JP2012166112A - ガス分解装置およびガス分解システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ランニングコストを抑え、かつ安定的な運転を可能とするガス分解装置およびシステムを提供する。
【解決手段】 所定のガスを分解するために用いられるガス分解装置であって、前記所定のガスを含む第１の気体が導入される第１電極、固体電解質、および第２の気体が導入される第２電極によって構成されるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）を含む電気化学反応装置と、前記電気化学反応装置の温度を高めるためのヒータと、前記電気化学反応装置および前記ヒータを収納する筐体と、前記筐体内に設けられた蓄熱体とを備えるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガス分解装置に関し、より具体的には、製造装置の排気に含まれるアンモニア等所定の有害ガス成分を安定的に分解できるガス分解装置に関するものである。

半導体製造装置の廃ガスには、アンモニア、水素等が含まれ、特にアンモニアは有害であるために、その分解方法が多く検討されてきた。アンモニアの異臭を完全に除去するには、その濃度を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、半導体製造装置の廃ガス放出の際にスクラバーを通して、薬品を含む水に有害ガスを吸収させる方法が多く用いられている。一方、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、リン酸型燃料電池でアンモニアを分解する、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１）。

また本願発明者らは、この種の装置として、対をなす電極および該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効率よく除害するガス除害装置を開示している（特許文献２）。

特開２００３−４５４７２号公報 特開２０１０−２４７０３２号公報

このようなガス分解装置は、電気化学反応を効率よく行うため、ＭＥＡを８００℃以上という高温に保持しつつ運転することが必要である。かかる加熱のための電力は装置運転におけるコストを増大させるため、断熱材で囲まれた筐体内にヒータを内蔵し、保温状態で温度制御を行うことで一定温度に保持することが行われる。ヒータによる加熱に際しては、エネルギーを極力無駄なく効率的に運転することが求められる。また、ＭＥＡの電解質が固体電解質の場合、急激な温度変化が加わると電解質内に生じる応力により割れなどが生じることがあり、加熱および冷却においては緩やかな温度変化により均一な加熱、冷却が行われるように制御する必要があった。

本発明は、エネルギー効率よく安定した温度を保持することができ、ランニングコストを抑えることができるガス分解装置およびシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願発明のガス分解装置は、所定のガスを分解するために用いられるガス分解装置であって、前記所定のガスを含む第１の気体が導入される第１電極、固体電解質、および第２の気体が導入される第２電極によって構成されるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）を含む電気化学反応装置と、前記電気化学反応装置の温度を高めるためのヒータと、前記電気化学反応装置および前記ヒータを収納する筐体と、前記筐体内に設けられた蓄熱体とを備える（請求項１）。

このような構成で蓄熱体により蓄えられた熱を利用することで、安定した運転を実現することが可能となる。すなわち、蓄熱体は熱容量が大きいことからヒータのオンオフに対して装置内の温度変化が緩やかになり、装置を構成する各要素への熱膨張・収縮に起因する応力の影響を少なくすることができる。またヒータ回路の停電時においても運転の継続が出来、かつ装置故障を防止することが可能となる。さらに、ヒータ電力として低コストの電力、例えば夜間電力など時間帯により電力コストが異なる場合の低コスト電力を利用して蓄熱体に熱を蓄え、全体の運転コストを下げることも可能となる。

前記ヒータが、前記蓄熱体に設けられた孔内に配置され、または前記蓄熱体に埋め込まれていると良い（請求項２）。蓄熱体を効果的に加熱することができ、またヒータの温度変更を緩やかにして装置全体を加熱することができるからである。

ここで、前記ＭＥＡが筒状体であり、前記第１電極が該筒状体の内面側に位置して前記第１の気体を当該筒状体の内面側に導入するように構成されているガス分解装置であると良い（請求項３）。筒状体ＭＥＡを急激に加熱または冷却した場合に、熱膨張・収縮による歪みによって筒状体ＭＥＡ自体が破損することがあり、加熱冷却を緩やかにする効果が大きいためである。

