JP5614727B2 - Gas decomposition apparatus and gas decomposition system - Google Patents

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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。   The present invention relates to a gas decomposition apparatus, and more specifically to a gas decomposition apparatus capable of stably decomposing a predetermined harmful gas component such as ammonia contained in exhaust gas of a manufacturing apparatus.

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)。   Waste gases from semiconductor manufacturing equipment contain ammonia, hydrogen, and the like, and ammonia is particularly harmful, so many methods for decomposing it have been studied. In order to completely remove the odor of ammonia, it is necessary to remove the concentration to the order of ppm. For this purpose, a method of absorbing harmful gas in water containing chemicals through a scrubber when discharging waste gas from a semiconductor manufacturing apparatus is often used. On the other hand, in order to obtain an inexpensive running cost without input of energy, chemicals, etc., there has also been proposed a semiconductor manufacturing apparatus exhaust gas treatment that decomposes ammonia with a phosphoric acid fuel cell (Patent Document 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)。   The inventors of the present application also include a MEA (Membrane Electrode Assembly) composed of a pair of electrodes and an electrolyte sandwiched between the electrodes as this type of device, and efficiently removes chemical components in the gas by an electrochemical reaction. A harmful gas abatement device is disclosed (Patent Document 2).

特開2003−45472号公報JP 2003-45472 A 特開2010−247032号公報JP 2010-247032 A

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。   Such a gas decomposing apparatus needs to be operated while maintaining the MEA at a high temperature of 800 ° C. or higher in order to efficiently perform an electrochemical reaction. In order to increase the cost for operating the apparatus, the electric power for heating increases the cost of operating the apparatus. A heater is built in a casing surrounded by a heat insulating material, and temperature control is performed in a heat-retaining state to maintain a constant temperature. When heating with a heater, it is required to operate the energy efficiently without waste. In addition, when the MEA electrolyte is a solid electrolyte, cracks may occur due to stress generated in the electrolyte when a sudden temperature change is applied. In heating and cooling, uniform heating and cooling are performed by a gradual temperature change. Needed to be controlled.

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。   An object of the present invention is to provide a gas decomposition apparatus and system that can maintain a stable temperature with energy efficiency and can reduce running costs.

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 In order to achieve the above object, a gas decomposition apparatus according to the present invention is a gas decomposition apparatus used for decomposing a predetermined gas, wherein a first electrode into which a first gas containing the predetermined gas is introduced, An electrochemical reaction device including an MEA (Membrane Electrode Assembly) constituted by a solid electrolyte and a second electrode into which a second gas is introduced, a heater for increasing the temperature of the electrochemical reaction device, and the electrochemical The housing | casing which accommodates the reaction apparatus and the said heater, and the thermal storage body provided in the said housing | casing are provided .

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。   By using the heat stored by the heat storage body with such a configuration, it is possible to realize a stable operation. That is, since the heat storage body has a large heat capacity, the temperature change in the apparatus becomes gentle with respect to the heater on / off, and the influence of stress caused by thermal expansion / contraction on each element constituting the apparatus can be reduced. . Further, it is possible to continue the operation even in the event of a power failure of the heater circuit and to prevent a device failure. Furthermore, it is possible to store heat in the heat storage body by using low-cost power as heater power, for example, low-cost power in the case where the power cost varies depending on the time zone such as nighttime power, thereby reducing the overall operation cost.

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。 The heater may be disposed in a hole provided in the heat storage body or embedded in the heat storage body . This is because the heat storage body can be effectively heated, and the temperature of the heater can be changed gradually to heat the entire apparatus.

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。 Here, the MEA is a cylindrical body, and the first electrode is positioned on the inner surface side of the cylindrical body so as to introduce the first gas into the inner surface side of the cylindrical body. It may be a gas decomposition apparatus . This is because when the cylindrical body MEA is rapidly heated or cooled, the cylindrical body MEA itself may be damaged due to distortion caused by thermal expansion / contraction, and the effect of gradual heating and cooling is great.

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温度が安定し、上述の効果が得られやすいためである。 Here, it is preferable that the MEA of the cylindrical body is disposed in a hole provided in the heat storage body . This is because the temperature is stable and the above-described effects are easily obtained.

