[go: up one dir, main page]

JP2010247034A - Gas abatement device - Google Patents

Gas abatement device Download PDF

Info

Publication number
JP2010247034A
JP2010247034A JP2009097498A JP2009097498A JP2010247034A JP 2010247034 A JP2010247034 A JP 2010247034A JP 2009097498 A JP2009097498 A JP 2009097498A JP 2009097498 A JP2009097498 A JP 2009097498A JP 2010247034 A JP2010247034 A JP 2010247034A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
contact
electrode
mea
flow path
ammonia
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009097498A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Daiki Mori
大樹 森
Toshio Ueda
登志雄 上田
Eiryo Takasuka
英良 高須賀
Masatoshi Mashima
正利 真嶋
Toshiyuki Kuramoto
敏行 倉本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2009097498A priority Critical patent/JP2010247034A/en
Publication of JP2010247034A publication Critical patent/JP2010247034A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas detoxifying apparatus which is (1) miniaturized and capable of detoxifying a harmful gas to a harmless level efficiently and (2) operable at a low running cost. <P>SOLUTION: The gas detoxifying apparatus includes: a flow path A1 to which a gas containing a chemical component is introduced, and that the anode 2 of an MEA faces; and a conductive porous body 11 which comes in contact with the anode so as to serve as an anode collector and has continuous pores arranged so as to occupy the flow path A1. The conductive porous body includes an electrode contact porous sheet 11s in contact with the electrode of the MEA and a non-contact porous sheet 11t not in contact with the electrode of the MEA, and the electrode contact porous sheet is finer than the non-contact porous sheet. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス除害装置であって、より具体的には、排気ガス等に含まれるアンモニア等の有害ガスを、効率よく、低圧損で分解することができる、ガス除害装置に関するものである。   The present invention relates to a gas abatement apparatus, and more particularly to a gas abatement apparatus that can efficiently decompose harmful gas such as ammonia contained in exhaust gas with low pressure loss. is there.

アンモニアの分解に触媒を用いる方法、とくに触媒について多くの提案がなされている(特許文献1〜5)。たとえば遷移金属を含む多孔質カーボン粒子、マンガン組成物、鉄−マンガン組成物(特許文献1)、クロム化合物、銅化合物、コバルト化合物(特許文献2)、アルミナ製3次元網状構造体に担持された白金(特許文献3)などが公表されている。上記の触媒を用いた化学反応によってアンモニアを分解する方法では、窒素酸化物NOxの生成を抑えることができる。さらに、触媒に二酸化マンガンを用いることによって、100℃以下で、より効率的にアンモニアの熱分解を促進する方法も提案されている(特許文献4、5)。
上記のように、多量のアンモニアの分解をすることを目的とする場合と異なり、廃ガス中の臭気成分であるアンモニア等を、ppmオーダーまで分解することを主目的とする除害装置がある。たとえば化合物半導体の製造における排気ガスには、アンモニア等が含まれるのが普通であり、アンモニアの異臭を完全に除去するには、ppmオーダーにまで除害する必要がある。この目的のために、半導体製造ラインの排気ガスは、スクラバーを通され、薬品を含む水分にその中の有害ガスを吸収させ、その後で大気に放出される。
また、エネルギーや薬品等の投入なしに、安価なランニングコストを得るために、水素酸素燃料電池型分解方式を用いた、半導体製造装置の排気ガス処理の提案もされている(特許文献6)。
Many proposals have been made on a method of using a catalyst for decomposition of ammonia, particularly on a catalyst (Patent Documents 1 to 5). For example, porous carbon particles containing a transition metal, a manganese composition, an iron-manganese composition (Patent Document 1), a chromium compound, a copper compound, a cobalt compound (Patent Document 2), and a three-dimensional network structure made of alumina. Platinum (patent document 3) and the like have been published. In the method of decomposing ammonia by a chemical reaction using the above catalyst, generation of nitrogen oxides NOx can be suppressed. Furthermore, a method of promoting thermal decomposition of ammonia more efficiently at 100 ° C. or less by using manganese dioxide as a catalyst has been proposed (Patent Documents 4 and 5).
As described above, there is a detoxification device whose main purpose is to decompose ammonia, which is an odor component in waste gas, down to the ppm order, unlike the case where it is intended to decompose a large amount of ammonia. For example, exhaust gas in the production of compound semiconductors usually contains ammonia and the like, and in order to completely remove the off-flavor of ammonia, it is necessary to remove it to the order of ppm. For this purpose, the exhaust gas of the semiconductor production line is passed through a scrubber, causing the moisture containing the chemical to absorb the harmful gases therein and then released into the atmosphere.
In addition, in order to obtain an inexpensive running cost without input of energy, chemicals, etc., there has been proposed an exhaust gas treatment of a semiconductor manufacturing apparatus using a hydrogen-oxygen fuel cell decomposition method (Patent Document 6).

特開平11−347535号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-347535 特開昭53−11185号公報JP-A-53-11185 特開昭54−10269号公報JP 54-10269 A 特開2006−231223号公報JP 2006-231223 A 特開2006−175376号公報JP 2006-175376 A 特開2003−45472号公報JP 2003-45472 A

上記の触媒を用いた熱分解反応による方法(特許文献1〜5)によれば、アンモニアの分解は可能である。スクラバーについても、アンモニア等の除害はppmオーダーまで可能である。しかし、上記の方法では、外部エネルギー(燃料)を必要とし、さらに触媒の定期的交換やメインテナンスを要し、ランニングコストが高いという問題がある。また、装置が大掛かりとなり、たとえば既存の設備に付加的に設ける場合に配置が難しい場合も生じる。水素酸素燃料電池型分解方式についても、ppmオーダーまで除害を徹底させると、燃料極において排気ガスの長い流路が必要となり、圧力損失の増大防止のために、装置の大型化が避けられない。わが国では、装置の大型化は、実用上、大きな不利益をもたらす場合が多い。   According to the method (patent documents 1 to 5) based on the thermal decomposition reaction using the above catalyst, ammonia can be decomposed. Scrubbers can also be detoxified to the order of ppm, such as ammonia. However, the above method has a problem that it requires external energy (fuel), requires periodic replacement and maintenance of the catalyst, and has a high running cost. In addition, the apparatus becomes large and, for example, when it is additionally provided in existing equipment, the arrangement may be difficult. For the hydrogen-oxygen fuel cell decomposition method, if exhaustion is thoroughly done to the ppm order, a long exhaust gas flow path is required at the fuel electrode, and an increase in the size of the device is inevitable to prevent an increase in pressure loss. . In Japan, an increase in the size of the apparatus often causes great disadvantages in practice.

本発明は、(1)小型で、効率よく、有害ガスを無害レベルまで除害でき、(2)低いランニングコストで稼動することができる、ガス除害装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a gas abatement apparatus that can (1) be small, efficiently remove harmful gas to a harmless level, and (2) operate at a low running cost.

本発明のガス除害装置は、対をなす電極、および該対をなす電極に挟まれる電解質で構成されるMEA(Membrane Electrode Assembly)を備え、気体中の化学成分を電気化学反応によって除害する装置である。このガス除害装置は、化学成分を含む気体が導入され、前記MEAの電極が面する流路と、MEAが面する電極の集電体となるように該電極に接し、かつ流路を占めるように配置された、連続気孔を持つ導電多孔体とを備え、導電多孔体が、MEAの電極に接する電極接触多孔シートと、MEAの電極に非接触の非接触多孔シートとを有し、電極接触多孔シートが、非接触多孔シートに比べて、目が細かいことを特徴とする。   The gas abatement apparatus of the present invention includes a MEA (Membrane Electrode Assembly) composed of a pair of electrodes and an electrolyte sandwiched between the pair of electrodes, and detoxifies chemical components in the gas by an electrochemical reaction. Device. This gas abatement apparatus is in contact with and occupies a flow path in which a gas containing a chemical component is introduced, the flow path facing the electrode of the MEA, and the current collector of the electrode facing the MEA. A conductive porous body having continuous pores, the conductive porous body having an electrode-contacting porous sheet in contact with the MEA electrode, and a non-contacting porous sheet not in contact with the MEA electrode, The contact porous sheet is characterized by being finer than the non-contact porous sheet.

