JP5811494B2 - Gas cracker - Google Patents

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本願発明は、アンモニアガス分解装置に関する。詳しくは、アンモニア(NH3 )ガスを、大量に分解することができるアンモニアガス分解装置に関する。
The present invention relates to an ammonia gas decomposition apparatus. More specifically, the present invention relates to an ammonia gas decomposing apparatus capable of decomposing a large amount of ammonia (NH3) gas .

たとえば、化合物半導体製造装置等における窒化物製造工程において、アンモニアガスが排出される。アンモニアガスは、人体や環境に悪影響を及ぼすため、その濃度を25ppm以下にまで低下させた上で、大気に放出しなければならない。上記アンモニアガスの濃度を低下させる手法として、硫酸等の水溶液に接触吸収させて捕捉する方法、燃焼炉に導入して除去する方法、乾式除害剤に接触させて除去する方法等が知られている。また、アンモニアガスを高温で触媒に接触させて、N2とH2に分解する手法も知られている。 For example, ammonia gas is discharged in a nitride manufacturing process in a compound semiconductor manufacturing apparatus or the like. Since ammonia gas adversely affects the human body and the environment, it must be released to the atmosphere after its concentration has been reduced to 25 ppm or less. Known methods for reducing the concentration of ammonia gas include a method for contact absorption by an aqueous solution such as sulfuric acid, a method for removal by introduction into a combustion furnace, a method for removal by contact with a dry detoxifying agent, and the like. Yes. Also known is a method in which ammonia gas is brought into contact with a catalyst at a high temperature and decomposed into N 2 and H 2 .

アンモニアガスを高温で触媒に接触させる従来の手法では、アンモニアガスを分解する筒状容器の触媒充填部を分解温度に加熱するため、筒状容器の外部に加熱装置を設けたり、触媒充填部にヒータを埋設する構造が採用されていた。   In the conventional method in which ammonia gas is brought into contact with the catalyst at a high temperature, the catalyst filling part of the cylindrical container for decomposing ammonia gas is heated to the decomposition temperature. A structure in which a heater was embedded was employed.

特開平8−150320号公報JP-A-8-150320

ところが、筒状容器の外部に加熱装置を設けた場合、ガスが流動する触媒内部への熱の伝達が遅いため、ガスの流量が増加すると、ガスを充分に加熱することができないという問題が生じる。また、触媒内部の温度差が生じ、ガスの分解性能にむらが生じやすい。このため、大径の容器を構成するのが困難であり、大量のガスを処理できるガス分解装置を構成することができなかった。また、筒状容器の全体を加熱しなければならないため、熱効率も悪い。   However, when a heating device is provided outside the cylindrical container, the heat transfer to the inside of the catalyst in which the gas flows is slow, so that when the gas flow rate increases, the gas cannot be heated sufficiently. . Further, a temperature difference inside the catalyst occurs, and unevenness in gas decomposition performance tends to occur. For this reason, it is difficult to construct a large-diameter container, and a gas decomposition apparatus capable of processing a large amount of gas cannot be constructed. Moreover, since the whole cylindrical container must be heated, thermal efficiency is also bad.

ヒータを多孔質触媒内に埋設した場合、ヒータのみならず、ヒータに給電する電極部等もガスが流動する多孔質触媒内に埋設しなければならない。このため、これら電極等が触媒内のガスの流動を妨げ、偏流が生じやすい。このため、ガスを触媒に均一に作用させることができなくなる。   When the heater is embedded in the porous catalyst, not only the heater but also an electrode portion for supplying power to the heater must be embedded in the porous catalyst through which the gas flows. For this reason, these electrodes etc. hinder the flow of the gas in the catalyst, and drift tends to occur. For this reason, it becomes impossible to make gas act on a catalyst uniformly.

さらに、ガス分解装置に流入するガスの流量が一定とはかぎらない。このため、一定の出力の加熱装置を設けた場合、ガスの流量が既定流量より少ないとガス温度が高くなり、一方、ガスの流量が既定流量より多くなるとがス温度が低下する。従来、ヒータ出力を調節することによりガス流量に対応していたが、外部から加熱する加熱装置では、熱の伝達が遅いため流量の変化に対応することができず、容器内を流れるガスを効率よく加熱することができなかった。   Furthermore, the flow rate of the gas flowing into the gas decomposition apparatus is not always constant. For this reason, when a heating device having a constant output is provided, the gas temperature increases when the gas flow rate is lower than the predetermined flow rate, while the gas temperature decreases when the gas flow rate exceeds the predetermined flow rate. Conventionally, the gas flow rate was adjusted by adjusting the heater output, but the heating device that heats from the outside cannot respond to the change in the flow rate because the heat transfer is slow, and the gas flowing in the container is efficient. Could not heat well.

本願発明は、上記従来の問題を解決し、多孔質触媒内のアンモニアガスの流動を妨げることがなく、流動するアンモニアガスを均一に加熱することができるとともに、大量のアンモニアガスを流動させて効率よく分解することができ、さらに流量が変動してもアンモニアガスを一定温度に加熱して触媒に作用させることができるアンモニアガス分解装置を提供することを課題としている。
The invention of the present application solves the above-described conventional problems, and does not hinder the flow of ammonia gas in the porous catalyst, can uniformly heat the flowing ammonia gas, and allows a large amount of ammonia gas to flow to improve efficiency. It is an object of the present invention to provide an ammonia gas decomposing apparatus that can be decomposed well and can heat ammonia gas to a constant temperature and act on a catalyst even when the flow rate fluctuates.

本願発明に係るアンモニアガス分解装置は、ガスが流動させられる容器内に、多孔質触媒体を充填して構成されるアンモニアガス分解装置であって、上記多孔質触媒体内で上記アンモニアガスが流動させられるとともに、上記多孔質触媒体の表面及び/又は内部に連続気孔を有する多孔質発熱体を設けて構成されている。上記多孔質触媒体は、表面に触媒層を設けた球状触媒の集合体から構成されている。また、上記多孔質発熱体は、発熱性を有する外殻と、中空又は/及び導電性を有する芯部とを有する骨格を備え、上記骨格を構成する複数の枝部が結節部に集合して一体的に連続する3次元網目構造に構成されている。
Ammonia gas decomposition apparatus according to the present invention, in a vessel gas is caused to flow, a ammonia gas decomposition apparatus constructed by filling a porous catalyst body, to the ammonia gas flow in the porous catalyst body In addition, a porous heating element having continuous pores is provided on the surface and / or inside of the porous catalyst body. The porous catalyst body is composed of an aggregate of spherical catalysts having a catalyst layer on the surface. Further, the porous heating element includes a skeleton having an exothermic outer shell and a hollow or / and conductive core, and a plurality of branches constituting the skeleton are gathered at a knot. A three-dimensional network structure that is integrally continuous is formed.

本願発明では、多孔質発熱体を、多孔質触媒体の表面及び/又は内部に設けている。すなわち、多孔質発熱体を、多孔質触媒体を収容する容器の内部において、上記多孔質触媒体と一体的に設けている。   In the present invention, the porous heating element is provided on the surface and / or inside of the porous catalyst body. That is, the porous heating element is provided integrally with the porous catalyst body inside the container that houses the porous catalyst body.

本願発明に係る発熱体は連続気孔を有する多孔質発熱体であるため、発熱体内でアンモニアガス(以下、単に「ガス」という)を流動させることできる。このため、多孔質触媒体の表面や内部に設けても、上記発熱体がガスの流動を妨げることがない。したがって、ガスの偏流等が生じることがなく、多孔質触媒体にガスを均等に作用させることができる。
Since the heating element according to the present invention is a porous heating element having continuous pores, ammonia gas (hereinafter simply referred to as “gas”) can flow in the heating element. For this reason, even if it is provided on the surface or inside of the porous catalyst body, the heating element does not hinder gas flow. Therefore, there is no occurrence of gas drift or the like, and the gas can be made to act evenly on the porous catalyst body.

上記多孔質発熱体を設ける位置は、特に限定されることはない。たとえば、上記多孔質発熱体を、流動するガスが上記多孔質触媒体内に流入する表面に設けて、上記多孔質触媒体に接触する直前にガスを加熱することができる。また、上記多孔質触媒体内に埋設するように設けることにより、多孔質触媒体の内部温度が低下するのを防止することができる。これにより、多孔質触媒体内を流動するガスを効率よく加熱することができるとともに、大流量を処理する場合にも、触媒体の温度が低下するのを防止できる。また、大流量を処理するために、筒状容器の直径を大きくした場合にも、流動するガスを均等に加熱して触媒に作用させることができる。   The position where the porous heating element is provided is not particularly limited. For example, the porous heating element can be provided on the surface where the flowing gas flows into the porous catalyst body, and the gas can be heated immediately before coming into contact with the porous catalyst body. Moreover, it can prevent that the internal temperature of a porous catalyst body falls by providing so that it may embed | buy in the said porous catalyst body. As a result, the gas flowing in the porous catalyst body can be efficiently heated, and the temperature of the catalyst body can be prevented from decreasing even when a large flow rate is processed. In addition, even when the diameter of the cylindrical container is increased in order to process a large flow rate, the flowing gas can be heated uniformly to act on the catalyst.

