气体分解组件制造技术

本发明专利技术提供了一种采用电化学反应并且可以具有高处理性能的气体分解组件，尤其是氨分解组件。气体分解组件包括：MEA（7），其包括固体电解质（1）以及布置成将固体电解质夹于中间的阳极（2）和阴极（5）；Celmet（11s），其电连接至阳极（2）；加热器（41），其加热MEA；以及，将含有气体的气态流体引入MEA的入口（17）、将已经过MEA的气态流体排出的出口（19）、以及在入口与出口之间延伸的通道（P）。其中，Celmet（11s）沿通道（P）断续布置，以及，相对于通道的中间位置（15），Celmet的布置长度在出口侧大于在入口侧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种气体分解组件；具体而言，本专利技术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I)。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I :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专利技术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I)、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。本专利技术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专利技术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 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300 — I OOOt。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。多孔金属体，其起到集电体的作用，还发挥的作用是，避免含有待分解气体的气态流体未经处理就通过，并且使气态流体与第一电极或第二电极接触。为了实现集电以及避免气态流体未经处理就通过这二者功能，多孔金属体具有至少在预定水平之上的孔隙率和孔隙尺寸，并且具有至少在预定水平之上的导电率。然而，即使当多孔金属体具有至少在预定水平之上的孔隙率和孔隙尺寸时，从入口到出口的整个通道长度上布置的多孔金属体导致压力损失的严重增加。压力损失的这种增加是妨碍采用电化学反应的气体分解组件的处理性能达到实用水平的一大因素。在根据本专利技术的上述配置中，由于多孔金属体沿通道断续布置，可以抑制压力损失的相当减少。多孔金属体布置成，使得从中间位置延伸至出口的区域中的多孔金属体的长度大于从入口延伸至中间位置的区域中的多孔金属体的长度，前者区域比后者区域具有更高的温度。据此，在其中电化学反应以较高速度进行的区域中选择性地布置多孔金属体。结果，在保持电阻较低使得以较高速度进行的电化学反应不受抑制的同时，可以抑制压力损失的增加。这里，布置在这样一种区域(自入口延伸至中间位置或从中间位置延伸至出口)中的多孔金属体的长度是该区域中多孔金属体的总长度。应当注意到，待处理的预定气体可以是单一成分或者两种或更多成分。虽然电化学反应适宜导致两种或更多成分的分解(电化学反应)，但使预定气体的至少一种成分分解就足够。第二气态流体可以包括单一成分，或者可以含有两种或更多成分。多孔金属体适宜布置在按通道总长度的至少五分之一或更多与入口分开的区域中。如上所述，由于自外部传输的气态流体的低温所致以及加热器的端部影响，靠近入口区域中的通道具有较低温度。据此，气体的分解反应速度在靠近入口的区域中较低。因此，即使多孔金属体布置在靠近入口的区域中时，其仅仅有助于增大压力损失，并且基本上不提供集电功能。在自入口延伸至按通道总长度的至少五分之一或更多与入口分开的区域中，由于温度不够高，集电体实际上没有必要。在上述配置中，由于在集电体没有必要的区域中并没有布置多孔金属体，集电功能没有受到抑制，并且，压力损失可以降低。断续布置的多孔金属体具有的总长度是通道总长度的十分之一至十分之五。在这种情况下，多孔金属体在出口侧比在入口侧以更高密度布置，出口侧具有比入口侧更高的温度。因此，在用短长度多孔金属体可以有效实现集电，同时，还可以降低压力损失。当多孔金属体的总长度小于通道总长度的十分之一时，不能充分实现集电，并且抑制电化学反应；另一方面，当其超过十分之五时，压力损失变得极高。取决于多孔金属体布置所在的位置，断续布置的多孔金属体可以具有不同的平均孔隙尺寸。在这种情况下，例如，将具有较大孔隙的多孔金属体布置在靠近入口侧(此处电化学反应速度相对较低)，使得实现较低压力损失，并且提供一定程度的集电能力，以及，将具有较小孔隙的多孔金属体布置在靠近出口侧(此处电化学反应速度较高)，使得可以提供相对较高的集电能力，同时导致一定程度的压力损失。多孔金属体可以是镀金属体。在这种情况下，能得到具有较高孔隙率的多孔金属体，并能抑制压力损失。在金属镀制多孔体中，骨架部用金属(镍)镀制形成。据此，厚度可以容易地调节至较小，因此，可以容易地实现高孔隙率。金属网片和/或金属膏可以布置在第一电极与多孔金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.07 JP 2010-1305551.一种用于分解气体的气体分解组件，包括 膜电极组合体(MEA)，其包括固体电解质、以及第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极布置成将所述固体电解质夹于中间； 多孔金属体，其电连接至所述第一电极或所述第二电极； 加热器，其加热所述MEA;以及 将含有所述气体的气态流体引入所述MEA的入口、将已经过所述MEA的所述气态流体排出的出口、以及在所述入口与所述出口之间延伸的通道， 其中，所述多孔金属体沿所述通道断续布置，以及，相对于所述通道的中间位置，所述多孔金属体在所述出口侧的布置长度大于在所述入口侧的布置长度。2.根据权利要求I所述的气体分解组件，其中，所述多孔金属体布置在这样的区域中，该区域与所述入口相隔所述通道总长度的至少五分之一或更多。3.根据权利要求I或权利要求2所述的气体分解组件，其中，断续布置的所述多孔金属体具有的总长度是所述通道总长度的十分之一至十分之五。4.根据权利要求I至权利要求3中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，取决于所述多孔金属体的布置位置，断续布置的所述多孔金属体具有不同的平均孔隙尺寸。5.根据权利要求I至权利要求4中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，所述多孔金属体是镀金属体。6.根据权利要求I至权利要求5中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，金属网片和/或金属膏布置在所述第一电极与所述多孔金属体之间或所述第二电极与所述多孔金属体之间。7.根据权利要求I至权利要求6中任一项权利要求所述的气体分解组件，其中，所述MEA具有筒状体；所述第一电极布置在所述筒状体的内表面侧，以及，所述第二电极布置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：平岩千寻，真岛正利，桑原铁也，粟津知之，上田登志雄，仓本敏行，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：
国别省市：