上記の構成によれば、分解の電気化学反応のサイトとなる電極の集電体は、目の細かい電極接触シートで形成されるため、確実な集電を得ることができ、上記の電気化学反応に関与する電子の電導を円滑化することができる。また、電極に接していない部分は目が比較的粗いので、圧力損失を増大させない。この結果、小型の装置で、良好な反応効率を確保しながら、低圧力損失を実現することができる。また、上記のガス除害装置ではメインテナンスは不要であり、また電気化学反応において、発電反応の場合には投入電力は不要であるが、電気分解反応においても、投入電力は些少であり、ランニングコストは抑制される。   According to the above configuration, since the current collector of the electrode that becomes the site of the electrochemical reaction of decomposition is formed of a fine electrode contact sheet, a reliable current collection can be obtained, and the electrochemical reaction described above It is possible to facilitate conduction of electrons involved in the. Moreover, since the part which is not in contact with the electrode is relatively rough, pressure loss is not increased. As a result, a low pressure loss can be realized with a small apparatus while ensuring good reaction efficiency. In addition, the above gas abatement device does not require maintenance, and in the electrochemical reaction, no input power is required in the case of a power generation reaction, but in the electrolysis reaction, the input power is small and the running cost is low. Is suppressed.

上記のMEAを第1のMEAとして、さらに第2のMEAを備え、第1のMEAと第2のMEAとが、同じ極性の電極を対向させて、流路を挟んでおり、導電多孔体が、第1のMEAに接する第1の電極接触多孔シートと、第2のMEAに接する第2の電極接触多孔シートと、第1および第2の電極接触多孔シートに挟まれる非接触多孔シートとで構成されることができる。これによって、極低濃度まで有害成分を除害するのに、比較的短い電極長さで済む、(同極性の電極/流路/同極性の電極)という両側電極流路を構成しながら、上記の電子電導の円滑化(低電気抵抗)および低圧力損失を実現することができる。   The above MEA is used as a first MEA, and further includes a second MEA. The first MEA and the second MEA have electrodes of the same polarity facing each other and sandwich a flow path, The first electrode contact porous sheet in contact with the first MEA, the second electrode contact porous sheet in contact with the second MEA, and the non-contact porous sheet sandwiched between the first and second electrode contact porous sheets Can be configured. This makes it possible to remove harmful components to a very low concentration by using a relatively short electrode length, while constituting a double-sided electrode flow path (same polarity electrode / flow path / same polarity electrode). It is possible to achieve smoothing of electronic conduction (low electrical resistance) and low pressure loss.

上記の流路は、気体の導入から排気までの間に蛇行するように、少なくとも一つの折り返し部が設けられることができる。これによって、面状というMEAの形態的特徴を生かして小型でありながら、十分な反応長さ(電極長さ)を確保することができる。折り返し部の数は、許容される圧力損失によって制限される。   The flow path may be provided with at least one folded portion so as to meander between the introduction of gas and the exhaust. This makes it possible to ensure a sufficient reaction length (electrode length) while being small by taking advantage of the morphological feature of the MEA that is planar. The number of folds is limited by the allowable pressure loss.

上記の分解室における導電多孔体の厚みの、50%以上90%以下が非接触多孔シートで形成されることができる。これによって、分解サイトの電極に対する電子電導性と、圧力損失とのバランスを適切にとることができる。非接触多孔シートの厚みが、導電多孔体の50%未満では圧力損失が高すぎ、エネルギー効率を害する。一方、90%を超えると、電子電導性が劣化して、分解の電気化学反応の速度を低下させる。   50% or more and 90% or less of the thickness of the conductive porous body in the decomposition chamber can be formed of a non-contact porous sheet. This makes it possible to appropriately balance the electronic conductivity with respect to the electrode at the decomposition site and the pressure loss. If the thickness of the non-contact porous sheet is less than 50% of the conductive porous body, the pressure loss is too high, which impairs energy efficiency. On the other hand, if it exceeds 90%, the electronic conductivity deteriorates and the rate of the electrochemical reaction for decomposition is reduced.

本発明のガス除害装置によれば、(1)小型で、効率よく、有害ガスを無害レベルまで除害でき、(2)低いランニングコストで稼動することができる。   According to the gas abatement apparatus of the present invention, (1) it is small and efficient, it can remove harmful gas to a harmless level, and (2) it can be operated at a low running cost.

本発明の実施の形態1におけるアンモニア分解装置の外観の斜視図である。It is a perspective view of the external appearance of the ammonia decomposition apparatus in Embodiment 1 of this invention. 図1のアンモニア分解装置の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the ammonia decomposition device of FIG. 図2のアンモニア分解装置のMEAを含む拡大図である。It is an enlarged view containing MEA of the ammonia decomposition apparatus of FIG. アンモニア分解の電気化学反応を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the electrochemical reaction of ammonia decomposition. アノードでの電気化学反応を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the electrochemical reaction in an anode. 本実施の形態のアンモニア分解装置の両側電極流路での電気化学反応を説明する図である。It is a figure explaining the electrochemical reaction in the both-sides electrode flow path of the ammonia decomposition apparatus of this Embodiment. 片側電極流路でのアンモニア分解の電気化学反応を説明する図である。It is a figure explaining the electrochemical reaction of ammonia decomposition | disassembly in a one-side electrode flow path. 実施の形態1の変形例におけるアンモニア分解装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the ammonia decomposition apparatus in the modification of Embodiment 1. FIG. 本発明の実施の形態2におけるアンモニア分解装置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the ammonia decomposition apparatus in Embodiment 2 of this invention. 図9のアンモニア分解装置の部分断面図である。FIG. 10 is a partial cross-sectional view of the ammonia decomposition apparatus in FIG. 9.

(実施の形態1−両側電極流路−)
図1は、本発明の実施の形態1におけるガス除害装置であるアンモニア分解装置10を示す図である。このアンモニア分解装置10では、電気化学反応とくに燃料電池反応によってアンモニア含有気体中のアンモニアを分解する。燃料電池の燃料極(以下、アノードと記す)には、アンモニア含有気体が入口61から導入され、また空気極(以下、カソードと記す)には、空気が入口71から導入される。これから説明する電気化学反応によって、アンモニア含有気体中のアンモニアは、窒素と水とに分解されて、その他の気体とともに出口62から放出される。また、空気についても酸素が電気化学反応に関与して、残りの窒素等が出口72から放出される。アンモニアが分解された後、出口62から放出される気体中のアンモニア濃度はppm以下のオーダーに除害される。このように燃料に対応づけられる気体中の分解対象成分が、極低濃度レベルまで分解される点で、除害装置は、燃料電池と相違する。燃料電池では発電効率に注意が集中し、気体中の分解対象成分の濃度については、所定レベル以上あることを前提にしている。また、本実施の形態では、燃料に対応する気体中の成分が分解されるが、それに限定されず、たとえば空気に対応する気体が空気そのものではなく、他の成分(たとえばNOx)または当該成分を含む他の気体または空気中の、当該成分を分解するものであってもよい。
図1において、図示しないアノードとアノード集電体を経て導電接続するアノード端子11aと、カソードとカソード集電体を経て導電接続するカソード端子12aとから、電力の取り出しが可能である。このアンモニア分解装置10は、実用的な電気化学反応速度を得るために、700℃〜900℃程度に加熱される。カソード端子12aとアノード端子11aとから取り出した電力を、この加熱用のヒータや加熱制御装置(マイコン)に供給してもよい。カソード端子12aとアノード端子11aとの間に、どのような負荷を入れるにしろ、アンモニア分解の電気化学反応を生起させ、持続するためには、アノードで生成した電子が、アノード端子11aからカソード端子12aへと、負荷を伝って電導する必要がある。
(Embodiment 1-Both-side electrode flow path-)
FIG. 1 is a diagram showing an ammonia decomposition apparatus 10 which is a gas abatement apparatus in Embodiment 1 of the present invention. In the ammonia decomposing apparatus 10, ammonia in the ammonia-containing gas is decomposed by an electrochemical reaction, particularly a fuel cell reaction. An ammonia-containing gas is introduced from the inlet 61 into the fuel electrode (hereinafter referred to as the anode) of the fuel cell, and air is introduced from the inlet 71 into the air electrode (hereinafter referred to as the cathode). By the electrochemical reaction described below, ammonia in the ammonia-containing gas is decomposed into nitrogen and water and released from the outlet 62 together with other gases. In addition, oxygen also participates in the electrochemical reaction with respect to air, and the remaining nitrogen and the like are released from the outlet 72. After ammonia is decomposed, the ammonia concentration in the gas discharged from the outlet 62 is detoxified to the order of ppm or less. Thus, the abatement apparatus is different from the fuel cell in that the decomposition target component in the gas associated with the fuel is decomposed to an extremely low concentration level. In fuel cells, attention is focused on power generation efficiency, and it is assumed that the concentration of components to be decomposed in gas is above a predetermined level. In the present embodiment, the component in the gas corresponding to the fuel is decomposed. However, the present invention is not limited to this. For example, the gas corresponding to the air is not air itself, but another component (for example, NOx) or the component You may decompose | disassemble the said component in the other gas or air containing.
In FIG. 1, electric power can be taken out from an anode terminal 11a that is conductively connected via an anode and an anode current collector (not shown) and a cathode terminal 12a that is conductively connected via a cathode and a cathode current collector. The ammonia decomposing apparatus 10 is heated to about 700 ° C. to 900 ° C. in order to obtain a practical electrochemical reaction rate. You may supply the electric power taken out from the cathode terminal 12a and the anode terminal 11a to this heater for heating and a heating control apparatus (microcomputer). Whatever load is applied between the cathode terminal 12a and the anode terminal 11a, in order to cause and sustain the electrochemical reaction of ammonia decomposition, electrons generated at the anode are transferred from the anode terminal 11a to the cathode terminal. It is necessary to conduct to 12a through a load.