数の多孔質発熱体を設けるとともに、これら発熱体を選択的に発熱させることができるように構成されているものである。
It provided with a porous heating element of several, in which are configured to be able to selectively heated these heating elements.

本願発明に係る発熱体は多孔質発熱体であるため、容器内のいずれの部位に設けてもガスの流動を妨げることがない。このため、複数の多孔質発熱体を設け、発熱体内を流れるガスの流速や温度に応じて、所要の発熱体を発熱させるように構成することが可能となる。   Since the heating element according to the present invention is a porous heating element, it does not hinder the gas flow even if it is provided in any part of the container. For this reason, it becomes possible to provide a plurality of porous heating elements and to heat the required heating elements in accordance with the flow velocity and temperature of the gas flowing through the heating elements.

上記構成を採用することにより、ガスの流動量が変動しても容易に対応することが可能となる。また、温度が低下しやすい領域に多孔質発熱体を配置して、流動するガスを均一に加熱することも可能となる。   By adopting the above configuration, it is possible to easily cope with fluctuations in the amount of gas flow. It is also possible to dispose a porous heating element in a region where the temperature is likely to decrease and to uniformly heat the flowing gas.

記多孔質発熱体を、ガスの流動方向に対して直交する面に沿って設けられた板状に形成するとともに、上記触媒体をガスの流動方向に配列される複数の層に分割するように設けることができる。
On SL porous heating element, and forming into a plate shape that is provided along a plane perpendicular to the flow direction of the gas, so as to divide into a plurality of layers arranged to the catalyst in the flow direction of the gas can Rukoto provided on the.

上記構成を採用することにより、多孔質触媒体内を流動するガスを多段的に加熱することが可能となり、多孔質触媒体内を一定の温度に加熱することができる。また、複数の多孔質発熱体のうち、所要の発熱体に通電することができるため、流量の変動に迅速に対応することも可能となる。   By adopting the above configuration, the gas flowing in the porous catalyst body can be heated in multiple stages, and the porous catalyst body can be heated to a constant temperature. In addition, since a required heating element can be energized among a plurality of porous heating elements, it is possible to respond quickly to fluctuations in flow rate.

さらに、上記多孔質発熱体と上記多孔質触媒体とを交互に設けることにより、流動するガスの速度を調整する機能を発揮させることができる。たとえば、一体的に設けられた多孔質触媒体の空孔に偏在があった場合、ガスの流路が曲げられて偏流が生じ、ガスを多孔質触媒体に均一に接触させることができない場合が生じる。上記多孔質触媒体をガスの流動方向に配列される複数の層に分離するとともに、これら層の間に多孔質発熱体を挟むことにより、ガスが流動する空隙が不均一な多孔質触媒体を採用した場合にも、ガスの偏流を防止して、ガスを多孔質触媒体に均一に作用させることが可能となる。   Furthermore, the function of adjusting the velocity of the flowing gas can be exhibited by providing the porous heating element and the porous catalyst body alternately. For example, if the pores of the porous catalyst body provided integrally are unevenly distributed, the flow path of the gas is bent to cause a drift, and the gas may not be brought into uniform contact with the porous catalyst body. Arise. By separating the porous catalyst body into a plurality of layers arranged in the gas flow direction and sandwiching a porous heating element between these layers, a porous catalyst body with nonuniform gas flow gaps is obtained. Even when employed, it is possible to prevent the gas from drifting and allow the gas to uniformly act on the porous catalyst body.

スの流動方向に直交する断面の中央部近傍に設けられた多孔質発熱体を備えて構成することができる。
It can be configured with a porous heat-generating body provided in the vicinity of the central portion of the cross section perpendicular to the flow direction of the gas.

一般に、ガスの流動方向に直交する断面の中央部分の流速は大きくなる。このため、上記断面を均等に加熱する構成を採用すると、中央部分のガス温度が低下することになる。多孔質発熱体を、ガス流動方向に直交する断面の中央部近傍に設けることにより、この部分を流動するガスを加熱することが可能となり、流動するガスを均一に加熱することができる。   In general, the flow velocity at the center of the cross section perpendicular to the gas flow direction is increased. For this reason, if the structure which heats the said cross section equally is employ | adopted, the gas temperature of a center part will fall. By providing the porous heating element in the vicinity of the center of the cross section perpendicular to the gas flow direction, the gas flowing through this portion can be heated, and the flowing gas can be heated uniformly.

記多孔質発熱体に給電する多孔質給電体を備えて構成することもできる。多孔質発熱体に給電を行う給電体として多孔質体を採用することにより、上記給電体をガスの流路に設けても、ガスの流動を妨げることはない。したがって、多孔質発熱体を、多孔質触媒体のいずれの部位にも設置することができる。たとえば、温度の低下しやすい部位等に配置することが可能となり、大流量のガスを処理できる大型のアンモニアガス分解装置を構成することが可能となる。
It can be configured with a porous feeder for feeding the upper Symbol porous heating element. By adopting a porous body as a power feeding body that feeds power to the porous heating element, even if the power feeding body is provided in the gas flow path, the gas flow is not hindered. Therefore, the porous heating element can be installed in any part of the porous catalyst body. For example, it can be arranged in a part where the temperature is likely to decrease, and a large-sized ammonia gas decomposing apparatus capable of processing a large amount of gas can be configured.

本願発明で採用される多孔質触媒体を構成する材料は特に限定されることはない。触媒体を構成する材料は、分解するガスの種類に応じて選定することができる。また、ガスを所要の流速で流動させることができれば、上記触媒体の形態も限定されることはない。たとえば、一体的に成形された多孔質体から構成される触媒体を採用することができる。   The material which comprises the porous catalyst body employ | adopted by this invention is not specifically limited. The material which comprises a catalyst body can be selected according to the kind of gas to decompose | disassemble. Further, the form of the catalyst body is not limited as long as the gas can flow at a required flow rate. For example, a catalyst body composed of an integrally molded porous body can be used.

また、多孔質触媒体を、球状あるいは粒状の形態を備える触媒を集合させて構成することができる。たとえば上記多孔質触媒体を、表面に触媒層を設けた球状触媒を集合させて構成することもできる。この場合、メッキ等によって表面にNi−Cr等の触媒層を設けた多孔質アルミナ球体を容器内に充填することにより、多孔質触媒体を構成することができる。また、ガスが流動する際の圧力損失が大きくならないように、たとえば、直径2mm以上のアルミナ球体を採用し、気孔率が25%〜80%となるように充填するのが好ましい。
Further, the porous catalyst body can be constituted by assembling a catalyst having a spherical or granular form. For example , the porous catalyst body can be constituted by assembling spherical catalysts having a catalyst layer on the surface. In this case, the porous catalyst body can be constituted by filling the container with a porous alumina sphere having a catalyst layer made of Ni—Cr or the like on the surface thereof by plating or the like. Further, in order not to increase the pressure loss when the gas flows, for example, it is preferable to employ alumina spheres having a diameter of 2 mm or more and to fill the porosity so as to be 25% to 80%.

球状触媒を容器に充填して触媒体を構成する場合、これら球状触媒を所定形状に保持するために、保持手段を設ける必要がある。記多孔質発熱体を上記保持手段として構成することができる。
When a catalyst body is formed by filling a spherical catalyst into a container, it is necessary to provide a holding means in order to hold the spherical catalyst in a predetermined shape. On SL porous heating element may be configured as the holding means.

本願発明においては、多孔質発熱体を多孔質触媒体の表面に設けることができるため、板状あるいはシート状の多孔質発熱体を採用するとともに、多孔質発熱体を上記球状触媒の保持手段あるいは保形手段として利用することができる。これにより、他の部材から形成された保持手段を設ける必要がなくなり、部品点数を削減できるとともに製造コストを低減させることもできる。なお、上記多孔質触媒体として、導電性のあるものを採用する場合、上記多孔質発熱体と上記多孔質触媒体の間に絶縁層を設けるのが好ましい。上記絶縁層は、多孔質触媒体あるいは多孔質発熱体の形態に応じて形成することができる。たとえば、球状媒体を集合させて多孔質触媒体を構成する場合、上記多孔質触媒体と上記多孔質発熱体の境界面に、導電性を有しない球状体から構成される絶縁層を設けることができる。また、セラミック繊維等から構成されたシート状の部材を境界面に配置して絶縁層を設けることもできる。   In the present invention, since the porous heating element can be provided on the surface of the porous catalyst body, a plate-like or sheet-like porous heating element is adopted, and the porous heating element is used as the holding means for the spherical catalyst or It can be used as a shape retaining means. As a result, it is not necessary to provide holding means formed from other members, and the number of parts can be reduced and the manufacturing cost can be reduced. In addition, when employ | adopting what has electroconductivity as the said porous catalyst body, it is preferable to provide an insulating layer between the said porous heat generating body and the said porous catalyst body. The said insulating layer can be formed according to the form of a porous catalyst body or a porous heat generating body. For example, when a porous catalyst body is formed by assembling spherical media, an insulating layer made of a spherical body having no electrical conductivity may be provided at the boundary surface between the porous catalyst body and the porous heating element. it can. In addition, an insulating layer can be provided by disposing a sheet-like member made of ceramic fiber or the like on the boundary surface.

