JP2022108381A - Ammonia decomposition apparatus and hydrogen gas production system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンモニア分解装置及びこれを備えた水素ガス製造システムに関する。 The present invention relates to an ammonia decomposition apparatus and a hydrogen gas production system having the same.
従来、特許文献1に記載されているように、プラズマによりアンモニアを水素ガスと窒素ガスに分解する装置が知られている。
Conventionally, as described in
特許文献1には、水素生成装置を備えた燃料電池システムが記載されている。この水素生成装置は、原料ガス流路が形成された誘電体と、誘電体の裏面に対向するように配置された電極と、原料ガス流路の開口部を閉鎖する水素分離膜と、水素分離膜と燃料電池セルの燃料極との間に配置された枠状のスペーサとを備えている。この装置では、誘電体の原料ガス流路で誘電体バリア放電を発生させることによりアンモニアが大気圧非平衡プラズマとなり、当該大気圧非平衡プラズマから水素が発生する。そして、発生した水素が水素分離膜の中を拡散しながら通過して燃料電池セルの燃料極側の空間に到達する。
特許文献1における水素生成装置では、パラジウム合金等の薄膜が水素分離膜として使用されている。このため、誘電体の原料ガス流路内で発生した水素が水素分離膜を通過する際に、水素の圧力によって水素分離膜が破れるという課題がある。
In the hydrogen generator in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水素ガス透過膜の破れを抑制することが可能なアンモニア分解装置及びこれを備えた水素ガス製造システムを提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an ammonia decomposition apparatus capable of suppressing breakage of a hydrogen gas permeable membrane and a hydrogen gas production system including the same. .
本発明の一局面に係るアンモニア分解装置は、プラズマによりアンモニアガスを分解するアンモニア分解装置であって、交流電源が接続された電極板と、前記電極板に当接する絶縁板と、前記絶縁板に当接すると共に前記アンモニアガスの流路が形成され、前記電極板への電圧の印加によって前記流路内に発生したプラズマにより前記アンモニアガスを水素ガスに分解するアンモニア処理部と、前記流路を流れるガスのうち前記水素ガスを選択的に透過可能な水素ガス透過膜と、前記水素ガス透過膜のうち前記流路に対向する部分を前記流路と反対の背面側から押さえる押さえ面を有し、前記水素ガスが通過可能な押さえ部材と、前記押さえ部材を通過した前記水素ガスを回収する回収部と、を備える。 An ammonia decomposition apparatus according to one aspect of the present invention is an ammonia decomposition apparatus that decomposes ammonia gas with plasma, comprising: an electrode plate connected to an AC power supply; an insulating plate abutting the electrode plate; an ammonia processing section that abuts and forms a channel for the ammonia gas, and decomposes the ammonia gas into hydrogen gas by plasma generated in the channel by applying a voltage to the electrode plate; a hydrogen gas permeable membrane capable of selectively permeating said hydrogen gas among gases; A pressing member through which the hydrogen gas can pass, and a recovery unit that recovers the hydrogen gas that has passed through the pressing member.
この構成によれば、水素ガス透過膜のうちアンモニア処理部の流路に対向する部分が押さえ部材により背面側から押さえられているため、当該流路内で発生した水素ガスが水素ガス透過膜を透過する際に、水素ガス透過膜が当該流路と反対側に膨らむのを抑制することができる。これにより、水素ガス透過膜が水素ガスの圧力により破れるのを抑制することができ、押さえ部材を通過した水素ガスを回収することができる。 According to this configuration, since the portion of the hydrogen gas permeable membrane that faces the flow path of the ammonia processing section is pressed from the back side by the pressing member, the hydrogen gas generated in the flow path passes through the hydrogen gas permeable membrane. During permeation, the hydrogen gas permeable membrane can be prevented from swelling on the side opposite to the channel. As a result, it is possible to prevent the hydrogen gas permeable membrane from breaking due to the pressure of the hydrogen gas, and to recover the hydrogen gas that has passed through the pressing member.
上記アンモニア分解装置において、前記押さえ部材が、前記押さえ面を有する多孔質部材と、前記多孔質部材を透過した前記水素ガスを前記回収部に導く流路が形成され、前記水素ガス透過膜と反対側から前記多孔質部材を支持する弾性部材と、を備えていてもよい。 In the above ammonia decomposition apparatus, the pressing member includes a porous member having the pressing surface and a flow path for guiding the hydrogen gas that has permeated the porous member to the recovery unit, and is opposite to the hydrogen gas permeable membrane. and an elastic member that supports the porous member from the side.
この構成によれば、弾性部材によって多孔質部材を背面側から支持することにより、水素ガス透過膜のうちアンモニア処理部の流路に対向する部分をより確実に押さえることができる。 According to this configuration, by supporting the porous member from the back side by the elastic member, the portion of the hydrogen gas permeable membrane facing the channel of the ammonia processing section can be more reliably held down.