図2は、図1に示すアンモニア分解装置10の断面図である。また、図3は、中央部の部分拡大図である。金属多孔体のアノード集電体11が占める流路A1を挟んで、シート状の2つのMEAが配置されている。流路A1は、MEAのアノード2により、上下から挟まれるので、両側電極流路である。この両側電極流路A1には、入口61から導入されたアンモニア含有気体が、アノード集電体11と接触しながら流れる。アノード集電体11は、目の粗い金属多孔体11tと、それより目が細かい金属多孔体11sとで形成される。目の細かい金属多孔体11sは、MEAのアノード2に接して配置されて電極接触多孔シートを構成し、目の粗い金属多孔体11tはその間の中央位置に配置されて非接触多孔シートを構成する。本実施の形態におけるアンモニア分解装置10は、両側電極流路A1を占めるアノード集電体11を形成する金属多孔体11について、アノード2に接するものを目の粗いもの11sとして、それより目の粗いもの11tを中央部に配置した点に特徴を有する。なお、アノード集電体の機能は、実質的に、電極接触多孔シート11sによって行われる。非接触多孔シート11tは、機械的に電極接触多孔シート11sに接触して、端子の取り方によっては集電作用にあずかることがあるが、たとえば上述のアノード端子11aは、電極接触多孔シート11sに直接、接続され、非接触多孔シート11tに集電機能に関与させないことが、電気抵抗の抑制上、好ましい。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the ammonia decomposition apparatus 10 shown in FIG. FIG. 3 is a partially enlarged view of the central portion. Two sheet-like MEAs are arranged across a flow path A1 occupied by the anode current collector 11 of a metal porous body. Since the channel A1 is sandwiched from above and below by the MEA anode 2, it is a double-sided electrode channel. The ammonia-containing gas introduced from the inlet 61 flows through the both-side electrode channel A1 while being in contact with the anode current collector 11. The anode current collector 11 is formed of a coarse metal porous body 11t and a finer metal porous body 11s. The fine metal porous body 11s is disposed in contact with the anode 2 of the MEA to constitute an electrode contact porous sheet, and the coarse metal porous body 11t is disposed at a central position therebetween to constitute a non-contact porous sheet. . In the ammonia decomposing apparatus 10 in the present embodiment, the metal porous body 11 that forms the anode current collector 11 occupying the both-side electrode flow path A1 is defined as the one having the coarse contact 11s that contacts the anode 2, and the coarser than that. It is characterized in that the object 11t is arranged in the center. The function of the anode current collector is substantially performed by the electrode contact porous sheet 11s. The non-contact perforated sheet 11t mechanically contacts the electrode contact perforated sheet 11s and may take part in the current collecting action depending on how the terminals are taken. For example, the anode terminal 11a is connected to the electrode contact perforated sheet 11s. It is preferable that the non-contact porous sheet 11t is directly connected and does not participate in the current collecting function in terms of suppression of electric resistance.

2つのMEAの外側、すなわちMEAのアノード側の流路A1と反対側に、カソード3に接する流路C1/2が配置されている。2つのカソード側の流路C1/2には、入口71から導入された空気が、カソード集電体12と接触しながら流れる。アノード集電体11およびカソード集電体12は、それぞれが占める流路を流れる気体と接触して、気体の流れを乱流状態にして、気体をMEAの電極とよく接触させて電気化学反応が効率よく進行させる。アノード集電体11のうちの電極接触多孔シート11s、およびカソード集電体12は、それぞれ、アノード2およびカソード3と導電接触して、分解反応(電気化学反応)における電子の授受を円滑にする。このため、アノード集電体11およびカソード集電体12には、導電性および通気性が求められ、とくに通気性については圧力損失を生じにくいことが求められる。上記の特性を備える金属多孔体として、たとえば三角柱状の骨格が3次元に連なった連続気孔を持つものがあり、その典型材として、たとえば住友電気工業(株)製のセルメット(商標登録)を用いることができる。本実施の形態におけるアノード集電体11では、電極接触多孔シート11sと非接触多孔シート11tとを用いた複層構造として、導電性は電極接触多孔シート11sが主に分担し、通気性は非接触多孔シート11tが比較的大きく分担する。要約すると、次の作用を得ることができる。
(1)アノード2との導電接触を目の細かい電極接触多孔シート11sにより行うので、電気抵抗の低い、導電接触を得ることができる。この結果、分解の電気化学反応における電子の授受を妨げることがなく、分解速度を向上させることができる。
(2)流路A1の、電極非接触部とくに断面中央部に、目の粗い金属多孔シート11tを配置することで、圧力損失の増大を抑制することができる。
A flow path C 1/2 in contact with the cathode 3 is disposed outside the two MEAs, that is, on the side opposite to the flow path A1 on the anode side of the MEA. The air introduced from the inlet 71 flows in contact with the cathode current collector 12 in the two cathode-side flow paths C1 / 2 . The anode current collector 11 and the cathode current collector 12 are brought into contact with the gas flowing through the flow paths occupied by the anode current collector 11 and the cathode current collector 12 to make the gas flow turbulent, and the gas is brought into good contact with the electrode of the MEA to perform an electrochemical reaction. Proceed efficiently. Of the anode current collector 11, the electrode contact porous sheet 11 s and the cathode current collector 12 are in conductive contact with the anode 2 and the cathode 3, respectively, to facilitate the transfer of electrons in the decomposition reaction (electrochemical reaction). . For this reason, the anode current collector 11 and the cathode current collector 12 are required to have electrical conductivity and air permeability, and in particular, the air permeability is required not to cause pressure loss. As a porous metal body having the above-mentioned characteristics, for example, there is one having continuous pores in which a triangular prism skeleton is connected in three dimensions. As a typical material thereof, for example, Celmet (registered trademark) manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd. is used. be able to. In the anode current collector 11 according to the present embodiment, the electrode contact porous sheet 11s is mainly assigned to the multi-layer structure using the electrode contact porous sheet 11s and the non-contact porous sheet 11t, and the air permeability is not. The contact porous sheet 11t is relatively large. In summary, the following effects can be obtained.
(1) Since the conductive contact with the anode 2 is performed by the fine electrode contact porous sheet 11s, a conductive contact with low electrical resistance can be obtained. As a result, the rate of decomposition can be improved without hindering the exchange of electrons in the electrochemical reaction of decomposition.
(2) An increase in pressure loss can be suppressed by disposing the coarse metal porous sheet 11t in the electrode non-contact portion, particularly in the center of the cross section, of the flow path A1.