記多孔質発熱体を板状に形成するとともに、電流を流す回路を備えて構成することができる。
To form the upper Symbol porous heating element in a plate shape, it can be configured with a circuit for supplying the current.

一体的なブロック状あるいは板状の多孔質発熱体の2点に電極を設けて電流を流した場合、電流が流れるルートが特定されず、多孔質発熱体内を流れる電流に偏流が生じて、多孔質発熱体の全域を均等に発熱させることができない恐れがある。上記電流が流れる回路を設けることにより、上記多孔質発熱体の全体に電流を流し、多孔質発熱体を均一に発熱させることが可能となる。   When an electrode is provided at two points of an integral block or plate-like porous heating element and current is passed, the route through which the current flows is not specified, and the current flowing through the porous heating element is drifted, resulting in porous There is a risk that the entire heat generating element cannot be heated uniformly. By providing a circuit through which the current flows, it is possible to cause a current to flow through the entire porous heating element and to generate heat uniformly in the porous heating element.

上記回路を設ける手法及び回路の形態は、特に限定されることはない。たとえば、矩形板状の多孔質発熱体を採用する場合、対向する辺から一定間隔をあけて交互に平行なスリットを設けることにより、帯状の回路を形成することができる。   The method of providing the circuit and the form of the circuit are not particularly limited. For example, when a rectangular plate-like porous heating element is employed, a belt-like circuit can be formed by providing alternately parallel slits with a predetermined interval from opposite sides.

上記多孔質発熱体として、多孔質発熱体自体が触媒作用を有するものを採用することもできる。記多孔質発熱体として、発熱性を有する外殻と、中空又は/及び導電性を有する芯部とを有する骨格を備え、上記骨格を構成する複数の枝部が結節部に集合して一体的に連続する3次元網目構造のものを採用するのが好ましい。
As the porous heating element , a porous heating element itself having a catalytic action can be adopted. As above Symbol porous heating element, integral with the outer shell having a heat generating resistance, comprising a skeleton and a core portion having a hollow and / or electrically conductive, a plurality of branches constituting the skeleton is assembled to the nub It is preferable to adopt a continuous three-dimensional network structure .

上記多孔質発熱体は、連続気孔を有する多孔質状に形成されているため、上記気孔内でガスを流動させて、効率よく加熱することができる。   Since the porous heating element is formed in a porous shape having continuous pores, gas can flow in the pores and can be efficiently heated.

しかも、上記多孔質発熱体は、骨格が3次元網目構造に形成されているため、気孔率をきわめて大きく設定することができる。これにより、気孔内におけるガスの流動抵抗が小さくなり、大量のガスを流動させて加熱することが可能となる。また、上記骨格を構成する複数の枝部が結節部に集合して一体的に連続するように形成されている。このため、繊維状の発熱体を集合させて構成される多孔質発熱体のように、隣接する各繊維間の接触抵抗が生じることがなく、多孔質発熱体内各部における電気抵抗が大きく変化することはない。したがって、多孔質発熱体内の電流の流れに偏在が生じることが少なく、多孔質発熱体の全体を均一に加熱することが可能となる。
In addition, since the porous heating element has a three-dimensional network structure, the porosity can be set extremely high. Thereby, the flow resistance of the gas in the pores is reduced, and a large amount of gas can be flowed and heated. In addition, a plurality of branch portions constituting the skeleton are formed so as to be integrated into a knot portion and continuous . For this reason, unlike a porous heating element configured by assembling fibrous heating elements, there is no contact resistance between adjacent fibers, and the electrical resistance in each part of the porous heating element changes greatly. There is no. Therefore, the current flow in the porous heating element is less unevenly distributed, and the entire porous heating element can be heated uniformly.

上記骨格を形成する手法は特に限定されることはない。たとえば、上記骨格を、3次元網目状樹脂の表面にめっき層又は金属コーティング層を設けるとともに、上記樹脂を消失させることにより形成することができる。上記骨格の外殻を金属めっき層又は金属コーティング層から形成することにより、外郭の厚みを非常に薄くかつ均一に設定することが可能となる。これにより、大きな気孔率を備える多孔質発熱体を形成することが可能となる。   The method for forming the skeleton is not particularly limited. For example, the skeleton can be formed by providing a plating layer or a metal coating layer on the surface of a three-dimensional network resin and eliminating the resin. By forming the outer shell of the skeleton from a metal plating layer or a metal coating layer, the thickness of the outer shell can be set very thin and uniform. Thereby, it becomes possible to form a porous heating element having a large porosity.

上記芯部は、製造方法に応じて、中空又は/及び導電性材料から構成される。たとえば、上述したように、上記骨格を、3次元網目状樹脂の表面にめっき層を設けるとともに、上記樹脂を消失させることにより形成する場合、上記樹脂が消失した部分が中空状となる。また、上記メッキ層を設けるために上記3次元網目状樹脂の表面に導電性材料をコーティング等して導電化処理を施した場合には、上記導電性材料からなる表面導電化層が中空芯部の内周面に残存する場合がある。さらに、メッキ処理の後に熱処理等を施した場合は、外殻が収縮して、中空部分がなくなる場合もある。   The said core part is comprised from a hollow or / and electroconductive material according to a manufacturing method. For example, as described above, when the skeleton is formed by providing a plating layer on the surface of a three-dimensional network resin and erasing the resin, the portion where the resin has disappeared becomes hollow. In addition, when the surface of the three-dimensional network resin is coated with a conductive material to conduct the conductive treatment in order to provide the plated layer, the surface conductive layer made of the conductive material has a hollow core portion. It may remain on the inner peripheral surface. Further, when heat treatment or the like is performed after the plating process, the outer shell may shrink and the hollow portion may disappear.

上記多孔質発熱体における上記3次元網目構造は、上記骨格を構成する複数の枝部が結節部に集合して一体的に連続しているとともに、一の結節部に集合する上記各枝部の外殻の厚みがほぼ一定となるように構成するのが好ましい。上記結節部では、各枝部からの電流が集中するため、一の結節部に集合する各枝部の電気抵抗が異なると、結節部周りの一部の枝部に過大な電流が流れて温度が上昇し、骨格が溶断したり劣化する恐れがある。一の結節部に集合する枝部の外殻の厚みをほぼ一定に設定することにより、一の結節部に集合する各骨格の電気抵抗をほぼ一定にすることが可能となり、一部の骨格に過大な電流が流れることもなくなる。これにより、骨格の溶断や劣化を防止することが可能となる。   In the three-dimensional network structure in the porous heating element, a plurality of branches constituting the skeleton are gathered together at a knot and continuously integrated, and each of the branches gathered at one knot It is preferable that the outer shell has a substantially constant thickness. Since the current from each branch portion concentrates in the above-mentioned nodal portion, if the electric resistance of each branch portion gathering in one nodal portion is different, an excessive current flows in some branch portions around the nodule portion and the temperature May rise and the skeleton may melt or deteriorate. By setting the thickness of the outer shell of the branch part that gathers in one nodule part to be almost constant, it becomes possible to make the electrical resistance of each skeleton gathered in one nodule part almost constant, and in some skeletons Excessive current will not flow. Thereby, it becomes possible to prevent fusing and deterioration of the skeleton.

多孔質発熱体の一の結節部に集合する枝部の外殻のみがほぼ一定であればよく、発熱体全体の外殻の厚みが一定であることまで要求されるものではない。たとえば、製造方法等によっては、外殻の厚みが、発熱体の表層部と内部で異なることが考えられる。この場合、表層部の結節部に集合する各枝部の外殻の厚みと、内部の結節部に集合する枝部の外殻の厚みが異なることになる。しかし、各結節部に集合する枝部の外郭の厚みがほぼ一定であれば、一部の枝部に過大な電流が流れることはなく、結節部近傍の骨格が溶断するのを防止することができる。また、結節部周りの骨格が均等な強度を備えるため、多孔質体としての強度も確保できる。   Only the outer shells of the branches that gather at one node of the porous heating element need only be substantially constant, and it is not required that the thickness of the outer shell of the entire heating element be constant. For example, depending on the manufacturing method, the thickness of the outer shell may be different between the surface layer portion of the heating element and the inside. In this case, the thickness of the outer shell of each branch portion gathering at the nodal portion of the surface layer portion is different from the thickness of the outer shell of the branch portion gathering at the inner nodal portion. However, if the thickness of the outer wall of the branches gathered at each nodule is almost constant, an excessive current will not flow through some branches, and the skeleton near the nodule can be prevented from fusing. it can. Moreover, since the skeleton around the nodule portion has uniform strength, the strength as a porous body can be secured.

外殻をめっき層等から形成すると、一の結節部に集合する枝部の外郭の厚みをほぼ一定に形成することが可能となる。これにより、結節部周りの外殻の電気抵抗のばらつきが小さくなり、多孔質発熱体の全域を均一に加熱することができる。   When the outer shell is formed of a plating layer or the like, it is possible to form the outer shells of the branch portions gathering at one knot portion with a substantially constant thickness. Thereby, the dispersion | variation in the electrical resistance of the outer shell around a nodule part becomes small, and the whole region of a porous heat generating body can be heated uniformly.