上記アンモニア分解装置において、前記絶縁板は、セラミックスで形成されると共に、前記電極板を内部に保持するものでもよい。 In the above ammonia decomposition apparatus, the insulating plate may be made of ceramics and hold the electrode plate inside.
この構成によれば、電極板の周囲における絶縁性をより確実に確保することができる。 According to this configuration, the insulation around the electrode plate can be ensured more reliably.
上記アンモニア分解装置において、前記電極板は、前記絶縁板の内部において厚さ方向の中央よりも前記アンモニア処理部側に位置していてもよい。 In the above ammonia decomposition apparatus, the electrode plate may be positioned closer to the ammonia processing section than the center in the thickness direction inside the insulating plate.
この構成によれば、絶縁板のうちアンモニア処理部と反対側の面における放電の発生を抑制することができる。 According to this configuration, it is possible to suppress the occurrence of discharge on the surface of the insulating plate opposite to the ammonia-treated portion.
上記アンモニア分解装置において、前記電極板は単一の部材からなるものでもよい。 In the above ammonia decomposition apparatus, the electrode plate may consist of a single member.
上記アンモニア分解装置において、前記アンモニア処理部は金属板であってもよい。前記流路は、前記金属板を厚さ方向に貫通する貫通部と前記金属板の厚さ方向の一部が残った非貫通部とを含む蛇行形状を有していてもよい。 In the above ammonia decomposition apparatus, the ammonia processing section may be a metal plate. The flow path may have a meandering shape including a penetrating portion that penetrates the metal plate in a thickness direction and a non-penetrating portion that partially remains in the thickness direction of the metal plate.
この構成によれば、金属板のうち流路を規定する櫛状部分を安定に保持することができる。その結果、当該櫛状部分のバタつきに起因して水素ガス透過膜が破れるのを抑制することができる。 With this configuration, it is possible to stably hold the comb-shaped portion of the metal plate that defines the flow path. As a result, it is possible to suppress breakage of the hydrogen gas permeable membrane due to fluttering of the comb-shaped portion.
上記アンモニア分解装置において、前記非貫通部は、前記流路のうち少なくとも屈曲部に設けられていてもよい。 In the above ammonia decomposition apparatus, the non-penetrating portion may be provided at least at a bent portion of the flow path.
この構成によれば、金属板の櫛状部分のうち特に不安定になり易い先端を安定に保持することができる。 With this configuration, it is possible to stably hold the tip of the comb-shaped portion of the metal plate, which is particularly prone to instability.
上記アンモニア分解装置において、前記アンモニア処理部は金属板であってもよい。前記流路は、前記金属板を厚さ方向に貫通するガス入口と、前記金属板を厚さ方向に貫通するガス出口と、前記ガス入口と前記ガス出口とを繋ぐ複数の微細流路と、を含んでいてもよい。前記微細流路は、前記金属板を厚さ方向に貫通する貫通部と、前記金属板の厚さ方向の一部が残った非貫通部と、を含んでいてもよい。 In the above ammonia decomposition apparatus, the ammonia processing section may be a metal plate. The flow path includes a gas inlet that penetrates the metal plate in the thickness direction, a gas outlet that penetrates the metal plate in the thickness direction, a plurality of fine flow channels that connect the gas inlet and the gas outlet, may contain The microchannel may include a through portion that penetrates the metal plate in the thickness direction, and a non-penetration portion that partially remains in the thickness direction of the metal plate.
この構成によれば、複数の微細流路を設けることにより、アンモニアガスの処理量をより多く確保することができる。そして、微細流路が非貫通部を含むため、金属板のうち微細流路の間に位置する部分を安定に保持することができる。 According to this configuration, by providing a plurality of fine flow paths, it is possible to secure a larger amount of ammonia gas to be processed. Further, since the fine channels include non-penetrating portions, the portions of the metal plate located between the fine channels can be stably held.
本発明の他局面に係る水素ガス製造システムは、アンモニア供給源からアンモニアガスを受け入れ、触媒によりアンモニアガスを分解して水素ガスを生成する第1アンモニア分解装置と、上記アンモニア分解装置であって、前記第1アンモニア分解装置から排出されたアンモニアガスおよび水素ガスを含む混合ガスを受け入れ、アンモニアガスを分解して水素ガスをさらに生成するとともに水素ガスを回収する第2アンモニア分解装置と、を備える。 A hydrogen gas production system according to another aspect of the present invention includes a first ammonia decomposition device that receives ammonia gas from an ammonia supply source and decomposes the ammonia gas with a catalyst to generate hydrogen gas; a second ammonia decomposition device that receives the mixed gas containing ammonia gas and hydrogen gas discharged from the first ammonia decomposition device, decomposes the ammonia gas to further generate hydrogen gas, and recovers the hydrogen gas.
