３（０．０９）ＣｅＯ_２（０．０１）のような二重置換固溶体を用いることもできる。

【0049】

さらに、精製装置は、有利には、精製方法が実施されるとフィルタ２００を加熱するように意図された加熱手段３００を備えることができる。

【0050】

特に、加熱手段３００は、導管１００が内部に挿入される管状炉を含むことができる。

【0051】

有利には、加熱手段３００は、有利には６００℃～１１００℃に含まれる、例えば８５０℃のフィルタ２００の温度上昇を可能にするように適合される。

【0052】

フィルタ２００はまた、還元された酸化還元状態の第１の部分２１０ａを含む。

【0053】

焼結から、フィルタ２００は非還元状態になり得る。

【0054】

したがって、第１の部分２１０ａの形成は、フィルタ２００の、少なくとも部分的な縮小によって達成することができる。

【0055】

したがって、フィルタ２００の少なくとも部分的な還元は、前記フィルタ２００に電位を印加することによって実行することができる。

【0056】

この点に関して、フィルタ２００は、上流端部２００ａおよび下流端部２００ｂのレベルにそれぞれ配置された上流電極２２０ａおよび下流電極２２０ｂを備えることができる。

【0057】

上流電極２２０ａおよび下流電極２２０ｂは、有利には多孔質であり、ブラシまたは導電性インク、特に以下から選択される材料のうちの少なくとも１つを含む導電性インクに塗布することによって形成することができる：Ｌａ_{（１－ｘ）}Ｓｒ_ｘＭｎＯ_３、Ｌａ_{（１－ｘ）}Ｓｒ_ｘＣｏＯ_３、Ｌａ_{（１－ｘ）}Ｓｒ_ｘＦｅＯ_３（ここで、これらの材料の各々に関して、ｘは０．２から０．３に含まれる）、Ｐｒ_{（１－ｙ）}Ｓｒ_ｙＦｅＯ_３（ここで、Ｙは０．２と０．５との間に含まれる）、ＬａＮｉ_０．６Ｆｅ_０．４Ｏ_３、Ｂａ_０．５Ｓｒ_０．５Ｃｏ_０．８Ｆｅ_０．２Ｏ_３、Ｓｍ_０．５Ｓｒ_０．５ＣｏＯ_３、Ｓｒ_０．９Ｃｅ_０．１Ｆｅ_０．８Ｎｉ_０．２Ｏ_３、Ｌａ_０．７Ｓｒ_０．３Ｆｅ_０．８Ｎｉ_０．２Ｏ_３、Ｌａ_０．８Ｓｒ_０．２Ｃｏ_０．８Ｆｅ_０．２Ｏ_３、Ｌａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．８Ｍｎ_０．２Ｏ_３、Ｌａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．９Ｃｕ_０．１Ｏ_３、Ｐｒ_０．８Ｓｒ_０．２Ｃｏ_０．２Ｆｅ_０．８Ｏ_３、Ｐｒ_０．７Ｓｒ_０．３Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．８Ｏ_３、Ｐｒ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．８Ｆｅ_０．２Ｏ_３、Ｐｒ_０．７Ｓｒ_０．３Ｃｏ_０．９Ｃｕ_０．１Ｏ_３。

【0058】

上流電極２２０ａおよび下流電極２２０ｂは、フィルタ２００に電位ΔＶを印加するように意図された電圧発生器３１０に接続することもできる。

【0059】

フィルタ２００はまた、方向ＸＸ’に沿って、還元フロントＦと呼ばれるフロントに沿って第１の部分に隣接する第２の非還元部分２１０ｂを備えることができる。以下の説明では、還元フロントＦは固定されておらず、したがって、キャリアガスの主精製サイクルＣＰ中に生成される分極電流の作用下で移動を受けることができることが分かるであろう。

【0060】

したがって、本発明による方法は、上流端２００ａから下流端２００ｂまでフィルタ２００を通して含酸素不純物を含むキャリアガスを循環させることを含む。

【0061】

含酸素不純物は、第１の酸化状態を有する。

【0062】

含酸素不純物は、一酸化炭素および／または一酸化窒素を含むことができる。

【0063】

含酸素不純物は、水、二酸化硫黄から選択される元素のうちの少なくとも１つを含むこともできる。

【0064】

さらに、含酸素不純物は、キャリアガスとともに第１の領域内を流れると、それらは捕捉されるおよび／または第１の酸化度から第１の酸化度とは異なる第２の酸化度（電気変換）に移行する。

【0065】

これに関して、一酸化炭素の電気変換は、以下の電気化学反応に従って二酸化炭素および炭素の形成をもたらす。

【0066】

２ＣＯ→ＣＯ_２＋Ｃ

【0067】

この反応から、二酸化炭素はフィルタ１００全体を通過するが、炭素は第１の部分２１０ａのレベルで捕捉されたままである。

【0068】

フィルタ２００の出口（下流端２００ｂ）における二酸化炭素割合の測定は、第１の領域２１０ａにおける一酸化炭素の直接捕捉に関する電気変換率へのアクセスを有することを可能にする。

【0069】

これらの２つの効果、すなわち捕捉または酸化度変化のいずれかの優越は、キャリアガスの性質に依存する。

【0070】

一例として、キャリアガスが中性ガス、例えばヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノンまたは窒素である場合には電気変換が有利であり、キャリアガスが二水素または還元ガス（メタンおよびアルカン型）であるか、またはそれらを含む場合には含酸素不純物の捕捉が優勢である。

【0071】

いずれにしても、キャリアガスの性質が何であれ、これらの２つの効果が共存し、第１の部分２００ａのレベルで炭素（不純物の電気変換があると）またはＣＯ（不純物の捕捉があると）のいずれかの蓄積をもたらす。特に、第１の部分の交換表面（または活性表面）は、他の予防措置なしでは、精製方法の性能が低下するように飽和する。