発熱体である上記外殻を構成する材料は、特に限定されることはない。たとえば、Niを70〜95%と、Crを5〜30%とを含む合金から形成するのが好ましい。上記範囲の配合量に設定することにより、上記多孔質発熱体を効率よく発熱させることができる。なお、上記NiとCrの配合比を保持した状態で他の成分が配合されてもよい。上記Ni−Cr合金は、発熱体であると同時に触媒作用を有する。このため、多孔質触媒体として利用することもできる。   The material which comprises the said outer shell which is a heat generating body is not specifically limited. For example, it is preferable to form from an alloy containing 70 to 95% Ni and 5 to 30% Cr. By setting the blending amount within the above range, the porous heating element can be efficiently heated. Other components may be blended while maintaining the blending ratio of Ni and Cr. The Ni—Cr alloy has a catalytic action as well as a heating element. For this reason, it can also be utilized as a porous catalyst body.

上記多孔質発熱体を、Niを主成分とする金属多孔質体に、Crを拡散させることにより合金化して構成することができる。Ni−Cr合金から、直接所要の気孔率を有する多孔質体を形成するのは困難な場合がある。たとえば、Ni−Cr合金のめっき層を直接形成するのは困難である。   The porous heating element can be constituted by forming an alloy by diffusing Cr in a metal porous body mainly composed of Ni. It may be difficult to form a porous body having a required porosity directly from a Ni-Cr alloy. For example, it is difficult to directly form a Ni—Cr alloy plating layer.

このため、まず、Niから多孔質体を形成し、この多孔質体を構成するNiの表面から、Crを拡散させて発熱体として機能するNi−Cr合金層を形成することができる。   Therefore, first, a porous body can be formed from Ni, and a Ni—Cr alloy layer that functions as a heating element can be formed by diffusing Cr from the surface of Ni constituting the porous body.

Niは、めっき処理しやすいため、上記骨格を容易に形成することができる。また、外郭の厚みや気孔率の異なる種々の金属多孔質体を容易に構成できる。そして、このNi多孔質体をCr合金化することによって、所要の電熱特性を備える種々の発熱体を構成できる。   Since Ni is easily plated, the skeleton can be easily formed. Moreover, various metal porous bodies with different outer shell thicknesses and porosity can be easily configured. And by making this Ni porous body into a Cr alloy, various heating elements having required electrothermal characteristics can be configured.

上記Ni多孔質体を、Cr合金化する手法は特に限定されることはない。たとえば、上記Ni多孔質体を、Cr源粉末の加熱により発生させた拡散浸透成分ガスと還元性希釈ガスとの混合ガス中で熱処理することにより、Ni多孔質体をNi−Cr合金とすることができる。   The method for forming the Ni porous body into a Cr alloy is not particularly limited. For example, the Ni porous body is made into a Ni-Cr alloy by heat-treating the Ni porous body in a mixed gas of a diffusion permeation component gas generated by heating the Cr source powder and a reducing dilution gas. Can do.

また、Niによって形成された第1の外殻に、Crで形成された第2の外殻を積層形成し、所定の熱処理を行うことにより、上記第1の外殻と上記第2の外殻とを互いに拡散させて合金化し、上記多孔質発熱体とすることもできる。   In addition, the first outer shell and the second outer shell are formed by stacking a second outer shell made of Cr on the first outer shell made of Ni and performing a predetermined heat treatment. Can be diffused and alloyed to form the porous heating element.

願発明は、アンモニアガス分解装置に係るものであり、上記アンモニアガスを、室温、常圧時の空塔線速度(LV)で、0.1〜200cm/secで流動させることができるように構成する一方、上記容器内で上記アンモニアガスを、450〜1200℃に加熱しながら、上記室温、常圧時の流量に相当する流量で流動させるように構成するのが好ましい。なお、上記空塔線速度(LV)は、充填物等が存在しない筒状容器内を流れる流体の速度を意味するものである。
The present gun invention are those according to the ammonia gas decomposition apparatus, the ammonia gas at room temperature and superficial linear velocity of the normal pressure (LV), to be able to flow in 0.1~200cm / sec On the other hand, it is preferable that the ammonia gas is made to flow at a flow rate corresponding to the flow rate at room temperature and normal pressure while heating to 450 to 1200 ° C. in the container . The superficial linear velocity (LV) means the velocity of the fluid flowing in the cylindrical container in which no packing or the like exists.

ガスを所要の濃度以下に分解するには、ガスの温度を分解反応が生じる温度である450〜1200℃に加熱する必要がある。また、触媒に接触する時間を確保するために、触媒を充填した容器内を、室温、常圧時の空塔線速度(LV)が0.1〜200cm/secとなる流量に相当する流量で、アンモニアガスを流動させるのが好ましい。さらに、ガスの温度を600〜900℃に加熱した状態で、室温、常圧時の空塔線速度(LV)が0.1〜20cm/secとなる流量に相当する流量で流動させることができるように構成するのが望ましい。   In order to decompose the gas below the required concentration, it is necessary to heat the gas to 450 to 1200 ° C., which is the temperature at which the decomposition reaction occurs. Moreover, in order to ensure the time which contacts a catalyst, the inside of the container filled with the catalyst is at a flow rate corresponding to a flow rate at which the superficial linear velocity (LV) at room temperature and normal pressure is 0.1 to 200 cm / sec. It is preferable to flow ammonia gas. Furthermore, it can be made to flow at a flow rate corresponding to a flow rate at which the superficial linear velocity (LV) at room temperature and normal pressure is 0.1 to 20 cm / sec with the gas temperature heated to 600 to 900 ° C. It is desirable to configure as follows.

アンモニアガスの流動速度を上記の値に設定した状態で、アンモニアガスを上記温度に加熱できるように、多孔質触媒体や多孔質発熱体の気孔率、流動断面積、多孔質発熱体の加熱温度等が設定される。アンモニアガスの温度及び流動速度を上記のように設定することにより、アンモニアガスの濃度を25ppm以下にまで低減させることができる。   With the ammonia gas flow rate set to the above value, the porosity, flow cross-sectional area, and heating temperature of the porous heating element so that the ammonia gas can be heated to the above temperature. Etc. are set. By setting the temperature and flow rate of ammonia gas as described above, the concentration of ammonia gas can be reduced to 25 ppm or less.

触媒体内のガスの流動を妨げることがなく、流動するアンモニアガスを均一に加熱することが可能になるとともに、大量のアンモニアガスを流動させて効率よく分解することができるアンモニアガス分解装置を提供できる。
It is possible to provide an ammonia gas decomposing apparatus that can uniformly heat the flowing ammonia gas without disturbing the flow of the gas in the catalyst body and can efficiently decompose by flowing a large amount of ammonia gas. .

第1の実施形態に係るアンモニアガス分解装置の軸線に沿う縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which follows the axis line of the ammonia gas decomposition apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態の要部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the important section of a 1st embodiment. 第2の実施形態に係るアンモニアガス分解装置の軸線に沿う縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which follows the axis line of the ammonia gas decomposition apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 図3におけるIV−IV線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the IV-IV line in FIG. 図3における発熱体の平面図である。It is a top view of the heat generating body in FIG. 多孔質発熱体の構造の一例を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows an example of the structure of a porous heat generating body. 図6に示す多孔質発熱体の結節部近傍の断面構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross-sectional structure of the nodule part vicinity of the porous heat generating body shown in FIG. 図7におけるVIII−VIII線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the VIII-VIII line in FIG.

以下、本願発明の実施形態を図に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に第1の実施形態に係るアンモニアガス分解装置100(以下、「ガス分解装置」という。)の断面を示す。ガス分解装置100は、円筒状の容器1と、この容器1の内部空間に充填された多孔質発熱体7,8,9,10及び多孔質触媒体11,12,13とを備えて構成されている。
FIG. 1 shows a cross section of an ammonia gas decomposition apparatus 100 (hereinafter referred to as “gas decomposition apparatus”) according to the first embodiment. The gas decomposition apparatus 100 includes a cylindrical container 1, porous heating elements 7, 8, 9, 10 and porous catalyst bodies 11, 12, 13 filled in the internal space of the container 1. ing.

上記容器1は、金属等の材料から形成されるとともに、ガス流入口3と、ガス排出口4と、上記多孔質発熱体7,8,9,10及び多孔質触媒体11,12,13を充填する円筒空間1aとを備えて構成されている。側壁2の内周部には、セラミック繊維等から形成された断熱材5が設けられている。   The container 1 is formed of a material such as metal, and includes a gas inlet 3, a gas outlet 4, the porous heating elements 7, 8, 9, 10 and the porous catalyst bodies 11, 12, 13. And a cylindrical space 1a to be filled. A heat insulating material 5 made of ceramic fiber or the like is provided on the inner peripheral portion of the side wall 2.