この構成によれば、触媒反応によりアンモニアガスを分解した後、その残部をプラズマ分解することができる。これにより、アンモニアガスの処理量を確保すると共に、水素ガスの純度を高めることができる。 According to this configuration, after the ammonia gas is decomposed by the catalytic reaction, the remainder can be plasma decomposed. As a result, the amount of ammonia gas to be processed can be ensured, and the purity of hydrogen gas can be increased.
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、水素ガス透過膜の破れを抑制することが可能なアンモニア分解装置及びこれを備えた水素ガス製造システムを提供することができる。 As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible to provide an ammonia decomposition apparatus capable of suppressing breakage of the hydrogen gas permeable membrane and a hydrogen gas production system including the same.
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るアンモニア分解装置及び水素ガス製造システムを詳細に説明する。 Hereinafter, an ammonia cracking apparatus and a hydrogen gas production system according to embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.
(実施形態1)
まず、本発明の実施形態1に係る水素ガス製造システム100の構成を、図1に基づいて説明する。水素ガス製造システム100は、アンモニアガスG0を原料ガスとして水素ガスG2を製造するものである。水素ガスG2の用途としては、例えば燃料電池が挙げられるが、これに限定されない。図1に示すように、水素ガス製造システム100は、第1アンモニア分解装置4と、第2アンモニア分解装置1とを主に備える。
(Embodiment 1)
First, the configuration of a hydrogen
第1アンモニア分解装置4は、アンモニア供給源9からアンモニアガスG0を受け入れ、触媒によりアンモニアガスG0を分解して水素ガス及び窒素ガスを生成するものである。第1アンモニア分解装置4は、第1ガス供給ライン5を介してアンモニア供給源9に接続されると共に、第2ガス供給ライン6を介して第2アンモニア分解装置1に接続されている。未分解のアンモニアガス、水素ガス及び窒素ガスを含む混合ガスG1が第1アンモニア分解装置4から排出され、第2ガス供給ライン6を介して第2アンモニア分解装置1に供給される。
The first
第2アンモニア分解装置1は、第1アンモニア分解装置4から排出された混合ガスG1を受け入れ、アンモニアガスを分解して水素ガスG2をさらに生成するとともに水素ガスG2を回収するものである。以下、第2アンモニア分解装置1(単に「アンモニア分解装置1」とも称する)の構成を詳細に説明する。
The second
アンモニア分解装置1は、プラズマによりアンモニアガスを水素ガスと窒素ガスに分解するものである。図2は、アンモニア分解装置1の縦断面図である。図2に示すように、アンモニア分解装置1は、電極板10と、絶縁板20と、フランジ30と、アンモニア処理部40と、水素ガス透過膜50と、押さえ部材60と、回収部70とを主に備える。
The
電極板10は、単一の板部材からなり、交流電源11に電気的に接続されている。絶縁板20は、例えばAl2O3等のセラミックス(絶縁材料)で形成された板であり、上面22及び下面21を含む。絶縁板20は、電極板10に当接しており、本実施形態では、電極板10を内部に保持する。換言すると、電極板10は、絶縁板20の内部に埋め込まれており、当該電極板10の周囲全体が絶縁板20によって電気的に絶縁されている。図2に示すように、電極板10は、上面22及び下面21と平行であり、径方向において絶縁板20の略中央に埋め込まれている。なお、絶縁板20は、セラミックス以外の絶縁材料からなるものでもよい。
The
絶縁板20には、アンモニア処理部40に供給される混合ガスG1が流れる供給流路23が当該絶縁板20を厚さ方向に貫通するように形成されており、アンモニア処理部40から排出されるガスが流れる排出流路24が当該絶縁板20を厚さ方向に貫通するように形成されている。図2に示すように、電極板10は、絶縁板20の径方向において供給流路23と排出流路24との間に位置している。
The insulating
フランジ30は、絶縁板20を挟持するものであり、上フランジ31と、下フランジ32とを含む。上フランジ31及び下フランジ32は、いずれもSUS製の板であり、絶縁板20よりも直径が小さい。絶縁板20は、上フランジ31と下フランジ32とによって厚さ方向に挟持されている。
The
上フランジ31は、絶縁板20の上面22に当接する内面31Aと、当該内面31Aと反対側を向く外面31Bとを含む。内面31Aには、外面31B側に凹む環状溝が複数形成されており、O(オー)リング等のシール部材33が当該環状溝内に装着されている。これにより、絶縁板20の上面22と上フランジ31の内面31Aとの間の気密性が確保されている。
The
上フランジ31には、アンモニア処理部40に供給される混合ガスG1が流れる供給流路36が当該上フランジ31を厚さ方向に貫通するように形成されており、アンモニア処理部40から排出されるガスが流れる排出流路37が当該上フランジ31を厚さ方向に貫通するように形成されている。図2に示すように、上フランジ31の供給流路36は、シール部材33が収容される環状溝の間に形成されており、絶縁板20の供給流路23に連通している。同様に、上フランジ31の排出流路37は、シール部材33が収容される環状溝の間に形成されており、絶縁板20の排出流路24に連通している。供給流路36が外面31B側に開放された部分がガス入口36Aとなっており、排出流路37が外面31B側に開放された部分がガス出口37Aとなっている。