図4は、図2および図3のMEAおよび流路A1およびC1/2を含む拡大した、電気化学反応を説明するための断面図である。アノード集電体11が占める流路A1を挟んで、2つのMEAが配置されることは、上述のとおりである。この流路A1にアンモニア含有気体が通され、アノード2と接触してアンモニアを分解する。また、2つのMEAの外側に位置する2つの流路C1/2はカソード集電体11に占められ、そこに空気を導入される。 FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view for explaining an electrochemical reaction including the MEA and the flow paths A1 and C1 / 2 of FIGS. As described above, two MEAs are arranged across the flow path A1 occupied by the anode current collector 11. An ammonia-containing gas is passed through the flow path A1 and contacts the anode 2 to decompose ammonia. Further, the two flow paths C1 / 2 located outside the two MEAs are occupied by the cathode current collector 11, and air is introduced therein.

MEAは、電解質1と、それを挟むアノード2およびカソード3とで構成される。電解質1は、固体酸化物、溶融炭酸塩、リン酸、固体高分子、電解液など、イオン導電性があれば何でもよい。固体酸化物は小型化でき、取り扱いが容易なので好ましい。固体酸化物としては、SSZ(スカンジウム安定化ジルコニア)、YSZ(イットリウム安定化ジルコニア)、SDC(サマリウム安定化セリア)、LSGMランタンガレート)などを用いるのがよい。
アノード2は、表面酸化されて酸化層を有する金属粒連鎖体21と、酸素イオン導電性のセラミックス22とを主成分とする焼結体とするのがよい。酸素イオン導電性のセラミックス22としては、上記のSSZ、YSZ、SDC、LSGMなどを用いることができる。
カソード3は、酸素イオン導電性のセラミックス32と、銀(Ag)33と、を主成分とする焼結体とする。酸素イオン導電性のセラミックス32として、LSM(ランタンストロンチウムマンガナイト)、LSC(ランタンストロンチウムコバルタイト)、SSC(サマリウムストロンチウムコバルタイト)などを用いるのがよい。アンモニア分解の場合には、カソード3の触媒として、表面酸化されて酸化層を有するNi粒連鎖体は不要であるが、その他の化学成分の分解には、カソードを形成する焼結体に、表面酸化されて酸化層を有するNi粒連鎖体を含ませてもよい。Ni粒連鎖体は、金属粒連鎖体の金属をNiとしたもので、製造が比較的容易であり、また既知である。また、Ni粒連鎖体の導電部(酸化層で被覆される金属部)は、Niのみでもよいし、NiにFeを含ませたものでもよい。
The MEA includes an electrolyte 1 and an anode 2 and a cathode 3 that sandwich the electrolyte 1. The electrolyte 1 may be anything as long as it has ionic conductivity, such as a solid oxide, molten carbonate, phosphoric acid, a solid polymer, and an electrolytic solution. Solid oxides are preferred because they can be miniaturized and are easy to handle. As the solid oxide, SSZ (scandium stabilized zirconia), YSZ (yttrium stabilized zirconia), SDC (samarium stabilized ceria), LSGM lanthanum gallate), or the like is preferably used.
The anode 2 is preferably a sintered body mainly composed of a metal particle chain 21 that has been oxidized on the surface and has an oxide layer, and an oxygen ion conductive ceramic 22. As the oxygen ion conductive ceramic 22, the above-described SSZ, YSZ, SDC, LSGM, or the like can be used.
The cathode 3 is a sintered body mainly composed of oxygen ion conductive ceramics 32 and silver (Ag) 33. As the oxygen ion conductive ceramic 32, it is preferable to use LSM (lanthanum strontium manganite), LSC (lanthanum strontium cobaltite), SSC (samarium strontium cobaltite) or the like. In the case of ammonia decomposition, a Ni particle chain having a surface oxidized and having an oxidized layer is not required as a catalyst for the cathode 3, but for decomposition of other chemical components, the surface of the sintered body forming the cathode is used for the surface. Ni grain chains that are oxidized and have an oxide layer may be included. The Ni grain chain is made of Ni as the metal of the metal grain chain and is relatively easy to manufacture and is known. Further, the conductive part (metal part covered with the oxide layer) of the Ni grain chain may be Ni alone, or Ni may contain Fe.

本実施の形態では、分解対象のガスはアンモニア(NH)とし、酸素イオンを供給する気体は、空気すなわち酸素(O)とする。アノード2に導入されたアンモニアは、2NH+3O2−→N+3HO+6eの反応(アノード反応)をする。反応後の流体であるN+3HOはアノードから放出される。また、カソード3に導入された空気の中の酸素は、O+2e→2O2−の反応(カソード反応)をする。酸素イオンは、カソード3中のLSM32から固体電解質1を通って、アノード2に到達する。アノード2に到達した酸素イオンは、アンモニアと上記反応をして、アンモニアは分解される。分解されたアンモニアは、窒素ガスおよび水蒸気(HO)となって、放出される。アノード2で生成した電子eは、図示しない負荷を経てカソード3に向かって流れる。上記の反応の結果、アノード2とカソード3との間に電位差が生じ、カソード3は、アノード2よりも電位が高くなる。 In this embodiment, the gas to be decomposed is ammonia (NH 3 ), and the gas that supplies oxygen ions is air, that is, oxygen (O 2 ). Ammonia introduced into the anode 2 undergoes a reaction (anode reaction) of 2NH 3 + 3O 2− → N 2 + 3H 2 O + 6e . N 2 + 3H 2 O, which is the fluid after the reaction, is released from the anode. Further, oxygen in the air introduced to the cathode 3 undergoes a reaction of O 2 + 2e → 2O 2− (cathode reaction). Oxygen ions reach the anode 2 from the LSM 32 in the cathode 3 through the solid electrolyte 1. Oxygen ions that have reached the anode 2 react with the ammonia and the ammonia is decomposed. The decomposed ammonia is released as nitrogen gas and water vapor (H 2 O). Electrons e generated at the anode 2 flow toward the cathode 3 through a load (not shown). As a result of the above reaction, a potential difference is generated between the anode 2 and the cathode 3, and the potential of the cathode 3 becomes higher than that of the anode 2.

図5は、アノード2におけるアンモニア分解を説明するための図である。アノード2は、Ni粒連鎖体21aの表層に酸化層21bを有する酸化層付きNi粒連鎖体21と、酸素イオン導電性セラミックス22とを主成分とする焼結体である。気体中のアンモニアは、アノード集電体を経由してアノード2中の、酸素イオン導電性セラミックス22と、酸化層21bと、Ni粒連鎖体21aとが会合する位置において、電解質1を移動してきた酸素イオンO2−と反応して、分解される。分解の結果、窒素と水蒸気とになり、放出される。アノード集電体は、アンモニアを素通りしないようにしてアノードにおいて上記の電気化学反応を生じさせ、かつ、圧力損失を増大させないようにすることが重要である。
アノード2で生じた電子は、外部回路または負荷を経由して金属多孔体のカソード集電体12からカソード3に到達する(図4参照)。カソード集電体12に導入された空気中の酸素は、連続気孔12hを通り気孔3hに入り、カソード3の、銀粒子33と、酸素イオン導電性セラミックス32とが会合する位置において、酸素イオンO2−となり、酸素イオン導電性セラミックス32中を固体電解質1に向かって移動する。
FIG. 5 is a diagram for explaining ammonia decomposition in the anode 2. The anode 2 is a sintered body mainly composed of a Ni grain chain 21 with an oxide layer having an oxide layer 21b on the surface layer of the Ni grain chain 21a and an oxygen ion conductive ceramic 22. Ammonia in the gas has moved through the electrolyte 1 at a position where the oxygen ion conductive ceramics 22, the oxide layer 21b, and the Ni particle chain 21a are associated with each other in the anode 2 via the anode current collector. It reacts with oxygen ions O 2− and decomposes. As a result of decomposition, nitrogen and water vapor are released. It is important that the anode current collector does not pass through ammonia to cause the above electrochemical reaction at the anode and not to increase pressure loss.
Electrons generated at the anode 2 reach the cathode 3 from the cathode current collector 12 made of a metal porous body via an external circuit or a load (see FIG. 4). Oxygen in the air introduced into the cathode current collector 12 passes through the continuous pores 12h and enters the pores 3h, and at the position where the silver particles 33 and the oxygen ion conductive ceramics 32 are associated with each other on the cathode 3. 2- , and moves in the oxygen ion conductive ceramic 32 toward the solid electrolyte 1.