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 Such a gas decomposition apparatus can be an ammonia gas decomposition apparatus in which the first gas is a gas mainly composed of ammonia and the second gas is a gas containing oxygen . Further, in such a gas decomposition apparatus using the MEA, the MEA can be a gas decomposition system configured to function as a fuel cell for supplying electric power to an external apparatus or the heater .

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。
As described above, the gas decomposition system according to the present invention includes a first electrode into which a first gas containing a predetermined gas is introduced, a solid electrolyte, and an MEA (a second electrode into which a second gas is introduced) ( A gas decomposing apparatus comprising: an electrochemical reaction apparatus including a Membrane Electrode Assembly; a heater for increasing the temperature of the electrochemical reaction apparatus; and a casing for housing the electrochemical reaction apparatus and the heater. A gas decomposition system comprising: a heat storage body heated by the heater in the housing; the heater is energized in a relatively low-cost power charge time zone determined during one day; It can be set as the gas decomposition system characterized by being comprised so that a driving | running may be continued by the heat stored in the said thermal storage body in the electric power charge time slot | zone . Thus, by using low-cost electric power using a heat storage body, a gas decomposition system capable of stable operation at low cost can be provided.

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。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gas decomposition apparatus and system which can hold | maintain the stable temperature efficiently and can suppress running cost can be provided.

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。It is a figure explaining an example of an embodiment of a gas decomposition device of the present invention. 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。It is a figure explaining the structure of MEA of the electrochemical reaction apparatus used for this invention. 本発明における蓄熱体の配置例を説明する図である。It is a figure explaining the example of arrangement | positioning of the thermal storage body in this invention. 本発明における蓄熱体の配置例を説明する図である。It is a figure explaining the example of arrangement | positioning of the thermal storage body in this invention. 本発明における蓄熱体の配置例を説明する図である。It is a figure explaining the example of arrangement | positioning of the thermal storage body in this invention. 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。It is a block diagram which shows the example of whole structure of the gas decomposition system of this invention.

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。   The configuration of the gas decomposition apparatus and system of the present invention will be described. The gas decomposition system of the present invention is used for decomposing a predetermined gas. In the following description, the decomposition of ammonia gas is exemplified as a specific example, but the characteristics of the apparatus configuration can be similarly applied to other gases.

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。   This system includes an MEA (Membrane Electrode Assembly) composed of a first electrode into which a first gas containing a predetermined gas is introduced, a solid electrolyte, and a second electrode into which a second gas is introduced. A reaction device, a heater for increasing the temperature of the electrochemical reaction device, a housing for housing the heater, and a heat storage body provided in the housing are provided.

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(O2−)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。 The solid electrolyte, which is the main component of the MEA, is used to pass ions. When the temperature is close to room temperature, the permeation rate of ions is small, and a practical gas decomposition ability cannot be obtained. That is, in general, the amount of ion permeation through the solid electrolyte determines the reaction rate. For this reason, heating the electrochemical reaction apparatus containing MEA to 500 to 1000 degreeC is performed. The higher the temperature, the higher the ion permeation rate, which is preferable. However, it is necessary to use a material or structure having high heat resistance as the material, and the cost is increased. When a heater is used for heating, power consumption by the heater cannot be ignored as a running cost. The ions may be anions or cations. For example, if the solid electrolyte is oxygen ion conductive, oxygen ions (O 2− ) generated at the cathode are moved to the anode. If the solid electrolyte is proton conductive, protons (H + ) generated at the anode can be moved to the cathode. Since protons are smaller than oxygen ions, the transfer speed is higher for protons.

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。   In the electrochemical reaction device, electric power is generated by an electrochemical reaction between at least one of the predetermined gases in the first gas and the second gas. By using the electric power for the heater, part or all of the electric power cost can be covered. Thereby, high energy efficiency can be achieved and running cost can be suppressed.

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。   In addition, the MEA including the solid electrolyte can reduce the size of the apparatus, and can be installed anywhere. For this reason, it is not necessary to route a long pipe that causes an increase in initial cost, and further, it is possible to eliminate the risk of leakage of harmful components due to damage caused by an earthquake or the like.