ここで筒状体のＭＥＡが、前記蓄熱体に設けられた孔内に配置されていると好ましい（請求項４）。温度が安定し、上述の効果が得られやすいためである。

このようなガス分解装置は、前記第１の気体がアンモニアを主体とする気体であり、前記第２の気体が酸素を含む気体である、アンモニアガス分解装置とすることができる（請求項５）。また、このようなＭＥＡを用いたガス分解装置においては、前記ＭＥＡが、外部装置または前記ヒータへ電力を供給するための燃料電池として機能するように構成されたガス分解システムとすることができる（請求項６）。

前述の通り、本願発明のガス分解システムは、所定のガスを含む第１の気体が導入される第１電極、固体電解質、および第２の気体が導入される第２電極によって構成されるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）を含む電気化学反応装置と、前記電気化学反応装置の温度を高めるためのヒータと、前記電気化学反応装置および前記ヒータを収納する筐体と、を備えたガス分解装置を運転してなるガス分解システムであって、前記筐体内には前記ヒータにより加熱される蓄熱体を備え、１日の間に定められた比較的低コストの電力料金時間帯において前記ヒータに通電され、他の電力料金時間帯において前記蓄熱体に蓄熱された熱により運転が継続されるように構成されていることを特徴とするガス分解システムとすることができる（請求項７）。このように蓄熱体を用いて低コストの電力を利用することにより、低コストで安定した運転が可能なガス分解システムを提供することができる。

本発明によれば、エネルギー効率よく安定した温度を保持することができ、ランニングコストを抑えることができるガス分解装置およびシステムを提供することができる。

本発明のガス分解装置の実施の形態の一例を説明する図である。 本発明に用いられる電気化学反応装置のＭＥＡの構成を説明する図である。 本発明における蓄熱体の配置例を説明する図である。 本発明における蓄熱体の配置例を説明する図である。 本発明における蓄熱体の配置例を説明する図である。 本発明のガス分解システムの全体構成例を示すブロック図である。

本発明のガス分解装置およびシステムの構成を説明する。本発明のガス分解システムは、所定のガスを分解するために用いられるものである。以下の説明で具体例としてはアンモニアガスの分解を例示するが、装置構成の特徴は他のガスにおいても同様に適用できる。

このシステムは、所定のガスを含む第１の気体が導入される第１電極、固体電解質、および第２の気体が導入される第２電極によって構成されるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）を含む電気化学反応装置と、電気化学反応装置の温度を高めるためのヒータとヒータを収納する筐体と、筐体内に設けられた蓄熱体とを備える。

ＭＥＡの主要構成要素である固体電解質は、イオンを通すために用いられる。室温に近いとイオンの透過速度は小さく、実用レベルのガス分解能力を得ることができない。すなわち、一般に、固体電解質でのイオン透過量が反応速度を律速する。このため、ＭＥＡを含む電気化学反応装置を５００℃〜１０００℃に加熱することが行われる。温度は高いほどイオンの透過速度が上昇するので好ましいが、材料に耐熱性の高い材料や構造を用いる必要があり、コスト増をもたらすので、適当な温度に設定する。加熱のためにヒータを用いた場合、ヒータによる電力消費はランニングコストとして無視できない。イオンは陰イオンでも陽イオンでもよく、たとえば固体電解質が酸素イオン導電性であればカソードで発生した酸素イオン（Ｏ^２−）をアノードへと移動させる。また固体電解質がプロトン導電性であれば、アノードで発生したプロトン（Ｈ^＋）をカソードへと移動させることができる。プロトンのほうが酸素イオンよりも小さいので移動速度はプロトンのほうが大きい。

電気化学反応装置では、第１の気体中の少なくとも所定のガスの一つおよび第２の気体が電気化学反応することで発電を生じる。その電力をヒータに用いることで、電力コストの一部または全てをまかなうことができる。これによって高いエネルギー効率を達成して、ランニングコストを抑えることができる。