(両側電極流路)
ここで、極低濃度まで有害ガスを除害する装置における両側電極流路の作用について説明する。図6に示すように、両側電極流路A1では、2つのMEAのアノード2が、アンモニア含有気体の流路A1を挟んで、対面するように位置する。この配置においては、アンモニアは、流路A1を画する上壁でも下壁でも、これら壁がアノード2であるため、上下壁において、図4に示すように、電気化学反応を進行させ、分解する。なお、図6では、流路A1の高さ中央部のアンモニアは流路A1を素通りするように見えるが、流路A1はアノード集電体11の目の粗い金属多孔体(非接触シート)11tに占有されているので、乱流化されて、目の細かい電極接触シート11s側に流れ、アノード2での電気化学反応に関与する。
図7は、比較のために示す構造であり、MEAの同じ面を同じ側にそろえて、片側電極流路として並行的に積層した場合の流路A1/2を示す図である。片側電極流路を構成するように、MEAを並行的に積層した構造では、図7に示す流路A1/2が2つあるとして、図6の流路A1と比較するのが妥当である。流路A1/2には、アンモニアが流れるが、図7の場合、アノード2である上壁でのみ分解して、下壁を構成する絶縁仕切りシート13では、分解せず、単に気体として接触する。MEAの電極の向きを揃えて並行的に積層する場合、電気的絶縁と、空気とアンモニア含有気体の隔絶とのために、1つのMEAおよびそれに付随する流路ごとに、絶縁仕切りシート13が必要となる。このような流路A1/2が2つある。
図6の流路A1が一つの場合と、図7の流路A1/2が2つの場合と比較すると、つぎのことが分かる。
(1)仮にアンモニアが多量にこれら流路に導入される場合、分解箇所(アノード2)の全面積は、両者、同じであり、分解されるアンモニアの総量は大差がない。このため、たとえば燃料電池の発電効率などを問題にする場合、両者は大差ない結果をもたらす。
(2)しかし、極低濃度、たとえばppmオーダーまでアンモニアを除害(分解)する場合、未反応のまま壁(絶縁仕切りシート13)に接触して流れるアンモニアの存在によって、MEAの所要長さは長いものになる。未反応のままの状態を許す壁があるからである。極低濃度まで除害するには、その壁から未反応のアンモニアを剥がして反対側の壁(アノード2)に接触させる必要がある。未反応のままの状態がある壁はないほうが、アンモニアをその壁の箇所を自由に通り抜けできるので、分解反応を停滞させずに済む。すなわち、流路A1のように、間隔は倍であるが上壁および下壁ともにアノード2とされ、ともに分解が進行する場合、未反応のまま壁に接触する箇所はないので、ppmオーダーまで分解するMEAの所要長さは短くなる。
(3)アンモニア含有気体を流す流路A1は、絶縁仕切りシート13を伴う2つの流路A1/2と比べて、絶縁仕切りシート13を配置する必要がないので、圧力損失が小さくしやすい。このため、圧力損失という面でも有利である。
上記(1)および(2)によって、極低濃度レベルまで有害成分を除害する装置において、両側電極構造は装置の小型化、とくに流路長の短縮に大きな効果を奏する。また、(3)圧力損失を抑制しやすい。
(Both-side electrode flow path)
Here, the operation of the both-side electrode flow path in the apparatus for removing harmful gas to an extremely low concentration will be described. As shown in FIG. 6, in the both-side electrode flow path A1, the anodes 2 of the two MEAs are positioned so as to face each other across the flow path A1 of the ammonia-containing gas. In this arrangement, ammonia is decomposed by causing an electrochemical reaction to proceed on the upper and lower walls, as shown in FIG. 4, because these walls are the anode 2 regardless of whether the upper wall or the lower wall defining the flow path A1. . In FIG. 6, the ammonia at the center of the height of the flow path A1 seems to pass through the flow path A1, but the flow path A1 is a coarse metal porous body (non-contact sheet) 11t of the anode current collector 11. Therefore, it is turbulent, flows toward the fine electrode contact sheet 11s, and participates in the electrochemical reaction at the anode 2.
FIG. 7 shows a structure shown for comparison, and shows a flow path A 1/2 when the same surface of the MEA is aligned on the same side and stacked in parallel as a one-side electrode flow path. In a structure in which MEAs are stacked in parallel so as to form a one-side electrode flow path, it is appropriate to compare with the flow path A1 in FIG. 6 assuming that there are two flow paths A 1/2 shown in FIG. . In the case of FIG. 7, ammonia flows through the flow path A 1/2 , but in the case of FIG. 7, it decomposes only at the upper wall, which is the anode 2, and does not decompose at the insulating partition sheet 13 constituting the lower wall, but simply contacts as gas To do. In the case where the MEA electrodes are aligned in parallel, an insulating partition sheet 13 is required for each MEA and its associated flow path for electrical insulation and separation of air and ammonia-containing gas. It becomes. There are two such channels A 1/2 .
Comparing the case where there is one channel A1 in FIG. 6 and the case where there are two channels A1 / 2 in FIG.
(1) If a large amount of ammonia is introduced into these flow paths, the total area of the decomposition site (anode 2) is the same in both cases, and the total amount of ammonia decomposed is not very different. For this reason, for example, when the power generation efficiency of the fuel cell is considered as a problem, both of them produce results that are not significantly different.
(2) However, when detoxifying (decomposing) ammonia to an extremely low concentration, for example, ppm order, the required length of MEA is due to the presence of ammonia flowing in contact with the wall (insulating partition sheet 13) without being reacted. It will be long. This is because there are walls that allow unreacted conditions. In order to detoxify to an extremely low concentration, it is necessary to peel off unreacted ammonia from the wall and to contact the opposite wall (anode 2). If there is no wall that remains unreacted, ammonia can pass through the wall freely, so that the decomposition reaction does not have to stagnate. That is, as in the flow path A1, the interval is doubled, but both the upper wall and the lower wall are the anodes 2. When the decomposition proceeds, there is no portion that does not react and contacts the wall. The required length of the MEA is shortened.
(3) Since the flow path A1 for flowing the ammonia-containing gas does not need to be provided with the insulating partition sheet 13 as compared with the two flow paths A 1/2 with the insulating partition sheet 13, the pressure loss is easily reduced. For this reason, it is advantageous also in terms of pressure loss.
According to the above (1) and (2), in the device that removes harmful components to an extremely low concentration level, the double-sided electrode structure has a great effect on downsizing the device, particularly shortening the flow path length. Moreover, (3) It is easy to suppress pressure loss.