The
下フランジ32は、絶縁板20の下面21に当接する内面32Aと、当該内面32Aと反対側を向く外面32Bとを含む。上フランジ31と同様に、内面32Aには、外面32B側に凹む環状溝が形成されており、O(オー)リング等のシール部材34が当該環状溝内に装着されている。これにより、絶縁板20の下面21と下フランジ32の内面32Aとの間の気密性が確保されている。本実施形態では下フランジ32が接地(グランド)されているが、接地する箇所はこれに限定されない。
The
下フランジ32には、内面32Aから外面32B側に凹む空間である大径溝35と、当該大径溝35に連通すると共に大径溝35よりも小径の空間である小径溝35Aとが形成されている。小径溝35Aは、大径溝35と同心状で且つ大径溝35よりも外面32B側に形成されている。また大径溝35及び小径溝35Aは、いずれもシール部材34が収容される環状溝よりも径方向内側に形成されている。
The
図2に示すように、大径溝35には、アンモニア処理部40、水素ガス透過膜50及び押さえ部材60が上から順に重なった状態で収容されている。大径溝35の内径は、アンモニア処理部40及び押さえ部材60の外径と略同じであり、アンモニア処理部40及び押さえ部材60の各側面が大径溝35の内面に当接している。
As shown in FIG. 2, the
下フランジ32には、大径溝35の内面と小径溝35Aの内面とを繋ぐ段差面39が設けられている。段差面39は内面32A及び外面32Bと平行な環状の平面であり、押さえ部材60の外周部が当該段差面39上に載置されている。段差面39には、外面32B側に凹む環状溝が形成されており、O(オー)リング等のシール部材38が当該環状溝内に装着されている。これにより、押さえ部材60の下面と段差面39との間の気密性が確保されている。
The
アンモニア処理部40は、絶縁板20の下面21に当接すると共にアンモニアガスの流路R1が形成されたものである。アンモニア処理部40は、電極板10への電圧の印加によって流路R1内に発生したプラズマによりアンモニアガスを水素ガスと窒素ガスに分解する。アンモニア処理部40は、例えばSUS等からなる金属板であり、絶縁板20の下面21に当接する上面40Aと、水素ガス透過膜50に当接する下面40Bとを含む。
The
ここで、アンモニア処理部40の詳細な構成を、図3~図5に基づいて説明する。図3は、アンモニア処理部40の平面図である。図4は、図3中の領域IVにおける拡大図である。図5は、図4中の線分V-Vに沿った断面図である。
Here, the detailed configuration of the
図3に示すように、アンモニアガスの流路R1は、ガス入口43とガス出口44とを繋ぐように形成されており、複数の貫通部41と複数の非貫通部42とを含む蛇行形状を有する。具体的には、貫通部41と非貫通部42が流路R1に沿って交互に形成されており、非貫通部42が流路R1の各屈曲部に設けられている。流路R1は、例えばエッチング処理、レーザ加工又は切削等の手法により形成されている。
As shown in FIG. 3, the ammonia gas flow path R1 is formed to connect the
ガス入口43は、平面視半円形を有し、絶縁板20の供給流路23(図2)に連通している。ガス出口44は、ガス入口43と反対向きの平面視半円形を有し、絶縁板20の排出流路24(図2)に連通している。貫通部41は、平面視長方形を有し、当該貫通部41の長さ方向に直交する方向(図3の横方向)に所定間隔を空けて複数形成されている。非貫通部42は、隣接する貫通部41の間に形成されている。
The
ガス入口43、ガス出口44及び貫通部41は、いずれも金属板を厚さ方向に貫通するように形成されている。換言すると、ガス入口43、ガス出口44及び貫通部41は、アンモニア処理部40の上面40A側及び下面40B側(図2)のいずれにも開放されている。
The
一方、非貫通部42は、金属板を厚さ方向に貫通せず、厚さ方向の一部を残すように当該金属板を加工することによって形成されている。具体的には、図5に示すように、非貫通部42には、金属板の薄肉部42Aが残されている。このため、非貫通部42は、アンモニア処理部40の上面40A側に開放される一方、下面40B側には開放されていない。
On the other hand, the
アンモニア処理部40は、プレート本体46と、複数の櫛部45とを含む。図3に示すように、櫛部45は、貫通部41に平行な平面視長方形を有し、隣接する貫通部41の間に設けられている。櫛部45は、プレート本体46に直接繋がる基端45Bと、薄肉部42A(図5)を介してプレート本体46に繋がる先端45Aとを含む。
The
水素ガス透過膜50(図2)は、流路R1を流れるガスのうち水素ガスG2を選択的に透過可能なものであり、アンモニア処理部40の下面40Bに張り付けられている。水素ガス透過膜50は、例えばPd-Cu合金等からなり、流路R1の全体を覆う薄い金属箔である(図3中の一点鎖線)。図2に示すように、水素ガス透過膜50は、流路R1に対向する部分51(ガス入口43、ガス出口44及び貫通部41を下面40B側から塞ぐ部分)を含む。水素ガス透過膜50は、圧延された金属薄膜である。
The hydrogen gas permeable membrane 50 ( FIG. 2 ) is capable of selectively permeating the hydrogen gas G2 among the gases flowing through the flow path R1, and is attached to the
押さえ部材60は、水素ガス透過膜50のうち流路R1に対向する部分51を当該流路R1と反対の背面側から押さえる押さえ面61を有し、水素ガスG2が通過可能なものである。押さえ面61は、水素ガス透過膜50の下面(アンモニア処理部40と反対側の面)全体に面接触し、当該下面全体を略均等な力で上向きに押さえる。本実施形態における押さえ部材60は、押さえ面61を含む平板状の多孔質部材62と、当該多孔質部材62を取り囲むリングプレート64とを含む。多孔質部材62としては、例えば、メッシュ状に加工された樹脂若しくは金属、パンチングメタル、多孔質金属又は多孔質セラミックス(例えば多孔質アルミナ)等を採用することができる。リングプレート64は、水素ガスG2が透過しない緻密な金属部材(非多孔質部材)である。リングプレート64の上面と水素ガス透過膜50の下面との接触部がシール部になると共に、リングプレート64の下面とシール部材38との接触部がシール部になっている。これにより、アンモニアガスが水素ガス透過膜50の外周側から回り込んで回収部70側へ漏れるのを抑制することができる。