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。   The predetermined gas to be decomposed may be one component or two or more components. The electrochemical reaction is preferably performed by decomposing two or more components (electrochemical reaction), but at least one component of the predetermined gas may be decomposed. The second gas may be a single component or may include two or more components.

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。   The heat storage body has a function of storing heat generated by the heater for a long time, and the temperature changes more slowly than the temperature change of the heater itself due to the size of the heat capacity. By heating the MEA through the heat accumulator, it is possible to realize a gradual temperature change without giving the MEA an abrupt temperature change caused by turning on and off the heater. Furthermore, by increasing the volume of the heat storage body, for example, the heat storage body is heated in 12 hours within one day, and the remaining 12 hours are used to increase the temperature of the MEA by the heat stored without energizing the heater. It can also be maintained. The volume and capacity of the heat storage body can be selected according to the desired design. For example, when night power is set to be cheaper than other time zones, the overall running cost is reduced by heating the heat storage body mainly at night and reducing the heater energization time during the day as much as possible. It can be done. Such power control can be realized by a normal programming means or the like by the following control device.

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。   The apparatus further includes a control device and an external power distribution device. Electric power generated by the electrochemical reaction device is supplied to the heater, and the control device supplies the heater of the external power distribution device so that the heater maintains a predetermined temperature. It is better to control the power supply. As a result, if the total power supply to the heater cannot be covered by power generation by the electrochemical reaction, first, the power from the electrochemical reaction is supplied to the heater, and the external power distribution device is controlled while detecting the shortage by the control device. External power can be supplied. Generally, this gas decomposition system is not always operated, but is intermittently operated only when a reaction vessel or the like is used. Even during this use, the amount of the predetermined gas is not constant and varies greatly. For this reason, the amount of power generation (voltage, current) generated by gas decomposition also fluctuates, and from the standpoint of handling power, it cannot be said that it is good quality power and is difficult to control. Moreover, at the time when the use of the reaction vessel is started, the power generation by the electrochemical reaction is close to zero, but the temperature must already be high in order to remove harmful gases at a predetermined rate. . Therefore, in the initial heater heating, the entire electric power is not covered by external electric power. When the electrochemical reaction proceeds and electric power can be obtained, the electric power obtained by the electric power generation should be immediately supplied to the heater. As a result, a predetermined amount (a part) of input power from the outside becomes unnecessary. At this time, the control device can adjust the temperature while measuring the temperature of the electrochemical reaction device and a predetermined position inside the device.

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。   Furthermore, the power storage device is provided, and the power storage device can store power generated by power generation. The electric power generated by the electrochemical reaction is first stored in the power storage device, and the power can be supplied from the power storage device to the heater. As a result, it is possible to take out the electric power by the electrochemical reaction at a constant voltage, and the control is easy. For example, heating of the electrochemical reaction device at the start of use of the reaction vessel can be performed with the stored electric power without using external power. Of course, in consideration of safety, etc., in combination with external power, depending on the amount of power generated by the electrochemical reaction device, the power generated by the electrochemical reaction may be mainly used, and the external power may be used as a sub, and vice versa. Also good.

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。   The MEA is a cylindrical body, and the first electrode is located on the inner surface side of the cylindrical body, and the first gas can be introduced into the inner surface side of the cylindrical body. The MEA in the present invention is not limited to a cylindrical body, and may be in any form such as a plate-like body. However, the following advantages can be obtained by using a cylindrical body. Since the MEA of the cylindrical body including the solid electrolyte is ceramic, the material itself is fragile in terms of mechanical strength, but the strength can be increased by using the cylindrical body. Moreover, it is more stable in strength than a MEA of a plate-like multilayer body in which flaky MEAs are laminated in multiple stages. For this reason, in the handling at the time of assembling to the gas decomposition element, a situation such as breakage due to the addition of a slight force can be avoided, and the production yield can be improved. In the case of an MEA having a plate-like multilayer body, if there is no high dimensional accuracy, it may be easily damaged by a small amount of pressing. In addition, even after assembly, heating and cooling are repeated in a cycle of operation and non-operation, so that the MEA of the plate-like multilayer body is easily damaged from the stress concentration portion due to a difference in thermal expansion. In this respect as well, since the MEA of the cylindrical body is fixed at the end portion, it is not necessary to increase the processing accuracy so much, such as a stress concentration portion or a seal member in which damage occurs due to the difference in thermal expansion between the heating and cooling cycles. There are few restraint parts by. Furthermore, the generation of stress can be suppressed and effective by making the temperature change gentle by using the heat storage body.