(実施の形態1の変形例−両側電極流路・多層構造−)
図8は、実施の形態1の変形例における除害装置10の断面図であり、図2または図3に対応する。図2の除害装置の構成は、両側電極流路A1は1層だけであったが、本変形例では、両側電極流路が多層または2層、配置されている。両側電極流路A1の多層配置を有する除害装置10では、アンモニア含有気体の流路A1と、空気流路流路C1/2との間に、単位燃料電池を電気的に直列に接続する必要がない。この点が、燃料電池として用いる場合と大きな相違である。燃料電池として用いる場合、各単位電池を電気的に並列に接続した、非常に低い電圧では電池としての価値がない。しかし、除害装置として用いる場合、電力を取り出すことが目的ではないので、電気的に並列接続して、間に絶縁仕切りシート等を用いないほうが、圧力損失の抑制という観点から好ましい。両側電極流路A1の多層配置は、多量のアンモニア含有気体の除外処理を圧力損失を抑制しながらできる。このため、上述の、1層における流路長さ短縮効果と合わせて、小型で効率のよい除害装置を得ることができる。
(Modification of Embodiment 1-Both-side Electrode Channel / Multilayer Structure-)
FIG. 8 is a cross-sectional view of the abatement apparatus 10 in a modification of the first embodiment, and corresponds to FIG. 2 or FIG. In the configuration of the abatement apparatus of FIG. 2, the both-side electrode flow path A1 has only one layer, but in this modification, both-side electrode flow paths are arranged in multiple layers or two layers. In the abatement apparatus 10 having the multilayer arrangement of the both-side electrode flow paths A1, unit fuel cells are electrically connected in series between the flow path A1 of the ammonia-containing gas and the air flow path C 1/2. There is no need. This is a significant difference from the case where the fuel cell is used. When used as a fuel cell, there is no value as a battery at a very low voltage in which the unit cells are electrically connected in parallel. However, when used as a detoxifying device, the purpose is not to take out electric power. Therefore, it is preferable to electrically connect them in parallel and not use an insulating partition sheet or the like from the viewpoint of suppressing pressure loss. The multilayer arrangement of the both-side electrode flow path A1 can perform a process for excluding a large amount of ammonia-containing gas while suppressing pressure loss. For this reason, a small and efficient abatement apparatus can be obtained in combination with the above-described effect of reducing the channel length in one layer.

(実施の形態2−サーペンタイン両側電極流路−)
図9は、本発明の実施の形態2におけるガス除害装置であるアンモニア分解装置10内の流路を示す図である。この流路A1は折り返し部Tを持ち、交互に往復するチャネルP1〜P7を形成して、流路長を長くしている。折り返し部Tのある流路A1は、アノードにアンモニア含有気体を導入するための流路であり、当該流路を占めるように、金属めっき体を骨格とする金属多孔体11が配置されている。金属多孔体11は、アノード集電体を兼ねている。図10に示すように、金属多孔体11は、アノードに接する、目の細かい電極接触シート11sと、電極に接触しないで流路A1の中央に配置される非接触シート11tと、で構成される。これによって、アンモニア分解の電気化学反応における電子授受を円滑に行いながら、圧力損失を抑制することができる。
このアンモニア分解装置10は、複数のMEAが積層されて形成されているが、各MEAは、図示しない絶縁仕切りシートで仕切られている。図2に示す折り返し部Tを持つ流路に面するアノードと対をなすカソードには、空気が導入されるが、その空気が導入される流路C1/2については、折り返し部はなくてもよいが、折り返し部を設けてもよい。ここでは、空気を導入する流路についても、アンモニア含有気体が導入される流路と同様に、折り返し部Tを持つものについて説明する。
折り返し部Tを持つことで、MEAの面積は小さいまま、流路長を長くすることができ、上記気体中のアンモニア濃度を無害レベル、たとえばppmオーダーまで低減することができる。往復するチャネルを隔てるチャネル壁15は、圧力損失を抑制するため、できるだけ薄くするのがよい。図9に示す流路A1では、折り返し部Tの数、すなわちターン数は6つである。ターン数を増やすほど流路長は長くなり、分解反応を長く起こさせることができるが、圧力損失が増大するので、許容できる範囲内とするのがよい。
(Embodiment 2-Serpentine double-sided electrode flow path)
FIG. 9 is a diagram showing a flow path in the ammonia decomposing apparatus 10 which is a gas abatement apparatus in Embodiment 2 of the present invention. The flow path A1 has a turn-back portion T, and forms channels P1 to P7 that reciprocate alternately to increase the flow path length. The flow path A1 with the folded portion T is a flow path for introducing an ammonia-containing gas to the anode, and the metal porous body 11 having a metal plating body as a skeleton is disposed so as to occupy the flow path. The metal porous body 11 also serves as an anode current collector. As shown in FIG. 10, the metal porous body 11 includes a fine electrode contact sheet 11s in contact with the anode, and a non-contact sheet 11t disposed in the center of the flow path A1 without contacting the electrode. . Thereby, pressure loss can be suppressed while performing the electron transfer in the electrochemical reaction of ammonia decomposition smoothly.
The ammonia decomposition apparatus 10 is formed by laminating a plurality of MEAs, and each MEA is partitioned by an insulating partition sheet (not shown). Air is introduced into the cathode paired with the anode facing the flow path having the folded portion T shown in FIG. 2, but there is no folded portion in the flow path C 1/2 into which the air is introduced. However, a folded portion may be provided. Here, the flow path for introducing air will be described as having a turn-back portion T, as in the flow path for introducing ammonia-containing gas.
By having the turn-back portion T, the flow path length can be increased while the area of the MEA is small, and the ammonia concentration in the gas can be reduced to a harmless level, for example, on the order of ppm. The channel wall 15 separating the reciprocating channels should be as thin as possible in order to suppress pressure loss. In the flow path A1 shown in FIG. 9, the number of folded portions T, that is, the number of turns is six. As the number of turns increases, the length of the flow path becomes longer and the decomposition reaction can be caused to occur longer. However, since the pressure loss increases, it is preferable to make it within an allowable range.

図10に示すアンモニア分解装置10の流路A1,C1/2は、図9と同様の折り返し部Tを有し、チャネル壁15で隔てられた交互に往復するチャネルP1等で形成される。本実施の形態においては、アノード側流路A1の上下面ともにアノードが配置される。すなわち、2つのMEAは、同じ極性のアノード2を対向させて、流路A1を挟み、流路A1を両側電極流路としている点にある。この両側電極流路A1には、入口61から導入されたアンモニア含有気体が導入される。また、各MEAの反対側のカソード側流路C1/2には、相手側気体である空気が導入される。両側電極流路A1の断面積は、チャネルP1等の断面から分かるように、カソード側流路C1/2のどれよりも大きい。これによって、濃度を極低レベルまで減少させたアンモニア含有気体を大量に流しながら、圧力損失を抑制することが可能になる。アンモニア濃度は非常に低いレベルまで低減されるので、上記の電気化学反応に必要な空気量は少なくて済む。このため、図10に示すような断面積の大小関係をもたらす。 The flow paths A1 and C1 / 2 of the ammonia decomposing apparatus 10 shown in FIG. 10 have the same folded portion T as in FIG. 9 and are formed by channels P1 and the like that reciprocate alternately separated by the channel wall 15. In the present embodiment, anodes are arranged on both the upper and lower surfaces of the anode-side channel A1. That is, the two MEAs are such that the anodes 2 of the same polarity are opposed to each other, the flow path A1 is sandwiched between them, and the flow path A1 is a double-sided electrode flow path. The ammonia-containing gas introduced from the inlet 61 is introduced into the both-side electrode channel A1. Moreover, the air which is the other party gas is introduce | transduced into the cathode side flow path C1 / 2 on the opposite side of each MEA. The cross-sectional area of the both-side electrode flow path A1 is larger than any of the cathode-side flow paths C1 / 2 , as can be seen from the cross section of the channel P1 and the like. This makes it possible to suppress pressure loss while flowing a large amount of ammonia-containing gas whose concentration has been reduced to an extremely low level. Since the ammonia concentration is reduced to a very low level, the amount of air required for the electrochemical reaction is small. For this reason, the magnitude relation of a cross-sectional area as shown in FIG. 10 is brought about.

(他の実施の形態)
1.上記した本発明の実施の形態では、アノードに接する両側電極流路に占める導電多孔体11を、目の細かい電極接触シート11sと、目の粗い非接触シート11tとで形成する場合について、例示した。しかし、片側電極流路に配置されるアノード集電体について、目の細かい導電多孔シートと目の粗い導電多孔シートとを用いて、目の細かいほうをアノードに接するように配置してもよい。
2.上記した本発明の実施の形態では、アノードに接する流路A1に占める導電多孔体11について例示したが、カソードに接する流路C1/2について、当該流路に占める導電多孔体を、目の細かいものと目の粗い導電多孔体で形成してもよい。
3.本発明のガス除害装置は、表1に示すすべての除害反応R1〜R7に用いることができる。上記実施の形態1は、反応R1について説明した。
(Other embodiments)
1. In the above-described embodiment of the present invention, the case where the conductive porous body 11 occupying the both-side electrode flow channels in contact with the anode is formed by the fine electrode contact sheet 11s and the non-contact non-contact sheet 11t is illustrated. . However, the anode current collector disposed in the one-side electrode flow path may be disposed so that the finer one is in contact with the anode by using a fine conductive porous sheet and a coarse conductive porous sheet.
2. In the above-described embodiment of the present invention, the conductive porous body 11 occupying the flow path A1 in contact with the anode has been exemplified. However, the conductive porous body occupying the flow path for the flow path C 1/2 in contact with the cathode is You may form with a fine thing and a rough conductive porous body.
3. The gas abatement apparatus of the present invention can be used for all the abatement reactions R1 to R7 shown in Table 1. In the first embodiment, the reaction R1 has been described.