本実施形態に係る上記多孔質発熱体7,8,9,10は、円板ないし円柱状に形成されている。一方、上記多孔質触媒体11,12,13は、多孔質アルミナから形成された球体の表面に触媒層を設けて形成された球状触媒の集合体として構成される。上記多孔質発熱体7,8,9,10と、上記多孔質触媒体11,12,13とは、上記断熱材5の内周部において、ガス流動方向に直交する方向に交互に積層されて、一体的な多孔質体6が構成されている。本実施形態では、上記多孔質発熱体7,8,9,10間において、上記球状触媒の集合体が保持された形態を備え、上記多孔質発熱体7,8,9,10が多孔質触媒体の保持手段として機能するように構成されている。   The porous heating elements 7, 8, 9, and 10 according to this embodiment are formed in a disc or a column shape. On the other hand, the porous catalyst bodies 11, 12, and 13 are configured as an aggregate of spherical catalysts formed by providing a catalyst layer on the surface of a sphere formed of porous alumina. The porous heating elements 7, 8, 9, 10 and the porous catalyst bodies 11, 12, 13 are alternately stacked on the inner periphery of the heat insulating material 5 in a direction perpendicular to the gas flow direction. The integral porous body 6 is configured. In the present embodiment, there is provided a form in which the aggregate of the spherical catalysts is held between the porous heating elements 7, 8, 9, 10, and the porous heating elements 7, 8, 9, 10 are porous contacts. It is configured to function as a medium holding unit.

各多孔質発熱体7,8,9,10の両側には、給電を行うためのリード線7a,7b,8a,8b,9a,9b,10a,10bが、上記容器1の側壁2から引き出されている。各リード線は、図示しない電源に接続されている。本実施形態では、各多孔質発熱体のリード線に選択的に電流を流し、各多孔質発熱体7,8,9,10を選択的に発熱させることができるように構成されている。   Lead wires 7 a, 7 b, 8 a, 8 b, 9 a, 9 b, 10 a, 10 b for supplying power are drawn out from the side wall 2 of the container 1 on both sides of each porous heating element 7, 8, 9, 10. ing. Each lead wire is connected to a power source (not shown). In the present embodiment, a current is selectively passed through the lead wires of each porous heating element so that each porous heating element 7, 8, 9, 10 can be selectively heated.

上記多孔質発熱体7,8,9,10及び多孔質触媒体11,12,13は、連続気孔を備えて構成されており、上記ガス流入口3から流入するガスを所定の流動速度で通過できる気孔率に設定されている。   The porous heating elements 7, 8, 9, 10 and the porous catalyst bodies 11, 12, 13 are configured to have continuous pores, and pass the gas flowing in from the gas inlet 3 at a predetermined flow rate. The porosity is set to be possible.

また、上記多孔質発熱体7,8,9,10は、少なくとも800℃以上で発熱するように構成されており、上記多孔質発熱体7,8,9,10を通過するガスを所定の温度に加熱することができるように構成されている。   The porous heating elements 7, 8, 9, 10 are configured to generate heat at a temperature of at least 800 ° C., and the gas passing through the porous heating elements 7, 8, 9, 10 is given a predetermined temperature. It is comprised so that it can be heated.

一方、上記多孔質触媒体11,12,13は、上記温度及びガスの流動速度において、流動するガスの有害成分を所定の濃度以下に分解できる性能に設定されている。   On the other hand, the porous catalyst bodies 11, 12, and 13 are set to have a performance capable of decomposing harmful components of the flowing gas to a predetermined concentration or less at the temperature and the gas flow rate.

図2に示すように、上記多孔質触媒体11,12,13は、球体20aの表面に、触媒層20bを設けた球状触媒20の集合体として構成されている。本実施形態では、直径が4〜6mmのアルミナ球体20aの表面に上記触媒層20bを設けた球状触媒20を採用している。これにより、多孔質触媒体の気孔率を40%〜80%に設定することができる。上記球体20aを構成する材料は、所要の耐熱性等を備えていれば、種々の材料を採用することができる。たとえば、多孔質アルミナから形成されるセラミック球体や、ステンレス等の金属球体を採用できる。また、上記触媒体の形態も特に限定されることはなく、不定形粒状の形態を備えるものを採用することもできる。   As shown in FIG. 2, the porous catalyst bodies 11, 12, and 13 are configured as an aggregate of spherical catalysts 20 in which a catalyst layer 20b is provided on the surface of a sphere 20a. In this embodiment, the spherical catalyst 20 in which the catalyst layer 20b is provided on the surface of the alumina sphere 20a having a diameter of 4 to 6 mm is employed. Thereby, the porosity of a porous catalyst body can be set to 40%-80%. Various materials can be adopted as the material constituting the sphere 20a as long as it has required heat resistance and the like. For example, ceramic spheres formed from porous alumina and metal spheres such as stainless steel can be employed. Further, the form of the catalyst body is not particularly limited, and it is also possible to adopt a form having an irregular granular form.

上記触媒層20bを構成する材料も特に限定されることはない。たとえば、Niから形成される触媒層や、Ni−Cr合金から形成される触媒層を採用できる。また、上記各多孔質触媒体11,12,13に、異なる材料から形成された触媒層を備える球状触媒を採用することもできる。本実施形態では、上下の多孔質触媒体11,13に、Ni−Crから形成された触媒層20bを備える球状触媒の集合体から形成する一方、中間部の多孔質触媒体12を、Niから形成された触媒層20bを備える球状触媒20の集合体から構成している。   The material constituting the catalyst layer 20b is not particularly limited. For example, a catalyst layer formed from Ni or a catalyst layer formed from a Ni—Cr alloy can be employed. In addition, a spherical catalyst having a catalyst layer formed of a different material can be used for each of the porous catalyst bodies 11, 12, and 13. In the present embodiment, the upper and lower porous catalyst bodies 11 and 13 are formed from an aggregate of spherical catalysts provided with a catalyst layer 20b formed from Ni—Cr, while the porous catalyst body 12 in the middle is formed from Ni. It consists of the aggregate | assembly of the spherical catalyst 20 provided with the formed catalyst layer 20b.

一方、上記多孔質発熱体7,8,9,10として、発熱性を有する外殻と、中空又は/及び導電性を有する芯部とを有する骨格を備え、上記骨格が一体的に連続する3次元網目構造を備えるものを採用することができる。たとえば、図6〜図8に示す形態の多孔質発熱体401を採用することができる。   On the other hand, the porous heating elements 7, 8, 9, 10 include a skeleton having an exothermic outer shell and a hollow or / and conductive core, and the skeleton is continuously continuous 3. What has a three-dimensional network structure is employable. For example, a porous heating element 401 having the form shown in FIGS. 6 to 8 can be employed.

図6は、上記多孔質発熱体401の外観構造を示す電子顕微鏡写真である。多孔質発熱体401は、連続気孔401bを有する3次元網目構造を備える。図7に示すように、上記3次元網目構造は、三角柱状の骨格410が3次元に連続して連なった形態を備え、上記骨格を構成する複数の枝部412が結節部411に集合して一体的に連続する形態を備える。また、骨格410の各部は、図8に示すように、外殻410aと、中空状の芯部410bとを備えて構成される。なお、図7及び図8に示す実施形態では、上記外殻410aは、後に説明するように、メッキ層412aと表面導電化層412bとが、一体的に合金化されて発熱体として機能するように構成されている。   FIG. 6 is an electron micrograph showing the external structure of the porous heating element 401. The porous heating element 401 has a three-dimensional network structure having continuous pores 401b. As shown in FIG. 7, the three-dimensional network structure has a form in which triangular prism-like skeletons 410 are continuously connected in three dimensions, and a plurality of branch parts 412 constituting the skeleton are gathered at a nodal part 411. It has an integrally continuous form. Further, as shown in FIG. 8, each part of the skeleton 410 includes an outer shell 410a and a hollow core part 410b. In the embodiment shown in FIGS. 7 and 8, in the outer shell 410a, as described later, the plating layer 412a and the surface conductive layer 412b are integrally alloyed to function as a heating element. It is configured.

上記多孔質発熱体401は、連続気孔401bを有する多孔質状に形成されているため、上記気孔401b内でガスを流動させて、効率よく加熱することができる。しかも、上記多孔質発熱体401は、3次元網目構造を採用することによって、気孔率をきわめて大きく設定することができる。このため、気孔内におけるガスの流動抵抗が低く、大量のガスを流動させて加熱することも可能となる。   Since the porous heating element 401 is formed in a porous shape having continuous pores 401b, gas can flow in the pores 401b and can be efficiently heated. In addition, the porous heating element 401 can have a very high porosity by adopting a three-dimensional network structure. For this reason, the flow resistance of the gas in the pores is low, and a large amount of gas can be flowed and heated.

また、図7に示すように、上記3次元網目構造における一の結節部411に集合する上記枝部412の外殻410aの厚みtがほぼ一定に形成されている。一の結節部411に集合する各枝部の外殻の厚みtがほぼ一定であるため、一の結節部に集合する各枝部412の電気抵抗もほぼ一定となる。したがって、一の結節部に集合する一部の枝部に過大な電流が流れることもなくなる。これにより、骨格の溶断や劣化を防止することが可能となる。   In addition, as shown in FIG. 7, the thickness t of the outer shell 410a of the branch portion 412 that gathers at one nodule portion 411 in the three-dimensional network structure is formed to be substantially constant. Since the thickness t of the outer shell of each branch portion gathering at one nodule portion 411 is substantially constant, the electrical resistance of each branch portion 412 gathering at one nodule portion is also substantially constant. Therefore, an excessive current does not flow through some branches gathered in one nodule. Thereby, it becomes possible to prevent fusing and deterioration of the skeleton.