また、固体電解質を含むＭＥＡは装置を小型化することができ、設置場所を選ばない。このため、初期費用の増大をもたらす長い配管を引き回す必要がなく、さらに地震等による損傷による有害成分の洩れ等のおそれをなくすことができる。

なお、分解対象の所定のガスは、一成分でも二つ以上の成分でもよい。電気化学反応は、二つ以上の成分を分解（電気化学反応）すれば好ましいが、少なくともその所定のガスの一成分を分解すればよい。第２の気体は、単一成分でもよいが、二つ以上の成分を含んでもよい。

蓄熱体はヒータにより生じた熱を長時間蓄える機能をもち、その熱容量の大きさにより、ヒータ自体の温度変化よりも緩やかに温度が変化するものである。蓄熱体を介してＭＥＡを加熱することにより、ヒータのオンオフによる急激な温度変化をＭＥＡに与えることなく、緩やかな温度変化を実現することが可能となる。さらに、蓄熱体の体積を大きくすることにより、例えば１日の内の１２時間で蓄熱体を加熱し、残りの１２時間はヒータの通電をすることなく蓄熱された熱によってＭＥＡの温度を高温に保つことなども可能となる。蓄熱体の体積と容量は所望の設計により選択することができる。例えば、夜間電力が他の時間帯よりも安価に設定されている場合などは、主に夜間に蓄熱体を加熱して、昼間のヒータ通電時間を極力少なくすることで、全体のランニングコストを抑制することが可能とできる。このような電力の制御は次に示す制御装置により通常のプログラミング手段等によって実現することができる。

本装置では、制御装置と、外部配電装置とをさらに備え、電気化学反応装置で発電された電力はヒータに給電され、制御装置は、ヒータが所定温度を保つように、外部配電装置のヒータへの給電を制御するのがよい。これによって、ヒータへの全給電量を当該電気化学反応による発電ではまかなえない場合、まず、この電気化学反応による電力をヒータに供給し、制御装置によって不足分を検知しながら外部配電装置を制御して外部電力を供給することができる。一般に、このガス分解システムは、常時稼働させるわけではなく、反応槽などの使用時に限って間欠的に稼働させる。この使用時においても、上記の所定のガスの量は一定ではなく、変動が大きい。このため、ガス分解により生じる発電量（電圧、電流）も変動して、電力を取り扱う立場からは、良質な電力とは言えず制御しにくい。また、反応槽の使用をスタートした時点では、電気化学反応による発電はゼロに近いかゼロであるが、所定の速度で有害なガスを除害するためには温度は既に高くなっていなければならない。したがって、初期のヒータ加熱は全電力を外部電力でまかない、電気化学反応が進行して発電が得られるようになったら、その発電で得られた電力を、直ちに、ヒータに投入するのがよい。これによって、外部からの投入電力の所定量（一部）は不要になる。制御装置は、このとき電気化学反応装置および装置内部の所定位置を測温しながら、温度調整することができる。

さらに蓄電装置を備え、該蓄電装置が、発電による電力を蓄電することができる。電気化学反応による電力は、まず蓄電装置に蓄電され、該蓄電装置からヒータに電力を供給することができる。これにより、電気化学反応による電力についても一定の電圧での取り出し等が可能になり、制御が行いやすい。たとえば、外部電力を使用しなくても反応槽の使用スタート時点の電気化学反応装置の加熱を、その蓄電した電力によって行うこともできる。もちろん、安全性等を考慮して外部電力と併用した上で、電気化学反応装置の発電量に応じて、電気化学反応による電力を主として、外部電力を副としてもよいし、その逆であってもよい。