【0072】

したがって、この性能の低下を克服するために、本発明者らは、フィルタ２００に電位ΔＶを印加することを提案する。

【0073】

特に、電位ΔＶは、第１の部分２１０ａを還元状態に維持するように、上流電極２２０ａおよび下流電極２２０ｂのレベルに印加することができる。すなわち、電位ΔＶは、酸化還元電位Ｅ^０よりも絶対値として大きい。

【0074】

分極電位とも呼ばれるこの電位ΔＶの印加に対応する本発明による精製方法の段階は、主精製サイクルＣＰと呼ばれる。

【0075】

主精製サイクルＣＰ中のこの分極電位の印加は、特に第１の部分２１０ａの捕捉２００の飽和を制限すること、さらには防止することを可能にし、したがって、含酸素不純物を含むキャリアガスの連続的循環を考慮することを可能にする。

【0076】

主精製サイクルＣＰ中、還元フロントＦは、第２の部分２１０ｂが考慮されると、主精製サイクルＣＰ中の含酸素不純物の電気変換によって誘導される分極電流と呼ばれる電流がフィルタ２００を通過すると、第１の部分を犠牲にして移動することができる。

【0077】

したがって、還元フロントの移動は、第１の部分２１０ａを犠牲にした第２の部分２１０ｂの拡張に対応する。換言すれば、分極電流は、第１の部分２１０ａの電気化学的酸化を生成する。

【0078】

しかしながら、酸素捕捉材料は、還元状態から非還元状態に移行するときに収縮するので、精製装置１０の機械的強度および／または封止の理由から、第２の部分２１０ｂのかなりの長さを維持することが好ましい場合がある。

【0079】

また、還元フロントＦの移動を制限する（その移動速度を遅くする）ために、主精製サイクル中の分極電圧は、やはり所定の電位ΔＶ_ｐ未満の値に維持することができる。例えば、所定の電位ΔＶ_ｐは、分極電流の時間変化のおよび表面単位による正の部分が２０ｍＡ／ｃｍ^２／ｈ未満であるように調整される。

【0080】

これに関して、精製装置１０は、例えば、前記電流を連続的に測定することができるように、フィルタ２００を横切る電流３２０の強度を測定するための手段（例えば、電流計）も備える。

【0081】

さらに、主精製サイクルＣＰ中に軸ＸＸ’に沿った第１の部分の拡張が所定の長さを超えると、精製方法は、選択値に還元フロントＦを再配置するように意図されたフィルタの再生サイクルＣＲを実施する。

【0082】

この点に関して、再生サイクルＣＲは、所定の電位ΔＶ_ｐよりも大きい電位ΔＶを絶対値として印加することを含む。

【0083】

再生サイクルＣＲは、有利には、分極電流が閾値電流値を下方に横切るとトリガされる。

【0084】

閾値電流値は、このシナリオでは、それを下回るとフィルタの性能がもはや満足できなくなる電流値である。これに関して、フィルタの性能は、フィルタ２００の出口ガスの定量分析、および／または精製方法の実行中にフィルタ２００を通過する分極電流の測定によって決定することができる。

【0085】

特に、フィルタ２００の形態学的および幾何学的特徴に依存する閾値電流値は、当業者によって経験的に決定することができる。

【0086】

再生サイクルＣＲは、キャリアガスの精製中に実施することができる。換言すれば、再生サイクルＣＲの間、キャリアガスの精製は中断されない。

【0087】

特に第１の部分において、セラミックを構成する粒子は、特に前記第１の部分を形成することが意図される還元から、電気化学的不均衡を有することができる。

【0088】

「電気化学的不均衡」とは、粒子の体積に対する表面の不均一な酸化度を意味する。

【0089】

この電気化学的不均衡は、粒子の捕捉能力を低下させる。

【0090】

この問題を克服するために、本発明による精製方法は、セラミックの粒子を電気化学的にリバランスすることを意図したリバランスサイクルＣＲＩも含むことができる。実際、図２の曲線３で観察されるように、セラミックがリバランスされない場合、分極Ｖ_ｐの印加中に電流が急速に低下する。１００ｍＡ／ｈより大きい勾配を有する電流降下は、セラミックの粒子の不均衡を明らかにすることができる。

【0091】

したがって、リバランスサイクルは、フィルタ２００の短絡を含み、したがって、フィルタ２００を通るリバランス電流の循環を生成する。図３および図４のそれぞれゾーンＢおよびＦのレベルで観察されるそのような電流は、負であり、症状には現れず０値まで延びる。本発明者らは、リバランス電流が０．１ｍＡ未満になると、リバランスが十分であると考える。

【0092】

図２は、－１．５Ｖの分極電位ΔＶの印加から、分極電流が現れることを示す（曲線３）。上記のようなこの分極電流は、一酸化炭素の二酸化炭素（フィルタ出口で検出される）および炭素への電気変換から生じる。恒久的システム（図２のゾーンＣＰ）では、言い換えれば、分極電流の変化が安定化されるとき、電気変換は、中性キャリアガスに含まれるＣＯの少なくとも８０％であり、一酸化炭素の残りは、フィルタによって捕捉されることも観察される。

【0093】

図３および図４は、キャリアガスが二水素を含むと、捕捉が電気変換に関して支配的であることを示す。

【0094】

本発明の精製方法によれば、搬送されたガスの精製を連続的にすることができる。特に、考慮されるサイクルが何であれ、精製方法は所望の性能を維持する。

【0095】

参照文献
［１］ US3963597;
［２］ J. Foultier et al., Vacuum, 25, 1975, 307.

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】