なお、多孔質発熱体401の一の結節部411に集合する枝部412の外殻410aの厚みtがほぼ一定であればよく、発熱体全体の外殻の厚みが一定であることまで要求されるものではない。たとえば、製造方法等によっては、外殻の厚みが、発熱体の表層部と内部で異なることが考えられる。この場合、表層部の結節部に集合する各骨格の外殻厚みと、内部の結節部に集合する骨格の外殻の厚みが異なることになる。しかし、一の結節部に集合する枝部の外殻の厚みがほぼ一定であれば、少なくとも上記結節部周りの一部の枝部に過大な電流が流れることはなく、結節部近傍の骨格が溶断するのを防止することができる。   It should be noted that the thickness t of the outer shell 410a of the branch part 412 gathering at one node 411 of the porous heating element 401 may be substantially constant, and the thickness of the outer shell of the entire heating element is required to be constant. It is not something. For example, depending on the manufacturing method, the thickness of the outer shell may be different between the surface layer portion of the heating element and the inside. In this case, the thickness of the outer shell of each skeleton gathering at the nodal portion of the surface layer portion is different from the thickness of the outer shell of the skeleton gathering at the inner nodal portion. However, if the thickness of the outer shells of the branches gathering at one nodule is almost constant, an excessive current will not flow at least to some branches around the nodule, and the skeleton near the nodule Fusing can be prevented.

本実施形態に係る上記多孔質発熱体401は、少なくともNiとCrとを含む合金から形成されている。上記NiとCrの配合量は、所要の発熱量に応じて設定することができる。たとえば、上記多孔質発熱体401の上記外殻410を、Niを70〜95%と、Crを5〜30%とを含む合金から形成することができる。   The porous heating element 401 according to this embodiment is made of an alloy containing at least Ni and Cr. The blending amount of Ni and Cr can be set according to the required calorific value. For example, the outer shell 410 of the porous heating element 401 can be formed from an alloy containing 70 to 95% Ni and 5 to 30% Cr.

上記多孔質発熱体401は、種々の手法を用いて形成することができる。たとえば、上記骨格をメッキによって形成する場合、3次元網目状樹脂に導電化処理を施す工程と、3次元網目状樹脂に金属めっきを施す工程と、3次元網目状樹脂を除去する工程とを含んで構成することができる。   The porous heating element 401 can be formed using various methods. For example, when the skeleton is formed by plating, the method includes a step of conducting a conductive treatment on a three-dimensional network resin, a step of metal plating the three-dimensional network resin, and a step of removing the three-dimensional network resin. Can be configured.

上記3次元網目状樹脂の形態として樹脂発泡体を採用するのが好ましい。上記3次元網目状樹脂を構成する素材は特に限定されることはないが、金属めっきした後、加熱等によって消失させることができるものを採用するのが好ましい。また、加工性やハンドリング性を確保するため、柔軟性を有するものを採用するのが好ましい。脂発泡体は、連続気孔を有する多孔質状であればよく、既知のものを採用できる。たとえば、発泡ウレタン樹脂、発泡スチレン樹脂等を採用することができる。発泡樹脂の気孔の形態や気孔率、寸法等は特に限定されることはなく、用途に応じて適宜設定することができる。 The form of the three-dimensional network resin, it is preferable to employ a resin foam. Although the raw material which comprises the said three-dimensional network resin is not specifically limited, It is preferable to employ | adopt what can be lose | disappeared by heating etc. after metal-plating. Moreover, in order to ensure workability and handling property, it is preferable to employ a flexible one. Tree fat foam may be a porous shape having continuous pores can be employed those known. For example, a foamed urethane resin, a foamed styrene resin, or the like can be used. There are no particular limitations on the pore shape, porosity, dimensions, and the like of the foamed resin, and they can be set as appropriate according to the application.

上記3次元網目状樹脂を導電化する処理は、各気孔の表面に上記骨格を構成する金属めっき層を設けるために行われるものであり、図7における表面導電化層412bを設けることができれば特に限定されることはない。たとえば、ニッケルを用いる場合には、無電解めっき処理、スパッタリング処理等を採用することができる。また、チタン、ステンレス等の金属やカーボンブラック、黒鉛等を採用する場合には、これらの微粉末にバインダを添加した混合物を、上記3次元網目状樹脂に含浸塗着する処理を採用することができる。   The treatment for making the three-dimensional network resin conductive is performed in order to provide the metal plating layer constituting the skeleton on the surface of each pore, and particularly if the surface conductive layer 412b in FIG. 7 can be provided. There is no limit. For example, when nickel is used, an electroless plating process, a sputtering process, or the like can be employed. In addition, when adopting metals such as titanium and stainless steel, carbon black, graphite, etc., it is possible to employ a treatment of impregnating and applying the mixture obtained by adding a binder to these fine powders to the three-dimensional network resin. it can.

上記めっき処理も特に限定されることはなく、公知のめっき法によって処理をすることができる。たとえば、ニッケルめっきを採用する場合、生産性、コスト等の観点から電気めっき法を採用するのが好ましい。電気めっきに用いるめっき浴として、公知あるいは市販のものを採用できる。   The plating treatment is not particularly limited, and the treatment can be performed by a known plating method. For example, when nickel plating is employed, it is preferable to employ an electroplating method from the viewpoint of productivity, cost, and the like. A well-known or commercially available thing can be employ | adopted as a plating bath used for electroplating.

上記めっき層の厚み(目付量)も特に限定されることはない。所要の気孔率や、強度を勘案して設定することができる。たとえば、100g/m2〜2000g/m2の目付量を採用することができる。 The thickness (weight per unit area) of the plating layer is not particularly limited. It can be set in consideration of the required porosity and strength. For example, it is possible to employ a unit weight of 100g / m 2 ~2000g / m 2 .

上記めっき層を形成した後、上記3次元網目状樹脂を除去する工程が行われる。上記3次元網目状樹脂を除去する工程は、たとえば、ステンレスマッフル内で大気等の酸化性雰囲気において、上記めっき層を設けた多孔質体を、600℃〜800℃で熱処理することにより、上記3次元網目状樹脂を焼却除去することができる。   After the plating layer is formed, a step of removing the three-dimensional network resin is performed. The step of removing the three-dimensional network resin may be performed by, for example, heat-treating the porous body provided with the plating layer at 600 ° C. to 800 ° C. in an oxidizing atmosphere such as air in a stainless muffle. Dimensional network resin can be removed by incineration.

高い発熱性能を得るため、Cr成分の配合量が多いNi合金から上記多孔質発熱体を形成するのが好ましい。Ni−Crの合金材料から上記めっき層を直接形成するのは困難である。このため、たとえば、Niめっき層とCrめっき層とを別々に形成し、その後合金化する手法を採用することができる。すなわち、3次元網目状樹脂に、上記手法によってまずNiめっき層を形成し、その上に、Crめっき層を積層形成する。その後、3次元網目状樹脂を除去し、さらに、所定の温度で熱処理することにより、上記Crめっき層とNiめっき層とを互いに拡散させて合金化することができる。   In order to obtain high heat generation performance, it is preferable to form the porous heating element from a Ni alloy having a large amount of Cr component. It is difficult to directly form the plating layer from an alloy material of Ni—Cr. For this reason, for example, it is possible to employ a technique in which a Ni plating layer and a Cr plating layer are separately formed and then alloyed. That is, a Ni plating layer is first formed on the three-dimensional network resin by the above-described method, and a Cr plating layer is laminated thereon. Thereafter, the three-dimensional network resin is removed and further heat-treated at a predetermined temperature, whereby the Cr plating layer and the Ni plating layer can be diffused and alloyed.

上記Crめっき層の厚み(目付量)も特に限定されることはなく、たとえば、10g/m2〜3000g/m2の範囲で設定することができる。 The thickness of the Cr plating layer (basis weight) also is not particularly limited, for example, can be set in a range of 10g / m 2 ~3000g / m 2 .

上記Crめっき層とNiめっき層とを積層形成した多孔質体を、ステンレスマッフル内でCOやH2等の還元性ガス雰囲気のもとで800℃〜1000℃で熱処理することにより、上記Crめっき層とNiめっき層とを互いに拡散させてNi−Cr合金層を形成することができる。また、N2やAr等の不活性ガス雰囲気では、カーボンマッフル内で1000℃〜1500℃に加熱して上記Crめっき層とNiめっき層とから合金層を形成することもできる。Niによって、図7及び図8に示す表面導電化層412bを設けた場合には、表面導電化層412bも上記合金化工程においてNi−Cr合金化されて全体が発熱体となる。 The Cr plating is performed by heat-treating the porous body in which the Cr plating layer and the Ni plating layer are laminated in a stainless steel muffle at 800 ° C. to 1000 ° C. in a reducing gas atmosphere such as CO or H 2. The Ni—Cr alloy layer can be formed by diffusing the layer and the Ni plating layer. Further, in an inert gas atmosphere such as N 2 or Ar, an alloy layer can be formed from the Cr plating layer and the Ni plating layer by heating to 1000 ° C. to 1500 ° C. in a carbon muffle. When the surface conductive layer 412b shown in FIGS. 7 and 8 is provided by Ni, the surface conductive layer 412b is also Ni—Cr alloyed in the alloying step, and the whole becomes a heating element.