ＭＥＡが筒状体であり、第１電極が該筒状体の内面側に位置して第１の気体を当該筒状体の内面側に導入することができる。本発明におけるＭＥＡは、広くは筒状体に限定されず、板状体などどのような形態であってもよい。しかし、筒状体とすることで、次の利点を得ることができる。固体電解質を含む筒状体のＭＥＡは、セラミックスであるため素材自体は機械強度の点で脆弱であるが、筒状体とすることによって強度を高めることができる。また、薄片状のＭＥＡを多段に積層した板状多層体のＭＥＡに比べて、強度的に安定している。このため、ガス分解素子に組み立てる際の取り扱いにおいて、少しの力の付加で破損する等の事態が避けられ、製造歩留まりの向上を得ることができる。板状多層体のＭＥＡの場合、高い寸法精度がないと、少しの押さえ込みなどによって簡単に破損することがある。また、組み立てた後でも、稼働と非稼働とのサイクルで、加熱と冷却とを繰り返すので、板状多層体のＭＥＡは、熱膨張の差により応力集中部から破損しやすい。この点でも、筒状体のＭＥＡ は、端部で固定するので、加工精度はそれほど高くする必要はなく、加熱と冷却のサイクルで熱膨張の差により破損が発生する応力集中部またはシール部材などによる拘束部は少ない。さらに、蓄熱体の利用により温度変化を緩やかにすることで、応力発生を抑制することが出来、効果的である。

電気化学反応装置およびヒータ、蓄熱体を含む本体部を収納する筐体を備え、筐体は主にその内壁に断熱材を備えることで、内部温度を維持し、エネルギー効率を高めることができる。筐体内には筒状体のＭＥＡが、複数配置され、第１の気体は、それぞれのＭＥＡに並列に導入されるようにすると良い。ヒータは全ＭＥＡに共通に配置されて筐体内全体を加熱しても良いし、個々のＭＥＡに隣接して設けるようにしても良い。

ここで、ヒータが、蓄熱体に設けられた孔内に配置あるいは前記蓄熱体に埋め込まれているように構成すると、蓄熱体を効率よく加熱することができる。また、ヒータの熱を直接ＭＥＡに伝えず、蓄熱体を介することによって、急激な温度変化を避けることが可能となる。

また、筒状体のＭＥＡを蓄熱体に設けられた孔内に配置すると良い。ＭＥＡの温度が安定し、例えば停電時やヒータ故障時においてもガス分解の急な停止を回避することができ、また急激な温度変化によるＭＥＡの破損も抑制することができる。この場合、ヒータも同じ孔内に配置されても良いが、別の孔内や蓄熱体の外部などに配置して、ＭＥＡを直接加熱しないようにすると、温度変化の緩和の効果がより得られやすい。これらを組み合わせて、ＭＥＡに隣接して直接加熱するヒータと、蓄熱体を介して間接的に加熱するヒータを組み合わせ、温度制御する構成も好ましい。両ヒータと温度センサの組み合わせ制御により所望の温度変化を実現することが可能である。

ＭＥＡの後段にはガスを吸着する吸着部を設けても良い。吸着部によってガスを無害化あるいは外部放出量を抑制することができる。吸着部は、とくに限定しないが、例示すれば、スクラバ（水による吸着）、薬剤処理部（薬剤による吸着）などをあげられる。例えばスクラバの配置によって、排出されるガスを基準値以下の濃度に確実に抑制することができ好ましい。

本発明のガス分解システムを化合物半導体製造装置から排気されるアンモニアガス分解に用いるとよい。この場合、第１の気体は、アンモニアを主体に、かつ、シアン系水素を、微量含み、該アンモニアおよびシアン系水素を、電気化学反応によって、共に分解することができる。アンモニアおよびシアン系水素を一つの分解システムによって無害化することができるため、高い経済性によって排気ガスの無害化を遂行することができる。また、筒状のＭＥＡを用いることで、アンモニアを筒状体の内面側に通すので、外部に漏らすことなく密封しながら処理することが容易となる。

（ガス分解システム）
図６は、本発明のガス分解システムを含む全体構成を示すブロック図である。このガス分解システムでは、生産設備から発生する所定のガス（一種または複数種）を分解する。

