[发明专利]气体分解组件、氨分解组件、发电装置、以及电化学反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及气体分解组件、氨分解组件、发电装置、以及电化学反应装置；具体而言，本发明涉及能有效分解预定气体的气体分解组件，特别是能分解氨的氨分解组件，涉及基于气体分解反应的发电装置、以及电化学反应装置。

现有技术

虽然氨在农业和工业生产中是一种重要的化合物，但它对人是有害的，因此，已经披露了大量的方法用于分解水中以及空气中的氨。例如，提出了一种方法，用于通过分解从含有高浓度氨的水中除去氨：使喷射的氨水与气流接触，以将氨分离进入空气中，并且使氨与次溴酸溶液接触或硫酸接触（专利文献1）。还披露了另一种方法：通过与上述相同的处理使氨分离进入空气，并且用催化剂把氨烧掉（专利文献2）。还提出了另一种方法：用催化剂使含氨废水分解成氮和水（专利文献3）。披露的用于氨分解反应的催化剂是例如多孔炭末颗粒，含有过渡金属成分、锰化合物、铁-锰化合物（专利文献3）；铬化合物、铜化合物、钴化合物（专利文献4）；以及保持在三维网状氧化铝结构中的铂（专利文献5）。采用这种用催化剂的化学反应使氨分解的方法，可以抑制氮氧化物NOx的生成。还提出了一些方法，其中使用二氧化锰作为催化剂，从而在100℃或更低温度下促进氨的高效热分解（专利文献6和7）。

一般而言，来自半导体生产设备的废气包含氨、氢气等。为了完全除去氨的气味，氨的量需要降低至百万分之几（ppm）级。为此，普遍使用一种方法，其中，使要从半导体生产设备中释放的废气通过洗涤器，使得含有化学药品的水吸收有害气体。另一方面，为了实现无需供给能量、化学药品等的低运行成本，已经提出了一种用于来自半导体生产设备的废气的处理：用磷酸燃料电池分解氨（专利文献8）。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本未经审查的专利申请公开No.7-31966

专利文献2：日本未经审查的专利申请公开No.7-116650

专利文献3：日本未经审查的专利申请公开No.11-347535

专利文献4：日本未经审查的专利申请公开No.53-11185

专利文献5：日本未经审查的专利申请公开No.54-10269

专利文献6：日本未经审查的专利申请公开No.2006-231223

专利文献7：日本未经审查的专利申请公开No.2006-175376

专利文献8：日本未经审查的专利申请公开No.2003-45472

发明内容

技术问题

如上所述，通过下述方法可以使氨分解，例如，使用化学溶液诸如中和剂的方法（专利文献1）、焚烧方法（专利文献2）、或采用催化剂作用下的热分解反应的方法（专利文献3至7）。然而，这些方法所具有的问题是，它们需要化学药品和外部能量（燃料），并且还需要定期更换催化剂，导致运行成本高。另外，这样的装置具有较大尺寸，而且，例如，在有些情况下，会难以将该装置附加安装在现有设备中。

使用磷酸燃料电池以使来自半导体制造的废气中的氨解毒的装置还有一个问题：由于电解质是液体，无法减小空气侧与氨侧的隔离件的尺寸，并且难以减小该装置的尺寸。

在本发明的一个目的是提供一种气体分解组件，其采用电化学反应以降低运行成本并提供具有高处理性能的装置；尤其是，一种用于氨的氨分解组件；一种包括在上述分解组件之中的发电装置；以及一种电化学反应装置。

问题的解决方案

根据本发明的气体分解组件用于分解气体。此组件包括：筒状体膜电极组合体（MEA），其包括内表面侧的第一电极、外表面侧的第二电极、以及夹在第一电极与第二电极之间的固体电解质；以及多孔金属体，其插在筒状体MEA的内表面侧，并且与第一电极电连接，其中，将金属网片或金属膏布置在第一电极与多孔金属体之间。

在上述配置中，用于第一电极的集电体包括金属网片或金属膏以及多孔金属体。一般而言，在筒状体MEA的内表面侧上引入含有待解毒气体诸如氨的气态流体。此气态流体流过多孔金属体。据此，当多孔金属体的孔隙比例（孔隙率）低且平均孔隙尺寸小时，尽管导电性良好，但气态流体的流过明显受到阻碍，导致压力损失增大。