Figure 2010247034
Figure 2010247034

アンモニアの除害についていえば、その他に上記表1のR2〜R4の反応が可能である。このうち反応R4は燃料電池反応ではなく電気分解反応であるが、電力の取り出しと投入との相違があるだけで、電気化学反応という点で、上記の実施の形態1と同じである。また、VOC(Volatile Organic Compounds)の除害、NOxの除害もある。これらすべての電気化学反応について、(1)上記の両側電極流路を挟んで対面するように、同じ極性の電極を配置し、同じ極性の電極に接する導電多孔シートの目を細かくし、電極に非接触の導電多孔シートに目の粗いものを用いることができる。(2)また、片側電極流路について同様の構成の導電多孔シートを用いてもよい。これによって、低いランニングコストで稼動することができ、小型で、有害ガスを無害レベルまで効率よく除害することができる。   As for ammonia detoxification, the reactions R2 to R4 in Table 1 are possible. Of these, the reaction R4 is not a fuel cell reaction but an electrolysis reaction. However, the reaction R4 is the same as that of the first embodiment in terms of an electrochemical reaction, except for the difference between taking out and supplying electric power. There are also VOC (Volatile Organic Compounds) detoxification and NOx detoxification. For all these electrochemical reactions, (1) arrange the electrodes of the same polarity so as to face each other across the both-side electrode flow channel, make the conductive porous sheet in contact with the electrodes of the same polarity fine, A non-contact conductive porous sheet can be used having a coarse mesh. (2) Moreover, you may use the electroconductive porous sheet of the same structure about a one-side electrode flow path. As a result, it can be operated at a low running cost, is small, and can efficiently remove harmful gases to harmless levels.

次に、実施例によって本発明のガス除害装置の効果を検証する。本発明例A1には、本発明の実施の形態1で例示した両側電極流路Aをもつ、図2に示すアンモニア分解装置を用いた。両側電極流路Aを占める金属多孔体には、住友電気工業株式会社製のセルメット(登録商標)を複合層にして用いた。アノードに接する電極接触シート11sは、孔径0.45mm、厚み0.5mmのセルメットを用い、中央部の非接触部11tには孔径1.9mm、厚み2mmのセルメットを用いた。非接触シートの厚み2mmは、流路厚み3mmの約67%である。
比較のために、他の部分は本発明例A1と同じで、両側電極流路を占める導電多孔シートだけが、単層のものを用いた。単層のセルメットは、厚み3mm、孔径1.9mmとした。
800℃に加熱して、上記のアンモニア分解装置に、濃度50%のアンモニアを含む窒素ガスを流して、出口でのアンモニア濃度を測定した。結果を表2に示す。
Next, the effect of the gas abatement apparatus of the present invention will be verified by examples. The present invention Example A1 has bilateral electrode channel A 1 illustrated in the first embodiment of the present invention, using the ammonia decomposition apparatus shown in FIG. The metal porous body occupying both sides electrode channel A 1, Sumitomo Electric Industries, Ltd. of Celmet (R) was used in the composite layer. As the electrode contact sheet 11s in contact with the anode, a cermet having a hole diameter of 0.45 mm and a thickness of 0.5 mm was used, and a cermet having a hole diameter of 1.9 mm and a thickness of 2 mm was used for the central non-contact part 11t. The non-contact sheet thickness of 2 mm is about 67% of the flow path thickness of 3 mm.
For comparison, the other parts were the same as Example A1 of the present invention, and only a conductive porous sheet occupying both-side electrode channels was used as a single layer. The single-layer cermet had a thickness of 3 mm and a hole diameter of 1.9 mm.
After heating to 800 ° C., nitrogen gas containing 50% ammonia was passed through the ammonia decomposing apparatus, and the ammonia concentration at the outlet was measured. The results are shown in Table 2.

Figure 2010247034
Figure 2010247034

表2によれば、比較例B1では、アンモニア濃度は100ppmであったのに対して、本発明例A1では、25ppmまで除害されており、四分の一の濃度にまで分解されていた。これは、両側電極流路を占める導電多孔体を、アノードに接するものは目の細かいものにして、電極に非接触の中央部を目の粗い導電多孔体で形成したことで、電気化学反応における電子の授受を円滑化しながら圧力損失を抑制したことによる。   According to Table 2, in Comparative Example B1, the ammonia concentration was 100 ppm, whereas in Invention Example A1, it was detoxified to 25 ppm and decomposed to a quarter concentration. This is because the conductive porous body that occupies the electrode flow paths on both sides is fine in the contact with the anode, and the central portion that is not in contact with the electrode is formed with a coarse conductive porous body. This is because pressure loss was suppressed while facilitating the transfer of electrons.

上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.

本発明のガス除害装置によれば、(1)小型で、効率よく、有害ガスを無害レベルまで除害でき、(2)低いランニングコストで稼動することができる。とくに両側電極流路を占める導電多孔シートの目の粗さを分けて複層化することで、小型化をさらに推進することができる。   According to the gas abatement apparatus of the present invention, (1) it is small and efficient, it can remove harmful gas to a harmless level, and (2) it can be operated at a low running cost. In particular, downsizing can be further promoted by dividing the grain of the conductive porous sheet that occupies the both-side electrode channels into multiple layers.

1 イオン導電性電解質(固体酸化物電解質)、2 アノード、3 カソード、10 アンモニア分解装置、11 金属多孔体(アノード集電体)、11a アノード端子、11s 電極接触多孔シート、11t 非接触多孔シート、12 金属多孔体(カソード集電体)、12a カソード端子、13 絶縁仕切りシート、15 チャネル壁、21 金属粒連鎖体、21a 金属粒連鎖体の芯部(金属部)、21b 酸化層、22 アノードのイオン導電性セラミックス(SSZなど)、32 カソードのイオン導電性セラミックス(LSMなど)、33 銀、61 アンモニア含有気体入口、62 出口、71 空気入口、72 出口、A1,A1/2 アノード側流路(アンモニア含有気体流路)、C1/2 両側電極流路の外側のカソード側流路(空気流路)、P1〜P7 チャネル(蛇行流路)。 1 ion conductive electrolyte (solid oxide electrolyte), 2 anode, 3 cathode, 10 ammonia decomposition apparatus, 11 metal porous body (anode current collector), 11a anode terminal, 11s electrode contact porous sheet, 11t non-contact porous sheet, 12 metal porous body (cathode current collector), 12a cathode terminal, 13 insulating partition sheet, 15 channel wall, 21 metal particle chain, 21a metal particle chain core (metal part), 21b oxide layer, 22 anode Ion conductive ceramics (SSZ, etc.), 32 Cathode ion conductive ceramics (LSM, etc.), 33 Silver, 61 Ammonia-containing gas inlet, 62 outlet, 71 Air inlet, 72 outlet, A1, A 1/2 anode side flow path (ammonia-containing gas channel), the cathode-side channel of the outer C 1/2 sides electrodes passage (air passage), P1 to 7 channel (serpentine passage).