以下、構成と動作を説明する。主要構成要素のＭＥＡを含む電気化学反応装置１０１は、蓄熱体１０２に囲まれるように筐体１０３内に収納される。分解されるガスである第１の気体は、分解前排気路１１０の途中でフィルタ１１１によって金属粒子等を除去されたのち、電気化学反応装置１０１導入される。電気化学反応装置１０１内で分解されたガスは、分解後排気路１１２を経て外気に排出される。ここで安全性の点から、分解後排気路１１２の途中にスクラバ１１３を挿入して、残存ガスを水溶させて除去してもよい。第１の気体は、生産設備からスクラバ１１３および外気放出に至る間、駆動装置である排気ポンプ１１４によって吸引される。

装置の加熱は内蔵のヒータ１０４により行われる。本例では、ヒータ１０４には、ＭＥＡの電気化学反応で生じる電力（自家発電電力または自家電力）がそのまま供給され、所定温度に保持するのに不足する分を外部電源から外部電力配線１２１を経由して供給される電力によってまかなう。図示しない熱電対などの測温計が装置内部の所定位置に取り付けられ、制御盤１２０によって温度情報が読み出され、その温度に応じて制御盤１２０内の外部配電装置を制御することで、ヒータへの給電を制御する。ＭＥＡの第１電極と第２電極とを結ぶ自家電力配線１２２には、電圧印加部１２３が挿入されている。この電圧印加部１２３は、制御盤１２０によって制御される。

第１の気体には、一種または複数の分解対象ガスが含まれている。分解対象のガスは、（１）化合物半導体装置におけるアンモニア、そのアンモニアに微量に混入するシアン系水素など、を含む複数のガス。（２）印刷工場の排気に含まれるトルエン、キシレン等のＶＯＣ（Volatile Organic Compounds）などの複合ガス、などが例示できる。

（電気化学反応装置）
図２は、上記電気化学反応装置１０１のＭＥＡの構成例を説明する図である。ＭＥＡはイオン導電性絶縁層としての円筒状の固体電解質３３を用いた素子であり、固体電解質３３の内周面にアノード極３２（燃料極）、外周面にカソード極３４（空気極）を備える。電解質には、固体酸化物、溶融炭酸塩、リン酸、固体高分子などを用いることができるが、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、酸素イオン導電性の、ＳＳＺ、ＹＳＺ、ＳＤＣ、ＬＳＧＭ、ＧＤＣなどを用いるのがよい。アノード極内部には内部集電体３１、カソード極外周には外部集電体３５をそれぞれ備える。固体電解質３３は筒状体である必要はないが、筒状体とくに円筒体を用いることで、固体電解質特有の強度の脆弱性を克服することが容易となる。また、本例では円筒内部に第１の気体としてのアンモニアガスを供給し、外周面側に第２の気体としての空気中の酸素を取り込む例を意識して記載しているが、電気化学反応装置１０１としては、第１の気体と第２の気体が逆でもよく、電極についてもプラス極とマイナス極が逆の構成もあり得る。円筒の内径は、例えば２０ｍｍ程度であるが、適用する装置に応じて変えることができる。アンモニアガス分解の場合、内部集電体３１は例えばニッケルメッシュシートとニッケルからなる多孔質金属体を用いると良い。多孔質金属体は、気体の圧力損失を低くするために、気孔率を高くできる金属めっき体、たとえばセルメット（登録商標：住友電気工業株式会社）を用いるのがよい。外側集電体３５は、例えば、銀ペースト塗布配線とニッケルメッシュシートを用いると良い。ニッケルメッシュシートが、円筒外面に接触して、外部配線へと導電し、銀ペースト塗布配線は、カソードにおける酸素ガスを酸素イオンに分解するのを促進する触媒として作用する。