The pressing
押さえ部材60は、アンモニア処理部40と略同径の板であり、平面視において流路R1の全体を覆う大きさを有する。すなわち、押さえ面61は、水素ガス透過膜50を挟んで流路R1の全体(ガス入口43、ガス出口44、貫通部41及び非貫通部42を含む領域)と対向する。このため、押さえ面61は、水素ガス透過膜50のうち流路R1に対向する部分51の全体を、当該流路R1と反対の背面側から押さえる。なお、図2に示すように、押さえ部材60よりも下側には、隙間(小径溝35A)が空いた状態となる。
The pressing
回収部70は、押さえ部材60を通過した水素ガスG2を回収する部分である。図2に示すように、回収部70は、下フランジ32の下側中央部に形成された貫通孔であり、小径溝35Aに連通している。
The
次に、水素ガス製造システム100による水素ガスG2の製造プロセスを説明する。
Next, the manufacturing process of the hydrogen gas G2 by the hydrogen
図1に示すように、まず、アンモニア供給源9から第1ガス供給ライン5を介して第1アンモニア分解装置4にアンモニアガスG0が供給される。第1アンモニア分解装置4では、触媒反応によりアンモニアガスG0の一部が水素ガスと窒素ガスに分解される。そして、水素ガス、窒素ガス及び未分解のアンモニアガスを含む混合ガスG1が、第2ガス供給ライン6を介して第2アンモニア分解装置1に供給される。
As shown in FIG. 1 , first, ammonia gas G0 is supplied from the ammonia supply source 9 to the first
図2に示すように、混合ガスG1は、ガス入口36Aからアンモニア分解装置1内に流入し、上フランジ31の供給流路36及び絶縁板20の供給流路23を順に流れた後、アンモニア処理部40内に供給される。混合ガスG1は、ガス入口43(図3)から流路R1内に流入し、ガス出口44に向かって流路R1内を蛇行しつつ流れる。
As shown in FIG. 2, the mixed gas G1 flows into the
一方、交流電源11(図2)から電極板10に所定の電圧を印加することにより、流路R1内(電極板10と水素ガス透過膜50との間)にプラズマが発生する。このプラズマによって、混合ガスG1に含まれるアンモニアガスが水素ガスG2と窒素ガスに分解される。水素ガスG2の分圧は、例えば大気圧程度である。そして、流路R1を流れるガスのうち水素ガスG2のみが水素ガス透過膜50を透過し、さらに押さえ部材60を通過した後、回収部70からアンモニア分解装置1の外へ取り出される。一方、窒素ガス及び未分解のアンモニアガスは、ガス出口44(図3)からアンモニア処理部40の外へ流出し、絶縁板20の排出流路24(図2)及び上フランジ31の排出流路37を順に流れた後、ガス出口37Aからアンモニア分解装置1の外へ取り出される(ガスG3)。
On the other hand, by applying a predetermined voltage to the
次に、アンモニア分解装置1の効果について説明する。
Next, the effects of the
上述の通り、アンモニア処理部40でのプラズマ分解により発生した水素ガスG2は、水素ガス透過膜50を透過してアンモニア分解装置1の外へ取り出される。ここで、水素ガス透過膜50は薄い金属箔であるため、水素ガスG2の風圧により破れることが懸念される。これに対し、本実施形態に係るアンモニア分解装置1では、水素ガス透過膜50のうち流路R1に対向する部分51(図2)を背面側から押さえる押さえ面61を有する押さえ部材60を配置することにより、水素ガス透過膜50が水素ガスG2の風圧によって下向きに膨らむのを抑制することができる。このため、水素ガスG2の風圧によって水素ガス透過膜50が破れるのを抑制することができる。
As described above, the hydrogen gas G2 generated by plasma decomposition in the
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2に係るアンモニア分解装置2の構成を、図6及び図7に基づいて説明する。実施形態2に係るアンモニア分解装置2は、基本的に実施形態1に係るアンモニア分解装置1と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、押さえ部材60の構成において異なっている。以下、実施形態1と異なる点についてのみ説明する。なお、図6及び図7において、実施形態1に対応する構成要素には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。
(Embodiment 2)
Next, the configuration of the ammonia decomposition device 2 according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. The ammonia decomposition apparatus 2 according to Embodiment 2 basically has the same configuration and effects as the
図6に示すように、実施形態2における押さえ部材60は、多孔質部材62及び当該多孔質部材62を取り囲むリングプレート64に加えて、水素ガス透過膜50と反対側から多孔質部材62を支持する弾性部材63をさらに含む。弾性部材63は、例えばゴム製の板からなり、多孔質部材62を透過した水素ガスG2を回収部70に導く孔63A(流路)が径方向中央に形成されている。図6に示すように、多孔質部材62及びリングプレート64は大径溝35内に収容されており、弾性部材63は小径溝35A内に収容されている。弾性部材63は厚さ方向に押し縮められており、その反力によって多孔質部材62が水素ガス透過膜50の下面に押し付けられている。また多孔質部材62の外面(リングプレート64の内面と接触する面)は、弾性部材63の外面と面一である。
