JP5765665B2 - ガス分解装置及び発電装置 - Google Patents
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Description
(A1)金属粒子連鎖体を第1の電極層(アノード)に含有させた場合、第1の電極層(アノード)において、固体電解質層から移動してくる陰イオンと、第1の電極層(アノード)の外部から第1の電極層(アノード)へと導かれる気体中のガス分子との化学反応を、金属粒子連鎖体の酸化層によって促進させ(触媒作用)、かつ陰イオンを参加させて第1の電極層(アノード)での化学反応を促進させる(電荷による促進作用)。そして、その化学反応の結果、生じる電子の導電性を、金属粒子連鎖体の金属部分で確保することができる。この結果、第1の電極層(アノード)における電荷の授受を伴う電気化学反応を、全体的に促進することができる。金属粒子連鎖体を第1の電極層(アノード)に含有させた場合、第1の電極層(アノード)において、陽イオンたとえばプロトンを発生させて固体電解質層中を第2の電極層(カソード)へと陽イオンを移動させ、上記の電荷による促進作用を、同様に得ることができる。
ただし、金属粒子連鎖体の酸化層については、使用前は焼成処理によって確実に形成されているが、使用中に還元反応によって酸化層がなくなることが多い。酸化層がなくなっても、上記の触媒作用は減ずることはあってもなくなることはない。とくにFeやTiを含有させたNiは、酸化層がなくても触媒作用は高い。
(A3)金属粒子連鎖体を第1の電極層(アノード)及び第2の電極層(カソード)に含有させた場合は、上記(A1)および(A2)の効果を得ることができる。
図1は、本願発明の第1の実施形態に係るガス分解装置100の概略構成を示す縦断面図である。なお、本実施形態では、分解に供される第1のガスをアンモニア含有ガスとし、第2のガスとして空気を採用した場合のガス分解装置100について説明する。
本実施形態では上記したように、上記筒状MEA7(1、2、5)の外側には第1のガスとしてアンモニア含有ガスが流される。一方、筒状MEA7(1、2、5)の内側には、第2のガスとして酸素含有ガスである空気が流される。
(アノード反応):2NH3+3O2−→N2+3H2O+6e−
より詳しくは、一部のアンモニアが、2NH3→N2+3H2の反応を生じ、この3H2が酸素イオン3O2−と反応して3H2Oを生成する。
第2の電極層(カソード)5には空気、特に酸素ガスが導入され、第2の電極層(カソード)5において酸素分子から分解した酸素イオンを第1の電極層(アノード)2に向かって固体電解質層1へと送り出す。
(カソード反応):O2+4e−→2O2−
上記の電気化学反応の結果、電力が発生し、第1の電極層(アノード)2と第2の電極層(カソード)5との間に電位差を生じ、カソード側集電体11からアノード側集電体12へと電流Iが流れる。カソード側集電体11とアノード側集電体12との間に負荷、例えばこのガス分解素子10を加熱するための加熱ヒータ52に接続しておけば、そのための電力の一部を供給することができる。
2 第1の電極層(アノード)
5 第2の電極層(カソード)
7 筒状MEA
10 ガス分解素子
11 カソード側集電体
12 アノード側集電体
30 接続部材
41 突出部
42 内部空間
43 筒状流路
44 封止部
45 ガス導入管
51 加熱容器
52 加熱ヒータ
53 予備加熱用配管
65 排気管
90 第1のガス流路
91 第2のガス流路
100 ガス分解装置
S 加熱容器内の空間
Claims (9)
- 筒状の固体電解質層と、この固体電解質層の外周部に積層形成された第1の電極層と、上記固体電解質層の内周部に積層形成された第2の電極層とを有する筒状MEA(Membrane Electrode Assembly)を用いて構成されるガス分解装置であって、
上記筒状MEAを収容して加熱する加熱容器を備え、
上記加熱容器内に、分解に供せられる第1のガスを上記第1の電極層に作用させるように流動させるガス流路を設ける一方、
上記筒状MEA内に第2のガスを流動させるように構成されており、
上記筒状MEAは、
下端部を封止して設けられるとともに、上記加熱容器内に配置される封止部と、
上記筒状MEAの内部空間に挿入されて、上記筒状MEAの内周面との間に筒状流路を形成するガス誘導パイプと、
上記ガス誘導パイプに連通するガス導入部を有するとともに、上記ガス誘導パイプの外周部を囲み、側部にガス排出部を有する環状の排気空間を有する接続部材とを備え、
上記筒状MEAの上端部に設けられた上記接続部材を介して上記ガス誘導パイプ内に導入された第2のガスを、上記封止部に向けて流動させるとともに、上記封止部近傍において上記誘導パイプ内から流出させることにより反転流動させ、上記筒状流路を上記ガス誘導パイプ内の流れと反対方向に向けて流動させながら第2の電極層に作用させ、上記接続部材を介して排出するように構成された、ガス分解装置。 - 上記ガス流路は、第1のガスを、蛇行させながら上記第1の電極層に作用させるように構成されている、請求項1に記載のガス分解装置。
- 上記加熱容器内に複数の筒状MEAを収容するとともに、
上記ガス流路は、上記第1のガスが上記複数の筒状MEAの外周部を通過するように形成されている、請求項1又は請求項2のいずれかに記載のガス分解装置。 - 上記ガス流路に、上記第1のガスを加熱する加熱手段を設けた、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のガス分解装置。
- 上記第1の電極層及び/又は上記第2の電極層が、ニッケル(Ni)を主成分とする金属粒子連鎖体と、イオン導電性セラミックとを含む焼成体であることを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のガス分解装置。
- 上記固体電解質層が、酸素イオン導電性又はプロトン導電性を有することを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のガス分解装置。
- 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載したガス分解装置を備える、発電装置。
- 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載されたガス分解装置によって行われるガス分解方法であって、
上記筒状MEAの上端部に設けられた上記接続部材の上記ガス導入路を介して上記ガス誘導パイプ内に導入された第2のガスを、上記封止部に向けて流動させるとともに、上記封止部近傍において上記誘導パイプ内から流出させることにより反転流動させ、上記筒状流路を上記ガス誘導パイプ内の流れと反対方向に向けて流動させながら第2の電極層に作用させ、上記接続部材の上記排気空間及びガス排出部を介して排出する一方、
分解に供せられるガスを、上記加熱容器内で蛇行させながら流動させて上記第1の電極層に作用させる、ガス分解方法。 - 上記加熱容器内に複数の筒状MEAを収容するとともに、
上記ガスを、上記複数の筒状MEAの外周部を通過させるように流動させる、請求項9に記載のガス分解方法。
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