固体電解質が酸素イオン導電性の場合、カソードと接触した酸素分子は、電子を得て酸素イオンとなり、固体電解質中を移動してアノードに到達する。分解対象のガスがアンモニアとした場合、アンモニアは、アノード上で窒素分子と水素分子とに分解し、その水素分子はカソードから固体電解質を経てアノードに到達した酸素イオンと反応して、電子を放出して水（Ｈ_２Ｏ）を生じる。この電気化学反応では発電が行われる。アノードとカソードとを外部で結ぶ配線間に負荷であるヒータを入れておけば、ヒータはこの電気化学反応で生じた電力によって発熱する。アンモニアから生じた水蒸気および窒素ガスは、筒状体ＭＥＡの内面側から分解後排気路を経て、外気に排出される。

固体電解質はイオンを通す絶縁体（電子は通さない）であるが、室温に近いとイオンの透過速度は小さく、実用レベルのガス分解能力を得ることができない。固体電解質でのイオン透過量が反応速度を律速する。このため、ＭＥＡを５００℃〜１０００℃ に加熱することが行われる。温度は高いほどイオンの透過速度が上昇するので好ましいが、材料に耐熱性の高い材料や構造を用いる必要があり、コスト増をもたらすので、適当な温度に設定する。加熱のためにヒータを用いた場合、ヒータによる電力消費は無視できない大きなランニングコストとなる。上記の構成によって、発電の電気化学反応を利用すれば、その電力をヒータに用いることで、電力代の一部をまかなうことができる。

（ガス分解装置）
図１にてガス分解装置１０の装置構成を説明する。図１は装置の主要構成要素の配置を説明するために、装置の一方面を開けた状態を模式的に示したものである。蓄熱体１はその長手方向に貫通する大小の孔を有している。本例では、３つの小径の孔と２つの大径の孔を交互に有した蓄熱体１を３段積み重ねた構成としている。小径の孔のそれぞれには、ヒータ４が内蔵されている。ヒータはニクロム線や既知の電熱線、セラミックヒータ、シーズヒータなどを用いることができる。シーズヒータは寿命が長く、蓄熱体に埋め込んで使用する上で好ましい。本図ではヒータへの通電線等は図示していないが、装置外部からの給電線、内部配線は当然に必要とされる。蓄熱体１のそれぞれの大径の孔には電気化学反応装置３が内蔵される。電気化学反応装置３は図２の基本構造を備え、内部への分解対象ガスの配管（図示せず）を有し、また、外部には空気が供給できるよう、蓄熱体の孔との間には空間が設けられている。このように蓄熱体１の孔内に収納されたヒータ４および電気化学反応装置３は、断熱層５を備えた筐体２に収納される。

かかる構成において、ヒータ４に通電した場合、ヒータの温度は特段の制御を行わない限り急激に上昇するが、蓄熱体１の熱容量が大きいために、蓄熱体１の温度は急激には上昇せず、温度上昇はヒータから徐々に電気化学反応装置３に伝わることになる。よって、電気化学反応装置を構成する固体電解質に急激な温度変化が加わることがなく、固体電解質の内部応力による破損を避けることができる。また、ヒータにより一旦加熱された蓄熱体は、容易に冷却されることはないため、ヒータへの電力供給が一定時間停止した場合であっても、電気化学反応装置の温度低下を起こさず、運転を継続することが可能となる。

上記例では、蓄熱体の熱を有効にガス分解に利用できる例として、蓄熱体１の孔内にヒータ４と電気化学反応装置３を収納する構造を示した。蓄熱体を用いて同様の効果を得ることができるものであれば具体的な配置には限定されない。図３、図４および図５に他の構成例を示す。図３は、筐体２内において電気化学反応装置３を囲むように直方体の蓄熱体１を配置し、各蓄熱体内部にヒータ４ａを埋め込んだ例である。電気化学反応装置３への空気の供給が容易であり、また交換作業が容易にできる。また、図４はヒータの他の例として、シート状のヒータ４ｂを蓄熱体１で挟んだ構成例を示す。蓄熱体に孔を設ける必要がなく、ヒータの交換も容易になり、蓄熱体の体積や厚み等の配置設計が容易になる。図５は図３の変形例として、さらに電気化学反応装置３を直接加熱するヒータ４ｃを加えた例である。間接的に加熱するヒータ４ａだけでは加熱が不足する場合など、直接ヒータ４ｃと間接ヒータ４ａを組み合わせた温度制御を行うことで、より好ましい温度制御を実現することが可能である。この場合は装置内部あるいは電気化学反応装置個々の温度を測定する温度センサと、それら温度情報から各ヒータの通電を制御する制御装置が必要となる。