As shown in FIG. 6, the pressing
図7は、水素ガス透過膜50を透過した水素ガスG2が、押さえ部材60の内部を通過する様子を模式的に示している。図7に示すように、水素ガス透過膜50を透過した水素ガスG2は、多孔質部材62の内部において径方向中央に向かって流れる。そして、多孔質部材62内の径方向中央に集まった水素ガスG2が、弾性部材63の孔63Aを通じてアンモニア分解装置2(図6)の外へ取り出される。
FIG. 7 schematically shows how the hydrogen gas G2 that has permeated the hydrogen gas
以上の通り、本実施形態に係るアンモニア分解装置2によれば、多孔質部材62と弾性部材63の積層体を採用することにより、弾性部材63によって多孔質部材62を背面側から押さえることができる。これにより、水素ガス透過膜50のうち流路R1に対向する部分51を押さえ面61によってより確実に押さえることが可能になり、水素ガス透過膜50の破れをより確実に抑制することができる。なお、実施形態1に記載の通り、弾性部材は本発明のアンモニア分解装置において必須の構成要素ではない。実施形態1のように弾性部材を採用しない場合には、水素ガス透過膜50のうち流路R1に対向する部分51が押さえ面61によって確実に押さえられるように、押さえ部材60の厚さや大径溝35の深さ等を適宜調整することが好ましい。
As described above, according to the ammonia decomposition apparatus 2 according to the present embodiment, by adopting the laminate of the
(実施形態3)
次に、本発明の実施形態3に係るアンモニア分解装置3の構成を、図8に基づいて説明する。実施形態3に係るアンモニア分解装置3は、基本的に実施形態2に係るアンモニア分解装置2と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、押さえ部材60の構成において異なっている。以下、実施形態2と異なる点についてのみ説明する。なお、図8において、実施形態2に対応する構成要素には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。
(Embodiment 3)
Next, the configuration of the ammonia decomposition device 3 according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. The ammonia decomposition device 3 according to Embodiment 3 basically has the same configuration and effects as the ammonia decomposition device 2 according to Embodiment 2, but differs in the configuration of the pressing
実施形態3における弾性部材63Bは、バネにより構成されており、小径溝35Aにおいて圧縮された状態で配置されている。多孔質部材62は、弾性部材63Bのバネ力を受けて上向きに付勢されており、その結果、押さえ面61が水素ガス透過膜50のうち流路R1に対向する部分51の全体を上向きに押さえている。
The
このように、実施形態3では、実施形態2のゴムに代えて、バネ等の部材全体に亘って水素ガスが通過可能な隙間を有する部材(孔を形成しなくても水素ガスが通過可能な部材)を弾性部材として採用することにより、多孔質部材62を通過後の水素ガスG2が回収部70までより流れ易くなる。このため、下フランジ32内での水素ガスG2の滞留を抑制することができる。なお、バネに代えて金属製の綿等が弾性部材63Bとして採用されてもよい。
As described above, in Embodiment 3, instead of the rubber used in Embodiment 2, a member having a gap through which hydrogen gas can pass over the entire member such as a spring (a gap through which hydrogen gas can pass without forming a hole) member) as an elastic member, the hydrogen gas G2 after passing through the
(実施形態4)
次に、本発明の実施形態4に係るアンモニア分解装置の構成を、図9に基づいて説明する。実施形態4に係るアンモニア分解装置は、基本的に実施形態1に係るアンモニア分解装置1と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、アンモニア処理部の構成において異なっている。以下、実施形態1と異なる点についてのみ説明する。なお、図9において、実施形態1に対応する構成要素には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。
(Embodiment 4)
Next, the configuration of the ammonia decomposition apparatus according to
図9は、実施形態4におけるアンモニア処理部40の平面図である。アンモニア処理部40の流路R1は、ガス入口43と、ガス出口44と、ガス入口43とガス出口44とを繋ぐ複数(図9の例では2つ)の微細流路R2とを含む。ガス入口43及びガス出口44は、いずれもアンモニア処理部40の金属板を厚さ方向に貫通する。
FIG. 9 is a plan view of the
微細流路R2は、貫通部47と非貫通部48とを含む蛇行形状を有し、互いに沿うように形成されている。貫通部47は金属板を厚さ方向に貫通するように形成されている一方、非貫通部48は当該金属板の厚さ方向の一部が残るように(薄肉部を含むように)形成されている。図9に示すように、非貫通部48は、微細流路R2の両端(ガス入口43及びガス出口44に繋がる部分)と微細流路R2の各屈曲部に設けられているが、その他の部分にさらに設けられていてもよい。