上記工程を採用することにより、外殻のクロム濃度のバラツキが少なく、高い耐蝕性を有するとともに発熱特性の高い多孔質発熱体を形成することができる。また、めっき層によって外殻が構成されるため、外殻の厚みを多孔質体内でほぼ均一に設定することが可能となる。このため、多孔質体内における電気抵抗のばらつきが少なくなり、通電することにより、多孔質体の全体を均一に加熱することができる。なお、上述した実施形態は、上記骨格を3次元網目状樹脂にめっきを施すことによって形成したが、粉体金属をコーティングし、その後、熱処理を施すことにより形成することもできる。この場合、Ni粉末とCr粉末とを含む粉体をコーティングすることにより、一度でNi−Cr合金を形成することもできる。   By adopting the above process, it is possible to form a porous heating element with little variation in chromium concentration in the outer shell, high corrosion resistance and high heat generation characteristics. Further, since the outer shell is constituted by the plating layer, the thickness of the outer shell can be set almost uniformly in the porous body. For this reason, the dispersion | variation in the electrical resistance in a porous body decreases, and the whole porous body can be heated uniformly by supplying with electricity. In the above-described embodiment, the skeleton is formed by plating a three-dimensional network resin. However, the skeleton may be formed by coating a powder metal and then performing a heat treatment. In this case, a Ni—Cr alloy can be formed at a time by coating a powder containing Ni powder and Cr powder.

図7及び図8に示すように、本実施形態に係る上記芯部は、中空状に形成されるが、これに限定されることはない。すなわち、上述した実施形態は、Niから形成された表面導電化層412bがCr合金化されたため外殻と一体化されたが、上記表面導電化層を別の導電性材料から形成する場合、芯部として残存する場合もある。たとえば、上記表面導電化層をチタンやカーボン等から形成するとともに、Niメッキによって骨格を形成した後Cr合金化した場合、上記表面導電化層412bが合金化されずに芯部として残存することになる。また、Niメッキ層をCr合金化する熱処理工程において、外殻が収縮して、中空の芯部が消失する場合もある。   As shown in FIG.7 and FIG.8, although the said core part which concerns on this embodiment is formed in hollow shape, it is not limited to this. That is, in the above-described embodiment, the surface conductive layer 412b formed of Ni is integrated with the outer shell because it is Cr alloyed. However, when the surface conductive layer is formed of another conductive material, the core It may remain as a part. For example, when the surface conductive layer is formed of titanium, carbon, or the like, and the skeleton is formed by Ni plating and then Cr alloyed, the surface conductive layer 412b remains as a core without being alloyed. Become. Further, in the heat treatment step of forming the Ni plating layer into a Cr alloy, the outer shell may shrink and the hollow core portion may disappear.

本実施形態では、上記多孔質発熱体7,8,9,10及び多孔質触媒体11,12,13が導電性を備えており、直接接触すると多孔質発熱体7,8,9,10と多孔質触媒体11,12,13間に電流が流れ、多孔質発熱体7,8,9,10を所要の温度で発熱させることができない。上記不都合を回避するため、図2に示すように、上記多孔質発熱体7,8,9,10と多孔質触媒体10,11,12間に、導電性のある触媒層を設けていないアルミナ球30aから構成される絶縁層30を設けている。   In the present embodiment, the porous heating elements 7, 8, 9, and 10 and the porous catalyst bodies 11, 12, and 13 have conductivity, and when in direct contact with the porous heating elements 7, 8, 9, and 10, An electric current flows between the porous catalyst bodies 11, 12 and 13, and the porous heating elements 7, 8, 9, and 10 cannot be heated at a required temperature. In order to avoid the inconvenience, as shown in FIG. 2, alumina in which a conductive catalyst layer is not provided between the porous heating elements 7, 8, 9, 10 and the porous catalyst bodies 10, 11, 12. An insulating layer 30 composed of a sphere 30a is provided.

上記構成のガス分解装置100に、異なる濃度のアンモニアガスを流動させた実施例1〜実施例3の結果を下記に示す。なお、本実施例では、上記多孔質発熱体は、上記構成を備えるとともに、気孔率が96%のものを使用した。また、上記多孔質触媒体は、上記構成を備えるとともに、気孔率が60%に設定されたものを使用した。   The results of Examples 1 to 3 in which ammonia gases having different concentrations are flowed in the gas decomposition apparatus 100 having the above configuration are shown below. In the present example, the porous heating element having the above-described configuration and having a porosity of 96% was used. In addition, the porous catalyst body having the above-described configuration and having a porosity set to 60% was used.

〔実施例1〕
図1に示すガス分解装置において、上部に設けた多孔質発熱体7のリード線7a、7bに電流を流して、多孔質発熱体7を800℃に保持した状態で、アンモニア濃度10%のガスを、ガス流入口3から容器1内に導入し、ガス分解装置内でのガスの流速を、5cm/secに設定してガスの分解を行った。
実施例1では、ガス排出口4から排出されるガスのアンモニア濃度は、25ppm以下であった。
[Example 1]
In the gas decomposing apparatus shown in FIG. 1, a gas having an ammonia concentration of 10% is supplied in a state where a current is passed through the lead wires 7 a and 7 b of the porous heating element 7 provided at the upper portion and the porous heating element 7 is held at 800 ° C. Was introduced into the container 1 from the gas inlet 3 and the gas flow rate in the gas decomposition apparatus was set to 5 cm / sec to decompose the gas.
In Example 1, the ammonia concentration of the gas discharged from the gas discharge port 4 was 25 ppm or less.

〔実施例2〕
上部に設けた多孔質発熱体7のリード線7a、7bと、中間部に設けた多孔質発熱体8のリード線8a、8bに電流を流して、多孔質発熱体7及び多孔質発熱体8を800℃に保持した状態で、アンモニア濃度20%のガスを、ガス流入口3から容器1内に導入し、ガス分解装置内でのガスの流速を、10cm/secに設定してガスの分解を行った。
実施例2では、ガス排出口4から排出されるガスのアンモニア濃度は、25ppm以下であった。
[Example 2]
A current is passed through the lead wires 7a and 7b of the porous heating element 7 provided in the upper part and the lead wires 8a and 8b of the porous heating element 8 provided in the middle part, so that the porous heating element 7 and the porous heating element 8 are provided. While maintaining the temperature at 800 ° C., a gas having an ammonia concentration of 20% is introduced into the container 1 from the gas inlet 3 and the gas flow rate in the gas decomposition apparatus is set to 10 cm / sec to decompose the gas. Went.
In Example 2, the ammonia concentration of the gas discharged from the gas discharge port 4 was 25 ppm or less.

〔実施例3〕
すべての多孔質発熱体7,8,9,10のリード線7a,7b,8a,8b,9a,9b,10a.10bに電流を流し、全ての発熱体7,8,9,10を800に保持した状態で、アンモニア濃度30%のガスを、ガス流入口3から容器1内に導入し、ガス分解装置内でのガスの流速を、20cm/secに設定してガスの分解を行った。
実施例3では、ガス排出口4から排出されるガスのアンモニア濃度は、25ppm以下であった。
Example 3
Lead wires 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a. Of all porous heating elements 7, 8, 9, 10. An electric current is supplied to 10b, and a gas having an ammonia concentration of 30% is introduced into the container 1 from the gas inlet 3 in a state where all the heating elements 7, 8, 9, 10 are held at 800, The gas was decomposed at a gas flow rate of 20 cm / sec.
In Example 3, the ammonia concentration of the gas discharged from the gas discharge port 4 was 25 ppm or less.

各実施例から明らかなように、上記発熱体7,8,9,10を、アンモニアガスの濃度や流動量に応じて選択的に発熱させることにより、アンモニアガスを所要の濃度以下に分解することができる。   As is clear from each example, the heating elements 7, 8, 9, and 10 are selectively heated according to the concentration and flow rate of the ammonia gas, thereby decomposing the ammonia gas below the required concentration. Can do.

図3及び図4に、本願発明の第2の実施形態を示す。   3 and 4 show a second embodiment of the present invention.