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。   It is possible to maintain an internal temperature and increase energy efficiency by including a casing that houses a main body including an electrochemical reaction device, a heater, and a heat storage body, and the casing is mainly provided with a heat insulating material on its inner wall. A plurality of cylindrical MEAs may be arranged in the housing, and the first gas may be introduced into each MEA in parallel. The heater may be disposed in common for all MEAs to heat the entire inside of the housing, or may be provided adjacent to each MEA.

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。   Here, when the heater is arranged in a hole provided in the heat storage body or is embedded in the heat storage body, the heat storage body can be efficiently heated. In addition, it is possible to avoid a rapid temperature change by not passing the heat of the heater directly to the MEA but via the heat accumulator.

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。   Moreover, it is good to arrange | position MEA of a cylindrical body in the hole provided in the thermal storage body. The temperature of the MEA is stabilized, for example, a sudden stop of gas decomposition can be avoided even during a power failure or a heater failure, and damage to the MEA due to a sudden temperature change can be suppressed. In this case, the heater may be arranged in the same hole. However, if the MEA is not directly heated in another hole or outside the heat storage body, the effect of alleviating the temperature change can be further obtained. Cheap. A configuration in which these are combined to combine a heater that is directly heated adjacent to the MEA and a heater that is indirectly heated via a heat storage body to control the temperature is also preferable. It is possible to realize a desired temperature change by combination control of both heaters and the temperature sensor.

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。   An adsorption unit that adsorbs gas may be provided after the MEA. The adsorption part can render the gas harmless or suppress the amount of external release. The adsorbing part is not particularly limited, and examples thereof include a scrubber (adsorption with water) and a chemical treatment part (adsorption with chemical). For example, the arrangement of the scrubber is preferable because the exhausted gas can be reliably suppressed to a concentration below the reference value.

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。   The gas decomposition system of the present invention may be used for the decomposition of ammonia gas exhausted from a compound semiconductor manufacturing apparatus. In this case, the first gas is mainly composed of ammonia and contains a small amount of cyan-based hydrogen, and the ammonia and cyan-based hydrogen can be decomposed together by an electrochemical reaction. Since ammonia and cyanogen hydrogen can be rendered harmless by one decomposition system, exhaust gas can be rendered harmless with high economic efficiency. Further, by using the tubular MEA, ammonia is passed through the inner surface side of the tubular body, so that it is easy to process while sealing without leaking to the outside.

(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。
(Gas decomposition system)
FIG. 6 is a block diagram showing the overall configuration including the gas decomposition system of the present invention. In this gas decomposition system, a predetermined gas (one or a plurality of types) generated from a production facility is decomposed.

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。   The configuration and operation will be described below. The electrochemical reaction device 101 including the main constituent MEA is housed in the housing 103 so as to be surrounded by the heat storage body 102. The first gas, which is the gas to be decomposed, is introduced into the electrochemical reaction apparatus 101 after the metal particles and the like are removed by the filter 111 in the middle of the pre-decomposition exhaust passage 110. The gas decomposed in the electrochemical reaction device 101 is discharged to the outside air through the exhaust passage 112 after decomposition. Here, from the viewpoint of safety, a scrubber 113 may be inserted in the middle of the exhaust passage 112 after decomposition, and the residual gas may be dissolved and removed. The first gas is sucked by the exhaust pump 114 which is a driving device during the period from the production facility to the scrubber 113 and the outside air discharge.