The fine flow channel R2 has a meandering shape including a penetrating
アンモニア処理部40は、プレート本体46と、蛇行部49とを含む。蛇行部49は、2つの微細流路R2により挟まれた部分であり、非貫通部48(薄肉部)を介してプレート本体46に繋がっている。
The
本実施形態に係るアンモニア分解装置では、複数の微細流路R2を設けることにより、アンモニアガスの処理量をより多く確保することができる。そして、各微細流路R2に非貫通部48を設けることにより、微細流路R2により挟まれた蛇行部49をプレート本体46に対して安定に保持することができる。なお、実施形態2,3に係るアンモニア分解装置2,3において、複数の微細流路R2が設けられてもよい。
In the ammonia decomposition apparatus according to the present embodiment, by providing a plurality of fine flow paths R2, it is possible to secure a larger amount of ammonia gas to be processed. By providing the
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。したがって、以下の実施形態も本発明の範囲に含まれる。 It should be understood that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims. Therefore, the following embodiments are also included in the scope of the present invention.
実施形態1において、押さえ部材60が多孔質部材であると共に弾性部材であってもよい。この場合、例えばスチールウールやスポンジ等を押さえ部材60の材料として採用することができる。
In
下フランジ32に代えて水素ガス透過膜50が接地されていてもよい。
The hydrogen gas
アンモニア処理部は金属板からなる場合に限定されず、例えばSiO2等の他の材料からなるものでもよい。しかし、金属板を用いることにより絶縁板20を薄くすることが可能となり、誘電損を抑制することができる。また流路R1は蛇行形状に限定されず、例えば直線状等の他の形状とすることも可能である。
The ammonia treatment part is not limited to being made of a metal plate, and may be made of other materials such as SiO 2 . However, by using a metal plate, the thickness of the insulating
実施形態1において、非貫通部42が流路R1のうち屈曲部以外の部分にも設けられていてもよい。
In
電極板10は、絶縁板20の内部に保持される場合に限定されず、図10に示すように、電極板10が絶縁板20上に載置されていてもよい。この場合、例えば樹脂モールド80等の方法により電極板10の周囲の絶縁性が確保される。
The
図11に示すように、電極板10は、絶縁板20の内部において厚さ方向の中央よりもアンモニア処理部40側(下面21側)に位置していてもよい。これにより、電極板10に電圧を印加した際に、絶縁板20の上面22における放電の発生を抑制することができる。
As shown in FIG. 11 , the
1,2,3 アンモニア分解装置(第2アンモニア分解装置)
4 第1アンモニア分解装置
9 アンモニア供給源
10 電極板
11 交流電源
20 絶縁板
40 アンモニア処理部
41,47 貫通部
42,48 非貫通部
43 ガス入口
44 ガス出口
50 水素ガス透過膜
60 押さえ部材
61 押さえ面
62 多孔質部材
63,63B 弾性部材
63A 孔(流路)
70 回収部
100 水素ガス製造システム
G0 アンモニアガス
G1 混合ガス
G2 水素ガス
R1 流路
R2 微細流路
1, 2, 3 Ammonia decomposition device (second ammonia decomposition device)
4 First Ammonia Decomposition Device 9
70
Claims (9)
交流電源が接続された電極板と、
前記電極板に当接する絶縁板と、
前記絶縁板に当接すると共に前記アンモニアガスの流路が形成され、前記電極板への電圧の印加によって前記流路内に発生したプラズマにより前記アンモニアガスを水素ガスに分解するアンモニア処理部と、
前記流路を流れるガスのうち前記水素ガスを選択的に透過可能な水素ガス透過膜と、
前記水素ガス透過膜のうち前記流路に対向する部分を前記流路と反対の背面側から押さえる押さえ面を有し、前記水素ガスが通過可能な押さえ部材と、
前記押さえ部材を通過した前記水素ガスを回収する回収部と、を備える、アンモニア分解装置。 An ammonia decomposition apparatus that decomposes ammonia gas with plasma,
an electrode plate to which an AC power supply is connected;
an insulating plate in contact with the electrode plate;
an ammonia processing unit that is in contact with the insulating plate and has a flow path for the ammonia gas, and decomposes the ammonia gas into hydrogen gas by plasma generated in the flow path by voltage application to the electrode plate;
a hydrogen gas permeable membrane selectively permeable to the hydrogen gas among the gases flowing through the channel;