蓄熱体１は、５００℃〜１０００℃に加熱できるものであれば特に限定されないが、例えば、マグネシア、酸化鉄、かんらん岩などの、熱伝導率が高く蓄熱能力が高い材料から形成されるものが挙げられる。特に蓄熱暖房機に用いられるような蓄熱レンガが安価で好ましく用いられる。酸化鉄はマグネシアに対して熱しにくいが冷めにくい性質があり、蓄熱の点では比較的装置の小型化に寄与する。

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。

本発明のガス分解装置およびシステムは、化合物半導体の製造装置からのアンモニア、シアン等、印刷工場からのトルエン、キシレン等のＶＯＣ、等の分解に大きな威力を発揮することができる。また、製造装置に限定されず、どのようなガス分解にも気軽に適用できる。さらに燃料電池システムとしても利用することができる。

１ 蓄熱体
２ 筐体
３ 電気化学反応装置
４ ヒータ
５ 断熱層
１０ ガス分解装置
３１ 内部集電体
３２ アノード極
３３ 固体電解質
３４ カソード極
３５ 外部集電体
１０１ 電気化学反応装置
１０２ 蓄熱体
１０３ 筐体
１０４ ヒータ
１１０ 分解前排気路
１１１ フィルタ
１１２ 分解後排気路
１１３ スクラバ
１１４ 排気ポンプ
１２０ 制御盤
１２１ 外部電力配線
１２２ 自家電力配線
１２３ 電圧印加部

Claims (7)

1. 所定のガスを分解するために用いられるガス分解装置であって、
   前記所定のガスを含む第１の気体が導入される第１電極、固体電解質、および第２の気体が導入される第２電極によって構成されるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）を含む電気化学反応装置と、
   前記電気化学反応装置の温度を高めるためのヒータと、
   前記電気化学反応装置および前記ヒータを収納する筐体と、
   前記筐体内に設けられた蓄熱体と
   を備えることを特徴とするガス分解装置。
2. 前記ヒータが、前記蓄熱体に設けられた孔内に配置され、または前記蓄熱体に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載のガス分解装置。
3. 前記ＭＥＡが筒状体であり、前記第１電極が該筒状体の内面側に位置して前記第１の気体を当該筒状体の内面側に導入するように構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のガス分解装置。
4. 前記ＭＥＡが、前記蓄熱体に設けられた孔内に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載のガス分解装置。
5. 前記第１の気体がアンモニアを主体とする気体であり、前記第２の気体が酸素を含む気体であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス分解装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス分解装置を用いたガス分解システムであって、前記ＭＥＡが、外部装置または前記ヒータへ電力を供給するための燃料電池として機能することを特徴とすることを特徴とするガス分解システム。
7. 所定のガスを含む第１の気体が導入される第１電極、固体電解質、および第２の気体が導入される第２電極によって構成されるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）を含む電気化学反応装置と、
   前記電気化学反応装置の温度を高めるためのヒータと、
   前記電気化学反応装置および前記ヒータを収納する筐体と、
   を備えたガス分解装置を運転してなるガス分解システムであって、
   前記筐体内には前記ヒータにより加熱される蓄熱体を備え、
   １日の間に定められた比較的低コストの電力料金時間帯において前記ヒータに通電され、他の電力料金時間帯において前記蓄熱体に蓄熱された熱により運転が継続されるように構成されていることを特徴とするガス分解システム。

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