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。   The apparatus is heated by a built-in heater 104. In this example, electric power (self-generated power or self-generated power) generated by the MEA electrochemical reaction is supplied to the heater 104 as it is, and a shortage to be maintained at a predetermined temperature is supplied from the external power source via the external power wiring 121. It is covered by the power supplied. A thermometer such as a thermocouple (not shown) is attached to a predetermined position inside the apparatus, temperature information is read out by the control panel 120, and an external power distribution device in the control panel 120 is controlled according to the temperature, whereby the heater Control the power supply to the. A voltage application unit 123 is inserted into the self-power wiring 122 that connects the first electrode and the second electrode of the MEA. The voltage application unit 123 is controlled by the control panel 120.

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。   The first gas contains one or more gases to be decomposed. The gas to be decomposed is (1) a plurality of gases including ammonia in the compound semiconductor device and cyanic hydrogen mixed in a small amount in the ammonia. (2) Compound gas such as VOC (Volatile Organic Compounds) such as toluene and xylene contained in the exhaust of a printing factory can be exemplified.

(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。
(Electrochemical reactor)
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the MEA of the electrochemical reaction device 101. The MEA is an element using a cylindrical solid electrolyte 33 as an ion conductive insulating layer, and includes an anode 32 (fuel electrode) on the inner peripheral surface of the solid electrolyte 33 and a cathode 34 (air electrode) on the outer peripheral surface. . As the electrolyte, a solid oxide, molten carbonate, phosphoric acid, solid polymer, or the like can be used, but the solid oxide is preferable because it can be downsized and easily handled. As a solid oxide, oxygen ion conductive SSZ, YSZ, SDC, LSGM, GDC, or the like is preferably used. An internal current collector 31 is provided inside the anode electrode, and an external current collector 35 is provided on the outer periphery of the cathode electrode. The solid electrolyte 33 does not need to be a cylindrical body, but the use of the cylindrical body, particularly a cylindrical body, makes it easy to overcome the weakness of strength unique to the solid electrolyte. In this example, ammonia gas as the first gas is supplied into the cylinder, and oxygen in the air as the second gas is taken into the outer peripheral surface side. As the device 101, the first gas and the second gas may be reversed, and there may be a configuration in which the positive electrode and the negative electrode are reversed. The inner diameter of the cylinder is, for example, about 20 mm, but can be changed according to the device to be applied. In the case of ammonia gas decomposition, the internal current collector 31 may be a porous metal body made of, for example, a nickel mesh sheet and nickel. As the porous metal body, in order to reduce the pressure loss of gas, it is preferable to use a metal plated body capable of increasing the porosity, for example, Celmet (registered trademark: Sumitomo Electric Industries, Ltd.). As the outer current collector 35, for example, a silver paste coated wiring and a nickel mesh sheet may be used. The nickel mesh sheet contacts the outer surface of the cylinder and conducts to the external wiring, and the silver paste coated wiring acts as a catalyst that promotes decomposition of oxygen gas at the cathode into oxygen ions.

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(HO)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。 When the solid electrolyte is oxygen ion conductive, oxygen molecules in contact with the cathode obtain electrons and become oxygen ions, move through the solid electrolyte and reach the anode. When the gas to be decomposed is ammonia, the ammonia is decomposed into nitrogen molecules and hydrogen molecules on the anode, and the hydrogen molecules react with oxygen ions that have reached the anode via the solid electrolyte from the cathode, releasing electrons. To produce water (H 2 O). This electrochemical reaction generates electricity. If a heater, which is a load, is inserted between wirings connecting the anode and the cathode to the outside, the heater generates heat by the electric power generated by this electrochemical reaction. Water vapor and nitrogen gas generated from the ammonia are discharged from the inner surface side of the cylindrical body MEA to the outside air through the decomposed exhaust passage.

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。   The solid electrolyte is an insulator through which ions pass (electrons do not pass). However, when the temperature is close to room temperature, the permeation rate of ions is low, and a practical gas decomposition ability cannot be obtained. The amount of ion permeation through the solid electrolyte determines the reaction rate. For this reason, the MEA is heated to 500 ° C. to 1000 ° C. The higher the temperature, the higher the ion permeation rate, which is preferable. However, it is necessary to use a material or structure having high heat resistance as the material, and the cost is increased. When a heater is used for heating, power consumption by the heater becomes a large running cost that cannot be ignored. With the above configuration, if an electrochemical reaction of power generation is used, a part of the power bill can be covered by using the power for the heater.

