[发明专利]气体分解组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体分解组件；具体而言，本发明涉及一种能有效分解预定气体的气体分解组件。

现有技术

虽然氨在农业和工业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）。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4）。

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.2003-45472

发明概要

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）、或采用与催化剂进行热分解反应的方法（专利文献3）等。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，导致运行成本较高。另外，这样的装置尺寸较大，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。

至于使用磷酸燃料电池以将来自化合物半导体制造所排废气中的氨解毒的装置（专利文献4），并没有做出深入努力来解决压力损失的增加、电阻的增大等问题，这阻碍了解毒能力的增强。当使用电化学反应以解毒氨等时，除非使用新颖的结构来抑制例如高温环境下压力损失的增加以及电极/集电体之间电阻的增大，否则无法达到实用水平的高处理性能。因此，该设备至今仍然只是一个想法。

本发明的目的是提供一种采用电化学反应并且能具有高处理性能的气体分解组件；尤其是用于氨的氨分解组件；一种发电装置，其在上述分解组件之中包括发电组件；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：膜电极组合体（MEA），其包括固体电解质、以及布置成夹住固体电解质的第一电极和第二电极；多孔金属体，其电连接至第一电极或第二电极；加热器，其加热MEA；以及含有气体的气态流体引入MEA所通过的入口、排出已经过MEA的气态流体所通过的出口、和在入口与出口之间延伸的通道，其中，多孔金属体沿通道断续布置，以及，相对于通道的中间位置，多孔金属体的布置长度在出口侧大于在入口侧。

作为MEA主要组成部分的固体电解质用来使离子由此通过。当固体电解质的温度接近室温时，离子的透过速度低，并且，无法实现实际水平的气体分解性能。也就是说，一般而言，透过固体电解质的离子量限制了反应速度。据此，用加热器等将包括MEA的电化学反应装置加热至温度越高，离子的透过速度变得越高。据此，高温度是适宜的；然而，也必须具有高耐热性的材料和结构，导致成本增加。因此，采用适当的温度。即使使用加热器进行加热时，因为所引入气态流体的低温或加热器的进口端的影响，通常提供下列温度分布：靠近入口的区域中温度较低，朝中央区域升高，以及，由于加热器出口端的影响，靠近出口的区域中温度降低。也就是说，在通道中，从中间位置延伸至出口的区域中的温度变得高于从入口延伸至中间位置的区域中的温度。如上所述，用于气体分解的电化学反应在高温区域中以高反应速度进行。也就是说，在高温区域，气体分解以高处理性能进行。气体分解反应中产生的电流在促进气体分解的高温区中也变大。