a pressing member having a pressing surface that presses a portion of the hydrogen gas permeable membrane facing the flow path from a back side opposite to the flow path, through which the hydrogen gas can pass;
and a recovery unit configured to recover the hydrogen gas that has passed through the pressing member.
前記押さえ面を有する多孔質部材と、
前記多孔質部材を透過した前記水素ガスを前記回収部に導く流路が形成され、前記水素ガス透過膜と反対側から前記多孔質部材を支持する弾性部材と、を備える、請求項1に記載のアンモニア分解装置。 The holding member is
a porous member having the pressing surface;
2. The method according to claim 1, further comprising: an elastic member that supports the porous member from a side opposite to the hydrogen gas permeable membrane, and a channel that guides the hydrogen gas that has permeated the porous member to the recovery unit. of ammonia decomposition equipment.
前記流路は、前記金属板を厚さ方向に貫通する貫通部と前記金属板の厚さ方向の一部が残った非貫通部とを含む蛇行形状を有する、請求項1ないし5のいずれか1項に記載のアンモニア分解装置。 The ammonia treatment part is a metal plate,
6. The flow path according to any one of claims 1 to 5, wherein the flow path has a meandering shape including a penetrating portion that penetrates the metal plate in a thickness direction and a non-penetrating portion that partially remains in the thickness direction of the metal plate. 2. The ammonia decomposition apparatus according to item 1.
前記流路は、前記金属板を厚さ方向に貫通するガス入口と、前記金属板を厚さ方向に貫通するガス出口と、前記ガス入口と前記ガス出口とを繋ぐ複数の微細流路と、を含み、
前記微細流路は、前記金属板を厚さ方向に貫通する貫通部と、前記金属板の厚さ方向の一部が残った非貫通部と、を含む、請求項1ないし5のいずれか1項に記載のアンモニア分解装置。 The ammonia treatment part is a metal plate,
The flow path includes a gas inlet that penetrates the metal plate in the thickness direction, a gas outlet that penetrates the metal plate in the thickness direction, a plurality of fine flow channels that connect the gas inlet and the gas outlet, including
6. The microchannel according to any one of claims 1 to 5, wherein the microchannel includes a penetrating portion penetrating the metal plate in a thickness direction and a non-penetrating portion remaining a part of the metal plate in the thickness direction. 10. Ammonia decomposing apparatus according to claim 1.
請求項1ないし8のいずれか1項に記載のアンモニア分解装置であって、前記第1アンモニア分解装置から排出されたアンモニアガスおよび水素ガスを含む混合ガスを受け入れ、アンモニアガスを分解して水素ガスをさらに生成するとともに水素ガスを回収する第2アンモニア分解装置と、
を備える、水素ガス製造システム。 a first ammonia decomposition device that receives ammonia gas from an ammonia supply source and decomposes the ammonia gas with a catalyst to generate hydrogen gas;
9. The ammonia decomposition apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein a mixed gas containing ammonia gas and hydrogen gas discharged from the first ammonia decomposition apparatus is received, and the ammonia gas is decomposed into hydrogen gas. and a second ammonia cracking device for further generating and recovering hydrogen gas;
A hydrogen gas production system comprising:
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