(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。
(Gas decomposition equipment)
The apparatus configuration of the gas decomposition apparatus 10 will be described with reference to FIG. FIG. 1 schematically shows a state in which one side of the apparatus is opened in order to explain the arrangement of main components of the apparatus. The heat storage body 1 has large and small holes penetrating in the longitudinal direction. In this example, the heat accumulator 1 having three small-diameter holes and two large-diameter holes alternately is stacked in three stages. A heater 4 is built in each small-diameter hole. A nichrome wire, a known heating wire, a ceramic heater, a sheathed heater, or the like can be used as the heater. The sheathed heater has a long life and is preferable for use by being embedded in a heat storage body. In this figure, the energization line and the like to the heater are not shown, but naturally the power supply line and the internal wiring from the outside of the apparatus are necessary. An electrochemical reaction device 3 is built in each large-diameter hole of the heat storage body 1. The electrochemical reaction device 3 has the basic structure shown in FIG. 2, has a pipe (not shown) for the gas to be decomposed inside, and is provided between the holes of the heat storage body so that air can be supplied to the outside. There is a space. Thus, the heater 4 and the electrochemical reaction device 3 housed in the holes of the heat storage body 1 are housed in the housing 2 having the heat insulating layer 5.

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。   In such a configuration, when the heater 4 is energized, the temperature of the heater rapidly increases unless special control is performed. However, since the heat capacity of the heat storage body 1 is large, the temperature of the heat storage body 1 does not increase rapidly. The temperature rise is gradually transmitted from the heater to the electrochemical reaction device 3. Therefore, a rapid temperature change is not applied to the solid electrolyte constituting the electrochemical reaction device, and damage due to internal stress of the solid electrolyte can be avoided. In addition, since the heat storage body once heated by the heater is not easily cooled, even if the power supply to the heater is stopped for a certain period of time, the temperature of the electrochemical reaction device does not decrease and the operation is continued. Can be continued.

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。   In the above example, the structure in which the heater 4 and the electrochemical reaction device 3 are accommodated in the holes of the heat storage body 1 is shown as an example in which the heat of the heat storage body can be effectively used for gas decomposition. The arrangement is not limited to a specific one as long as the same effect can be obtained using the heat storage body. 3, 4 and 5 show other configuration examples. FIG. 3 shows an example in which a rectangular parallelepiped heat storage body 1 is arranged so as to surround the electrochemical reaction device 3 in the housing 2, and a heater 4 a is embedded in each heat storage body. Air can be easily supplied to the electrochemical reaction device 3, and replacement work can be easily performed. FIG. 4 shows a configuration example in which a sheet-like heater 4b is sandwiched between the heat storage elements 1 as another example of the heater. It is not necessary to provide holes in the heat storage body, the heater can be easily replaced, and layout design such as the volume and thickness of the heat storage body is facilitated. FIG. 5 shows an example in which a heater 4c for directly heating the electrochemical reaction device 3 is added as a modification of FIG. More preferable temperature control can be realized by performing temperature control in which the heater 4c and the indirect heater 4a are combined directly, such as when heating is insufficient with only the heater 4a that is indirectly heated. In this case, a temperature sensor for measuring the temperature inside the apparatus or each of the electrochemical reaction apparatuses and a control apparatus for controlling energization of each heater from the temperature information are required.

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。   The heat storage body 1 is not particularly limited as long as it can be heated to 500 ° C to 1000 ° C. For example, the heat storage body 1 is formed from a material having high thermal conductivity and high heat storage capacity, such as magnesia, iron oxide, and peridotite. Is mentioned. In particular, a heat storage brick used for a heat storage heater is preferably used at a low cost. Iron oxide has a property that it is difficult to heat but cool against magnesia, and it contributes to the downsizing of the apparatus relatively in terms of heat storage.

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。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.