第2の実施形態に係るガス分解装置200は、多孔質触媒体212の軸方向上下端面に、上記多孔質触媒体212を挟むようにして板状の多孔質発熱体207,208を設けるとともに、上記多孔質触媒体212の中央部分に、円筒状の多孔質発熱体209を埋設したものである。なお、第2の実施形態において、上記多孔質触媒体212の構成及び多孔質発熱体207,208,209の構成は、第1の実施形態と同様であるので説明は省略する。   In the gas decomposition apparatus 200 according to the second embodiment, plate-like porous heating elements 207 and 208 are provided on the upper and lower ends in the axial direction of the porous catalyst body 212 so as to sandwich the porous catalyst body 212, and the porous A cylindrical porous heating element 209 is embedded in the central portion of the porous catalyst body 212. In the second embodiment, the configuration of the porous catalyst body 212 and the configuration of the porous heating elements 207, 208, and 209 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

上記多孔質発熱体209は、円筒軸をガスが流動する方向に向けて埋設されているとともに、多孔質発熱体209と同様の多孔質構造を備えるとともにニッケルから形成された多孔質給電体209a、209b及びリード線210a,210bを介して、給電を行えるように構成されている。   The porous heating element 209 has a cylindrical shaft embedded in the direction in which the gas flows, and has a porous structure similar to that of the porous heating element 209 and is made of nickel. 209b and lead wires 210a and 210b are configured to be able to supply power.

本実施形態では、ガスの温度が低下しやすい多孔質触媒体212の中央部、特に、ガス流動方向に直交する断面の中央部近傍に、多孔質発熱体209を配置している。この構成によって、ガス流速が速く温度が低下しやすい中央部を加熱することが可能となり、多孔質触媒体内を流動するガスを均一に加熱することができる。   In the present embodiment, the porous heating element 209 is disposed in the central portion of the porous catalyst body 212 where the gas temperature is likely to decrease, particularly in the vicinity of the central portion of the cross section perpendicular to the gas flow direction. With this configuration, it is possible to heat the central portion where the gas flow rate is fast and the temperature is likely to decrease, and the gas flowing in the porous catalyst body can be heated uniformly.

しかも、上記多孔質発熱体209のみならず、給電体209a,209bを、多孔質発熱体と同様の多孔質体から構成しているため、多孔質触媒体内のガスの流動を阻害することがない。このため、ガスを触媒体に均等に接触させて分解させることが可能となる。   Moreover, since not only the porous heating element 209 but also the power feeding bodies 209a and 209b are composed of the same porous body as the porous heating element, the flow of gas in the porous catalyst body is not hindered. . For this reason, it becomes possible to make gas decompose into contact with the catalyst body evenly.

なお、本実施形態では、円筒状の多孔質発熱体209を採用したが、多孔質発熱体の形態は、容器の形態等に応じて、ガスを均一に加熱できるように設定すればよい。また、図示はしないが、上記多孔質発熱体と上記多孔質導電体の表面には、セラミック繊維等から形成された通気性のあるシートからなる絶縁層が設けられている。   In the present embodiment, the cylindrical porous heating element 209 is employed, but the form of the porous heating element may be set so that the gas can be heated uniformly according to the form of the container and the like. Although not shown, an insulating layer made of a breathable sheet made of ceramic fibers or the like is provided on the surfaces of the porous heating element and the porous conductor.

多孔質触媒体212の上下端面に設けられる多孔質発熱体207,208には、図5に示すように、全体が筒状容器201の内部空間に対応する円板状に形成されているとともに、対向する縁部から交互に延びるスリット308,309,310,311,312,313,314が設けられている。また、上記スリットで区画される帯状領域の端部に、給電体316a,316bが接続されており、この給電体316a,316bからリード線207a,207bが容器201の外側に延出させられて、電源320に接続されている。   As shown in FIG. 5, the porous heating elements 207 and 208 provided on the upper and lower end surfaces of the porous catalyst body 212 are entirely formed in a disk shape corresponding to the internal space of the cylindrical container 201, Slits 308, 309, 310, 311, 312, 313, and 314 extending alternately from opposing edges are provided. In addition, power supply bodies 316a and 316b are connected to the end portions of the band-shaped region defined by the slits, and lead wires 207a and 207b are extended from the power supply bodies 316a and 316b to the outside of the container 201, A power source 320 is connected.

上記スリット308,309,310,311,312,313,314を設けることにより、上記多孔質発熱体207に、一定幅の帯状の回路が形成される。このため、円板状の多孔質発熱体207,208の全域に、電流を流して均一に加熱することができる。   By providing the slits 308, 309, 310, 311, 312, 313, and 314, a band-like circuit having a constant width is formed in the porous heating element 207. For this reason, an electric current can be sent over the whole area of the disk-shaped porous heating elements 207 and 208, and it can be heated uniformly.

上記構成を採用することにより、多孔質触媒体内に大流量のガスを流動させても、均一に加熱して触媒に接触させることが可能となり、流動するガスを効率よく分解することができる。   By adopting the above configuration, even when a large flow rate of gas flows in the porous catalyst, it can be heated uniformly and brought into contact with the catalyst, and the flowing gas can be efficiently decomposed.

本願発明の範囲は、上述の実施形態に限定されることはない。今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものでないと考えられるべきである。本願発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The scope of the present invention is not limited to the embodiment described above. The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined not by the above-mentioned meaning but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.

大量のガスを加熱しながら流動させて効率よく分解することができ、また、ガスの流量が変動してもガスを一定温度に加熱して分解することができるガス分解装置を構成できる。   A gas decomposing apparatus that can be decomposed efficiently by flowing a large amount of gas while being heated and that can be decomposed by heating the gas to a constant temperature even if the flow rate of the gas fluctuates can be configured.

1 容器
7 多孔質発熱体
8 多孔質発熱体
9 多孔質発熱体
10 多孔質発熱体
11 多孔質触媒体
12 多孔質触媒体
13 多孔質触媒体
100 ガス分解装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container 7 Porous heating element 8 Porous heating element 9 Porous heating element 10 Porous heating element 11 Porous catalyst body 12 Porous catalyst body 13 Porous catalyst body 100 Gas decomposition apparatus

Claims (8)

アンモニアガスが流動させられる容器内に、多孔質触媒体を充填して構成されるアンモニアガス分解装置であって、
上記多孔質触媒体内で上記アンモニアガスが流動させられるとともに、
上記多孔質触媒体の表面及び/又は内部に連続気孔を有する多孔質発熱体が設けられており、
上記多孔質触媒体は、表面に触媒層を設けた球状触媒の集合体から構成されているとともに、
上記多孔質発熱体は、発熱性を有する外殻と、中空又は/及び導電性を有する芯部とを有する骨格を備え、上記骨格を構成する複数の枝部が結節部に集合して一体的に連続する3次元網目構造に構成されている、アンモニアガス分解装置。
In a vessel ammonia gas is caused to flow, a ammonia gas decomposition apparatus constructed by filling a porous catalyst body,
The ammonia gas is caused to flow in the porous catalyst body,
A porous heating element having continuous pores on the surface and / or inside of the porous catalyst body is provided ,
The porous catalyst body is composed of an aggregate of spherical catalysts having a catalyst layer on the surface,
The porous heating element includes a skeleton having an exothermic outer shell and a hollow or / and conductive core part, and a plurality of branches constituting the skeleton are assembled into a knot and integrated. An ammonia gas decomposing apparatus having a continuous three-dimensional network structure .
複数の上記多孔質発熱体が設けられているとともに、これら発熱体を選択的に発熱させることができるように構成されている、請求項1に記載のアンモニアガス分解装置。 The ammonia gas decomposing apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the porous heating elements are provided, and the heating elements are configured to selectively generate heat. 上記多孔質発熱体は、ガスの流動方向に対して直交する面に沿って設けられた板状に形成されているとともに、上記触媒体をガスの流動方向に配列される複数の層に分割するように設けられている、請求項1又は請求項2記載のアンモニアガス分解装置。 The porous heating element is formed in a plate shape provided along a plane orthogonal to the gas flow direction, and divides the catalyst body into a plurality of layers arranged in the gas flow direction. The ammonia gas decomposition apparatus according to claim 1 or 2 , which is provided as described above. ガス流動方向に直交する断面の中央部近傍に設けられた多孔質発熱体を備える、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のアンモニアガス分解装置。 The ammonia gas decomposing apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a porous heating element provided in the vicinity of a central portion of a cross section perpendicular to the gas flow direction. 上記多孔質発熱体に給電する多孔質給電体を備える、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のアンモニアガス分解装置。 The ammonia gas decomposing apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a porous power supply that supplies power to the porous heating element. 上記多孔質発熱体が上記球状触媒を保持する保持手段を構成している、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のアンモニアガス分解装置。 The ammonia gas decomposition apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the porous heating element constitutes a holding means for holding the spherical catalyst. 上記多孔質発熱体が板状に形成されているとともに、電流が流れる回路を備えて構成されている、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のアンモニアガス分解装置。 The ammonia gas decomposition apparatus according to any one of claims 1 to 6 , wherein the porous heating element is formed in a plate shape and includes a circuit through which a current flows. 記アンモニアガスを、室温、常圧時の空塔線速度で、0.1〜200cm/secで流動させることができるように構成されるとともに、上記容器内で上記アンモニアガスを、450〜1200℃に加熱しながら、上記室温、常圧時の流量に相当する流量で流動させるように構成されている、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のアンモニアガス分解装置。
On SL ammonia gas at room temperature and superficial linear velocity of the normal pressure, with constituted to be able to flow in 0.1~200cm / sec, the ammonia gas in the vessel, 450-1200 The ammonia gas decomposing apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the ammonia gas decomposing apparatus is configured to flow at a flow rate corresponding to the flow rate at room temperature and normal pressure while being heated to ° C.
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