Claims (4)

対をなす電極、および該対をなす電極に挟まれる電解質で構成されるMEA(Membrane Electrode Assembly)を備え、気体中の化学成分を電気化学反応によって除害する装置であって、
前記化学成分を含む気体が導入され、前記MEAの電極が面する流路と、
前記MEAが面する電極の集電体となるように該電極に接し、かつ前記流路を占めるように配置された、連続気孔を持つ導電多孔体とを備え、
前記導電多孔体が、前記MEAの電極に接する電極接触多孔シートと、前記MEAの電極に非接触の非接触多孔シートとを有し、
前記電極接触多孔シートが、前記非接触多孔シートに比べて、目が細かいことを特徴とする、除害装置。
An apparatus comprising a MEA (Membrane Electrode Assembly) composed of a pair of electrodes and an electrolyte sandwiched between the pair of electrodes, and detoxifying chemical components in the gas by an electrochemical reaction,
A flow path in which a gas containing the chemical component is introduced and the MEA electrode faces;
A conductive porous body having continuous pores disposed so as to contact the electrode and occupy the flow path so as to be a current collector of the electrode facing the MEA;
The conductive porous body has an electrode contact porous sheet in contact with the electrode of the MEA, and a non-contact porous sheet not in contact with the electrode of the MEA,
The detoxifying device, wherein the electrode contact porous sheet has finer eyes than the non-contact porous sheet.
前記MEAを第1のMEAとして、さらに第2のMEAを備え、前記第1のMEAと第2のMEAとが、同じ極性の電極を対向させて、前記流路を挟んでおり、前記導電多孔体が、前記第1のMEAに接する第1の電極接触多孔シートと、前記第2のMEAに接する第2の電極接触多孔シートと、前記第1および第2の電極接触多孔シートに挟まれる非接触多孔シートとで構成されることを特徴とする、請求項1に記載の除害装置。   The MEA is used as a first MEA, and further includes a second MEA. The first MEA and the second MEA have electrodes of the same polarity facing each other and sandwich the flow path, and the conductive porous The body is sandwiched between the first electrode contact porous sheet in contact with the first MEA, the second electrode contact porous sheet in contact with the second MEA, and the first and second electrode contact porous sheets. The abatement apparatus according to claim 1, comprising a contact porous sheet. 前記流路は、前記気体の前記導入から排気までの間に蛇行するように、少なくとも一つの折り返し部が設けられていることを特徴とする、請求項1または2に記載のガス除害装置。   3. The gas abatement apparatus according to claim 1, wherein the flow path is provided with at least one folded portion so as to meander between the introduction and exhaust of the gas. 前記流路における前記導電多孔体の厚みの、50%以上90%以下が前記非接触多孔シートで形成されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の除害装置。

The abatement apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein 50% or more and 90% or less of the thickness of the conductive porous body in the flow path is formed by the non-contact porous sheet. .

JP2009097498A 2009-04-13 2009-04-13 Gas abatement device Pending JP2010247034A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009097498A JP2010247034A (en) 2009-04-13 2009-04-13 Gas abatement device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009097498A JP2010247034A (en) 2009-04-13 2009-04-13 Gas abatement device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010247034A true JP2010247034A (en) 2010-11-04

Family

ID=43310003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009097498A Pending JP2010247034A (en) 2009-04-13 2009-04-13 Gas abatement device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010247034A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012157847A (en) * 2011-02-03 2012-08-23 Sumitomo Electric Ind Ltd Gas decomposing apparatus, and power generator

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62163726A (en) * 1986-01-13 1987-07-20 Tokai Kogyo Kk Simple deodorizer
JPH02203919A (en) * 1989-02-01 1990-08-13 Mels Corp Ozonolysis device
JPH0657469A (en) * 1992-08-05 1994-03-01 Kao Corp Method and device for oxidation reaction
JP2005122976A (en) * 2003-10-15 2005-05-12 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2007130557A (en) * 2005-11-09 2007-05-31 Mitsubishi Electric Corp Contaminator
WO2007099871A1 (en) * 2006-03-01 2007-09-07 Mitsubishi Electric Corporation Harmful gas treatment apparatus and water treatment apparatus
JP2007301435A (en) * 2006-05-08 2007-11-22 Toshiba Corp Electrochemical reactor
JP2007335199A (en) * 2006-06-14 2007-12-27 Toyota Motor Corp Tubular solid polymer fuel cell and method for producing tubular solid polymer fuel cell
JP2008159448A (en) * 2006-12-25 2008-07-10 Shinko Electric Ind Co Ltd Solid oxide fuel cell power generator
JP2008307493A (en) * 2007-06-15 2008-12-25 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Self-organized porous thin film electrochemical reactor
JP2009076365A (en) * 2007-09-21 2009-04-09 Petroleum Energy Center Fuel cell device

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62163726A (en) * 1986-01-13 1987-07-20 Tokai Kogyo Kk Simple deodorizer
JPH02203919A (en) * 1989-02-01 1990-08-13 Mels Corp Ozonolysis device
JPH0657469A (en) * 1992-08-05 1994-03-01 Kao Corp Method and device for oxidation reaction
JP2005122976A (en) * 2003-10-15 2005-05-12 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2007130557A (en) * 2005-11-09 2007-05-31 Mitsubishi Electric Corp Contaminator
WO2007099871A1 (en) * 2006-03-01 2007-09-07 Mitsubishi Electric Corporation Harmful gas treatment apparatus and water treatment apparatus
JP2007301435A (en) * 2006-05-08 2007-11-22 Toshiba Corp Electrochemical reactor
JP2007335199A (en) * 2006-06-14 2007-12-27 Toyota Motor Corp Tubular solid polymer fuel cell and method for producing tubular solid polymer fuel cell
JP2008159448A (en) * 2006-12-25 2008-07-10 Shinko Electric Ind Co Ltd Solid oxide fuel cell power generator
JP2008307493A (en) * 2007-06-15 2008-12-25 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Self-organized porous thin film electrochemical reactor
JP2009076365A (en) * 2007-09-21 2009-04-09 Petroleum Energy Center Fuel cell device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
化学工業日報,2005.11.28,第8頁, JPN6012058855, ISSN: 0002380437 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012157847A (en) * 2011-02-03 2012-08-23 Sumitomo Electric Ind Ltd Gas decomposing apparatus, and power generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111919321B (en) Metal support for electrochemical element, electrochemical element, electrochemical module, electrochemical device, energy system, solid oxide fuel cell, solid oxide electrolysis unit and method for manufacturing metal support
US20130101920A1 (en) Catalyst, electrode, fuel cell, gas detoxification apparatus, and methods for producing catalyst and electrode
JP2010100929A (en) Gas decomposing element, ammonia decomposing element, power generator and electrochemical reaction reactor electrochemical reactor
US20130089810A1 (en) Gas decomposition component, ammonia decomposition component, power generation apparatus, and electrochemical reaction apparatus
JP5749512B2 (en) Fuel cell system
CN103237590B (en) Gas decomposition component, manufacturing method of gas decomposition component, and power generation device
US9136552B2 (en) Gas decomposition component, ammonia decomposition component, power generation apparatus, electrochemical reaction apparatus, and method for producing gas decomposition component
AU2011217490B2 (en) Method and system for purification of gas streams for solid oxide cells
JP5359552B2 (en) Gas decomposition apparatus and arrangement structure thereof
CN102958599B (en) Membrane electrode assembly, fuel cell, gas are poisoned cancellation element and are manufactured the method for membrane electrode assembly
JP5640502B2 (en) Electrode connection structure and method of manufacturing electrode connection structure
JP2010247034A (en) Gas abatement device
EP2560226A1 (en) Method and system for purification of gas/liquid streams for fuel cells or electrolysis cells
JP5655502B2 (en) Gas decomposition element, power generation device and gas decomposition method
US8865367B2 (en) Gas decomposition component
JP2012016693A (en) Gas decomposition element, ammonia decomposition element, power-generating device, and electrochemical reaction device
JP6688925B2 (en) Electrochemical device
JP2010247033A (en) Gas abatement device
JP2010247032A (en) Gas abatement device
JP2012028088A (en) Membrane electrode assembly, fuel cell, gas abatement device, and method of manufacturing membrane electrode assembly
JP5742075B2 (en) Gas decomposition element, power generator
CN115125546B (en) Electrochemical reaction device
JP2011124170A (en) Solid oxide fuel cell and gas supply method
JP6121826B2 (en) Electrolyzer
CN116472623A (en) Solid oxide fuel cell with direct ammonia feed and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120118

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120712

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120808

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120927

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121204

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130507