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。   The gas decomposition apparatus and system of the present invention can exert great power in decomposing ammonia, cyan, etc. from a compound semiconductor manufacturing apparatus, and VOC, such as toluene, xylene, etc., from a printing factory. Moreover, it is not limited to a manufacturing apparatus, and can be easily applied to any gas decomposition. Further, it can be used as a fuel cell system.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat storage body 2 Case 3 Electrochemical reaction device 4 Heater 5 Heat insulation layer 10 Gas decomposition device 31 Internal collector 32 Anode electrode 33 Solid electrolyte 34 Cathode electrode 35 External current collector 101 Electrochemical reaction device 102 Heat storage material 103 Case 104 heater 110 pre-disassembly exhaust passage 111 filter 112 post-disassembly exhaust passage 113 scrubber 114 exhaust pump 120 control panel 121 external power wiring 122 private power wiring 123 voltage application unit

Claims (5)

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
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、
前記MEAが、前記蓄熱体に設けられた孔内に配置されることを特徴とするガス分解装置。
A gas decomposition apparatus used for decomposing a predetermined gas,
An electrochemical reaction device including an MEA (Membrane Electrode Assembly) constituted by a first electrode into which a first gas containing the predetermined gas is introduced, a solid electrolyte, and a second electrode into which a second gas is introduced; ,
A heater for increasing the temperature of the electrochemical reaction device;
A housing for housing the electrochemical reaction device and the heater;
A heat storage body provided in the housing ,
The MEA is a cylindrical body, the first electrode is positioned on the inner surface side of the cylindrical body, and is configured to introduce the first gas into the inner surface side of the cylindrical body,
The gas decomposing apparatus , wherein the MEA is disposed in a hole provided in the heat storage body .
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。   The gas decomposition apparatus according to claim 1, wherein the heater is disposed in a hole provided in the heat storage body or embedded in the heat storage body. 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または請求項2に記載のガス分解装置。 The gas decomposition apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the first gas is a gas mainly composed of ammonia, and the second gas is a gas containing oxygen. 請求項1〜請求項3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。 The gas decomposition system using the gas decomposition apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the MEA functions as a fuel cell for supplying electric power to an external apparatus or the heater. A gas decomposition system characterized by the above. 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の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、A gas decomposition system obtained by operating the gas decomposition apparatus according to any one of claims 1 to 4,
前記蓄熱体は前記ヒータにより加熱され、The heat storage body is heated by the heater,
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ことを特徴とするガス分解システム。The heater is energized in a relatively low-cost power charge time zone determined during one day, and the operation is continued by heat stored in the heat storage body in another power charge time zone. Gas decomposition system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4008305B2 (en) * 2002-08-05 2007-11-14 東京瓦斯株式会社 Thermal self-supporting solid oxide fuel cell system
JP4859359B2 (en) * 2004-09-28 2012-01-25 京セラ株式会社 Operation method of fuel cell
JP4761107B2 (en) * 2004-12-01 2011-08-31 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell stack
JP3890070B2 (en) * 2005-06-29 2007-03-07 キヤノンマシナリー株式会社 Gas pump
JP5289733B2 (en) * 2006-07-13 2013-09-11 オリンパスイメージング株式会社 Portable terminal device using fuel cell and fuel cell system for portable terminal device
JP5235291B2 (en) * 2006-09-27 2013-07-10 京セラ株式会社 Fuel cell
JP2009064699A (en) * 2007-09-07 2009-03-26 Toyota Motor Corp Fuel cell
JP5691144B2 (en) * 2008-09-24 2015-04-01 住友電気工業株式会社 Gas decomposition element, ammonia decomposition element, power generation device and electrochemical reaction device
WO2010035691A1 (en) * 2008-09-24 2010-04-01 住友電気工業株式会社 Electrochemical reactor, method for manufacturing the electrochemical reactor, gas decomposing element, ammonia decomposing element, and power generator
JP2011014309A (en) * 2009-06-30 2011-01-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Electrochemical reactor, and method of manufacturing the same
JP2010123342A (en) * 2008-11-18 2010-06-03 Toshiba Corp Fuel battery
JP2010257940A (en) * 2009-03-30 2010-11-11 Sanyo Electric Co Ltd Fuel cell module
JP2010274213A (en) * 2009-05-29 2010-12-09 Sumitomo Electric Ind Ltd Gas detoxifying apparatus

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